KR20160033010A - 디지털 빔포밍 기반 리더 장치를 이용한 이동 차량 정보 추출 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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KR20160033010A KR1020140123905A KR20140123905A KR20160033010A KR 20160033010 A KR20160033010 A KR 20160033010A KR 1020140123905 A KR1020140123905 A KR 1020140123905A KR 20140123905 A KR20140123905 A KR 20140123905A KR 20160033010 A KR20160033010 A KR 20160033010A
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Abstract

본 발명은 디지털 빔포밍 기반 리더 장치를 이용한 이동 차량 정보 추출 방법, 장치 및 시스템을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 근거리 무선 센서와 연결된 디지털 빔포밍 기반 리더 장치에서 이동 차량 정보를 추출하는 방법으로서, (a) 상기 근거리 무선 센서로부터 트리거 신호를 수신하는 단계-상기 근거리 무선 센서는 차량이 이동하는 감시 영역에 주기적으로 무선 신호를 전송함-; (b) 상기 트리거 신호가 수신되는 경우, 국부발진기를 통해 기준 신호를 생성하는 단계; 상기 근거리 무선 센서에서 전송한 무선 신호에 의해 차량에 부착된 태그가 생성하는 태그 신호를 배열 안테나를 통해 수신하는 단계; (c) 디지털 빔포밍을 이용하여 상기 수신된 태그 신호를 방위각 방향으로 분리하는 단계; (d) 상기 분리된 태그 신호와 상기 기준 신호를 믹싱하는 단계; (e) 상기 믹싱된 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계; 및 (f) 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 피크값을 검출하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 단계를 포함하는 이동 차량 정보 추출 방법이 제공된다.

Description

디지털 빔포밍 기반 리더 장치를 이용한 이동 차량 정보 추출 방법, 장치 및 시스템{Method, apparatus and system to extract information of moving targets using digital beamforming based reader device}
본 발명은 디지털 빔포밍 기반 리더 장치를 이용한 이동 차량 정보 추출 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디지털 빔포밍 기반으로 태그를 부착한 이동 차량에 관한 정보를 추출할 수 있는 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
현재 도로에서 차량의 속도 위반 단속은 도로에 매설된 코일을 통해서 차량의 속도를 추출하고 속도가 제한 속도를 초과하는 경우 영상 정보를 획득한 후 번호판을 인식하여 과금하는 형태로 진행되고 있다.
하지만 이 방식은 과도한 유지비용이 들어 모든 시스템을 이 방식으로 구축해서 유지하기는 힘들며 이를 대체할 수 있는 기술에 대해 많은 연구가 진행 중이다.
이 중에 레이더 센서를 이용하는 방식은 야간에도 우수한 성능을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 과속 단속 외에도 도로 상태 감지, 차량 흐름 조사 등 다양한 목적으로 사용 가능하여 차세대 ITS (intelligent transportation system) 기술의 핵심 기술로 인식되고 있다.
한편, 한국공개특허 제2009-0101536호(발명의 명칭: 차량 등록증 카드를 이용한 주, 정차 및 속도위반 이동식무인 단속시스템)는 CCTV가 설치된 장소에 RFID 리더기 형태의 단속 장비를 연동시켜 교통법규를 위한 차량에 관한 정보를 획득하고, 레이저를 통해 속도 위반 차량을 단속하는 점을 개시하고 있으나, 이 시스템은 기존의 속도 단속 장비를 그대로 사용하며, 카메라로 차량을 인지하는 것을 RFID로 인지한 후 결과를 교통관제소와 연동되게 한 시스템이다. 그러나, 이는 복수의 차량의 아이디 및 속도를 동시에 추출하는 것과는 관련이 없다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 태그 인식 기술 및 레이더 기술이 융복합된 장치를 이용해서 다수의 이동 차량의 아이디 및 속도 정보를 동시에 획득하는 디지털 빔포밍 기반 리더 장치를 이용한 이동 차량 정보 추출 방법, 장치 및 시스템을 제안하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 근거리 무선 센서와 연결된 디지털 빔포밍 기반 리더 장치에서 이동 차량 정보를 추출하는 방법으로서, (a) 상기 근거리 무선 센서로부터 트리거 신호를 수신하는 단계-상기 근거리 무선 센서는 차량이 이동하는 감시 영역에 주기적으로 무선 신호를 전송함-; (b) 상기 트리거 신호가 수신되는 경우, 국부발진기를 통해 기준 신호를 생성하는 단계; 상기 근거리 무선 센서에서 전송한 무선 신호에 의해 차량에 부착된 태그가 생성하는 태그 신호를 배열 안테나를 통해 수신하는 단계; (c) 디지털 빔포밍을 이용하여 상기 수신된 태그 신호를 방위각 방향으로 분리하는 단계; (d) 상기 분리된 태그 신호와 상기 기준 신호를 믹싱하는 단계; (e) 상기 믹싱된 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계; 및 (f) 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 피크값을 검출하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 단계를 포함하는 이동 차량 정보 추출 방법이 제공된다.
상기 리더 장치는 RFID 리더이며, 상기 태그는 RFID 태그일 수 있다.
상기 근거리 무선 센서는, 상기 감시 영역으로 주기적으로 펄스 또는 동기 비트를 갖는 시퀀스를 전송하는 비콘일 수 있다.
상기 태그 신호는 태그 아이디를 FMCW(frequency modulation continuous wave) 변조한 신호일 수 있다.
상기 (b) 단계는, (b1) 데이터 1의 변조 신호에 해당하는 제1 기준 신호로 생성하는 단계; 및 (b2) 데이터 0의 변조 신호에 해당하는 제2 기준 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (d) 단계는, (d1) 상기 제1 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 단계; 및 (d2) 상기 제2 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 단계를 포함하되, 상기 (e) 단계는 상기 (d1) 및 (d2) 단계에서 믹싱된 신호를 각각 고속 푸리에 변환하며, 상기 (f) 단계는 상기 (d1) 및 (d2) 단계에서 믹싱된 신호 중 피크값이 큰 신호를 이용하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출할 수 있다.
상기 (f) 단계는 상기 (e) 단계에서의 디첩핑(dechirp)을 통해 검출된 하나의 펄스 구간에서 태그 신호와 기준 신호의 차이에 해당하는 업비트 주파수(fub) 및 다운비트 주파수(fdb)를 이용하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량에 부착된 태그 및 차량이 이동하는 감시 영역에 주기적으로 무선 신호를 전송하는 근거리 무선 센서와 연동하여 이동 차량 정보를 추출하는 장치로서, 상기 태그가 전송하는 태그 신호를 수신하는 복수의 배열 안테나 소자로 구성되는 배열 안테나; 상기 복수의 배열 안테나 소자를 통해 수신된 태그 신호를 방위각 방향으로 분리하는 디지털 빔포밍 회로; 상기 근거리 무선 센서로부터 트리거 신호가 수신되는 경우, 기준 신호를 생성하는 국부발진기; 상기 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 믹싱부; 상기 믹싱부에서 출력되는 신호를 고속 푸리에 변환하여 피크값을 검출하는 FFT/피크 검출부; 및 상기 검출된 피크값을 이용하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 연산부를 포함하는 이동 차량 정보 추출 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 차량에 부착된 태그로부터 태그 신호를 수신하여 이동 차량 정보를 추출하는 시스템으로서, 차량이 이동하는 감시 영역에 주기적으로 무선 신호를 전송하고, 상기 무선 신호의 전송과 함께 트리거 신호를 전송하는 하나 이상의 근거리 무선 센서; 및 상기 근거리 무선 센서로부터 트리거 신호를 수신하는 경우, 국부발진기를 통해 기준 신호를 생성하고, 상기 태그가 전송하는 태그 신호를 배열 안테나를 통해 수신하고, 디지털 빔포밍을 이용하여 상기 수신된 태그 신호를 방위각 방향으로 분리하고, 상기 분리된 태그 신호와 상기 기준 신호를 믹싱하고 상기 믹싱된 신호를 고속 푸리에 변환하며, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 피크를 검출하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 리더를 포함하는 이동 차량 정보 추출 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 디지털 빔포밍을 기반으로 이동 차량 정보를 추출하기 때문에 복수의 차선에서 이동하는 복수의 차량의 아이디 및 속도를 동시에 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동 차량 정보 추출 시스템 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리더, 비콘 및 태그 간 신호 처리 과정을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방위각 방향으로 태그 신호들을 분리하기 위한 디지털 빔포밍 기법을 도시한 도면.
도 4a는 태그 아이디가 데이터 비트 “1010” 인 경우 태그로부터 수신된 FMCW 변조 신호와 리더의 국부발진기가 발생시킨 기준 신호를 (시간, 주파수) 즉 (t,f) 도메인에서 나타낸 도면.
도 4b는 태그로부터 수신된 신호는 리더에서의 기준 신호와 믹싱되면서 dechirp(디첩핑)된 이후를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 변조 신호로부터 데이터를 복조하는 리더의 상세 구성을 도시한 도면.
도 6는 “10”을 FMCW 변조한 신호가 수신되는 상황에서 리더의 제1 브랜치에 의해 데이터가 복조되는 과정을 도시한 도면.
도 7은 수신 파형과 LO 파형(기준 신호)가 동일한 경우와 상이한 경우의 피크값을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
본 발명은 기존 코일이나 영상 센서가 아닌 전파를 사용하는 방식으로 이동 차량의 아이디 및 속도와 같은 정보를 추출하는 기술에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 태그를 부착한 다수의 이동 차량들의 아이디 및 속도 정보를 추출하기 위한 신호처리 방식을 제안하는 것으로 크게 세 가지 기술이 적용된다.
첫째는 각각의 차량으로부터 산란된 신호들을 방위각에 따라 구분해 주어야 하며 이를 위해서 배열안테나를 이용한 디지털 빔포밍 기술을 적용하였다. 그리고 방위각 방향으로 구분된 각각의 신호로부터 차량의 아이디를 획득하기 위해서 RFID 기술을 적용시켰고 수신 신호로부터 차량의 이동 속도 추출을 위해 차량에 부착된 RFID 태그가 FMCW(frequency modulation continuous wave) 펄스를 송신하도록 하였다. 각각의 기술적 배경은 다음과 같다.
배열 안테나를 이용한 디지털 빔포밍 기술은 기계식 회전이 아닌 전자적으로 빔을 회전시킬 수 있는 기술로서 배열 안테나에 적절한 가중치를 곱함으로써 특정 방향으로 빔이 향하도록 하는 것이 가능하다. 특히 수신 신호에 대해서 ADC(analog-to-digital converter) 후 디지털 단에서 연산이 가능하여 병렬적으로 가중치 값을 곱해서 여러 방향에서 입사되는 신호를 구분할 수도 있다.
RFID 시스템은 물품의 아이디 정보가 저장된 태그에 리더가 전파를 송수신하여 태그 아이디 정보를 읽고 이를 서버에 전송하여 개체의 정보를 알아내는 목적으로 사용된다. RFID 용도로 사용되는 태그는 백여 미터 장거리로 사용되는 능동형 태그와 십 미터 이내 단거리에 사용되는 수동형 태그와 능동형 태그와 수동형 태그의 중간 형태인 반 능동형 태그로 구분된다. 본 발명에서는 움직이는 차량에 부착하여 차량의 아이디 및 속도 정보를 식별하기 위한 장거리 태깅 목적으로 사용하기 때문에 차량에 능동형 태그를 부착하는 것으로 가정하였다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 차량의 속도 정보 추출을 위해 레이더에서 많이 사용되는 FMCW 변조 방식을 사용하였다. FMCW 방식은 송신할 때 사용했던 FMCW 펄스 신호와 산란되어 수신되는 FMCW 신호를 믹싱한 후 푸리에 변환을 하여 레이더와 표적 사이의 거리 및 상대 속도 추출을 위해 사용되는 방식이다.
또한, 감시 영역이 장치와 백여 미터 정도 떨어져 있는 상황이므로 태그는 능동형 태그를 사용해야 하며 태그가 감시 영역을 벗어나기 전에 태그 정보를 읽어야 하므로 리더 태그 간 메시지 교환이 최소화된 프로토콜을 사용해야 한다.
설명의 편의를 위해 태그 신호들이 분리되었다고 가정하고 또는 감시 영역에 하나의 태그 부착 차량만 있다고 가정한 후 아이디 및 속도 정보 추출과정을 기술하고 이어서 방위각 방향으로 태그 신호를 분리하는 과정을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동 차량 정보 추출 시스템 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시스템은 근거리 무선 센서(100), 리더(102) 및 이동 차량에 부착된 태그(104)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 근거리 무선 센서(100)은 비콘(beacon)일 수 있으며, 이동 차량이 지나가는 감시 영역에 무선 신호를 주기적으로 무선 전송한다.
이하에서는 근거리 무선 센서(100)가 비콘인 것으로 가정하여 설명한다.
본 실시예에 따르면, 비콘(100)는 복수 개로 설치될 수 있다.
리더(102)는 비콘(100)과 연결되며, 바람직하게 유선으로 연결될 수 있다.
리더(102)는 충분한 높이에 고정되어 설치될 수 있으며, 감시 영역 내로 태그(104)가 부착된 이동 차량이 진입할 때, 비콘(100) 및 태그(104)와 연동하여 신호를 주고받으면서 이동 차량의 태그 아이디 및 속도 정보를 추출한다.
비콘(100)은 주기적으로 펄스를 감시 영역으로 무선 전송하며 동시에 유선으로 연결된 리더(102)에 트리거 신호를 전송하여 리더(102)와 태그 간의 동기를 지원한다.
비콘(100)과 태그는 가까운 거리에 있으므로 태그는 에너지 디텍션을 통해서 펄스 신호의 존재를 감지할 수 있고 이 신호를 수신함과 동시에 태그(태그 모뎀부)는 태그 아이디에 상응하는 FMCW 변조된 신호를 전방으로 전송한다.
태그의 속도 정보, 즉 이동 차량의 속도를 정확히 추출하기 위해서는 태그(104)의 FMCW 변조 신호와 리더(102)내 LO(local oscillator: 국부발진기)의 FMCW 신호 간에 동기가 맞아야 한다.
비콘(100)의 트리거 신호가 동기를 맞추어주는 역할을 하는 것이지만 태그(104)가 에너지 디텍션을 하는 과정 및 이에 따라 태그(104)가 반응하는 시간 지연 등으로 리더(102)와 태그(104) 간 동기 오차가 발생해서 속도 정보에 오차가 발생할 수 있다.
그러므로 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비콘(100)이 감시 영역에 주기적으로 숏펄스(short pulse)를 전송하는 대신 동기 비트를 가진 시퀀스를 전송하도록 할 수 있다.
이 경우에도 비콘(100)이 시퀀스를 보내는 순간에 리더(102)에게는 유선으로 트리거 신호를 보내야 한다. 동기 비트를 가진 시퀀스를 수신한 태그(104)는 보통의 디지털 통신 단말기에서 이루어지는 PLL 한 carrier 동기 및 모뎀부에 의한 코드 동기를 수행하고 동기가 맞은 후에는 미리 설정된 시간 지연 후 아이디 정보에 상응하는 FMCW 신호를 전송할 수 있다.
태그(104)의 동기 과정 및 지연시간은 시스템적으로 고정시킬 수 있으므로 리더(102)는 태그(104)의 동기 및 지연시간 후에 태그(104)로부터 수신된 신호와 믹싱이 되도록 국부발진기를 통해 FMCW 신호를 발생시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리더, 비콘 및 태그 간 신호 처리 과정을 도시한 도면이다.
비콘(100)은 감시 영역에 주기적으로 펄스를 전송하며(단계 200) 이와 동시에 유선으로 연결된 리더(102)로 트리거 신호를 전송한다(단계 202).
태그(104)는 에너지 디텍션을 통해 태그 아이디에 상응하는 FMCW 신호를 전송한다(단계 204).
한편, 리더(102)는 트리거 신호의 수신 시 배열 안테나에 수신된 신호(태그가 전송하는 FMCW 신호)로부터 디지털 빔포밍을 적용시켜 방위각 방향으로 신호를 분리하고(단계 206), 태그 신호와 믹싱할 LO(local oscilator) 신호를 생성한다(단계 208). 여기서, 단계 206 내지 208는 동시에 수행된다.
이후, 리더(102)는 방위각 방향으로 구분된 각각의 태그 신호에 대해서 국부발진기에서 자체 발생한 기준 신호(LO 신호)를 믹싱한 후(단계 210), FFT(고속 푸리에 변환)를 수행해서 이동 차량의 속도를 추출하고(단계 212) 신호 복조를 통해 태그(104)의 아이디를 획득한다(단계 214).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방위각 방향으로 태그 신호들을 분리하기 위한 디지털 빔포밍 기법을 도시한 도면이다 .
각 배열 안테나 소자(300-1 내지 300-N)로 수신된 태그 신호(FMCW 신호)들의 위상은 FMCW 신호 입사각의 함수다. 태그 신호가
Figure pat00001
의 각으로 입사되는 경우 배열 안테나의 첫 번째 배열 안테나 소자(300-1)에 수신된 태그 신호의 위상과 n번째 배열 안테나 소자에 수신된 태그 신호의 위상차는 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure pat00002
여기서 d는 배열 안테나 소자 사이의 거리이고 c는 빛의 속도이다. 배열 안테나 소자에 수신된 태그 신호 벡터에 가중치(가중치 벡터)를 곱하면 각 배열 안테나 소자에 수신된 태그 신호의 위상을 동위상으로 만들 수 있다. 즉 n번째 배열 안테나 소자에 수신된 태그 신호에는 수학식 2에 해당하는 위상을 곱하면 된다.
Figure pat00003
가중치가 곱해진 각 배열 안테나 소자에서 태그 신호를 합산하면 동위상이 된 태그 신호가 더해져서 값이 커지게 되며 합해진 신호의 시간 도메인(domain)에서의 표현은 첫 번째 배열 안테나 소자에 수신된 수신 신호와 동일하게 된다.
리더(102)와 감시 영역의 차선들은 공간적으로 고정되어 있으므로 각 차선의 이동 차량의 태그(104)로부터 전송되는 신호가 배열 안테나 소자에 입력되는 방위각 및 입사신호의 최대 개수는 고정된다.
방위각이 고정되므로 디지털 빔포밍을 위한 가중치는 정해지며 차선의 수만큼 병렬로 가중치를 곱해서 각 차선에 있는 이동 차량의 태그(104)로부터 전송된 신호를 추출할 수 있다.
도 3은 이러한 과정을 도시한 것으로서
Figure pat00004
는 N개의 배열 안테나 소자에 수신된 신호가 Quadrature 수신기를 거쳐 얻어진 복소수 기저대역 함수이다. 또한
Figure pat00005
은 M개의 차선에서 전송된 태그 아이디를 추출하기 위한 가중치 벡터를 나타내고 여기서
Figure pat00006
는 배열 안테나에서 보았을 때 i번째 차선에서 입사되는 태그 신호의 방위각이다.
태그(104)가 전송하는 FMCW 신호는 태그 아이디 정보를 FMCW 변조한 것이다. 본 발명에서 제시한 FMCW 변조 방법은 데이터 값이 ‘1’ 인 경우 주파수가 선형적으로 증가했다가 같은 시간 구간만큼 감소하게 하고 데이터 값이 ‘0’ 인 경우는 주파수가 선형적으로 감소했다가 같은 시간 구간만큼 증가하게 하는 방식이다.
그러므로 ‘1’에 대한 FMCW 변조 파형은 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00007
여기서
Figure pat00008
는 반송주파수, B는 신호 대역폭,
Figure pat00009
는 펄스폭이다.
도 4a는 태그 아이디가 데이터 비트 “1010” 인 경우 태그(104)로부터 수신된 FMCW 변조 신호와 리더(102)의 국부발진기가 발생시킨 기준 신호를 (시간, 주파수) 즉 (t,f) 도메인에서 나타낸 도면이다.
리더(102)와 태그(104)가 동기가 정확히 맞았다면 도 4의
Figure pat00010
는 태그(104)로부터 전송된 신호가 리더(102)에 도달하는데 걸린 시간과 일치하게 된다. 또한 태그(104)의 접근 속도는 도플러 주파수를 일으키므로 태그(104)가 전송한 신호의 중심주파수는 최초 사용한 중심주파수보다
Figure pat00011
만큼 더 커진다.
태그(104)로부터 수신된 신호는 리더(102)에서의 기준 신호와 믹싱되면서 dechirp(디첩핑) 되면 한 펄스 구간에서 도 4(b)와 같이 일정한 두 주파수 즉 upbeat 주파수
Figure pat00012
와 downbeat 주파수
Figure pat00013
만을 갖게 된다. dechirp 된 신호에 대해서 FFT 연산을 수행하면 도 7과 같이 두 개의 피크 값을 갖는
Figure pat00014
와
Figure pat00015
를 찾을 수 있다. FMCW 신호 특성에 의해서 두 주파수
Figure pat00016
,
Figure pat00017
와 리더-태그간 거리 R과 태그 접근 속도 v간에는 수학식 4과 같은 관계가 있다.
Figure pat00018
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 변조 신호로부터 데이터를 복조하는 리더의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 리더(102) 내에 제공되는 모뎀부를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 리더(102)는 디지털 빔포밍 회로(500), 제1 브랜치(510) 및 제2 브랜치(520)를 포함할 수 있다.
제1 브랜치(510)는 제1 국부발진기(512), 제1 믹싱부(514) 및 제2 FFT/피크 검출부(516)를 포함할 수 있고, 제2 브랜치(520)는 제2 국부발진기(522), 제2 믹싱부(524) 및 제2 FFT/피크 검출부(526)를 포함할 수 있다.
실제로 리더(102)는 태그 아이디 정보를 미리 알 수는 없으므로 dechirp 과정을 위해서는 도 5에서처럼 두 개의 브랜치(branch)로 dechirp 과정을 수행해야 한다.
제1 브랜치(510)에서는 제1 국부발진기(512)에 의한 데이터 ‘1’ 변조 신호를 제1 기준 신호로 하고, 제2 브랜치(520)에서는 제2 국부발진기(522)에 의한 데이터 ‘0’ 변조 신호를 제2 기준 신호로 하여 이들 기준 신호를 수신된 태그 신호에 믹싱한 후 각각 FFT를 수행하며 FFT 결과 얻어진 파형의 피크값을 검출한다.
연산부(530)는 상기와 같이 검출된 피크값을 이용하여 태그 신호에 상응하는 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출한다.
주파수 관점에서 태그로부터의 수신 신호와 동일한 파형의 기준 신호가 믹싱된 경우 믹싱된 신호는 두 개의 상수 주파수만 갖게 되어 FFT 연산 결과 큰 두 피크값을 갖게 되고 수신 신호와 기준 신호가 다른 경우는 믹싱된 신호의 주파수가 시간에 따라 변하여 FFT 연산 결과 두드러진 피크값 존재하지 않는다.
그러므로 두 브랜치(510,520)에서 얻어진 최대값을 비교함으로써 데이터 복조가 가능하다.
도 5의
Figure pat00019
과
Figure pat00020
신호 파형의 길이는 태그 아이디를 포함하는 수신 신호 파형 길이와 동일하다. 결과적으로 리더(102)는 두 브랜치(510,520)에서 FFT를 수행한 후 피크값을 비교해서 데이터를 복조하면서 피크값이 큰 브랜치에서
Figure pat00021
와
Figure pat00022
를 추출해서 접근 속도 및 거리 정보를 추출할 수 있다.
도 6는 한 예시로서 “10”을 FMCW 변조한 신호가 수신되는 상황에서 리더(102)의 제1 브랜치(510)에 의해 데이터가 복조되는 과정을 나타내었다.
수신된 신호가 ‘1’인 경우 FMCW 파형은 기준 신호와 형태가 동일하므로 dechirp을 수행하고 FFT 연산을 하게 되면 도 7의 (a) 경우처럼 두 개의 피크값이 나와
Figure pat00023
와
Figure pat00024
를 찾을 수 있다. 수신 신호가 ‘0’일 때 dechirp을 수행하고 FFT 연산을 하게 되면 도 7의 (b) 경우처럼 피크값이 존재하지 않게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 근거리 무선 센서와 연결된 디지털 빔포밍 기반 리더 장치에서 이동 차량 정보를 추출하는 방법으로서,
    (a) 상기 근거리 무선 센서로부터 트리거 신호를 수신하는 단계-상기 근거리 무선 센서는 차량이 이동하는 감시 영역에 주기적으로 무선 신호를 전송함-;
    (b) 상기 트리거 신호가 수신되는 경우, 국부발진기를 통해 기준 신호를 생성하는 단계;
    상기 근거리 무선 센서에서 전송한 무선 신호에 의해 차량에 부착된 태그가 생성하는 태그 신호를 배열 안테나를 통해 수신하는 단계;
    (c) 디지털 빔포밍을 이용하여 상기 수신된 태그 신호를 방위각 방향으로 분리하는 단계;
    (d) 상기 분리된 태그 신호와 상기 기준 신호를 믹싱하는 단계;
    (e) 상기 믹싱된 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계; 및
    (f) 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 피크값을 검출하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 단계를 포함하는 이동 차량 정보 추출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리더 장치는 RFID 리더이며, 상기 태그는 RFID 태그인 이동 차량 정보 추출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 근거리 무선 센서는,
    상기 감시 영역으로 주기적으로 펄스 또는 동기 비트를 갖는 시퀀스를 전송하는 비콘인 이동 차량 정보 추출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태그 신호는 태그 아이디를 FMCW(frequency modulation continuous wave) 변조한 신호인 이동 차량 정보 추출 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 데이터 1의 변조 신호에 해당하는 제1 기준 신호로 생성하는 단계; 및
    (b2) 데이터 0의 변조 신호에 해당하는 제2 기준 신호를 생성하는 단계를 포함하는 이동 차량 정보 추출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 제1 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 단계; 및
    (d2) 상기 제2 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 단계를 포함하되,
    상기 (e) 단계는 상기 (d1) 및 (d2) 단계에서 믹싱된 신호를 각각 고속 푸리에 변환하며,
    상기 (f) 단계는 상기 (d1) 및 (d2) 단계에서 믹싱된 신호 중 피크값이 큰 신호를 이용하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 이동 차량 정보 추출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (f) 단계는 상기 (e) 단계에서의 디첩핑(dechirp)을 통해 검출된 하나의 펄스 구간에서 태그 신호와 기준 신호의 차이에 해당하는 업비트 주파수(fub) 및 다운비트 주파수(fdb)를 이용하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 이동 차량 정보 추출 방법.
  8. 차량에 부착된 태그 및 차량이 이동하는 감시 영역에 주기적으로 무선 신호를 전송하는 근거리 무선 센서와 연동하여 이동 차량 정보를 추출하는 장치로서,
    상기 태그가 전송하는 태그 신호를 수신하는 복수의 배열 안테나 소자로 구성되는 배열 안테나;
    상기 복수의 배열 안테나 소자를 통해 수신된 태그 신호를 방위각 방향으로 분리하는 디지털 빔포밍 회로;
    상기 근거리 무선 센서로부터 트리거 신호가 수신되는 경우, 기준 신호를 생성하는 국부발진기;
    상기 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 믹싱부;
    상기 믹싱부에서 출력되는 신호를 고속 푸리에 변환하여 피크값을 검출하는 FFT/피크 검출부; 및
    상기 검출된 피크값을 이용하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 연산부를 포함하는 이동 차량 정보 추출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 태그 신호는 태그 아이디를 FMCW(frequency modulation continuous wave) 변조한 신호인 이동 차량 정보 추출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 국부발진기는,
    데이터 1의 변조 신호에 해당하는 제1 기준 신호로 생성하는 제1 국부발진기; 및
    데이터 0의 변조 신호에 해당하는 제2 기준 신호를 생성하는 제2 국부발진기를 포함하는 이동 차량 정보 추출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 믹싱부는,
    상기 제1 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 제1 믹싱부; 및
    상기 제2 기준 신호와 상기 태그 신호를 믹싱하는 제2 믹싱부를 포함하고,
    상기 FFT/피크 검출부는,
    상기 제1 믹싱부에서 믹싱된 신호를 각각 고속 푸리에 변환하여 피크값을 검출하는 제1 FFT/피크 검출부; 및
    상기 제2 믹싱부에서 믹싱된 신호를 각각 고속 푸리에 변환하여 피크값을 검출하는 제2 FFT/피크 검출부를 포함하고,
    상기 연산부는 믹싱된 신호 중 피크값이 큰 신호를 이용하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 이동 차량 정보 추출 장치.
  12. 차량에 부착된 태그로부터 태그 신호를 수신하여 이동 차량 정보를 추출하는 시스템으로서,
    차량이 이동하는 감시 영역에 주기적으로 무선 신호를 전송하고, 상기 무선 신호의 전송과 함께 트리거 신호를 전송하는 하나 이상의 근거리 무선 센서; 및
    상기 근거리 무선 센서로부터 트리거 신호를 수신하는 경우, 국부발진기를 통해 기준 신호를 생성하고, 상기 태그가 전송하는 태그 신호를 배열 안테나를 통해 수신하고, 디지털 빔포밍을 이용하여 상기 수신된 태그 신호를 방위각 방향으로 분리하고, 상기 분리된 태그 신호와 상기 기준 신호를 믹싱하고 상기 믹싱된 신호를 고속 푸리에 변환하며, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 피크를 검출하여 차량의 속도 및 태그 아이디를 추출하는 리더를 포함하는 이동 차량 정보 추출 시스템.
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