1. RTLS 개념
주로 RF 통신기반으로 나오는 이야기 이며, 위치를 파악하는 기술이다.
- RTLS(Real Time Location System, Real Time Tracking System)
RF에서 가끔 나오는 이야기이며, GPS 없이 위치를 파악하는 기능
- AoA(Angle of Arrival)
최소 2개 이상의 Anthena를 이용하여 들어오는 신호 위상(Phase)차이를 이용하여 방향을 감지하는 방법이다.
Anthena 의 설계에 따라 다르겠지만, 좀 깊게 들어가면, Angle-Azimuth 와 Angle-Elevation 으로 2가지 방향으로 설계가 가능하며, Radar를 보면 쉽게 이해가 간다.
- Radar 의 AoA 이해
Radar의 AoA를 이해를 하면 최근 BLE의 AoA도 금방이해가능하며, 구지 깊게 설명
Radar의 전반 이해 (Antena)
Radar 에 전반적인 이해
2. BLE의 RTLS
최근에 TI가 Channel Sounding과 함께 Demo를 보여줘서 RTLS 부분을 간단히 정리한다.
아래에서 한글자료들을 찾았으며, 간단히 링크만
- RTLS의 용어 및 설명
- Angle of Arrival (AoA) -> Radar 와 거의 동일
- N 개의 RX Anthena 를 이용하여, 도착시간의 차이를 Phase 차이로 계산
- Time of Arrival (ToA) -> Network Ping과 유사
- ToF라고도 하며, 왕복거리를 걸린 시간으로 나누면 됨
- Time Difference of Arrival (TDOA) -> Time Sync를 어떻게 맞출지가?
- 2개 이상에서 Anchor들 사이 ToA or ToF 기반으로 위치 측정 , 삼각측량과 비슷
- Received Signal Strength (RSS) -> 거의 이제 잘 사용하지 않는 것 같음
- 각 Channel의 RX 신호 세기
- Time of Flight (ToF) -> RF의 경우, Beacon Packet RTT 계산?
- TI Wireless connectivity->RTLS
- AoA(Angle-of-Arrival):
- RX의 Anthena 는 최소 2개 이상필요하며, Radar 거의 유사
- n개의 RX Anthena의 Phase 차이로 위치를 파악
- AoD(Angle of Departure)
- TX의 Anthen 최소 2개 이상 필요
- RX에서 아래 그림 같은 구조
- Beaforming으로 TX 다중 안테나를 이용하여 하는 것 같음
- AoA(Angle-of-Arrival) : 수신측(RX) 기반으로 안테나 최소 2개 이상으로 RX에서 Angle 파악
- AoD(Angle of Departure): 송신측(TX) 기반으로 방향감지 Packet 전송에서 RX Angle 파악
AoA의 결론
RX 의 안테나 최소 2개 이상으로, 아래와 같이 Radar 와 거의 동일하게 측정하는 것 같다.
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| https://dev.ti.com/tirex/explore/node?node=A__AQ0TYkLXd7cPWtNUtMqjSw__com.ti.SIMPLELINK_ACADEMY_CC13XX_CC26XX_SDK__AfkT0vQ__LATEST |
1.2 BLE 의 Channel Sounding (RTLS)
BLE의 새로운 기술 Channel Sounding 이라고 하며 거의 Radar와 비슷하다.
RF Radar 와 RF Communication 비교
Radar 1개이면 Range 측정이 가능하지만, RF Communication 2개 이상 필요
- Channel Sounding
BLE에서 2개로 통신을 하면서 Beacon 기반?으로 Radar처럼 Range 와 방향을 찾는 기술인 것 같으나, 현재 아래 TI 데모를 보면, Range만 측정가능 하다
Radar 의 Chirp처럼 지속적인 신호를 보내는 것을 명시 되었으면 좋은데, 아직 별다른 명시가 되어 있지 않아, 추후 좀 더 이 부분은 찾아보도록 하겠다.
Channel Sounding Range 측정방법
- Phased-Based Ranging (PBR)
- Round-Trip Time (RTT)
아래의 TI 데모 자료에도 AoA의 언급이 없음
링크도 깨짐
- Phased-Based Ranging (PBR)
아래의 initiator 가 되돌아온 Frequency Phase 차이로 Range 파악가능
거의 Radar와 비슷하며, 다만 통신이기에 2개의 Device를 사용을 해야 한다.
제대로만 된다면, AoA도 괜찮게 될 듯하다.
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| https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/feature-enhancements/channel-sounding/ |
- Round-Trip Time (RTT)
Packet의 ToF 기반으로 거리를 추정하는 것으로 모든 곳에서 사용이 되어지며, 사실 BLE 가 아니더라도 WIFI 비롯하여 어디듯 사용가능하다.
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| https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/feature-enhancements/channel-sounding |
- Phase 차이로 쉽게 Radar 처럼 Range 측정 (TI 자료,AoA 설명은 없음)
4 Bluetooth Channel Sounding Flow for Phase-Based Ranging
Appendix A: Basics of Phase Based Ranging and Multi-Carrier Phase Ranging
LO initiator 와 LO Refrector 의 Clock Sync? 누가 맞추는지?
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| https://www.ti.com/lit/an/swra791/swra791.pdf |
- Channel Sounding Flow
- CS Step Mode 0 : 양쪽 Clock Sync (상위 문제는 이곳에서?)
- CS Step Mode 2 : PBR 시작
- BLE Data : 반사파 받아 이를 Range 측정
- Channel Sounding 와 Clock Sync
상위 의 Clock Sync의 답일 듯하며, 다만 Calibration 방식으로 2개 가 일정 거리를 유지해야 보정이 될 듯하다.
예를 들면, 10m 로 하고 RF Calibration 방식으로 2개의 Clock의 Sync를 맞추는 것이다.
- Channel Sounding PBR 신호
FMCW Radar의 Chirp 과 유사하지만 다름
아래를 봐도 Ramp 신호기반 PM 방식? FMCW 의 Chirp 거의 유사하지만, 아래를 그림보면 X축이 시간 축이 없어서 일단 나도 확실히 장담을 못함 (Y: Phase , X: Frequency)
- Channel Sounding Security
거리 기반으로 보안을 높인다고 하는 것 같은데, 이 부분은 추후 더 확인을 해봐야 할 듯하다.
현재 생각으로는 RTT를 범위를 벗어나 것을 무시? (현재 생각?)
RTT
- Initiator ToD -> Reflector ToA = ToF
- Reflector ToD -> Initiator ToA = ToF
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| https://www.ti.com/lit/an/swra791/swra791.pdf |
- TI의 Channel Sounding 기술 Demo
자세한 설명이 없어, BLE의 Phy칩에서 Beacon기반으로 상위 Refletor로 반사파를 보내주는 것으로 생각?? (추측, 근데 지속성은?, 특정채널?)
일단 Initiator 와 Refector 와 Clock Sync를 어떻게 맞추는지는 잘 모르겠으며, TI에서 제공하는 상위 Channel Souding Draft Specfication 의 링크도 깨짐
현재 결론은,
PBR TX 신호를 보내기 전에, Clock Sync 통신으로 맞추고, 이후 특정 채널을 이용하여 그냥 Signal Reflecting 되어서 이를 Phase 감지하는 기술로 생각하면 될 것으로 추측되어짐
다만 FMCW Radar처럼 Chirp Design이나 이런 부분은 별도로 거의 설명이 없고, BT의 어느패킷 과 채널 인지도 세부 내용은 더 찾아 봐야 할 듯하다
FMCW Radar처럼 AoA까지 된다고 하면, RX 의 안테나 설계에 따라 방향도 감지 가능할 것이다.
아쉬운 점은 상위 TI에서도 RTLS의 AoA 를 문서로 남겼지만, BLE Channel Sounding에는 별도 언급이 없고, Range만 측정 가능한 걸로 보인다.
- WIFI 의 의문?
현재는 왜 WIFI는 비슷한 기술이 나올 만 한데, 나중에 시간이 되면 좀 더 찾아 보도록 하겠다.
- TI BLE Channel Sounding 기술 시연
아래 기술시연을 보면, AoA는 아직 아닌 것 같으며, Range만 가능
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