Recently, attention of geolocation system is increased on civil purpose. Various location applications, i.e. Navigation, Enhanced 911, mobile advertising, asset tracking, fleet management etc., are developed and serviced. However, the geolocation system is originally developed and performed in military. It is well known that the Global Positioning System (GPS) is currently employed for field operations. However, the GPS can be affected by the weather condition or the lay of the land, and the terminal consumes the plenty of power. Thus, we propose a location system based on a local military tactical network in order to assist the GPS.
The location finding system can be classified as 3 Base-Station (BS), 2BS, 1BS system according to the minimum number of the required BSs. The BS in local military tactical network has mobility and limitations on scalability. Due to these properties, 1 BS system is considered. Also, the military operations need the identification of multiple units. Hence, we propose a multi-user location finding system based on 1 BS system.
The OFDMA system has been a promising technique in multi-user system, which is adopted in some standards such as IEEE 802.16e Mobile WiMAX (WiBro). Moreover, the Korean Army exploits Tactical Information Communication Network (TICN) based on WiBro system. Therefore, we propose a multi-user location finding system based on WiBro OFDMA.
The proposed system is composed of a BS with multiple array antennas and multiple mobile stations (MSs) with single antenna. The system estimates multiple AOAs and ranging information simultaneously utilizing uplink Advanced Antenna Systems (AAS) preamble. Since it has to estimate the entire user at the same time, the complexity of the system has to be considered. we adopt Matrix Pencil algorithm, which is well known for its lower complexity than other method, for Angle of Arrival(AOA). The Received Signal Strength Indication (RSSI) is selected for ranging because it is easy to implement and has low complexity.
The averaging on the multiple sub-carriers for each user may improve the performance in assumption of AWGN. The simulation results show that the accuracy of estimation improves according to increase of used sub-carriers and the positioning error is less than 10m in 1km coverage at 10dB SNR. Hence, in many cases of interest, the proposed system may be a promising technique for location based services in military purpose.
최근 위치인신 시스템은 상업적으로 많은 주목을 받고 있다. navigation, E911, mobile advertising, asset tracking, feet management 등 많은 위치인식 서비스가 개발되었고 서비스 되고 있다. 그러나 이러한 위치인식 시스템은 군에서 먼저 개발되었고 사용되고 있었다. 군GPS 시스템의 민간 개방은 현재 수많은 위치인식 서비스의 개발의 기폭제가 되었다. 군에서는 이미 GPS를 활용하여 많은 필드 작전활동에 할용하고 있으나 GPS 시스템은 날씨나 지역적 특성에 많은 영향을 받고 단말에 많은 전력소모를 요구한다. 따라서 본 논문에서는 GPS 시스템을 보조해 줄 수 있는 지역 군 전술 통신망 기반 위치인식 시스템을 제안한다.
지역 위치인식 시스템은 필요한 최소의 BS 수를 기준으로, 3BS, 2BS, 1BS 시스템으로 구분할 수 있다. 군 전술 통신에서 사용되는 BS는 이동성과 동시 운용 가능한 숫자의 제한이 있으므로 1BS joint 시스템을 제안한다. 또한 현재까지 개발된 위치인식 시스템은 대부분 싱글 유저 인식 시스템을 다루고 있다. 그러나 군에서는 작전상 많은 유닛의 위치를 동시에 확인할 피리요가 있다. 한편 OFDM의 좋은 특성과 OFDM의 유연성 때문에 미래 무선 통신 시스템은 OFDM를 기본으로 채택하고 있다. 군 통신에서도 이러한 OFDM의 좋은 특성이 활용 가능하며, 한국군에서는 WiBro 기반 Tactical Information ommunication Network (TICN)을 개발 중에 있다. 따라서 WiBro OFDM를 기반으로 한 멀티유저 동시 인식 시스템을 고안하였다.
제안된 시스템은 MS에서는 Single antenna, BS에서는 multi Array antenna 사용하는 MISO 시스템으로 WiBro OFDM를 기반으로 Uplink에서 Uplink에서 AAS preamble을 활용하여 멀티유저의 AOA와 RSSI를 동시에 측정하여 멀티유저의 위치를 동시에 인식한다. 동시에 모든 유저에 대해 측정을 해야 하므로 AOA 기법으로는 super resolution 기법 중에 복잡도가 낮은 Matrix pencil 사용하였고, Ranging 기법으로는 복잡도가 낮고 구현이 용이한 RSSI를 사용하였다. OFDM 시스템에서 다수 부잔송파의 diversity 효과로 인해 한 개의 신호를 사용하는 시스템에 비해 월등한 성능 개선효과를 얻을 수 있었다. 시뮬레이션 결과 사용된 부반송파의 수에 따라 성능이 개선됨을 확인할 수 있었고, SNR 10dB의 환경에서 1km 이내에서 10m 이하의 오차를 가지는 성능을 확인하였다.
제안된 시스템을 활용하여 GPS를 보조할 전술이하 제대 아군 위치 인식 시스템을 개발 활용한다면 하급 제대의 위치의 신속한 파악을 통한 적시성 있는 작전계획 수립에 기여할 수 있을 것이다.
