무선 측위

무선 측위(radiolocation) 또는 무선 위치 확인이라고도 하는 무선 위치 탐지는 전파를 사용하여 어떤 것의 위치를 찾는 과정이다. 일반적으로 수동적인, 특히 레이더와 같은 탐지 방식은 물론 매설된 케이블, 수도관 및 기타 공공 시설을 탐지하는 것을 말한다. 능동적으로 자신의 위치를 찾는 무선 항법과 유사하며, 둘 다 전파 결정의 한 유형이다. 무선 위치 탐지는 귀중한 자산을 추적하기 위한 실시간 위치 확인 시스템 (RTLS)에도 사용된다.

기본 원리
수신된 전파의 특성을 측정하여 물체의 위치를 파악할 수 있다. 전파는 위치를 파악할 물체에 의해 전송될 수도 있고, 후방 산란파(레이더 또는 수동 RFID와 같이)일 수도 있다. 스터드 파인더는 초음파 대신 전파를 사용할 때 무선 위치 탐지를 사용한다.

한 가지 기술은 발신 신호 강도와 비교하여 수신 신호 강도(RSSI)의 차이를 사용하여 거리를 측정한다. 다른 기술은 전송 시간과 전파 속도를 알 때 도착 시간 (TOA)을 사용한다. 서로 다른 알려진 위치에 있는 여러 수신기에서 TOA 데이터를 결합하면(도착 시간 차이, TDOA) 전송 시간을 몰라도 위치를 추정할 수 있다. 수신국에서의 도착 각도 (AOA)는 지향성 안테나를 사용하거나 알려진 위치에 있는 안테나 어레이에서 도착 시간 차이를 통해 결정할 수 있다. AOA 정보는 앞서 설명한 기술을 통해 얻은 거리 추정치와 결합하여 송신기 또는 후방 산란체의 위치를 확정할 수 있다. 또는, 알려진 위치에 있는 두 수신국의 AOA가 송신기의 위치를 확정한다. 여러 수신기를 사용하여 송신기의 위치를 파악하는 것을 다변측량이라고 한다.

측정치를 개선하려면 매체의 전송 특성을 계산에 반영해야 한다. RSSI의 경우 이는 전자기 투자율을 의미하며, TOA의 경우 비가시선 수신을 의미할 수 있다.

단일 수신기에서 송신기를 찾는 데 RSSI를 사용하려면 위치를 찾을 물체에서 전송되거나 후방 산란된 전력이 알려져야 하고, 개재하는 영역의 전파 특성이 알려져야 한다. 빈 공간에서는 파장과 위치를 찾을 물체에 비해 큰 거리에서 신호 강도가 거리의 제곱 역수에 비례하여 감소하지만, 대부분의 실제 환경에서는 흡수, 굴절, 차폐 및 반사와 같은 여러 방해가 발생할 수 있다. 공기 중 전파 전파의 경우 약 10 GHz 미만의 주파수에서는 흡수가 무시할 수 있지만, 회전 분자 상태가 여기될 수 있는 다중 GHz 주파수에서는 중요해진다. 대기 중 수분 함량과 온도의 기울기 때문에 장거리(수십에서 수백 킬로미터)에서는 굴절이 중요하다. 도시, 산악 또는 실내 환경에서는 개재하는 장애물에 의한 차폐 및 근처 표면에서의 반사가 매우 흔하며, 이는 다경로 왜곡에 기여한다. 즉, 반사되고 지연된 전송 신호의 복사본이 수신기에서 결합된다. 다른 경로의 신호는 건설적으로 또는 파괴적으로 합산될 수 있으며, 이러한 진폭 변화를 페이딩이라고 한다. 송신기와 수신기 위치에 대한 신호 강도의 의존성은 복잡하고 종종 단조롭지 않아 단일 수신기 위치 추정치를 부정확하고 신뢰할 수 없게 만든다. 많은 수신기를 사용하는 다변측량은 정확도를 향상시키기 위해 보정 측정("핑거프린팅")과 종종 결합된다.

TOA 및 AOA 측정 또한 다경로 오류의 영향을 받으며, 특히 송신기에서 수신기로의 직접 경로가 장애물에 의해 차단될 때 그렇다. 도착 시간 측정은 신호가 관심 있는 규모에서 뚜렷한 시간 의존적 특징을 가질 때 가장 정확하다. 예를 들어, 알려진 지속 시간의 짧은 펄스로 구성될 때 그렇다. 그러나 푸리에 변환 이론에 따르면 짧은 시간 규모에서 진폭이나 위상을 변경하려면 신호가 넓은 대역폭을 사용해야 한다. 예를 들어, 약 0.3m(1피트) 이내의 위치를 식별하기에 충분한 약 1 ns 지속 시간의 펄스를 생성하려면 약 1 GHz의 대역폭이 필요하다. 무선 스펙트럼의 많은 영역에서는 다른 협대역 스펙트럼 사용자에게 간섭을 피하기 위해 그러한 넓은 대역폭에 걸쳐 방출하는 것이 관련 규제 당국에 의해 허용되지 않는다. 미국에서는 902-928 MHz 및 2.4-2.483 GHz 산업, 과학, 의료 ISM 대역과 같은 여러 대역에서 비면허 전송이 허용되지만, 고전력 전송은 이러한 대역을 벗어날 수 없다. 그러나 현재 여러 관할 구역에서는 다른 스펙트럼 사용자에게 간섭을 최소화하기 위해 전송 전력에 제약을 두면서 GHz 또는 다중 GHz 대역폭에 걸쳐 초광대역 전송을 허용한다. UWB 펄스는 시간적으로 매우 좁을 수 있으며, 종종 도시 또는 실내 환경에서 정확한 TOA 추정치를 제공한다.

무선 위치 탐지는 다양한 산업 및 군사 활동에 사용된다. 레이더 시스템은 종종 TOA와 AOA를 조합하여 단일 수신기를 사용하여 후방 산란 물체의 위치를 결정한다. 도플러 레이더에서는 도플러 효과도 고려하여 위치보다는 속도를 결정한다(물론 미래 위치를 결정하는 데 도움이 됨). 보정된 RTLS를 사용하는 실시간 위치 확인 시스템 RTLS 및 TDOA는 상업적으로 이용 가능하다. 널리 사용되는 범지구위치결정시스템(GPS)은 알려진 위치의 위성에서 오는 신호의 TOA를 기반으로 한다.

휴대 전화

무선 위치 탐지는 기지국을 통해 셀룰러 전화 통신에서도 사용된다. 대부분의 경우 이는 방송탑 간의 삼변측량을 통해 이루어진다. 발신자 또는 핸드셋의 위치는 여러 가지 방법으로 결정될 수 있다.
 도착 각도(AOA)는 최소 두 개의 탑을 필요로 하며, 각 탑에서 나오는 각도 선이 교차하는 지점에 발신자를 위치시킨다.
 도착 시간 차이(TDOA) 또는 도착 시간(TOA)은 다변측량을 사용하여 작동하지만, 각 탑으로부터의 시간 차이와 거리를 결정하는 것은 네트워크이다(지진계와 같이).
 위치 서명은 휴대 전화 신호가 각 셀의 다른 위치에서 나타내는 것으로 알려진 패턴(예: 다경로)을 저장하고 호출하기 위해 "지문 인식"을 사용한다.

처음 두 가지는 가시선에 의존하는데, 이는 산악 지형이나 마천루 주변에서는 어렵거나 불가능할 수 있다. 그러나 위치 서명은 이러한 조건에서 더 잘 작동한다. TDMA 및 Cingular와 T-Mobile과 같은 GSM 네트워크는 TDOA를 사용한다.

Verizon Wireless 및 Sprint PCS와 같은 CDMA 네트워크는 기술적으로 무선 항법과 더 유사한 핸드셋 기반 무선 위치 탐지 기술을 사용하는 경향이 있다. GPS는 이러한 기술 중 하나이다.

핸드셋과 네트워크 모두를 필요로 하는 복합 솔루션은 다음과 같다.
 보조 GPS (무선 또는 TV)는 실내에서도 GPS 사용을 허용한다.
 고급 전방 링크 삼변측량 (A-FLT)
 타이밍 어드밴스/네트워크 측정 보고서 (TA/NMR)
 향상된 관측 시간 차이 (E-OTD)

초기에 휴대 전화에서 이러한 기능의 목적은 응급 전화번호로 걸려오는 전화 통화를 받는 공공 안전 응답 지점 (PSAP)이 발신자의 위치와 응급 서비스를 정확히 어디로 보낼지 알 수 있도록 하는 것이었다. 이 기능은 NANP (북아메리카) 내에서 무선 향상된 911로 알려져 있다. 휴대 전화 사용자는 수집된 위치 정보를 다른 전화번호 또는 자료 네트워크로 보내 단순히 길을 잃었거나 다른 위치 기반 서비스를 원하는 사람들을 돕도록 허용하는 옵션을 가질 수 있다. 기본적으로 이 선택은 프라이버시 보호를 위해 일반적으로 꺼져 있다.

국제 규제
섬네일|250px|

무선 위치 탐지 서비스 (줄여서 RLS)는 국제전기통신연합 (ITU)의 무선 통신 규정 (RR) 제1.48조에 따라 "무선 위치 탐지를 목적으로 하는 무선 결정 서비스"로 정의되며, 여기서 무선 위치 탐지는 "무선 항법 이외의 목적으로 사용되는 무선 결정"으로 정의된다.

분류
이 무선 통신 서비스는 ITU 무선 통신 규정(제1조)에 따라 다음과 같이 분류된다.
무선 결정 서비스 (제1.40조)
무선 위치 탐지 서비스 (제1.48조)
 무선 위치 탐지 위성 서비스 (제1.49조)

무선 위치 탐지 서비스는 기본적으로
 무선 위치 탐지 이동국 육상 이동, 공중 이동, 해상 이동 (제1.89조)
 무선 위치 탐지 지상국 (제1.90조)

예시

위성
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무선 위치 탐지 위성 서비스 (줄여서 RLSS)는 국제전기통신연합 (ITU)의 무선 통신 규정 (RR) 제1.49조에 따라 "무선 위치 탐지를 목적으로 사용되는 무선 결정 위성 서비스"로 정의된다. 이 (무선 통신) 서비스에는 작동에 필요한 피더 링크도 포함될 수 있다.

무선 위치 탐지 위성 서비스는 기본적으로 다음을 구분한다.
 지상국
피더 링크 및
우주 무선국

예를 들어, 지구 위성의 군용 레이더 센서는 이 서비스에서 무선 위치 탐지 위성 서비스로 작동한다.

무선 위치 탐지 위성 서비스의 무선국 예시

주파수 할당
무선 주파수 할당은 ITU 무선 통신 규정(2012년판) 제5조에 따라 제공된다.

주파수 활용의 조화를 개선하기 위해 이 문서에 명시된 서비스 할당의 대부분은 해당 국가 관리 기관의 책임 하에 있는 국가 주파수 할당 및 활용 표에 통합되었다. 할당은 기본, 보조, 독점 및 공유일 수 있다.

주파수 할당 예시

국

지상국
섬네일|260px|RAdio Detection And Ranging원리

무선 위치 탐지 지상국은 국제전기통신연합 (ITU)의 무선 통신 규정 (RR) 제1.90조에 따라 "움직이는 동안 사용하도록 의도되지 않은 무선 위치 탐지 서비스의 무선국"으로 정의된다.
각 무선 위치 탐지국은 영구적으로 또는 일시적으로 작동하는 무선 통신 서비스에 따라 분류된다.

ITU 무선 통신 규정(제1조)에 따라 이러한 유형의 무선국은 다음과 같이 분류될 수 있다.
무선 결정국 (제1.86조)의 무선 결정 서비스 (제1.40조)
 무선 항법 이동국 (제1.87조)의 무선 항법 서비스 (제1.42조)
 무선 항법 지상국 (제1.88조)의 무선 항법 서비스
 무선 위치 탐지 이동국 (제1.89조)의 무선 위치 탐지 서비스 (제1.48조)
무선 위치 탐지 지상국

무선 위치 탐지 지상국 목록

이동국
무선 위치 탐지 이동국은 국제전기통신연합 (ITU)의 무선 통신 규정 (RR) 제1.89조에 따라 "움직이는 동안 또는 불특정 지점에서 정지하는 동안 사용하도록 의도된 무선 위치 탐지 서비스의 무선국"으로 정의된다.
각 무선 위치 탐지국은 영구적으로 또는 일시적으로 작동하는 무선 통신 서비스에 따라 분류된다.

ITU 무선 통신 규정(제1조)에 따라 이러한 유형의 무선국은 다음과 같이 분류될 수 있다.
무선 결정국 (제1.86조)의 무선 결정 서비스 (제1.40조)
 무선 항법 이동국 (제1.87조)의 무선 항법 서비스 (제1.42조)
 무선 항법 지상국 (제1.88조)의 무선 항법 서비스
무선 위치 탐지 이동국

무선 위치 탐지 이동국 목록

 같이 보기 
 전파 방향 탐지
 실시간 위치 확인
 번개 감지

 각주 

추가 자료
 
 
 
 “Outdoor/Indoor Propagation Modeling for Wireless Communications Systems”, M. Iskander, Z. Yun, and Z. Zhang, IEEE Antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium (Digest) v 2 2001. p 150-153

 
분류:전파 결정