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JKIEES, vol. 30, no. 8, pp.618-628, August, 2019
DOI. http://dx.doi.org/10.5515/KJKIEES.2019.30.8.618

TMA Direction Finding of a LoRa Device Using Chirp Characteristics Chirp 신호의 특성을 이용한 LoRa 기기의 TMA 방향탐지

이 상 준․장 병 준* Sangjoon Lee․Byung-Jun Jang*
삼성전자 네트워크사업부(Samsung Electronics Co., Ltd.) *국민대학교 전자공학과(Department of Electrical Engineering, Kookmin University)

This study examines a direction finding system for a LoRaTM Internet of Things(IoT) device using a time-modulated array(TMA). LoRa IoT technology uses a spread spectrum to increase the communication range, thus widening the frequency bandwidth. Thus, to construct a general TMA direction finding system, a high-speed radio frequency switch that is faster than the signal bandwidth is required. In this study, we implemented a TMA-based direction finding system with a low-speed switch based on the characteristic whereby the instantaneous bandwidth of the chirp signal is narrower than the signal bandwidth. Our system consists of two commercial monopole antennas, a self-designed switch board, and a software defined radio. The system is controlled using a LabVIEW program in real-time. The measured results verify that our system can exactly detect the incident angle within a maximum error of 15o in the range of ±50o. These results can be applied to various cases in which the instantaneous bandwidth is smaller than the signal bandwidth.

본 논문에서는 LoRa IoT 기기의 도래각을 찾을 수 있는 TMA(Time-modulated array) 기반 방향탐지에 관해 연구하였다. LoRa IoT 기술은 통신 반경을 넓히기 위하여 저속의 데이터를 Chrip 방식으로 주파수 확산하기 때문에 신호의 주파수대역폭이 넓다. 따라서 일반적인 TMA 기반의 방향탐지 시스템은 신호의 대역폭보다 빠른 고속의 스위치를 필요로 한다. 본 논문에서는 Chirp 신호의 순시대역폭이 신호의 대역폭보다는 협대역이라는 특성을 이용하여 저속의 스위치로도 방향탐지 시스템을 가능함을 입증하였다. 구현된 시스템은 2개의 상용 모노폴 안테나, 자체 제작한 스위치 보드, 그리고 하나의 USRP 로 구성되며, LabVIEW로 연동하여 실시간으로 LoRa Chirp 신호의 도래각을 탐지할 수 있었다. 실험 결과 ±50° 의 범위 내에서 최대 15° 오차 이내로 LoRa Chirp 신호의 방향탐지가 가능함을 확인하였다. 본 연구결과는 순시대역폭이신호대역폭보다 작은 다양한 경우에 적용될 수 있을 것이다.

Keyword : TMA, LoRa, Direction-Finding, Angle of ArrivalUSRP, Harmonic Analysis

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