KR100583401B1 - 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법 - Google Patents

단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100583401B1
KR100583401B1 KR1020040046575A KR20040046575A KR100583401B1 KR 100583401 B1 KR100583401 B1 KR 100583401B1 KR 1020040046575 A KR1020040046575 A KR 1020040046575A KR 20040046575 A KR20040046575 A KR 20040046575A KR 100583401 B1 KR100583401 B1 KR 100583401B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
time
tag
master beacon
transmission
reception
Prior art date
Application number
KR1020040046575A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050121445A (ko
Inventor
최성수
오휘명
김관호
신요안
이원철
양석철
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020040046575A priority Critical patent/KR100583401B1/ko
Publication of KR20050121445A publication Critical patent/KR20050121445A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100583401B1 publication Critical patent/KR100583401B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/003—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management locating network equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

개시된 내용은 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법에 관한 것으로서, UWB(Ultra Wide Band) 펄스의 높은 시간 분해능을 이용하여 근거리에서 높은 정밀도를 가지고 태그의 위치를 획득할 때, 마스터-슬레이브 형태로 구성된 비콘(beacon)들 간의 사전 설정을 통해 마스터 비콘과 무선측위 대상인 태그 사이의 단일 송수신만으로 ToA(Time of Arrival) 및 TDoA(Time Difference of Arrival) 기법을 적용할 수 있도록 하며, 이로서 태그의 신호 송신을 최소화하여 태그의 저전력 동작을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명은 수 cm급의 고정밀도를 확보할 수 있고, 태그가 소형의 저전력 장치로 설계됨으로써, 개인휴대통신, RF-ID, 물류 관리 등에 이르기까지 다양한 산업에 응용될 수 있는 효과를 제공한다.
무선측위, UWB(Ultra Wide Band), 펄스, TDoA(Time Difference of Arrival), 비콘(beacon), 태그(tag), 마스터-슬레이브(master-slave) 구조

Description

단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법{System for short-range wireless positioning by one-shot transmission and method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 무선측위의 동작과정을 설명하기 위한 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 제어 유니트
200 : 마스터 비콘
300 : 슬레이브 비콘
400 : 태그
본 발명은 근거리 무선측위 시스템 및 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는 UWB(Ultra Wide Band) 펄스의 높은 시간 분해능을 이용하여 근거리에서 높은 정밀도를 가지고 무선측위 대상인 태그(tag)의 위치를 획득할 수 있도록 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 UWB 무선 기술의 장점이 대두되면서, 극히 짧은 시간 폭을 가지는 UWB 펄스의 응용 대상으로 근거리 고정밀 무선측위 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
실제로 UWB 펄스의 1 나노 세컨드(ns) 이하의 짧은 시간 폭은 수 cm급의 정밀한 위치표정을 가능하게 하면서, 초광대역에 걸쳐 아주 낮은 전력 레벨을 가지므로 타 전자기기와의 공존성도 확보할 수 있다는 장점을 가진다.
기존의 무선측위 기법은, 비콘(beacon, 기지국)들 간의 시간동기가 필수적이며 시간분해능에 의한 정밀도가 수십 m급이므로, 비콘들의 동기화 오차는 정밀도를 열하시키지 않는 범위에서 동작 가능했다.
그러나, 나노 세컨드급 이하의 시스템에서는 동기화를 위한 비콘들 간의 링크에 있어서, 무선은 물론 유선으로도 동기화 오차에 의한 문제가 심각하게 나타난다. 왜냐 하면, 무선측위 시스템이 비콘들 간의 시간 동기화 시스템으로 구성될 경우, 시간 동기 획득을 위한 PLL(Phase Lock Loop) 및 유선 신호전달 오차 등이 펄스 시간 폭보다 크게 되고, 결과적으로 고정밀 위치 표정을 할 수 없게 되기 때문이다.
따라서, UWB 펄스 기반의 고정밀 무선측위를 위해서는 시간동기를 필요로 하지 않는 TDoA(Time Difference of Arrival) 방식이 용이하며, 이를 바탕으로 간접적인 시간 동기를 확보하는 것이 요구되지만, 현재 이를 해결할 수 있는 시스템이 개발되어 있지 못한 실정이다.
또한, 근거리 무선측위 시스템을 적용한 개인휴대통신이나 RF-ID(Radio Frequency IDentification)에서 물류 관리를 위한 태그에 이르기까지 여러 가지 응용 분야를 고려할 때 태그는 근본적으로 저전력 동작이 가능해야 한다. 왜냐하면, 태그는 단순화된 개별 장치로서 전원 공급이 용이하지 못하므로, 일반적으로 저전력으로 설계되어야 하기 때문이다.
그러므로, UWB 펄스 신호의 송신 회수를 최소화함으로써 배터리 소모 문제를 해결할 수 있는 방법이 요구되지만, 현재까지 이를 해결할 수 있는 시스템이 개발되어 있지 못한 실정이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록, 극히 짧은 시간 폭으로부터 높은 분해능을 가지는 UWB 펄스를 이동성을 갖는 태그의 위치 표정에 적용함으로써, 수 cm급의 높은 정밀도를 가지는 무선측위를 가능하게 하도록 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 각 비콘(하나의 마스터 비콘 및 다수의 슬레이브 비콘)들 간의 신호 전달 시간차 정보를 확보한 상태에서 하나의 마스터 비콘과 태그 사이의 단일 송수신만으로 각 비콘들과의 TDoA 값을 얻고, 이를 바탕으로 태그의 위치를 표정할 수 있도록 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 각 비콘들을 시간 비동기화 시스템으로 구성하면 서도 간접적으로 시간 동기를 얻을 수 있도록 하며, 태그의 신호 송신 회수를 최소화하여 저전력 동작을 가능하게 하도록 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템은, 무선측위의 대상인 태그, 하나의 마스터 비콘, 다수의 슬레이브 비콘 및 무선측위를 제어하는 제어 유니트로 이루어진 무선측위 시스템에 있어서, 안테나를 통해 신호 송수신 기능을 수행하고, 마스터 비콘 및 다른 슬레이브 비콘들의 위치 정보 및 신호 전송에 요구되는 소요시간에 대한 정보를 지니고 있고, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 송수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있고, 무선측위 수행 이전에 제어 유니트로부터 제공받은 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 토대로 안테나를 통해 태그 및 복수의 슬레이브 비콘에게 신호 전송을 수행하며, 일정 대기시간 이후 안테나를 통해 태그로부터 수신한 신호를 토대로 TDoA를 획득하는 마스터 비콘과; 안테나를 통해 신호 수신 기능만을 수행하고, 마스터 비콘 및 다른 슬레이브 비콘의 위치 정보 및 신호 전송에 요구되는 소요시간에 대한 정보를 지니고 있고, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있고, 마스터 비콘으로부터 수신한 첫번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 저장하고, 일정 대기시간 이후 안테나를 통해 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 저장하며, 마스터 비콘으로부터 수신하여 측정한 첫번째 수신 펄스의 시간 정보와 태그로부터 수신하여 측정한 두번째 수신 펄스의 시간 정 보를 토대로 TDoA를 획득하는 복수의 슬레이브 비콘과; 신호 송수신 기능, 저전력 동작을 위한 수신 기능, 송신 전력 레벨을 가지고 있고, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 송수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있으며, 무선측위 과정에서 마스터 비콘에서 송신된 신호를 수신한 후 일정 대기시간이 지나면 안테나를 통하여 마스터 비콘 및 슬레이브 비콘으로 1회의 신호 전송을 수행하는 태그와; 마스터 비콘 및 복수의 슬레이브 비콘의 내부에 구비되거나 또는 외부에 독립적으로 구비되어 있고, 마스터 비콘 및 복수의 슬레이브 비콘과 유/무선으로 연결되어 태그의 무선측위를 위한 전반적인 시스템 제어를 수행하고, 마스터 비콘과 복수의 슬레이브 비콘 간의 거리 대 시간 지표를 가지고 있고, 무선측위 수행 이전에 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 마스터 비콘으로 제공하며, 마스터 비콘 및 복수의 슬레이브 비콘으로부터 유/무선채널을 통해 TDoA 정보를 수집한 후 소프트웨어적 과정을 통해 최종적으로 태그의 위치를 표정하여 마스터 비콘과 태그 사이의 신호 송수신만으로 무선측위를 수행하는 제어 유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위방법은, (1) 무선측위 대상이 되는 특정 태그의 위치추적을 수행하기 이전에 제어 유니트에서 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 마스터 비콘에 유/무선상으로 부여하는 과정과; (2) 제어 유니트로부터 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 입력받은 마스터 비콘에서 시각 동기 정보 시점에 태그 및 다수의 슬레이브 비콘에게 펄스를 전송하는 과정과; (3) 다수의 슬레이브 비콘 및 태그에서 마스터 비콘에서 전송된 첫번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장하는 과정과; (4) 태그에서 사전에 약속된 지연 시간이 경과되면, 마스터 비콘 및 다수의 슬레이브 비콘으로 다시 펄스를 전송하는 과정과; (5) 다수의 슬레이브 비콘에서 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장하는 과정과; (6) 마스터 비콘에서 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 수신 시간을 측정하여 유/무선채널을 통해 제어 유니트에 전송하는 과정과; (7) 다수의 슬레이브 비콘에서 마스터 비콘으로부터 수신한 첫번째 수신 펄스의 시간과 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 유/무선채널을 통해 제어 유니트로 전송하는 과정과; (8) 제어 유니트에서 미리 알고 있던 거리 및 시간정보들과 마스터 비콘 및 다수의 슬레이브 비콘으로부터 유/무선채널을 통해 전송된 시간 정보를 가지고 태그에 대한 위치 추적을 수행하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 제어 유니트(control unit)(100)는 마스터 비콘(200) 및 복수의 슬레이브 비콘(300)의 내부에 구비되거나 또는 외부에 독립적으로 구비되어 있고, 마스터 비콘(200) 및 복수의 슬레이브 비콘(300)과 유/무선으로 연결되어 태그(400)의 무선측위를 위한 전반적인 시스템 제어를 수행하며, 마스터 비콘(200)과 복수의 슬레이브 비콘(300) 간의 거리 대 시간 지표를 가지고 있다.
그리고, 제어 유니트(100)는 무선측위 수행 이전에 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 마스터 비콘(200)으로 제공하며, 유/무선상으로 연결된 마스터 비콘(200) 및 복수의 슬레이브 비콘(300)으로부터 유/무선채널을 통해 TDoA 정보를 수집한 후 소프트웨어적 과정을 통해 최종적으로 태그(400)의 위치를 표정한다. 즉, 마스터 비콘(200)과 태그(400) 사이의 단 한 번의 신호 송수신만으로 태그(400)의 무선측위를 수행할 수 있는 것이다.
마스터 비콘(master beacon)(200)은 안테나를 통해 신호 송수신 기능을 수행하고, 마스터 비콘(200) 및 다른 슬레이브 비콘(300)들의 위치 정보 및 신호 전송에 요구되는 소요시간에 대한 정보를 지니고 있으며, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 송수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있다.
그리고, 마스터 비콘(200)은 무선측위 수행 이전에 제어 유니트(100)로부터 제공받은 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 토대로 안테나를 통해 태그(400) 및 복수의 슬레이브 비콘(300)에게 한 번의 신호 전송을 수행하며, 일정 대기시간 이후 안테나를 통해 태그(400)로부터 수신한 신호를 토대로 TDoA를 획득한 후 해당 정보를 제어 유니트(100)로 전송한다.
복수의 슬레이브 비콘(slave beacon)(300)은 안테나를 통해 신호 수신 기능만을 수행하고, 마스터 비콘(200) 및 다른 슬레이브 비콘(300)들의 위치 정보 및 신호 전송에 요구되는 소요시간에 대한 정보를 지니고 있으며, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있다.
그리고, 슬레이브 비콘(300)은 마스터 비콘(200)으로부터 수신한 첫번째 수 신 펄스의 시간을 측정하여 저장하고, 일정 대기시간 이후 안테나를 통해 태그(400)로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 저장하며, 마스터 비콘(200)으로부터 수신하여 측정한 첫번째 수신 펄스의 시간 정보와 태그(400)로부터 수신하여 측정한 두번째 수신 펄스의 시간 정보를 토대로 TDoA를 획득한 후 해당 정보를 제어 유니트(100)로 전송한다.
이때, 상술한 슬레이브 비콘(300)은, 삼각측량을 위해 최소 2개 이상이 요구된다.
또한, 상술한 마스터 비콘(200) 및 복수의 슬레이브 비콘(300)은, 사전에 설정된 거리 대 시간 지표를 통해 마스터 비콘(200)의 1회 송신 신호를 바탕으로 간접 동기를 획득할 수 있다.
태그(400)는 신호 송수신 기능, 저전력 동작을 위한 수신 기능, 송신 전력 레벨을 가지고 있고, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 송수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있으며, 무선측위 과정에서 마스터 비콘(200)에서 송신된 신호를 수신한 후 일정 대기시간(processing time)이 지나면 안테나를 통하여 마스터 비콘(200) 및 슬레이브 비콘(300)으로 1회의 신호 전송을 수행한다.
이때, 상술한 태그(400)는, 무선측위 과정중 단 한번의 신호 송출을 통해 무선측위를 종료하여 전력 소비를 최소화한다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 방법의 동작과정을 도 2와 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위방법의 동작과정 을 상세하게 나타낸 순서도이다.
우선, 마스터 비콘(200) 및 다수의 슬레이브 비콘(300)과 유/무선으로 연결된 제어 유니트(100)에서는 마스터 비콘(200) 및 다수의 슬레이브 비콘(300)으로부터 전송되는 시간 정보를 토대로 소프트웨어적으로 태그(400)의 위치를 표정하게 된다.
그리고, 마스터 비콘(200) 및 다수의 슬레이브 비콘(300)은 정해진 위치에 고정되어 위치를 알고 있으며, 이에 따라 마스터 비콘(200)과 다수의 슬레이브 비콘(300) 간의 거리 및 신호 전송에 요구되는 소요시간을 미리 알고 있는 상태에서 시스템이 가동된다.
이와 같은 상태에서, 제어 유니트(100)에서는 무선측위 대상이 되는 특정 태그(400)의 위치추적을 수행하기 이전에 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 마스터 비콘(200)에 유/무선상으로 부여한다(S100).
제어 유니트(100)로부터 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 입력받은 마스터 비콘(200)에서는 시각 동기 정보 시점에 안테나를 통해 다수의 슬레이브 비콘(300) 및 태그(400)로 펄스를 전송한다(S200).
다수의 슬레이브 비콘(300) 및 태그(400)에서는 마스터 비콘(200)에서 전송된 첫번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장한다(S300).
그리고, 태그(400)에서는 마스터 비콘(200)에서 전송된 첫번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장한 이후, 사전에 약속된 지연 시간(즉, UWB 펄스의 송수신시 일정 대기시간을 고려하여 사전에 약속된 시간)이 경과되면, 마스터 비콘 (200) 및 다수의 슬레이브 비콘(300)으로 다시 펄스를 전송한다(S400).
태그(400)에서 마스터 비콘(200) 및 다수의 슬레이브 비콘(300)으로 펄스를 전송한 이후, 다수의 슬레이브 비콘(300)에서는 태그(400)로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장한다(S500).
또한, 마스터 비콘(100)에서는 태그(400)로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 수신 시간을 측정하여 유/무선채널을 통해 제어 유니트(100)에 전송한다(S600).
태그(400)로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장한 다수의 슬레이브 비콘(300)에서는 마스터 비콘(200)으로부터 수신한 첫번째 수신 펄스의 시간과 태그(400)로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간 정보를 유/무선채널을 통해 제어 유니트(100)로 전송한다(S700).
그러면, 제어 유니트(100)에서는 미리 알고 있던 거리 및 시간정보들과 마스터 비콘(200) 및 다수의 슬레이브 비콘(300)으로부터 유/무선채널을 통해 전송된 시간 정보를 가지고 태그에 대한 위치 추적을 수행한다(S800).
도 3은 본 발명에 따른 무선측위의 동작과정을 설명하기 위한 파형도로서, 여기에서는 설명의 편의상 마스터 비콘은 B1, 슬레이브 비콘 1은 B2, 슬레이브 비콘 2는 B3으로 하여 설명한다.
우선, 마스터 비콘(B1), 슬레이브 비콘 1, 2(B2, B3) 및 태그의 신호 전송에 요구되는 대기시간 T가 사전에 설정되어 있다.
그리고, 태그와 마스터 비콘(B1) 및 슬레이브 비콘 1, 2(B2, B3) 간의 신호전 송 소요시간 및 거리는 각각 T1, R1, T2, R2, T3, R3이며, 마스터 비콘(B1) 및 슬레이브 비콘 1, 2(B2, B3) 상호간의 신호전송 소요시간 및 거리는 T12, R12 , T13, R13, T23, R23으로서, 알려져 있지 않은 값이다.
위치추적 수행을 위해 마스터 비콘(B1)에 제공되는 제어 유니트(100)의 시각 동기 정보는 T0으로 설정되어 있으며, 슬레이브 비콘 1, 2(B2, B3) 자체에서 제공되는 시간 동기 정보 T0', T0"은 알려져 있지 않은 값이다.
마스터 비콘(B1)에 의해 측정된 태그신호의 도착시간은 XT로 측정되고, 슬레이브 비콘 1(B2)에 의해 측정된 마스터 비콘(B1) 및 태그신호의 도착시각은 각각 YB, YT로 측정되며, 슬레이브 비콘 2(B3)에 의해 측정된 마스터 비콘(B 1) 및 태그신호의 도착시각은 각각 ZB, ZT로 측정된다.
그리고, 전술한 설명에서 알려지지 않은 T1, T0', T2, T0", T3은 다음의 각 식을 통해 결정된다.
즉, T1은 XT-T0 = T1+T+T1의 식을 통해 결정되고, T0'은 YB-T0' = T12의 식을 통해 결정되고, T2는 YT-T0' = T1+T+T2의 식을 통해 결정되고, T0"은 ZB-T0" = T13의 식을 통해 결정되며, T3은 ZT-T0" = T1+T+T3의 식을 통해 결정된다.
또한, 상술한 관계식들에서 얻어진 시간 T1, T2, T3와 광속을 이용하여 거리 R1, R2, R3를 구할 수 있다.
따라서, 마스터 비콘(B1), 슬레이브 비콘 1, 2(B2, B3)를 중심으로 반지름이 R1, R2, R3에 해당하는 3개의 원을 얻을 수 있으며, 더불어 원의 반지름 R1, R2, R3간의 차를 이용하여 3개의 궤적을 얻을 수 있다.
그러므로, 제어 유니트(100)에서는 상술한 각 관계식들을 통해 얻어진 데이터를 토대로 무선측위 대상인 태그의 위치를 표정할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 본 발명의 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법에 따르면, UWB 펄스 신호의 높은 시간 분해능을 바탕으로 고정밀 무선측위 시스템을 구성함에 있어서 문제점으로 제기되었던 비콘들의 동기화 문제 및 태그의 전력소모 문제를 해결함으로써, 근거리 무선측위 시스템의 실용화를 앞당길 수 있으며, 향후 유비쿼터스 환경을 위한 다양한 응용 분야에서 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 통신시스템에서 얻지 못했던 수 cm급의 고정밀도를 확보할 수 있고, 태그가 소형의 저전력 장치로 설계됨으로써, 개인휴대통신, RF-ID, 물류 관리 등에 이르기까지 다양한 산업에 응용될 수 있는 효과가 있다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 무선측위의 대상인 태그, 하나의 마스터 비콘, 다수의 슬레이브 비콘 및 무선측위를 제어하는 제어 유니트로 이루어진 무선측위 시스템에 있어서,
    안테나를 통해 신호 송수신 기능을 수행하고, 상기 마스터 비콘 및 다른 슬레이브 비콘의 위치 정보 및 신호 전송에 요구되는 소요시간에 대한 정보를 지니고 있고, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 송수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있고, 무선측위 수행 이전에 상기 제어 유니트로부터 제공받은 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 토대로 안테나를 통해 상기 태그 및 복수의 슬레이브 비콘에게 신호 전송을 수행하며, 일정 대기시간 이후 안테나를 통해 상기 태그로부터 수신한 신호를 토대로 TDoA를 획득하는 마스터 비콘;
    안테나를 통해 신호 수신 기능만을 수행하고, 상기 마스터 비콘 및 다른 슬레이브 비콘들의 위치 정보 및 신호 전송에 요구되는 소요시간에 대한 정보를 지니고 있고, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있고, 상기 마스터 비콘으로부터 수신한 첫번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 저장하고, 일정 대기시간 이후 안테나를 통해 상기 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 저장하며, 상기 마스터 비콘으로부터 수신하여 측정한 첫번째 수신 펄스의 시간 정보와 상기 태그로부터 수신하여 측정한 두번째 수신 펄스의 시간 정보를 토대로 TDoA를 획득하는 복수의 슬레이브 비콘; 및
    신호 송수신 기능, 저전력 동작을 위한 수신 기능, 송신 전력 레벨을 가지고 있고, 자체 타이머를 보유하고 있어 신호 송수신 과정에서 시간 정보를 도출할 수 있으며, 무선측위 과정에서 상기 마스터 비콘에서 송신된 신호를 수신한 후 일정 대기시간이 지나면 안테나를 통하여 상기 마스터 비콘 및 슬레이브 비콘으로 1회의 신호 전송을 수행하는 태그; 및
    상기 마스터 비콘 및 복수의 슬레이브 비콘의 내부에 구비되거나 또는 외부에 독립적으로 구비되어 있고, 상기 마스터 비콘 및 복수의 슬레이브 비콘과 유/무선으로 연결되어 상기 태그의 무선측위를 위한 전반적인 시스템 제어를 수행하고, 상기 마스터 비콘과 복수의 슬레이브 비콘 간의 거리 대 시간 지표를 가지고 있고, 무선측위 수행 이전에 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 상기 마스터 비콘으로 제공하며, 상기 마스터 비콘 및 복수의 슬레이브 비콘으로부터 유/무선채널을 통해 TDoA 정보를 수집한 후 소프트웨어적 과정을 통해 최종적으로 상기 태그의 위치를 표정하여 상기 마스터 비콘과 상기 태그 사이의 신호 송수신만으로 무선측위를 수행하는 제어 유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬레이브 비콘은,
    삼각측량을 위해 최소 2개 이상이 요구됨을 특징으로 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 태그는,
    무선측위 과정중 신호 송출을 통해 무선측위를 종료하여 전력 소비를 최소화함을 특징으로 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 마스터 비콘과 상기 복수의 슬레이브 비콘은,
    사전에 설정된 거리 대 시간 지표를 통해 상기 마스터 비콘의 송신 신호를 바탕으로 간접 동기를 획득함을 특징으로 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템.
  5. (1) 무선측위 대상이 되는 특정 태그의 위치추적을 수행하기 이전에 제어 유니트에서 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 마스터 비콘에 유/무선상으로 부여하는 과정;
    (2) 상기 제어 유니트로부터 펄스 전송 시점에 대한 시각 동기 정보를 입력받은 상기 마스터 비콘에서 시각 동기 정보 시점에 태그 및 다수의 슬레이브 비콘에게 펄스를 전송하는 과정;
    (3) 상기 다수의 슬레이브 비콘 및 태그에서 상기 마스터 비콘에서 전송된 첫번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장하는 과정;
    (4) 상기 태그에서 사전에 약속된 지연 시간이 경과되면, 상기 마스터 비콘 및 다수의 슬레이브 비콘으로 다시 펄스를 전송하는 과정;
    (5) 상기 다수의 슬레이브 비콘에서 상기 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 버퍼에 저장하는 과정;
    (6) 상기 마스터 비콘에서 상기 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 수신 시간을 측정하여 유/무선채널을 통해 상기 제어 유니트에 전송하는 과정;
    (7) 상기 다수의 슬레이브 비콘에서 상기 마스터 비콘으로부터 수신한 첫번째 수신 펄스의 시간과 상기 태그로부터 수신한 두번째 수신 펄스의 시간을 측정하여 유/무선채널을 통해 상기 제어 유니트로 전송하는 과정; 및
    (8) 상기 제어 유니트에서 미리 알고 있던 거리 및 시간정보들과 상기 마스터 비콘 및 다수의 슬레이브 비콘으로부터 유/무선채널을 통해 전송된 시간 정보를 가지고 상기 태그에 대한 위치 추적을 수행하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위방법.
KR1020040046575A 2004-06-22 2004-06-22 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법 KR100583401B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040046575A KR100583401B1 (ko) 2004-06-22 2004-06-22 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040046575A KR100583401B1 (ko) 2004-06-22 2004-06-22 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050121445A KR20050121445A (ko) 2005-12-27
KR100583401B1 true KR100583401B1 (ko) 2006-05-25

Family

ID=37293597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040046575A KR100583401B1 (ko) 2004-06-22 2004-06-22 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100583401B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8626188B2 (en) 2010-09-20 2014-01-07 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and server for estimating position of mobile node
US9749799B2 (en) 2015-01-21 2017-08-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and device for determining distance between devices
US11480670B2 (en) 2017-09-13 2022-10-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Tag and tag position determination device and method

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100892241B1 (ko) * 2007-05-04 2009-04-09 한국전기연구원 무선위치 인식 시스템 및 그 인식방법
KR101418380B1 (ko) 2007-09-21 2014-07-11 삼성전자주식회사 이동 통신 시스템 및 그것의 거리 측정 방법
KR101233569B1 (ko) * 2011-10-28 2013-02-14 엘에스산전 주식회사 위치 추적 시스템 및 그 방법
KR101304849B1 (ko) * 2012-09-04 2013-09-05 한국전기연구원 클럭 오프셋 보정을 이용하는 무선 측위 서버 및 이를 이용한 무선 측위 방법
KR101244936B1 (ko) * 2012-03-15 2013-03-20 한국전기연구원 무선 측위를 위한 클락 오프셋 보정 방법 및 장치
CN106152882B (zh) * 2016-08-29 2017-12-15 中国人民解放军海军工程大学 一种基于超宽带技术的无线检靶方法及其系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999021388A1 (en) * 1997-10-16 1999-04-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson System and method for positioning a mobile station in a cdma cellular system
JPH11220766A (ja) 1998-01-29 1999-08-10 Oki Electric Ind Co Ltd 移動体通信システム、および移動局の位置推定方法
US5995046A (en) 1998-01-30 1999-11-30 Widata Corporation Radio geo-location system with advanced first received wavefront arrival determination
KR20030042291A (ko) * 2001-11-22 2003-05-28 서두인칩 주식회사 이동단말기 위치확인 시스템 및 방법
KR20030058552A (ko) * 2001-12-31 2003-07-07 에스케이 텔레콤주식회사 단말기의 위치 추적을 위한 단말기 위치 정보 제공 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999021388A1 (en) * 1997-10-16 1999-04-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson System and method for positioning a mobile station in a cdma cellular system
JPH11220766A (ja) 1998-01-29 1999-08-10 Oki Electric Ind Co Ltd 移動体通信システム、および移動局の位置推定方法
US5995046A (en) 1998-01-30 1999-11-30 Widata Corporation Radio geo-location system with advanced first received wavefront arrival determination
KR20030042291A (ko) * 2001-11-22 2003-05-28 서두인칩 주식회사 이동단말기 위치확인 시스템 및 방법
KR20030058552A (ko) * 2001-12-31 2003-07-07 에스케이 텔레콤주식회사 단말기의 위치 추적을 위한 단말기 위치 정보 제공 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8626188B2 (en) 2010-09-20 2014-01-07 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and server for estimating position of mobile node
US9749799B2 (en) 2015-01-21 2017-08-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and device for determining distance between devices
US10097956B2 (en) 2015-01-21 2018-10-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and device for determining distance between devices
US11480670B2 (en) 2017-09-13 2022-10-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Tag and tag position determination device and method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050121445A (ko) 2005-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2697838C1 (ru) Система позиционирования
RU2713477C1 (ru) Система позиционирования
US12000948B2 (en) Positioning system
KR100671283B1 (ko) 순차 송수신 방식을 이용한 비동기 무선 측위 시스템 및방법
US9107043B2 (en) Determining coordinates of access points in an indoor position location system
CN110794364A (zh) 一种uwb室内定位方法
US20100008270A1 (en) Method and System for Localization Using One-Way Ranging Technique
KR101836837B1 (ko) 측위 시스템 내 시간 차이 보상 방법 및 그에 따른 측위 시스템
US11102746B2 (en) Positioning system
US20230063193A1 (en) Location system with ultra-wideband (uwb) infrastructure and discovery infrastructure
US9568584B2 (en) Wireless positioning server using clock offset calibration positioning method using the same
CN102645645A (zh) 一种室内自定位的方法及系统
KR20160064165A (ko) 실내 포지션 로케이션 시스템에서의 높은 정밀도 액세스 포인트 대 액세스 포인트 동기화
KR101092209B1 (ko) 무선 동기를 이용한 ｉｒ-ｕｗｂ 무선 측위 방법 및 시스템
KR101814698B1 (ko) 무선 송수신을 이용한 앵커와 태그의 좌표 동시 설정 방법 및 통신 시스템
US10698074B2 (en) System and method for locating an object
KR20130136708A (ko) 위치 추정 장치 및 방법
KR100583401B1 (ko) 단일 송수신을 통한 근거리 무선측위 시스템 및 방법
US20230052581A1 (en) Ultra-wide band distance determination with an angle-of-arrival based disturbance compensation
Syberfeldt et al. Localizing operators in the smart factory: A review of existing techniques and systems
Panta et al. Distance Variation Monitoring with Wireless Two-way Interferometry (Wi-Wi).
US11665663B2 (en) Transmitting data over a radio network
KR20120030756A (ko) 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법
KR20180138067A (ko) 정밀도를 향상시킨 실시간 측위 방법 및 시스템
GB2597728A (en) Transmitting data over a radio network

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130521

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140520

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150519

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160517

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170518

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180515

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190516

Year of fee payment: 14