초록
높은 해상도를 갖는 UWB 신호는 무선 개인영역망에서 거리추정 및 위치추정에 사용된다. 이들 노드는 국부클럭으로 동작하고, 노드간의 클럭 주파수 차이는 이동노드의 위치를 추정하는 거리추정 알고리즘에 심각한 영향을 미친다. IEEE802.15.4a의 저속 UWB에서는 추가적인 망동기의 도움 없이 수행하는 TWR 및 SDS-TWR의 비동기 양방향 거리추정 방식을 기술하고 있으나 클럭 주파수차이의 영향을 없애지는 못하고 있다. 그러므로 UWB 물리기능에 두 노드의 수정발진기 주파수 차이를 추정하는 방식이 필요하다. 고속 UWB에서는 추적회로를 사용한 수정발진기 편이 추정이 표준에 별도로 요구되지 않고 있다. 그러나 잡음이 없는 환경에서는 노드간의 수정발진기 편이 추정이 가능하다. 본 논문에서는 상대주파수 편이를 사용하여 TWR 기반의 거리추정 수식을 유도하였으며, 이상적인 수식에서의 잔여 오차를 분석하였다. 또한 시뮬레이션으로 상대주파수 편이 알고리즘의 성능을 평가하고, TWR 횟수에 따른 거리추정오차를 분석하였다. 결과적으로 클럭 해상도가 낮더라도 다수의 TWR을 사용한 상대주파수 편이 보상 방식에 의하여 거리추정오차의 성능이 개선됨을 알 수 있다.
UWB signal with high resolution capability can be used to estimate ranging and positioning in wireless personal area network. The node works on its local clock and the frequency differences of nodes have serious affects on ranging algorithms estimating locations of mobile nodes. The low rate UWB, IEEE802.15.4a, describes asynchronous two way ranging methods such as TWR and SDS-TWR working without any additional network synchronization, but the algorithms can not eliminate the effect of clock frequency differences. Therefore, the mechanisms to characterize the crystal difference is essential in typical UWB PHY implementations. In high rate UWB, characterizing of crystal offset with tracking loop is not required. But, detection of the clock frequency offset between the local clock and remote clock can be performed if there is little noise induced jitter. In this paper, we complete related ranging equations of high rate UWB based on TWR with relative frequency offset, and analyze a residual error in the ideal equations. We also evaluate the performance of the relative frequency offset algorithm by simulation and analyze the ranging errors according to the number of TWR to compensate coarse clock resolution. The results show that the relative frequency offset compensation and many times of TWR enhance the performance to converge to a limited ranging errors even with coarse clock resolutions.
