A Study on the Location Awareness System Using TOA(Time of Arrival) of CSS(Chirp Spread Spectrum) Algorithm

CSS 기반의 TOA 알고리즘을 이용한 위치인식 시스템 구현에 관한 연구

In this paper, we propose the Location Awareness System adjusting Ranging Technology for CSS(Chirp Spread Spectrum) which is adopted on 2.45GHz standard in IEEE 802.15.4a and TOA(Time-of-Arrival) algorithm. The conventional methods have adopted RSSI, ultrasonic waves and infrared rays in Zigbee. RSSI measures strength indication of received signal and recognizes the position of nodes in RF boundary. However, this technology has the following problems; lots of error by the change of the channel environment and much power consumption. In this paper, adopting chirp pulse on 2.45GHz standard in IEEE 802.15.4a and SDS-TWR(Symmetrical Double Side-Two Way Ranging) method using the characteristic of Spread Spectrum, a new Location Awareness System is suggested. The distance and the coordinate are measured within ${\pm}\;5cm$ by TOA(Time of Arrival) algorithm and proposed algorithm and the data in error rate is decreased less than 1%. Through these results, the algorithm suggested in this paper is verified for its performance in a computer simulation.

본 연구는 저속의 UWB를 이용하여 지하 주차장, 터널 등 GPS로 위치 인식이 불가능한 실내 지역에서 차량관리 및 위치 인식을 하기 위한 목적으로 진행되었다. 본 논문에서는 IEEE802.15.4a의 2.45GHz 대역 표준으로 채택된 CSS(Chirp Spread Spectrum)를 이용하여 Ranging과 TOA(Time-of-Arrival)방식의 실내 위치인식 시스템을 제안 하였다. 기존의 실내 위치 인식기술로 사용되고 있는 Zigbee의 RSSI(Received Signal Strength Indication)는 환경 변화에 따른 오차율과 항상 최대 전력 사용을 필요로 하기 때문에 전력 소비가 많은 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 위에서 언급된 단점을 보완하기 위하여 위치기반으로 표준화된 801.15.4a Chirp 신호와 스펙트럼 방식의 특성을 이용한 SDS-TWR(Symmetrical Double Side-Two Way Ranging) 방식을 채택하여 TOA(Time of Arrival) 알고리즘을 통해 계산된 거리와 좌표를 측정하였다.. 컴퓨터 모의실험을 통해 오류 방지 알고리즘을 적용한 데이터 오류율이 1% 미만으로 줄었으며, 가중치 팩터와 노드 운영 방안을 이용한 좌표 측정에서 $6m{\times}3m$ 공간 안에 5cm 미만의 오차를 갖는 위치인식 시스템을 검증할 수 있었다.