KR20060068466A - 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치, 위치인식 방법 및 장치 - Google Patents

카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치, 위치인식 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치, 위치 인식 방법 및 장치가 개시된다.
본 발명에 따라 카오스 기반 통신 시스템에서의 위치 인식 방법은, 각 사용자마다 할당된 정해진 위치에 배열되도록 정의된 템플릿 카오스 신호 및 상기 템플릿 카오스 신호에 의해 변조된 데이터 소오스 신호를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 단계와, 상기 데이터 프레임으로부터 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 단계와, 상기 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치와 상기 카오스 템플릿 신호가 할당되도록 정해진 위치의 차이로부터 상기 데이터 프레임을 보낸 장치와의 거리를 획득하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 카오스 기반 통신 시스템에서 디바이스와 디바이스 사이의 거리를 정교하게 검출할 수 있게 된다.

Description

카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치, 위치 인식 방법 및 장치{Synchronization method, apparatus therefor and location awareness method and apparatus therefor in chaotic communication system}
도 1은 본 발명이 적용되는 카오스 통신 시스템에서 이용되는 데이터 프레임 구조,
도 2는 본 발명에 따른 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도,
도 3은 본 발명에 따른 코디네이터의 동기화 장치의 개략적인 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 디바이스의 동기화 장치의 개략적인 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 동기화 방법의 과정을 나타내는 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 위치 인식 장치의 개략적인 블록도,
도 7a는 본 발명에 이용되는 데이터 프레임의 일 예, 도 7b는 본 발명에 이용되는 데이터 프레임의 다른 예,
도 8은 도 6에 도시된 장치의 일 구현예,
도 9는 도 6에 도시된 장치의 다른 구현예,
도 10은 도 9에 도시된 지연회로에서의 클럭 타이밍도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 위치 인식 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.
본 발명은 카오스 기반 통신 시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치, 위치 인식 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 무선 표준들은 고속 데이터 전송의 대가로 전력 소모의 비용을 증가시키고 시스템을 복잡하게 한다. 그러나, 산업용 및 가정용 무선 모니터링 및 제어 어플리케이션들 중에서 많은 수가 배터리 수명은 길고, 데이터 속도는 낮아도 덜 복잡한 통신 시스템을 요구하고 있다.
802.15.3a는 미국전기전자엔지니어학회(IEEE)의 802.15 워킹그룹이 주도하는 울트라와이드밴드(UWB) 기반 무선 멀티미디어 통신표준이다. 전송속도가 최대 480Mbps로 802.11x나 블루투스 등 경쟁 표준에 비해 월등히 빨라 디지털 이미지나 멀티미디어 데이터 전송에 적합하다. 전송거리는 10m 정도로 짧지만 PC와 주변기기, PDA·휴대폰·디지털TV·셋톱박스·디지털카메라·게임기 등의 단말기들을 다양하게 연결할 수 있다. 즉, UWB에 기반해 통신 범위가 제한됨으로써 전파의 출력지 작아지므로 소비전력을 낮출 수 있고 소비전력이 낮으므로 휴대용 기기들에 쉽게 적용 가능하여 이러한 점들이 저비용으로 이어진다.
이와 같이 IEEE 802.15.3a UWB 기술을 기반으로 IEEE 802.15.4a(ZigBee Alternative PHY)가 지향하는 통신 시스템이 데이터 속도는 다소 낮은 대신에 시스 템 복잡도를 줄이고, 소비 전력은 절감시키는 것이기 때문에 이러한 특성을 가지는 카오스 통신 시스템이 주목받고 있다.
카오스 통신 시스템에서 전송되는 정보는 카오스 신호(chaotic signal)에 의해 전송단으로부터 수신단으로 전달된다. 카오스 통신 시스템의 장점은 카오스 신호의 특성에 의해 나타난다. 카오스 신호는 브로드밴드 연속 스펙트럼을 가지고, 또한 초기 조건에 매우 민감하며, 다른 시스템에 비해 간단하고 비용이 저렴하며 안정적인 회로에 의해 발생될 수 있다는 것이다.
카오스 통신 시스템은 RF가 간단하여 복잡도(complexity)와 처리량(Throughput)의 트레이드오프를 요구하는 울트라와이드밴드와 같은 저전송율 시스템에 안성맞춤이 될 수 있다.
한편, 울트라와이드 밴드에 적용될 카오스 기반 통신 시스템에서는 이와 같이 통신 범위가 매우 제한되므로 디바이스들사이에서 위치 인식이 중요해진다. 정교한 위치 인식을 위해서는 시스템상의 디바이스와 디바이스 간의 클럭이 동기화될 필요가 있고, 또한 디바이스와 디바이스 사이의 거리를 정확하게 검출하는 것이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 카오스 기반 통신 시스템에서 위치 인식을 정교하게 수행될 수 있도록 하는 동기화 방법 및 장치, 위치 인식 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징은, 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 장치에 있어서, 소정의 패킷을 디바이스로 보낸 시각과 상기 패킷에 응답하여 상기 디바이스로부터 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 디바이스와의 거리를 계산하는 단계와, 상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 오프셋 값을 계산하는 단계와, 상기 오프셋값을 이용하여 상기 디바이스에서 상기 타임 카운터값을 조정할 수 있도록 상기 오프셋 값 또는 - 오프셋 값을 상기 디바이스로 제공하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 오프셋 값을 계산하는 단계는, 상기 패킷을 보낸 시각과 상기 계산된 거리를 합한 값에서 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 빼서 상기 오프셋 값을 획득하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징은, 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 방법에 있어서, 소정의 패킷을 코디네이터로부터 수신하는 단계와, 상기 패킷을 받은 시각에서의 디바이스 타임 카운터 값을 상기 코디네이터로 전송하는 단계와, 상기 코디네이터에서 패킷을 보낸 시각과 상기 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 코디네이터와의 거리가 계산되고, 상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 계산된 오프셋 값을 상기 코디네이터로부터 수신하는 단계와, 상기 오프셋값을 이용하여 상기 타임 카운터값을 조정하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 카오스 기반 통신 시스템에서 위치 인식 방법에 있어서, 각 사용자마다 할당된 정해진 위치에 배열되도록 정의된 템플릿 카오스 신호 및 상기 템플릿 카오스 신호에 의해 변조된 데이터 소오스 신호를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 단계와, 상기 데이터 프레임으로부터 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 단계와, 상기 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치와 상기 카오스 템플릿 신호가 할당되도록 정해진 위치의 차이로부터 상기 데이터 프레임을 보낸 장치와의 거리를 획득하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 단계는, 상기 데이터 프레임으로부터 상기 템플릿 카오스 신호를 검출하는 단계와, 상기 검출된 템플릿 카오스 신호와 하나 이상의 상기 데이터 소오스 신호를 곱하고, 상기 곱해진 신호를 모두 더하는 단계와, 상기 더해진 신호로부터 상기 데이터 프레임에서 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징은, 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 장치에 있어서, 소정의 패킷을 디바이스로 보낸 시각과 상기 패킷에 응답하여 상기 디바이스로부터 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 디바이스와의 거리를 계산하는 거리 계산부와, 상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 오프셋 값을 계산하는 오프셋 계산부와, 상기 오프셋값을 이용하여 상기 디바이스에서 상기 타임 카운터값을 조정할 수 있도록 상기 오프셋 값 또는 - 오프셋 값을 상기 디바이스로 제공하는 오프셋 전송부를 포함하는 것이다.
상기 오프셋 계산부는, 상기 패킷을 보낸 시각과 상기 계산된 거리를 합한 값에서 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 빼서 상기 오프셋 값을 획득하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징은, 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 장치에 있어서, 코디네이터로부터 수신된 소정의 패킷에 응답하여 상기 패킷을 받은 시각에서의 디바이스 타임 카운터 값을 상기 코디네이터로 전송하는 패킷 전송부와, 상기 코디네이터에서 패킷을 보낸 시각과 상기 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 코디네이터와의 거리가 계산되고, 상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 계산된 오프셋 값을 상기 코디네이터로부터 수신하고, 상기 오프셋값을 이용하여 상기 디바이스 타임 카운터값을 조정하는 오프셋 조정부를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은, 카오스 기반 통신 시스템에서 위치 인식 장치에 있어서, 각 사용자마다 할당된 정해진 위치에 배열되도록 정의된 템플릿 카오스 신호 및 상기 템플릿 카오스 신호에 의해 변조된 데이터 소오스 신호를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 데이터 프레임 수신부와, 상기 데이터 프레임으로부터 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하고, 상기 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치와 상기 카오스 템플릿 신호가 할당되도록 정해진 위치의 차이로부터 상기 데이터 프레임을 보낸 장치와의 거리를 획득하는 신호 처리부를 포함하는 것이다.
상기 신호 처리부는, 상기 데이터 프레임으로부터 상기 템플릿 카오스 신호 를 검출하는 지연회로와, 상기 검출된 템플릿 카오스 신호와 하나 이상의 상기 데이터 소오스 신호를 곱하는 곱셈기와, 상기 곱셈기에 의해 상기 곱해진 신호를 모두 더하는 덧셈기와, 상기 덧셈기에 의해 더해진 신호로부터 상기 데이터 프레임에서 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 시그널 검출부를 포함하는 것이 바람직하다.
이제, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 카오스 통신 시스템에서 이용되는 데이터 프레임 구조를 나타낸다.
예를 들어, 두 개의 피코넷, 피코넷 1과 피코넷 2가 있다고 하면, 데이터 프레임에서 템플릿부를 두 개의 조각으로 나누어 첫 번째 조각에는 피코넷 1을 위해 할당하고, 두 번째 조각에는 피코넷 2를 위해 할당한다.
도 1의 (a)를 참조하면, 피코넷 1의 데이터 프레임에서는 템플릿 비트 프레임의 첫 번째 조각에 피코넷 1의 템플릿 비트가 위치되고 나머지 데이터 부분에는 하나 이상의 데이터 비트가 피코넷 1의 템플릿 비트의 할당을 위해 지정된 위치 즉, 각 데이터 비트 프레임의 첫 번째 조각에 배열되어 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 피코넷 2의 데이터 프레임에서는 템플릿 비트 프레임의 두 번째 조각에 피코넷 2의 템플릿 비트가 위치되고 나머지 데이터 부분에는 하나 이상의 데이터 비트가 피코넷 2의 템플릿 비트의 할당을 위해 지정된 위치 즉, 각 데이터 비트 프레임의 두 번째 조각에 배열되어 있다.
도 1의 (c)는 (a)에 도시된 데이터 프레임과 (b)에 도시된 데이터 프레임이 섞여진 것을 나타낸다.
이러한 데이터 프레임들이 멀티 채널을 통해서 섞여서 수신된 경우 피코넷 1의 수신 장치들에서는 자신의 템플릿 비트 위치가 템플릿 비트 프레임의 첫 번째 조각에 위치함을 알고 있으므로, 템플릿 비트 프레임의 첫 번째 조각에서 자신의 템플릿 비트를 검출하고 이 검출된 템플릿 비트를 이용하여 데이터 소오스 신호를 추출할 수 있다.
피코넷 2의 수신 장치들에서는 자신의 템플릿 비트 위치가 템플릿 비트 프레임의 두 번째 조각에 위치함을 알고 있으므로, 템플릿 비트 프레임의 두번째 조각에서 자신의 템플릿 비트를 검출하고 이 검출된 템플릿 비트를 이용하여 데이터 소오스 신호를 추출할 수 있다.
도 1에서는 각 피코넷에서 그 템플릿 비트의 위치에 대응하여 데이터 비트도 그 위치가 각 피코넷마다 다른 것으로 도시되어 있지만, 본 발명이 적용되는 카오스 통신 시스템은 이에 한정되지 않는다. 즉, 템플릿 비트는 각 피코넷마다 자신에게 할당된 위치에 배열되어야 하지만, 데이터 비트는 섞여있어도 템플릿을 이용하여 데이터를 검출할 수 있으므로, 데이터 비트는 각 피코넷에서 모두 동일한 위치에 배열되어도 좋다.
도 2는 본 발명에 따른 동기화 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2에는 본 발명에 따른 코디네이터(300)의 일 예로서 워크스테이션과 디바이스(400)의 일 예로서 랩톱이 눈금으로 8칸 떨어져있는 것으로 도시되어 있다. 설명의 편의를 위해 패킷이 눈금 1 칸을 이동하는 데에 걸리는 시간이 코디네이터 타임 카운터의 값이나 디바이스 타임 카운터의 값이 1 증가하는 시간과 같다고 가정한다.
초기에 코디네이터 타임 카운터의 값은 358이고, 디바이스 타임 카운터의 값은 356으로서 "2" 만큼 차이가 난다. 이러한 차이를 없앨 수 있도록 동기화를 시키기 위해서 코디네이터는 먼저 소정의 패킷을 디바이스로 보낸다. 이때 소정의 패킷에는 이 패킷을 보내는 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값을 담을 수도 있고 담지 않을 수도 있는데, 중요한 것은 코디네이터가 이 패킷을 보낼 때의 코디네이터 타임 카운터 값을 기억하고 있어야 한다는 것이다.
도 2를 참조하면, 코디네이터 타임 카운터의 값이 358이고, 디바이스 타임 카운터의 값이 356인 시점에서 코디네이터가 소정의 패킷을 디바이스로 보낸다.
코디네이터와 디바이스 간의 거리가 "8" 이므로, 디바이스는 디바이스 타임 카운터의 값이 356 + 8 되는 시점에서 코디네이터가 보낸 패킷을 받는다. 디바이스는 이러한 패킷을 받은 시점에서의 디바이스 타임 카운터의 값 즉, 364를 담은 패킷을 코디네이터로 전송한다.
그러면, 코디네이터는 코디네이터 타임 카운터의 값이 374이 되는 시점에서 디바이스로부터의 패킷을 받는다. 코디네이터의 타임 카운터 값이 358일 때 패킷을 보내고, 디바이스와 코디네이터 사이의 거리가 8이므로, 왕복하여 16 이 걸리므로, 358 + 16 하여 코디네이트가 패킷을 받는 시점은 타임 카운터의 값이 374가 되는 시점이다.
먼저, 코디네이터는 타임 카운터 값이 358인 시점에서 패킷을 보내 374가 되 는 시점에서 그 응답 패킷을 받으므로, 총 왕복 거리가 374-358 = 16 임을 알고, 16의 절반이 "8"이 디바이스와 코디네이터 사이의 거리임을 알 수 있다.
그리고, 코디네이터와 디바이스간의 거리가 "8"이라면, 디바이스로부터 정상적으로 받는 디바이스 타임 카운터의 값은 358 + 8 = 366 이어야 한다. 그럼에도 불구하고, 코디네이터가 실제로 디바이스로부터 받는 디바이스 타임 카운터의 값은 364 이므로, 364- 366 = -2 만큼 디바이스 타임 카운터 값과 코디네이터 타임 카운터 값이 차이가 발생함을 알 수 있다.
따라서, 코디네이터는 이러한 차이를 보상하기 위해 타임 카운터의 값이 374 인 시점에서 +2를 담은 패킷을 디바이스로 전송한다.
코디네이터로부터의 패킷이 디바이스까지 전송되는데 걸리는 시간은 "8"이므로, 디바이스는 디바이스 타임 카운터의 값이 364 + 16 = 380 되는 시점에서 +2가 담긴 패킷을 받아 디바이스 타임 카운터의 값에 +2를 더하므로 타임 카운터의 값이 382로 조정된다.
한편, 코디네이터에서는 타임 카운터의 값이 374인 시점에서 +2가 담긴 패킷을 보내고 그 패킷이 디바이스에서 수신되었을 때는 "8" 이 지난 시점이므로 타임 카운터의 값은 374 +8 = 382 가 되어 디바이스와 코디네이터는 동일한 시점에서 타임 카운터의 값이 동기화되게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 코디네이터의 동기화 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 코디네이터의 동기화 장치(300)는 코디네이터 타임 카운터(310), 코디네이터 타임 카운터 값 기억부(320), 패킷 송수신부(330), 디바이스 타 임 카운터 값 기억부(340), 거리 계산부(350), 오프셋 계산부(360)를 포함한다.
코디네이터 타임 카운터(310)는 코디네이터의 타임을 카운팅하기 위한 카운팅 수단이다.
코디네이터 타임 카운터 값 기억부(320)는 코디네이터에서 소정 패킷을 디바이스로 전송하는 시점에서의 코디네이터 타임 카운터의 값을 저장한다.
패킷 송수신부(330)는 소정의 패킷을 디바이스로 전송하거나 패킷을 디바이스로부터 수신한다. 본 발명에 따라 패킷 송수신부(330)는 코디네이터 타임 카운터 값을 담고 있는 패킷 또는 소정의 패킷을 디바이스로 전송하고, 이에 대한 응답으로 디바이스 타임 카운터 값을 담고 있는 패킷을 디바이스로부터 수신하고 또한 디바이스를 동기화시키기 위한 오프셋값을 담은 패킷을 디바이스로 전송한다.
디바이스 타임 카운터 값 기억부(340)는 디바이스로부터 수신한 디바이스 타임 카운터 값을 저장한다.
거리 계산부(350)는 코디네이터 타임 카운터 값 기억부(320)에 저장된 코디네이터 타임 카운터 값과 디바이스 타임 카운터 값을 수신한 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값을 비교하여 디바이스와 코디네이터 사이의 거리를 아래와 같은 식에 의해 계산한다.
디바이스와 코디네이터 사이의 거리
= (소정의 패킷을 보낸 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값 - 디바이스 타임 카운터값을 수신한 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값)/2
오프셋 계산부(360)는 거리 계산부(350)에 의해 계산된 거리와 디바이스 타 임 카운터 값 기억부(340)에 저장된 디바이스 타임 카운터 값을 기초로 다음과 같은 식에 의해 오프셋을 계산하고, 계산된 오프셋을 디바이스로 전송하기 위해 패킷 송수신부(330)로 제공한다.
오프셋 = 디바이스 타임 카운터 값 -( 소정의 패킷을 보낸 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값 + 거리)
도 4는 본 발명에 따른 디바이스의 동기화 장치의 개략적인 블록도이다.
도 4를 참조하면, 디바이스의 동기화 장치(400)는 패킷 송수신부(410), 디바이스 타임 카운터값 독출부(420), 디바이스 타임 카운터(430), 오프셋 조정부(440)를 포함한다.
패킷 송수신부(410)는 코디네이터로부터 소정의 패킷 및 오프셋 값이 담겨 있는 패킷을 수신하거나 상기 코디네이터로 디바이스 타임 카운터값을 담은 패킷을 전송한다.
디바이스 타임 카운터값 독출부(420)는 코디네이터로부터 소정의 패킷을 수신하면 그 수신한 시점에서의 디바이스 타임 카운터 값을 디바이스 타임 카운터(430)로부터 독출하여 이를 코디네이터로 제공하기 위해 패킷 송수신부(410)로 제공한다.
디바이스 타임 카운터(430)는 디바이스의 타임을 카운팅하기 위한 카운팅 수단이다.
오프셋 조정부(440)는 코디네이터로부터 오프셋 값이 담겨 있는 패킷을 수신하면 디바이스 타임 카운터(430)의 값에 이 오프셋 값이 더해질 수 있도록 이 오프 셋 값을 디바이스 타임 카운터(430)로 제공한다.
도 5는 본 발명에 따른 동기화 방법의 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 코디네이터는 코디네이터의 타임 카운터 값을 담은 패킷을 디바이스로 보낸다(510). 앞서 설명한 바와 같이 보내는 패킷에 반드시 이러한 코디네이터의 타임 카운터 값을 담을 필요는 없으며, 코디네이터에서 이 패킷을 보낼 때의 타임 카운터 값을 기억하고 있는 것으로 족하다.
이러한 패킷을 수신한 디바이스는 이 패킷을 받은 시점에서의 디바이스 타임 카운터 값을 담은 패킷을 코디네이터로 전송한다(520).
그러면, 코디네이터는 자신이 패킷을 보낸 시각과 디바이스로부터 패킷을 받은 시각으로부터 거리를 계산한다(530). 즉, 디바이스와 코디네이터 사이의 거리 는 (소정의 패킷을 보낸 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값 - 디바이스 타임 카운터값을 수신한 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값)/2 에 의해 구해질 수 있다.
그리고, 코디네이터는 이 거리에 따라 정상적으로 패킷을 받았어야 할 시각과 실제 패킷을 받은 시각을 비교하여 오프셋을 계산한다(540). 이러한 오프셋은 디바이스 타임 카운터 값 -( 소정의 패킷을 보낸 시점에서의 코디네이터 타임 카운터 값 + 거리)에 의해 구해질 수 있다.
다음, 코디네이터는 - 오프셋 값을 담은 패킷을 디바이스로 보낸다(550).
그러면, 디바이스는 코디네이터로부터 - 오프셋 값을 담은 패킷을 받은 시각에서의 디바이스 타임 카운터 값에 상기 수신한 - 오프셋 값을 더하여 디바이스 타 임 카운터를 조정한다(560).
디바이스는 이러한 오프셋 값을 잘 받았다는 것을 알려주기 위해 코디네이터로 + 오프셋값을 담은 패킷을 보낼 수도 있다(570).
도 6은 본 발명에 따른 위치 인식 장치의 개략적인 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 위치 인식 장치는 안테나(610)와 신호 처리부(620)를 포함한다.
안테나(610)는 통신망으로부터 데이터 프레임을 수신하는 데이터 프레임 수신부의 역할을 한다. 즉, 안테나(610)는 통신망으로부터 하나 이상의 채널을 통하여 데이터 프레임을 수신하여 이를 스위치(630)로 제공한다.
신호 처리부(620)는 수신된 데이터 프레임을 처리하여 데이터 프레임 전송 장치와 이 장치 사이의 거리를 계산한다.
신호 처리부(620)는 스위치(630), 지연회로(640), 곱셈기(650), 직렬/병렬 변환부(660), 덧셈기(670), 시그널 검출부(680), 지연회로(690)를 포함한다.
먼저, 본 발명에 이용되는 데이터 프레임의 예를 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.
도 7a에 도시된 예에서는 데이터 프레임이 하나의 템플릿 비트와 복수개의 데이터 비트로 구성되며, 도 7b에 도시된 예에서는 데이터 프레임이 복수개의 템플릿 비트와 복수개의 데이터 비트로 구성된다.
본 발명에 따라 수신되는 데이터 신호들은 소정의 데이터 프레임으로 나누어진다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 데이터 신호가 데이터 프레임 #1, 데이터 프레 임 #2, 데이터 프레임 #3 순으로 배열된다.
각 데이터 프레임은 템플릿 비트와 데이터 비트로 구성된다. 템플릿 비트에는 템플릿 카오스 신호가 배열되고, 데이터 비트에는 템플릿 카오스 신호에 의해 변조된 데이터가 배열된다. 템플릿 카오스 신호는 소정의 데이터 전송 장치에서 고유하게 사용되는 내지는 이 데이터 전송 장치가 포함된 피코넷에서 고유하게 사용되는 신호를 나타내고, 데이터 비트는 데이터 소오스 신호가 템플릿 카오스 신호에 의해 변조되어 생성된 신호를 나타낸다.
도 7a를 참조하여 데이터 프레임 #1을 구체적으로 설명한다.
도 7a를 참조하면, 데이터 프레임 #1은 템플릿 비트와 복수개의 데이터 비트로 이루어진다.
템플릿 비트는 템플릿 카오스 신호를 담고 있는 부분으로, 1 비트 길이를 가진다. 템플릿 비트는 복수의 사용자 또는 복수의 피코넷을 위해 각 사용자 또는 각 피코넷에 할당된 정해진 위치에 배열된다. 예를 들어, 4개의 피코넷을 위해서는 1 비트로 된 템플릿 비트 프레임을 4 조각으로 나누고, 첫 번째 조각은 피코넷 1의 템플릿을 위해 할당하고, 두 번째 조각은 피코넷 2의 템플릿을 위해 할당하고, 세 번째 조각은 피코넷 3의 템플릿을 위해 할당하고, 네 번째 조각은 피코넷 4의 템플릿을 위해 할당할 수 있다.
이와 같이 템플릿 비트 프레임에서 각 사용자 또는 피코넷의 템플릿이 섞이지 않도록 정해진 위치에 템플릿을 배열하기 때문에, 수신단에서 멀티 채널을 통해 데이터 프레임을 수신하여도 수신단은 자신만의 정해진 위치에서 자신에 해당하는 템플릿을 정확하게 검출해낼 수 있게 된다.
데이터 비트에서는 서로 다른 사용자들에 의해 동일한 위치가 데이터 소오스 신호를 싣기 위해 사용되어도 좋다. 이는 각 데이터 비트 프레임에서 데이터 신호들이 동일한 위치에 배열되어 수신단에서 멀티 채널을 통해 수신한 경우 복수의 데이터 신호들이 데이터 비트 프레임에 섞여 있어도 수신단에서는 자신만의 템플릿을 이용하여 데이터 비트의 신호와 매칭을 해보기 때문에 소오스 신호를 정확하게 검출할 수 있다.
도 7b에는 데이터 프레임 #1이 템플릿 비트와 데이터 비트가 쌍을 이루어 배열된 것을 도시한다. 템플릿 비트의 전송의 신뢰성을 위해 도 7b에 도시된 바와 같이 매 데이터 비트마다 템플릿 비트를 배열할 수도 있다.
다시 도 6을 참조하면, 스위치(630)는 도시되지 않은 제어부의 제어에 따라 안테나(610)를 통해 들어온 데이터 프레임의 템플릿 비트는 지연회로(640)로 입력되도록 하고, 데이터 프레임의 데이터 비트는 곱셈기(650)로 입력되도록 스위치한다.
지연 회로(640)는 데이터 프레임의 템플릿 비트를 담아두고 있다가 소정 간격으로 즉, 곱셈기(650)에 데이터 비트가 입력되는 간격으로 이러한 템플릿 비트를 곱셈기(650)로 제공한다. 각 장치는 자신의 템플릿 비트가 템플릿 비트 프레임에서 어느 위치에 배열되는지 알 수 있기 때문에 지연 회로(640)는 자신의 템플릿 비트를 검출할 수 있다.
곱셈기(650)는 데이터 비트와 지연 회로(640)로부터 제공되는 템플릿 비트를 곱하여 이를 직렬/병렬 변환부(660)로 제공한다. 예를 들어, 하나의 데이터 프레임에 16개의 데이터 비트가 있으면 곱셈기(450)는 데이터 비트와 템플릿 비트의 곱셈을 1회 이상 16회 까지 수행할 수 있다. 곱셈기(450)는 첫 번째 템플릿 비트와 첫 번째 데이터 비트의 곱셈을 수행하여 이 결과를 직렬/병렬 변환부(660)로 제공할 수도 있지만, 신호의 검출을 용이하게 하기 위해 1회 이상 곱셈을 수행하여 이를 직렬/병렬 변환부(660)로 제공할 수도 있다.
직렬/병렬 변환부(660)는 곱셈기(650)로부터 직렬로 들어온 데이터를 병렬로 변환하여 이를 덧셈기(670)로 제공한다.
덧셈기(670)는 직렬/병렬 변환부(660)로부터 제공된 데이터를 모두 더하여 시그널 검출부(680)로 제공한다.
시그널 검출부(680)는 예를 들어 16개의 데이터 비트가 모두 중첩된 신호로부터 잡음이 아닌 유효한 신호로 판단될 수 있는 신호의 엔벨로프를 검출하고 이 검출된 엔벨로프로부터 이 엔벨로프가 발생된 시점을 검출한다. 그리고, 이와 같이 엔벨로프가 발생된 시점과 원래 템플릿 카오스 신호가 할당된 위치에 따른 시점을 비교하여 엔벨로프가 발생된 시점(즉, 지연에 의해 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치)과 원래 템플릿 카오스 신호가 할당된 위치에 따른 시점의 차이를 구한다.
여기서 엔벨로프가 발생된 시점은 신호의 이동 평균(Moving Average)을 구하여 최대값을 가리키는 인덱스를 시간으로 환산하여 거리 계산에 이용될 수 있다. 또한 이때, 엔벨로프가 발생된 시점을 세밀히 검출하기 위해 지연회로(690)가 이용 된다. 기존의 클럭 카운터로는 울트라 와이드밴드에서 요구되는 정밀도의 위치 측정이 어렵기 때문에 복수개의 클럭 카운터를 이용하여 정밀한 클럭을 제공하는 지연 회로(690)를 이용할 수 있다.
이와 같이, 각 사용자나 각 피코넷마다 템플릿 카오스 신호가 배열되는 위치가 정해져있다는 특성을 이용하여 수신기에서 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치와 원래 템플릿 카오스 신호가 할당되어야 할 위치를 비교하여, 현재 수신된 템플릿 카오스 신호가 원래 배열되어야 할 위치와 얼마나 차이가 나는지 알 수 있고, 이러한 차이로부터 이 데이터 프레임을 전송한 장치와 수신한 장치사이의 거리를 계산할 수 있게 된다.
도 8은 도 6에 도시된 장치의 일 구현예이다.
도 8을 참조하면, 위치 인식 장치는 6개의 카오스 템플릿과 6개의 데이터 비트가 배열된 데이터 프레임(810)을 수신한다.
지연회로(820)는 데이터 프레임으로부터 첫 번째 카오스 템플릿을 수신하여 이를 담아두고 소정의 간격 즉 데이터 비트가 곱셈기(830)로 입력되는 간격으로 템플릿을 곱셈기(830)로 제공한다.
곱셈기(830)는 데이터 비트가 수신될 때마다 이를 지연 회로(820)로부터 제공되는 템플릿 신호와 곱셈을 수행하여 6개의 직렬로 된 신호(840)를 생성한다.
이렇게 직렬로 된 6개의 신호는 병렬로 된 신호(850)로 변환되고, 덧셈기(860)에서 모두 더해져서 중첩된 하나의 신호(870)를 생성한다.
도 9는 도 6에 도시된 장치의 다른 구현예이다.
(a)를 참조하면, 위치 인식 장치가 수신하는 데이터 프레임의 형태를 나타낸다.
두 개의 채널을 통해 들어온 데이터 프레임이 중첩된 형태를 나타낸다.
(b)는 사용자 1에서 템플릿 신호(901)와 데이터 신호(903)를 곱하여 생성된 신호(906)를 나타내며, 이렇게 실제 검출된 신호(906)와 이 템플릿 신호가 지연되지 않았을 때 원래 검출되어야 할 위치(905) 사이의 거리 차가 ΔX임을 나타낸다.
(c)는 사용자 2에서 템플릿 신호(902)와 데이터 신호(904)를 곱하여 생성된 신호(908)를 나타내며, 이렇게 실제 검출된 신호(908)와 이 템플릿 신호가 지연되지 않았을 때 원래 검출되어야 할 위치(907) 사이의 거리 차가 ΔY임을 나타낸다.
(d)는 사용자 2에서의 거리 차 ΔY를 검출하여 위치를 인식하기 위한 장치의 개략적인 블록도이다.
(d)를 참조하면, 데이터 신호(904)와 템플릿 신호(902)는 각각 곱셈기(930)로 전송되고, 곱셈기(930)는 데이터 신호(904)와 템플릿 신호(902)를 곱하여 이 곱해진 신호를 3회 덧셈기(940)로 제공한다. 3회 제공하는 이유는 신호를 여러 번 중첩시켜 신호의 검출을 용이하게 하기 위함이다.
덧셈기(940)는 곱셈기(930)로부터 수신한 신호를 모두 더하여 중첩된 신호(950)를 생성하고 이를 엔벨로프 검출부(960)로 제공한다.
엔벨로프 검출부(960)는 수신된 신호로부터 잡음이 아닌 유효한 신호라고 판단될 수 있는 신호의 엔벨로프를 검출하여 이 엔벨로프의 위치 정보를 거리 계산부(980)로 제공한다. 엔벨로프 검출부(960)는 엔벨로프의 검출을 정교하게 하기 위 해 도 10에 도시된 바와 같은 클럭을 발생시키는 지연회로(970)의 클럭을 이용한다.
도 10은 도 9에 도시된 지연회로에서의 클럭 타이밍도를 나타낸다.
도 10을 참조하면 본 발명에 이용되는 지연 회로에서는 4개의 클럭 카운터를 이용하여 각 클럭이 90도의 위상차가 나도록 배열한다. 그리고, 4개의 클럭 카운터에서 발생되는 라이징 에지를 클럭으로써 엔벨로프 검출부(960)로 제공함으로써 하나의 클럭을 사용할 때보다 4분의 1로 줄어든 미세한 클럭 제어를 수행할 수 있게 된다. 즉, 도 10을 참조하면, 100MHz 클럭 카운터를 4개 이용하여 클럭을 사용함으로써 2.5 ns 까지의 정교한 검출을 할 수 있게 되고, 이러한 정도는 위치상으로는 대략 1 m 범위 까지의 오차를 가지는 위치 검출을 할 수 있다는 것을 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 위치 인식 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 11a 및 도 11b에서 x축은 대략 200ns 동안의 샘플 수를 나타내고, y축은 진폭(amplitude)을 나타낸다.
도 11a의 (a)는 도 8 내지 도 9에 도시된 장치에서 덧셈기에 의해 중첩된 신호(870 또는 950)를 나타내고, (b)는 (a)에 도시된 신호의 이동 평균(Moving Average)을 구하여 나타낸 그래프이다. (b)를 참조하면, 이동 평균의 최대 인덱스 값이 1600과 1700 샘플사이에서 나타나는 것을 알 수 있고, 이 시점이 잡음이 아닌 유효한 신호가 발생하기 시작한 위치를 나타낸다. 도 11a에 도시된 시뮬레이션 결과에서, 실제 거리는 13.118 미터이고, 본 발명에 따라 2.5 ns 정도의 정확도 (precision)에 의해 검출한 거리는 12.750 m 이며, 따라서 에러는 -0.367 미터로 나타남을 알 수 있다.
도 11b의 (a)는 도 8 내지 도 9에 도시된 장치에서 덧셈기에 의해 중첩된 신호(870 또는 950)를 나타내고, (b)는 (a)에 도시된 신호의 이동 평균(Moving Average)을 구하여 나타낸 그래프이다. (b)를 참조하면, 이동 평균의 최대 인덱스 값이 300 근처에서 나타나는 것을 알 수 있고, 이 시점이 잡음이 아닌 유효한 신호가 발생하기 시작한 위치를 나타낸다. 도 11b에 도시된 시뮬레이션 결과에서, 실제 거리는 0.968 미터이고, 본 발명에 따라 2.5 ns 정도의 정확도(precision)에 의해 검출한 거리는 0.750 m 이며, 따라서 에러는 -0.218 미터로 나타남을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같은 본 발명의 구성에 의하면, 카오스 기반 통신 시스템에서 디바이스간의 동기화 및 디바이스간의 위치 인식을 정교하게 수행할 수 있다.

Claims (10)

  1. 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 장치에 있어서,
    소정의 패킷을 디바이스로 보낸 시각과 상기 패킷에 응답하여 상기 디바이스로부터 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 디바이스와의 거리를 계산하는 단계와,
    상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 오프셋 값을 계산하는 단계와,
    상기 오프셋값을 이용하여 상기 디바이스에서 상기 타임 카운터값을 조정할 수 있도록 상기 오프셋 값 또는 - 오프셋 값을 상기 디바이스로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오프셋 값을 계산하는 단계는,
    상기 패킷을 보낸 시각과 상기 계산된 거리를 합한 값에서 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 빼서 상기 오프셋 값을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
  3. 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 방법에 있어서,
    소정의 패킷을 코디네이터로부터 수신하는 단계와,
    상기 패킷을 받은 시각에서의 디바이스 타임 카운터 값을 상기 코디네이터로 전송하는 단계와,
    상기 코디네이터에서 패킷을 보낸 시각과 상기 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 코디네이터와의 거리가 계산되고, 상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 계산된 오프셋 값을 상기 코디네이터로부터 수신하는 단계와,
    상기 오프셋값을 이용하여 상기 타임 카운터값을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
  4. 카오스 기반 통신 시스템에서 위치 인식 방법에 있어서,
    각 사용자마다 할당된 정해진 위치에 배열되도록 정의된 템플릿 카오스 신호 및 상기 템플릿 카오스 신호에 의해 변조된 데이터 소오스 신호를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 단계와,
    상기 데이터 프레임으로부터 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 단계와,
    상기 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치와 상기 카오스 템플릿 신호가 할당되도록 정해진 위치의 차이로부터 상기 데이터 프레임을 보낸 장치와의 거리를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 단계는,
    상기 데이터 프레임으로부터 상기 템플릿 카오스 신호를 검출하는 단계와,
    상기 검출된 템플릿 카오스 신호와 하나 이상의 상기 데이터 소오스 신호를 곱하고, 상기 곱해진 신호를 모두 더하는 단계와,
    상기 더해진 신호로부터 상기 데이터 프레임에서 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  6. 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 장치에 있어서,
    소정의 패킷을 디바이스로 보낸 시각과 상기 패킷에 응답하여 상기 디바이스로부터 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 디바이스와의 거리를 계산하는 거리 계산부와,
    상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 오프셋 값을 계산하는 오프셋 계산부와,
    상기 오프셋값을 이용하여 상기 디바이스에서 상기 타임 카운터값을 조정할 수 있도록 상기 오프셋 값 또는 - 오프셋 값을 상기 디바이스로 제공하는 오프셋 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오프셋 계산부는,
    상기 패킷을 보낸 시각과 상기 계산된 거리를 합한 값에서 상기 디바이스의 타임 카운터 값을 빼서 상기 오프셋 값을 획득하는 것을 특징으로 하는 동기화 장치.
  8. 카오스 기반 통신 시스템에서 동기화 장치에 있어서,
    코디네이터로부터 수신된 소정의 패킷에 응답하여 상기 패킷을 받은 시각에서의 디바이스 타임 카운터 값을 상기 코디네이터로 전송하는 패킷 전송부와,
    상기 코디네이터에서 패킷을 보낸 시각과 상기 타임 카운터 값을 수신한 시각으로부터 상기 코디네이터와의 거리가 계산되고, 상기 거리에 따라 정상적으로 상기 디바이스에서 상기 패킷을 받았어야 할 시각과 상기 디바이스 타임 카운터 값을 비교하여 계산된 오프셋 값을 상기 코디네이터로부터 수신하고, 상기 오프셋값을 이용하여 상기 디바이스 타임 카운터값을 조정하는 오프셋 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 장치.
  9. 카오스 기반 통신 시스템에서 위치 인식 장치에 있어서,
    각 사용자마다 할당된 정해진 위치에 배열되도록 정의된 템플릿 카오스 신호 및 상기 템플릿 카오스 신호에 의해 변조된 데이터 소오스 신호를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 데이터 프레임 수신부와,
    상기 데이터 프레임으로부터 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치 를 검출하고, 상기 실제로 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치와 상기 카오스 템플릿 신호가 할당되도록 정해진 위치의 차이로부터 상기 데이터 프레임을 보낸 장치와의 거리를 획득하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 데이터 프레임으로부터 상기 템플릿 카오스 신호를 검출하는 지연회로와,
    상기 검출된 템플릿 카오스 신호와 하나 이상의 상기 데이터 소오스 신호를 곱하는 곱셈기와,
    상기 곱셈기에 의해 상기 곱해진 신호를 모두 더하는 덧셈기와,
    상기 덧셈기에 의해 더해진 신호로부터 상기 데이터 프레임에서 실제로 상기 템플릿 카오스 신호가 배열된 위치를 검출하는 시그널 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 장치.
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