KR20100019073A - 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치추적 장치 - Google Patents

다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치추적 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 사용하여 RTLS(Real Time Locating System) 수신기에서 발생하는 디코딩 지터를 최소화하는 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치를 제공하기 위한 것으로서, 자신의 정보를 무선 주파수를 통하여 출력하는 RTLS 송신기와, 상기 RTLS 송신기에서 출력되는 정보가 수신된 시점을 기록하여 출력하는 적어도 하나 이상의 RTLS 수신기와, 상기 RTLS 수신기에서 출력되는 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 상기 RTLS 송신기의 위치를 결정짓는 RTLS 엔진을 포함하고, 상기 RTLS 수신기는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 신호를 획득하며, 다중 무선 주파수 송수신기를 사용하여 수신기들 간에 지역적 시각 동기를 제공하는데 있다.
실시간 위치 추적 시스템, RTLS, 다중 무선 주파수 송수신기, 정밀 시각동기

Description

다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치{apparatus for real time locating using multiple RF transceiver}
본 발명은 무선 주파수의 도착시각 차이(Time Difference Of Arrival : TDOA)를 이용한 실시간 위치 추적 시스템에 관한 것으로, 특히 위치 측정에 가장 큰 영향을 미치는 무선 주파수 수신기에서 발생하는 지터를 최소화하여, 정밀한 신호 측정이 가능하도록 함으로써, 정밀한 위치를 결정지을 수 있도록 하는 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치에 관한 것이다.
일반적인 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 기법은 둘 이상의 리더가 태그의 신호 수신 시각을 측정하여 그 차이를 이용하는 방법이다. 이때, 무선 신호의 속도는 일정하기 때문에 두 리더가 시각 동기가 되어 있다면, 수신 시각 차이를 계산할 수 있고, 이에 따라 태그의 위치는 쌍곡선 위에 존재하게 된다. 이는 쌍곡선에서 말하는 두 정점에서의 거리차로 변환할 수 있고 이를 이용해서 여러 리더 쌍에서의 곡선을 구할 수 있다.
무선 주파수의 도착시각 차이를 이용한 기법은 이런 곡선을 2개 이상 구해 그 교점을 태그의 위치로 추정한다. 이에 따라 무선 신호의 전달 시각을 정확히 알 수 있다면, RTLS 송신기의 정확한 위치를 결정지을 수 있다.
도 1 은 종래의 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 실시간 위치 추적 시스템의 RTLS 송수신기 구조를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 1과 같이, 네트워크내의 모든 수신기들은 다음과 같은 장치를 탑재하고 있다. 태그의 무선 메시지는 안테나(10)를 통하여 무선 주파수 송수신기(20)로 전달되고, 무선 주파수 송수신기(20)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조한 후에 SFD 신호(60)를 생성하고, 변조된 데이터를 프로세서(30)로 넘겨 처리한다. 이때, 시각 측정부(40)는 SFD 신호(60)가 생성된 지점을 태그의 메시지가 수신된 지점이라고 판단하고, 로컬 클럭(50)을 기반으로 시각 측정을 수행한다. 측정된 시각 정보는 프로세서(30)를 거쳐 RLTS 엔진(미도시)으로 전달되어 태그의 위치를 측정하는데 활용된다.
이때, 실시간 위치 추적 시스템의 태그 위치를 정확히 파악하기 위해서는 수신기들 간에 시각 동기화가 나노초 단위까지 정밀하게 이루어져 있어야 한다. 참고로, 1 나노초(ns)의 시각 동기 오차는 30 센티미터(cm)의 위치 오차를 발생시킨다.
실시간 위치 추적 시스템의 수신기들 간에 시각 동기를 이루기 위해서 인터넷과 같은 기반 시설을 이용하지만, 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 수신기들 간의 시각 동기를 이루고 있다.
이에 따라, 상기 시각 동기 시스템은 기본적으로 참조시각을 제공하는 마스 터(master)와 마스터로부터 참조시각을 제공받아 자신의 시각을 동기화하는 슬레이브(slave)로 구성되고, 이들 간의 시각 동기화는 메시지 교환을 통하여 이루어진다.
마스터와 슬레이브 수신기 간의 시각 동기를 위해 마스터 수신기는 시각 정보가 포함된 시각 동기 메시지를 주기적으로 보낸다. 이를 시간에 따른 식으로 나타내면 다음 수학식 1과 같이 된다.
수신시각 - 송신시각 = 전송시각 + 측정오차
상기 수학식 1에서, 수신시각은 슬레이브 수신기에서 시각 동기 메시지를 수신한 시각이고, 송신 시각은 마스터 수신기에서 시각 동기 메시지를 송신한 시각이다. 전송 시각은 마스터 수신기에서 슬레이브 수신기까지의 무선을 통하여 전파로 수신기 간의 거리를 알면 계산할 수 있는 상수이다.
이처럼 상기 수신시각, 송신시각 및 전송시각의 값들은 측정하거나 계산을 통하여 알 수 있지만 상기 측정오차는 알 수 없다. 이러한 측정 오차는 무선 주파수 송수신기(20)에서 무선 주파수를 디지털 데이터로 변복조하는 과정 중에 발생한다.
이에 따라, 상기 무선 신호의 전달 시간을 측정함에 있어서 측정에 대한 비결정적인 오류가 존재한다. 상기 비결정적인 오류에는 전송지연, 접근지연, 수신지연 및 전달지연이 있다.
이중 상기 전송지연, 접근지연 및 수신지연은 하드웨어적인 시각 소인(time stamp)을 통하여 제거가 가능하다.
그리고 상기 전달지연은 다시 RTLS(Real Time Locating System) 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)으로 구분된다.
이때 상기 RTLS 송신기의 안테나에서 RTLS 수신기까지의 지연은 무선 신호의 전송속도를 이용하여 제거할 수 있다. 그러나 RTLS 송수신기의 무선 주파수 송수신기(RF transceiver)에서 발생하는 인코딩 시간과 디코딩 시간은 제거할 수 없는 비결정적인 오류가 발생하게 된다. 이와 같은 비결정적인 오류는 수신기들 간에 무선 네트워크를 이용한 시각 동기화뿐만 아니라 실시간 위치 추적 시스템에서의 측위 오류로서 존재해 왔다.
즉, 이와 같은 비결정적인 오류로 인해 상기 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.
또한, RTLS 수신기에서의 디코딩 시간은 메시지를 수신한 시각을 정확히 결정하는데 중요한 역할을 하는데, 수신 시각을 결정하기 위해서는 프로세서의 타이머가 이를 결정하게 되고, 그 시각 소인 시점은 무선 주파수 송수신기가 제공한다. 그런데 무선 주파수를 디지털 값으로 변환하는 과정에서는 비결정적인 요소인 지터(jitter)가 발생하며, 이는 실시간 위치 추적 시스템에서의 측위 오류로서 존재해 왔다.
이와 같이 종래의 실시간 위치 추적 장치는 RTLS 송신기에서의 메시지를 인코딩하는 시간 및 전달 지연에 따른 비결정적인 오류의 발생과, 무선 주파수 수신기에서의 지터 발생에 따라 정밀한 신호 측정이 불가능하여 정밀한 위치를 결정지을 수 없는 문제점이 있어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 사용하여 RTLS(Real Time Locating System) 수신기에서 발생하는 디코딩 지터를 최소화하는 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 주파수 송수신기의 클럭원을 아날로그 클럭을 활용하지 않고, 정밀한 디지털 클럭원을 사용함으로써 디코딩 지터를 최소화하는 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 사용함에 있어 수신기들이 사용하는 입력 클럭원이 정확히 위상 이동되어 각 수신기에서 사용되도록 하여 비결정적인 오류를 최소화하는 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 실시간 위치 추적 시스템의 수신기들 간에 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 이루어 비결정적인 오류를 최소화하는 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 네트워크를 활용하여 시각 동기를 이루는 과정에서 발생하는 불확도(uncertainty)를 제거하기 위해 다중 무선 주파수 송수신기를 사용하는 RTLS 수신기들 간에 나노초 수준의 시각 동기를 제공하여 비결정적인 오류를 최소화하는 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치의 특징은 자신의 정보를 무선 주파수를 통하여 출력하는 RTLS 송신기와, 상기 RTLS 송신기에서 출력되는 정보가 수신된 시점을 기록하여 출력하는 적어도 하나 이상의 RTLS 수신기와, 상기 RTLS 수신기에서 출력되는 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 상기 RTLS 송신기의 위치를 결정짓는 RTLS 엔진을 포함하고, 상기 RTLS 수신기는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 신호를 획득하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치의 다른 특징은 자신의 정보를 무선 주파수를 통하여 출력하는 RTLS 송신기와, 상기 RTLS 송신기에서 출력되는 정보가 수신된 시점을 기록하여 출력하는 적어도 하나 이상의 RTLS 수신기와, 상기 RTLS 수신기에서 출력되는 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 상기 RTLS 송신기의 위치를 결정짓는 RTLS 엔진을 포함하고, 상기 RTLS 수신기는 다중 무선 주파수 송수신기를 구성하여 수신기들 간에 지역적 시각 동기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치의 또 다른 특징은 자신의 정보를 무선 주파수를 통하여 출력하는 RTLS 송신기와, 상기 RTLS 송신기에서 출력되는 정보가 수신된 시점을 기록하여 출력하는 적어도 하나 이상의 RTLS 수신기와, 상기 RTLS 수신기에서 출력되는 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 상기 RTLS 송신기의 위치를 결정짓는 RTLS 엔진을 포함하고, 상기 RTLS 수신기는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 신호를 획득하며, 다중 무선 주파수 송수신기를 사용하여 수신기들 간에 지역적 시각 동기를 제공하는데 있다.
바람직하게 상기 RTLS 수신기는 만들고자 하는 위상의 개수만큼 배수한 디지털 클럭을 생성하는 클럭 생성부와, 상기 클럭 생성부에서 생성된 디지털 클럭을 입력으로 각기 다른 위상의 클럭원을 출력하여 다중 무선 주파수 수신기에서 사용될 수 있도록 위상을 이동하는 위상 분배기와, 상기 위상 분배기에서 제공되는 각기 다른 위상의 클럭원을 활용하여 SFD 신호를 생성하는 무선 주파수 수신기와, 상 기 무선 주파수 수신기에서 생성된 SFD 신호를 기반으로 무선 주파수의 도착 시각 차이를 측정하는 시각 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 클럭 생성부는 무선 주파수 송수신기의 개수에 상응하여 디지털 클럭을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 위상 분배기는 상기 클럭 생성부로부터 입력되는 디지털 클럭 주파수의 1/2로 감소된 입력위상과 동일한 위상 및 반전된 위상을 갖는 제 1, 제 2 디지털 클럭을 출력하는 제 1 플립플롭과, 상기 제 1 디지털 클럭을 입력으로 1/2로 감소된 입력위상과 동일한 위상 및 반전된 위상을 갖는 제 3, 제 4 디지털 클럭을 출력하는 제 2 플립플롭과, 상기 제 2 디지털 클럭을 입력으로 1/2로 감소된 입력위상과 동일한 위상 및 반전된 위상을 갖는 제 5, 제 6 디지털 클럭을 출력하는 제 3 플립플롭을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 시각 측정부는 모든 무선 주파수 수신기로부터 오는 SFD를 측정하고, 그 중 가장 빠른 신호를 위치 측정에 필요한 데이터로 활용하여 무선 주파수의 도착 시각 차이를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치는 위치 측정에 가장 큰 영향을 미치는 무선 주파수 수신기에서 발생하는 지터 또는 RTLS 송신기에서의 메시지를 인코딩하는 시간 및 전달 지연에 따른 비결정적인 오류의 발생을 최소화하여, 정밀한 신호 측정이 가능하도록 함으로써 정밀한 위치를 결정지을 수 있도록 하였다.
이에 따라, 다양한 환경에서 사물 또는 인간의 위치를 측위하는데 활용 할 수 있을 것으로 판단되며, 위치 측위뿐 아니라 무선 통신의 해상도를 극복하는 기법으로 정밀한 시각 동기 등의 다양한 응용에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치의 구조를 나타낸 구성도이다.
도 2와 같이, 실시간 위치 추적 장치는 RTLS(Real Time Locating System) 송신기(100), RTLS 수신기(200a)(200b)(200c) 그리고 RTLS 엔진(300)으로 구성된다.
상기 RTLS 송신기(100)는 무선 주파수의 도착 시각 차이(Time Difference Of Arrival : TDOA)를 이용하며, 자신의 정보를 무선 주파수(70a)(70b)(70c)를 통하여 전달하는 역할을 한다.
상기 RTLS 수신기(200a)(200b)(200c)는 무선 주파수(70a)(70b)(70c)를 통해 상기 RTLS 송신기(100)의 메시지를 수신하고, 메시지가 수신된 시점을 기록하여 상기 RTLS 엔진(300)으로 전달한다. 이때, 상기 RTLS 수신기(200a)(200b)(200c)는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 신호를 획득하며, 다중 무선 주파수 송수신기를 사용하여 수신기들 사이에 동기를 맞추기 위해서 외부 시각 서버가 별도로 존재하는 것이 아니라 수신기들 간에 지역적 시각 동기를 이룬다.
상기 RTLS 엔진(300)은 상기 RTLS 수신기(200a)(200b)(200c)들로부터 메시지가 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 RTLS 송신기(100)의 위치를 결정짓는다.
이처럼 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 기법은 둘 이상의 리더(RTLS 수신기(200a)(200b)(200c))가 태그(RTLS 송신기(100))의 신호 수신 시각을 측정하고, 그 차이를 이용하여 위치를 측정한다. 이때, 무선 신호의 속도는 일정하기 때문에 두 리더가 시각 동기가 되어 있다면 수신 시각 차이를 계산할 수 있고, 이에 따라 태그의 위치는 쌍곡선 위에 존재하게 된다.
예를 들어, 상기 RTLS 송신기(100)가 전송한 신호를 RTLS 수신기(200a)(200b)(200c)가 모두 동일한 시점에 메시지를 수신하였다면, RTLS 송신기(100)는 세 개의 RTLS 수신기(200a)(200b)(200c)와 모두 같은 거리상에 위치하게 된다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 쌍곡선을 이용한 태그의 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3과 같이, 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 기법은 제 1 리 더(200b)와 제 2 리더(200c)가 태그(100)의 신호를 수신한 시각(t1,t2)을 기록하여 그 두 리더 간의 차이를 이용한다.
즉, 무선 신호의 속도는 일정하기 때문에 두 리더가 시각 동기가 되어 있다면 수신 시각 차이를 계산할 수 있고, 이에 따라 태그의 위치는 쌍곡선(80)위에 존재하게 된다. 이는 쌍곡선에서 말하는 두 정점에서의 거리(r1)(r2) 차로 변환할 수 있고, 이를 이용해서 다음 수학식 2와 같이 여러 리더 쌍에서의 곡선을 구할 수 있다.
(t1-t2)× 전파속도 = r1-r2
그리고 상기 수학식 2를 통해 구해지는 이런 곡선을 2개 이상 구해 그 교점을 태그(100)의 위치로 추정한다.
한편, 상기 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용할 때, 정밀한 시각 측정은 필수적이다. 예를 들어 1 나노초의 시각 측정오차는 30센티미터의 위치 오차를 발생시킨다. 따라서 태그의 메시지를 수신한 시점을 정확히 기록하기 위해서 수신기들은 동일한 지점을 시각 측정(time stamp) 지점으로 결정하여야 한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 태그의 메시지 구조를 나타내는 도면으로, 프리앰블 영역, SFD 영역, 프레임 길이 영역, MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU) 영역을 포함한다.
그리고 리더는 도 4와 같이 프리앰블이 생성되고, SFD(Start of Frame Delimiter) 신호가 지난 시점을 시각 측정 지점으로 결정하여 동일한 지점을 시각 측정 지점으로 결정하여 태그의 메시지를 수신한 지점을 정확히 기록한다.
도 5 는 무선 주파수 송수신기에서 발생할 수 있는 지터의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 같이, 무선 주파수 송수신기의 해상도(chip rate)가 8MHz라고 가정하였을 경우, 클럭의 주기는 125나노초(ns)마다 반복된다. 이때 도면번호 90a 시점에 무선 주파수 신호를 수신하였다고 하더라도 무선 주파수 송수신기(20)는 자신의 클럭 주기인 다음 상승에지(90b)에 이를 인지한다. 이는 무선 주파수 송수신기(20) 역시 디지털 클럭원을 사용하기 때문이다. 여기서 발생할 수 있는 오차는 최대 125나노초가 된다. 이러한 오차는 지터로서, 지터의 크기는 무선 주파수 신호가 측정될 때마다 변경이 될 수 있다.
이와 같은 무선 주파수 송수신기에서 발생하는 오차를 줄이기 위해서 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 도 6과 같이 설계하였다. 도 6 은 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 RTLS 수신기의 구조를 나타낸 구성도이다.
도 6과 같이, RTLS 수신기(200)는 클럭 생성부(210), 위상 분배기(220), 다중 무선 주파수 수신기(230), 시각 측정부(240)로 구성된다.
상기 클럭 생성부(210)는 디지털 클럭을 생성하며, 상기 위상 분배기(220)는 상기 클럭 생성부(210)에서 제공받은 클럭을 다중 무선 주파수 수신기(230)에서 사용될 수 있도록 위상을 이동시킨다. 또한 상기 위상 분배기(220)는 각기 다른 위상의 클럭원(P1~Pn)을 출력함으로써, 상기 무선 주파수 수신기(230)는 각기 다른 위 상의 클럭원(P1~Pn)을 제공받게 된다.
이어 상기 다중 무선 주파수 수신기(230)는 상기 위상 분배기(220)에서 제공되는 각기 다른 위상의 클럭원(P1~Pn)을 활용하여 SFD 신호를 생성하고, 상기 시각 측정부(65)가 이를 측정한다. 이처럼 다중 무선 주파수 송수신기를 사용함으로써, 수신기들 사이에 동기를 맞추기 위해서 외부 시각 서버가 별도로 존재하는 것이 아니라 수신기들 간에 지역적 시각 동기를 이룬다. 이에 따라 시각 동기를 이루는 과정에서 발생하는 비결정적인 불확도를 제거할 수 있어 RTLS 수신기들(200a)(200b)(200c)간에 나노초 수준의 시각 동기화를 제공할 수 있게 된다.
한편 상기 다중 주파수 송수신기들은 별도의 안테나를 사용하여 무선 주파수 신호를 획득하는 것이 아니라, 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 신호를 획득한다.
이와 같이 구성되는 RTLS 수신기(200)의 동작을 실시 예에 따른 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7 은 도 6의 구조를 통해 클럭 생성부가 클럭을 생성하는 과정을 보여준 도면으로, 이해의 편의를 돕기 위해 실시 예를 들어 상세히 설명하고 있다.
도 7을 참조하여 설명하면, 클럭 생성부(210)는 오실레이터 또는 크리스탈로부터 클럭을 제공받는다. 만약 무선 주파수 송수신기(230)가 16MHz로 동작을 한다면, 상기 오실레이터나 크리스탈은 16MHz 아날로그 클럭(211)을 제공한다.
이처럼 상기 클럭 생성부(210)는 16MHz 아날로그 클럭(211)을 입력받아 동일한 주파수의 디지털 클럭(212)으로 변경한 후, PLL(Phase Locked Loop)를 거쳐 만 들고자 하는 위상의 개수만큼 배수한 디지털 클럭(213)을 생성한다. 이때 증폭하고자 하는 디지털 클럭은 무선 주파수 송수신기(230)의 개수에 영향을 받는다. 본 과정에서는 4개의 무선 주파수 송수신기(230)를 사용하는 경우로서, 4배 증폭된 64MHz 주파수의 디지털 클럭을 생성한다.
이렇게 생성된 64MHz 디지털 클럭(213)은 위상 분배기(220)로 입력되고, 상기 위상 분배기(220)는 이를 각기 다른 위상을 가진 4개의 16MHz 주파수의 디지털 클럭으로 분배한다.
도 8 은 도 6의 구조에서 주파수 분배를 위한 위상 분배기의 구조를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 8과 같이, 상기 위상 분배기(220)는 제 1 플립플롭(221a)의 입력으로 64MHz가 입력되면, 출력은 1/2로 감소된 32MHz로 나타난다. 또한 출력은 입력위상과 동일한 위상(Q)과 반전된 위상() 두 종류가 나온다.
그리고 상기 제 1 플립플롭(221a)에서 출력되는 32MHz의 입력은 각기 다시 제 2 플립플롭(222a) 및 제 3 플립플롭(222b)의 입력으로 들어가게 된다.
그리고 상기 제 2 플립플롭(222a) 및 제 3 플립플롭(222b)은 입력으로 32MHz가 입력되면, 출력은 1/2로 감소된 16MHz로, 입력위상과 동일한 위상과 반전된 위상 두 종류가 각각 나온다.
이처럼 상기 위상 분배기(220)는 64MHz 디지털 클럭(213)은 상기 제 1 플립플롭(221a)에서 1/2된 32MHz의 0도 위상과 180도 위상을 가진 클럭을 생성하고, 다시 각기 다른 제 2 플립플롭(222a) 및 제 3 플립플롭(222b)에 입력되어 1/2된 16MHz의 출력을 생성하므로, 결과적으로 16MHz 4개의 위상을 가진 클럭을 생성하게 된다.
도 9 는 도 8의 구조를 갖는 위상 분배기에서 클럭이 생성되는 과정을 순서대로 보여준 도면이다.
도 9를 도 8과 함께 참조하여 설명하면, 제 1 플립플롭(221a)은 (a)인 64MHz 디지털 클럭을 입력으로 서로 위상이 반대인 (b), (c)인 32MHz 신호를 생성한다.
그리고 상기 (b), (c)인 32MHz 신호는 제 2 플립플롭(222a) 및 제 3 플립플롭(222b)으로 각각 입력되어, 1/2된 16MHz 0도(d), 90도(e), 180도(f), 270도(g)의 네 위상을 가진 신호를 생성한다.
이렇게 분배된 위상은 무선 주파수 송수신기(230)의 클럭원으로 사용된다.
한편, 도 9의 결과를 위상이 이동한 순서대로 나열하면 도 10과 같이 나타난다. 즉, 각 무선 주파수 송수신기(230)가 위상이 일정하게 이동된 클럭을 입력받아 메시지를 동일한 시간에 수신하게 되면, 무선 주파수 신호를 획득한 시점에서 가장 가까운 상승에지를 가지는 무선 주파수 수신기가 가장 빠른 시각 측정을 수행하게 된다. 참고로 동일한 시점에 무선 주파수 신호 획득을 위하여 무선 주파수 수신기는 동일한 안테나를 사용함으로서 무선 신호의 비결정성을 줄인다.
이어 시각 측정부(240)는 모든 무선 주파수 수신기로부터 오는 SFD를 측정하고, 그 중 가장 빠른 신호를 위치 측정에 필요한 데이터로 활용한다.
이에 따라, 4개의 위상을 사용하여 메시지를 획득하면 원래 무선 주파수 송수신기의 4배의 해상도를 얻을 수 있다. 즉, 무선 주파수 송수신기의 해상도(chip rate)가 8MHz인 경우, 클럭의 주기는 125나노초마다 반복되지만 N개의 송수신기를 사용하게 되면, N배의 해상도를 얻을 수 있어 송신기의 위치를 위치 오차없이 정확하게 측정하여 정밀한 위치를 결정지을 수 있게 된다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1 은 종래의 무선 주파수의 도착 시각 차이를 이용한 실시간 위치 추적 시스템의 RTLS 송수신기 구조를 상세히 나타낸 구성도
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 실시간 위치 추적 장치의 구조를 나타낸 구성도
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 쌍곡선을 이용한 태그의 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 태그의 메시지 구조를 나타내는 도면
도 5 는 무선 주파수 송수신기에서 발생할 수 있는 지터의 실시예를 설명하기 위한 도면
도 6 은 다중 디지털 무선 주파수 수신기를 이용한 RTLS 수신기의 구조를 나타낸 구성도
도 7 은 도 6의 구조를 통해 클럭 생성부가 클럭을 생성하는 과정을 보여준 도면
도 8 은 도 6의 구조에서 주파수 분배를 위한 위상 분배기의 구조를 상세히 나타낸 구성도
도 9 는 도 8의 구조를 갖는 위상 분배기에서 클럭이 생성되는 과정을 순서대로 보여준 도면
도 10은 도 9의 결과를 위상이 이동한 순서대로 나열한 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : RTLS 송신기 200 : RTLS 수신기
210 : 클럭 생성부 220 : 위상 분배기
221a : 제 1 플립플롭 222a : 제 2 플립플롭
222b : 제 3 플립플롭 230 : 무선 주파수 송수신기
240 : 시각 측정부 300 : RTLS 엔진

Claims (10)

  1. 자신의 정보를 무선 주파수를 통하여 출력하는 RTLS 송신기와,
    상기 RTLS 송신기에서 출력되는 정보가 수신된 시점을 기록하여 출력하는 적어도 하나 이상의 RTLS 수신기와,
    상기 RTLS 수신기에서 출력되는 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 상기 RTLS 송신기의 위치를 결정짓는 RTLS 엔진을 포함하고,
    상기 RTLS 수신기는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  2. 자신의 정보를 무선 주파수를 통하여 출력하는 RTLS 송신기와,
    상기 RTLS 송신기에서 출력되는 정보가 수신된 시점을 기록하여 출력하는 적어도 하나 이상의 RTLS 수신기와,
    상기 RTLS 수신기에서 출력되는 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 상기 RTLS 송신기의 위치를 결정짓는 RTLS 엔진을 포함하고,
    상기 RTLS 수신기는 다중 무선 주파수 송수신기를 구성하여 수신기들 간에 지역적 시각 동기를 제공하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  3. 자신의 정보를 무선 주파수를 통하여 출력하는 RTLS 송신기와,
    상기 RTLS 송신기에서 출력되는 정보가 수신된 시점을 기록하여 출력하는 적 어도 하나 이상의 RTLS 수신기와,
    상기 RTLS 수신기에서 출력되는 수신된 시각을 전달받고, 이를 이용하여 상기 RTLS 송신기의 위치를 결정짓는 RTLS 엔진을 포함하고,
    상기 RTLS 수신기는 단일의 공동 안테나를 사용하여 무선 신호를 획득하며, 다중 무선 주파수 송수신기를 사용하여 수신기들 간에 지역적 시각 동기를 제공하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 RTLS 수신기는
    만들고자 하는 위상의 개수만큼 배수한 디지털 클럭을 생성하는 클럭 생성부와,
    상기 클럭 생성부에서 생성된 디지털 클럭을 입력으로 각기 다른 위상의 클럭원을 출력하여 다중 무선 주파수 수신기에서 사용될 수 있도록 위상을 이동하는 위상 분배기와,
    상기 위상 분배기에서 제공되는 각기 다른 위상의 클럭원을 활용하여 SFD 신호를 생성하는 무선 주파수 수신기와,
    상기 무선 주파수 수신기에서 생성된 SFD 신호를 기반으로 무선 주파수의 도착 시각 차이를 측정하는 시각 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 클럭 생성부는 무선 주파수 송수신기의 개수에 상응하여 디지털 클럭을 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상 분배기는 적어도 2개 이상의 서로 다른 위상을 갖는 디지털 클럭으로 분배하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분배되는 디지털 클럭은 입력의 1/2로 감소된 출력으로 입력위상과 동일한 위상과 반전된 위상으로 각각 분배되는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 위상 분배기는
    상기 클럭 생성부로부터 입력되는 디지털 클럭 주파수의 1/2로 감소된 입력위상과 동일한 위상 및 반전된 위상을 갖는 제 1, 제 2 디지털 클럭을 출력하는 제 1 플립플롭과,
    상기 제 1 디지털 클럭을 입력으로 1/2로 감소된 입력위상과 동일한 위상 및 반전된 위상을 갖는 제 3, 제 4 디지털 클럭을 출력하는 제 2 플립플롭과,
    상기 제 2 디지털 클럭을 입력으로 1/2로 감소된 입력위상과 동일한 위상 및 반전된 위상을 갖는 제 5, 제 6 디지털 클럭을 출력하는 제 3 플립플롭을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3, 4, 5, 6 디지털 클럭은 0도, 90도, 180도, 270도의 네 위상을 각각 가지는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 시각 측정부는 모든 무선 주파수 수신기로부터 오는 SFD를 측정하고, 그 중 가장 빠른 신호를 위치 측정에 필요한 데이터로 활용하여 무선 주파수의 도착 시각 차이를 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5166694A (en) * 1991-08-20 1992-11-24 Hughes Aircraft Company Vehicle location system having enhanced position location processing
US20050248749A1 (en) 2004-05-10 2005-11-10 Ibeo Automobile Sensor Gmbh Method and an apparatus for distance measurement
KR100864939B1 (ko) * 2006-10-19 2008-10-22 부산대학교 산학협력단 확장형 실시간 위치 확인 및 추적 시스템 및 그 방법

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