KR101126450B1 - 클럭 오프셋을 이용한 거리 측정 방법 - Google Patents

클럭 오프셋을 이용한 거리 측정 방법 Download PDF

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Abstract

거리 측정 방법이 개시된다. 거리 측정 패킷을 송신한 이후에 거리 측정 패킷을 다시 수신하고, 수신된 거리 측정 패킷을 기초로 제1 및 제2 딜레이를 획득하고 송신한 거리 측정 패킷을 기초로 생성된 딜레이 정보와 획득된 제1 및 제2 딜레이를 이용하여 수신 장치와의 거리를 측정할 수 있다.

Description

클럭 오프셋을 이용한 거리 측정 방법{METHOD FOR MEASURING DISTANCE USING CLOCK OFFSET}
클럭 오프셋을 이용한 거리 측정 방법이 개시된다. 특히, 거리 측정 패킷을 전송한 시점부터 수신한 시점까지 클럭을 카운팅하여 마스터 기기와 슬레이브 기기 간의 거리를 측정하는 방법이 개시된다.
일반적으로, 송신 장치와 수신 장치 간의 거리를 측정하여 신호가 송수신된다. 특히, ToA(Time of Arrival) 거리 측정은, 2개의 송수신 장치 간의 신호를 송수신하고, 신호가 송수신되는 시간을 기초로 송수신 장치 간의 거리를 추정하는 기법이다.
현재까지 잘 알려진 거리 측정 기법으로는, OWR(One Way Ranging), 및 Two Way Ranging(TWR)이 존재한다.
OWR을 이용하는 경우, 신호를 한번 송수신함으로써 송신 장치 수신 장치 간의 거리가 측정될 수 있다. 이때, 수신 장치에서 신호가 송신되는 시점을 알지 못하는 경우, 송신 장치와 수신 장치 간의 거리를 측정하기 어렵다.
또한, TWR을 이용하는 경우, 송신 장치에서 전송한 신호를 수신 장치에서 수신하고, 기 약속된 일정 시간 이후에 수신된 신호를 송신 장치로 전송하여 송수신 장치 간의 거리가 측정될 수 있다. 이 경우, 클럭 오차(clock drift)가 발생하게 된다. 1 clock(20ns)를 거리로 환산하면, 7m에 해당하므로, 1클럭의 오차만으로도 송수신 장치 가의 거리 오차는 매우 큰 값을 가지게 된다.
이에 따라, 클럭 오차를 감소시켜 송신 장치와 수신 장치 간의 거리 오차를 감소시킬 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명은 슬레이브 기기에서의 응답 시간을 감소시켜 클럭 오차를 감소시킬 수 있는 거리 측정 방법을 제공한다.
본 거리 측정 방법은, 거리 측정 패킷(ranging packet)을 전송하는 단계, 상기 전송된 거리 측정 패킷을 수신하는 단계, 상기 수신된 거리 측정 패킷을 이용하여 상기 거리 측정 패킷이 수신되는 시간 구간에 해당하는 제1 딜레이(integer delay) 및 제2 딜레이(fractional delay)를 획득하는 단계, 상기 획득된 제1 및 제2 딜레이를 이용하여 상기 거리 측정 패킷이 수신되는 시점을 계산하는 단계, 상기 전송된 거리 측정 패킷을 기초로 계산된 딜레이 정보를 수신하는 단계, 및 상기 거리 측정 패킷이 수신되는 시점, 및 상기 딜레이 정보를 이용하여 상기 거리 측정 패킷이 전송된 시점부터 상기 거리 측정 패킷이 수신된 시점까지의 시간을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
거리 측정 방법은, 거리 측정 패킷을 수신하자마자 바로 송신 장치로 전송함으로써, 수신 장치에서의 응답 시간(response time)을 감소시킬 수 있다.
또한, 거리 측정 패킷이 전송된 이후에 계산된 클럭 오차를 이용하여 송신 장치와 수신 장치 간의 거리를 측정함으로써, 거리 측정의 정확도를 향상 시킬 수 있다.
도 1은 거리 측정 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 2는 클럭 오차를 계산하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 거리 측정 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 송신 장치는 거리 측정 패킷(ranging packet)을 수신 장치로 전송할 수 있다(S110). 일례로, 송신 장치로는 마스터(Master) 기기, 수신 장치로는 슬레이브(Slave) 기기가 이용될 수 있다.
그러면, 수신 장치는 송신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷을 수신하여 송신 장치로 전송할 수 있다. 이때, 수신 장치는 송신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷을 수신하자마자 바로 송신 장치로 전송할 수 있다.
그러면, 송신 장치는 수신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷을 수신할 수 있다(S130).
이어, 수신 장치는 거리 측정 패킷이 전송되는 시간에 해당하는 제1 및 제2 딜레이를 획득할 수 있다.
이때, 수신 장치는 도 2와 같이, 거리 측정 패킷이 송신 장치로부터 전송된 시점부터 수신 장치로 수신된 시점까지의 시간(TOF: 210)에 해당하는 제1 및 제2 딜레이를 획득할 수 있다.
일례로, 수신 장치는, 송신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷을 대상으로, 패킷 탐색(packet detection)을 수행하여 제1 딜레이를 획득할 수 있다.
보다 상세하게는, 응답 시간(TReply: 220)이 10 클럭으로 송수신 장치 간에 이미 약속되고, 송신 장치가 0 클럭(T0)에서 거리 측정 패킷을 전송, 수신 장치에서 10.5 클럭에 거리 측정 패킷을 수신한 경우, 수신 장치는 패킷 탐색을 수행하여 거리 측정 패킷이 전송되는 시간(210)에 해당하는 제1 딜레이 10 클럭을 획득할 수 있다.
이때, 수신 장치는 송신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷을 대상으로, SR(Super Resolution) 기법, 또는 코릴레이션(Correlation) 등을 이용하여 제2 딜레이를 획득할 수 있다. 일례로, 거리 측정 패킷이 수신된 10.5 클럭의 소수에 해당하는 0.5 클럭이 제2 딜레이로 획득될 수 있다.
그러면, 수신 장치에서 송신 장치로 거리 측정 패킷이 전송되는 시점은, 수신 장치에서 거리 측정 패킷을 수신한 시점에 해당하는 10.5 클럭과 응답 시간 10 클럭을 더한 20.5 클럭이 될 수 있다. 이때, 20.5 클럭은 소수 0.5를 포함하고 있으므로, 수신 장치는 거리 측정 패킷을 20 또는 21 클럭에 송신 장치로 전송할 수 있다.
이때, 거리 측정 패킷이 20 클럭에 송신 장치로 전송되는 경우, -0.5 클럭의 클럭 오차(Clock Drift)가 발생할 수 있다. 마찬가지로, 거리 측정 패킷이 21 클럭에 송신 장치로 전송된 경우, +0.5 클럭의 클럭 오차가 발생할 수 있다.
그러면, 수신 장치는 송신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷에 의해 발생한 클럭 오차를 딜레이 정보로 생성할 수 있다(S150). 일례로, 거리 측정 패킷이 20 클럭에 송신 장치로 전송되는 경우, 딜레이 정보는, -0.5 클럭이 될 수 있다. 이때, 딜레이 정보는, 제2 딜레이 0.5 클럭과 동일할 수도 있다.
이어, 송신 장치는 딜레이 정보를 수신 장치로부터 수신할 수 있다(S160). 이때, 수신 장치는 딜레이 정보를 데이터 패킷에 실어서 송신 장치로 전송할 수 있다.
그러면, 송신 장치는, 수신된 딜레이 정보를 이용하여 거리 측정 패킷이 전송되는 시간(TOF: 210)을 계산할 수 있다. 즉, 송신 장치는, 송신 장치에서 거리 측정 패킷이 전송된 시점부터 수신 장치로 거리 측정 패킷이 수신된 시점까지의 시간을 계산할 수 있다..
일례로, 거리 측정 패킷이 30.5 클럭에 수신된 경우, 송신 장치는, 도 2와 같이, 거리 측정 패킷이 수신되는 시간(TOF: 230)에 해당하는 제1 및 제2 딜레이를 각각 획득할 수 있다.
이때, 송신 장치는 수신 장치와 마찬가지로, 수신 장치로부터 송신 장치로 전송되는 거리 측정 패킷을 대상으로, 패킷 탐색을 수행하여 제1 딜레이를 30 클럭으로 획득할 수 있다.
일례로, 패킷 탐색의 경우, 송신 장치는 S110단계에서 거리 측정 패킷을 전송한 시점부터 거리 측정 패킷을 다시 수신한 시점까지 정수 클럭(integer clock)을 카운팅하여 제1 딜레이를 획득할 수 있다.
또한, 송신 장치는 수신 장치로부터 송신 장치로 전송되는 거리 측정 패킷을 대상으로, SR 기법 또는 코릴레이션(correlation)을 이용하여 제2 딜레이를 0.5 클럭으로 획득할 수 있다. 그러면, 송신 장치는 제1 및 제2 딜레이의 합을 이용하여 수신 장치에서 전송된 거리 측정 패킷이 수신되는 시점(T1)을 계산할 수 있다. 일례로, 거리 측정 패킷이 수신된 시점(T1)은 30.5 클럭이 될 수 있다.
이때, 송신 장치는 응답 시간(TReply), 거리 측정 패킷이 수신되는 시점(T1), 및 딜레이 정보(ε)를 기초로 아래의 수학식 1을 이용하여 거리 측정 패킷이 전송되는 시간(TOF: 210)을 계산할 수 있다(S170).
Figure 112010005405728-pat00001
일례로, 응답 시간이 10으로 기 약속되고, 딜레이 정보가 -0.5, 거리 측정 패킷이 수신된 시점(T1)은 30.5 클럭 인 경우, 송신 장치는, 수학식 1을 이용하여 거리 측정 패킷이 전송되는 시간(TOF: 210)을 10.5로 계산할 수 있다. 즉, 송신 장치는 S110단계에서 거리 측정 패킷이 송시 장치에서 수신 장치로 전송되는 데 소요되는 시간을 계산할 수 있다. 이에 따라, 클럭 오차로 인한 거리 오차를 감소시킬 수 있다.
그리고, 송신 장치는, 거리 측정 패킷이 전송되는 시간(TOF: 210)을 기초로 수신 장치와의 거리를 측정할 수 있다(S180).
일례로, 송신 장치는 아래의 수학식 2를 이용하여 수신 장치와의 거리를 측정할 수 있다.
Figure 112010005405728-pat00002
수학식 2에서, 송신 장치가 A, 수신 장치가 B인 경우, 송수신 장치 간의 거리 dAB는 거리 측정 패킷이 전송되는 시간(TOF: 210)과 빛의 속도(c) 간의 곱을 통해 측정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 통신 장치, 단말 장치, 및 그의 간섭 정렬 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 거리 측정 패킷(ranging packet)을 전송하는 단계;
    상기 전송된 거리 측정 패킷을 수신하는 단계;
    상기 수신된 거리 측정 패킷을 이용하여 상기 거리 측정 패킷이 수신되는 시간 구간에 해당하는 제1 딜레이(integer delay) 및 제2 딜레이(fractional delay)를 획득하는 단계;
    상기 획득된 제1 및 제2 딜레이를 이용하여 상기 거리 측정 패킷이 수신되는 시점을 계산하는 단계;
    상기 전송된 거리 측정 패킷을 기초로 계산된 딜레이 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 거리 측정 패킷이 수신되는 시점, 및 상기 딜레이 정보를 이용하여 상기 거리 측정 패킷이 전송된 시점부터 상기 거리 측청 패킷이 수신된 시점까지의 시간을 계산하는 단계
    를 포함하는 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 패킷을 수신하는 단계는,
    상기 거리 측정 패킷을 수신하자마자 바로 슬레이브 기기로부터 전송된 상기 거리 측정 패킷을 수신하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계산된 시간을 이용하여 슬레이브 기기와의 거리를 측정하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 거리 측정 패킷이 전송된 시점부터 상기 슬레이브 기기에 수신된 시점까지의 시간인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 딜레이 정보는, 클럭 오차(Clock Drift)를 포함하고,
    상기 거리 측정 패킷을 수신하는 단계는,
    상기 거리 측정 패킷을 전송한 이후에 계산된 상기 딜레이 정보를 상기 슬레이브 기기로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 딜레이는, 상기 거리 측정 패킷이 전송되는 시간 구간 또는 수신되는 시간 구간에 해당하는 정수(integer) 딜레이를 포함하며, 패킷 탐색(packet detection)을 이용하여 획득되고,
    상기 제2 딜레이는, 상기 거리 측정 패킷이 전송되는 시간 구간 또는 수신되는 시간 구간에 해당하는 소수(fractional) 딜레이를 포함하며, 코릴레이션, 또는 SR(Super Resolution) 기법을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
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