GPS 관련 자료

요즘 스마트폰으로 위치확인을 하시는 분들이 참 많습니다.

그런데, 위치확인 시스템의 원리에 대해 잘 모르시는 분들이 많아 이런 저런 오해가 많이 발생하는 것 같아요.

그래서 제가 이렇게 저렇게 정리하여 알고 있는 내용을 말씀드리려고 합니다.

1. 스마트폰의 위치확인 시스템

스마트폰의 위치확인 시스템은 크게 2가지로 나뉩니다.

(1) 3G / 4G / WIFI 신호를 이용한 위치 추정

(2) A-GPS / Glonass 를 위성을 이용한 위치 추정

스마트폰의 위치 서비스 설정에 들어가면 다음과 같은 메뉴가 있어요.

첫번째 항목이 3G / 4G / WIFI 신호를 이용한 위치 추정 여부를 설정하는 것이고,

두번째 항목이 A-GPS / Glonass 를 위성을 이용한 위치 추정 여부를 설정하는 것입니다.

2. 3G / 4G / WIFI 신호를 이용한 위치 추정

그럼 먼저 3G / 4G / WIFI 신호를 이용한 위치 추정에 대해 말씀드릴게요.

이 방법은 정확도가 낮지만 매우 빠르게 위치를 확인하는 방법입니다.

휴대폰에서 WIFI를 켜면 많은 AP(무선공유기)의 신호가 잡힙니다.

이 신호를 기준으로 휴대폰의 위치를 확인하는 방법입니다.

또한 WIFI 이외에도 휴대폰에서 수신되는 기지국으로부터의 3G / 4G 신호를 이용하여

위치를 대략적으로 추정합니다.

3G / 4G 를 이용하는 방법은 상대적으로 오차가 수백 미터에 이릅니다.

(기지국의 위치가 수 km 마다 있으니까요)

WIFI를 이용한 방법은 이보다는 정확해서 수 ~ 수십 미터의 오차를 가집니다.

(AP의 신호는 기껏해야 수십 m까지 밖에 퍼지지 못하니까요)

창가가 아닌 실내에서 위치를 잡는 경우에는 무조건 3G / 4G / WIFI 를 이용한 방법입니다.

GPS가 아니에요.

스마트폰의 위치확인시스템을 GPS로 오인해서 많이들 부르시는데요.

GPS는 미국의 위성항법시스템의 이름입니다.

3. A-GPS / GLONASS를 이용한 위치 추정

그럼 그 다음으로 A-GPS / GLONASS 에 대해 말씀드릴게요.

GPS는 위에서 말씀드린 것처럼 미국에서 개발 및 관리하는 위성항법시스템입니다.

24개가 넘는 위성으로부터 신호를 수신하여 위치를 계산하는 방법인데요.

네비게이션 등에서도 많이 이용되는 방법입니다.

위성으로부터 데이터를 수신해야 하므로, 무조건 하늘이 보이는 곳에서만 작동합니다.

그런데, GPS의 속도가 상당히 느립니다.

단말기는 GPS 위성의 위치 정보 및 현재 시간 정보 등이 필요합니다.

GPS 위성의 위치로부터 삼각법 등을 이용해 단말기의 위치를 계산하기 때문이죠.

그런데, GPS 위성과의 데이터 통신이 상당히 느리고, 신호도 약하기 때문에

GPS 위성의 위치 정보 및 현재 시간 정보 등을 다운로드하는 것이 오래걸려요.

모든 데이터를 다운받는 데에 12.5분이 걸립니다.

이 문제를 해결하기 위해 A-GPS (Assisted GPS)가 개발되었죠.

A-GPS는 3G / 4G 통신망을 이용해 GPS 위성의 위치와 현재시간 정보를 다운로드합니다.

위성 정보를 빠른 시간 내에 받아올 수 있으므로,

여러 개의 위성 신호만 수신된다면 바로 위치를 추정할 수 있습니다.

따라서 A-GPS를 사용하기 위해서는 단말기가 3G 또는 4G로 인터넷 접속이 가능해야 합니다.

WiFi 로는 A-GPS가 될 수 있는 모델이 현재 없습니다.

A-GPS는 SUPL이라는 통신 규격을 따르게 되어 있기 때문에 모뎀이 없으면 지원을 할 수가 없습니다. 

 

A-GPS를 3G / 4G / WIFI 의 신호로 위치를 추정하는 시스템으로 오해하시는 분들이 있는데요.

A-GPS는 3G / 4G 통신망을 이용해 위성 정보 및 시각 정보를 받아오는 GPS입니다.

 

그래서 기존의 GPS(S-GPS라고도 합니다.)와 A-GPS의 차이는 속도 차이로 보시면 됩니다.

최근 출시되는 거의 대부분의 스마트폰은 A-GPS를 탑재하고 있죠.

 

 

그럼 GLONASS는 무엇일까요.

GLONASS는 러시아가 개발 및 운용하는 위성항법시스템입니다.

예전 냉전 시대때부터 개발했으나, 소련이 붕괴되면서 중단되었다가

최근 들어서 다시 개발되어 완성된 시스템이죠.

아이폰4s, 갤럭시s3, 옵티머스 LTE2 등 최신 스마트폰들은 모두

GPS 뿐만 아니라 GLONASS도 지원합니다.

GLONASS가 지원이 되면, 결국 스마트폰이 받을 수 있는 위성 데이터가 늘어나서

위치 추정의 정확도가 높아지죠.

 

 

A-GPS 및 GLONASS를 이용하면 수 미터의 오차로 위치추정이 가능합니다.

아래는 옵티머스 LTE2에서 GPS TEST 어플을 이용해 측정한 위성 정보입니다.

어플 이름이 "GPS TEST" 입니다.

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.chartcross.gpstest

In view 21 으로 나와있는 것은

A-GPS에서 통신망을 통해 위성의 위치 정보를 받아서

단말기가 위치한 곳에서 현재 볼 수 있는 위성이 21개라는 뜻입니다.

In use 11 은 21개의 위성 중에서 현재 단말기가 신호를 수신하는 위성의 개수가 11임을 알려줍니다.

아래 그래프는 11개 위성에서 받은 신호의 크기를 나타내는 것이고요.

 

하단 왼쪽에 보시면 동그라미, 삼각형 등이 있는데요.

동그라미는 GPS위성이고, 삼각형은 GLONASS위성입니다.

다시 말씀드리지만 A-GPS는 이러한 위성의 위치 정보를 통신망으로 빠르게 다운받는 것이죠.

 

오른쪽 상단에 현재 오차가 6m 로 나오네요. 상당히 정확한 수치입니다.

보통 위성이 4~5개 정도 연결이 되면 수십 m의 오차가 나기도 하고요.

위성과 많이 연결될 수록 정확도가 당연히 올라갑니다.

  

GPS는 항상 하늘이 보여야 합니다.

그럼 실내지만 창가 부근에서는 될까요?

당연히 됩니다.

위의 캡쳐는 사무실 창가 부근에서 측정한 결과인데요.

휴대폰을 오랫동안 창가에 두었으나 보시는 것처럼

8개의 위성 밖에 연결이 되지 않았고, 또한 신호도 약합니다.

오차도 14m 로 크네요.

4. 그럼 스마트폰에서 위치 추정은 어떻게?

앞에서 말씀드린 2가지 방법을 모두 이용하여 위치를 추정합니다.

(물론 설정에서 둘 다 활성화시켰을 때에요.)

3G / 4G / WIFI 를 이용한 방법은 1~2초면 위치를 추정합니다.

하지만 오차가 당연히 크죠.

다만 WIFI 를 켜놓은 상태고 주변에 AP가 많은 곳이라면

이를 이용해서 꽤 정확한 위치를 알려줍니다.

그렇게 일단 대략적인 위치를 보여주고 나서

A-GPS를 가동합니다.

우선적으로 통신망을 이용해 위성의 위치 정보와 시각을 수신하고요.

그 다음 위성의 신호를 수신합니다.

1개, 2개,,, 점점 더 많은 위성과 연결이 되다가

대략 4~5개의 위성과 연결되면 GPS를 이용한 위치 추정이 시작되고요.

이것까지 걸리는 시간이 빠른 경우 10초 내외,

오래 걸릴 경우 수 분이 걸립니다.

GPS와 연결되는 시각은 단말기에 따라서도 차이가 나고요.

하늘이 보이는 정도, 날씨 등에도 영향을 많이 받습니다.

그런데, 위치를 확인해보면 WIFI로도 가끔 상당히 정확하게 확인이 됩니다.

속도도 빠르고 말이죠.

그래서 사람들은 착각합니다.

"이 휴대폰 GPS 연결 정말 빠르네." 라고요.

물론 실제로 빠른 경우일 수도 있습니다.

그래서 그것을 구분하는 방법을 알려드리면요.

걸어서 움직여보면 됩니다!

WIFI를 이용하는 방법은 움직이는 것까지 알아내지 못합니다.

물론 수십m 걸어가면 이동하기는 하지만, 수 m 걸어가면 변화가 없습니다.

하지만 GPS의 경우에는 걸어가는 방향으로 따라 움직입니다.

혹은, 저처럼 GPS TEST 어플을 이용하시면 됩니다.

안드로이드의 GPS TEST 어플은 오로지 GPS/GLONASS만을 고려한 결과를 보여주거든요.

5. 맺음말

얼마 전에 옵티머스 LTE2의 GPS 문제로 A/S 다녀왔습니다.

옵티머스 LTE2의 고질적인 GPS 문제가 있는데요.

회로 차단막이 있는데, 이것이 GPS 안테나 부근에 있어 신호까지도 차단하는 문제입니다.

센터 가면 10분이면 해결해 줍니다.

센터를 다녀오고 나서 GPS TEST 어플로 신호 크기를 확인해본니,

신호 감도가 30~40% 증가하더군요.

이걸 계기로, 그냥 GPS에 대해 설명 좀 해야겠다는 생각으로 시작했는데,

쓰다보니 상당히 길어졌네요.

혹시라도 틀린 점이 있다면 지적해주시길 바라고요.

많은 도움이 되었으면 합니다.

긴 글 읽어주셔서 감사드립니다.

* 부록 (WIFI / AP 로 위치 추정하는 원리)

구글은 전 세계 수많은 AP의 위치 정보를 가지고 있습니다.

스마트폰에서 WIFI를 이용한 위치 추정 기능을 켜면

"Google의 위치 서비스에서 익명의 위치 정보를 수집할 수 있도록 합니다.

일부 데이터는 기기에 저장될 수 있습니다.

앱히 실행되고 있지 않을 때에도 정보가 수집될 수 있습니다."

라는 동의를 묻는 창이 뜹니다.

즉, 내가 WIFI 신호의 정보를 이용한 위치 추정 기능을 켜면,

동시에 내가 획득한 WIFI 신호 정보가 구글로 전송되는 것이죠.

이런 방법 이외에도, AP 정보 수집용 차량을 이용하여 AP 정보를 획득하기도 합니다.

GPS와 AP 신호측정기가 장착된 차량을 타고 이동하면서

특정 장소에서 어떤 AP의 신호가 얼마나 크게 측정되는 지를 모조리 수집하는 것이죠.

이러한 방법으로 축적된 데이터를 이용해 위치를 추정하게 되고요.

이 기능은 단말기에서 WIFI 를 켜야만 작동합니다.

그러니 주변에 AP가 있는 실내에서 위치를 확인하고 싶으시다면 

WIFI를 꼭 켜세요. 상당히 빨리, 꽤 정확한 위치를 알 수 있습니다.