KR20000072786A - Local Positioning System. - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 근거리 위치 추적 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 위치 추적 범위 내에 고정적으로 설치된 동기화된 기지국들과 이들을 제어하는 중앙제어장치, 그리고 위치 추적 범위 내를 이동하며 주기적으로 코드 신호를 송출하는 단말기들로 구성되어, 단말기들이 송신한 신호의 지연시간을 각 기지국이 계산하여 삼각 측량의 방법에 의해 단말기의 위치를 중앙제어장치 모니터의 지도상에 표시해 주는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a short-range location tracking system, and more particularly, to the synchronized base stations fixedly fixed within a certain location tracking range, a central control unit for controlling them, and to periodically transmit a code signal while moving within the location tracking range. The present invention relates to a system composed of terminals, wherein each base station calculates a delay time of a signal transmitted by the terminals and displays the position of the terminal on a map of the central control unit monitor by a triangulation method.
위치 추적에 관한 기술은 여러 가지 방법이 소개되어 있으나, 소형 저가의 단말기를 사용하여 근거리에서 정밀하게 위치를 추적할 수 있는 시스템은 아직 소개되어있지 않다.Although a variety of methods have been introduced for the location tracking technology, a system for precisely tracking the location at a short distance using a small low cost terminal has not yet been introduced.
범 지구적 위치추적 시스템인 GPS(Global Positioning System)는 수신 전용 단말기로 지구의 어느 곳에서나 자신의 위치를 알 수 있다는 장점이 있다. 그러나 정해진 범위 내에서 이동하는 단말들의 위치를 중앙제어장치에서 알고자 할 때에는 별도의 무선 데이터 전송수단이 있어야 하는 단점이 있다. 위치 추적 오차도, 넓은 범위에서 이동하는 차량에 적용하기에는 적당하나, 반경 수 Km의 좁은 범위에서 이동하는 사람의 위치를 오차 수m 이내로 추적하기에는 적절하지 않다. 또 단말기의 소형화, 저전력화가 빠르게 진행되고 있으나, 아직은 가격이나 크기, 소모전력 면에서 완벽한 휴대성을 보장하지 못한다.Global Positioning System (GPS), a global positioning system, has a merit of being able to know its position anywhere on the earth as a reception-only terminal. However, there is a disadvantage in that a separate wireless data transmission means must be provided when the central controller wants to know the location of terminals moving within a predetermined range. The location tracking error is also suitable for a vehicle moving in a wide range, but is not suitable for tracking the position of a person moving in a narrow range of a radius of several kilometers within a few meters of error. In addition, the miniaturization and low power consumption of the terminal are rapidly progressing, but the portability, size, and power consumption are not guaranteed yet.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해, 단말기의 소형화, 저가(단순)화, 저소비전력화와 위치추적 정밀도 향상에 중점을 둔 새로운 방식의 근거리 위치추적 시스템을 제안한다.In order to solve the above problems, the present invention proposes a new short-range location tracking system focused on miniaturization, low cost (simple), low power consumption, and improved position tracking accuracy.
우선 단말기의 구조를 단순화시키기 위하여 본 발명은, 위치 계산 기능을 기지국에 두고 단말기는 단순히 정해진 시각(Time Slot)에 반복적으로 정해진 신호만 송신하면 되도록 한데 그 특징이 있다. 이때 동기를 맞추기 위해서 기지국에서 송신되는 동기신호를 수신할 필요가 있는데, 이것도 시분할 송수신(TDD : Time Division Duplex) 방식에 의해 정해진 시각에 동기신호를 수신하여 틀어진 단말기의 동기를 맞추는 구조로 단순화 시켰다.First of all, in order to simplify the structure of the terminal, the present invention has a feature that the terminal only needs to repeatedly transmit a predetermined signal at a predetermined time slot with a location calculation function at the base station. At this time, it is necessary to receive the synchronization signal transmitted from the base station in order to achieve synchronization, which is also simplified to a structure that receives the synchronization signal at a time determined by a time division duplex (TDD) scheme and synchronizes the wrong terminal.
또, 단말기의 소비전력을 최소화시키기 위하여 본 발명은, 송신기지국과 수신기지국을 분리하여 송신기지국 하나 당 여러 개의 수신기지국을 분산 설치하여 단말기의 출력전력이 작아도 수신될 수 있도록 하였으며, 전체 단말기들이 시분할로 자신의 전송시각(Time Slot)에만 송신신호를 전송하도록 하여 송신하지 않는 대부분의 시간에는 전력소모가 거의 없도록 한데 그 특징이 있다.In addition, in order to minimize the power consumption of the terminal, the present invention separates the transmitter station and the receiver station so that multiple receiver stations are distributed per transmitter station so that the terminal can be received even if the output power of the terminal is small. Therefore, the transmission signal is transmitted only at its own time slot so that most of the time it does not transmit has little power consumption.
이와 같이 단말기를 단순화시키고 소비전력을 줄였기 때문에 본 발명의 근거리 위치추적 시스템의 단말기는 현재의 반도체 기술로도 충분히 원칩(One Chip)화가 가능하여, 전체적으로 그 크기를 손목 시계 정도로 줄일 수 있는 특징이 있다. 제작 원가 또한 매우 저렴하여 거의 1회용 소모품으로 대량 생산이 가능할 정도이다.As such, since the terminal is simplified and power consumption is reduced, the terminal of the short-range location tracking system of the present invention can be one chip sufficiently even with the current semiconductor technology, and the overall size can be reduced to about a wrist watch. have. The cost of manufacturing is also very low, allowing mass production with almost one-time consumables.
위치추적 정밀도 측면에서 본 발명의 위치추적 시스템은, 직접확산(Direct Sequence) 방식의 광대역 주파수 확산(Spread Spectrum) 기술을 사용하여, 그 오차가 대역폭에 따라 틀려지지만, 50MHz의 대역폭을 사용하고 수신기지국 상관검출기(Correlator)의 클록주파수를 100MHz로 했을 때 3m 이내의 오차를 실현할 수 있는 특징이 있다. 만일 100MHz의 대역폭을 사용하고, 클록주파수를 200MHz로 한다면 그 오차는 1.5m 이내로 줄어들게 된다.In terms of positioning accuracy, the position tracking system of the present invention uses a direct sequence wideband spread spectrum technique, which uses a bandwidth of 50 MHz, although the error varies depending on the bandwidth. When the clock frequency of the correlator is 100 MHz, an error of less than 3 m can be realized. If you use a bandwidth of 100MHz and set the clock frequency to 200MHz, the error is reduced to within 1.5m.
상기와 같은 본 발명의 특징으로 인해 그 응용 범위는 아래와 같이 매우 다양하다.Due to the above characteristics of the present invention, its application range is very diverse as follows.
(1) 놀이공원 관람객 위치확인 시스템(1) Amusement Park Visitor Positioning System
(2) 중요시설 방문자 위치추적 시스템(2) Location tracking system for important facilities
(3) 놀이공원, 경기장 미아방지 시스템(3) Amusement Park, Stadium Missing Prevention System
(4) 골프장 고객 위치추적 시스템(4) Golf Course Customer Location Tracking System
(5) 부두 화물 컨테이너 위치추적 시스템(5) Wharf freight container positioning system
(6) 공장 내 생산품 위치추적 시스템(6) Product location tracking system in the factory
(7) 건설 현장 내 자재 및 인원 위치추적 시스템(7) Material and personnel location tracking system in construction site
도 1은 종래의 범 지구적 위치추적 시스템(GPS)의 개념도1 is a conceptual diagram of a conventional global positioning system (GPS)
도 2는 본 발명의 근거리 위치추적 시스템의 전체 구성도2 is an overall configuration of the short-range location tracking system of the present invention
도 3은 본 발명의 근거리 위치추적 시스템의 개념도3 is a conceptual diagram of a short-range location tracking system of the present invention
도 4는 본 발명의 위치추적 개념도4 is a conceptual diagram of location tracking of the present invention
도 5는 본 발명의 송신기지국의 실시 예의 구성도5 is a configuration diagram of an embodiment of a transmitter station of the present invention.
도 6은 본 발명의 수신기지국의 실시 예의 구성도6 is a block diagram of an embodiment of a receiver station of the present invention.
도 7은 본 발명의 중앙제어장치의 실시 예의 구성도7 is a configuration diagram of an embodiment of a central control device of the present invention;
도 8은 본 발명의 단말기의 실시 예의 구성도8 is a configuration diagram of an embodiment of a terminal of the present invention
도 9는 본 발명의 근거리 위치추적 시스템의 신호의 타이밍도9 is a timing diagram of a signal of the short-range location tracking system of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
202 : 중앙제어장치 203 : 송신기지국202: central control unit 203: transmitter station
204 : 수신기지국 205 : 단말기204: receiver station 205: terminal
501 : 단말기 동기신호 발생 512 : 수신기지국 동기신호 발생501: Terminal synchronization signal generation 512: Receiver station synchronization signal generation
610, 813 : PN코드 발생기 608 : 지연시간 검출610, 813: PN code generator 608: Delay time detection
701 : 동기신호 발생회로 808 : 동기신호 검출701: synchronization signal generation circuit 808: synchronization signal detection
본 발명 및 그 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention and its embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 범 지구적 위치추적 시스템(GPS :Global Positioning System)의 개념도를 나타낸다. GPS는 지구상의 임의의 지점에서 자신의 위치를 알고자 할 때 유용한 방법으로, 위성(101, 102, 103)으로부터 송신된 신호를 수신하여 그 지연시간을 이용하여 삼각측량의 방법으로 측위점(104)의 위도, 경도 및 고도를 알 수 있다. 즉 측위점의 위치는 위성으로부터의 거리를 반지름으로 하는 구의 교차점이 되는 것이다. 그러나 이 방법은 단말기가 자신의 위치를 알고자 할 때 유용한 방법이며, 중앙제어장치에서 흩어져있는 단말기들의 위치를 알고자 할 때에는 자신의 위치를 중앙제어장치에 송신하는 별도의 통신 수단이 필요하다. 또 위치 측정 오차가 수십 내지 수백 미터로 매우 커서 그 이상의 정밀도가 필요한 경우에는 적용하기 어려운 단점이 있고, 단말기의 크기, 가격, 전력소모 등의 문제로 소형화에 한계가 있다.1 shows a conceptual diagram of a conventional global positioning system (GPS). GPS is a useful method when you want to know its position at any point on the earth. It receives the signal transmitted from the satellites 101, 102, 103 and uses the delay time to determine the location point 104 by triangulation method. ) Latitude, longitude, and altitude. In other words, the position of the positioning point is the intersection point of the sphere whose radius is the distance from the satellite. However, this method is useful when the terminal wants to know its location, and when the terminal wants to know the locations of the scattered terminals, a separate communication means for transmitting its location to the central control device is required. In addition, if the position measurement error is very large, dozens or hundreds of meters, it is difficult to apply when more precision is required, and there is a limit in miniaturization due to problems such as size, price, power consumption of the terminal.
이에 본 발명은, 반경 수Km의 근거리에서 초소형 단말기를 휴대한 사람, 또는 물건의 위치를 수m의 오차로 실시간 추적이 가능한 새로운 방식의 위치추적 시스템을 제안한다.Accordingly, the present invention proposes a new location tracking system capable of real-time tracking of the location of a person or an object carrying a micro terminal in a short distance of several kilometers in a few meters error.
도 2는 본 발명의 근거리 위치추적 시스템의 전체 구성도이다.2 is an overall configuration diagram of the short-range location tracking system of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 근거리 위치추적 시스템은, 하나 또는 복수 개로 구성된 송신기지국(203)과, 송신기지국(203) 하나 당 복수개가 연결된 수신기지국(204), 송신기지국(203)들을 묶어 전체 시스템을 제어하고 위치 계산을 수행하는 중앙제어장치(202), 그리고 송신기지국(203)과 그에 딸린 수신기지국(204)의 송수신 범위(Coverage, 201) 내를 이동하는 복수의 단말기(205)들로 구성되어 있다.As shown in the figure, the short-range position tracking system of the present invention bundles one or more transmitter stations 203, a plurality of receiver stations 204 and one transmitter station 203 connected to one transmitter station 203. The central control unit 202 for controlling the entire system and performing position calculation, and the plurality of terminals 205 moving in the transmission / reception range 201 of the transmitter station 203 and the receiver station 204 accompanying it. Consists of
도 3에 의거하여 본 발명의 근거리 위치추적 시스템의 개념을 상세히 설명하면 다음과 같다.The concept of the short-range location tracking system of the present invention based on FIG. 3 will be described in detail.
중앙제어장치(302)에 연결된 송신기지국들 중 하나의 송신기지국(303)과 여기에 연결된 수신기지국(304)들 만을 예로 들어 설명하면,If only one transmitter station 303 and one receiver station 304 connected thereto of one of the transmitter stations connected to the central control unit 302 are described,
정해진 위치추적 범위(301) 내에 위치한 송신기지국(303)과 수신기지국(304), 단말기(305)는 모두 중앙제어장치(302)에 동기가 맞추어져 있는데, 그 방법은 우선, 중앙제어장치(302)가 동기신호를 송신기지국(303)에 전송(306)하고, 송신기지국(303)은 이를 수신기지국(304)에 유선, 또는 무선 수단으로 전송(309)하며, 동시에 단말기 동기신호로 변환하여 단말기(305)에 무선으로 전송(307)한다.The transmitter station 303, the receiver station 304, and the terminal 305 located within the predetermined position tracking range 301 are all synchronized with the central control unit 302. The method is, firstly, the central control unit 302. ) Transmits the synchronization signal to the transmitter base station 303 (306), and the transmitter station 303 transmits it to the receiver station 304 by wire or wireless means (309), and simultaneously converts the terminal into a terminal synchronization signal Wirelessly transmit 307 to 305.
동기신호를 수신한 단말기(305)는 자신의 동기를 수정한 후, 자신의 고유번호(ID)에 대응되는 시각(Time Slot)에 자신의 위치를 알리는 PN코드(의사잡음)를 송신(308)하고, 이 PN코드를 수신한 3개 이상의 수신기지국(304)들이 단말기(305)로부터 전송된 PN코드의 지연시간을 상관기(Correlator)로 검출하여, 이 정보를 송신기지국(303)에 송신(309)하면, 송신기지국(303)은 이를 다시 중앙제어장치(302)에 전송(306)한다.After receiving the synchronization signal, the terminal 305 corrects its synchronization and transmits a PN code (pseudo noise) indicating its location to a time slot corresponding to its own ID. Three or more receiver stations 304 receiving the PN code detect a delay time of the PN code transmitted from the terminal 305 with a correlator, and transmit this information to the transmitter station 303 (309). The transmitter station 303 transmits it back to the central control unit 302 (306).
중앙제어장치(302)에서는 송신기지국(303)들로부터 올라온, 각 단말기와 이 단말기의 송신신호를 수신한 수신기지국(304)들 간의 지연시간(거리) 정보를 이용하여 단말기의 거리를 계산하고, 이를 화면의 지도상에 표시하게 된다.In the central control unit 302 calculates the distance of the terminal using the delay time (distance) information between each terminal from the transmitter station 303, and the receiver station 304 receiving the transmission signal of the terminal, This is displayed on the map of the screen.
도 4는 본 발명의 위치추적 개념도로서, 단말기(405)로부터 세 곳의 수신기지국(401, 402, 403)까지의 전파 지연시간(T1, T2, T3)을 이용하여 중앙제어장치(302)가 단말기(405)의 위치를 계산하는 방법을 도시한 것이다. 삼각측량 방법에 의해 단말기(405)에서 각 수신기지국(401, 402, 403)까지의 전파 지연시간(T1, T2, T3)을 토대로 원을 그렸을 때, 그 교차점이 단말기(405)의 위치가 된다.4 is a conceptual view illustrating the location tracking of the present invention, in which the central control unit 302 uses the propagation delay times T1, T2, and T3 from the terminal 405 to the three receiver stations 401, 402, and 403. A method of calculating the position of the terminal 405 is shown. When a circle is drawn based on the propagation delay times T1, T2, and T3 from the terminal 405 to each of the receiver stations 401, 402, and 403 by the triangulation method, the intersection is the position of the terminal 405. .
그러나 원들이 한 점에서 교차하는 경우는 단말기(405)와 수신기지국(401, 402, 403) 간의 동기가 완벽하게 일치했을 경우이고, 실제적으로는 약간씩 동기가 틀려지게 되므로 원들이 한 점에서 교차하지 않고 도 4에서와 같이 겹쳐지거나, 반대로 교차하지 않고 따로 떨어져 있는 형태가 된다. 하지만 이때에도 단말기와 수신기지국들 간의 동기 오차는 세 개의 수신기지국(401, 402, 403)이 모두 동일하므로 그려진 원들에서 법선 방향으로 거리가 동일한 지점이 실제 단말기(405)의 위치가 된다.However, when the circles intersect at one point, the synchronization between the terminal 405 and the receiver stations 401, 402, and 403 is perfectly matched, and in reality, the circles cross at one point because the synchronization is slightly different. As shown in FIG. 4 without overlapping, or opposite to each other, they do not cross each other. However, even in this case, the synchronization error between the terminal and the receiver stations is the same as all three receiver stations 401, 402, and 403 are the same, and thus the position of the actual terminal 405 is the same distance from the drawn circles in the normal direction.
도 5는 본 발명의 근거리 위치추적 시스템 송신기지국의 실시 예의 구성도이다.5 is a block diagram of an embodiment of a short-range location tracking system transmitter station of the present invention.
송신기지국의 역할은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 그 첫 번째가 중앙제어장치로부터 받은 동기신호를 수신기지국과 단말기로 전송하여 전체 시스템의 동기를 맞추는 것이고, 두 번째는, 수신기지국에서 올라온 단말기까지의 거리정보를 중앙제어장치로 전달하는 것이다.The role of the transmitter station can be divided into two main roles. The first is to transmit the synchronization signal received from the central control unit to the receiver station and the terminal to synchronize the entire system, and the second is to transmit the distance information from the receiver station to the terminal to the central controller.
도면에 의거하여 그 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation will be described in detail with reference to the drawings.
중앙제어장치로부터 동기신호를 동기신호수신(507)부를 통하여 수신하여, 단말기 동기신호 발생(501)부에서 이를 단말기 동기신호로 바꾼 다음, 변조기(502)에서 변조하고, 국부발진기(508)에서 발생한 국부발진 신호와 혼합(503)하여 증폭(504), 여파(505)하여 안테나(506)를 통하여 단말기로 송신한다. 한편 중앙제어장치로부터 수신한 동기신호를 수신기지국들에 보내기 위해 수신기지국 동기신호 발생(512)부에서 변환된 동기신호를 수신기지국들에 유선, 또는 무선 전송수단으로 전송한다. 또 수신기지국들로부터 올라온 정보들은 직렬통신(509)부를 거쳐 직렬데이터 변환회로(511)에서 중앙제어장치로 보내기 위해 변환된 다음, 다시 직렬통신(510)부를 통해 중앙제어장치로 보내진다.A synchronization signal is received from the central controller through the synchronization signal receiving unit 507, the terminal synchronization signal generation unit 501 converts it to a terminal synchronization signal, modulates it in the modulator 502, and generates the local oscillator 508. The signal is mixed 503 with the local oscillation signal, amplified 504, filtered 505 and transmitted to the terminal via the antenna 506. Meanwhile, in order to send the synchronization signal received from the central controller to the receiver stations, the synchronization signal converted by the receiver station synchronization signal generator 512 is transmitted to the receiver stations by wire or wireless transmission means. In addition, the information from the receiver stations is converted by the serial data conversion circuit 511 to send to the central control unit via the serial communication unit 509, and then sent back to the central control unit via the serial communication unit 510.
도 6은 본 발명의 근거리 위치추적 시스템 수신기지국의 실시 예의 구성도이다.6 is a block diagram of an embodiment of a short-range location tracking system receiver station of the present invention.
수신기지국은 전체 시스템 동기에 맞추어 단말기로부터 전송된 PN코드의 지연을 측정하여 송신기지국으로 전송하는 역할을 한다.The receiver station measures the delay of the PN code transmitted from the terminal in accordance with the overall system synchronization and transmits the delay to the transmitter station.
이를 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail with reference to the drawings as follows.
안테나(601)를 통하여 수신된 단말기 신호는 여파기(602)와 저잡음증폭기(603)를 거쳐 혼합기(604)에서 국부발진기(609) 신호와 혼합되어 중간 주파수로 변환되고, 이는 다시 여파기(605)와 증폭기(606)를 거쳐 복조기(607)에서 복조되어 지연시간 검출(608) 회로로 입력된다. 한편 송신기지국으로부터 수신된 동기신호는 동기신호 수신(611)부에서 처리되어 PN코드 발생기(610)로 들어가 PN코드의 동기를 맞추는데 사용되고, 여기에서 발생된 PN코드는 복조된 단말기 신호와 함께 지연시간검출(608) 회로에서 상관(Correlation) 검출 방식으로 그 지연시간이 계산되어 마이크로프로세서(613)로 입력된다. 마이크로프로세서(613)에서는 지연시간을 바탕으로 단말기까지의 거리를 계산한 다음, 단말기 신호의 수신시각(Time Slot)에 따른 단말기 ID와 수신기지국 자신의 ID를 첨부하여, 이를 직렬통신회로(612)를 통해 송신기지국으로 전송한다. 송신기지국에서는 이 정보를 그대로 중앙제어장치에 전송하게 되고, 중앙제어장치에서는 모든 수신기지국으로부터 수시로 올라오는 수신기지국과 단말기 사이의 거리정보를 종합하여 단말기의 위치를 계산하게 되는 것이다.The terminal signal received through the antenna 601 is mixed with the local oscillator 609 signal in the mixer 604 through the filter 602 and the low noise amplifier 603 and converted into an intermediate frequency, which is again converted into the filter 605. The demodulator 607 is demodulated via the amplifier 606 and input to the delay time detection circuit 608. On the other hand, the synchronization signal received from the transmitter station is processed by the synchronization signal receiver 611 to enter the PN code generator 610 to synchronize the PN code, and the generated PN code is delayed together with the demodulated terminal signal. In the detection 608 circuit, the delay time is calculated and input to the microprocessor 613 in a correlation detection scheme. The microprocessor 613 calculates the distance to the terminal based on the delay time, and then attaches the terminal ID according to the time slot of the terminal signal and the ID of the receiver station itself. Transmit to transmitter station via. The transmitter station transmits this information to the central control unit as it is, and the central control unit calculates the position of the terminal by synthesizing the distance information between the receiver station and the terminal from all receiver stations.
도 7은 본 발명의 중앙제어장치의 실시 예의 구성도이다.7 is a configuration diagram of an embodiment of a central control device of the present invention.
중앙제어장치의 역할은 전체 시스템의 동기를 맞추기 위한 동기신호를 발생하여 송신기지국으로 전달하고, 송신기지국을 통해 수신기지국들로부터 올라오는 단말기와 수신기지국 사이의 거리정보를 종합하여 단말기의 위치를 계산하고 표시하는 것이다. 우선 동기신호는 동기신호 발생회로(701)에서 발생하여 각 송신기지국들로 전달되고, 송신기지국들로부터 올라오는 정보들은 직렬통신(702, 703, 704) 회로를 거쳐 거리계산 연산회로(705)에서 거리가 종합적으로 계산되어 PC(706)로 보내진다. PC(706)에서는 이 정보를 이용하여 자체적으로 보유하고 있는 지도 데이터와 연결하여 사용자가 한눈에 알아볼 수 있도록 지도상에 단말기들의 위치를 표시한다.The role of the central controller is to generate and transmit a synchronization signal to synchronize the whole system to the transmitter station, and calculate the position of the terminal by synthesizing the distance information between the terminal and the receiver station coming from the receiver stations through the transmitter station. To display. First, the synchronization signal is generated in the synchronization signal generation circuit 701 and transmitted to each transmitter station, and information coming from the transmitter stations is transmitted through the serial communication circuits 702, 703, and 704 in the distance calculation circuit 705. The distance is comprehensively calculated and sent to the PC 706. The PC 706 uses this information to connect with its own map data and display the location of the terminals on the map for the user to recognize at a glance.
도 8은 본 발명의 단말기의 실시 예의 구성도이다.8 is a configuration diagram of an embodiment of a terminal of the present invention.
단말기는 송신기지국으로부터 전송된 동기신호에 동기를 맞추고 있다가, 자신의 전송시각(Time Slot)이 되면 정해진 PN코드를 송신하여 근처의 수신기지국들로 하여금 이를 수신하여 거리를 산출할 수 있도록 한다. 그 과정을 도면의 의거하여 설명하면 아래와 같다.The terminal synchronizes with the synchronization signal transmitted from the transmitter station, and transmits a predetermined PN code at its time slot to allow nearby receiver stations to calculate the distance. The process is described below based on the drawings.
우선, 동기신호를 수신하기 위하여 단말기는 수신상태로 전환되어 신호를 수신하여 동기신호의 검출 유무를 체크한다. 이때의 신호 경로를 살펴보면, 안테나(801)로 수신된 신호는 여파기(802)를 거쳐, 수신상태로 전환된 무선스위치(809)를 통해 저잡음증폭기(803), 혼합기(804), 중간주파 여파기(805), 중간주파 증폭기(806)의 순으로 통과해 복조기(807)에서 복조된 다음 동기신호검출(808) 회로에서 동기신호의 유무를 검출한다. 이때 동기신호가 일단 한번 검출되면, 그 다음부터는 단말기의 전력소모를 줄이기 위해서, 다음 신호 수신 예상 주기가 가까워질 무렵에만 수신기에 전력을 공급하여 동기신호를 수신하고 나머지 시간에는 수신기에 전력을 공급하지 않는다. 만일 동기신호 수신 예상 주기가 되었는데도 동기신호 검출에 실패하면, 다시 처음부터 동기신호를 검출하는 과정을 시작한다.First, in order to receive the synchronization signal, the terminal switches to the reception state, receives the signal, and checks whether the synchronization signal is detected. Looking at the signal path at this time, the signal received by the antenna 801 is passed through the filter 802, the low noise amplifier 803, the mixer 804, the intermediate frequency filter through the wireless switch 809 switched to the reception state ( 805, and then in the order of the intermediate frequency amplifier 806, it is demodulated by the demodulator 807, and then the presence or absence of a synchronization signal is detected by the synchronization signal detection circuit 808. At this time, once the synchronization signal is detected, in order to reduce power consumption of the terminal thereafter, power is supplied to the receiver to receive the synchronization signal only when the next signal reception expected period is approaching, and the power is not supplied to the receiver at other times. Do not. If the synchronization signal detection fails even when the synchronization signal reception is expected, the process of detecting the synchronization signal is started again.
검출된 동기신호는 PN코드 발생기(813)와 마이크로프로세서(814)로 전달되어, 단말기가 PN코드를 전송할 시각(Time Slot)을 결정하고, 단말기의 송수신부 전원을 ON/OFF 시키는 등 전체 타이밍을 관리하는데 사용한다. 단말기가 PN코드를 송신하는 신호 경로를 살펴보면, 동기신호검출(808) 회로에서 출력된 동기신호와 자체적으로 단말기 ID 메모리(815)에 보유하고 있는, 단말기마다 유일한 ID 정보를 바탕으로 PN코드발생기(813)는 PN코드를 송신할 시각(Time Slot)을 결정하여 PN코드를 발생시키고, 이 PN코드는 혼합기에서 국부발진기(810) 출력과 혼합되어 무선 반송파 신호로 변환된 다음 전력 증폭기(811), 무선스위치(809), 여파기(802)를 거쳐 안테나(801)로 송신된다. 이때에도 단말기의 전력소모를 최소화하기 위하여 평소에는 전력증폭기(811)를 비롯한 송신부에 전력이 공급되지 않다가 PN코드를 송신하는 시간 동안만 전력을 공급한다.The detected synchronization signal is transmitted to the PN code generator 813 and the microprocessor 814 to determine the time slot for the terminal to transmit the PN code and to turn on / off the power of the transceiver. Used to manage Looking at the signal path through which the terminal transmits the PN code, the PN code generator (PN code generator) based on the unique ID information for each terminal, which is held in the terminal ID memory 815 itself and the synchronization signal output from the synchronization signal detection circuit 808, is used. 813 determines a time slot to transmit a PN code to generate a PN code, which is mixed with the output of the local oscillator 810 in a mixer and converted into a radio carrier signal, followed by a power amplifier 811, The radio switch 809 is transmitted to the antenna 801 via the filter 802. In this case, in order to minimize power consumption of the terminal, power is not normally supplied to the transmission unit including the power amplifier 811, but only power is supplied for a time for transmitting the PN code.
도 9는 본 발명의 근거리 위치추적 시스템의 신호의 타이밍도를 도시한 것으로서, 중앙제어장치에서 단말기에 이르는 상세한 신호의 타이밍과, 이를 바탕으로 단말기의 위치가 계산되는 과정을 이하 도면을 참조하여 설명한다.9 is a timing diagram of a signal of the short-range position tracking system according to the present invention. The timing of the detailed signal from the central controller to the terminal and the process of calculating the position of the terminal based on the same will be described with reference to the following drawings. do.
중앙제어장치에서 송신된 동기신호(901)는 송신기지국에 약간의 시간지연(T1)을 갖고 도착(902)한다. 송신기지국은 이 동기신호를 수신기지국들에 전달하는데, 이때 수신기지국들이 동기신호를 수신(903, 904, 905)하는 시각은 송신기지국과 수신기지국 간의 거리에 따라 모두 다르다(T2, T3, T4). 송신기지국은 동시에 이 동기신호를 단말기들에 전송(906)하는데, 이때 단말기 동기신호로 가공하고 전송하는데 약간의 지연(T5)이 생긴다. 또 단말기가 상기 동기신호를 수신(907)하기까지의 지연시간(T[x])은 송신기지국에서 단말기까지의 거리에 따라 단말기마다 모두 다르다. 수신한 동기신호에 맞추어 동기를 재조정하고 있다가 자신의 송신 시각(Time Slot, T6)이 되면 PN코드를 송신(908)하게 되고, 이 신호는 각각 다른 지연 시간(T[a], T[b], T[c])이 경과한 후에 수신기지국에 도달(909, 910, 911)하게 된다.The synchronization signal 901 transmitted from the central control unit arrives 902 at the transmitter station with some time delay T1. The transmitter station transmits this synchronization signal to the receiver stations, where the times at which the receiver stations receive the synchronization signals (903, 904, 905) all depend on the distance between the transmitter station and the receiver station (T2, T3, T4). . The transmitter station simultaneously transmits this synchronization signal to the terminals 906, with a slight delay T5 in processing and transmitting the terminal synchronization signal. Also, the delay time T [x] until the terminal receives the synchronous signal 907 is different for each terminal according to the distance from the transmitter station to the terminal. When the synchronization is readjusted according to the received synchronization signal and the transmission time (Time Slot, T6) is reached, the PN code is transmitted (908), and these signals have different delay times (T [a] and T [b). ], After reaching T [c]), it reaches the receiver station (909, 910, 911).
이때 각각의 지연시간 중에서 T1에서 T6까지의 시간은, 고정된 중앙제어장치, 송신기지국 및 수신기지국 사이의 지연시간이므로 측정에 의해 사전에 알 수 있고, T[x]와 T[a], T[b] 및 T[c] 만이 변수로 남게 된다.At this time, the time from T1 to T6 of each delay time is the delay time between the fixed central control unit, the transmitter station and the receiver station, so it can be known in advance by measurement. T [x], T [a], T Only [b] and T [c] will remain variables.
이들 변수가 포함된 3개의 방정식을 도 4에서 도시한 바와 같은 방법으로 계산하면 단말기의 위치가 정확히 계산된다.If the three equations including these variables are calculated in the manner shown in Fig. 4, the position of the terminal is accurately calculated.
이때 위치 측정 해상도(오차)는 수신기지국에서 상관검출할 때 사용하는 클록주파수에 따라 틀려지는데, 100MHz를 사용할 경우 3m, 200MHz를 사용할 경우 1.5m가 된다.At this time, the position measurement resolution (error) is different depending on the clock frequency used for correlation detection at the receiver station, which is 3m using 100MHz and 1.5m using 200MHz.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은,As described above, the present invention,
위치추적 대상 면적 내의 여러 곳에 설치된 송수신 기지국과, 이를 제어하는 중앙제어장치, 그리고 위치추적 대상 면적 내를 움직이는 많은 수의 소형 단말기들로 구성되어, 중앙제어장치에서 단말기들의 위치를 실시간으로 알 수 있도록 구성함에 있어,It consists of transmitting and receiving base stations installed in various locations within the location to be tracked, a central control unit for controlling them, and a large number of small terminals moving in the location to be tracked, so that the central controller can know the location of the terminals in real time. In organizing,
단말기를 소형으로 제작 가능하도록, 그 구조를 단순화하고,To simplify the construction of the terminal, the structure is simplified,
소비전력을 최소화시키기 위하여 하나의 송신기지국에 복수의 수신기지국을 설치하여 단말기의 송신전력이 작아도 되도록 구성하였고, 시분할로 자신의 전송시각(Time Slot)에만 송신신호를 전송하도록 하여 송신하지 않는 대부분의 시간에는 전력소모가 거의 없도록 하였으며,In order to minimize the power consumption, a plurality of receiver stations are installed in one transmitter station so that the transmission power of the terminal may be small. Most of the time slots do not transmit by transmitting transmission signals only at their own time slots. There is little power consumption in time,
위치추적 정밀도를 향상시키기 위하여, 광대역 직접확산 방식의 거리측정(Ranging) 기술을 사용하였다.In order to improve the location tracking accuracy, wideband ranging technique is used.
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Cited By (4)
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