[IT동아 박귀임 기자] 운동용 스마트워치는 GPS를 통해 정확한 거리를 측정한다. 러닝, 조깅, 사이클링 등에서 정밀한 데이터를 원하는 사용자가 운동용 스마트워치를 찾는 이유다. 그 중에서도 GPS 정확도에 특화된 브랜드로 꼽히는 것이 가민이다. 35년간 GPS에만 집중해온 기술 축적의 결과다.

한계 속에서 출발한 35년

1989년 엔지니어 출신인 민 카오(Min Kao)와 게리 버렐(Gary Burrell)은 미국 캔자스주에 소규모 엔지니어링 회사를 세웠다. 창업 목적은 단 하나였다. 항공기와 선박에서 쓸 수 있는 민간용 GPS 수신기를 만드는 것이었다. 회사명인 '가민(Garmin)'은 창업주 성의 앞 글자를 합쳐 만들었다.

당시 GPS는 완성된 기술이 아니었다. 미 국방부가 군사 목적으로 구축하던 나브스타(NAVSTAR) 위성망은 1993년에야 전 지구 커버리지를 갖췄다. 더 결정적인 제약도 있었다. 미 정부는 민간이 GPS를 군사 목적으로 오용하는 것을 막겠다며 SA(Selective Availability) 정책을 시행했다. 이는 위성 신호에 인위적 오류를 섞어 민간 GPS 수신기의 오차를 100m 수준으로 강제로 낮춰놓은 것이다.

이러한 제약 속에서도 가민은 최대한 정확한 GPS 수신기를 만드는 데 집중했다. 그 결과 1991년 걸프전에서 가민의 GPS 100 시리즈가 활용됐다. 미 정부는 2000년 SA 정책을 해제했다. 이에 따라 민간 GPS의 오차가 100m에서 15m 수준으로 개선됐다. 이후 가민은 GPS 수신기 설계 노하우를 일반 소비자용 제품에도 접목하며 시장을 선점해 나갔다.

특히 가민은 소비자용 스마트워치가 등장하기 전부터 항공용 GPS 엔진으로 FAA 인증을 받으며 높은 수준의 정확도를 검증해왔다. 가민의 항공 기술력은 수치로도 증명된다. 가민에 따르면 미 비즈니스 항공기의 약 90%가 가민 항공 시스템을 사용하고 있으며, 미 해군과 공군 파일럿도 실제 작전에 가민 기기를 활용한다. 가민의 자동착륙 시스템(Garmin Autoland)은 항공 분야의 노벨상으로 불리는 콜리어상을 수상하기도 했다. 극한 환경에서 수십 년간 검증된 가민의 기술력이 현재 소비자용 제품 GPS 정확도 설계 기준선이 됐다고 볼 수 있다.

또 가민은 2000년대 초 자동차 내비게이션 붐이 일 때도 주목받았다. 가민의 누비(nuvi) 시리즈가 전 세계 자동차 내비게이션 시장에서 강세를 보인 것. 가민은 2007년 연매출 30억 달러를 넘어서는 등 GPS 기술력을 바탕으로 시장에서 성과를 거뒀다.

스마트폰이 대체하기 어려운 분야 선택

가민은 2007년 애플의 아이폰 출시와 2009년 구글의 구글맵 무료화로 자동차 내비게이션 산업에서 점차 동력을 잃었다. 이때 가민은 또 한 번 다른 선택을 했다. 스마트폰이 쉽게 대체할 수 없는 영역으로의 이동이었다.

이후 가민은 ▲항공 ▲해양 ▲아웃도어·스포츠 분야에 집중했다. 조종사용 항법 장비는 생명이 달린 분야라 소비자용 스마트폰이 대체하기 어려웠고, 선박용 항법 장치(차트플로터)와 어군 탐지기 시장 역시 전문 장비 수요가 확고했다. 가민의 가장 큰 성장 동력이 된 분야는 아웃도어·스포츠였다.

물론 가민은 2003년 GPS 러닝 스마트워치인 '포러너(Forerunner) 201'을 출시하며 스포츠 GPS 시장을 개척하고 있었다. 스마트폰이 자동차 내비게이션 시장을 무너뜨리기 4년 전의 일. 위기가 닥쳤을 때 가민이 빠르게 피벗할 수 있었던 이유 중 하나는 이미 스포츠 시장에서 차근차근 쌓은 기반이 있었기 때문이었다.

해양 분야의 성과 역시 수치로 증명된다. 가민은 미국 해양전자협회(NMEA)가 선정하는 '올해의 제조사'에 11년 연속 이름을 올렸다. 이는 전문 시장으로 간 선택이 옳았음을 보여주는 지표이기도 하다.

특히 2012년 출시된 가민의 피닉스(Fenix) 시리즈는 이 전략을 잘 보여주는 제품이었다. 가민은 등산가, 트레일러너, 사이클리스트, 철인3종 선수 등에게 항공·해양급 GPS 정밀도를 손목 위에 올려주겠다는 약속을 피닉스 제품으로 구현해냈다. 실제로도 피닉스 시리즈는 사용자들 사이에서 '튼튼하고 오래 가는 고급 스포츠 시계'로 평가받는다.

수신·연산·데이터 복합 설계로 GPS 정확도 상승

가민의 GPS 정확도는 단일 기술의 결과가 아니었다. ▲수신 레이어 ▲연산 레이어 ▲데이터 레이어 등 3개의 층위가 맞물린 복합 설계 덕분이다.

가민 최신 플래그십인 피닉스 8 마이크로 LED를 기준으로 보면 4개의 위성 항법 시스템을 동시에 수신한다. 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 유럽의 Galileo, 중국의 BeiDou 등이다. 맑은 하늘 기준 GPS 단독으로는 하늘에 8~10개 위성이 보이지만 4개 시스템을 모두 켜면 그 수는 더 늘어난다. 위성이 많을수록 PDOP(Position Dilution of Precision, 위치정밀도저하율) 수치가 낮아져 위치 정확도가 높아진다. 4명의 목격자가 한 명보다 더 정확한 증언을 하는 것과 같은 원리다.

여기에 2022년 피닉스 7부터 도입돼 피닉스 8 시리즈에 탑재된 L1/L5 듀얼 주파수도 정확도 향상에 기여한다. L5 주파수는 원래 GPS가 L1(민간용)과 L2(군사용) 두 주파수로 설계된 이후 민간 정확도 향상을 위해 추가된 주파수다. 2009년부터 L5 탑재 위성이 발사되기 시작했고, 가민은 비교적 이른 시점에 이를 채택했다.

기존 민간 GPS는 L1 단일 주파수를 썼다. L1은 전리층을 통과할 때 신호가 굴절돼 수 m의 오차가 생긴다. 여기에 도심 빌딩에 반사된 신호(멀티패스 오류)가 직접 신호와 섞이면 오차는 20~30m까지 커진다. 이러한 멀티패스 오류는 GPS 신호가 빌딩 외벽에 반사돼 직접 신호보다 늦게 도착하면서 수신기가 실제 위치를 수십 m 떨어진 곳으로 계산하는 현상이다. L1/L5 듀얼 주파수를 동시에 수신하면 전리층 오차를 수학적으로 상쇄할 수 있고, 반사 신호가 많은 도심 환경에서도 위치 신뢰도가 높아진다. 가민에 따르면 멀티밴드 수신기의 핵심 이점은 반사 신호와 직접 신호를 구분해야 하는 심각하게 저하된 환경에서 발휘된다.

일부 항법 전문가는 "고층 빌딩이 위성 신호를 가리는 도심 환경에서는 단순히 주파수를 늘리는 것만으로는 부족하고 GPS 이외에 다중 위성 시스템을 함께 수신해 가시위성 수 자체를 확보하는 것이 근본적인 해법"이라고 설명한다.

가민은 SatIQ 기술도 더했다. 이는 수신 환경을 실시간으로 분석, 멀티밴드와 단일밴드 중 최적 모드를 자동으로 선택하는 기술이다. 이를 통해 정확도와 배터리 효율을 동시에 끌어올릴 수 있게 됐다.

위성 신호만으로는 터널 안, 고가도로 아래, 도심 협곡에서 위치를 유지할 수 없다. 가민이 이 문제를 푸는 방법은 센서 퓨전(Sensor Fusion)이다. 기압 고도계, 3축 자이로스코프, 가속도계를 GPS에 결합해 위성 신호 없이도 위치를 추산하는 기술을 '데드 레커닝(Dead Reckoning)'이라고 한다. 이는 직전 속도, 방향, 고도 변화를 바탕으로 현재 위치를 예측하는 항법 기법으로 항공이나 해양 분야에서 쓰이던 기술을 손목 위로 옮겨온 셈이다.

이 과정을 조율하는 핵심 알고리즘이 칼만 필터(Kalman Filter)다. GPS가 측정하는 위치와 내부 센서가 예측하는 위치를 매 0.1초마다 비교하고 교정한다. 두 값의 신뢰도를 가중 평균해 가장 정확한 추정값을 만들어내는 방식이다. 두 명의 목격자 진술을 교차 검증해 가장 신뢰할 수 있는 진실로 추려내는 과정과 비슷하다. 즉 GPS 신호가 완전히 끊기는 구간에서도 가민의 트랙 궤적이 나오는 것은 이 알고리즘 덕분이다.

또 EPO(Extended Prediction Orbit)는 GPS 위성의 미래 궤도를 예측해 수신기에 미리 저장해두는 데이터다. 가민의 경우 펌웨어 업데이트를 통해 최대 14일치 EPO 데이터를 주기적으로 갱신한다. 위성 탐색 처음부터 위치를 잡는 데 수 분이 걸리는 반면, EPO가 갱신된 기기는 수 초 안에 위치를 포착하는 것이 특징이다.

35년간 전 세계 가민 사용자들이 기록한 방대한 데이터 역시 빼놓을 수 없다. 포러너 201 출시 후 가민 커넥트에 누적된 데이터를 기준으로 사용자가 기록한 총 거리는 302억 km에 달한다. 이 가운데 포러너 시리즈가 전체 러닝 거리의 68%를 차지한다. 지형별 신호 특성, 도심별 멀티패스 패턴, 고도별 위성 가시성 데이터 등은 알고리즘 보정에 지속적으로 반영되는데 이러한 데이터 자산은 단기간에 복제하기 어렵다는 목소리도 나온다.

GPS 강력해도 스마트 기능은 제한적

기존 스마트폰과 스마트워치 브랜드도 빠르게 가민과의 GPS 기술 격차를 좁히기 위해 연구개발에 나서고 있다. 일례로 애플워치 울트라 시리즈는 L1/L5 듀얼 주파수를 탑재하며 가민과의 기술 격차를 처음으로 의미있는 수준으로 좁혔다는 평가가 나오기도 했다.

그러나 격차는 여전히 존재한다는 의견이 많다. 이유는 하드웨어가 아닌 설계 우선순위에 있다. 스마트폰과 스마트워치에서는 GPS가 수십 가지 기능 중 하나다. 배터리와 발열을 관리하는 운영체제는 필요에 따라 GPS 수신 주기를 줄이거나 연산 자원을 다른 곳에 배분한다. 동일한 L5 칩이 탑재돼 있더라도 가민 스마트워치와 스마트폰의 GPS 작동 환경은 근본적으로 다르다.

가민에서 GPS 수신기는 배터리 설계의 출발점이다. 가민이 제공하는 피닉스 8 마이크로 LED 배터리 수치를 보면 이 철학이 숫자로 드러난다. GPS 전용 모드에서 최대 44시간, 멀티밴드 GNSS(다중 위성 항법 시스템) 풀가동 시에도 최대 34시간을 유지한다. 엔듀로(Enduro) 3는 태양광 충전 시 GPS 모드에서 최대 320시간을 기록한다.

DC레인메이커(DCRainmaker) 등 해외 GPS 전문 리뷰어들이 수행한 비교 테스트에서도 도심 복잡 구간에서 가민의 트랙 정밀도가 애플워치 울트라 2 대비 일관되게 우위를 보이는 것으로 나타난다. 산악 고도 추적에서는 가민의 전용 기압 고도계와 스마트워치의 차이가 두드러진다.

가민의 위성 양방향 통신 서비스인 인리치(inReach) 기능도 빼놓을 수 없다. 인리치는 스마트폰 셀룰러 신호가 닿지 않는 오지에서도 이리듐 위성망으로 문자를 주고받고 SOS를 발신할 수 있는 서비스다. 피닉스 8 프로 시리즈에 처음 내장됐으나 현재 국내에는 위성 통신 규제 등으로 미지원 상태다. 가민은 "규제 완화에 따라 순차 제공할 예정"이라고 밝혔다.

반면 가민 스마트워치는 전문 스포츠 기능 중심이라 일반 소비자에게 다소 낯설다는 지적이 제기된다. 일례로 삼성전자는 갤럭시 워치 7에서 다양한 워치페이스와 밴드 교체로 취향에 맞는 스타일 연출을 지원하고 있다. 애플워치 역시 다양한 스트랩과 케이스 소재 옵션으로 패션 아이템으로서의 정체성을 강화한다. 스마트워치가 손목 위의 개성 표현 도구로 자리잡은 것이다.

가민은 이 흐름에서 다소 거리를 두고 있다. 메시지 답신, 앱 생태계 등 일반 스마트 기능은 상대적으로 제한적이라는 반응도 나온다. 이에 대해 가민은 “자사 제품은 러닝, 사이클링, 골프, 아웃도어, 다이빙 등 전문 액티비티와 건강 데이터 분석에 강점을 둔 퍼포먼스 웨어러블”이라면서 “메시지 확인, 일부 답신 기능, Connect IQ 기반 앱 확장 등 스마트 기능 또한 지속적으로 강화하고 있다”고 전했다. 이어 “가민은 긴 배터리 수명, 정밀 GPS 성능, 스포츠 및 건강 데이터, 내구성, 전문 액티비티 경험에 핵심 가치를 두고 제품을 발전시키고 있다”고 덧붙였다.

스마트워치 시장에서 GPS는 더 이상 부가 기능이 아니다. 러닝, 사이클링, 등산 등 데이터 기반 운동이 일상화되면서 위치 정확도에 대한 요구도 높아지고 있다. 35년간 GPS에 집중해온 가민이 이 시장에서 어떤 위치를 차지할지, 경쟁사들의 추격이 가속화되는 지금이 변곡점이 될 수 있다.

IT동아 박귀임 기자(luckyim@itdonga.com)