KR101418380B1 - 이동 통신 시스템 및 그것의 거리 측정 방법 - Google Patents

이동 통신 시스템 및 그것의 거리 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는, 이동 통신 시스템 및 그것의 거리 측정 방법에 관한 것이다. 여기에는 이동 통신 시스템의 거리 측정 방법에 있어서, 제 1 노드로부터 제 2 노드로 거리 측정 신호를 송신하는 단계, 상기 거리 측정 신호 수신의 인식에 응답하여 상기 제 2 노드에서 내부 신호를 생성하는 단계, 상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 계산하는 단계, 및 상기 제 2 노드의 응답 시간에 관한 정보가 포함된 상기 거리 측정 신호를 상기 제 1 노드로 송신하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다. 본 발명에 의하면, 이동 통신 기기의 거리 측정시, LFM 방식을 사용함으로써 정확한 거리의 측정이 가능해진다.

Description

이동 통신 시스템 및 그것의 거리 측정 방법{MOBILE COMMUNICATION SYSTEMS AND RANGING METHODS THEREOF}
본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는, 이동 통신 시스템 및 그것의 거리 측정 방법에 관한 것이다.
이동 통신 기기는 공간적 제약 없이 사용자가 통신망에 접속할 수 있도록 한다. 디지털 기기의 컨버전스(convergence) 경향에 따라, 이동 통신 기기는 주 기능인 음성 통화 이외에도 DMB 수신, 위치 추적 등의 부가적인 기능을 제공한다. 특히, 위치 추적 기능은 여러 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 위치 추적 기능은 물류 관리 또는 미아 찾기 등에 이용될 수 있다.
정밀한 위치 추적을 위해서 정밀한 거리 측정이 요구된다. 거리 측정 기술에는 RSS(Received Signal Strength) 방식과 TOA(Time Of Arrival) 방식이 있다. RSS 방식에서는 물체에 반사되어 돌아온 수신 신호의 세기(에너지 레벨)을 참조하여 거리가 측정된다. 수신 신호의 세기가 크면 물체가 가까운 곳에 위치하는 것이고, 수신 신호의 세기가 작으면 물체가 먼 곳에 위치하는 것이다.
반면에, TOA 방식에서는 물체에 반사되어 돌아온 신호의 도달 시간을 참조하 여 거리가 측정된다. 짧은 도달 시간은 물체가 가까운 곳에 위치함을 의미하고, 긴 도달 시간은 물체가 먼 곳에 위치함을 의미한다. 일반적으로 RSS 방식에 비해 TOA 방식이 더 정밀한 위치 측정을 가능하게 한다.
기존 근거리 무선 통신 표준에는 WLAN(Wireless Local Area Network), Bluetooth, ZigBee 등이 있다. 이러한 무선 통신 표준들은 낮은 시간 분해능을 갖기 때문에 TOA 방식이 적용되기 어렵다. 시간 분해능이라 함은 구별될 수 있는 시간의 최소 크기를 의미한다. 따라서, 이러한 무선 통신 표준들에서는 대부분 RSS 방식이 사용된다. 그런데 상술한 바와 같이 RSS 방식은 TOA 방식에 비해 낮은 정확도를 갖는다. 또한, 높은 정확도의 거리 측정을 위해 기존의 근거리 무선 통신 표준을 변경하는 것도 용이하지 않다. 따라서, 기존의 근거리 무선 통신 표준을 유지하면서도 높은 정확도의 거리 측정이 가능한 이동 통신 시스템 및 거리 측정 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 이동 통신 기기의 거리 측정시, LFM 방식을 사용함으로써 정확하게 거리를 측정할 수 있는 이동 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이동 통신 기기의 거리 측정시, LFM 방식을 사용함으로써 정확하게 거리를 측정할 수 있는 거리 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 제 1 및 제 2 노드를 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서: 상기 제 1 노드는 제 1 송신부 및 제 1 수신부를 포함하고, 상기 제 2 노드는 상기 제 1 송신부로부터 출력된 거리 측정 신호를 수신하는 제 2 수신부; 상기 거리 측정 신호 수신의 인식에 응답하여 내부 신호를 생성하는 주파수 합성부; 상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 계산하는 디지털부; 및 상기 제 2 노드의 응답 시간에 관한 정보가 포함된 상기 거리 측정 신호를 상기 제 1 수신부로 송신하는 제 2 송신부를 포함하는 이동 통신 시스템을 제공한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제 1 노드는 상기 거리 측정 신호의 왕복 시간 및 상기 응답 시간에 근거하여 상기 제 1 및 제 2 노드 사이의 거리를 계산하는 디지털부를 더 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 응답 시간은 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 상기 거리 측정 신호가 상기 제 1 수신부로 송신될 때까지의 시간인 것을 특징 으로 한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 내부 신호는 상기 제 2 노드의 상기 주파수 합성부에 의해 LFM 방식에 따라 생성된다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제 2 노드의 상기 디지털부는 상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 진동 주파수를 계산한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 진동 주파수는 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간에 비례한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 주파수 합성부는 LFM 방식에 따라 신호를 생성하는 LFM 생성기; 및 상기 LFM 생성기의 출력에 응답하여 내부 신호를 생성하는 오실레이터를 포함한다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예들은 이동 통신 시스템의 거리 측정 방법에 있어서: 제 1 노드로부터 제 2 노드로 거리 측정 신호를 송신하는 단계; 상기 거리 측정 신호 수신의 인식에 응답하여 상기 제 2 노드에서 내부 신호를 생성하는 단계; 상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 계산하는 단계; 및 상기 제 2 노드의 응답 시간에 관한 정보가 포함된 상기 거리 측정 신호를 상기 제 1 노드로 송신하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제 1 노드는 상기 거리 측정 신호의 왕복 시간 및 상기 응답 시간에 근거하여 상기 제 1 및 제 2 노드 사이의 거리를 계산하는 단계를 더 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 응답 시간은 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 상기 거리 측정 신호가 상기 제 1 노드로 송신될 때까지의 시간인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 진동 주파수를 계산함으로써 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 계산한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 진동 주파수는 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간에 비례한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예들은 이동 통신 시스템의 거리 측정 방법에 있어서: 제 1 노드로부터 제 2 노드로 거리 측정 신호를 포함하는 패킷을 송신하는 단계; 상기 패킷 수신의 인식에 응답하여 상기 제 2 노드가 내부 신호를 생성하는 단계; 상기 거리 측정 신호와 상기 내부 신호를 비교하여 진동 주파수를 계산하는 단계; 및 상기 진동 주파수를 참조하여 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 측정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 이동 통신 기기의 거리 측정시, LFM 방식을 사용함으로써 정확한 거리의 측정이 가능해진다.
일반적으로, 이동 통신 기기 사이의 거리 측정을 위해 SDS-TWR(Symmetrical Double Sided Two Way Ranging) 방식이 사용된다. SDS-TWR 방식에서는 두 개의 노 드 사이의 거리가 TOA 기술을 이용하여 계산된다. 즉, 신호를 보내고 받는데 걸리는 왕복 시간(round time: Trnd)을 측정함으로써 노드 사이의 거리가 계산된다.
도 1은 SDS-TWR 방식을 이용한 거리를 측정 방법을 보여준다. 도 1을 참조하면, SDS-TWR 방식에서는 노드 A(node A)와 노드 B(node B)가 패킷을 주고 받음으로써 거리가 측정된다. 본 발명에 따른 실시예들에서 각 노드는 이동 통신 기기를 의미한다. 단, 본 발명의 범위는 이것에 제한되지 않는다. 예를 들면, 본 발명은 이동 통신 기기와 기지국 사이의 거리를 측정하기 위해 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 전파 시간(TprpA)은 노드 A에서 노드 B로 패킷이 전달되는데 걸리는 시간을 의미한다. 전파 시간(TprpB)은 노드 B에서 노드 A로 패킷이 전달되는데 걸리는 시간을 의미한다. 패킷은 광속으로 전파되기 때문에, 노드 사이의 거리는 전파 시간에 비례할 것이다. 수학식 1은 전파 시간과 노드 사이의 거리의 관계를 보여준다.
Figure 112007068642490-pat00001
여기서, Tprp는 전파 시간, d는 노드 사이의 거리(distance), 그리고 c는 광속(speed of light)을 의미한다. 따라서, 전파 시간(Tprp)이 정확하게 측정되면, 노드 사이의 거리(d)가 정확하게 계산될 수 있다.
도 1을 참조하면, 노드 A에 의해 송신된 패킷을 노드 B가 수신하고, 노드 B에 의해 송신된 패킷을 노드 A가 수신한다. 따라서, 노드 A는 송신된 패킷이 수신 될 때까지 걸리는 시간(TrndA)을 알 수 있다. 이 시간을 왕복(round-trip) 시간이라 한다. 왕복 시간(TrndA)은 전파 시간들(TprpA, TprpB)과 응답 시간(TrepB)의 합이다. 응답 시간(TrepB)은 노드(node B)가 패킷을 수신한 때부터 패킷을 송신하기까지의 시간을 의미한다. 왕복 시간(TrndA)에서 응답 시간(TrepB)을 빼면 전파 시간(Tprp)이 구해진다. 여기서, 전파 시간(TprpA)과 전파 시간(TprpB)은 동일한 것으로 가정된다(TprpA=TprpB=Tprp). 전파 시간(Tprp)을 구하는 식은 다음과 같다.
Figure 112007068642490-pat00002
여기서, Tprp는 전파 시간, TrndA는 왕복 시간, 그리고 TrepB는 응답 시간을 의미한다. 왕복 시간은 노드 A에 의해 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 정확한 응답 시간(TrepB)이 측정되면 정확한 전파 시간이 측정될 수 있다. 결국, 정확한 응답 시간(TrepB)을 측정하는 것이 중요하다. 응답 시간(TrepB)은 노드 B에 의해 측정된다. 또한, 같은 방법을 적용하면, 노드 B도 왕복 시간(TrndB)을 알 수 있게 된다. 노드 A와 노드 B에 의해 측정된 왕복 시간들(TrndA, TrndB)의 평균을 이용하면 거리 측정 오차를 줄일 수 있다. 단, 설명의 간결화를 위해 본 발명에 따른 실시예들에서는 왕복 시간(TrndA)을 측정하는 방법만이 설명될 것이다.
SDS-TWR 방식에 있어서, 거리를 정확하게 측정하기 위해서는 정밀한 시간 측정이 요구된다. 하지만, 기존의 근거리 무선 통신 표준들에서 다뤄지는 신호들은 낮은 주파수 대역폭을 갖는다. 낮은 주파수 대역폭은 낮은 시간 분해능을 야기한 다. 그리고, 낮은 시간 분해능은 수m ~ 수십m의 거리 오차를 야기한다. 위에서 언급되었듯이, SDS-TWR 방식에서는 시간의 정확도에 의해 거리의 정확도가 결정된다. 예를 들어, 1ns(1GH)의 시간 오차는 30cm의 거리 오차를 야기하고, 10ns(100MHz)의 시간 오차는 3m의 거리 오차를 야기한다. 거리 측정 오차를 나타내는 Cramer-Rao Lower Bound(CRLB)식이 수학식 3에서 보여진다.
Figure 112007068642490-pat00003
여기서, d는 두 노드 간의 거리(distance), c는 빛의 속도(speed of light), SNR은 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio), 그리고 β는 대역폭(bandwidth)을 의미한다. 수학식 3을 참조하면, SNR이 일정하다고 가정할 때, 대역폭(β)을 높임으로써 두 노드 간의 거리가 정확하게 측정될 수 있다. 그런데, 기존 근거리 무선 통신 규격의 대역폭은 작다. 예를 들면, WLAN은 22MHz, Bluetooth는 1MHz, 그리고 ZigBee는 2MHz의 대역폭을 갖는다. 따라서, 기존 근거리 무선 통신 표준은 구조적으로 고 해상도 거리 측정에 적합하지 않다. 이러한 문제점이 도 2를 참조하여 설명될 것이다.
도 2는 기존 근거리 무선 통신 규격에서 SDS-TWR을 이용한 거리 측정 방법을 보여준다. 도 2(a)는 SDS-TWR을 이용한 전체적인 거리 측정 방법을 보여준다. 그리고, 도 2(b)는 도 2(a)의 점선 부분의 동작을 자세하게 보여준다.
상술한 바와 같이, 정밀한 거리 측정을 위해서는 응답 시간(TrepB)이 정확하게 측정되어야 한다. 도 2(b)를 참조하면, 응답 시간(TrepB)은 Trep1과 Trep2의 합으로 구성된다. Trep1은 노드 B에 패킷이 도달한 때부터 노드 B가 패킷의 도달을 감지한 때까지의 시간이다. 도시된 바와 같이, 패킷은 (i)시점에 노드 B에 도달하였으나, 노드 B는 상승 클록에 응답하여 (ⅱ)시점에 패킷의 도달을 감지한다. Trep1은 노드 B의 내부 클록에 동기되지 않기 때문에 정확하게 측정되지 않는다. Trep2는 노드 B가 패킷의 도달을 감지한 때(ⅱ)부터 패킷을 노드 A로 송신할 때(ⅲ)까지의 시간을 의미한다. Trep2는 노드 B의 내부 클록에 동기되기 때문에 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 정확한 응답 시간(TrepB)을 구하기 위해서는 Trep1이 정확하게 측정되어야 한다. 본 발명에 따른 실시예들에 있어서, Trep1을 정확하게 구하기 위해서 LFM 방식이 이용된다. LFM 방식을 이용한 고 해상도 시간 측정 방법이 도 3을 참조하여 설명될 것이다.
도 3은 LFM 방식을 이용한 고 해상도 시간 측정 방법의 원리를 보여준다. LFM(Linear Frequency Modulation) 기술은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더에서 사용된다. FMCW 레이더는 주파수 변조(LFM)된 신호를 연속적으로 전송한다. 도 3(a)에서 실선은 송신된 신호를 의미하고, 점선은 물체에 반사 또는 산란되어 수신된 신호를 의미한다. 도 3(b)를 참조하면, 진동 주파수(beat frequency: fb)가 도시되어 있다. 진동 주파수는 노드 사이의 거리에 비례한다는 것이 잘 알려져 있다. 따라서, 정확한 진동 주파수를 측정함으로써 정확한 거리가 측정될 수 있다. 진동 주파수는 작은 주파수 대역폭에 불구하고 정확하게 측정될 수 있기 때문에, 기존의 이동 통신 표준에도 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 이동 통신 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 각 노드는 디지털부, 송신부, 주파수 합성부, 그리고 수신부를 포함한다. 상술한 바와 같이, 노드 사이의 거리를 측정하기 위해서는 신호의 왕복 시간이 측정되어야 한다.
도 4를 참조하면, 화살표는 신호의 이동 경로를 의미한다. 노드 A(100)의 송신부(120)에서 출력된 신호는 전파 시간(TprpA) 경과 후에 노드 B(200)의 수신부(240)에 도달한다. 노드 B(200)는 응답 시간(TrepB)의 경과 후에 송신부(220)를 통해 신호를 전송한다. 노드 B(200)의 송신부(220)에서 출력된 신호는 전파 시간(TprpB) 경과 후에 노드 A(100)의 수신부(140)에 도달한다. 따라서, 전파 시간들(TprpA, TprpB)과 응답 시간(TrepB)을 더함으로써 신호의 왕복 시간이 측정될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 노드 A를 자세하게 보여주는 블록도이다. 노드 A 및 노드 B들은 동일한 구조를 갖기 때문에 설명의 간결화를 위하여 노드 A의 구조만이 설명된다.
도 5를 참조하면, 디지털부(110)는 변조기(111), 복조기(112), 그리고 계산기(113)를 포함한다. 변조기(111)는 I 신호 및 Q 신호를 출력한다. 송신부(120)는 DAC들(121a, 121b), 필터들(122a, 122b), 믹서들(123a, 123b), 제 1 선택기(124), 그리고 전력 증폭기(125)를 포함한다. DAC들(121a, 121b)은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 필터들(122a, 122b)은 송신 신호가 속한 주파수 범위를 선택 한다. 믹서(123a)는 필터(122a)를 거친 신호와 VCO(132)의 출력을 합성한다. 그리고, 믹서(123b)는 필터(122b)를 거친 신호와 VCO(132)의 출력의 위상을 90도 시프트시킨 신호를 합성한다. 제 1 선택기(124)는 믹서들(123a, 123b)의 출력들 또는 VCO(132)의 출력을 선택적으로 전력 증폭기(125)에 연결시킨다. 전력 증폭기(125)는 제 1 선택기(124)의 출력을 증폭하여 안테나에 전달한다.
주파수 합성부(130)는 LFM 생성기(131), VCO(132), 그리고 위상 변환기(133)를 포함한다. LFM 생성기(131)는 삼각파를 생성하여 VCO(132)를 구동한다. 본 발명에 따른 일 실시예들의 LFM 생성기(131)는 삼각파를 생성하지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. VCO(132)는 LFM 생성기(131)의 출력에 응답하여 발진 신호를 생성한다. 위상 변환기(133)는 발진 신호의 위상을 90도 시프트시킨다. 위상이 시프트된 발진 신호는 송신부(120) 및 수신부(140)의 믹서들(123b, 144a)에 전달된다.
수신부(140)는 제 2 선택기(141), ADC들(142a, 142b), 필터들(143a, 143b), 믹서들(144a, 144b), 그리고 저 잡음 증폭기(145)를 포함한다. 안테나에 의해 수신된 신호는 저 잡음 증폭기(145)에 의해 증폭된다. 저 잡음 증폭기(145)의 출력은 믹서들(144a, 144b)에 인가된다. 믹서(144b)는 저 잡음 증폭기(145)의 출력과 VCO(132)의 출력을 합성한다. 그리고, 믹서(144a)는 저 잡음 증폭기(145)의 출력과 VCO(132)의 출력의 위상을 90도 시프트시킨 신호를 합성한다. 필터들(143a, 143b)은 수신 신호가 속한 주파수 범위를 선택한다. 필터들(143a, 143b)의 출력은 ADC들(142a, 142b)에 각각 입력된다. ADC들(142a, 142b)은 아날로그 신호를 디지털 신 호로 변환한다. ADC(142a)의 출력은 복조기(112)에 입력된다. 그리고, ADC(142b)의 출력은 제 2 선택기(141)의 제어에 따라 복조기(112) 또는 계산기(113)에 입력된다.
도 6은 본 발명에 따른 거리 측정 장치가 노멀 모드(normal mode)에서 동작할 때의 동작 경로를 나타낸다. 노멀 모드라 함은 일반적인 데이터 송수신이 수행되는 모드를 의미한다. 도 6에는 하나의 노드만이 도시되었지만 각 노드들은 동일한 구조를 갖는다.
도 6을 참조하면, 동작 경로는 실선으로 표시된다. 먼저, 노드 A로부터 노드 B로 패킷이 전송되는 동작이 설명된다. 변조기(111)에서 출력된 신호들은 각각 DAC들(121a, 121b) 및 필터들(122a, 122b)을 거친다. I 신호는 VCO(132)의 출력과 합성되고, Q 신호는 VCO(132)의 출력의 위상을 90도 시프트시킨 신호와 합성된다. 믹서들(123a, 123b)의 출력은 제 1 선택기(124)를 통해 전력 증폭기(125)로 전달된다. 전력 증폭기(125)는 신호를 증폭하여 안테나에 전달한다.
다음에, 노드 B가 노드 A로부터 패킷을 수신하는 과정이 설명된다. 안테나에 의해 수신된 신호는 저 잡음 증폭기(145)에 의해 증폭된다. 저 잡음 증폭기(145)의 출력은 믹서들(144a, 144b)에 전달된다. 믹서(144b)는 저 잡음 증폭기(145)를 거친 신호와 VCO(132)의 출력을 합성한다. 그리고, 믹서(144a)는 저 잡음 증폭기(145)를 거친 신호와 VCO(132)의 출력의 위상을 90도 시프트시킨 신호를 합성한다. 필터들(143a, 143b)은 수신하고자 하는 신호가 속한 주파수 범위를 선택한다. 필터들(143a, 143b)의 출력들은 ADC들(142a, 142b)에 각각 입력된다. ADC들(142a, 142b)은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. ADC(142a)의 출력은 복조기(112)에 입력된다. 그리고, ADC(142b)의 출력은 제 2 선택기(141)의 제어에 따라 복조기(112)에 입력된다.
도 7은 본 발명에 따른 거리 측정 장치가 거리 측정 모드(ranging mode)에서 동작할 때의 동작 경로를 나타낸다. 거리 측정 모드에서는 노드 사이의 거리가 측정된다.
도 7을 참조하면, 동작 경로는 실선으로 표시된다. 먼저, 노드 A로부터 노드 B로 패킷이 전송되는 과정이 설명된다. LFM 생성기(131)는 삼각파를 생성하여 VCO(132)를 구동한다. 본 발명의 일 실시예들에 따른 LFM 생성기(131)는 삼각파를 생성하지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. LFM 생성기(131)에 의해 다양한 형태의 파형이 생성될 수 있다. VCO(132)는 LFM 생성기(131)의 출력에 응답하여 발진 신호를 생성한다. 발진 신호는 제 1 선택기(124)를 통해 전력 증폭기(125)로 전달된다. 전력 증폭기(125)는 신호를 증폭하여 안테나에 전달한다.
다음에, 노드 B가 노드 A로부터 패킷을 수신하는 과정이 설명된다. 안테나에 의해 수신된 신호는 저 잡음 증폭기(145)에 의해 증폭된다. 저 잡음 증폭기(145)의 출력은 믹서(144b)에 전달된다. 믹서(144b)는 저 잡음 증폭기(145)를 거친 신호와 VCO(132)의 출력을 합성한다. 필터(143b)는 수신 신호가 속한 주파수 범위를 선택한다. 필터(143b)의 출력은 ADC(142b)에 인가된다. ADC(142b)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. ADC(142b)의 출력은 제 2 선택기(141)를 거쳐 계산기(113)에 입력된다. 계산기(113)는 ADC(142b)의 출력을 참조하여 진동 주파수(fb) 를 계산한다. 상술한 바와 같이, 진동 주파수(fb)는 시간에 비례하기 때문에 Trep1가 정확하게 계산될 수 있다. 이와 같이, 일반적인 데이터 송수신 모드와 거리 측정 모드의 동작 경로를 다르게 함으로써 LFM을 이용한 정확한 거리 측정이 가능해진다. 단, 일반적인 데이터 송수신 모드와 거리 측정 모드를 구별하기 위해서는 패킷이 추가 정보를 포함할 것이 요구된다. 패킷의 구조는 도 8을 참조하여 설명될 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예에 있어서의 데이터 패킷의 구조를 보여준다.
일반적인 패킷은 프리앰블(Preamble), 헤더(Header), 페이로드(Payload)을 포함한다. 본 발명에 따른 일 실시예에 있어서 헤더는 선택 비트(R)를 포함한다. 선택 비트는 노멀 모드 또는 거리 측정 모드를 선택한다. 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 선택 비트가 '0'이면, 노멀 모드를 의미하고, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 선택 비트가 '1'이면, 거리 측정 모드를 의미한다.
도 9는 본 발명에 따른 일 실시예에 있어서의 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9(a)를 참조하면, 거리 측정을 수행하기 위해 노드 A는 LFM 신호를 포함한 패킷을 노드 B로 송신한다. 노드 B는 전파 시간(TprpA) 경과 후에 패킷을 수신한다. 도 9(b)는 도 9(a)의 점선 부분을 자세히 나타낸 도면이다. 도 9(b)를 참조하면, 노드 B는 (i) 시점에 패킷을 수신하지만, (ii) 시점에 이르러서야 패킷의 수신을 감지한다. 수신된 패킷의 선택 비트가 '1'인 경우, 노드 B는 자체적으로 LFM 신호를 생성시킨다. 도시된 바와 같이, 노드 B가 수신한 LFM 신호와 노드 B가 생성시킨 LFM 신호 사이에는 Trep1만큼의 시간 차가 존재한다. 이때, 시간 차(Trep1)은 진동 주파수를 참조하여 정확하게 측정될 수 있다. 그리고, 시간(Trep2)는 노드 B의 내부 클록에 동기되기 때문에 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 응답 시간(TrepB)이 정확하게 측정될 수 있다.
요약하면, 노드 사이의 거리를 측정하기 위해서는 신호의 전파 시간이 측정되어야 한다. 그러나, 동기되지 않은 노드 사이에 전파 시간을 구하기 위해서 신호의 왕복 시간이 측정된다. 신호의 왕복 시간은 전파 시간들과 응답 시간을 합한 값을 갖는다. 따라서, 응답 시간이 정확하게 측정될 것이 요구되는데, 응답 시간은 진동 주파수를 이용하여 정확하게 계산될 수 있다. 계산된 응답 시간은 타 노드로 전송되어 전파 시간을 구하는데 이용된다.
본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.
도 1은 SDS-TWR 방식을 이용한 거리를 측정 방법을 보여준다.
도 2는 기존 근거리 무선 통신 규격에서 SDS-TWR을 이용한 거리 측정 방법을 보여준다.
도 3은 LFM 방식을 이용한 고 해상도 시간 측정 방법의 원리를 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 이동 통신 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 노드 A를 자세하게 보여주는 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 거리 측정 장치가 노멀 모드(normal mode)에서 동작할 때의 동작 경로를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 거리 측정 장치가 거리 측정 모드(ranging mode)에서 동작할 때의 동작 경로를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예에 있어서의 데이터 패킷의 구조를 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 일 실시예에 있어서의 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (13)

  1. 제 1 및 제 2 노드를 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서:
    상기 제 1 노드는 제 1 송신부 및 제 1 수신부를 포함하고,
    상기 제 2 노드는
    상기 제 1 송신부로부터 출력되고, 주파수 변조(LFM: Linear Frequency Modulation) 방식에 의해 생성된 거리 측정 신호를 수신하는 제 2 수신부;
    상기 거리 측정 신호 수신의 인식에 응답하여 상기 LFM 방식에 따라 내부 신호를 생성하는 주파수 합성부;
    상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 계산하는 디지털부; 및
    상기 제 2 노드의 응답 시간에 관한 정보가 포함된 상기 거리 측정 신호를 상기 제 1 수신부로 송신하는 제 2 송신부를 포함하고,
    상기 제 1 노드로부터 상기 제 2 노드로 상기 거리 측정 신호를 포함하여 전송되는 패킷은 거리 측정 모드 동작에 의해 설정된 패킷임을 지시하는 선택 비트를 더 포함하는 이동 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 노드는 상기 거리 측정 신호의 왕복 시간 및 상기 응답 시간에 근거하여 상기 제 1 및 제 2 노드 사이의 거리를 계산하는 디지털부를 더 포함하고,
    상기 응답 시간은 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 상기 거리 측정 신호가 상기 제 1 수신부로 송신될 때까지의 시간인 이동 통신 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 노드의 상기 디지털부는 상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 진동 주파수를 계산하고,
    상기 진동 주파수는 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간에 비례하는 이동 통신 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 합성부는
    상기 LFM 방식에 따라 신호를 생성하는 LFM 생성기; 및
    상기 LFM 생성기의 출력에 응답하여 내부 신호를 생성하는 오실레이터를 포함하는 이동 통신 시스템.
  8. 이동 통신 시스템의 거리 측정 방법에 있어서:
    제 1 노드로부터 제 2 노드로 주파수 변조(LFM: Linear Frequency Modulation) 방식에 따라 생성된 거리 측정 신호를 송신하는 단계;
    상기 거리 측정 신호 수신의 인식에 응답하여 상기 제 2 노드에서 상기 LFM 방식에 따라 내부 신호를 생성하는 단계;
    상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 계산하는 단계; 및
    상기 제 2 노드의 응답 시간에 관한 정보가 포함된 상기 거리 측정 신호를 상기 제 1 노드로 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 노드로부터 제 2 노드로 상기 거리 측정 신호를 포함하여 전송되는 패킷은 거리 측정 모드 동작에 의해 설정된 패킷임을 지시하는 선택 비트를 더 포함하는 는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 노드는 상기 거리 측정 신호의 왕복 시간 및 상기 응답 시간에 근거하여 상기 제 1 및 제 2 노드 사이의 거리를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 응답 시간은 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 상기 거리 측정 신호가 상기 제 1 노드로 송신될 때까지의 시간인 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 수신된 거리 측정 신호와 상기 생성된 내부 신호를 비교하여 진동 주파수를 계산함으로써 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 진동 주파수는 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간에 비례하는 방법.
  12. 삭제
  13. 이동 통신 시스템의 거리 측정 방법에 있어서:
    제 1 노드로부터 제 2 노드로 주파수 변조(LFM: Linear Frequency Modulation) 방식에 따라 생성된 거리 측정 신호를 포함하는 패킷을 송신하는 단계;
    상기 패킷 수신의 인식에 응답하여 상기 제 2 노드가 상기 LFM 방식에 따라 내부 신호를 생성하는 단계;
    상기 거리 측정 신호와 상기 내부 신호를 비교하여 진동 주파수를 계산하는 단계; 및
    상기 진동 주파수를 참조하여 상기 거리 측정 신호가 수신된 후 인식될 때까지의 시간을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 노드로부터 제 2 노드로 상기 거리 측정 신호를 포함하여 전송되는 패킷은 거리 측정 모드 동작에 의해 설정된 패킷임을 지시하는 선택 비트를 더 포함하는 방법.
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