Chapter 14

실내 측위 설계 플레이그라운드

물류 창고에서 지게차 30대와 작업자 200명의 위치를 1초마다 30 cm 안으로 알고 싶다. 앵커는 몇 개, 어떤 간격으로 달아야 할까? TWR과 TDoA 중 무엇을 고를까? 태그 배터리는 얼마나 갈까? 이 장은 책 전체의 계산 — 닿는 거리(3장), 프레임 시간(4장), DOP(9장), 라운드와 슬롯(11장), 전력(12장) — 을 한 화면에 모았다.

공간에 앵커 깔기

축구장의 코너 깃발

축구장 네 귀퉁이에 깃발이 있으면 어디에 서 있든 깃발들이 사방에 있어 위치가 또렷하다. 깃발을 한쪽 골대 옆에만 모으면 반대편에서는 모두 같은 방향에 보여 위치가 흐릿하다. 앵커 배치도 같다. 공간을 둘러싸게 두고, 벽·기둥에 가려 NLOS가 되지 않게 높이 둔다.

예측해 보기

창고에서 태그 수백 개를 1초마다 추적해야 한다. 어떤 방식이 알맞을까?

태그 수가 많으면 공중 시간과 배터리가 먼저 모자란다.

UL-TDoA는 태그가 짧은 blink 하나만 보내 태그 수가 많아도 공중 시간과 전력이 적다. 대신 앵커끼리 시계를 맞추는 기반 시설이 필요하다. 휴대폰처럼 기기가 스스로 위치를 알아야 하면 DL-TDoA를 쓴다. 아래 계산기에서 비교해 보자.
PLAYGROUND

UWB 측위 설계

방식
앵커 수—
덮인 면적(앵커 3개 이상, DOP < 3)—
위치 오차 중앙값 / 90%—
한 채널의 태그 한계—
태그 평균 전류—
태그 수명(1,000 mAh)—
정사각형 공간을 위에서 본 지도. 초록 = 앵커(격자, 벽에서 반 칸 안쪽), 색 = 그 자리의 예상 위치 오차(1σ), 회색 = 앵커 셋 이상에 닿지 않거나 DOP가 3을 넘는 곳. 해볼 것: ① 60 m 공간, 간격 15 m, 닿는 거리 25 m, UL-TDoA면 앵커 16개로 면적의 약 90%를 덮고 오차 중앙값 9 cm, 90%가 19 cm 안이다. 가장자리(앵커 바깥 띠)는 TDoA의 DOP가 커져 회색이 된다. 같은 배치에서 TWR은 100%를 덮는다. ② 간격을 30 m로 벌리면 앵커는 4개로 줄지만 대부분의 자리가 앵커 셋 이상에 닿지 않아 6%만 덮인다. ③ 갱신을 0.1초로 올리고 TWR로 바꾸면 한 채널이 감당하는 태그가 몇 대로 떨어진다. 이럴 땐 채널 나누기·공간 재사용·TDoA를 쓴다. 가정: 2차원, 각 지점은 닿는 앵커 가운데 가까운 넷만 사용, 위치 오차 = DOP × 거리 오차(TDoA는 거리 차이 DOP), NLOS·벽 없음. 태그 한계: TWR은 1 ms 슬롯 DS-TWR 일대다(앵커 넷) 라운드 12 ms, UL-TDoA는 blink 하나에 0.25 ms 칸, DL-TDoA는 무제한. 전류는 12장의 예시 값.

무엇부터 정할까

  1. 위치를 누가 알아야 하나. 서버(자산 추적) → UL-TDoA나 TWR. 사용자 본인만(길 찾기, 프라이버시) → DL-TDoA.
  2. 태그 수 × 갱신 주기. 한 채널의 공중 시간이 한계다. TWR은 태그당 라운드가 길어 수십 대가 한계, UL-TDoA는 수천, DL-TDoA는 무제한(위 시뮬레이터).
  3. 정확도. 거리 오차(칩·보정, 5·6장) × DOP(배치, 9장) + NLOS(7장). 앵커는 높이 달고 공간을 둘러싸게, 사람·선반이 가리지 않게.
  4. 앵커 간격. 닿는 거리(3장: 출력 한도·감도·여유)보다 충분히 작게. 어느 지점에서든 앵커 넷 이상이 보이도록.
  5. 태그 배터리. 받는 일이 비싸다(12장). 보내기만 하는 UL-TDoA 태그가 가장 오래가고, 움직임 센서로 멈춰 있을 때 갱신을 줄인다.
  6. TDoA라면 앵커 동기. 유선으로 시계를 나누거나 UWB 동기 메시지를 쓴다. 1 ns = 30 cm(9장).
  7. 보안이 필요하면. 출입·결제·차 키처럼 거리가 권한이 되는 곳은 STS(동적·제공)와 보안 채널(10장).

핵심 정리

  1. 앵커 간격 < 닿는 거리, 어디서나 앵커 넷 이상이 보이게, 공간을 둘러싸게.
  2. 위치 오차 ≈ DOP × 거리 오차 + NLOS. 앵커 배치가 칩 성능만큼 중요하다.
  3. 태그 수 한계: TWR(라운드가 길다) < UL-TDoA < DL-TDoA(무제한). 전력: UL-TDoA 태그가 가장 적다.
  4. 요구 사항(누가 위치를 아나, 태그 수 × 주기, 정확도, 배터리, 보안)에서 방식을 고른다.

확인 퀴즈

앵커 배치의 기본 원칙은?

둘러싸야 DOP가 작고, 넷 이상이 보여야 하나가 NLOS여도 버틴다.

위치 오차를 어림하는 식은?

배치가 측정 오차를 몇 배로 키우는지가 DOP다. NLOS는 따로 더해지는 큰 오차다.

휴대폰 수천 대가 각자 자기 위치를 알아야 하는 박물관 안내. 알맞은 방식은?

DL-TDoA는 앵커만 보내고 기기는 듣기만 하므로 기기 수에 제한이 없고, 위치는 기기가 계산한다.