A-GPS 혁명
글: 프랭크 반 디글렌 / 네비게이션 사업부 최고 책임자
브로드컴 / www.broadcom.com
GPS가 소비자들에게 잘 알려지게 된 것은 10여 년 전 제정된 E-911 법안(긴급 구난 시스템인 911에 구조 요청을 한 재난자의 정확한 위치를 파악해 당국에 제공하도록 한 법안) 때문이라고 해도 과언이 아니다. 그 때 이후로 GPS 수신기의 세밀함은 천 배 가까이 증가해왔고, 중앙 컴퓨터 기반의 GPS는 일반적인 것이 되었으며, GPS의 90퍼센트 이상(5억개 이상)은 현재 휴대폰에서 사용되고 있다. 이 글은 휴대용 소비자 제품에서 찾을 수 있는 GPS와 관련된 기술 혁명을 다루고 있으며, 우리 산업의 미래를 전망하고 있다.
일곱 가지 핵심 기술을 전세계 모바일 GPS에 담다:
이는 어떻게 가능했으며 이후 10년 간의 전망은?
GPS가 소비자들에게 잘 알려지게 된 것은 10여 년 전 제정된 E-911 법안(긴급 구난 시스템인 911에 구조 요청을 한 재난자의 정확한 위치를 파악해 당국에 제공하도록 한 법안) 때문이라고 해도 과언이 아니다. 그 때 이후로 GPS 수신기의 세밀함은 천 배 가까이 증가해왔고, 중앙 컴퓨터 기반의 GPS는 일반적인 것이 되었으며, GPS의 90퍼센트 이상(5억개 이상)은 현재 휴대폰에서 사용되고 있다. 이 글은 휴대용 소비자 제품에서 찾을 수 있는 GPS와 관련된 기술 혁명을 다루고 있으며, 우리 산업의 미래를 전망하고 있다.
변화의 기폭제는 E-911이었다: 1999년 미국 연방통신위원회(FCC)와 미국 의회는 E-911법안을 채택했다. 이는 응급전화(911)가 발생하면, 발신자의 위치가 자동적으로 제공되도록 했다. 최초의 A-GPS는 GPS 시간과 동기화된 모바일 네트워크에 한하여 채택되었으며, 대부분이 CDMA 네트워크였다. 세계에서 가장 큰 네트워크인 GSM과 현재의 3G는 GPS 시간과 동기화되지 않는다.
또한 처음에는(지금은 존재하지 않는 개선된 시간 차 측위와 같은) GPS가 아닌 기술들이 E-911의 업적으로 여겨졌었다. 지금은 우리 모두가 알고 있듯이, GPS와 GNSS는 핸드셋 위치와 관련하여 가장 큰 업적이었다. E-911은 지금부터 소개하고자 하는 일곱 가지의 기술들에 의해 GPS 기술이 발전한 뒤에서야 미국 내에서는 물론, 전세계에서도 GPS 주요 동인이 될 수 있었다.
⇒ A-GPS
A-GPS에 관해 기억해야 할 3가지는 다음과 같다: "더 빠르게, 더 오래, 더 높게." 올림픽의 모토 역시 "더 빠르게, 더 강하게, 더 높게"인 것을 생각하면서 "더 빠르게, 더 오래, 더 높게"를 기억하라.
A-GPS의 가장 분명한 특징은 위성이 전송한 궤도 데이터를 A-GPS가 대체한다는 점이다. 송신탑이 똑같은(혹은 동등한)데이터를 전송하므로 A-GPS의 수신기는 더 빠르게 작동한다.
그림 1 A-GPS: 장소 검색의 감소는 더 높은 민감도의 더 오랜 통합을 가능하게 한다
각각의 GPS 위성 신호를 찾기 위해서 수신기는 우선적으로 2차원의 코드 및 첫 번째 발신지에서의 주파수 공간을 검색해야 한다. 보조형 데이터는 신호 통합에 더 많은 시간을 할애할 수 있도록 앞에서 언급한 검색 공간을 줄여주고, 이는 결국 높은 민감도를 의미한다(그림 1). 더 빠르게, 더 높이.
이제 정밀 시간(fine time), 간략 시간(coarse time), 그리고 거대한 병렬 상관관계의 개념에 대해서 소개하고, 앞서 언급된 코드 및 주파수 검색에 대해서 더 자세히 알아보도록 하겠다. 주파수 검색은 마치 자동차 안에 장착된 라디오에서 채널을 검색할 때 다이얼을 스캔하는 것과 같다-그러나 각각 다른 GPS 주파수들은 도플러 효과라고 하는 위성 움직임의 영향을 받는다. 만약 위성이 솟아오르고 있는지 혹은 정착해 있는지 미리 알고 있다면, 주파수 검색 창을 좁힐 수 있다.
코드 지체는 이 보다 더 감지하기 힘들다. 전체 C/A 코드는 1000분의 1초마다 반복된다. 그러므로 코드 지체 검색 공간을 좁히기 위해서는 GPS 시간에 대한 정보를 신호를 얻기 전인 1000분의 1초 이전에 가지고 있어야 한다. 이는 '정밀 시간'이라고 한다.
그림 2 왼쪽은 저가의 GPS, 오른쪽은 지붕 위 큰 안테나를 포함한 기준점 측량용GPS
CDMA 네트워크는 GPS 시간과 동시에 작동한다. 가장 큰 네트워크(GSM과 지금의 3G)는 그렇지 않다. 이 네트워크는 '간략 시간'이라고 하는 2초 정도의 오차 범위를 가지고 있는 GPS 시간 안에 있다. 처음에는 오직 정밀 시간 네트워크만이 A-GPS를 채택했었다. 하지만 그 이후에는 두 번째 기술인 거대한 병렬 상관관계와 세 번째 기술인 높은 민감도가 소개되었다.
⇒ 거대한 병렬 상관관계, 높은 민감도
전통적인 GPS는 한 채널당 두 세 개의 상관기(correlator)를 가지고 있다. 이런 상관기들은 신호를 찾을 때까지 코드 지체 공간을 검색하여 하나의 상관기는 상관관계의 정점보다 조금 앞서고(early), 또 하나는 조금 뒤에(late) 있게 하여 신호를 추적하는데, 이를 "Early-late" 상관기라고 한다.
거대한 병렬 상관관계는 다수의 채널에서 동시다발적으로 모든 C/A 코드 지체를 검색할 수 있는 상관기이다. 하드웨어에서 이러한 상관기들은 수 천 개에 이른다. 거대한 병렬 상관관계는 모든 코드 지체들을 병렬적으로 검색하여 수신기가 정밀 시간에 상관없이 신호를 통합하는데 많은 시간을 사용할 수 있게 한다.
그림 3 휴대폰 GPS 성능(흰색) vs. 사실 참조 시스템(파란색)
따라서 더 빨라지고, 더 오래 지속되며, 더 높아질 수 있으며, A-GPS를 사용하는 전화 시스템이 어떠한 것이든 높은 민감도를 제공한다.
초반에는 실내 GPS가 높은 민감도를 제공할 것이라고 생각했지만, 아주 작고 저렴한 안테나라는 더 의미 있는 결과를 보여주고 있다. 작고 저렴한 안테나들은 성능에 부정적인 영향을 주되, 실질적으로 모든 스마트폰에 A-GPS 채택이 가능하게 했다.
그림 4 작은 패치 안테나를 모두 탑재한 휴대폰(왼쪽)과 측량용수신기(오른쪽) 비교
⇒ 간략 시간 내비게이션
지금까지 수신기가 궤도 데이터를 더 빨리 해독할 수 있도록 A-GPS 지원이 도와주는 것을 보았다. 또한, MPC는 간략 시간과 함께 운영(더 빠르게, 더 높게)될 수 있음을 알게 되었다. 그러나 일주일 단위의 시간(TOW: Time-of-Week)은 분명한 의사 거리와 전송시간을 확인하는데 필요한 위치 측정과 운행을 위해 여전히 해독될 필요가 있다. 간략 시간 네비게이션은 TOW를 해독하는 것이 아니라 이를 해결하기 위한 기술이다. 이 기술의 핵심은 표준 네비게이션 방식에 상태를 더하고, 잘 알고 있는 시정 매트릭스에 부합하는 세로 단을 추가하는 것이다.
이 기술은 TOW를 해독하는 것보다 위치를 더 빨리(예를 들어 1,2초 혹은 3초 내에) 파악할 수 있도록 하며, 신호가 너무 약해 TOW를 해독하기 어려울 때에도 위치를 파악할 수 있도록 한다. 또한, 가장 일반적인 결과는 긴 배터리 수명을 제공한다는 것이다. 이는 수신기를 자주 작동하여 발열상태로 유지하지 않아도 항상 초기 위치 결정 시간(TTFF: Time-to-First-Fix)을 얻을 수 있기 때문에 가능하다.
⇒ 낮은 TOW
간략 시간 네비게이션을 위한 병행 노력은 TOW 해독을 낮추는 것이다. 즉, 주 단위의 데이터 해독이 가능하도록 한계점을 낮추는 것이다. 1999년에는 142dBm이 TOW를 해독할 수 있는 신호 강도 중 낮은 한계점이라는 인식이 널리 퍼져있었다. 그 이유는 20ms동안 통합하는 것이 전부일 때 -142dBm가 하나의 데이터 비트에 있는 에너지가 관찰할 정도이기 때문이다. 그러나 TOW 메시지를 해독하는 방법들이 더 좋아지면서 지금은 -152dBm에서도 가능하게 되었다.
⇒ 호스트 기반 GPS, RF-CMOS
호스트 기반 GPS와 RF-CMOS는 각각 여섯, 일곱 번째 기술이다. 호스트 기반의 아키텍처에 대한 이해를 돕기 위해 전통적인 시스템-온-칩(SOC)아키텍처에 대해 언급하고자 한다. SOC GPS는 하나의 패키지로 제공되지만, 그 패키지 안에는 다음과 같은 세 개의 독립 다이와 세 개의 독립된 실리콘 칩으로 구성되어 있다: CPU를 포함한 베이스밴드 다이, 독립된 라디오 주파수 튜너, 플래시 메모리. 플래시 메모리를 비용 효율적으로 막기 위한 유일한 방법은 베이스밴드 다이의 일부일 수 있는 읽기 전용 기억장치(ROM)를 탑재하는 것이다. 하지만 이 경우, 수신기 소프트웨어 업데이트가 불가능하며, 지금까지 언급된 기술들을 적용하기 힘들다.
반면에 호스트 기반의 아키텍처는 GPS안에 CPU를 필요로 하지 않는다. 대신, GPS 소프트웨어가 스마트폰과 같은 호스트 장치에 이미 포함되어 있는 CPU와 플래시 메모리에서 구현된다. 한편 고성능 무선주파수 상보성금속산화물반도체(RF-CMOS) 기술은 RF 튜너가 베이스밴드와 동일한 다이에서 실행 가능하게 한다. 즉, 호스트 기반의 GPS와 RF-CMOS가 단일 다이의 GPS 칩의 생산을 가능하게 해 준다.
이는 성능의 손실 없이 칩의 단가를 감소시키는 효과를 가져왔다.
표 1 소비자용 GPS를 가능하게 한 일곱 가지 기술
⇒ 아직도 멀었는가?
A-GPS 기술 혁명은 우리에게 큰 길을 열어주었다. 여기까지 오면서 우리는 다음과 같은 질문을 할 수 있다: 아직도 멀었는가? 지금부터는 GNSS의 소비자 부분 질문들에 대한 답을 제공할 것이다. 소비자 시장은 과연 우리가 기대하는 위치까지 도달했는가? 소비자용 GPS 기술 또한 우리가 기대하는 수준까지 왔는가?
지금부터 보여주고자 하는 것은 다음과 같다:
· 소비자 시장 측면에서 우리는 시장 예측을 넘어섰다.
· 기술적인 측면에서 우리는 예측한대로 무어의 법칙을 따랐다.
· 칩들과 수신기들은 예상보다 저렴하다 - 이는 무어의 법칙처럼 규모 및 경쟁이 크게 증가했기 때문이다.
· 칩들이 성능을 낮춰가며 가격을 낮추는 것은 아니다. 오히려 그 반대로 오늘날의 칩들은 낮은 가격에 더 나은 성능을 가질 수 있도록 발전했다.
작고, 저렴한 안테나들은 성능에 영향을 미쳐왔지만, 같은 안테나를 사용한다고 가정했을 때 4달러 이하의 단일 다이 GPS 칩을 탑재한 수신기가 19,000달러짜리 수신기의 성능을 능가할 수 있다. 이는 역설적으로 들리다 못해 불가능하게도 보이겠지만, TTFF, 민감도 및 도시에 대한 정확성 데이터가 이를 증명해 준다.
그림 5 복잡한 도로에서의 휴대폰(왼쪽)과 측량용 수신기(오른쪽)
또 다른 칩 진화의 결과는 GPS-only 시스템과 관련하여 크게 발전했다는 점이다. 그러나 아직도 도로와 실내에서 해결해야 할 문제들이 많이 남아있다. 하지만 이러한 문제들은 GPS(혹은 다른 단일 시스템)만으로는 절대 해결할 수 없다. 따라서 이 시기는 "GPS-plus"라고 할 수 있으며, GPG-only 시대는 곧 사라지게 될 것이다. 이는 GPS의 몰락으로 해석되어서는 안되고 오히려 그 반대라고 볼 수 있다. 그 이유는 GPS-only 시스템이 5억 개의 휴대폰에 탑재되어 있으며, 이전에는 위성 네비게이션이 가보지 못한 곳까지 대담하게 GPS를 가지고 가기 때문이다. 더 나아가 이러한 성공으로 인해 GPS-only가 제공하는 성능의 한계를 느끼는 것이다.
가까운 미래에 GPS+MEMS, GPS+WiFi, GPS+NMR, GPS+ GLONASS, 콤파스, QZSS, 그리고 갈릴레오 등의 "GPS-plus"가 확산됨을 보게 될 것이다. 또한, 이 중에서도 뛰어난 통합 품질을 보여주는 GPS-plus가 성공하게 될 것이다. 윈스턴 처칠의 말을 인용하자면, 이것은 GPS의 끝이 아니며, 끝의 시작조차 아니다. 다만 이것은 시작의 끝일 뿐이다.
⇒ GPS 소비자 시장
렌 제이콥슨의
이 요약 자료를 보면, 2006년 프로스트 와 설리반은 2010년 PND와 휴대 기기(휴대폰 제외) 시장이 830만 유닛으로(평균가가 325 달러) 27억 달러에 이를 것이라고 2010년 소비자 시장 예측에 대한 언급했다. 사실 오늘날 이 시장은 거의 4천만 유닛으로 60억 달러(평균가 150 달러)에 이른다.
요약하자면, 휴대폰 시장을 제외한 소비자 시장은 예상가의 반도 안 되는 가격으로도 몇 년 전의 예측에 비해 두 배나(달러) 성장한 것이다.
휴대폰 시장 부문과 관련해서는 A-GPS가 정밀 시간 네트워크(예를 들어 CDMA 네트워크)에 한해서만 채택될 것이라고 예측한 1999년을 보자. 오늘날 A-GPS는 유럽 및 북미의 GMS와 일본의 W-CDMA를 포함하여 전세계의 정밀 시간 및 간략 시간 네트워크를 독점하고 있다.
GPS 소비자 시장 중에서도 특히 휴대폰 시장 부문은 급격하게 성장하여 지금까지 만들어진 그 어떠한 GPS보다도 지난 3년간 휴대폰에 탑재된 GPS 수신기의 수가 더 많다. 그리고 오늘날 매년 생산되는 총 GNSS 수신기의 99% 이상이 L1-only C/A 코드 GPS 이다.
그렇다면, 소비자 시장 측면에서 보았을 때, 우리는 우리가 기대했던 위치에 도달하였는가? 그렇다! 이 뿐만 아니라, 우리는 우리가 기대할 수 있는 기대치까지 뛰어넘었다. 다음으로, 지난 십 년간의 기술적 발전을 들여다보고, 이 또한 우리가 기대치에 도달했는지 보도록 하자.
⇒ GPS와 무어의 법칙
무어의 법칙에 의하면, 칩의 사이즈는 일정한 수의 트랜지스터들을 따라 2년마다 반으로 줄어든다고 한다. 다음 표는 이 이론이 특정 GPS 칩에서 실제로 어떠한 결과를 내는지 정리해 주고 있다. 이는 표에서 거대한 병렬 상관관계를 가지고 있는 A-GPS 수신기와 이 칩들의 각 세대별 제품이 출시된 날짜로 정리되었다.
표 2 상업적으로 제공하는 거대한 병렬 상관관계가 포함된 A-GPS 수신기들의 진화
또한, 이 표는 실리콘 다이에 있는 단일 게이트의 길이에 대한 기술 공정을 보여준다. 이 길이는 이전의(2d) 칩 사이즈를 70% 줄이고 사이즈를 두 배로 감소시킨 것이다. 따라서 2년마다 기술 공정이 다음 단계로 바뀌고 칩 사이즈가 2배로 감소하면서 우리는 GPS에서 무어의 법칙이 활동하고 있음을 확인할 수 있다. 2010년에 막 접어들었음에도 불구하고, 사람들은 이미 다음 단계인 40nm 공정 GPS 칩에 대해 이야기하고 있다.
비교를 위해 많은 휴대폰에 탑재되어있는 브로드컴의 BCM 4751 칩을 살펴보자. 이 칩은 이 글에서 볼 수 있는 글자 크기로 2.9x3.1mm이다. 이 칩은 단일 다이 호스트 기반의 GPS/SBAS 수신기이며, RF 프론트 엔드, LNA, 베이스 밴드, 그리고 전력 관리 유닛을 포함하고 있다. 무어의 법칙은 지난 20년간 10번이나 반복되었다. 이론적으로 20년 전의 칩은 2^10배(천 배)나 컸을 것이다. 하지만, 실제로 그렇게 큰 크기의 칩은 존재하지 않았다. 즉, 여기에서의 요점은 GPS 칩들이 무어의 법칙에 의해 단지 크기가 작아지는 것이 아니라 매우 복잡해지고 많은 기능들을 갖추게 되었다는 점이다.
⇒ 최저가 GPS의 성능
GPS 수신기는 아주 기본적으로 작동을 시작하고, 약한 신호들을 추적하며, 위치 속도와 시간을 산출해내는 역할을 한다. 복잡한 세부사항을 제쳐두면, 성능은 얼마나 빠르고, 얼마나 민감하며, 얼마나 정확한가의 세가지로 요약할 수 있다.
그림 6 복잡한 도로에서의 신호분석
앞서 언급한 일곱 가지 기술들로 인해 1990년대 이후로 TTFF와 민감도에 대한 부분은 엄청나게 향상되었다. 콜드 스타트(cold start) 혹은 부팅(warm start)을 위한 TTFF은 정밀 시간 없이도 1초 정도 밖에 안 걸린다. 이는 1990년대의 일반적인 GPS 성능보다 45배나 향상된 것이다. 민감도는 1998년에 약 30배(150 dBm까지) 증가하였으며, 2006년에 10배(160dBm까지) 더 늘어났다. 또한, 지금까지 3배 정도 더 증가하여, 총 1,000배 정도의 추가 민감도가 생겨났다. 그렇다면 정확도는 어떠할까?
어떤 이들은 저가 칩들이 낮은 정확도를 가지고 있다고 생각하지만, 지금은 그렇지 않다. 작고 저렴한 안테나들이 정확도를 감소시키는 것은 사실이지만, 동일한 안테나가 주어졌을 때, 오늘날 시장에서 찾을 수 있는 저가 수신기들은 휴대폰이 사용되는 일반적인 환경에서 가장 고가의 제품보다 뛰어난 성능을 구현한다. 아래의 수치들은 이를 증명해 준다.
첫 번째로 맑은 하늘이 보이는 지붕 꼭대기에 최고의 성능을 가진 안테나를 가장 작고 저렴한 GPS 수신기를 연결시킨다. 그림 2의 왼쪽은 흩어져 있는 위치들을 보여준다. 파란색 원은 중간 값 분포를 의미하며, 이 2000픽스의 데이터 세트의 경우에는 0.9m로 나타난다.
인접한 좌표는 동일한 안테나에 연결된 19,000달러 기준점 측량용 GPS 수신기로부터 얻은 위치 결과를 보여준다.
따라서 기준점 측량용 GPS는 휴대폰 GPS에 비해 평균 60cm의 이점, 혹은 보는 사람에 따라 3배의 이점을 제공하고 있다. 하지만 이 결과는 일반적인 소비자 시나리오도 아니고, 오늘날 우리가 직면한 주요 문제도 아니기 때문에 이 결과에 너무 연연해 할 필요는 없다.
다음으로 우리는 더 일반적인 환경에서 더 일반적인 소비자 안테나로 얻을 수 있는 정확도에 대해 살펴보자. 그림 3은 산호세 다운타운에서(PND에서 발견되는 것과 같은) 액티브 패치 안테나에서 얻어낸 위치 결과를 보여준다. 산호세는 GPS를 이용하기에 어려운 곳도 쉬운 곳도 아닌 미국의 지극히 평범한 도시이다. 높은 빌딩들과 인접해 있는 라이트 스톤 앨리라 표시된 거리는 넓이가 5m밖에 되지 않는다.
우리는 정확도를 평가하기 위해 사실 참조 시스템을 이용하여 GPS 및 통계 등급 IMU를 링 레이저 자이로스코프와 함께 결합시키고 파란색 점으로 표에 표시한다. 흰색 점들은 저가 GPS 위치를 나타낸다. 대개 흰색 점들은 파란색 점들 위에 나타나지만, 때때로 몇몇은 분리되어 있는 것을 발견할 수 있으며, 여기에 나타난 붉은 선은 수평적 오류를 보여준다. 수평적 오류의 중간 값은 4.4m 이다.
그림 4는 휴대폰 GPS와 동일한 패치 안테나에 연결된 기준점 측량용 수신기와 함께 저가 수신기 및 고가 수신기를 비교하고 있다. 기준점 측량용 수신기는 도시 환경에서는 신호가 약하기 때문에 많은 위치 차이를 보이고, 자동차가 정차되어 있을 때(표의 왼쪽 아래와 위에 나타난 교차로) 위치는 그 주위를 맴도는 것을 볼 수 있다. 그러나 이러한 상황이 샌프란시스코, 뉴욕, 시카고, 상하이, 타이페이, 신주쿠와 같은 극심한 도로에서 소비자 GPS가 직면하고 있는 실질적인 문제가 아니기 때문에 위 결과에 너무 신경 쓰지 않아도 된다. 이러한 도시에서는 한 두 개의 GPS 위성만 직접 보인다.
다른 위성들은 순수하게 반사된 신호들을 통해서만 추적될 수 있다. 이는 직접적인 신호와 반사된 신호의 조합으로 분석되는 전통적인 GPS 다중통로가 아니라, 오로지 반사된 신호들을 조합한 것이다. 많은 경우, 직접적인 신호들은 건물들에 의해 완전히 차단되거나 관찰되지 않는 경우가 있다. 그러므로 비행시간으로부터의 관찰 범위에 대한 GPS의 모든 전제가 무너지게 되며, 높은 정확도를 얻기 힘들다.
그림 5는 샌프란시스코의 경제지구에서 동일한 작은 규모의 안테나를 연결한 휴대폰 GPS와 조사 등급 GPS를 나란히 비교한 것이다. 여기에서는 기준점 측정용 수신기로부터 그 어떤 픽스를 찾아볼 수 없다. 그림 6은 이에 대한 이유를 설명하기 위해 사용 가능한 신호들을 자세하게 보여주고 있다. 사진에 나온 몽고메리 거리에는 직접 볼 수 있는 위성이 한 개 밖에 없었으며, 132dBm의 신호 강도를 가지고 있었다. 그 외의 위성들은 전통적인 GPS 수신기들이 얻지 못하는 신호 강도가 140dBm이거나 이보다 약한 신호들이었다. 이러한 이유로 현대 고 민감도 수신기들만이 이러한 환경에서 유일하게 작동할 수 있다.
요약하자면, 성능을 포기해야 하는 대가로 저가 수신기를 선택할 수 있는 것은 아니다. 오히려, 이와 반대이다. 앞서 언급했듯이 TTFF와 민감도는 일곱 가지의 기술 덕분에 극적으로 발달해왔고, 반면에 정확도는 타협하지 않았다. 또한, 이러한 저가 수신기들은 기존 수신기들이나 심지어는 현대의 수 천 달러짜리 기준점 측량용 수신기들보다 도시 환경에서 뛰어난 성능을 보여준다.
하지만 아직도 멀었을까? 우리는 앞서 소비자 GPS 시장이 기대치를 넘어선 것을 보았다. 기술적인 관점에서 보면, 이 질문에 대한 답은 소비자 시장 측면에서 얻은 답과 미묘한 차이를 보인다. 소비자 GPS 기술은 지난 십 년간 엄청난 도약을 이루어냈다. 그러나 엄밀히 말하면, 이러한 발전들 때문에 우리는 GPS가 사용될 수 있으리라고 기대하지 못했던 곳에서도 사용할 수 있게 되었다. 이제는 GPS가 실내에서뿐 아니라(현재 가능하다) 밖에서도 실내에서처럼 작동될 수 있길(현재 가능하지 않다) 요구하고 있다. GPS-only에서의 성능 개선은 최근 속도로 지속되지 않을 것이다. 예를 들어, 우리는 TTFF에서의 또 다른 45배 향상 혹은 GPS만의 또 다른 30dB 민감도 향상을 기대하지 않는다. 하지만, 우리는 다른 기술과의 결합을 통해 뛰어난 성능을 기대한다.
그림 7 PND 위치 정확도(왼쪽)와 정면 정확도(오른쪽), 샌프란시스코
그림 7은 상업적으로 이용할 수 있는 GPS+MEMS(미이크로 전기 기계 장치)의 예를 보여준다. 이 장치는 BCM 4750 칩(위의 테스트들에 사용된 것과 동일한)을 탑재한 Tomtom 950과 MEMS 가속도계 및 MEMS 레이트 자이로스코프(rate gyroscope)이다. GPS와 완벽하게 결합하여 앞에서와 동일하게 샌프란시스코의 깊숙한 도로에서 테스트하면, 위치의 효과는 뛰어나지만(정확도의 중앙값은 30%까지 증가하였고, 최악의 경우를 고려한 오류는 절반으로 줄었다) 정면 정확도는 극적인 결과를 보여준다.
막대 그래프는 샌프란시스코 테스트 중 각각의 거리들에서 나타난 최악의 경우를 고려한 정면 정확도를 나타내고 있다. GPS-only(빨간색)로 발생한 최악의 경우를 고려한 오류는 약 45°정도이다. 이는 비슷한 환경에서 어떠한 GPS-only 기기로든 비슷하게 얻을 수 있는 결과이며, 머잖아 방향을 잘못 바꾸게 될 것이다. 하지만 MEMS 레이트 자이로스코프와의 통합은 최악의 경우를 고려한 오류를 3°까지 감소시킨다. 우리는 지난 십 년 동안 있었던 발전과 비슷하게 핵심 미터법에서 15배의 향상을 볼 수 있지만, 이제 이 같은 향상은 "GPS-plus"의 효과 덕택이라고 할 수 있다.
우리는 지금 그리고 앞으로 GPS와 와이파이, NMR/MRL(GSM과 3G 폰의 전력 측정기들), GPS+GLONASS, 콤파스, QZSS 및 갈릴레오를 포함한 수많은 기술들의 결합을 보게 될 것이다.
예를 들어 최근의 아이콘인 스마트폰, 넷북, 그리고 이와 유사한 기기들은 GPS 및 와이파이는 물론 3G 기능도 포함하고 있다. 그러므로 GPS 기술은 자연스럽게 와이파이 및 MRL 측정도 포함하도록 진화하고 있다. 또한 동일한 칩 공급업체로부터 다른 라디오를 공급하는 트렌드도 자연스럽게 생겨나는 것이다. 당신은 왜 다른 라디오들과 함께 발생할 수 있는 문제들을 해결하기 위해 혼자 노력하는가? 이는 이미 칩 공급자들이 당신을 위해 다 해두었는데도 말이다.
네비게이션 기술의 새로운 10년을 기대하며, 이 세기는 다양한 단계에서의 GPS+다른 기술의 통합이 각광받는 시기라고 할 수 있다.
약력
프랭크 반 디글렌은 브로드컴 네비게이션 사업부의 최고 책임자 및 GPS 시스템즈의 기술부문 이사를 역임하고 있다. 프랭크 반 디글렌은 간략 시간 네비게이션 개발자이자, A-GPS용 추산 위치표(LTO: Long Term Orbits)의 공동 개발자이다. 또한, 그는 A-GPS와 관련하여 미국에서 50개 이상의 특허권을 보유하고 있다. 프랭크 반 디글렌은 캠브리지 대학에서 전자공학 박사 학위를 취득하였으며, A-GPS 분야의 첫 교과서인
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