무선 거리측정 시스템의 SNR 향상을 위한 전처리 필터 기법

Abstract

본 논문에서는 전처리 필터링 기법(Pre-filtering method)을 적용한 고정밀 거리 측정 알고리즘을 제안한다. 제안된 거리측정 알고리즘은 도착 지연 시간(Time of Arrival) 추정에 기반을 두고 있으며, Finite Impulse Response(FIR) 필터를 이용한 전처리 필터 기법을 통해서 수신 신호의 신호 대 잡음비를 개선하여 도착 지연시간의 추정 정확도를 향상 시킬 수 있다. 제안한 거리 측정 알고리즘은 멀티패스(Multipath)를 통해서 수신된 신호에 기반을 두고 있으며, 이 때 수신된 신호에서 직선경로(Direct path)를 통해서 도착한 신호를 구분하여 거리 정보를 추출할 수 있다. 이러한 분해 과정의 정밀성을 높이기 위해 본 논문에서는 Propagator와 같은 부분 공간 기반 알고리즘(Subspace based algorithm)이 적용되었다. 부분 공간 기반 알고리즘은 정현파 신호를 입력으로 받아 주파수를 추정하는데 최적화된 방법으로써, 거리측정을 위해서는 수신 신호를 정현파 신호로 변환하는 과정이 필요하다. 이러한 변환의 한 방법으로 본 논문에서는 디처핑(De-chirping)을 사용하였으며, 디처핑을 통해서 변환된 정현파 신호의 대역폭(Bandwidth)은 수신된 첩 신호에 비해 줄어드는 현상이 발생한다. 제안된 전처리 필터 기법은 Finite Impulse Response(FIR) 필터 방법을 이용하여 변환된 정현파 신호의 대역폭 밖의 주파수 대역에 존재하는 잡음(Noise)를 제거 시켜줌으로써 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio) 향상을 이룰 수 있게 된다. 결과적으로 이러한 신호 대 잡음비 향상은 Propagator의 도착 지연 시간 추정 향상을 가져오게 되며 이는 거리측정의 정확도를 높이게 된다. 본 논문에서는 제안하는 전처리 필터링 기법(Pre-filtering method)의 추정 성능을 이론적인 수식으로 유도하였으며 시뮬레이션을 통해 이론적인 수식과 시뮬레이션 결과가 일치함을 확인할 수 있었다.