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UWB 측위 기술 소개 및 기술 동향

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.34 no.4, 2017년, pp.33 - 38  

이창은 (한국전자통신연구원) ,  성태경 (충남대학교)

초록
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본고에서는 최근 새로이 각광받고 있는 UWB 기술을 소개한다. IR-UWB 측위 관련 국내 및 해외 동향을 살펴보고, IR-UWB 표준에 의거하여 IR-UWB 신호 및 프레임 구조, 계층 구조 등에 대하여 서술하였다. 그리고 IR-UWB를 이용하여 고정밀 거리추정 및 위치추정을 하는 연구 동향에 대하여 살펴보았으며, 마지막으로 기술 동향을 정리하여 IR-UWB 관련 회사의 제품을 소개하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 고에서는 최근에 다시 주목받고 있는 UWB를 활용한 실내측위 기술에 대해 정리하였다.

가설 설정

  • 이 때, 단말 A 및 단말 B가 TWR 측정치를 획득하는 시간은 짧아 단말 간 이동이 무시할 수 있다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
넓은 대역폭을 가진 시스템의 특징은 무엇인가? UWB(Ultra WideBand) 시스템은 500M Hz 이상의 대역폭을 사용한 무선통신 혹은 빈 대역폭(중심 주파수에 대응하는 대역폭)이 20% 이상인 시스템을 말한다[1]. 넓은 대역폭을 사용하게 되면 해상도가 높아져 다중 경로에 의한 신호에 대한 판단이 가능해지며, 채널 페이딩의 영향을 적게 받아 데시미터급 무선 측위가 가능해진다. 관련 표준인 IEEE 802.
UWB(Ultra WideBand) 시스템이란 무엇인가? UWB(Ultra WideBand) 시스템은 500M Hz 이상의 대역폭을 사용한 무선통신 혹은 빈 대역폭(중심 주파수에 대응하는 대역폭)이 20% 이상인 시스템을 말한다[1]. 넓은 대역폭을 사용하게 되면 해상도가 높아져 다중 경로에 의한 신호에 대한 판단이 가능해지며, 채널 페이딩의 영향을 적게 받아 데시미터급 무선 측위가 가능해진다.
IR(impulse radio)-UWB의 동작 과정은 무엇인가? 표준에 의하면 IR(impulse radio)-UWB는 임펄스 신호를 이용하여 신호의 광대역화를 달성하는 방법이며, BPM(burst position modulation)-BPSK 기법을 이용한다. IR-UWB의 경우 임펄스 신호를 생성하여 신호의 광대역화를 실현하며, 신호의 폭이 매우 좁은 것이 특징이다. 다중 경로 신호가 들어오더라도, 높은 해상도로 인하여 이는 직접 경로로부터의 신호와 분리가 가능하다[7]. 이러한 IR-UWB 신호는 Ternary code를 이용하여 변조된다.
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참고문헌 (26)

  1. Online article, http://www.fcc.gov/oet/info/rules 

  2. Zafer Sahinoglu, Sinan Gezici, and Ismail Guvenc, "Ultra-wideband positioning systems," Cambridge, 2008 

  3. IEEE Standard 802.15.4a-2007 

  4. IEEE Standard 802.15.4-2011 

  5. Manoj Joshi, "Ultra Wide Bandwidth," 2nd International Conference on Education Technology and Computer (ICETC), 2010 

  6. 와이즈인포, "WPAN 산업 백서 3. UWB," 2009. 9. 

  7. Alan Bensky, "Wireless Positioning Technologies and Applications,"Altech house, 2008 

  8. Chang-Eun Lee, Hyun-Ja Im, Jeong-Min Lim, Young-Jo Cho, and Tae-Kyung Sung, "Seamless Routing and Cooperative Localization of Multiple Mobile Robots for Search and Rescue Application, ETRI Journal Vol. 37, No. 2, Apr. 2015, pp. 262-272 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. Muhammad Saqib and Chankil Lee, "Traffic control system using wireless sensor network,"2010 The 12th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), 7-10 Feb. 2010 

  10. Swen Leugner, Mathias Pelka, and Horst Hellbruck, "Comparison of wired and wireless synchronization with clock drift compensation suited for U-TDoA localization,"13th Workshop on Positioning, Navigation and Communications (WPNC), 2016 

  11. Yik-Chung Wu, Qasim Chaudhari and Erchin Serpedin, "Clock synchronization of wireless sensor networks,"IEEE Signal Processing Magazine, vol. 28, pp 124-138, Jan. 2011. 

    상세보기 crossref

  12. Kyoung-Lae Noh, Qasim Mahmood Chaudhari, and Erchin Serpedin,"Novel Clock Phase Offset and Skew Estimation Using Two-Way Timing Message Exchanges for Wireless Sensor Networks,"IEEE Transactions on Communications, Volume: 55, Issue: 4, April 2007 

    상세보기

  13. Aitzaz Ahmad, Davide Zennaro, and Erchin Serpedin,"Time-varying clock offset estimation in two-way timing message exchange in wireless sensor networks using factor graphs"IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2012 

  14. Yi Jiang and Victor C.M. Leung, "An Asymmetric Double Sided Two-Way Ranging for Crystal Offset,"International Symposium on Signals, Systems and Electronics, 2007. ISSSE '07. 

  15. Jiwon Park, Jeongmin Lim, Kyujin Lee, and Taekyung Sung, "A Two-Way Ranging WPAN Location System with Clock Offset Estimation," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (2013) Vol. 19 No.2. pp 125-130 (in Korean) 

    원문보기 상세보기 crossref

  16. Hakyong Kim,"Double-sided two-way ranging algorithm to reduce ranging time,"IEEE Communications Letters Volume: 13, Issue: 7, July 2009 

    상세보기

  17. Decawave Ltd, "Source Code Guide DECARANGERTLE ARM SOURCE CODE Version 2.1 

  18. Bertrand T. Fang, "Simple Solutions for Hyperbolic and Related Position Fixes," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol.26, No.5, 1990 

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  19. Y. T. Chan, and K. C. Ho, "A Simple and Efficient Estimator for Hyperbolic Location," IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 42, No.8, 1994 

    상세보기

  20. A.H. Sayed, A. Tarighat and N. Khajehnouri,"Network-based wireless location: challenges faced in developing techniques for accurate wireless location information,"IEEE Signal Processing Magazine, Volume: 22, Issue: 4, July 2005 

    상세보기

  21. "All NFL players are getting RFID chips this season, https://www.wired.com/2015/08/nfl-players-getting-rfid-chips-season/ 

  22. French Handball Team Trains With Wearable RFID Sensors, http://www.rfidjournal.com/articles/view?13492/ 

  23. Decawave homepage http://www.decawave.com/ 

  24. Time Domain homepagehttp://www.timedomain.com/ 

  25. BeSpoon and CEA-Leti establish world-record distance measurement on a single chip, http://electroiq.com/blog/2013/04/bespoon-and-cea-leti-establish-world-record-distance-measurement/ 

  26. OpenRTLS homepage, https://www.openrtls.com/ 

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