지난 1강에서는 ‘측위(Positioning)’의 개념과 회전과 이동을 근간으로 하며 이를 공학적 개념으로 설명하기 위한 자유도(Degree of freedom)을 다루었다.

포지셔널 트래킹 101 - 1강. ‘측위가 뭐임?’

이번 편에서는 1강의 마지막에서 언급하였듯이 ‘실내 무선 측위기술’의 원리에 대해서 알아볼 것이다. 모름지기 기술이라 함은 특정한 환경과 조건에 유의미한 기여를 해야하므로 우리는 ‘실내’라는 환경과 ‘무선’이라는 조건에 주목할 필요가 있다. 앞서 이야기 했듯이 무선으로 측위하기 위해서는 공간을 가로질러 데이터를 측정할 수 있는 무선의 물리적 신호가 필요하고 그 무선 신호가 어떤 것이냐에 장점과 용처가 완연히 달라진다.

신호는 좀 더 과학적인 개념으로 파동(Wave)이며, 무선의 조건을 만족하기 위해서는 공기 혹은 진공을 매개로 삼아 전달되는 파동이어야 한다. 공기 혹은 진공을 매개로 삼아 전달되는 파동의 종류는 무엇이 있을까?

먼 거리에 있는 친구를 부를 때 내는 ‘소리’, 멀리 있는 사람에게 랜턴을 비출 때 사용되는 광의로서의 ‘빛’, 블루투스, 와이파이 등 인간이 무선 데이터 송수신을 하기 위해 다양한 전자기파의 파장대를 활용하여 인위적으로 만들어낸 다양한 ‘네트워크 신호’들이 그 예시가 될 수 있다. 아하! 생각보다 기술의 원리와 시작은 단순하다.

그렇다면 이러한 물리적 매개를 활용해서 어떻게 ‘측위’를 할 수 있다는 말인가? 쉽게말해 어떤 과정을 거쳐서 위치 값을 계산해내거나 얻어낼 수 있을까? 파동에서 측정할 수 있는 물리량 [^1]을 생각하면 쉽다. 아래의 그림을 보자.

무선신호와 파동

어떠한 파동을 정의할 수 있는 물리량은 크게 진폭(Amplitiude), 주기(Period), 파형(waveform) 세 가지로 구성된다. 위의 그림의 2개의 파형에서 진폭은 각각 A와 a로 다르다. 또한 파란색의 파동의 주기는 T이며 파형은 두 파동 모두 부드러운 사인파(Sin wave)를 띠고 있다. 웬 갑자기 물리 시간이냐고? 일단 잘 보자.

어떠한 파동이 전달될 때 진폭은 파의 세기를 결정한다. 즉, 파동의 근원에서 멀어질수록 파동의 진폭은 작아진다. 이로 인해 진폭의 변화를 알고 있으면 파동의 근원과의 거리를 대략적으로 측정할 수 있다. 또한 파동의 최고점 혹은 최저점의 도착 시간을 알고 있으면 우리는 파동의 속도를 알고 있으므로 역시 거리를 알 수 있다. 이는 쉽게 예상할 수 있듯이 주기(T)를 이용한 측정 방법이다.

브라운과 깨달음

오호라! 파동의 진폭과 주기는 각각 세기와 시간을 나타내고 이를 가지고 거리를 계산할 수 있구나! 그렇다 이것이 전부다. 위의 물리학적 원리를 가지고 다양한 방법론이 나오는 것이다. 그 다음 시간에는 이 원리에 근거한 다양한 측위 방법론과 실내 무선측위 기술의 종류에 대해 살펴볼 것 이다.

[^1] 물리량 : 물리적 성질을 나타내는 양. 재는 법에 따라 일정한 크기로 나타내는 위치, 질량, 에너지 따위