KR101994964B1 - 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나 - Google Patents

와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1-1 원형 안테나와, 상기 1-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-1 원형 안테나와, 상기 2-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-1 원형 안테나와, 상기 3-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-2 원형 안테나와, 상기 1-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-2 원형 안테나와, 상기 2-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-2 원형 안테나와, 상기 3-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-3 원형 안테나와, 상기 1-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-3 원형 안테나와, 상기 2-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-3 원형 안테나로 구성되며, 상기 1-1 원형 안테나, 상기 2-1 원형 안테나, 상기 3-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나, 상기 1-3 원형 안테나, 상기 2-3 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나는 원형으로 배열되는 쿼자이 야기(Quasi-Yagi) 안테나, 상기 1-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나 및 상기 1-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 1 스위치와, 상기 제 1 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 1 감쇄기와, 상기 제 1 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 1 위상 천이기로 구성되는 1 채널, 상기 2-1 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나 및 상기 2-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 2 스위치와, 상기 제 2 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 2 감쇄기와, 상기 제 2 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 2 위상 천이기로 구성되는 2 채널 및 상기 3-1 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 3 스위치와, 상기 제 3 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 3 감쇄기와, 상기 제 3 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 3 위상 천이기로 구성되는 3 채널을 포함하는 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나를 제공한다.

Description

와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나{Beamforming antenna for Wi-Fi based indoor positioning}
본 발명은 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 9개 방향 안테를 사용하여 각각의 안테나에서 출력되는 신호의 세기를 비교하여 하나의 AP(Access Point)로도 사용자의 방향과 거리를 정확하게 측정할 수 있는 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나에 관한 것이다.
ICT(Information and Communications Technologies) 기술의 확산으로 인해 실외공간에서 이루어지던 다양한 활동들이 점차 실내에서 진행되고 있다. 이로 인해, 일상생활에서 실내공간이 차지하는 비율은 점차 높아지고 있으며, 더불어 내비게이션 등과 같이 실외공간을 대상으로 제공되어 오던 서비스들이 점차 실내공간을 대상으로 확장되어 가고 있다.
또한 이에 맞물려 지하철, 다층 지하상가, 백화점 등 실내공간은 과거와 달리 점점 복잡해지고 있다. 따라서 표지판이 있어도 내가 원하는 지점을 쉽게 찾아갈 수 없는 경우가 빈번하다. 그래서 AP(Access Point)에서 나오는 Wi-Fi 신호를 이용한 실내 측위 시스템이 제안되었다.
종래의 Wi-Fi 기반 실내 측위 방법은 삼각 측량법을 이용해 사용자의 거리와 방향을 판단하는 방법으로써, AP가 최소 3 개 이상 필요하다.
상술한 삼각 측량법은 실내공간에 초기 인프라를 구축할 때 많은 AP가 요구되기 때문에 많은 비용이 소요되며, 오차범위가 5~10m 정도여서 실내 측위 방법으로는 적절하지 못하다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2012-0059972에 게시되어 있다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 9개 방향 안테를 사용하여 각각의 안테나에서 출력되는 신호의 세기를 비교하여 하나의 AP(Access Point)로도 사용자의 방향과 거리를 정확하게 측정할 수 있는 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는 1-1 원형 안테나와, 상기 1-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-1 원형 안테나와, 상기 2-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-1 원형 안테나와, 상기 3-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-2 원형 안테나와, 상기 1-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-2 원형 안테나와, 상기 2-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-2 원형 안테나와, 상기 3-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-3 원형 안테나와, 상기 1-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-3 원형 안테나와, 상기 2-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-3 원형 안테나로 구성되며, 상기 1-1 원형 안테나, 상기 2-1 원형 안테나, 상기 3-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나, 상기 1-3 원형 안테나, 상기 2-3 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나는 원형으로 배열되는 쿼자이 야기(Quasi-Yagi) 안테나, 상기 1-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나 및 상기 1-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 1 스위치와, 상기 제 1 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 1 감쇄기와, 상기 제 1 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 1 위상 천이기로 구성되는 1 채널, 상기 2-1 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나 및 상기 2-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 2 스위치와, 상기 제 2 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 2 감쇄기와, 상기 제 2 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 2 위상 천이기로 구성되는 2 채널 및 상기 3-1 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 3 스위치와, 상기 제 3 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 3 감쇄기와, 상기 제 3 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 3 위상 천이기로 구성되는 3 채널을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는, 40°간격의 빔을 형성하는 2.4GHz 안테나인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는, 9개의 빔이 각각 켜지게 되면 상기 9개의 빔에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 값을 각각 수신한 후에, 상기 9개의 빔에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 값을 비교하여 거리와 방향을 확인하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는 9개 방향 안테를 사용하여 각각의 안테나에서 출력되는 신호의 세기를 비교하여 하나의 AP(Access Point)로도 사용자의 방향과 거리를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나의 구성도.
도 2는 도 1의 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나가 지향하는 빔포밍 형태를 도시한 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는 도 1에 도시된 것처럼, 쿼자이 야기(Quasi-Yagi) 안테나(400), 1 채널(100), 2 채널(200) 및 3 채널(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 쿼자이 야기(Quasi-Yagi) 안테나(400)는 도 1에 도시된 것처럼, 1-1 원형 안테나와, 상기 1-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-1 원형 안테나와, 상기 2-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-1 원형 안테나와, 상기 3-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-2 원형 안테나와, 상기 1-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-2 원형 안테나와, 상기 2-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-2 원형 안테나와, 상기 3-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-3 원형 안테나와, 상기 1-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-3 원형 안테나와, 상기 2-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-3 원형 안테나로 구성되며, 상기 1-1 원형 안테나, 상기 2-1 원형 안테나, 상기 3-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나, 상기 1-3 원형 안테나, 상기 2-3 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나는 원형으로 배열된다.
또한, 1 채널(100)은 상기 1-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나 및 상기 1-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 1 스위치(110)와, 상기 제 1 스위치(110)를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 1 감쇄기(120)와, 상기 제 1 스위치(110)를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 1 위상 천이기(130)로 구성된다.
또한, 2 채널(200)은 상기 2-1 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나 및 상기 2-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 2 스위치(210)와, 상기 제 2 스위치(210)를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 2 감쇄기(220)와, 상기 제 2 스위치(210)를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 2 위상 천이기(230)로 구성된다.
한편, 3 채널(300)은 상기 3-1 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 3 스위치(310)와, 상기 제 3 스위치(310)를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 3 감쇄기(320)와, 상기 제 3 스위치(310)를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 3 위상 천이기(330)로 구성된다.
빔포밍 기술은 다중 송신 안테나로 신호를 송신하고 수신하는 기술이다. 각 단말에 송신되는 하향(downlink) 데이터에 특정한 계수를 곱하여 각 단말의 방향으로 빔을 최적으로 형성하는 기술로서 하나의 빔이 해당 단말에게만 국한되어 비취도록 하는 기술이다. 이러한 빔포밍을 만들기 위해 위상 배열 기법이 사용되고 있다. 상술한 위상 배열 기법이란 각 소자에 급전하는 위상을 전자적으로 변화시켜 빔을 주사시킬 수 있고 레이더의 방향을 바꿔 목표를 탐색할 수 있어, 안테나가 고정된 상태에서도 빔을 임의로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는 도 1에 도시된 것처럼, 한 개의 채널이 3개의 안테나를 제어할 수 있으며, 시계 방향으로 1 채널(100), 2 채널(200) 및 3 채널(300) 순서대로 안테나를 연결하면 인접한 3개의 안테나를 겹치는 채널 없이 각각 제어할 수 있다. 따라서 각 채널의 방향으로 빔을 최적으로 형성할 수 있고, 주변의 간섭이 적어지므로, 신호의 SINR(Signal to Interface and Noise Ratio)를 효과적으로 높일 수 있다.
여기에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는 도 2에 도시된 것처럼, 40°간격의 빔을 형성하는 2.4GHz 안테나이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나는 9개의 빔이 각각 켜지게 되면 상기 9개의 빔에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 값을 각각 수신한 후에, 상기 9개의 빔에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 값을 비교하여 거리와 방향을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (3)

1-1 원형 안테나와, 상기 1-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-1 원형 안테나와, 상기 2-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-1 원형 안테나와, 상기 3-1 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-2 원형 안테나와, 상기 1-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-2 원형 안테나와, 상기 2-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-2 원형 안테나와, 상기 3-2 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 1-3 원형 안테나와, 상기 1-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 2-3 원형 안테나와, 상기 2-3 원형 안테나의 오른쪽에 배치되는 3-3 원형 안테나로 구성되며, 상기 1-1 원형 안테나, 상기 2-1 원형 안테나, 상기 3-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나, 상기 1-3 원형 안테나, 상기 2-3 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나는 원형으로 배열되는 쿼자이 야기(Quasi-Yagi) 안테나;
상기 1-1 원형 안테나, 상기 1-2 원형 안테나 및 상기 1-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 1 스위치와, 상기 제 1 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 1 감쇄기와, 상기 제 1 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 1 위상 천이기로 구성되는 1 채널;
상기 2-1 원형 안테나, 상기 2-2 원형 안테나 및 상기 2-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 2 스위치와, 상기 제 2 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 2 감쇄기와, 상기 제 2 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 2 위상 천이기로 구성되는 2 채널; 및
상기 3-1 원형 안테나, 상기 3-2 원형 안테나 및 상기 3-3 원형 안테나 중 어느 하나를 연결시키는 제 3 스위치와, 상기 제 3 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 출력 레벨을 감쇄시키는 제 3 감쇄기와, 상기 제 3 스위치를 통해서 연결되는 하나의 원형 안테나의 빔 위상을 가변시키는 제 3 위상 천이기로 구성되는 3 채널을 포함하는 와이 파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 빔포밍 안테나는 40°간격의 빔을 형성하는 2.4GHz 안테나인 것을 특징으로 하는 와이 파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 빔포밍 안테나는 9개의 빔이 각각 켜지게 되면 상기 9개의 빔에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 값을 각각 수신한 후에, 상기 9개의 빔에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 값을 비교하여 거리와 방향을 확인하는 것을 특징으로 하는 와이 파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나.
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