KR20110087602A - Method for measuring distance using clock offset - Google Patents
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Abstract
Description
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.Disclosed is a distance measuring method using a clock offset. In particular, a method of measuring a distance between a master device and a slave device by counting a clock from a time point at which a distance measurement packet is transmitted to a time point received is disclosed.
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.In general, a signal is transmitted and received by measuring a distance between a transmitter and a receiver. In particular, a time of arrival (ToA) distance measurement is a technique of transmitting and receiving signals between two transceivers and estimating a distance between the transceivers based on a time at which the signals are transmitted and received.
현재까지 잘 알려진 거리 측정 기법으로는, OWR(One Way Ranging), 및 Two Way Ranging(TWR)이 존재한다.Well-known distance measurement techniques to date include One Way Ranging (OWR) and Two Way Ranging (TWR).
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. When using the OWR, the distance between the transmitting device receiving apparatuses can be measured by transmitting and receiving a signal once. At this time, when the receiving device does not know when the signal is transmitted, it is difficult to measure the distance between the transmitting device and the receiving device.
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.In addition, when using the TWR, the distance between the transmitting and receiving devices can be measured by receiving a signal transmitted from the transmitting device at the receiving device and transmitting the received signal to the transmitting device after a predetermined time. In this case, a clock drift occurs. When converting 1 clock (20ns) into distance, it corresponds to 7m, so the error of distance between transmitter and receiver is very large with only one clock error.
이에 따라, 클럭 오차를 감소시켜 송신 장치와 수신 장치 간의 거리 오차를 감소시킬 수 있는 기술이 필요하다.Accordingly, there is a need for a technique capable of reducing a distance error between a transmitter and a receiver by reducing a clock error.
본 발명은 슬레이브 기기에서의 응답 시간을 감소시켜 클럭 오차를 감소시킬 수 있는 거리 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a distance measuring method that can reduce the clock error by reducing the response time in the slave device.
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.The ranging method may include transmitting a ranging packet, receiving the transmitted ranging packet, and a time interval in which the ranging packet is received using the received ranging packet. Obtaining a first delay and a fractional delay, calculating a time point at which the ranging packet is received using the obtained first and second delays, and measuring the transmitted distance Receiving delay information calculated based on a packet, and a time point when the ranging packet is received, and a time from when the ranging packet is transmitted to when the ranging packet is received using the delay information. It may include the step of calculating.
거리 측정 방법은, 거리 측정 패킷을 수신하자마자 바로 송신 장치로 전송함으로써, 수신 장치에서의 응답 시간(response time)을 감소시킬 수 있다.The distance measuring method may reduce the response time at the receiving device by transmitting the ranging packet to the transmitting device as soon as it is received.
또한, 거리 측정 패킷이 전송된 이후에 계산된 클럭 오차를 이용하여 송신 장치와 수신 장치 간의 거리를 측정함으로써, 거리 측정의 정확도를 향상 시킬 수 있다.In addition, by measuring the distance between the transmitter and the receiver using a clock error calculated after the distance measurement packet is transmitted, it is possible to improve the accuracy of the distance measurement.
도 1은 거리 측정 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 2는 클럭 오차를 계산하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.1 is a flowchart provided to explain a distance measuring method.
2 is a diagram provided to explain a method of calculating a clock error.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described an embodiment of the present invention.
도 1은 거리 측정 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.1 is a flowchart provided to explain a distance measuring method.
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.Referring to FIG. 1, a transmitting device may transmit a ranging packet to a receiving device (S110). For example, a master device may be used as the transmitting device and a slave device may be used as the receiving device.
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.Then, the receiving device may receive the distance measurement packet transmitted from the transmitting device and transmit the received packet to the transmitting device. At this time, the receiving device may immediately transmit the ranging packet transmitted from the transmitting device to the transmitting device.
그러면, 송신 장치는 수신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷을 수신할 수 있다(S130). Then, the transmitting device may receive the distance measurement packet transmitted from the receiving device (S130).
이어, 수신 장치는 거리 측정 패킷이 전송되는 시간에 해당하는 제1 및 제2 딜레이를 획득할 수 있다. Subsequently, the receiving device may acquire first and second delays corresponding to the time at which the ranging packet is transmitted.
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. In this case, as shown in FIG. 2, the receiving device may acquire first and second delays corresponding to a
일례로, 수신 장치는, 송신 장치로부터 전송된 거리 측정 패킷을 대상으로, 패킷 탐색(packet detection)을 수행하여 제1 딜레이를 획득할 수 있다.In one example, the receiving device may perform packet detection on the ranging packet transmitted from the transmitting device to obtain a first delay.
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.More specifically, the response time (T Reply : 220) is already promised between the transmitting and receiving devices at 10 clocks, and the transmitting device transmits the distance measuring packet at 0 clock (T 0 ), and the receiving device transmits the distance measuring packet at 10.5 clock. When receiving, the receiving device may perform a packet search to obtain a first delay 10 clock corresponding to the
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. In this case, the receiving device may obtain the second delay by using a super resolution (SR) technique, a correlation, or the like, for the ranging packet transmitted from the transmitting device. For example, 0.5 clocks corresponding to a fraction of 10.5 clocks at which the ranging packet is received may be obtained as the second delay.
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.Then, the time point at which the ranging packet is transmitted from the receiving device to the transmitting device may be 20.5 clocks plus 10.5 clocks corresponding to the time at which the receiving device receives the ranging packet and 10 clocks of response time. In this case, since the 20.5 clock includes a decimal number 0.5, the receiving device may transmit the ranging packet to the transmitting device at 20 or 21 clocks.
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. In this case, when the ranging packet is transmitted to the transmitting apparatus at 20 clocks, a clock error of -0.5 clocks may occur. Similarly, when the ranging packet is transmitted to the transmitting device at 21 clocks, a clock error of +0.5 clocks may occur.
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. Then, the receiving device may generate the clock error generated by the ranging packet transmitted from the transmitting device as delay information (S150). For example, when the ranging packet is transmitted to the transmitter at 20 clocks, the delay information may be -0.5 clocks. In this case, the delay information may be equal to the second delay 0.5 clock.
이어, 송신 장치는 딜레이 정보를 수신 장치로부터 수신할 수 있다(S160). 이때, 수신 장치는 딜레이 정보를 데이터 패킷에 실어서 송신 장치로 전송할 수 있다.Subsequently, the transmitting apparatus may receive the delay information from the receiving apparatus (S160). In this case, the receiving device may load the delay information into the data packet and transmit the delay information to the transmitting device.
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..Then, the transmitting apparatus may calculate a time (T OF : 210) at which the ranging packet is transmitted using the received delay information. That is, the transmitting device may calculate the time from when the ranging packet is transmitted by the transmitting device to the timing when the ranging packet is received by the receiving device.
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. For example, when the ranging packet is received at a 30.5 clock, the transmitting device may acquire first and second delays corresponding to a
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.In this case, like the receiving apparatus, the transmitting apparatus may acquire a first delay at 30 clocks by performing a packet search on the ranging packet transmitted from the receiving apparatus to the transmitting apparatus.
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.For example, in the case of packet search, the transmitting device may acquire a first delay by counting an integer clock from a time point at which the distance measurement packet is transmitted to a time point at which the distance measurement packet is received again.
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.In addition, the transmitting apparatus may acquire the second delay with a clock of 0.5 by using an SR technique or correlation for the ranging packet transmitted from the receiving apparatus to the transmitting apparatus. Then, the transmitting device may calculate the time point T 1 at which the ranging packet transmitted from the receiving device is received using the sum of the first and second delays. In one example, the time point T 1 at which the ranging packet is received may be 30.5 clocks.
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).At this time, the transmitter transmits the distance measurement packet (T) by using Equation 1 below based on the response time (T Reply ), the time point at which the distance measurement packet is received (T 1 ), and the delay information (ε). OF : 210) can be calculated (S170).
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.For example, when the response time is promised to 10, the delay information is -0.5, and the time point T 1 at which the ranging packet is received is 30.5 clocks, the transmitting apparatus transmits the ranging packet by using Equation 1. The time to be taken (T OF : 210) can be calculated as 10.5. That is, in operation S110, the transmitting device may calculate a time required for the distance measurement packet to be transmitted from the transmitting device to the receiving device. Accordingly, the distance error due to the clock error can be reduced.
그리고, 송신 장치는, 거리 측정 패킷이 전송되는 시간(TOF: 210)을 기초로 수신 장치와의 거리를 측정할 수 있다(S180).Then, the transmitting apparatus may measure the distance to the receiving apparatus based on the
일례로, 송신 장치는 아래의 수학식 2를 이용하여 수신 장치와의 거리를 측정할 수 있다.For example, the transmitting apparatus may measure the distance to the receiving apparatus using Equation 2 below.
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. In Equation 2, when the transmitting device is A and the receiving device is B, the distance d AB between the transmitting and receiving devices can be measured by multiplying the time at which the ranging packet is transmitted (T OF : 210) and the speed of light (c). have.
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.In addition, the communication apparatus, the terminal apparatus, and the interference alignment method according to the embodiments of the present invention include a computer readable medium including program instructions for performing various computer-implemented operations. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The media may be program instructions that are specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
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.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
Claims (5)
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.Transmitting a ranging packet;
Receiving the transmitted ranging packet;
Obtaining a first delay and a fractional delay corresponding to a time interval in which the ranging packet is received using the received ranging packet;
Calculating a time point at which the ranging packet is received using the obtained first and second delays;
Receiving delay information calculated based on the transmitted ranging packet; And
Calculating a time from when the distance measurement packet is received and when the distance measurement packet is received to when the distance measurement packet is received using the delay information.
Distance measuring method comprising a.
상기 거리 측정 패킷을 수신하는 단계는,
상기 거리 측정 패킷을 수신하자마자 바로 상기 슬레이브 기기로부터 전송된 상기 거리 측정 패킷을 수신하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.The method of claim 1,
Receiving the ranging packet,
And receiving the ranging packet transmitted from the slave device immediately after receiving the ranging packet.
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. The method of claim 2,
Measuring a distance to a slave device using the calculated time;
Further comprising:
And a time from when the distance measurement packet is transmitted to when it is received by the slave device.
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.The method of claim 2,
The delay information includes a clock error (Clock Drift),
Receiving the ranging packet,
And receiving the delay information calculated after transmitting the ranging packet from the slave device.
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. The method of claim 1,
The first delay may include an integer delay corresponding to a time interval in which the ranging packet is transmitted or a time interval in which the distance measurement packet is received, and is obtained by using packet detection.
The second delay may include a fractional delay corresponding to a time interval in which the ranging packet is transmitted or a time interval in which the distance measurement packet is received, and is obtained using a correlation or a super resolution (SR) technique. Distance measurement method.
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