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3차원 TDOA 위치인식 시스템에서 트리거 신호를 이용한 다중경로 영향 감소에 관한 연구
A Study on Multipath Effect Mitigation using Trigger Signal in the 3D TDOA Positioning System 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.14 no.4, 2014년, pp.149 - 155  

오종택 (한성대학교 정보통신공학과)

초록
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실내에서의 위치 인식 기술에 대한 연구가 매우 활발하며 음향 신호를 이용한 TDOA 기술이 많이 사용되고 있다. 그러나 TDOA 기술의 단점은 신호의 전송 과정에서 다중 경로에 의한 신호의 왜곡에 매우 취약하다는 것이다. 특히 스마트폰의 위치를 인식하는 경우에는 스마트폰에서 음향신호의 왜곡이 심하며, 무선랜이나 블루투스를 이용하여 시간 기준 신호를 전송하는 경우에는 무선 신호의 지터가 발생하여 위치 측정기에서 시간 기준 신호로 사용하기가 어렵다. 본 논문에서는 위치 측정을 위한 음향 신호를 전송하기 전에 위치 측정기에서 신호의 수신을 준비할 수 있도록 음향 트리거 신호를 전송하는 방법을 제안하고, 다중경로 영향의 감소 효과를 실험을 통해 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A study on the indoor positioning system has been active recently, and TDOA technique using acoustic signal has been used generally. The drawback of the TDOA is very weak against signal distortion due to multipath effect. Especially to estimate the smartphone position, the sound distortion is very s...

주제어

#3D positioning   #TDOA   #Multipath   #Trigger  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 스마트폰의 위치 추정을 위해 특별한 신호 발생 장치를 사용하지 않고 일반인들이 사용하는 범용 스마트폰을 대상으로 실내 위치를 추정하기 위해서는 기존의 방식과는 다른 기술을 사용해야 한다. 본 논문에서는 스마트폰의 실내 위치를 추정하기 위해서 스마트폰에서 발생하는 음향 신호의 설계에 관한 것으로, 실용적으로 사용될 수 있는 기술이 될 것이다.
  • 본 논문은 스마트폰의 음향 신호를 이용하여 실내에서의 스마트폰의 위치를 추정하는 연구에 관한 것으로, 기존의 연구 환경 조건과는 다른 점이 있다. 즉, 위치 측정을 위한 전용 음향 발생 장치와는 다르게 스마트폰의 음향 장치에서는 신호의 왜곡이 심하여 지연 시간 차이를 측정하기 위하여 흔히 사용하는 선형 FM(Linear Frequency Modulation) 신호의 왜곡이 매우 크다.
  • 위에서 제시한 스마트폰의 음향 신호를 이용한 실내 위치 인식 기술의 실제적인 환경 조건과 문제들을 분석하고 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 음향 트리거 신호를 도입하였다. 즉, 스마트폰의 위치를 측정하기 위한 음향 신호를 발생하기 전에, 스마트폰에서 주파수가 낮은 음향 트리거 신호를 발생한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GPS 위성은 도심지에서 어떠한 문제가 있는가? 한편 GPS 위성은 TOA(Time of Arrival) 방식을 사용하므로 도심지의 고층 건물 사이에서는 전파 신호의 다중 경로 영향으로 위치 추정 오차가 증가하는 문제가 있다. TOA 방식은 신호원에서 발생된 시간 기준 신호와 위치 추정을 위한 신호가 여러 개의 수신기에 도달하는 시간의 차이를 이용하여 신호원의 위치를 추정하는 기술이다[1].
TOA 방식은 어떠한 기술인가? 한편 GPS 위성은 TOA(Time of Arrival) 방식을 사용하므로 도심지의 고층 건물 사이에서는 전파 신호의 다중 경로 영향으로 위치 추정 오차가 증가하는 문제가 있다. TOA 방식은 신호원에서 발생된 시간 기준 신호와 위치 추정을 위한 신호가 여러 개의 수신기에 도달하는 시간의 차이를 이용하여 신호원의 위치를 추정하는 기술이다[1]. 신호가 전달되는 과정에서 다중경로에 의한 신호의 중첩이 발생하면 신호가 왜곡되고 여러 개의 유사한 모양의 신호가 생성된다.
수신기에서의 안테나나 마이크의 지향성을 크게 하여 직접 경로 이외의 수신신호를 차단하는 방법에는 어떠한 단점이 있는가? 이 다중 경로 문제를 해결하기 위해 수신기에서의 안테나나 마이크의 지향성을 크게 하여 직접 경로 이외의 수신신호를 차단하는 방법이나, Kalman 필터나 Maximum Likelihood 등을 이용한 추정 기법, cross correlator의 변경 기법 등이 연구되어 왔다[3]. 그러나 마이크 수신기의 지향성을 크게 하여 직접 경로의 신호만을 수신하도록 흡수체를 제작하는 것도 어렵고, 위치 측정기의 거의 정면에서 신호원이 적당한 거리에 떨어져 있을 때만 위치 추정이 가능하므로 활용도가 매우 떨어진다. 또한 Kalman 필터나 ML 기술을 적용하여 효과를 얻기 위해서는 계산량이 매우 많고 적용 환경과 효과가 제한적인 문제점이 있다.
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참고문헌 (6)

  1. S.Zekavat and R.Buehrer, Handbook of position location: Theory, practice, and Advances, IEEE Press, 2012. 

  2. J.Scheuing and B.Yang, "Disambiguation of TDOA Estimation for Multiple Sources in Reverberant Environments," IEEE Tr. Audio, Speech, & Language Process., vol. 16, no. 8, pp.1479-1489, Nov. 2008. 

    상세보기 crossref

  3. M.Shin, H.Jang, S.Suh, C. Park, D.Hwang, S.Lee, "Evaluation of weighted Correlator for Multipath Mitigation in GPS Receiver," J. Korean Navigation Port Research, vol.31, no. 5, pp.409-414, 2007. 

    원문보기 상세보기 crossref

  4. J.Oh, "Optimum Design of the Microphone Sensor Array for 3D TDOA Positioning System," J. IIBC, vol.14, no.1, pp.31-36, Feb. 2014. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Y. Han, "Indoor location system using passive RFID," J. Korean Inst. Info. Tech., vol.5, no.4, pp.82-88, Dec. 2007. 

  6. H.Kim and N.Kim, "Multiple Access Control Method for Distance Measurement Using Radio and Ultrasonic Wave," J. Korean Inst. Info. Tech., vol. 11, no. 1, pp.1-7, Jan. 2013. 

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