TPMS(Tire Pressure Monitoring System)는 차량의 주행 또는 정차시 타이어의 압력 또는 온도 등에 따른 이상 유무를 측정하여 수신기의 표시장치에 해당 상황을 나타내주도록 설계된 안전 보조 시스템이다. TPMS의 센서부에서 측정한 데이터를 자동차 내부의 신호처리부로 무선통신을 이용하여 전송하는데, 통신 시에 다양한 간섭으로 인한 통신 장애가 발생할 수 있다. 대표적인 TPMS 간섭으로 아마추어 무선국, 컨테이너 관리용 RFID(Radio-Frequency IDentification), RKE(Remote Keyless Entry) 신호 등을 들 수 있다. 이러한 다양하면서도 높은 전력을 가지는 간섭들을 제거하기 위하여 본 논문에서는 빔형성(Beamforming) 기술을 고려한다. 이에 따른 데이터 구조 및 빔형성기에 알맞는 차량내부의 안테나 배치 등을 제안한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 본 논문에서 제안된 기술의 간섭제거 성능을 확인 할 것이다.
TPMS(Tire Pressure Monitoring System)는 차량의 주행 또는 정차시 타이어의 압력 또는 온도 등에 따른 이상 유무를 측정하여 수신기의 표시장치에 해당 상황을 나타내주도록 설계된 안전 보조 시스템이다. TPMS의 센서부에서 측정한 데이터를 자동차 내부의 신호처리부로 무선통신을 이용하여 전송하는데, 통신 시에 다양한 간섭으로 인한 통신 장애가 발생할 수 있다. 대표적인 TPMS 간섭으로 아마추어 무선국, 컨테이너 관리용 RFID(Radio-Frequency IDentification), RKE(Remote Keyless Entry) 신호 등을 들 수 있다. 이러한 다양하면서도 높은 전력을 가지는 간섭들을 제거하기 위하여 본 논문에서는 빔형성(Beamforming) 기술을 고려한다. 이에 따른 데이터 구조 및 빔형성기에 알맞는 차량내부의 안테나 배치 등을 제안한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 본 논문에서 제안된 기술의 간섭제거 성능을 확인 할 것이다.
The TPMS(Tire Pressure Monitoring System) is an electronic system designed to display the air pressure inside the pneumatic tires and report real-time tire-pressure information to the driver of the vehicle, either via a gange, a pictogram display, or a simple low-pressure warning light. Although the...
The TPMS(Tire Pressure Monitoring System) is an electronic system designed to display the air pressure inside the pneumatic tires and report real-time tire-pressure information to the driver of the vehicle, either via a gange, a pictogram display, or a simple low-pressure warning light. Although the data measured by TPMS sensor is transmitted to internal signal processer in a vehicle through wireless communication, the receiver may suffers from various interferences such as amateur radio station, RFID(Radio-Frequency IDentification) for controlling container, RKE(Remote Keyless Entry) signal, and so on. In this paper, we consider beamforming technology to suppress various high-power interference signals for the TPMS wireless communications. Also, we propose the proper data structure and antenna arrangement for the beamformer inside the vehicle. The performance for the interference suppression is illustrated by computer simulation example.
The TPMS(Tire Pressure Monitoring System) is an electronic system designed to display the air pressure inside the pneumatic tires and report real-time tire-pressure information to the driver of the vehicle, either via a gange, a pictogram display, or a simple low-pressure warning light. Although the data measured by TPMS sensor is transmitted to internal signal processer in a vehicle through wireless communication, the receiver may suffers from various interferences such as amateur radio station, RFID(Radio-Frequency IDentification) for controlling container, RKE(Remote Keyless Entry) signal, and so on. In this paper, we consider beamforming technology to suppress various high-power interference signals for the TPMS wireless communications. Also, we propose the proper data structure and antenna arrangement for the beamformer inside the vehicle. The performance for the interference suppression is illustrated by computer simulation example.
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문제 정의
TPMS는 각 TPMS 송신기의 전파를 수신기가 직접 수신하는 방식인 제1세대형, 하나의 별도 송신기로 TPMS 측정을 명령하는 방식인 제2세대형, 각 타이어 근처 부위에서 TPMS 측정을 실시하는 제3세대형, 각 타이어 근처 부위에서 TPMS 측정 명령을 주고 다시 근처 안테나를 통해 TPMS 신호를 수신하는 방식인 제4세대형으로 분류할 수 있다. 본 논문에서는 TPMS에 빔형성 기술을 고려하기 위하여 차량 중심부에 네 개의 수신안테나를 일렬로 배치시키는 방식을 제안한다. 또한, 빔형성 기술을 고려한 무선통신에 적합한 데이터 구조를 제안한다.
본 논문에서는 TPMS에 빔형성기를 적용시키기 위하여 자동차의 중앙에 일직선으로 배치되어 각 타이어에 부착된 송신 안테나로부터 측정된 데이터들을 수신하는 안테나 구조를 제안한다. 제안된 수신 안테나의 구조는 그림 1과 같이 네 개의 배열 요소를 가진다.
그림 2는 제안된 TPMS 무선통신용 데이터 구조를 나타낸다. 본 논문에서는 어느 한 타이어의 TPMS 무선통신 시 다른 세 개의 타이어의 통신에 의한 간섭을 차단하기 위하여, 한 타이어의 TPMS 송신기가 데이터를 전송할 시에는 다른 타이어의 TPMS 송신기는 데이터를 전송하지 않는 방법을 사용한다.
하지만, 국내에서 RKE, 아마추어 무선국, 컨테이너 관리용 RFID 등의 장치들이 433MHz 부근의 주파수 대역을 사용하고 있고, TPMS 신호에 비해 고출력의 신호를 사용하고 있기 때문에 이들 장치들은 TPMS에 대하여 상당히 심각한 간섭을 제공할 수 있을 것으로 판단된다[5]. 본 논문에서는 이러한 간섭들을 제거하기 위하여 채널기반의 빔형성 기술을 TPMS 수신기에 사용하는 방법을 제안한다.
본 장에서는 간섭제거용 빔형성기를 고려한 TPMS 무선통신 시 필요한 데이터 구조를 제안한다. 그림 2는 제안된 TPMS 무선통신용 데이터 구조를 나타낸다.
TPMS 무선통신 시에 아마추어 무선국, RKE, 컨테이너관리용 RFID 등 TPMS와 동 주파수대역을 사용하는 다양한 고전력 간섭들이 존재한다. 이러한 간섭들을 제거하기 위해 TPMS에 적합한 빔형성 기술을 소개한다. 빔형성기에는 다양한 적응 알고리즘(Adaptive Algorithm)들이 적용될 수 있는데, 그 중 간섭제거 성능이 우수한 MVDR (Minimum Variance Distortionles -s Response) [7], [8] 기술을 고려한다.
TPMS 센서부에서 차량 내부에 위치한 신호처리부로 신호를 전송할 시, 간섭이 존재한다면 신호처리부에서 잘못된 데이터를 수신하게 되어 타이어 이상 유무를 제대로 판단할 수 없게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 논문에서는 MVDR 빔형성기를 사용하여 간섭을 제거하는 기술을 고려하였고, 이에 따른 자동차 중앙부에 위치한 안테나 배열과 데이터 구조를 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 MVDR 빔형성기의 TPMS 간섭제거 성능을 확인할 수 있다.
가설 설정
시뮬레이션을 위해 차량 중앙부에 설치된 네 개의 신호처리부 수신 안테나를 가정하였고, TPMS 수신신호에 영향을 미치는 세 개의 간섭신호를 고려하였다. 또한, 채널은 단일-탭 채널을 사용하였고, 간섭제거 성능을 보이기 위해 정확한 채널추정이 이루어졌다고 가정하였다.
d(independent and identically distribute -d) 원소로 구성되어 있는 ‘0’과 σ2를 각각 평균과 분산으로 가지는 AWGN(additive white Gaussian noise; 백색 가우시안 잡음)을 뜻한다. 본 논문에서는 한 데이터 패킷을 전송하는 동안 채널이 변하지 않으며, 각 채널은 단일 탭(one- tap)으로 가정한다.
본 장에서는 TPMS 간섭제거를 위해 제시된 빔형성 기술의 성능을 확인하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 보인다. 시뮬레이션을 위해 차량 중앙부에 설치된 네 개의 신호처리부 수신 안테나를 가정하였고, TPMS 수신신호에 영향을 미치는 세 개의 간섭신호를 고려하였다. 또한, 채널은 단일-탭 채널을 사용하였고, 간섭제거 성능을 보이기 위해 정확한 채널추정이 이루어졌다고 가정하였다.
제안 방법
본 논문에서는 TPMS에 빔형성 기술을 고려하기 위하여 차량 중심부에 네 개의 수신안테나를 일렬로 배치시키는 방식을 제안한다. 또한, 빔형성 기술을 고려한 무선통신에 적합한 데이터 구조를 제안한다.
는 켤레복소수 전치(transpose)를 나타낸다. 본 논문에서는 [8]의 MVDR 빔형성기 가중치 벡터의 계산에 어레이 벡터를 대신하여 TPMS 신호에 대한 채널 벡터를 사용하였다. 식 (2)를 만족시키는 MVDR 빔포밍 가중치 벡터는 식 (3)과 같이 주어진다.
성능/효과
그림에서 볼 수 있듯이, 빔포밍을 사용하지 않았을 경우의 출력 SINR은 ISR에 비례하지만, MVDR 빔형성기를 적용하였을 경우 간섭제거가 이루어져, 출력 SINR은 ISR에 관계없이 거의 일정한 것을 확인할 수 있다. 즉, 두 그림들로부터 MVDR 빔형성기를 통하여 TPMS에 영향을 미치는 간섭들이 거의 완벽하게 제거되었음을 확인할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
TPMS 무선통신 시에 다양한 고전력 간섭 발생하는데 이를 제거하기위해 어떤 기술이 소개되었는가?
TPMS 무선통신 시에 아마추어 무선국, RKE, 컨테이너관리용 RFID 등 TPMS와 동 주파수대역을 사용하는 다양한 고전력 간섭들이 존재한다. 이러한 간섭들을 제거하기 위해 TPMS에 적합한 빔형성 기술을 소개한다. 빔형성기에는 다양한 적응 알고리즘(Adaptive Algorithm)들이 적용될 수 있는데, 그 중 간섭제거 성능이 우수한 MVDR (Minimum Variance Distortionles -s Response) [7], [8] 기술을 고려한다.
대표적인 TPMS 간섭에는 무엇이 있는가?
TPMS의 센서부에서 측정한 데이터를 자동차 내부의 신호처리부로 무선통신을 이용하여 전송하는데, 통신 시에 다양한 간섭으로 인한 통신 장애가 발생할 수 있다. 대표적인 TPMS 간섭으로 아마추어 무선국, 컨테이너 관리용 RFID(Radio-Frequency IDentification), RKE(Remote Keyless Entry) 신호 등을 들 수 있다. 이러한 다양하면서도 높은 전력을 가지는 간섭들을 제거하기 위하여 본 논문에서는 빔형성(Beamforming) 기술을 고려한다.
TPMS이란 무엇인가?
TPMS(Tire Pressure Monitoring System)는 차량의 주행 또는 정차시 타이어의 압력 또는 온도 등에 따른 이상 유무를 측정하여 수신기의 표시장치에 해당 상황을 나타내주도록 설계된 안전 보조 시스템이다. TPMS의 센서부에서 측정한 데이터를 자동차 내부의 신호처리부로 무선통신을 이용하여 전송하는데, 통신 시에 다양한 간섭으로 인한 통신 장애가 발생할 수 있다.
참고문헌 (8)
김병우, "타이어 공기압 모니터링 시스템의 판단 로직 설계에 관한 연구," 한국산학기술학회논문지, Vol. 7, No. 3, pp. 285-290, June. 2006.
천재영, 조평동, "타이어 공기압 감지 시스템 기술 동향," 전자통신동향분석, 제20권, 제6호 pp. 167-177, Dec. 2005.
M. Brzeska, and G. A. Chakam, "RF Modelling and Characterization of a Tyre Pressure Monitoring System," in Proc. EuCAP 2007, Edinburgh, pp. 1-6, Nov. 2007.
M. Brzeska, J. Pontes, G. A. Chakam, and W. Wiesbeck, "RF-Design Characterization and Modelling of Tyre Pressure Sensors," in Proc. EuCAP 2007, Edinburgh, pp. 1-5, Nov. 2007.
정보통신부, "차량용 주파수 분배방안" 차량용 주파수 분배 공청회, pp. 20-28, July. 2005.
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P. Pal and P. P. Vaidyanathan, "Frequency Invariant MVDR Beamforming without Filters and Implementation using MIMO Radar," ICASSP 2009 (Taipei), pp. 2081-2084, Apr. 2009.
M. D. Zoltowski and A. S. Gecan, "Advanced Adaptive Null Steering Concepts for GPS," in Proc. of the IEEE Military Communications Conf., (San Diego, CA), pp. 1214-1218, Nov. 1995.
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