SDR과 GNU Radio를 이용한 무선 위치 탐지 시스템 구현
Implementation of radio Localization systems using SDR and GNU Radio
- 주제어 (키워드) Angle of Arrival , Radio Localization , 최소제곱법
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이행선
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000081801
- UCI I804:11029-000000081801
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
본 연구에서는 GNU Radio를 활용하여, Bluetooth 5.1의 AoA(Angle of Arrival) 기능을 기반으로 한 2D(평면상)의 실내 위치 탐지 시스템을 구현한다. 다수의 송신기와 2채널 배열 안테나를 갖춘 수신기를 이용하여, 수신기의 위치를 탐지한다. GNU Radio의 Flowgraph 상에서 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) 구간의 위상차로부터 AoA를 계산한다. 이렇게 계산된 각도로부터 수신기의 2차원 위치는 최소제곱법(Least Squares Method)을 사용하여 탐지한다. GNU Radio 내에서 TX와 RX의 Flowgraph를 만들었다. 특히, RX에서는 SDR에서 수신된 신호를 바탕으로 주파수 동기화를 맞추고, 노이즈 제거 및 Packet을 파싱(parsing)한다. 여기서 파싱은 Packet에서 관련 정보를 추출하고 분석하여, 데이터를 변환하는 과정을 말한다. 구현된 시스템은 다양한 송신기 배치 및 안테나 간 간격 설정을 바탕으로 실험되며, 실내 환경에서도 수십 센티미터 수준의 위치 정확도를 확인했다. 실험 시나리오는 총 4개가 있으며, 각 시나리오는 TX의 위치가 다르다. 우리는 이를 바탕으로 TX의 배치가 얼마나 중요한지 관찰한다. 또한, 송신기 배치, 안테나 간격, AoA 측정 오차가 위치 탐지 성능에 미치는 영향을 분석하고, 최적의 송신기 배치 조건을 도출했다.
more목차
초록 (Abstract) 1
1. 서론 (Introduction) 2
2. 배경 이론 (Background) 4
2.1 AoA (Angle of Arrival) 측정 알고리즘의 분류 4
2.2 위상차 기반 방법 (Phase Difference-Based Method) 5
2.3 MUSIC (Multiple Signal Classification) 6
2.4 ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance
Technique) 7
2.5 DA-MUSIC (Deep Augmented MUSIC) 7
2.6 위치 탐지 시스템 알고리즘의 수학적 모델 8
3. SDR 을 이용한 위치 탐지 시스템 구현 15
3.1 SDR 을 사용하는 이유 20
3.2 Bluetooth 5.1 의 Packet 의 구조 21
4. 위치 탐지 시스템의 GNU Radio Flowgraph 22
4.1 GNU Radio 의 TX Flowgraph 22
4.2 GNU Radio 의 RX Flowgraph 23
4.3 FLL Band Edge 를 이용한 주파수 동기화 25
4.4 Access Code 를 통한 TX 구분 및 Packet 검출 27
4.5 AoA 기반 위치 탐지 시스템의 Flowgraph 29
4.6 AoA 의 방향성 (정방향과 역방향)을 정하는 이유 31
5. 실험 장소에 대한 정보 34
6. 위치 탐지 시스템 실험 및 결과 37
6.1 위치 탐지 시스템 실험 과정 (시나리오 #1 과 #2) 37
6.2 위치 탐지 시스템 실험 과정 (시나리오 #3 과 #4) 39
6.3 시나리오 #3 과 #4 의 파트별 위치 정확도 비교 분석 41
A. Part 1 분석 42
B. Part 2 분석 44
C. Part 3 분석 46
7. 결론 (Conclusion) 48
8. 참고 문헌 (Reference) 50
