스마트폰으로 지도를 실행하거나 차량 내비게이션을 켜면 어떤 때는 위치가 바로 표시되지만, 어떤 때는 1~2분 정도 기다려야 하는 경우가 있습니다.
드론이나 GNSS 측량 장비를 사용하는 사람들도 같은 경험을 합니다.
그렇다면 왜 같은 GPS인데 위치를 찾는 속도가 다를까요?
그 이유는 GNSS 수신기의 시작 상태(Start Mode) 와 관련이 있습니다.
이번 글에서는 콜드 스타트(Cold Start), 웜 스타트(Warm Start), **핫 스타트(Hot Start)**의 차이를 쉽게 알아보겠습니다.
GNSS 수신기는 무엇을 알아야 위치를 계산할까?
위치를 계산하기 위해 GNSS 수신기는 단순히 위성 신호만 받으면 되는 것이 아닙니다.
다음과 같은 정보가 필요합니다.
현재 시간
자신의 대략적인 위치
어떤 위성이 하늘에 있는지
위성의 궤도 정보
이 정보를 얼마나 가지고 있느냐에 따라 위치를 찾는 속도가 달라집니다.
TTFF란?
GPS에서는 위치를 처음 계산하기까지 걸리는 시간을 TTFF(Time To First Fix) 라고 합니다.
즉,
GPS 전원을 켠 후 최초의 위치(Fix)를 얻기까지 걸리는 시간
을 의미합니다.
콜드 스타트, 웜 스타트, 핫 스타트는 모두 TTFF와 밀접한 관련이 있습니다.
콜드 스타트(Cold Start)란?
콜드 스타트는 말 그대로 "처음부터 다시 시작하는 상태"입니다.
수신기가 이전 정보를 거의 가지고 있지 않은 상태를 의미합니다.
예를 들어,
처음 구입한 GPS 장비
공장 초기화 후
오랫동안 전원을 꺼둔 경우
수천 km 떨어진 다른 나라로 이동한 경우
에는 콜드 스타트가 발생할 수 있습니다.
수신기는 위성을 하나씩 찾고, 현재 시간과 궤도 정보를 다시 받아야 하기 때문에 위치를 찾는 데 가장 오래 걸립니다.
웜 스타트(Warm Start)란?
웜 스타트는 일부 정보를 기억하고 있는 상태입니다.
예를 들어,
최근 사용한 적이 있는 장비
시간 정보는 유지
마지막 위치도 대략 기억
이 경우에는 위성을 다시 찾는 시간이 줄어듭니다.
보통 수십 초 안에 위치를 계산할 수 있습니다.
핫 스타트(Hot Start)란?
핫 스타트는 가장 이상적인 상태입니다.
수신기가 다음 정보를 모두 기억하고 있습니다.
현재 시간
마지막 위치
위성 궤도 정보
따라서 위성 신호만 확인하면 거의 즉시 위치를 계산할 수 있습니다.
대부분 몇 초 안에 위치가 표시됩니다.
세 가지를 비교해 보면
| 시작 방식 | 이전 정보 보유 | 위치 계산 시간 |
|---|---|---|
| 콜드 스타트 | 거의 없음 | 수십 초 ~ 수 분 |
| 웜 스타트 | 일부 있음 | 수십 초 |
| 핫 스타트 | 대부분 있음 | 수 초 |
위성 궤도 정보도 중요한 이유
GNSS 위성은 계속 움직이고 있습니다.
수신기는 현재 어떤 위성이 어디에 있는지 알아야 합니다.
이를 위해 사용하는 정보가 있습니다.
알마낙(Almanac)
전체 위성의 대략적인 위치 정보
수개월 동안 사용 가능
에페머리스(Ephemeris)
각 위성의 매우 정확한 궤도 정보
보통 수 시간 정도 유효
핫 스타트는 이러한 정보를 이미 저장하고 있기 때문에 매우 빠르게 위치를 계산할 수 있습니다.
스마트폰은 왜 대부분 빨리 위치를 찾을까?
요즘 스마트폰은 GPS만 사용하는 것이 아닙니다.
다음 정보를 함께 활용합니다.
Wi-Fi
이동통신 기지국
블루투스
A-GNSS(Assisted GNSS)
이러한 정보를 함께 사용하면 위성을 찾기 전에도 현재 위치를 대략 추정할 수 있습니다.
그래서 대부분 몇 초 안에 위치가 표시됩니다.
GPS가 늦게 잡히는 대표적인 원인
다음과 같은 환경에서는 위치 계산이 늦어질 수 있습니다.
① 실내
건물 천장이 위성 신호를 막습니다.
② 고층 건물 사이
신호 반사가 발생해 위성을 찾기 어려워집니다.
③ 장시간 미사용
위성 정보가 오래되어 다시 받아야 합니다.
④ 해외 이동
마지막으로 기억한 위치와 실제 위치가 크게 달라집니다.
⑤ 악천후
폭우나 눈은 신호 품질을 일부 떨어뜨릴 수 있습니다.
위치를 더 빨리 잡는 방법
다음 방법을 사용하면 GPS 초기 위치 계산 시간을 줄일 수 있습니다.
하늘이 잘 보이는 곳으로 이동하기
Wi-Fi와 모바일 데이터를 켜기
위치 서비스를 활성화하기
GPS를 잠시 켜 두기
장시간 사용하지 않았다면 조금 기다리기
쉽게 이해하는 비유
GNSS 수신기를 사람에 비유하면 이해하기 쉽습니다.
콜드 스타트는 처음 가는 도시에서 길을 찾는 사람입니다.
웜 스타트는 예전에 한 번 와본 도시를 다시 방문한 사람입니다.
핫 스타트는 매일 다니는 동네에서 길을 찾는 사람입니다.
기억하고 있는 정보가 많을수록 목적지를 더 빨리 찾을 수 있는 것과 같은 원리입니다.
GNSS 전체 구조에서 스타트 모드의 위치
GNSS가 처음 켜지면 다음과 같은 순서로 동작합니다.
전원 켜기
↓
현재 시간 확인
↓
위성 탐색
↓
알마낙·에페머리스 확인
↓
거리 계산
↓
위치 계산 완료
콜드 스타트와 핫 스타트의 차이는 바로 이 과정에서 이미 가지고 있는 정보의 양입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
Q. GPS를 오래 꺼두면 항상 콜드 스타트가 되나요?
항상 그런 것은 아닙니다.
다만 위성 궤도 정보가 오래되면 다시 다운로드해야 하므로 위치 계산 시간이 길어질 수 있습니다.
Q. 스마트폰도 콜드 스타트가 발생하나요?
네.
비행기 모드 사용 후 장시간 전원을 꺼두었거나 해외 이동 후 처음 GPS를 사용할 때 발생할 수 있습니다.
Q. A-GNSS는 무엇인가요?
A-GNSS(Assisted GNSS)는 인터넷을 이용해 위성 정보를 미리 받아 GPS 위치 계산을 빠르게 하는 기술입니다.
핵심 정리
이번 글의 핵심은 다음과 같습니다.
콜드 스타트는 이전 정보가 거의 없는 상태이다.
웜 스타트는 일부 정보를 기억한 상태이다.
핫 스타트는 대부분의 정보를 기억하고 있어 가장 빠르다.
위성 궤도 정보와 현재 시간을 알고 있을수록 위치를 빨리 계산할 수 있다.
마무리
GPS가 바로 잡히지 않는다고 해서 장비가 고장 난 것은 아닙니다.
수신기는 현재 시간과 위성의 위치를 확인하고 필요한 정보를 수집한 뒤 정확한 위치를 계산합니다.
따라서 어떤 시작 상태인지에 따라 몇 초 만에 위치를 찾기도 하고, 경우에 따라서는 1~2분 정도 시간이 걸릴 수도 있습니다.
이 원리를 이해하면 스마트폰, 차량 내비게이션, 드론, GNSS 측량 장비가 위치를 계산하는 과정을 더욱 쉽게 이해할 수 있습니다.
다음 글 예고
다음 편에서는 A-GNSS(Assisted GNSS)란 무엇인가? 스마트폰 GPS가 빠른 이유를 알아보겠습니다.
GPS만 사용하는 것과 A-GNSS를 사용하는 것은 무엇이 다른지, 그리고 스마트폰이 몇 초 만에 위치를 찾을 수 있는 이유를 쉽게 설명해 드리겠습니다.
댓글 쓰기