점점 범위가 확산되어 가는 GNSS 시스템 및 기타 보완 시스템에 대응하고 저전력 소비 및 소형 사이즈 등과 같은 설계 고려사항에 주목하여 u-blox 7이 출시됐다. 이 제품은 유블럭스의 5세대 GNSS 리시버로서, UBX-G7020 다중 GNSS 수신 칩을 기반으로 하고 있다.

글 | 칼 펜저(Carl Fenger) 커뮤니케이션 매니저
       우페 플레스(Uffe Pless) 프로덕트 매니저
       유블럭스(u-blox)

지난 30년간 GPS는 내비게이션 및 위치 추적 분야에 있어서 실질적인 세계 표준으로 자리를 잡았다. 그러나 이러한 상황은 매우 빠르게 바뀌고 있다. 미국 중심의 GPS 위성망에 대한 의존도를 낮추기 위해 러시아, 중국, 유럽이 자체적인 동시 광역 글로벌 위치 내비게이션 위성 시스템, GNSS를 차례로 선보이고 있기 때문이다. 일본 역시 자체적인 위성망 확충을 통해 일본 및 남아시아, 오세아니아 지역 내 GPS 성능 강화에 나서고 있다.

GNSS 현황
오늘날 다양한 GNSS 시스템이 등장하고 있는 이유는 단순하다. 다수의 국가들이 미국이 통제하는 GPS 시스템이 폐쇄 혹은 접근 제한이 될지 모르는 사태를 대비해 GPS 시스템에 대한 의존도를 낮추고자 하기 때문이다. 이러한 이유로 Multi GNSS 표준을 지원하는 GNSS 시스템 설계에 대한 요구가 급격히 늘어나고 있다.
 정부 주도의 각종 규제 및 규정 개편을 위하여 자국 내 자체 GNSS 개발 필요성 대두(기존 GPS와 병행)
 가용성 및 예비 체계 확보: 단일 위치 추적 시스템에 대한 의존도 감소로 안정성 향상
 도시 지역 내 성능 향상: 고층 빌딩의 증가로 단일 위성망의 위성 가시성이 감소하는 경우, 다른 시스템으로 전환해 가시성을 확보할 수 있는 선택권 부여가 가능
 정확도: 복수의 시스템을 사용하는 경우, 정확도 향상 가능성 증가

러시아
GNSS 시스템 중 가장 먼저 가동된 것은 러시아의 GLONASS로 2011년 현재 24개의 위성을 배치해 가동 중에 있다. GPS와 마찬가지로 GLONASS 역시, 전 세계 모든 지역을 대상으로 하는 서비스이며 러시아 지역 내에서는 반경 7미터, 러시아 외 지역에서는 반경 9미터의 정확도를 보인다. GPS가 사용하는 주파수 대역과는 25 MHz가 떨어져 있는 GLONASS는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식으로 작동한다. 이에 반해 GPS는 CDMA 기술을 통해 위성 간의 식별을 구현한다. GLONASS를 사용한 최초의 애플리케이션 중 하나는 ERA-GLONASS로, EU의 eCall 시스템과 비슷한 자동 자동차 비상 응답 시스템이 있다.

유럽연합(EU)
EU에서는 갈릴레오라고 불리는 자체 위성망을 배치하고 있다. 현재 2개의 위성이 괘도를 돌고 있으며 2012년 2개가 추가될 예정이다. 최종적으로는 30개의 위성을 배치하게 되며(작동 위성 27개, 예비 위성 3개) 최종 완료 시점은 2019년이다. 전체 배치가 끝나면 갈릴레오의 본 서비스가 실시될 것이다. 개량된 버전의 CDMA 기술을 사용하는 갈릴레오는 GPS와 작동 주파수 대역이 아주 유사하다. 정확도는 1 m 이내의 반경이 될 전망이며 위치 추적 외에도 갈릴레오는 ‘수색 및 구조’ 서비스를 포함하고 있다. 이는 양방향 위성 데이터 통신 기능을 위해 구현되며, 이러한 기술을 지원하는 GNSS는 갈릴레오가 현재까지는 유일하다. 갈릴레오는 현재 시험 단계에 있다.
중국
중국은 자체적인 GNSS 시스템을 개발하고 있으며, 이것을 BeiDu-2라고 부르고 있다. 다른 이름으로는 Compass라고도 한다. 역시 CDMA 기술을 기반으로 하고 있으며 현재 10개의 위성이 배치되어 있다. 이를 통해 내비게이션 및 위치 추적 서비스를 중국 및 동남아 지역에 제공할 계획이다. 최종적으로는 35개의 위성이 배치될 예정이며 무상 서비스를 제공하게 된다. 정확도는 10 m 반경, 서비스 지역은 전 세계가 대상이 될 전망이다. Compass의 전 세계 버전 가동은 2020년이 될 전망이며, 현재는 일부 지역에 한해 시범적으로 시험이 이루어지고 있다.

일본
일본의 도시는 고층 건물이 많다. 따라서 일본이 개발하고 있는 QZSS 준 수직 위성 시스템은 도시 지역의 고층 건물 틈새 지역에서 GPS의 기능을 강화하고자 하는 목적으로 만들어지고 있다. 이 시스템은 3개의 위성으로 이루어지며 GPS의 성능을 향상시키기 위해 데이터 보완 기능을 제공, 성능을 1 m 반경 이내 수준의 정확도로 끌어올린다. 준 수직(대략적으로 머리 위 수직 위치에 존재한다는 뜻) 위성 QZSS는 2010년 9월에 발사됐으며 위치 추적 이외에도 모바일 기기를 대상으로 하는 통신 서비스도 함께 제공하게 된다. 하나의 QZSS 위성이 현재 괘도를 돌고 있으며, 2013년이면 3기 전체의 배치가 완료될 것으로 보인다. QZSS는 이미 하나의 위성으로 본 가동에 들어갔으며 일본, 동남아 일부 지역, 호주 지역 내에서 GPS의 보조 역할을 하고 있다.

기타 GNSS 보완 시스템
정확한 위치 추적은 대기 상태에 크게 영향을 받게 된다. 특히 GNSS 신호는 전리층을 지나면서 신호의 지연이 발생한다. 아래 3개의 GPS를 보완하는 시스템들은 현재 가동 중에 있으며 통상적으로 GPS 수신 장치에 의해 특정 지역 내에서 그 정확도를 향상시킬 목적으로 사용되고 있다.

WASS (미국 내 서비스 중)
EGNOS (유럽 및 러시아 지역)
MSAS (일본 내 사용)

이러한 보강 시스템의 사용은 단순히 GPS의 성능을 증가시키는 데 그치지 않는다. GLONASS 및 갈릴레오와 같은 다른 GNSS 시스템 역시 동일한 혜택을 입을 수 있게 되는 것이다.

GPS를 넘어서 u-blox 7
유블럭스는 점점 범위가 확산되어 가는 GNSS 시스템 및 기타 보완 시스템에 대응하고 저전력 소비 및 소형 사이즈 등과 같은 설계 고려사항에 주목하여 u-blox 7을 출시했다. 이 제품은 유블럭스의 5세대 GNSS 리시버이며 새로 개발된 UBX-G7020 다중 GNSS 수신 칩을 기반으로 하고 있다.

전력소모 절감: 통상적으로 GNSS는 배터리로 가동하는 소형기기에 이용되므로(위치 정보란 결국 전력이 없는 이동 물체를 추적할 때에 가장 유용하게 사용된다), 전력소모는 유블럭스의 다중 GNSS 수신 칩에 있어 가장 중요한 요소가 되었다. 경쟁사의 다른 솔루션과 비교했을 때에는 1/3에 해당하는 전략만을 소모한다. 지속 작동 모드에서는 35 mW, 절전 모드에서는 6 mW 밖에 소모하지 않는 UBX-G7020은 시판되고 있는 다중 GNSS 수신 칩 중 가장 낮은 전력소모를 자랑하며 GPS, GLONASS, 갈릴레오, QZSS 및 모든 SBAS 보강 시스템을 지원한다.
소형 및 유연한 인터페이싱: 칩 기반 설계에서는 작지만 쉽게 설치가 가능하며, eBOM이 낮고 유연한 인터페이스를 사용하여 가장 작은 디자인을 만들어낼 수 있어야 한다. UBX-G7020-CT 칩은 이러한 모든 기능을 3.0×3.4 mm의 칩 스케일 패키지(CSP)에 통합했으며 USB, I2C, SPI, UART 인터페이스를 모두 지원한다. LNA, LDO, DC/DC 컨버터 및 온 칩 ROM을 내장하고 있어 8개의 부품만 더 있으면 30 mm2 이하의 좁은 면적만으로도 GNSS 시스템을 꾸밀 수 있다.
모듈 폼팩터의 연속성: 모듈 기반의 설계에서는 GNSS가 계속 변화하고 있음으로, 이를 사용하는 GNSS 시스템도 계속 업그레이드되어야 한다. 성공적인 업그레이드는 전체 하드웨어의 교체 없이 가능해야 한다. 즉, 단순히 동일한 풋프린트를 지니는 모듈을 갈아 끼우고 새로운 펌웨어만을 업로드하면 되는 것이다. 유블럭스는 항상 ‘미래를 대비’ 하여 형태 인자를 만들어 왔으며, 이러한 전통은 u-blox 7은 물론 업계 표준인 LEA, NEO, MAX 모듈에서도 그대로 이어지고 있다.
설계 유연성: 유블럭스는 배치된 모든 GNSS를 지원하면서 이와 동시에 ‘Hardware-ready’ 리시버도 제공한다. 이것은 아직은 가용하지 않거나 완전히 특성화되지 않은 GNSS 시스템도 지원한다는 것을 의미한다. 유블럭스는 이러한 철학을 지지하여 장치 설계자들이 ROM 기반의 모듈을 통해 기존의 GNSS 시스템에 사용하고, 플래시 기반의 모듈을 이용해 갈릴레오나 컴파스 시스템 같이 아직 준비 단계인 GNSS 시스템에 대응할 수 있게 한다.
표준 및 전장 등급: 유블럭스는 소비재 및 산업계, 자동차 업계에서 사용할 수 있는 다양한 등급의 제품들을 지원하고 있으며, 새로 출시될 UBX-7020도 이를 지원한다(UBX-G7020
-KA는 AEC-Q100 및 ISO/TS 16949 품질 제조 표준을 지원한다). u-blox 수신기는 통상적으로 휴대용 전자 기기(카메라, 노트북, 태블릿, 휴대용 내비게이션 장치, 개인 위치 추적기)를 비롯해 산업용 전자기기(자동차 운행 관리, 자산 관리 시스템), 그리고 자동차용 시스템(비상 전화, 도난 방지, 내비게이션) 등에서 사용할 수 있다.

평가 키트
유블럭스의 최신 세대 Multi- GNSS 플랫폼을 평가하기 위한 두 개의 평가 키트가 준비돼 있다.(2012년 8월 시판)

주요 핵심 기능은 다음과 같다.
u-blox 7 GNSS 칩 및 모듈 모두 지원
다중 GNSS 지원
크리스털과 TCXO 기반으로 한 설계를 지원
플래시 메모리
기본 데이터 로그 기능 탑재