TWR의 구조적 한계와 ORBRO의 신호처리 기반 대응

TWR(Two-Way Ranging)은 구조적으로 간결하고, 시간 동기화를 요구하지 않으며, 단말에서 직접 거리 계산이 가능하다는 점에서 다양한 환경에 적용 가능한 기술입니다. 그러나 신호 자체에 대한 정제 없이 단일 왕복 시간(RTT)을 기반으로 거리값을 산출하는 구조는, 실내 환경에서는 여러 한계에 직면하게 됩니다. UWB 기반의 TWR은 6~8.5GHz 대역의 고주파 신호를 사용합니다. 이 신호는 벽, 기둥, 바닥, 천장 등 실내 구조물에 의해 쉽게 반사되고, 수신 경로가 직선(LOS)이 아닌 경우 실제보다 긴 거리로 계산될 수 있습니다. 특히 비가시선(NLOS) 환경에서는 반사 경로로 도달한 신호가 연산에 포함되어 거리값이 급변하거나 왜곡되는 문제가 빈번하게 발생합니다. 단일 프레임 거리값에 의존하는 구조적 특성상, 이러한 환경적 노이즈는 그대로 거리값의 불안정성으로 이어집니다. 또한, 일반적인 TWR 모듈은 수신 신호를 그대로 거리로 환산한 뒤, 별도 검증 없이 바로 출력하는 구조를 채택하는 경우가 많습니다. 이로 인해 실시간 위치 시스템(RTLS)에서는 거리 출력의 일관성이 떨어지고, 좌표 산출 단계에서 불연속이나 왜곡 현상이 반복적으로 발생하게 됩니다. 이러한 문제는 다음과 같이 요약될 수 있습니다: · 고주파 반사와 간섭에 의해 거리값의 노이즈가 높음 · NLOS 조건에서 거리값이 과대 측정되며, 수렴 패턴 없이 튀는 값이 빈번함 · 거리값이 시간축에서 불안정하게 흔들려, 위치 연산이 불연속적으로 작동함 · 품질 기준 없이 출력이 발생하여 신뢰도 관리가 어렵고 예외 대응이 불가능함 ORBRO는 이러한 구조적 한계를 단순한 후처리나 평균화 방식이 아닌, 거리 연산의 전 과정 자체를 품질 기반으로 재설계하는 방식으로 대응합니다. 신호 수신부터 거리 출력까지의 흐름을 다음과 같은 네 가지 연산 구조로 분해하고, 각 단계에 정량 기준과 예외 처리 구조를 삽입함으로써 거리 기반 연산 품질의 일관성과 안정성을 동시에 확보합니다.

정확한 거리를 만드는 6단계 연산 흐름: 신호에서 좌표까지, ORBRO TWR이 작동하는 방식

ORBRO의 TWR 시스템은 단순한 RTT 계산 구조를 넘어서, 거리 측정의 신뢰도와 연산 품질을 확보하기 위한 다단계 신호 처리 구조로 설계되어 있습니다. 챕터 2에서 설명한 기술적 대응 방식은 실제 시스템 내에서 다음의 6가지 단계로 구현됩니다. 각 단계는 수신된 신호의 품질을 정량적으로 평가하고, 거리값이 출력되기까지의 전 흐름을 안정적으로 제어할 수 있도록 구성되어 있습니다.

신뢰도는 수치로 증명됩니다: ORBRO TWR의 정량 성능 비교

위치 기반 시스템의 기술적 설계는 구조와 이론으로 설명될 수 있지만, 실제 운영 환경에서의 성능은 결국 수치로 평가됩니다. 고주파 대역에서 작동하는 UWB 기반 TWR 기술은 이론상 높은 정밀도를 기대할 수 있지만, 실내 구조물의 반사, 전파 간섭, 비가시선(NLOS) 상황 등 현실적인 변수들에 의해 측정값이 쉽게 왜곡되며, 거리 흐름의 불연속성이나 좌표 출력의 불안정성이 반복적으로 발생해 왔습니다. ORBRO는 이러한 구조적 한계를 단순히 필터를 추가하거나 거리 평균값을 보정하는 방식이 아닌, 거리 연산 전 과정을 재설계하고 품질 기준 기반의 판단 구조를 삽입함으로써 극복해왔습니다. 앞선 장에서 설명한 바와 같이 ORBRO TWR은 신호 수신부터 거리 출력까지의 모든 단계를 통제 가능한 구조로 구성하고 있으며, 이 설계는 단순한 거리 센서가 아닌 정밀 연산이 가능한 RTLS 엔진으로서의 성능을 실현하는 기반이 되었습니다. 본 장에서는 ORBRO의 TWR 시스템이 실제 환경에서 얼마나 정밀하고 안정적으로 작동하는지를 정량 지표를 통해 확인합니다. 동일 조건하에 측정된 ORBRO TWR과 전통적인 TWR 방식의 거리 정확도, 신호 안정성, 반사 환경 대응력 등 핵심 성능 항목들을 비교하고, ORBRO가 기술 구조를 통해 어떤 수준의 개선을 달성했는지를 수치로 보여드립니다.

1. 평균 거리 오차 (cm)

평균 거리 오차는 실제 물리적 거리와 측정된 거리값 간의 차이를 수치화한 지표로, 거리 측정 시스템의 정밀도를 대표합니다. ORBRO TWR은 신호 수신 단계에서 SNR 기반 필터링을 적용하고, 거리 계산 과정에서 불안정한 샘플을 제거하여 연산의 중심값 왜곡을 방지합니다. 그 결과 평균 거리 오차를 20cm 수준으로 낮췄으며, 이는 기존 TWR 방식보다 약 60% 향상된 성능입니다.

2. 거리 출력 안정성 (%)

거리 출력 안정성은 연속된 거리값이 기준 편차(±10%) 이내에서 유지되는 비율을 의미합니다. 이 지표는 특정 구간에서 측정값이 얼마나 일관되게 유지되는지를 보여주는 지표로, 실시간 위치 연산의 기반 안정성을 판단하는 데 활용됩니다. ORBRO는 거리 수렴 구조와 프레임 연속성 보정 알고리즘을 적용해, 전체 프레임의 96% 이상에서 안정적인 거리값을 유지합니다.

3. NLOS 조건 거리 왜곡률 (%)

비가시 환경(NLOS)에서 거리값이 실제보다 과도하게 길어지는 현상은 TWR 구조의 대표적인 왜곡 사례입니다. 이 지표는 NLOS 상황에서 발생하는 거리 과측정의 비율을 수치화하며, 반사 및 간섭에 대한 시스템의 보정 능력을 평가합니다. ORBRO는 반복 측정 패턴 분석과 반사 거리 자동 배제 알고리즘을 결합해 왜곡률을 4% 이하로 억제하였으며, 이는 기존 시스템보다 약 4.5배 개선된 수치입니다.

4. 시간축 거리 불연속 발생률 (%)

거리값이 시간축에서 급변하거나 비정상적으로 이탈하는 경우는 실시간 좌표 추정의 신뢰도를 저하시킵니다. 이 지표는 거리 연산이 얼마나 안정적인 흐름을 유지하는지를 판단하는 기준으로, RTLS 연산 구조의 일관성을 나타냅니다. ORBRO는 칼만 필터, 이동 평균 기반 보정 알고리즘을 통해 거리 흐름을 실시간 감시하고, 불연속 발생률을 2% 수준으로 낮춰 연산의 연속성을 확보했습니다.

5. 거리 노이즈 억제율 (%)

거리 노이즈 억제율은 전체 수신 샘플 중 수신 품질이 일정 기준(SNR, RSSI, 지연시간 등)을 충족하지 못한 값을 제거한 비율입니다. 이는 거리 계산 과정에 포함되는 노이즈성 데이터를 사전에 억제할 수 있는 시스템의 필터링 능력을 평가합니다. ORBRO는 고감도 수신기와 품질 정제 알고리즘을 기반으로 거리 노이즈를 적극적으로 제거하며, 평균 93% 이상의 유효 거리 샘플을 확보해 전체 연산 신뢰도를 향상시킵니다.

거리 측정의 불확실성을 줄이면, 위치 추적의 신뢰도가 완성됩니다.

TWR은 구조적으로 간결하고 단말 중심의 독립 연산이 가능해, RTLS 시스템의 주요 기술로 널리 채택되어 왔습니다. 그러나 실내 환경에서는 거리 측정값의 노이즈, 반사, 시간축 불안정성 등으로 인해 시스템 전체의 위치 출력이 흔들리는 한계가 반복되어 왔습니다. ORBRO는 이러한 문제를 해결하기 위해 거리 연산을 단일 계산이 아닌 ‘품질 통제 가능한 연산 흐름’으로 구조화했습니다. 신호 수신부터 거리 출력까지 각 단계를 명확히 분리하고, 노이즈 정제, 수렴 보정, 시간축 안정화, 출력 검증을 연속적으로 수행함으로써 기존 TWR 방식이 가진 구조적 한계를 기술적으로 극복했습니다. 그 결과 ORBRO TWR은 평균 거리 오차 8cm, 거리 연산의 시간적 안정성 95% 이상, 반사 신호 대응 정확도 향상 등의 성능을 실환경에서 검증하였으며, 이는 단순 거리 센서를 넘어 위치 추정 엔진으로서의 실용성을 입증한 결과입니다. 정확한 거리 계산 없이는, 신뢰할 수 있는 위치 추정도 없습니다. ORBRO는 거리값 하나도 시스템적으로 설계하고, RTLS 운영의 정밀도와 일관성을 기술적으로 완성합니다.