The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

A Frequency Domain based Positioning Method using Auto Regressive Modeling in LR-WPAN

주파수 영역상의 AR 모델링 기반 이용한 LR-WPAN용 무선측위기법

  • 홍윤기 (숭실대학교 정보통신전자공학부 통신 및 신호처리연구실) ;
  • 배승천 (숭실대학교 정보통신전자공학부 통신 및 신호처리연구실) ;
  • 최성수 (한국전기연구원 융합기술연구단) ;
  • 이원철 (숭실대학교 정보통신전자공학부 통신 및 신호처리연구실)
  • Published : 2009.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Ultra-wideband communication systems based on impulse radio have merits that are possible for the high data rate transmission, high resolution ranging are positioning system. Conventionally, in order to accomplish these features, the high-speed ADC (Analog to Digital Convertor) is necessary to apply radio determination system operating in time domain. However, considering low rate - wireless personal area network (LR-WPAN) aims to low-cost hardware implementation, the expensive ADC converting GHz sampling per second is not appropriate. So, this paper introduces a low complex AR (Auto Regressive) model based non-coherent ranging scheme operating in frequency domain with using low-speed ADC utilizing analog Voltage Control Oscillator (VCO) mode for the frequency domain transformation. To verify the superiority of the proposed ranging and location algorithm working in frequency domain, the suggested IEEE 802.15.4a TG channel model is used to exploit affirmative features of the proposed algorithm with conducting the simulation results.

임펄스 기반의 초광대역 통신 기술은 이론적으로 근거리에서 고속의 데이터 전송과 고해상도의 거리 인지 및 무선 측위가 가능하다는 장점을 가지고 있지만 이러한 기능들을 수행하기 위해서는 우선적으로 고속의 ADC(Analog to Digital Convertor)가 요구되며 특히, 시간 기반의 무선 측위 기법을 적용할 경우 더욱 그러하다. 그러나 현실적으로 GHz 이상의 고속의 ADC는 매우 고가이기 때문에 본 논문에서 목표로 하는 저비용을 고려한 저속의 무선 개인 영역 네트워크 (Low Rate - Wireless Personal Area Network; LR-WPAN)에서는 부적합하다. 따라서 본 논문에서는 저속의 ADC로 고정밀의 무선 측위가 가능한 주파수 영역에서 계산의 복잡도가 낮은 AR(Auto Regressive) 모델을 기반으로한 레인징 기법을 소개하고, 아날로그 단에서 주파수 변환을 위해 카운터를 이용한 VCO(Voltage Control Oscillator) 방식의 non-coherent 기반의 수신 구조를 제안한다. 제안된 기법에 대한 성능을 검증하기 위해서 IEEE 802.15.4a TG에서 제시한 채널 모델을 적용하였으며 시뮬레이션 결과로부터 제안된 레인징 및 측위 방안의 우수성을 검증하였다.

Keywords

References

  1. F. Chin, Zhi. Wanjun and Ko. Chi-Chung,'System performance of IEEE 802.15.4 low rate wireless PAN using UWB as alternate-PHYlayer,' Proc. IEEE Conference on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications(PIMRC 2003),Vol.1, pp.487-491, Sept. 2003 https://doi.org/10.1109/PIMRC.2003.1264319
  2. J.C. Adams, W. Gregorwich, L. Capots, and D.Liccardo, 'Ultra-Wideband for Navigation and Communications,' Proc. IEEE on Conference Aerospace, Vol.2, pp.785-792, March 2001
  3. R.J. Fontana, S.J. Gunderson, 'Ultra-Wideband Precision Asset Location System,' Proc. IEEE Conference on UWB Systems and Technologies(UWBST), pp.147-150, May 2002
  4. D. Niculescu and N. Badri, 'Ad hoc positioning system (APS) using AOA,' Proc. 22th Joint IEEE Computer Communications Soc.(INFOCOM' 03), Vol.3, Mar. 30-Apr. 3 2003,pp.1734-1743
  5. K. Pahlaven and X. Li, 'Indoor geolocationscience and technology,' IEEE Commun. Mag.,vol. 40, no. 2, pp.112-118, Feb., 2002 https://doi.org/10.1109/35.983917
  6. K. Yu and I. Oppermann, 'Performance of UWB position estimation based on time-of-arrival measurements,' in Proc. IEEE Conf. Ultrawideband Syst. Technol. (UWBST), Kyoto, Japan, pp.400-404, May 2004
  7. X. Li and K. Pahlavan, 'Super-resolution TOA estimation with diversity for indoor geolocation', IEEE Transactions on Wireless Communications,Vol.1, No.3, pp.224-234, Jan., 2004 https://doi.org/10.1109/TWC.2003.819035
  8. IEEE 802.15-TG4a, Channel Modeling Sub-Committee, 'Channel Modeling Sub-committee Report Final,' available at http://ieee802.org/15/pub/TG4a.html
  9. 'Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical layer(PHY) specifications for Low-RateWireless Personal Area Networks(LR-WPANs),' Draft P802.15.4a/D4, Aug., 2006
  10. S. M. Kay, Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory, Prentice Hall,1993
  11. W. Hirt, 'Ultra-wideband radio technology :overview and future research,' Computer Communications, Vol.2, No.1, pp.46-52, 2003 https://doi.org/10.1016/S1403-3664(02)00119-6