KR100699196B1 - 위치 정보 결정 방법 - Google Patents

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모토로라 인코포레이티드
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Abstract

무선 디바이스들을 위한 상대 위치 정보를 추정하는 방법이 제공된다. 개별 추정들은 서로(710, 720, 910, 920)에 대한 제1 및 제2 무선 디바이스들의 범위 정보와 같은 상대 위치를 결정하는 2개 이상의 대안 수단으로부터 얻어진다. 3개의 추정들 중 적어도 하나는 제1 및 제2 디바이스들 중 하나와 제3 디바이스 사이의 상대 위치의 추정을 수반한다. 이들 추정들은 개별 추정들(740, 940) 중 임의의 하나보다 통계적으로 더 정확한 새로운 추정을 제공하도록 조합된다.
위치 정보 추정, 위치 정보 결정, 상대 위치, 개별 추정, 새로운 추정, 무선 디바이스

Description

위치 정보 결정 방법{Method for determining location information}
본 발명은 무선 디바이스들의 위치를 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
다양한 기술들을 사용하여 위치 정보의 결정을 제공하는 다수의 시스템들이 구현되거나 제안되어 왔다. 위성 위치 확인 시스템(GPS)은 위치 결정 정보를 전송하기 위해 위성들을 이용하는 공지된 시스템의 예이다. GPS 수신기는 그의 위치를 결정하기 위한 기준 데이터로서 이들 위성 전송들을 사용한다. GPS의 단점은 도시의 협곡들 또는 빌딩들 내에서와 같은 몇몇 위치들에서 GPS 위성들로부터의 신호들이 폐색(occlude)될 수도 있다는 것이다.
오피스 빌딩 등의 내부의 위치 결정을 요구하는 응용들에 있어서, 하나의 접근은 빌딩 내의 고정 위치들에 수신기들의 그룹을 배열하고, 위치 확인될 물체에 송신기를 부착하는 것이다. 고정 수신기들은 수신기들의 하나 이상의 그룹을 통해 연관 송신기로부터 수신된 신호들에 기초하여 물체의 위치를 결정하는 중앙 컴퓨터에 접속된다. 불행하게도, 이 형태의 시스템은 고정 수신기들을 포함하는 상당한 양의 설비된 하부 구조 및 수신기들과 기지국들 사이의 무선 접속들을 필요로 한다. 더욱이, 이들 시스템들은 정확한 위치의 결정을 제공하지 않는다.
수신된 신호의 강도는 원칙적으로 송신기와 수신기 사이의 거리를 결정하는데 사용될 수 있다. 위치 정보를 결정하는데 통상적으로 사용되는 다른 기술은 도래 시간차(time difference of arrival: TDOA)로서 공지되어 있다. 상대 위치 정보를 결정하는데 사용되는 이들 및 다른 기술들은 채널 감쇠, 간섭 등을 포함하는 다양한 팩터들에 의해 부정확해질 수 있다는 것이 알려져 있다. 위치 결정을 위한 시스템의 정확도를 개선하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 무선 디바이스들에 대한 상대 위치를 결정하는 개선된 방법이 요구된다.
새로운 것으로 고려되는 본 발명의 특징들은 청구범위에 설명된다. 그러나, 본 발명 자체는 첨부 도면들과 관련하여 취한 본 발명의 특정 예시적인 실시예들의 이하의 상세한 설명을 참조하여 가장 양호하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각각의 다른 것의 위치를 결정하는 것을 포함하는 무선 디바이스들이 위치되고 GPS 위성들 및 셀룰러 네트워크 타워들에 의해 서비스되는 도시 영역의 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 디바이스의 블록 다이어그램.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 신호 증폭기의 블록 다이어그램.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 도래 거리 시간 측정들을 진행하는데 사용되는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 송수신기의 블록 다이어그램.
도 5는 본 발명의 대안 실시예에 따른 스마트 안테나의 블록 다이어그램.
도 6은 본 발명에 따라 동작하는 공간적 분배 송수신기들의 제1 배열의 다이어그램.
도 7은 본 발명에 따른 상대 위치 정보의 추정들을 개선하기 위한 제1 실시예를 도시하는 절차들의 흐름도.
도 8은 본 발명에 따라 동작하는 공간적 분배 송수신기들의 제2 배열의 다이어그램.
도 9는 본 발명에 따른 상대 위치 정보의 추정들을 개선하기 위한 제2 실시예를 도시하는 절차들의 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 다양한 거리 추정 방법들의 정확한 분배를 비교하는 히스토그램들의 세트를 도시하는 도면.
본 발명은 다수의 상이한 형태들의 실시예로 가능하지만, 본 명세서가 본 발명의 원리들의 예로서 고려되고 도시되고 설명된 특정 실시예들에 본 발명을 한정하도록 의도되는 것이 아니라는 이해 하에, 특정 실시예들을 본원에 상세히 설명하고 도면들에 도시된다. 또한, 본원에 사용된 용어들 및 단어들은 한정으로 고려되는 것은 아니고, 오히려 단지 설명적인 것이다. 이하의 설명에서, 유사한 도면 부호들은 다수의 도면들에서 동일한, 유사한, 또는 대응 부분들을 설명하는데 사용된다.
본 발명은 무선 디바이스들을 위한 상대 위치 정보를 추정하는 방법을 제공한다. 개별 추정들은 서로에 대한 제1 및 제2 무선 디바이스들의 범위 정보와 같은 상대 위치를 결정하는 2개 이상의 대안 수단으로부터 얻어진다. 이들 추정들은 개별 추정들의 임의의 하나보다 통계적으로 더 정확한 새로운 추정을 제공하도록 조합된다. 예를 들면, 공간적으로 분리되어 있는 무선 디바이스들 'A' 및 'B'를 고려한다. 본 발명에 따르면, 디바이스들 'A' 및 'B'에 대한 상대 위치의 제1 추정은 디바이스들 'A' 및 'B' 사이의 전송 신호들의 분석에 의해서와 같은 몇몇 수단에 의해 얻어진다. 디바이스들 'A' 및 'B' 사이의 상대 위치의 제2 추정은 디바이스 'A' 및 제3 무선 디바이스 'C' 사이의 상대 위치의 추정을 이용함으로써 얻어진다. 일 실시예에서, 디바이스들 'B' 및 'C'는 'A'와 'B' 및 'C' 중 하나 사이의 위치의 차이에 대해 서로 매우 근접한다. 제1 및 제2 추정들을 조합함으로써, 제1 또는 제2 추정들보다 통계적으로 더 정확한 새로운 추정이 얻어질 수 있다. 다른 실시예에서, 디바이스 'C'는 디바이스들 'A'와 'B' 사이의 경로를 따라 결정되고, 제2 추정은 디바이스들 'C'와 'B' 사이의 경로의 적어도 일부를 반영한다.
도 1은 본 발명에 따라 동작하는 무선 디바이스들(122, 124, 126, 128)을 갖는 도시 영역(100)의 개략도이다. 도시 영역은 개념적인 목적들로 도시되었지만, 본 발명은 임의의 지정학적 또는 위치적 환경에 한정되는 것은 아니다. 위성 위치 확인 시스템(GPS) 위성들(110, 112)은 도시 영역(102)의 시야 내의 궤도에 도시되어 있다. GPS 위성들은 위치 정보를 결정하기 위해 수신기에 의해 사용될 수 있는 기준 신호들을 공급한다. 2개의 기지국 송신기들(114, 116)이 빌딩들 중 2개의 상부에 각각 위치되어 도시된다. 기지국 송신기들(114, 116)은 무선 디바이스들(122 내지 128)에 대한 거리들을 결정하기 위해 신호 측정들을 행하는데 사용될 수 있다. 제3 기지국(118)은 위상-어레이 또는 '스마트' 안테나(120)를 구비한다. 스마트 안테나(120)는 복수의 방사 요소들 뿐만 아니라 처리 전자 기기들을 포함한다. 도래 방향(direction of arrival:DOA) 알고리즘을 사용하여, 스마트 안테나(120)는 그로부터 신호들을 수신하는 다양한 무선 디바이스들(122 내지 128)에 대한 방향을 결정할 수 있다. 도시 영역(100)에 위치된 빌딩들(102, 104, 106, 108)은 무선 전송 신호들을 차단하고, 및/또는 다중 경로 간섭을 발생시키는 전위를 갖는다. 따라서, 몇몇 무선 디바이스들은 위치 정보를 직접 얻기 위해 기준 소스로의 즉시 접속을 갖지 않을 수도 있다.
본 발명에 따르면, 무선 디바이스들의 하나 이상은 현재 위치를 결정하기 위한 기준 신호들을 위해 GPS 위성들(110, 112) 및 기지국 송신기들(114, 116)에 의존하고, 몇몇 무선 디바이스들은 다른 것들에 대한 상대 위치 정보를 설립한다. 특히, 이러한 상대 위치 정보의 정확도는 2개 이상의 대안 경로들을 사용하여 상대 위치의 추정들을 조합함으로써 증가된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 디바이스(200)(송수신기)의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 안테나(202)는 송신기-수신기 스위치(236)의 제1 단자에 전기적으로 결합된다. 송신기-수신기 스위치(236)의 제2 단자는 수신 신호 증폭기(204)의 입력에 전기적으로 결합된다. 수신 신호 증폭기(204)의 출력은 복조기(206)에 전기적으로 결합된다. 국부 발진기(202)가 또한 복조기(206)에 전기적으로 결합된다. 복조기(206)의 출력은 아날로그-디지털 컨버터(208)의 제1 입력에 전기적으로 결합된다 수신 신호 증폭기(204) 내의 증폭기 피드백 루프에 탭핑된 신호는 아날로그-디지털 컨버터(208)의 제2 입력에 전기적으로 결합된다. 증폭기 피드백 루프로부터의 신호는 수신 신호의 전력을 지시한다. 이러한 측정은 수신 신호 강도 지시기(received signal strength indicator:RSSI)라 칭한다. RSSI를 거리의 유용한 지시기로 만들기 위해, 신호는 미리 결정된 전력으로 전송된다. 안테나(202), T/R 스위치(236), 수신 신호 증폭기(204), 및 복조기(206)는 수신기를 구성한다.
디지털-아날로그 컨버터(216)의 출력은 복조기(214)에 전기적으로 결합된다. 또한, 국부 발진기(210)는 복조기(214)에 결합된다. 복조기(214)의 출력은 전송 신호 증폭기(212)의 입력에 전기적으로 결합된다. 전송 신호 증폭기(212)의 출력은 송신기-수신기 스위치(236)의 제3 단자에 전기적으로 결합된다. 복조기(214), 전송 신호 증폭기(212), T/R 스위치(236), 및 안테나(202)는 송신기를 구성한다.
아날로그-디지털 컨버터(208)의 출력, 디지털-아날로그 컨버터(216)의 입력, 임의 접근 메모리(RAM)(218), 프로그램 메모리(220), 프로세서(222), 가속기 인터페이스 전자 기기들(224), 및 GPS 또는 다른 기준 위치 모듈(226)이 디지털 신호 버스(228)에 전기적으로 결합된다. 프로그램 메모리(220)는 예를 들면 전기 소거 가능 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM)의 형태를 취할 수 있다. 프로세서(222)는 프로그램 가능 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하는 것이 바람직하다. 가속기 인터페이스 전자 기기들이 가속기(230)로의 인터페이스에 사용된다. 인터페이스 전자 기기들(224)은 프로세서(222)의 인터럽트 핀에 전기적으로 결합될 수 있다. 인터페이스 전자 기기들(224)은, 무선 디바이스(200)가 이동할 때 가속기가 프로세서(222)에 인가되는 인터럽트를 발생시키는 신호를 출력하는 인터페이스 전자 기기들(224)에 입력되는 신호를 출력하도록 제공될 수 있다. 인터럽트 요청에 응답하여 실행되는 프로그램은 무선 디바이스의 위치를 결정하는데 수반되는 프로그램이다. 프로그램은 프로그램 메모리(220)에 저장된다. 위치 프로그램들의 실행을 트리거하는데 가속기를 사용하는 것이 바람직하지만, 대안적으로 위치 프로그램들은 위치를 주기적으로 결정하도록 기록될 수 있다.
입력 아날로그 신호 변환기(232)가 아날로그-디지털 컨버터(208)의 제2 입력에 전기적으로 결합된다. 입력 아날로그 신호 변환기(232)는 예를 들면 마이크로폰의 형태를 취할 수 있다. 출력 신호 변환기(234)가 디지털-아날로그 컨버터(216)의 제2 출력에 전기적으로 결합된다. 출력 신호 변환기(234)는 예를 들면 스피커의 형태를 취할 수 있다.
자산 제어 목적들로 빌딩 내의 이동 가능 물체들을 태그하는데 사용되는 무선 디바이스의 경우, 입력 및 출력 아날로그 신호 변환기들(232, 234)이 없는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 신호 증폭기(204)의 블록 다이어그램이다. 수신 신호 증폭기(204)는 제1 증폭기(304)에 전기적으로 결합된 입력(302), 제1 증폭기(304)에 전기적으로 결합된 제2 증폭기(306), 및 제2 증폭기(306)에 전기적으로 결합된 제3 증폭기(308)를 포함한다. 제3 증폭기(308)의 출력은 복조기(206) 및 정류기(310)에 전기적으로 결합된다. 정류기(310)는 저역 통과 필터(312)에 전기적으로 결합된다. 저역 통과 필터(312)의 출력은 차동 증폭기의 제1 입력에 전기적으로 결합된다. 수신 신호 증폭기(204)의 전력 출력 설정에 대응하는 설정점 전압이 차동 증폭기(314)의 제2 입력에 인가된다. 차동 증폭기(314)의 출력은 아날로그-디지털 컨버터(208)의 제2 입력, 및 제1 증폭기(304)의 이득 설정 입력에 전기적으로 결합된다. 차동 증폭기의 출력은 RSSI이다. 수신 신호 증폭기(204)는 아날로그-디지털 컨버터(208)와 조합하여 신호 강도 측정기를 구성한다.
도 4는 도래 거리 측정들의 양방향 도래 거리 시간 측정들을 진행하는데 사용되는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 송수신기(400)의 기능적 블록 다이어그램이다. 도 2에 도시된 특정 하드웨어 요소들은 도 4에는 생략되어 있는데, 도 4는 도 2에 도시된 하드웨어를 사용하여 실행될 수 있는 특정 기능을 강조하도록 의도되기 때문이다. 도 4를 참조하면, 도 2로부터의 안테나(202), 송신기-수신기 스위치(212), 수신 신호 증폭기(204), 전송 신호 증폭기(212), 복조기(206), 변조기(214) 및 국부 발진기(210)가 도시되어 있다.
복조기(206)는 국부 발진기(210), 의사 난수 시퀀스(PN) 상관기(402)에 전기적으로 결합된다. PN 발생기(410)가 또한 상관기(402)에 전기적으로 결합된다. 상관기(402)는 발생기(410)에 의한 PN 입력의 버전과 복조기(206)로부터 수신된 PN의 버전 사이의 상관 계산을 수행하는 기능을 한다. 상관기(402)는 최대 상관 계산 결과를 제공하는 PN의 2개의 버전들 사이의 상대 위상 시프트를 결정하는 위상 측정기(404)와 상호 동작한다. 상관기(402)의 출력은 기저 대역 위상 로킹 루프 (408)의 입력에 전기적으로 결합된다. 기저 대역 위상 로킹 루프(408)는 클럭(406)에 전기적으로 결합된다. 클럭(406)은 PN 발생기(410)에 전기적으로 결합된다. PN 발생기는 변조기(214)에 전기적으로 결합된다.
상관기(402), 위상 측정기(404), 기저 대역 위상 로킹 루프(408), 및 PN 발생기(410)는 프로그램 메모리(220) 내에 저장되어 프로세서(222)에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들로서 구현될 수 있다.
동일한 송수신기(400)가 양방향 도래 시간(two-way time of arrival:TOA) 거리 측정에 수반되는 2개 이상의 디바이스들에 의해 사용될 수 있다. 하나의 디바이스는 개시기이고, 다른 디바이스는 응답기이다. 동작시에, 개시기는 먼저 PN을 발생시켜 전송한다. 응답기는 PN을 수신하고 위상 로킹 루프(408)를 사용하여 시간을 측정하고 수신 기저 대역 신호의 칩 비율을 정합시키도록 PN 발생기(410)를 구동하는데 사용되는 비율 클럭(406)을 조절한다. 소정 시간 기간 동안 대기한 후, 응답기는 PN을 재전송한다. 응답기가가 대기하는 시간 기간은 이하의 표현에 의해 결정되는 것이 바람직하다:
T=R*BT
여기서, BT는 의사 난수 시퀀스의 기간이고, R은 임의의 정수이다.
광의 속도가 곱해진 의사 난수 시퀀스의 기간은 측정된 거리에서의 모호성을 회피하기 위해 송수신기의 범위보다 큰 것이 바람직하다. 응답에서의 임의성을 도입하는 것은, 이들이 동일한 의사 난수 시퀀스에 응답하도록 프로그램되는 경우 다중의 응답 디바이스들 사이의 충돌들을 회피하는 경향이 있다.
응답기에 의해 재전송된 PN을 수신할 때, 개시기는 상관기(402)와 상호 동작하는 위상 측정기(404)를 사용하여, 의사 난수가 먼저 개시기에 의해 전송되는 시간과 의사 난수가 응답기로부터 재수신되는 시간 사이의 오프셋 시간을 결정한다. 오프셋 시간은 개시기와 응답기를 분리하는 거리의 측정을 얻도록 C만큼 곱셈된다. 상관 동작은 수신 신호의 위상이 측정되는 신호 측정이다.
도 5는 본 발명의 대안 실시예에 따른 스마트 안테나(120)의 블록 다이어그램이다. 도 5를 참조하면, 안테나 어레이(502)는 송신기-수신기 스위치 어레이(504)에 전기적으로 결합된다. 안테나 어레이는 위상 어레이를 포함하므로, 선택된 방향으로부터 전송된 신호들이 선택될 수 있다. 송신기-수신기 스위치 어레이(504)는 다운 컨버전 어레이(506), 및 업컨버전 어레이(508)에 전기적으로 결합된다. 다운 컨버전 어레이(506)는 다중 채널 아날로그-디지털 컨버터(518)에 전기적으로 결합된다. 업컨버전 어레이는 다중 채널 디지털-아날로그 컨버터(510)에 전기적으로 결합된다. 디지털 신호 프로세서(512)는 다중 채널 아날로그-디지털 컨버터 및 다중 채널 디지털-아날로그 컨버터(510)에 전기적으로 결합된다. 디지털 신호 프로세서(512)는 임의 접근 메모리(514), 및 프로그램 메모리(516)와 일체 형성되거나 이들에 전기적으로 결합된다. 도래 방향(DOA) 알고리즘은 프로그램 메모리(516)에 저장되어 디지털 신호 프로세서(512)에 의해 실행된다. DOA 알고리즘은 안테나 어레이(502)에서 특정 방향들로부터 도래하는 신호들을 선택하기 위해 다중 채널 아날로그-디지털 컨버터(518)에 의해 디지털화된다. DOA 알고리즘은 원격 송신기가 위치되는 방향을 결정한다. 신호들은 또한 안테나 어레이(502)의 복수의 안테나들에 인가된 신호들의 상대 위상을 제어함으로써 안테나 어레이(502)에 의해 특정 방향으로 전송될 수 있다.
다른 정보가 없는 특정 모바일 무선 디바이스를 위한 단일 DOA 측정은 단지 그의 방향을 결정할 수 있다. 그러나, 이러한 측정은 특정 모바일 디바이스 및 그에 근접한 다른 모바일 디바이스들을 위한 위치 추정들에 기여하도록 본 발명의 교시에 따라 이용될 수 있다.
기지국(120)에 고정되는 대신에, 스마트 안테나는 차량 장착 무선 디바이스와 같은 제1 모바일 디바이스에 장착될 수 있다. 제1 모바일 디바이스의 방위가 인지되지 않으면, 다른 모바일 디바이스들(예를 들면, 전송 모바일 디바이스들)로의 방향이 상당히 사용되지 않을 수 있지만, 제1 디바이스에서 스마트 안테나를 사용하여 측정된 바와 같은 2개의 다른 디바이스들에 대한 방향들 사이의 차이가 제1 모바일 디바이스의 회전들 하에 불변할 수 있고, 3개의 디바이스들 및 이들에 근접한 다른 것들의 위치들을 측정하는데 사용되는 본 발명의 교시들에 따를 수 있다.
도 6은 본 발명에 따라 동작하는 본원에서 노드들로서 칭하는 공간적 분배 송수신기들(600)의 시스템을 도시한다. 시스템(600)은 느슨하게 결합된 디바이스들의 네트워크로서, 또는 더 많은 중앙 관리를 위한 하부 구조로 동작될 수도 있다. 도시된 시스템(600)은 기준 노드들(640, 641), 즉 기준 시스템들에 기초하는 설립 위치들을 갖는 노드들, 적어도 하나의 기준 노드(640)와의 인지된 공간 관계(635)를 갖는 노드(630), 및 위치 정보를 설립하는 프로세스에서의 미지의 위치의 노드들(610, 620)을 포함한다. 설명을 위해, 미지의 위치의 2개의 노드들은 디바 이스 'A'(610), 및 디바이스 'B'(620)라 하고, 기준 노드에 대한 인지된 공간 관계의 노드는 'C'라 한다. 바람직한 실시예에서, 디바이스들(610, 620, 630)의 각각은 도래 시간 차이, 수신 신호 강도, 또는 다른 이러한 기술들에 기초하는 알고리즘들을 이용하여, 동등 방식(peer-to-peer manner)으로 통신 범위 내의 다른 디바이스에 대한 그의 위치를 결정하는 능력을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따르면, 특정 상황들 하에서, 디바이스는 제3 디바이스에 대한 상대 위치의 추정들을 이용함으로써 다른 것에 대한 상대 위치 정보의 추정의 정확도를 개선할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 상대 위치 정보의 추정들을 개선하기 위한 제1 실시예의 절차들(700)의 흐름도를 도시한다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 디바이스들 'A' 및 'B'는 서로에 대한 범위 또는 거리 및 방향과 같은 상대 위치의 추정들을 설립한다. 다음, 디바이스 'C'는 디바이스 'A'와의 통신을 설립하고 디바이스 'A'에 대한 상대 위치의 제1 추정을 얻는다(단계 710). 디바이스 'C'는 또한 디바이스 'B'에 대한 상대 위치의 제2 추정을 얻는다(단계 720). 디바이스들 'A' 및 'B'로부터 수집된 정보에 기초하여, 디바이스 'C'는 디바이스들 'A' 및 'B'가 디바이스 'C'에 대한 이들의 위치에 대해 서로 매우 접근하는지를 결정한다(단계 730). 따라서, 디바이스들 'A' 및 'B'는 함께 위치된 것으로 가정되며 디바이스들 'C'와 'A' 사이 및 디바이스들 'C'와 'B' 사이의 상대 위치의 추정들이 조합되어 각각의 개별 추정보다 통계적으로 더 정확한 추정이 얻어진다(단계 740). 디바이스 'C'가 추정들을 결정하거나 얻는 것으로서 설명되었지만, 본 발명은 이러한 결정이 동등 또는 다른 방식으로 다른 디바이스들에 의해 수행될 수도 있다는 것을 고려한다. 부가적으로, 설명된 절차들은 추정들의 결정 순서에 의존하지 않는다.
추정들을 조합하는 방법은 추정들을 얻는데 사용되는 기술에 관련되는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 상술한 제1 및 제2 추정들은 수신 신호 강도에 기초하는 알고리즘을 사용하여 얻어진 거리의 추정들이다. 본 실시예에서, 제1 추정 및 제2 추정은 새로운 추정을 얻도록 기하학적 평균 함수를 사용하여 함께 평균화된다. 특히, 새로운 추정(dAB,C)은, dAB,C = √(dA,C dB,C)가 되도록 이루어지고, 여기서 dA,C는 제1 추정이고, dB,C는 제2 추정이다. 다른 실시예에서, 상술한 제1 및 제2 추정들은 도래 시간 차이에 기초하는 알고리즘을 사용하여 얻어진 거리의 추정들이다. 본 제2 실시예에서, 제1 추정 및 제2 추정은 새로운 추정을 얻도록 산술 평균 함수를 사용하여 함께 평균화된다. 특히, 새로운 추정(dAB,C)은, dAB,C = (dA,C + dB,C)/2가 되도록 이루어지고, 여기서 dA,C는 제1 추정이고, dB,C는 제2 추정이다. 개념은 통계적으로 더 정확한 새로운 추정을 생성하기 위한 3개 이상의 추정들의 조합의 사용으로 즉시 확장될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따라 동작하는 공간 분배 송수신기(800)의 제2 배열을 도시한다. 디바이스들(630, 640, 641)은 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 통신 및 성능 능력들을 갖는다. 그러나, 디바이스들 중 적어도 3개, 즉 디바이스 'A'(610), 디바이스 'B'(620), 및 디바이스 'C'(630)는 상이한 방식으로 공간적으로 배열된다. 특히, 이들 디바이스들(610, 620, 630)은 디바이스 'B'(620)가 디바이스 'A'(610)와 디바이스 'C'(630) 사이에 개재되도록 배열된다. 본 발명에 따르 면, 3개 이상의 디바이스들이 실질적으로 직렬로 배열된 것으로 발견될 때, 2개의 디바이스들 사이의 상대 위치의 추정의 정확도는 개재된 디바이스들 사이의 상대 위치의 추정들과 이러한 추정을 조합함으로써 증가될 수도 있다. 따라서, 예를 들면, 디바이스 'A' (610)와 디바이스 'C'(630) 사이의 거리의 추정(816)은 디바이스들 'A'와 'B' 사이 및 디바이스들 'B'와 'C' 사이의 추정들(815, 825)을 조합함으로써 얻어질 수 있다. 'A'와 'C' 사이의 거리의 개선된 추정은 디바이스들 'A'와 'C' 사이에서 직접 얻어진 추정(816)과 디바이스들 'A'와 'B' 사이 및 디바이스들 'B'와 'C' 사이의 추정들을 조합함으로써 수행될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 배열에 대응하는 상대 위치 정보를 추정하기 위한 절차들의 흐름도를 도시한다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 디바이스 'C'는 디바이스 'A'와의 통신을 설립하고 디바이스 'A'에 대한 상대 위치 또는 거리의 제1 추정을 얻는다(단계 910). 디바이스 'C'는 또한 임의의 개재 디바이스를 포함하는 디바이스들 'A'와 'B' 사이 및 디바이스들 'B'와 'C' 사이의 거리의 간격 추정들을 사용하여 디바이스 'A'에 대한 상대 위치의 제2 추정을 얻는다(단계 820). 다른 개재 장치들이 존재하면, 디바이스 'B'로부터 가상 디바이스 'X', 및 디바이스 'X'와 디바이스 'C' 사이와 같은 부가의 간격 추정들이 발현될 수도 있다. 제1 및 제2 추정들은 비교되고(단계 930), 제2 추정이 제1 추정 이하이면, 디바이스들 'A', 'B', 'C'(610, 620, 630)가 정렬되거나 직렬이라는 가정이 행해진다. 이러한 경우에, 거리의 제1 및 제2 추정들이 조합되어 제1 또는 제2 추정 각각보다 통계적으로 더 정확한 거리의 새로운 추정이 얻어진다(단계 940). 상술한 바와 같이, 디바이스 'C'가 추정들을 결정하거나 얻는 것으로서 설명되었지만, 본 발명은 이러한 결정이 다른 디바이스들에 의해 수행될 수도 있다는 것을 고려한다.
이 추정들의 조합 방법은 거리의 추정들이 수신 신호 강도에 기초하는 알고리즘을 사용하여 얻어질 때 특히 유용하다. 이 거리 추정 방법에서 발생하는 경향이 있는 특정 에러들에 기인하여, 3개 이상의 디바이스들이 정렬될 때, 도 8에 도시된 경우와 같이, 'A'와 'C' 사이의 거리 추정(dA,C)이 종종 합 (dB,C + dA,B )보다 크고, 여기서 dB,C는 'B'와 'C' 사이의 거리 추정이고, dA,B는 'A'와 'B' 사이의 거리 추정이다. 따라서, dA,C ≥ dB,C + dA,B 이면, 디바이스들은 정렬된 것으로 가정된다. 수학식을 이용하면:
Figure 112004030010967-pct00001
여기서 'a'는 가중 팩터이고, 이는 바람직한 실시예에서 0.67로 선택된다. 이 수학식은 (dB,C + dA,B) 및 dA,C 의 가중 기하학적 평균을 표현한다. 바람직하게는, 더 많은 가중이 dA,C 보다 더 정확한 시뮬레이션들에서 발견되는 합 (dB,C + d A,B)에 배치된다.
도 10은 다양한 거리 추정 방법들의 정확한 분포를 비교하는 시뮬레이션된 결과들의 히스토그램들(1000)의 세트를 도시한다. 정확도는 정확하게 측정되는 경우 특정 방법을 사용하여 실제 거리에 대한 거리의 추정의 비율로서 표현된다. 제1 히스토그램(1010)은 수신 신호 강도 기술을 사용하여 dA,C, 즉 디바이스들 'A'와 'C' 사이의 직접 측정을 위한 정확도 분포를 도시한다. 정확도에는 광범위한 편차가 있는 것을 주목하라. 제2 히스토그램(1020)은 수신 신호 강도 기술을 사용하여 합 (dB,C + dA,B), 즉 디바이스들 'A'와 'B' 사이 및 디바이스들 'B'와 'C' 사이의 직접 측정을 위한 정확도 분포를 도시한다. 정확도의 편차는 제1 히스토그램과 비교할 때 상당히 개선되어 있는 것을 주목하라. 제3 히스토그램은 dA,C > 합 (dB,C + dA,B)일 때 dA,C 와 합 (dB,C + dA,B)를 조합하는 가중 기하학적 평균을 위한 정확도 분포를 도시한다. 정확도의 편차는 제1 및 제2 히스토그램들과 비교할 때 상당히 개선되어 있는 것을 주목하라.
본 발명은 종래 기술보다 우수한 상당한 장점들을 제공한다. 제1 및 제2 디바이스들 사이의 상대 위치의 추정 및 제3 디바이스에 대한 상대 위치의 추정들에 이를 조합함으로써 개선된다. 위치 결정에 동등 측정들을 이용하는 시스템들은 위치 정확도를 개선하고 상당한 이점들을 향유하기 위해 상술한 기술들을 이용할 수 있다.
본 발명을 특정하게 도시하고 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 사상 및 범주를 일탈하지 않고 형태 및 상세의 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 무선 디바이스들에 대한 상대 위치 정보를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 제2 무선 디바이스에 관한 상기 제1 무선 디바이스의 상대 위치의 제1 추정을 얻는 단계와,
    제3 무선 디바이스에 관한 상기 제1 무선 디바이스의 상대 위치의 제2 추정을 얻는 단계와,
    상기 제1 및 제2 추정들을 포함하는 조합에 기초하여 상기 제2 무선 디바이스에 대한 상기 제1 무선 디바이스의 상대 위치의 새로운 추정을 얻는 단계를 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 새로운 추정을 얻는 단계는 상기 제2 무선 디바이스 및 상기 제3 무선 디바이스가 상기 제1 무선 디바이스와 상기 제2 및 제3 무선 디바이스 중 하나 사이의 위치의 차이에 관해 서로 매우 근접한지에 대한 결정에 기초하여 상기 새로운 추정을 얻도록 상기 제1 추정과 상기 제2 추정을 조합하는 단계를 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조합 단계는 상기 새로운 추정을 얻기 위해 상기 제1 추정 및 상기 제2 추정을 포함하는 값들을, 기하학적 평균 함수를 사용하여 함께 평균화하는 단계를 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 추정을 얻는 단계 및 상기 제2 추정을 얻는 단계는 수신 신호 강도에 기초하는 알고리즘을 이용하는 단계를 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 조합 단계는 상기 새로운 추정을 얻기 위해 상기 제1 추정 및 상기 제2 추정을 포함하는 값들을, 산술 평균 함수를 사용하여 함께 평균화하는 단계를 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 추정을 얻는 단계 및 상기 제2 추정을 얻는 단계는 도래 시간 알고리즘(time of arrival algorithm)을 이용하는 단계를 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 추정은 상기 제1 무선 디바이스와 상기 제2 무선 디바이스 사이의 거리를 나타내고, 상기 제2 추정은 상기 제1 무선 디바이스와 상기 제3 무선 디바이스 사이의 거리를 나타내고,
    상기 제2 무선 디바이스와 상기 제3 무선 디바이스 사이의 거리의 적어도 일부를 나타내는 제3 추정을 얻는 단계와,
    상기 제2 및 제3 추정들을 사용하여 상기 제1 무선 디바이스와 상기 제2 무선 디바이스 사이의 거리에 대한 대안 추정(alternative estimate)을 계산하는 단계와,
    상기 제1 추정과 상기 대안 추정을 비교하는 단계와,
    상기 대안 추정이 상기 제1 추정 이하일 때, 상기 제1, 제2, 및 제3 추정들을 포함하는 조합을 통해 상기 새로운 추정을 결정하는 단계를 더 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 새로운 추정을 결정하는 단계는, dAB,C = √(dA,C (dA,B + dB,C))(여기서, dA,C는 제1 추정, dA,B는 제2 추정, dB,C는 제3 추정임)가 되도록 상기 새로운 추정을 생성하는 단계를 포함하는, 위치 정보 추정 방법.
  9. 제3 디바이스에 대한 제1 및 제2 디바이스들의 상대 위치 정보를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 제1 디바이스와 상기 제3 디바이스 사이의 거리의 제1 추정을 얻는 단계와,
    상기 제2 디바이스와 상기 제3 디바이스 사이의 거리의 제2 추정을 얻는 단계와,
    상기 제1 및 제2 디바이스들이 상기 제3 디바이스로부터의 그들의 거리에 대해 서로 근접하는지를 결정하는 단계와,
    상기 결정에 따라, 상기 제1 및 제2 디바이스들의 각각에 대해 상기 제3 디바이스에 대한 거리의 새로운 추정을 얻도록 적어도 상기 제1 추정 및 상기 제2 추정을 조합하는 단계를 포함하는, 위치 정보 결정 방법.
  10. 제2 디바이스에 대한 제1 디바이스의 상대 위치 정보를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 사이의 거리의 제1 추정을 얻는 단계와,
    상기 제1 디바이스와 제3 디바이스 사이의 거리의 제1 간격 추정, 및 상기 제3 디바이스와 상기 제2 디바이스 사이의 거리의 적어도 일부를 나타내는 제2 간격 추정을 포함하는 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 사이의 거리의 제2 추정을 얻는 단계와,
    상기 제1 및 제2 디바이스들 사이의 거리의 새로운 추정을 얻도록 상기 거리의 제1 추정과 적어도 상기 거리의 제1 및 제2 추정들을 조합하는 단계를 포함하는, 위치 정보 결정 방법.
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