일차원 환경에서 TOA와 TDOA 기반 측위의 성능 비교

Abstract

무선통신 시스템에서 단말기가 송신하는 무선신호를 수신기들이 수신하여 위치정보를 추정할 수 있다. 추정하는 방식에는 TOA (Time of Arrival), TDOA (Time Difference of Arrival) 등이 있다. TDOA방식은 여러 개의 수신기에서 동일한 신호가 수신될 때, 도달하는 시간차를 계산하여 위치를 추정한다. 수신기에서 수신하는 신호 중 하나라도 수신 품질이 저하된다면, 계산한 시간차에 잡음이 커지게 된다. TOA방식은 각각의 신호수집기의 시간 동기가 확보된 상황에서 신호가 도달하는 시간을 측정한 후 위치를 추정한다. 본 논문에서는 터널과 같은 일차원 환경에서 단말기가 전송하는 상향링크 신호를 신호수집기들이 수신한다. 수신하는 과정에서 도착시간을 추정할 때 잡음이 발생한다. 잡음이 포함된 추정한 시간을 이용해 TOA기반으로 위치를 추정하는 최적화 문제를 살펴본다. 본 논문에서는 제안하는 경사하강법 알고리즘을 이용해 문제를 해결한다. 시뮬레이션을 통해 TOA와 TDOA기반의 측위 성능을 비교하였다. 신호수집기의 개수가 늘어날수록 그리고 경로손실 지수가 작아질수록 위치 오차가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 또한, TDOA보다 TOA기반 측위가 동일한 수의 신호수집기와 동일한 송신전력에서 낮은 위치 오차를 보이는 것을 확인할 수 있다.