KR20090092587A - 다중 ｒｆ 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법 - Google Patents

다중 ｒｆ 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법

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KR20090092587A
KR20090092587A KR1020080017912A KR20080017912A KR20090092587A KR 20090092587 A KR20090092587 A KR 20090092587A KR 1020080017912 A KR1020080017912 A KR 1020080017912A KR 20080017912 A KR20080017912 A KR 20080017912A KR 20090092587 A KR20090092587 A KR 20090092587A
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Abstract

다중 RF 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법을 제공한다. 다중 RF 수신장치는 다중 RF 수신부에 포함된 복수개의 RF 수신모듈의 개수에 따라 클럭을 생성하는 클럭 생성부와, 클럭을 각기 다른 위상을 가진 클럭으로 생성하여 다중 RF 수신부의 클럭원으로 제공하는 위상 분배부와, 클럭원으로 제공되는 클럭의 위상을 이용하여 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호를 생성하는 다중 RF 수신부 및 SFD 신호를 측정하여 위치 측정에 필요한 데이터로 이용하는 시각 측정부를 포함한다.

Description

다중 ＲＦ 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법{The RF receiver system using multiple RF receiver and the localization method for performance improvement}
　본 발명은 다중 RF 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법에 관한 것으로, 위치 측정에 가장 큰 영향을 미치는 수신기에서 발생하는 지터를 최소화하여, 정밀한 신호 측정을 가능하게 하는 다중 RF 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법에 관한 것이다.
무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추정 방법은 둘 이상의 수신기가 송신기(태그)의 신호 수신 시각을 측정하여 그 차이를 이용한다. 무선 신호의 속도는 일정하기 때문에 두 수신기가 시각 동기가 되어 있다면 수신 시각 차이를 계산할 수 있고, 이에 따라 송신기의 위치는 쌍곡선 위에 존재하게 된다.
이는, 쌍곡선의 두 정점에서의 거리 차로 변환할 수 있고 이를 이용해서 여러 수신기 쌍에서의 곡선을 구할 수 있다. 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추정 방법은 이런 곡선을 2개 이상 구해 그 교점을 송신기의 위치로 추정한다. 무선 신호의 전달 시간을 정확히 알 수 있다면, RTLS(Real Time Locating System) 송신기의 정확한 위치를 결정지을 수 있다.
하지만, 무선 신호의 전달 시간을 측정함에 있어서 측정에 대한 비결정적인 오류가 존재한다. 비결정적인 오류에는 전송 지연, 접근 지연, 수신 지연 및 전달 지연이 있다. 이중 전송 지연, 접근 지연, 수신 지연은 하드웨어적인 시각 소인(time stamp)을 통하여 제거가 가능하다. 전달 지연은 RTLS 송신기의 안테나에서 RTLS 수신기의 안테나까지 무선 신호가 전달되는 지연과, 물리적 계층에서 디지털 신호를 아날로그로 변경하는 시간(encoding time)과 수신 측의 물리적 계층에서 아날로그 신호를 샘플링 후 디지털로 복구하는 시간(decoding time)에 대한 지연으로 구분된다. 이중, RTLS 송신기의 안테나에서 RTLS 수신기까지의 지연은 무선 신호의 전송 속도를 이용하여 제거할 수 있다.
그러나, RTLS 송수신기의 무선 주파수 송수신부(RF transceiver)에서 발생하는 인코딩 시간과 디코딩 시간은 제거할 수 없으며, 이러한 오류는 수신기들 간에 무선 네트워크를 이용한 시각 동기화뿐만 아니라 실시간 위치 추적 시스템에서의 측위 오류로서 존재해 왔다.
또한, 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추적 시스템의 경우, RTLS 수신기들 간의 상대적인 신호 도착시간을 기반으로 RTLS 송신기의 위치를 측위하는 시스템이므로, RTLS 송신기에서 메시지를 인코딩하는 시간과 전달 지연은 포함되지 않는다. RTLS 수신기에서의 디코딩 시간은, 메시지를 수신한 시각을 정확히 결정하는데 중요한 역할을 한다. 수신 시각을 결정하기 위해서는 프로세서의 타이머가 이를 결정하게 되고, 그 시각 소인 시점은 RF 송수신부가 제공한다. 무선 주파수를 디지털 값으로 변환하는 과정에서는, 비결정적인 요소인 지터(jitter)가 발생하며, 이는 실시간 위치 추적 시스템에서의 측위 오류로서 존재해 왔다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 RTLS 수신기에서 발생하는 디코딩 지터를 최소화할 필요성이 제기된다.
본 발명은 다중 RF 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법을 제공하여, 종래 RTLS 수신기에서 발생하는 디코딩 지터를 최소화하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 클럭원으로 아날로그 클럭을 활용하지 않고, 정밀한 디지털 클럭원을 사용함으로써, 디코딩 지터를 최소화하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 입력 클럭원이 정확히 위상 이동되어 각 수신기에서 사용되도록 하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 플립플롭을 사용하여 각 클럭원들의 디지털 클럭의 위상을 변경시키는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 시각 동기를 이루기 위해서 인터넷과 같은 기반 시설이 존재하지 않는 무선 네트워크를 활용하며, 수신기들 사이에 동기를 맞추기 위해서 외부 시각 서버가 별도로 존재하는 것이 아니라 수신기들 간에 지역적으로 시각 동기를 이루는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 무선 네트워크를 활용하여 시각 동기를 이루는 과정에서 발생하는 불확실도(uncertainty)를 제거하여, 나노초 수준의 시각 동기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다중 RF 수신장치는 다중 RF 수신부에 포함된 복수개의 RF 수신모듈의 개수에 따라 클럭을 생성하는 클럭 생성부와, 클럭을 각기 다른 위상을 가진 클럭으로 생성하여 다중 RF 수신부의 클럭원으로 제공하는 위상 분배부와, 클럭원으로 제공되는 클럭의 위상을 이용하여 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호를 생성하는 다중 RF 수신부 및 SFD 신호를 측정하여 위치 측정에 필요한 데이터로 이용하는 시각 측정부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 측정 방법은 클럭 생성부가 다중 RF 수신부에 포함된 복수개의 RF 수신모듈의 개수에 따라 클럭을 생성하는 (a) 단계와, 위상 분배부가 클럭을 각기 다른 위상을 가진 클럭으로 생성하여 다중 RF 수신부의 클럭원으로 제공하는 (b) 단계와, 다중 RF 수신부가 클럭원으로 제공되는 클럭의 위상을 이용하여 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호를 생성하는 (c) 단계와, 시각 측정부가 SFD 신호를 측정하여 RTLS 엔진으로 제공하는 (d) 단계 및 RTLS 엔진이 SFD 신호를 이용하여 송신기의 위치를 측정하는 (e) 단계를 포함한다.
본 발명의 다중 RF 수신장치 및 이를 이용한 위치 측정 방법에 따르면 위치 측정에 가장 큰 영향을 미치는 수신기에서 발생하는 지터를 최소화하여, 정밀한 신호 측정이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 무선 통신의 해상도를 극복함으로써, 정밀한 시각 동기 등의 다양한 응용에 활용될 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명은 시각 동기를 이루기 위해서 인터넷과 같은 기반 시설이 존재하지 않는 무선 네트워크를 활용하며, 수신기들 사이에 동기를 맞추기 위해서 외부 시각 서버가 별도로 존재하는 것이 아니라 수신기들 간에 지역적으로 시각 동기를 이룰 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명은 무선 네트워크를 활용하여 시각 동기를 이루는 과정에서 발생하는 불확실도(uncertainty)를 제거하여 나노초 수준의 시각 동기를 제공하는 장점도 있다.
도 1은 위치 추적 시스템의 개념도이다.
도 2는 쌍곡선을 이용한 송신기의 위치 추정 방법을 도시한다.
도 3은 송신기의 메시지를 도시한다.
도 4는 일반적인 RTLS 수신기의 블록도를 나타낸다.
도 5는 상기 도 4의 RF 송수신부에서 발생할 수 있는 지터의 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 RF 수신장치의 블록도이다.
도 7은 상기 도 6의 클럭 생성부가 클럭을 생성하는 과정을 도시한다.
도 8은 상기 도 6의 주파수 분배를 위한 위상 분배부의 구조를 도시한다.
도 9는 클럭이 생성되는 과정을 도시한다.
도 10은 상기 도 9의 결과를 위상이 이동한 순서대로 나열한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 RF 수신장치를 이용한 위치 측정 방법의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
41: 안테나 42: RF 송수신부
43: 프로세서 44: 시각 측정부
45: 로컬 클럭 61: 클럭 생성부
62: 위상 분배부 64: 다중 RF 수신부
65: 시각 측정부
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 위치 추적 시스템의 개념도이다.
(실시간) 위치 추적 시스템은 (RTLS) 송신기(12), (RTLS) 수신기(11a, 11b, 11c), 그리고 RTLS 엔진(15)으로 구성된다. 무선 주파수의 도착 시각 차이(TDOA : Time Difference Of Arrival)를 이용한 실시간 위치 추적 시스템의 송신기(12)(태그)는 자신의 정보를 무선 주파수(13a, 13b, 13c)를 통하여 수신기(11a, 11b, 11c)(리더)로 전달하는 역할을 하며, RTLS 수신기(11a, 11b, 11c)는 송신기(12)의 메시지를 수신하고, 메시지(무선 주파수)가 수신된 시점을 기록하여, RTLS 엔진(15)으로 전달(14)한다. 마지막으로 RTLS 엔진(15)은 수신기들(수신기들)로부터 메시지가 수신된 시각을 전달받아, 이를 이용하여 송신기(12)의 위치를 결정짓는다.
무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추적 방법은 둘 이상의 수신기가 송신기의 신호 수신 시각을 측정하고, RTLS 엔진이 그 차이를 이용하여 위치를 측정한다. 무선 신호의 속도는 일정하기 때문에 두 수신기가 시각 동기가 되어 있다면 수신 시각 차이를 계산할 수 있고, 이에 따라 송신기의 위치는 쌍곡선 위에 존재하게 된다.
예를 들어, 송신기(12)가 전송한 신호를 수신기(11a, 11b, 11c)가 모두 동일한 시점에 메시지를 수신하였다면, 송신기(12)는 세 수신기(11a, 11b, 11c)와 모두 같은 거리상에 위치하게 된다. 이하의 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 쌍곡선을 이용한 송신기의 위치 추정 방법을 도시한다.
무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추적 방법은 한 수신기(11b)와 다른 수신기(11c)가 송신기(12)의 신호를 수신한 시각(t1, t2)을 기록하여 그 두 수신기(11b, 11c) 간의 시각 차이를 이용한다. 무선 신호의 속도는 일정하기 때문에 두 수신기(11b, 11c)가 시각 동기가 되어 있다면 수신 시각 차이(t1-t2)를 계산할 수 있고, 이에 따라 송신기(12)의 위치는 쌍곡선(21) 위에 존재하게 된다. 이는 쌍곡선(21)에서 말하는 두 정점에서의 거리 차로 변환할 수 있고, 이를 이용해서 여러 수신기 쌍에서의 곡선을 구할 수 있다. 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추적 방법은 이런 곡선을 2개(21, 22) 이상 구해 그 교점을 송신기(12)의 위치로 추정한다.
한편, 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용할 때, 정밀한 시각 측정은 필수적이다. 예를 들어, 1나노초의 시각 측정오차는 30센티미터의 위치 오차를 발생시킨다. 송신기의 메시지 수신한 시점을 정확히 기록하기 위해서 수신기들은 동일한 지점을 시각 측정(time stamp) 지점으로 결정하여야 한다.
도 3은 송신기의 메시지를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수신기는, 프리엠블이 생성되고 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호(31)가 지난 시점을 시각 측정 지점으로 결정한다.
한편, 도 4는 일반적인 RTLS 수신기의 블록도를 나타낸다.
RTLS 수신기는 안테나(41), RF 송수신부(42), 프로세서부(43), 시각 측정부(44), 로컬 클럭(45)을 포함한다. 또한, 데이터를 버퍼링 하는 버퍼를 포함한다.
송신기의 무선 메시지는 수신기의 안테나(41)를 통하여 RF 송수신부(42)로 전달되고, RF 송수신부(42)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조한 후에, SFD 신호(46)를 생성하고, 변조된 데이터를 프로세서(43)로 전송하여 처리한다. 이때, 시각 측정부(44)는 SFD 신호(46)가 생성된 지점을 송신기의 메시지가 수신된 지점이라고 판단하고, 로컬 클럭(45)을 통해 시각 측정을 수행한다. 측정된 시각 정보는 프로세서(43)를 거쳐 RTLS 엔진(15)으로 전달되어 송신기의 위치를 측정하는데 활용된다.
RF 송수신부(42)에서는 무선 주파수를 디지털 데이터로 복조하는 과정 중에 지연과 지터가 발생한다. RF 송수신부(42)에서 발생하는 지연은 상수의 값을 나타내므로 제거가 가능하지만, 지터의 경우 불확실도(uncertainty)로서 예측이 불가능하다.
도 5는 상기 도 4의 RF 송수신부에서 발생할 수 있는 지터의 예를 도시한다.
RF 송수신부(42)의 해상도(chip rate)가 8MHz라고 가정하였을 경우, 클럭의 주기(51)는 125 나노초마다 반복된다. 여기서, 제1 시점(52)에 무선 주파수 신호를 수신하였다고 하더라도, RF 송수신부(42)는 자신의 클럭 주기인 다음 제2 시점(53)(즉, 상승 에지)에 이를 인지한다. 이는, RF 송수신부(42)가 디지털 클럭원을 사용하기 때문이다. 여기서 발생할 수 있는 오차는 최대 125 나노초가 되며, 최저 0이 된다. 이러한 오차는, 지터로서 무선 주파수 신호가 측정될 때마다 변경이 될 수 있다.
RF 송수신부(42)에서 발생하는 오차를 줄이기 위해서 이하, 도 6의 RTLS 수신기의 구성 요소가 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 RF 수신장치의 블록도이다.
다중 RF 수신장치(60)는 클럭 생성부(61), 위상 분배부(62), 다중 RF 수신부(64), 시각 측정부(65)를 포함한다. 다중 RF 수신장치(60)는 송신기로부터 무선신호(주파수)를 수신하는 (RTLS) 수신기에 구성될 수 있다.
클럭 생성부(61)는 (디지털) 클럭(clock)을 생성한다. 즉, 클럭 생성부(61)는 후술될 다중 RF 수신부(64)에 포함된 복수개의 RF 수신모듈의 개수에 따라 클럭을 생성한다.
위상 분배부(62)는 제공받은 클럭을 다중 RF 수신부(64)에서 사용될 수 있도록 위상을 이동시킨다. 즉, 위상 분배부(62)는 각기 다른 위상을 가진 클럭으로 생성하여 다중 RF 수신부(64)의 클럭원으로 제공하게 된다.
다중 RF 수신부(64)는 각기 다른 위상의 클럭원(63a 내지 63n)을 제공받는다. 다중 RF 수신부(64)는 이를 활용하여 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호를 생성한다. 상기 도 4의 RF 송수신부(42)는 다중 RF 수신부(64)중 소정 RF 수신모듈 하나에 해당될 수 있다. 즉, 도4의 RF 송수신부(42)가 다중 RF 수신부(64)에 n개 존재할 수 있다. 또한, 상기 위상 분배부(62)는 마스터 수신기로부터 수신한 클럭에 따라 상기 다중 RF 수신부(64)의 상기 클럭원으로 제공되는 클럭을 시각 동기화시킬 수 있다.
그리고, 시각 측정부(65)는 SFD 신호를 측정하고 RTLS 엔진으로 제공한다. 이하, 도 7을 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7은 상기 도 6의 클럭 생성부가 클럭을 생성하는 과정을 도시한다.
오실레이터 또는 크리스탈로부터 클럭이 제공된다. 만약, 다중 RF 수신부(64) 중 소정 모듈이 16MHz로 동작을 한다면, 오실레이터나 크리스탈은 16MHz 아날로그 클럭(71)을 제공한다. 클럭 생성부(61)는 이를 입력받아(즉, 아날로그 신호) 동일한 주파수의 디지털 클럭(72)으로 변경(즉, 디지털 신호)한 후, PLL(phase locked loop)을 거쳐 만들고자 하는 위상의 개수만큼 배수하여 높은 디지털 클럭(73)을 생성한다. 여기서, 증폭하고자 하는 주파수(디지털 신호)는 다중 RF 수신부(64)에 포함된 모듈 개수에 영향을 받는다. 예를 들어, 4개의 다중 RF 수신부(64)의 모듈 개수를 사용하기 위해 4배 증폭된 64MHz 주파수를 생성한다.
상기 생성된 64MHz 디지털 클럭은, 위상 분배부(62)로 입력되고, 위상 분배부(62)는 이를 각기 다른 위상을 가진 4개의 16MHz 클럭으로 분배한다. 이하, 도 8을 통해 위상 분배부(62)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 상기 도 6의 주파수 분배를 위한 위상 분배부의 구조를 도시한다.
플립플롭(81)의 입력으로 64MHz가 입력되면, 출력은 1/2 로 감소하여 나타난다. 또한, 출력은 입력위상과 동일한 위상(가)과 반전된 위상(나) 두 종류가 나온다. 이는 각기 다시 플립플롭(82)의 입력으로 들어가게 된다. 여기서, 32MHz의 0도 위상과 180도 위상이 각기 다른 플립플롭(#2, #3)에 입력되어 1/2된 출력을 생성하므로, 결과적으로 16MHz의 4개의 위상을 가진 클럭을 생성하게 된다.
도 9는 클럭이 생성되는 과정을 도시한다.
플립플롭(81)은 64MHz 신호(91)를 32MHz 신호(92a, 92b)로 생성하며, 이는 다른 플립플롭(82)의 입력부로 들어가, 1/2된 16MHz 0도(93a), 90도(93c), 180도(93b), 270도(93d)의 네 위상을 가진 신호를 생성한다. 이렇게 분배된 위상은 다중 RF 수신부(64)의 각 RF 수신모듈의 클럭원으로 사용된다.
따라서, 클럭원으로 아날로그 클럭을 활용하지 않고, 정밀한 디지털 클럭원을 사용함으로써, 디코딩 지터가 최소화될 수 있다.
도 10은 상기 도 9의 결과를 위상이 이동한 순서대로 나열한 도면이다.
다중 RF 수신부(64)가 위상이 일정하게 이동된 클럭을 입력받아 메시지를 동일한 시간에 수신하게 되면, 무선 주파수 신호를 획득한 시점에서 가장 가까운 상승에지를 가지는 다중 RF 수신부(64)의 소정 RF 수신모듈이 가장 빠른 시각 측정을 수행하게 된다. 특히, 본 발명에서는 무선 주파수 신호(즉, RF 신호) 획득을 위하여 다중 RF 수신부(64)는 동일한 안테나를 사용함으로서 무선 신호의 비결정성을 줄인다. 즉, 다중 RF 수신부(64)에 다수의 RF 수신모듈이 사용되지만, 각 RF 수신모듈당 별도의 안테나를 사용하지 않고, RF 수신모듈이 모두 하나의 안테나에 연결되어 있다.
그리고, 시각 측정부(65)는 다중 RF 수신부(64)의 각 RF 수신모듈로부터 전송받은 SFD(Start of Frame Delimiter)를 측정하고, 그 중 가장 빠른 신호를 위치 측정에 필요한 데이터로 활용한다. 또한, 4개의 위상을 사용하여 메시지를 획득하면, 종래의 단일 RF 송수신부(42)의 4배의 해상도를 얻을 수 있다. 다중 RF 수신부(64)의 해상도(chip rate)가 8MHz인 경우, 클럭의 주기는 125나노초(ns)마다 반복되지만, N개의 다중 RF 수신부(64)의 RF 수신모듈을 사용하게 되면, N배의 해상도를 얻을 수 있다.
한편, 송신기의 위치를 정확히 파악하기 위해서는, 수신기들 간에 시각 동기화가 나노초 단위까지 정밀하게 이루어져 있어야 한다. 상술한 바와 같이 1나노초의 시각 동기 오차는 30센티미터의 위치 오차를 발생 시킨다.　실시간 위치 추적 시스템의 수신기들 간에 시각 동기를 이루기 위해서 인터넷과 같은 기반 시설을 이용한다. 하지만, 유선 환경에 대한 기반 시설의 설치는 확장성 어려움 및 비용의 증대를 초래한다. 따라서 실시간 위치 추적 시스템의 확장성 및 비용의 감소를 위해 기반 시설이 존재하지 않는 무선 네트워크를 활용하여 RTLS 수신기들간의 시각 동기를 이루고자 한다. 시각 동기를 위한 시스템은 기본적으로 참조시각을 제공하는 마스터(master) 수신기와 마스터 수신기로부터 참조시각을 제공받아 자신의 시각을 동기화하는 슬레이브(slave) 수신기로 구성된다. 이들 간의 시각 동기화는 메시지 교환을 통하여 이루어진다.
　마스터와 슬레이브 수신기 간의 시각 동기를 위해 마스터 수신기는 시각 정보가 포함된 시각 동기 메시지를 주기적으로 전송한다. 이를 시간에 따른 식으로 나타내면 바람직하게는 수식 1과 같이 정의될 수 있다.
수신시각 - 송신시각= 전송시각 + 측정오차
[수식 1]
수식 1에 있어서, 수신시각은 슬레이브 수신기에서 시각 동기 메시지를 수신한 시각이고, 송신시각은 마스터 수신기에서 시각 동기 메시지를 송신한 시각이다. 전송시각은 마스터 수신기에서 슬레이브 수신기까지의 무선을 통하여 전파로 수신기 간의 거리를 알면 계산할 수 있는 상수이다. 무신 신호의 전달 속도는 빛의 속도(3 x 10^8)이다. 1나노초당 30센티미터를 도달하므로, 마스터와 슬레이브 수신기 간에 거리를 알면 전송시각을 계산해 낼 수 있다. 즉, 전송시각은 마스터 수신기에서 슬레이브 수신기까지의 거리를 알고 있으면, 무선 신호의 전달 속도를 통하여 계산할 수 있다.
상기, 3가지 값을 측정하거나 계산을 통하여 알 수 있지만 측정오차는 알 수 없다. 이러한 측정 오차는 무선 주파수를 디지털 데이터로 변복조하는 과정 중에 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 도 5는 RF 송수신부(42)에서 발생할 수 있는 지터의 예를 보여준다. 이러한 오차는 지터로서 무선 주파수 신호가 측정될 때마다 변경이 될 수 있다. 그러나, 상기 도 6에서 설명된 본 발명의 실시예를 통해 즉, 다중 RF 수신장치(60)를 사용함으로서 수신기들 간의 시각 동기 중에 발생하는 측정오차를 최소화할 수 있으며, 나노초의 시각 동기를 이룰 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 RF 수신장치를 이용한 위치 측정 방법의 순서도이다.
상술된 바와 같이, 다중 RF 수신장치(60)를 이용하여, 지터가 최소됨으로써 측위 오류를 제거한 RTLS 송신기의 보다 정밀한 위치 측정이 이루어질 수 있다.
먼저, 클럭 생성부(61)가 다중 RF 수신부(64)에 포함된 복수개의 RF 수신모듈의 개수에 따라 주파수를 증폭하여 디지털 클럭을 생성한다(S101). 보다 구체적인 설명은 도 7을 참조하기 바란다.
다음으로, 위상 분배부(62)가 디지털 클럭을 각기 다른 위상을 가진 클럭으로 생성하여 다중 RF 수신부(64)의 클럭원으로 제공한다(S111). 여기서, 위상 분배부(62)는 플립플롭을 사용하여 디지털 클럭의 위상을 변경할 수 있다. 보다 구체적인 설명은 도 8을 참조하기 바란다.
다음으로, 다중 RF 수신부(64)가 클럭원으로 제공되는 클럭의 위상을 이용하여 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호를 생성한다(S121). 여기서, 다중 RF 수신부(64)는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 주파수(클럭)를 수신할 수 있다.
다음으로, 시각 측정부(65)가 SFD 신호를 측정하여 RTLS 엔진(서버)으로 제공한다(S131). 여기서, 시각 측정부(65)는 측정된 SFD 신호 중 가장 빠른 신호를 위치 측정에 필요한 데이터로 이용할 수 있다.
다음으로, RTLS 엔진은 수신한 정보를 이용하여 송신기의 위치를 측정하게 된다(S141).
상기 도 6에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 다중 RF 수신부에 포함된 복수개의 RF 수신모듈의 개수에 따라 클럭을 생성하는 클럭 생성부;
    상기 클럭을 각기 다른 위상을 가진 클럭으로 생성하여 상기 다중 RF 수신부의 클럭원으로 제공하는 위상 분배부;
    상기 클럭원으로 제공되는 클럭의 위상을 이용하여 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호를 생성하는 상기 다중 RF 수신부; 및
    상기 SFD 신호를 측정하여 위치 측정에 필요한 데이터로 이용하는 시각 측정부를 포함하는, 다중 RF 수신장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다중 RF 수신부는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 주파수를 수신하는, 다중 RF 수신장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 시각 측정부는 측정된 상기 SFD 신호 중 가장 빠른 신호를 위치 측정에 필요한 데이터로 이용하는, 다중 RF 수신장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 위상 분배부는 플립플롭을 사용하여 상기 클럭의 위상을 변경하는, 다중 RF 수신장치.
  5. 클럭 생성부가 다중 RF 수신부에 포함된 복수개의 RF 수신모듈의 개수에 따라 클럭을 생성하는 (a) 단계;
    위상 분배부가 상기 클럭을 각기 다른 위상을 가진 클럭으로 생성하여 상기 다중 RF 수신부의 클럭원으로 제공하는 (b) 단계;
    상기 다중 RF 수신부가 상기 클럭원으로 제공되는 클럭의 위상을 이용하여 SFD(Start of Frame Delimiter) 신호를 생성하는 (c) 단계;
    시각 측정부가 상기 SFD 신호를 측정하여 RTLS 엔진으로 제공하는 (d) 단계 및
    상기 RTLS 엔진이 상기 SFD 신호를 이용하여 송신기의 위치를 측정하는 (e) 단계를 포함하는, 위치 측정 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    상기 위상 분배부가 복수개의 플립플롭을 사용하여 상기 클럭의 위상을 변경하는 (b1) 단계를 포함하는, 위치 측정 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 (b1) 단계는
    상기 위상 분배부가 마스터 수신기로부터 수신한 클럭에 따라 상기 다중 RF 수신부의 상기 클럭원으로 제공되는 클럭을 시각 동기화시키는 단계를 더 포함하는, 위치 측정 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 다중 RF 수신부가 단일의 공동 안테나를 사용하여 클럭을 수신하는 단계를 포함하는, 위치 측정 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101220794B1 (ko) * 2011-05-16 2013-01-15 엘에스산전 주식회사 도착시간차를 이용한 실시간 위치추적 시스템

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013526174A (ja) 2010-05-07 2013-06-20 サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド 開始フレームデリミタを用いるパケット情報送信装置及び方法
JP5840467B2 (ja) * 2011-11-24 2016-01-06 株式会社メガチップス 通信システムおよび通信装置
CN105467363A (zh) * 2015-12-03 2016-04-06 武汉邮电科学研究院 一种基于可见光的三角定位系统及方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4559606A (en) * 1983-07-11 1985-12-17 International Telephone And Telegraph Corporation Arrangement to provide an accurate time-of-arrival indication for a received signal
US6665332B1 (en) * 1998-09-09 2003-12-16 Allen Telecom, Inc. CDMA geolocation system
KR100310791B1 (ko) 1999-03-19 2001-10-17 장경영 레이저 거리 측정 장치
US6771103B2 (en) * 2001-03-14 2004-08-03 Denso Corporation Time measurement apparatus, distance measurement apparatus, and clock signal generating apparatus usable therein
JP4374788B2 (ja) 2001-03-14 2009-12-02 株式会社デンソー 時間測定装置及び距離測定装置
US20050248749A1 (en) 2004-05-10 2005-11-10 Ibeo Automobile Sensor Gmbh Method and an apparatus for distance measurement
JP4829571B2 (ja) * 2005-09-09 2011-12-07 株式会社日立製作所 受信装置および測位測距システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101220794B1 (ko) * 2011-05-16 2013-01-15 엘에스산전 주식회사 도착시간차를 이용한 실시간 위치추적 시스템

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