KR100953091B1 - 거리추정 카운터를 이용한 거리추정 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

거리추정 카운터를 이용한 거리추정 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IEEE 802.15.4a 표준 등의 거리추정 시스템에서 낮은 사양의 하드웨어를 이용하여 정밀한 거리추정을 구현하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 장치 내 기본 클럭을 제공하는 시스템 클럭발생기와, 수신된 무선 패킷을 아날로그-디지털 변환하여 직렬 디지털 신호를 생성하는 AD 변환기와, 상기 직렬 디지털 신호를 1:N 병렬화하는 병렬화기와, 상기 기본 클럭을 이용하여 상기 병렬화기 출력을 수신하여 샘플링 데이터를 유지하고, 상기 무선 패킷의 첫 번째 피크 부근의 샘플링 데이터를 추출하는 병렬동기화 수단과, 상기 병렬동기화 수단에서 유지된 샘플링 데이터를 기초로 상기 무선 패킷의 전달 시간 추정을 위한 카운터 값을 출력함과 아울러서, 상기 첫 번째 피크 부근의 샘플링 데이터를 이용하여 첫 번째 피크를 추정하는 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치.를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치 및 시스템과 그 거리추정 방법을 제공한다.
본 발명은 저가격, 저전력소모를 위하여 낮은 시스템 클럭을 이용하여 거리추정 카운터를 저속으로 구동시키면서도, 입력된 신호를 수학적으로 계산하여 신호의 송수신 디바이스 사이의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 거리추정 카운터를 이용한 거리추정 장치 및 방법을 제공한다.
거리추정 카운터, UWB, TOA, IEEE 802.15.4a

Description

거리추정 카운터를 이용한 거리추정 장치, 시스템 및 방법{Distance assumption apparatus, system and method using ranging counter}
본 발명은 거리 추정에 관한 것으로서, 구체적으로는 IEEE 802.15.4a 표준과 같은 거리추정 가능 통신 시스템에서 거리추정 카운터(Ranging Counter)를 이용하여 거리추정을 수행하는 거리추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-070-02, 과제명: 홈네트워크용 Cognitive 무선 시스템 개발].
펄스 방식의 초광대역 무선 통신 기술은 저전력의 실현 가능성과 고유한 거리추정 능력이 부각되면서 저속 위치인식 무선 개인 영역 네트워크(Wireless Personal Area Network: WPAN)의 국제표준인 IEEE 802.15.4a의 물리계층 기술로 채택되는 등 유망한 기술로 크게 주목받고 있다.
초광대역 펄스를 사용하여 거리추정을 하는 대표적인 방법으로는 두 개의 디바이스 사이의 전파 전달 시간을 측정하여 거리를 추정하는 TOA(Time of Arrival) 방법이 있다.
상기 TOA 방법을 적용하여 두 디바이스 사이의 거리를 추정하는 경우, 동기가 맞는 두 디바이스 사이의 메시지를 전달하는 OWR(One-Way Ranging)과, 동기가 맞지 않는 두 디바이스 사이의 메시지를 주고 받는 TWR(Two-Way Ranging)에 상기 방법을 적용할 수 있다.
이하, 도 1 및 2를 참조하여, TOA 기법을 적용하여 거리를 추정하는 과정을 설명한다.
도 1은 종래 초광대역 신호를 이용하여 거리추정을 수행하는 한 예로서의 OWR 방식을 설명하기 위한 도면이다.
OWR 방식에서는 수신 디바이스와 송신 디바이스는 서로 동기화되어 있고 수신 디바이스는 송신 디바이스에서 언제 거리추정의 기준이 되는 초광대역 펄스(100)를 송신했는지에 대한 시간정보인 t1을 인지하고 있음을 전제한다. 따라서 수신 디바이스는 수신신호로부터 임의의 임계값을 넘는 처음 도달지점(101)이 수신되는 시간인 t2를 찾아내어 펄스의 송신시간과 수신시간의 차이가 되는 t2-t1에 해당하는 TOA tp를 추정해내고 tp 에 무선 신호의 전파속도(즉, 광속)을 곱하여 거리를 추정한다.
도 2는 동기가 맞지 않는 두 디바이스(200, 210)간의 TWR 기법을 이용한 거리추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)에 도시된 바로부터 알 수 있는 바와 같이 상기 TWR에서 TOA에 해당하는 tp(211)는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007071228786-pat00001
상기 TOA를 추출해 내기 위해서는 TroundA(201)와 TreplyB(212)가 필요하며 이는 아래에 설명되는 도 2의 (b)에 도시된 절차를 통하여 얻어질 수 있다.
즉, 디바이스 A(200)는 거리추정을 위한 요청 패킷을 송신할 때 패킷내의 RMAKER를 송신 시점에서 디바이스 A(200)에 포함된 카운터를 동작시킨다(S221).
그 후 디바이스 B(210)는 상기 디바이스 A(200)로부터 송신된 RMARKER를 수신하는 시점에 상기 디바이스 B(210)에 내재된 카운터를 동작시킨다(S222).
디바이스 B(210)에서 상기 디바이스 A(200)로 응답 패킷을 전송할 때, 응답 패킷내의 RMARKER 송신 시점에서 상기 디바이스 B(210)의 카운터를 정지시켜 TreplyB(212)를 얻고(S223),, 이 TreplyB(212) 정보를 상기 응답 패킷에 포함시켜 전송한다.
상기 디바이스 A(200)는 상기 디바이스 B(210)로부터 전송된 응답 패킷의 RMARKER를 수신하는 시점에 카운터를 정지시켜 TroundA(201)를 획득한다(S224).
상기 디바이스 A(200)에서는 상기 디바이스 B(210)로부터 패킷에 삽입되어 전송된 TreplyB(402)와 디바이스 A(400)에서 계산된 TroundA(403)를 상기 수학식 1에 대입하여 tp(404)를 계산한다. 상기 디바이스 A(400)와 디바이스 B(401) 사이의 거리 는 상기 tp(404)에 빛의 속도를 곱하여 계산할 수 있다.
여기서, 응답 패킷 및 요청 패킷은 거리추정에 이용되는 RFRMAE 패킷으로서, UWB 패킷의 PHY 헤더의 10번째 비트(Ranging bit)가 1로 세팅된 패킷이며, RMARKER는 이 RFRAME 패킷의 PHY 헤더의 첫 번째 심볼의 첫 번째 UWB 펄스로서 두 송수신 디바이스간의 UWB 패킷 신호 송수신 시점을 정할 때의 기준이 되며, 구체적 내용은 후술하도록 한다.
한편, 전술한 OWR 및 TWR 방식 모두 UWB 패킷을 송수신하는 각 디바이스에서 RMARKER를 송신하는 시점을 정확하게 알 수 있음은 자명하다. 그러나 각 디바이스에서 수신 패킷에 포함된 RMARKER를 수신한 시간을 정확히 포착하는 것은 수신 디바이스측의 카운터 정밀도가 얼마나 높은가에 그 성능이 좌우된다.
TOA를 바탕으로 거리추정을 하기 위해서는 높은 정밀도로 RMARKER가 수신되는 시점을 파악하여야 한다. 예컨대, 수신 디바이스측에서 수신되는 패킷에 포함된 RMARKER의 피크(Peak) 위치를 1nsec 잘못 포착하게 되면 거리추정에서는 30cm의 오차가 발생한다.
정밀한 TOA를 얻기 위해서는 RMAKER 수신 시점을 가급적 정밀하게 파악할 수 있어야 하며, 이를 카운터로부터 얻고자 할 경우 카운터가 고속(수 GHz 이상)으로 구동해야 원하는 수십 cm급의 거리추정 정밀도를 얻을 수 있다.
그러나 하드웨어적으로 고속의 거리추정 카운터를 구동시키는 것은 그 정밀도의 한계가 있을 뿐만 아니라 높은 시스템 클럭이 요구되므로 저가격, 저전력의 저속 위치인식 무선 개인 영역 네트워크 시스템의 구성에 많은 문제점이 있다.
동기가 맞지 않는 두 디바이스 사이의 메시지를 주고 받는 TWR 역시, 두 디바이스 사이의 거리를 정밀하게 측정하기 위해서는 고속으로 동작하는 거리추정 카운터가 형성되어야하므로 시스템이 복잡해지고, 고비용, 고전력소모가 요구되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 하드웨어적 구성을 단순화하고, 전력소모를 최소화하기 위하여 동작 속도가 낮은 시스템 클럭을 사용하는 거리추정 카운터를 구동시키면서도, 입력된 신호를 수학적으로 계산하여 신호의 송수신 디바이스 사이의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 거리추정 카운터를 이용한 거리추정 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 거리추정 장치 내 기본 클럭을 제공하는 시스템 클럭발생기와, 수신된 무선 패킷을 아날로그-디지털 변환하여 직렬 디지털 신호를 생성하는 AD 변환기와, 상기 직렬 디지털 신호를 1:N 병렬화하는 병렬화기와, 상기 기본 클럭을 이용하여 상기 병렬화기 출력을 수신하여 샘플링 데이터를 유지하고, 상기 무선 패킷의 첫 번째 피크 부근의 샘플링 데이터를 추출하는 병렬동기화 수단과, 상기 병렬동기화 수단에서 유지된 샘플링 데이터를 기초로 상기 무선 패킷의 전달 시간 추정을 위한 카운터 값을 출력함과 아울러서, 상기 첫 번째 피크 부근의 샘플링 데이터를 이용하여 첫 번째 피크를 추정하는 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치를 제공한다.
여기서, 병렬화기는 1:N 디먹서로 또는 1:N 직병렬 변환기로 구성되며, 상기 시스템 클럭의 클럭 주파수 당 N 개의 샘플링 데이터를 병렬화하고, 카운터는 상기 병렬동기화 수단에 유지된 N 개의 병렬처리된 샘플링 데이터를 M 배의 정밀도로 분리하여 상기 무선 패킷(UWB 패킷 신호)에서 소정의 임계치를 넘는 첫번째 피크의 수신 시점을 획득하고 이를 계수화한다.
본 발명의 다른 면에 따라, 전술한 거리추정 장치와, 상기 거리추정 장치로부터 출력된 계수를 기초로 상기 UWB 패킷의 RMARKER의 수신 시점을 계산하는 수신 시점 추정기를 포함하고, 상기 RMARKER 수신 시점과 이미 알고 있는 상기 UWB 패킷의 RMARKER 송신 시점을 기초로 상기 UWB 패킷을 송수신하는 제1 디바이스와 제2 디바이스 사이의 거리를 추정하는 것을 특징으로 하는 거리추정 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 면에 따라, 수신된 UWB 패킷 신호를 아날로그-디지털 변환하여 직렬 디지털 신호를 생성하는 AD 변환단계와, 상기 직렬 디지털 신호를 1:N 병렬화하는 병렬화 단계와, 상기 병렬화 단계에서 병렬화된 데이터들 중에서 상기 UWB 패킷의 최초 피크 부근의 데이터를 추출하는 단계와, 상기 최초 피크 부근의 데이터에 대한 데이터 연산을 통하여 상기 UWB 패킷의 최초 피크 위치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리추정 방법이 제공된다.
한편, 본 발명의 또 다른 양상에 따라, 무선 신호를 수신하여 아날로그-디지털 변환을 수행하는 변환 단계와, 상기 변환된 데이터를 1:N 병렬화하는 단계와, 상기 병렬화된 N개의 데이터를 동시에 처리하여 최대값 및 그 부근 데이터를 선별하는 단계와, 상기 선별된 데이터에 대한 수학적 연산을 수행하여 상기 무선 신호의 실제 피크 위치를 파악하는 단계를 포함하는 무선 신호 피크 추정 방법을 아울러 제공한다.
본 발명에 따르면, 낮은 시스템 클럭을 사용하는 거리추정 카운터를 저속으로 구동시키면서도, 입력된 신호를 수학적으로 계산하여 신호의 송수신 디바이스 사이의 거리를 정밀하게 측정할 수 있으며, 본 발명은 OWR, TWR 등 모든 거리 추정 기법에 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3는 IEEE 802.15.4a UWB 패킷의 구성을 도시한 도면이며, 도 4는 IEEE 802.15.4a Task Group에서 제시한 채널 모델 즉, CM1(Residential LOS environments)을 바탕으로 터너리 코드와 수신 신호의 상관관계(Correlation)을 취해 얻은 채널 프로파일을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, UWB 패킷은 64심볼(또는, 256, 4096심볼)의 터너리(Ternary) 코드 프리앰블(300), 8심볼의 SFD(Start Frame Delimiter), 19심볼의 PHY(Physical layer) 헤더, 및 페이로드 데이터로 구성된다.
이때 상기 PHY 헤더의 10번째 비트(Ranging bit)가 1로 셋팅되면 이 UWB 패킷을 RFRAME이라하며, 바로 이 패킷이 송수신 디바이스 사이의 거리를 측정할 때 이용되는 패킷이다. RFRAME의 PHY 헤더의 첫 번째 심볼의 첫 번째 UWB 펄스를 RMARKER(303)라 하며, 전술한 바와 같이 RMARKER(303)는 TOA를 구하기 위한 IEEE 802.15.4a UWB RFRAME 패킷 내 기준 위치가 된다.
수신 디바이스에서는 먼저 송수신단 양측이 서로 알고 있는 프리앰블 구간을 거치면서 프리앰블 심볼 싱크 과정을 거치게 된다. 이 과정은 수신단에서 패킷을 수신할 때 어느 부분이 터너리 코드로 이루어진 프리앰블 심볼의 시작인지 알 수 없으므로 터너리 프리앰블 심볼의 경계(301)를 찾는 과정이다.
프리앰블 심볼의 경계(301)를 찾으면, 이를 바탕으로 정해진 시간 후에 SFD 심볼이 수신되며, 상기 SFD 심볼 8개가 모두 수신되면 PHY 헤더가 시작됨을 알리는 신호가 발생된다. 상기 SFD와 PHY 헤더의 경계(302)에서부터 알고 있는 시간 값(304) 이후에 RMARKER(303)가 수신된다.
따라서 상기 RMARKER(503)가 들어오는 시점을 정확히 파악하여 카운터를 동작시키기 위해서는 SFD(301)와 PHY 헤더의 경계(302)를 알아야 하고 그 경계는 결국 프리앰블 심볼의 경계(301)로부터 결정이 되며, 프리앰블 심볼 경계(301)는 UWB 패킷의 터너리 코드와 수신신호의 상관관계의 결과로 얻어지는 채널 프로파일을 도시한 도 4 에서 소정의 임계값(420)을 넘는 첫 번째 피크(410)에 해당하므로, 정확한 거리 추정을 위해서는 결국 도 4의 첫 번째 피크(410)를 정밀하게 찾아내어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 도 4의 첫 번째 피크(410)을 찾기 위해서 후술하는 3 단계 과정을 거치며, 이에 대하여 도 5 내지 7 을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따라 저속의 시스템 클럭으로 구동됨에도 불구하고 높은 정밀도를 제공할 수 있는 거리추정 카운터를 포함한 거리추정 장치의 두 개의 실시예를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 거리추정 장치의 각 구성요소별 정밀도(해상도)를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 거리추정 카운터에서 수학적 연산을 수행하여 정밀도를 향상시키는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 거리추정 장치는 수신신호를 샘플링하 여 디지털 출력을 얻어내는 ADC(Analog-to-Digital Converter;500), 상기 ADC(200)를 통하여 디지털 신호로 변환된 신호를 1:N으로 분배하는 병렬화기(510, 510'), 상기 병렬화기(510, 510')를 통하여 분배된 신호를 병렬 처리하여 신호를 획득하는 병렬동기화 구조(520), 상기 병렬동기화 구조(520)를 통하여 획득된 신호를 기초로 TOA 추정을 위해 필요한 계수값을 출력하는 거리추정 카운터(530) 및 저속의 시스템 클럭(540)을 포함한다.
병렬화기는 1:N 디먹스(510)로 구성될 수도 있고(도 5의 a), 1:N 직병렬 변환기(510')(도 5의 b)로도 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, ADC의 출력을 1:N으로 병렬화하는 임의의 장치는 모두 가능함은 물론이다.
도 5에 도시된 거리추정 장치는 저속의 시스템 클럭(540)으로부터의 클럭 신호에 의해 구동되어 비교적 저사양의 하드웨어를 이용하여 저비용과 저전력소모를 이룰 수 있다.
ADC(500)는 고속으로 수신되는 UWB 신호의 아날로그-디지털 변환을 위하여 시스템 클럭의 클럭를 N배 배증하는 채배기(550)로부터의 출력에 맞추어 변환을 수행하고 이 변환 데이터들은 1:N 병렬화기(510, 501')를 통하여 병렬화되어 병렬동기화 블럭(520)에 전달된다.
병렬동기화 구조(520)는 저속의 시스템 클럭(540)(도 6의 1. 참조)에 맞추어 동작하지만, 1:N 병렬화기(510)에 의하여 1:N 병렬화된 데이터가 유지되고 이 데이터가 동시에 병렬처리되어 첫 번째 피크(도 4의 410) 부근의 데이터를 ADC(500)와 같은 정밀도(또는 해상도)를 얻을 수 있다.(도 6의 2. 참조). 즉, 저속의 시스템 클럭(540)의 속도보다 N 배의 데이터 처리가 가능하다.
병렬동기화 구조는 유지하고 있는 병렬화된 데이터를 병렬처리하여 도 7에 도시된 것과 같은 피크(703) 및 그 부군의 데이터(701, 702, 704)를 선택한다(S710).
그 다음, 거리추정 카운터(530)는 병렬동기화 구조(520)에 유지된 데이터에 대한 M배의 서브 샘플링 과정을 거쳐서 실제 피크를 추정한다(S720). 여기서 실제 피크를 찾아내는 방법에는 보간법(Interpolation) 등의 수치해석적 방법이 사용될 수 있다.
이로써 저속으로 구동되는 카운터의 정밀도보다 N*M배의 정밀도를 얻을 수 있다.
거리추정 카운터(530)는 실제 피크를 추정한 후, 실제 피크가 수신된 시점 또는 일정한 기지의 시간 간격 이후에 수신되는 RMARKER의 수신 시점을 계수화하여 출력하고, 이를 토대로 TOA를 구하여 거리를 추정하는데 이용되도록 한다.
한편, 전술한 실시예에서 N 배의 정밀도 피크를 찾는 단계(S710)는 병렬동기화 구조(520)에서 수행하고, 이에 대한 M 배의 정밀도를 부여하는 단계(S720)는 거리추정 카운터(530)에서 수행하고 있으나, 이와는 달리 병렬동기화 구조(520)는 병렬화된 데이터를 단순히 유지하고 거리추정 카운터(530)가 단계(S710) 및 단계(S720)을 모두 수행하도록 구성될 수 있음은 당연하다.
한편, 다양한 응용 유형에 따라 요구되는 거리추정 정밀도가 다르기 때문에 거리추정 장치 또는 시스템은 임의의 정밀도를 가질 수 있도록 구성됨이 바람직한 데, 본 발명의 거리추정 장치는 병렬화 정도인 N 과 수치해석의 구간인 M 을 적절히 조절하여 다양한 유형의 거리측정에 요구되는 정밀도를 용이하게 확보할 수 있다.
전술한 거리추정 장치를 UWB 패킷을 주고 받는 송수신 디바이스에 포함하거나 또는 제3의 디바이스에 포함하여 UWB 송수신 디바이스간의 거리를 높은 정밀도로 추정할 수 있는 거리추정 시스템을 구현할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예 및 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
특히 본 발명의 기술적 사상의 본질적 사항은 수신 신호를 저속의 시스템 클럭을 이용하면서도 높은 정밀도로 무선 신호의 수신 시점을 파악하는 장치 및 방법에 있는 것이므로, 본 발명은 거리추정 분야뿐 아니라 무선 통신 일반에 확장이 가능할 수 있음을 유의해야 할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 초광대역 신호를 이용하여 거리추정을 수행하는 한 예로서의 OWR 방식을 설명하기 위한 도면.
도 2는 초광대역 신호를 이용하여 거리추정을 수행하는 한 예로서의 TWR 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3은 IEEE 802.15.4a UWB 패킷의 예를 도시한 도면.
도 4는 UWB 패킷의 터너리 코드와 수신신호의 상관관계의 결과로 얻어지는 채널 프로파일을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 거리추정 장치를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 거리추정 장치의 각 구성요소별 정밀도를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 거리추정 카운터에서 수학적 연산을 수행하여 정밀도를 향상시키는 방식을 설명하기 위한 도면.

Claims (14)

  1. 무선 패킷을 이용한 거리추정 장치에 있어서,
    상기 거리추정 장치 내 기본 클럭을 제공하는 시스템 클럭발생기와,
    수신된 무선 패킷을 아날로그-디지털 변환하여 직렬 디지털 신호를 생성하는 AD 변환기와,
    상기 직렬 디지털 신호를 1:N 병렬화하는 병렬화기와,
    상기 기본 클럭을 이용하여 상기 병렬화기 출력을 수신하여 샘플링 데이터를 유지하고, 상기 무선 패킷의 첫 번째 피크 부근의 샘플링 데이터를 추출하는 병렬동기화 수단과,
    상기 병렬동기화 수단에서 유지된 샘플링 데이터를 기초로 상기 무선 패킷의 전달 시간 추정을 위한 카운터 값을 출력함과 아울러서, 상기 첫 번째 피크 부근의 샘플링 데이터를 이용하여 첫 번째 피크를 추정하는 카운터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 병렬화기는
    1:N 디먹서로 구성되며, 상기 시스템 클럭발생기의 상기 기본 클럭을 N 배 배증하는 체배기로부터 동작클럭을 공급받아 상기 기본 클럭의 클럭 주파수 당 N 개의 샘플링 데이터를 병렬화하는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 병렬화기는
    1:N 직병렬 변환기로 구성되며, 상기 시스템 클럭발생기로부터의 상기 기본 클럭에 맞추어 상기 병렬동기화 수단으로 상기 N 개의 샘플링 데이터를 전달하는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 카운터는
    상기 병렬동기화 수단에 유지된 N 개의 병렬처리된 샘플링 데이터를 M 배의 정밀도로 분리하여 상기 무선 패킷 신호에서 소정의 임계치를 넘는 첫번째 피크의 수신 시점을 획득하고 이를 계수화하는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치
  5. 제4항에 있어서,
    상기 병렬동기화 수단은 상기 N 개의 샘플링 데이터 중에서 상기 무선 패킷 신호의 첫 번째 피크 부근의 샘플 데이터를 복수 개 추출하는 것이고,
    상기 카운터는 상기 복수 개의 샘플 데이터에 대한 데이터 연산을 수행하여 상기 샘플 데이터간의 구간을 M 개의 부구간으로 세분하여 상기 시스템 클럭 주파수의 N*M 배의 정밀도로 상기 무선 패킷의 첫 번째 피크를 추정하는 것
    을 특징으로 하는 거리추정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 데이터 연산은
    보간법(Interpolation)을 포함하는 수치해석적 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 거리추정 장치.
  7. 무선 패킷을 이용한 거리추정 시스템에 있어서,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 거리추정 장치와,
    상기 거리추정 장치로부터 출력된 카운터 값을 기초로 상기 무선 패킷내 소정의 기준데이터의 수신 시점을 계산하는 수신 시점 추정기를 포함하고,
    상기 기준데이터의 수신 시점과 이미 알고 있는 상기 무선 패킷의 기준데이터의 송신 시점을 기초로, 상기 무선 패킷을 송수신하는 제1 디바이스와 제2 디바이스 사이의 거리를 추정하는 것을 특징으로 하는 거리추정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 디바이스는 상기 제1 디바이스로부터 송신된 요청 패킷의 소정의 기준데이터 수신 시점과 자신이 송신하는 응답 패킷의 소정의 기준데이터 송신 시점의 차를 계산하여 응답시간을 구하고, 이를 상기 응답 패킷에 포함하여 상기 제1 디바이스로 전송하는 것이고,
    상기 제1 디바이스는 상기 요청 패킷의 상기 기준데이터 송신 시점과 상기 제2 디바이스로부터의 응답 패킷의 상기 기준데이터 수신 시점의 차를 계산하여 왕복시간을 구하여, 이에 기초하여 상기 제1 및 제2 디바이스 사이의 무선 패킷 전파 시간을 계산하고, 상기 전파 시간에 광속을 곱하여 상기 제1 및 제2 디바이스 사이의 거리를 추정하는 것을 특징으로 하는 거리추정 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 디바이스는 상기 기준데이터 송신 시점을 포함하는 요청 패킷을 상기 제2 디바이스로 전송하는 것이고,
    상기 제2 디바이스는 상기 요청 패킷의 상기 기준데이터 수신 시점을 상기 수신 시점 추정기를 통하여 계산하고, 상기 기준데이터 송수신 시점의 차이에 광속을 곱하여 상기 제1 및 제2 디바이스간의 거리를 추정하는 것을 특징으로 하는 거리추정 시스템.
  10. 수신된 무선 패킷을 아날로그-디지털 변환하여 직렬 디지털 신호를 생성하는 AD 변환단계와,
    상기 직렬 디지털 신호를 1:N 병렬화하는 병렬화 단계와,
    상기 병렬화 단계에서 병렬화된 데이터들 중에서 상기 무선 패킷의 최초 피크 부근의 데이터를 추출하는 단계와,
    상기 최초 피크 부근의 데이터에 대한 데이터 연산을 통하여 상기 무선 패킷의 최초 피크 위치를 구하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리추정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 최초 피크 위치를 구하는 단계는
    상기 최초 피크 부근의 데이터에 대하여 보간법을 포함하는 수치해석적 방법에 의하여 M배의 정밀도로 상기 최초 피크 위치를 추정 계산하는 것을 특징으로 하는 거리추정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 최초 피크 위치를 구하는 단계는
    무선 송수신 디바이스의 저속의 시스템 클럭보다 N*M 배의 정밀도로 상기 최초 피크 위치를 추정 계산하는 것을 특징으로 하는 거리추정 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 최초 피크 위치를 기초로 상기 무선 패킷 신호의 소정의 기준데이터 위치 및 수신 시점을 추정하는 단계와,
    상기 추정된 기준데이터 수신 시점을 기초로 상기 무선 패킷의 송신 및 수신하는 디바이스사이의 거리를 추정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리추정 방법.
  14. 무선 신호를 수신하여 아날로그-디지털 변환을 수행하는 변환 단계와,
    상기 변환된 데이터를 1:N 병렬화하는 단계와,
    상기 병렬화된 N개의 데이터를 동시에 처리하여 최대값 및 그 부근 데이터를 선별하는 단계와,
    상기 선별된 데이터에 대한 수학적 연산을 수행하여 상기 무선 신호의 실제 피크 위치를 파악하는 단계
    를 포함하는 무선 신호 피크 추정 방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100929392B1 (ko) * 2009-05-19 2009-12-02 동명대학교산학협력단 첩 신호 확산스팩트럼을 이용한 항만 컨테이너의 위치추적 시스템 및 방법
FR3030950B1 (fr) * 2014-12-23 2017-02-03 Sagem Defense Securite Procede de mesure de la distance separant deux nœuds mobiles ayant etabli une liaison radioelectrique uwb
KR101908312B1 (ko) 2016-01-13 2018-10-17 빌리브마이크론(주) 무선 통신 신호의 도달 시간을 추정하는 방법 및 이를 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체
CN108919242A (zh) * 2018-06-13 2018-11-30 四川合众精准科技有限公司 一种共用晶振的uwb模块的精密测距系统
TWI731634B (zh) * 2020-03-25 2021-06-21 緯創資通股份有限公司 移動路徑判斷方法及無線定位裝置
CN116996166B (zh) * 2023-09-26 2023-12-12 为准（北京）电子科技有限公司 Uwb信号重新标记位置确定方法、装置、设备及介质
CN117241322A (zh) * 2023-10-13 2023-12-15 青岛柯锐思德电子科技有限公司 一种基于uwb的通信速率控制装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56126779A (en) 1980-03-10 1981-10-05 Mitsubishi Electric Corp Rejecting device for clutter
KR20010034048A (ko) * 1998-11-11 2001-04-25 요트.게.아. 롤페즈 향상된 신호 위치 측정 장치
US20050248749A1 (en) * 2004-05-10 2005-11-10 Ibeo Automobile Sensor Gmbh Method and an apparatus for distance measurement

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7203500B2 (en) * 2003-08-01 2007-04-10 Intel Corporation Apparatus and associated methods for precision ranging measurements in a wireless communication environment
KR100669904B1 (ko) * 2005-12-09 2007-01-17 한국전자통신연구원 초광대역 시스템용 레이크 수신기 및 이를 구비한 수신장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56126779A (en) 1980-03-10 1981-10-05 Mitsubishi Electric Corp Rejecting device for clutter
KR20010034048A (ko) * 1998-11-11 2001-04-25 요트.게.아. 롤페즈 향상된 신호 위치 측정 장치
US20050248749A1 (en) * 2004-05-10 2005-11-10 Ibeo Automobile Sensor Gmbh Method and an apparatus for distance measurement

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