KR102169285B1 - 신호의 전송 지연 시간 차를 이용한 공간 필터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

신호의 전송 지연 시간 차를 이용한 공간 필터링 장치 및 방법이 개시된다. 공간 필터링을 통하여 수신 장치로부터 응답을 수신하는 장치는 제 1 신호를 발생시키는 제 1 신호 발생부, 제 2 신호를 발생시키고 상기 제 1 신호 발생부와 소정 간격으로 이격되어 위치한 제 2 신호 발생부 및 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초한 응답을 수신 장치로부터 수신하는 응답 수신부를 포함하여 구성된다. 제 1 신호와 제 2 신호를 탐색하고자 하는 수신 장치의 방향을 고려한 소정의 시간 간격으로 전송하므로써 상기 장치는 원하는 방향에 위치한 수신 장치에 대한 공간 필터링을 수행할 수 있다.

Description

신호의 전송 지연 시간 차를 이용한 공간 필터링 장치 및 방법{APPARATUS FOR SPATIAL FILIERING USING TRANSISSION DELAY TIME DIFFERENCE OF SIGNAL AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 공간 필터링 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신호의 전송 지연 시간 차이를 이용하여 특정 방향에 있는 장치와 그 외 방향에 있는 장치를 구분해내는 공간 필터링 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.

D2D(device-to-device) 통신, 즉 단말간 직접통신에 대한 관심이 높아지면서 D2D 통신 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 더불어 D2D 통신 프로토콜의 국제 표준화가 진행되고 있다.

단말간 직접통신에 있어서 빈번히 발생하는 문제 중 하나는, 주변에 무수히 많은 단말기들 중에서 통신하고자 하는 피어(peer) 단말기를 발견하고 링크(link)를 설정하는 일이다.

예컨대, 단말간 직접통신을 지원하는 단말기 A가 또 다른 단말기 B와 단말간 직접 통신을 하는 경우를 예를 들어 설명하면, 첫째, 단말기 A는 스캔(scan)을 통해서 주변의 장치들을 모두 찾아낸 후, 둘째, 발견된 장치들의 목록으로부터 사용자가 통신을 원하는 단말기 B를 선택한 다음, 셋째, association 과 authentication 과정 등을 거쳐서 단말기 A과 단말기 B가 통신을 위한 링크를 설정한다.

이때, 주변에 단말기의 수가 많은 경우 스캔을 통해서 발견된 단말기의 목록이 매우 긴 경우가 발생할 수 있으며, 이때 사용자가 긴 목록에서 자신이 통신하고자 하는 단말기를 찾는 것은 번거로운 일이 될 수 있다.

이러한 경우 공간 필터링(spatial filtering) 기술을 이용하여 주변의 모든 단말기를 스캔 하는 대신 특정 방향(즉, 링크를 설정하고자 하는 단말기가 존재하는 방향)에 있는 단말기만을 스캔 할 수 있다면 스캔에 걸리는 시간을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 단말기 밀집 지역의 경우 매우 긴 단말기 목록에서 통신을 원하는 단말기를 선택하는 번거로움을 크게 완화시켜 줄 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복수의 신호를 이용한 공간 필터링을 통하여 원하는 방향에 위치한 수신 장치를 탐색할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 상대 장치로부터 발생된 복수의 신호를 이용한 공간 필터링을 통하여, 상대 장치로부터 자신이 위치한 방향을 파악하여 응답을 제공하는 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 공간 필터링을 통하여 수신 장치로부터 응답을 수신하는 장치로서, 제 1 신호를 발생시키는 제 1 신호 발생부, 제 2 신호를 발생시키고, 상기 제 1 신호와 소정 간격으로 이격되어 위치한 제 2 신호 발생부 및 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초한 응답을 수신 장치로부터 수신하는 응답 수신부를 포함한 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 음파 신호일 수 있다.

여기에서, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 소정의 시간 간격을 두고 발생되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 상호 직교하는 신호로 구성될 수 있다.

이때, 상기 소정의 시간 간격은 상기 장치와 상기 수신 장치가 공유하는 소정의 시간 값을 포함하여 설정될 수 있다.

이때, 상기 소정의 시간 간격은 상기 응답을 수신하고자 하는 상대 장치의 위치를 고려하여 설정될 수 있다.

이때, 상기 수신 장치로부터의 응답은 상기 수신 장치가 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이가 소정 범위 이내인 경우에 수신되는 것을 특징으로 하는 장치.

이때, 상기 수신 장치로부터의 응답은 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초한 값과, 상기 수신 장치의 식별 정보를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 복수의 신호에 기초한 공간 필터링을 이용하여 응답하는 수신 장치로서, 상대 장치로부터 발생된 제 1 신호와 제 2 신호를 수신하는 신호 수신부, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초하여, 응답 메시지를 생성하는 메시지 생성부 및 상기 상대 장치에게 상기 응답 메시지를 전송하는 응답 전송부를 포함한 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 음파 신호일 수 있다.

여기에서, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 상기 상대 장치로부터 소정의 시간 간격을 두고 발생되도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 상호 직교하는 신호로 구성될 수 있다.

이때, 상기 소정의 시간 간격은 상기 장치와 상기 상대 장치가 공유하는 소정의 시간 값을 포함하여 설정될 수 있다.

이때, 상기 소정의 시간 간격은 상기 장치의 위치를 고려하여 설정될 수 있다.

이때, 상기 응답 메시지는 상기 장치가 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이가 소정 범위 이내인 경우에 생성될 수 있다.

이때, 상기 응답 메시지는 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초한 값과, 상기 장치의 식별 정보를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면 복수의 신호를 이용한 공간 필터링을 통하여 주변에 존재하는 여러 개의 장치 중에서 특정 방향에 있는 장치만을 선택하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따른 실시예 중의 하나에서는 공간 필터링을 통하여 특정 방향에 있는 장치만이 응답하도록 구성할 수 있으므로, 다수의 장치들이 혼재되어 있는 상황에서 장치간 통신을 최소화할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하여 주변 장치를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하여 주변 장치를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 다른 개념도이다.
도 3은 제 1 장치에서 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 제 2 장치에서 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 제 3 장치에서 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하여 주변 장치를 탐색하는 다른 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하는 사용자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하는 수신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 구성에 있어서, 주변 장치를 탐색하기 위하여 공간 필터링을 수행하는 장치가 발생시키는 신호(제 1 신호와 제 2 신호)는 편의상 음파(acoustic) 신호를 이용한 경우를 실시예로서 설명한다. 다만, 제 1 신호와 제 2 신호는 음파 신호가 아닌 전자파(electromagnetic wave) 신호를 이용할 수도 있음에 유의하여야 한다.

이하의 설명에서, 공간 필터링을 이용하여 주변에 존재하는 장치들 중에서 자신이 원하는 방향에 위치한 장치를 탐색하는 장치를 '사용자 장치'라는 명칭으로 정의하며, 사용자 장치로부터 탐색되는 여러 주변 장치들(사용자 장치가 원하는 방향에 위치한 장치들 및 원하지 않는 방향에 위치하는 장치들을 포함)을 '수신 장치'라는 명칭으로 정의한다. 한편, 사용자 장치와 수신 장치는 본 발명에 따른 공간 필터링을 수행하는 방법의 관점에서 역할에 따라 부여된 명칭이다. 따라서, 하나의 장치는 '사용자 장치'로서의 기능과 '수신 장치'로서의 기능을 모두 구비하도록 구성될 수도 있다. 예컨대, 수신 장치도 사용자 장치의 기능을 수행하도록 구현될 수 있으며, 사용자 장치도 수신 장치의 기능을 수행하도록 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 공간 필터링 방법

도 1은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하여 주변 장치를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 주변 장치를 탐색하는 사용자 장치(100)의 주변에는 탐색 대상이 되는 3개의 장치들(110, 120, 130)이 존재하는 경우가 예시된다.

주변 장치를 탐색하는 사용자 장치(100)가 지향하고 있는 방향을 0°라고 가정하였을 때, 제 1 장치(110)는

방향에, 제 2 장치(120)는

방향에, 그리고 제 3 장치(130)는

방향에 위치한다.

제 1 장치(110), 제 2 장치(120) 및 제 3 장치(130)는 자신이 어떤 방향에 위치하고 있는지 알지 못한다고 가정하며, 이때 사용자 장치(100)는

방향에 있는 제 1 장치(110)를 선택하는 목적을 가진 것으로 가정한다.

사용자 장치(100)는 공간 필터링의 효과를 얻기 위해서, 신호를 발생시킬 수 있는 신호 발생부를 두 개 또는 그 이상 구비하게 된다.

예컨대, 제 1 신호를 발생시키는 제 1 신호 발생부(도 2의 101)와 제 2 신호를 발생시키는 제 2 신호 발생부(도 2의 102)를 구비하게 되며, 제 1 신호와 제 2 신호가 음파 신호인 경우, 제 1 및 제 2 신호 발생부(101, 102)는 트랜스듀서(transducer)일 수 있다. 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)는 소정 간격(

)만큼 이격되어 사용자 장치(100)내에 구비된다(도 2 참조).

한편, 전송 지연 시간의 측정을 위해서 사용되는 제 1 신호와 제 2 신호는 수신 시간을 정확히 추정하기에 적합한 신호를 사용하되, 그 신호는 특정 구조에 제한되지 않는다. 예를 들면, 이하의 도 3내지 도 6에서 도시한 것과 같이 제 1 신호와 제 2 신호로서 펄스(pulse) 신호가 사용될 수도 있고, chirp 신호 또는 특정 시퀀스(sequence)를 변조한 신호가 사용될 수도 있다.

이하에서는, 2개의 신호 발생부를 이용한 경우를 예를 들어 본 발명을 설 명하지만, 3개 이상의 신호 발생부를 구비하는 경우로 본 발명을 확장하는 것도 용이하다.

또한, 이하에서는, 사용자 장치(100)의 관점에서 수평 각에 대한 공간 필터링의 경우를 예를 들어 설명하지만, 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)가 배열된 방향을 바꾸면 사용자 장치(100)의 관점에서 수직 각 또는 임의의 기울기를 가지는 공간 필터링을 수행하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하여 주변 장치를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 다른 개념도이다.

도 2에서, 사용자 장치(100)와 제 1 내지 제 3 장치들(110, 120, 130)의 위치 관계, 사용자 장치(100)가 구비한 제 1 신호 발생부(101) 및 제 2 신호 발생부(102)의 간격은 아래와 같이 가정된다.

먼저, 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)의 간격은

이다.

다음으로, 사용자 장치가 선택하고자 하는 제 1 장치(110)는

방향에 위치한다.

다음으로, 사용자가 선택하고자 하는 장치가 아닌 제 2 장치(120)와 제 3 장치(130)는 각각

방향과

방향에 위치한다.

상기 가정 하에서 사용자 장치(100)가 제 1 및 제 2 신호를 전송하였을 때 주변 장치 중 사용자 장치(100)가 선택하고자 하는 방향에 위치한 제 1 장치(110)만 응답하고 다른 방향에 위치한 제 2 및 제 3 장치(120, 130)는 응답하지 않도록 하는 것이 본 발명의 목적이다. 다른 실시예에서는, 제 1 내지 제 3 장치의 응답 메시지를 통하여 사용자 장치(100)가 각각의 수신 장치의 방향을 판단하도록 구성될 수도 있으며, 이는 후술된다.

이하에서는, 주변 장치를 탐색하고자 하는 사용자 장치(100)의 측면을 먼저 설명하기로 한다.

도 2에서 사용자 장치(100)에 구비된 제 1 신호 발생부(101)와 제 1 장치(110)까지의 거리를

, 그리고 사용자 장치(100)에 구비된 제 2 신호 발생부(102)와 제 1 장치(110)까지의 거리를

라고 가정한다.

이때, 두 신호 발생부들(101, 102) 간의 간격

가

와

에 비해서 무시할 정도로 작다고 가정하면

,

및

의 관계는 아래 수학식 1과 같이 근사화(approximation)될 수 있다.

제 1 신호와 제 2 신호의 전송 속도를 v라고 하면 제 1 신호와 제 2 신호가 각각의 신호 발생부(101, 102)로부터 제 1 장치(110)까지 도달하는 시간의 차는 하기 수학식 2와 같이 근사화될 수 있다.

이때,

은 제 1 신호가 제 1 신호 발생부(101)로부터 제 1 장치(110)까지 도달하는데 소요되는 시간을, 그리고

은 제 2 신호가 제 2 신호 발생부(102)로부터 제 1 장치(110)까지 도달하는데 소요되는 시간을 나타낸다.

사용자 장치(100)는 제 1 신호 발생부(101)에서 제 1 신호를 전송한 후 소정 시간 이후에 제 2 신호 발생부(102)에서 제 2 신호를 전송하도록 구성된다. 이때, 두 신호의 전송 시간 차이는 원하는 방향에 위치한 장치(110)에서의 수신 시간 차이를 고려하여 수학식 2의

로 설정되도록 한다. 이를 통하여, 장치(110)에서 제 1 신호와 제 2 신호가 동시에(거의 동일한 시점에) 수신될 수 있도록 한다.

다음으로, 사용자 장치(100)로부터 전송된 제 1 신호와 제 2 신호를 이용한 공간 필터링에 대하여 응답하는 주변 장치들(제 1 내지 제 3 장치(110, 120, 130))의 측면을 설명한다.

먼저, 도 3은 제 1 장치에서 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 그래프의 수평 방향은 시간의 경과를 의미하며, 제 1 수평축(310)은 사용자 장치(100)로부터 전송되는 제 1 신호의 제 1 신호 발생부(101)에서의 전송 시점(311)과 제 1 장치(110)에서의 수신 시점(312)을 도시한 것이다. 또한, 제 2 수평축(320)은 사용자 장치(100)로부터 전송되는 제 2 신호의 제 2 신호 발생부(102)에서의 전송 시점(321)과 제 1 장치(110)에서의 수신 시점(322)을 각각 도시한 것이다. 도 4 및 도 5도 상술된 도 3과 동일한 형태로 각각의 장치(제 2 장치 및 제 3 장치)에서의 제 1 신호 및 제 2 신호의 전송 시점과 수신 시점을 도시한 것이다.

도 3에 도시된 것과 같이, 사용자 장치(100)의 제 1 신호 발생부(101)가 제 1 신호를 전송한 이후, 제 2 신호 발생부(102)는

만큼의 시간 차를 두고 제 2 신호를 전송한다. 만약,

인 경우라면

가 음이 되므로 제 2 신호 발생부가 제 1 신호 발생부보다 먼저 제 2 신호를 전송하도록 구성되어야 한다.

제 1 신호 발생부(101)가 전송한 제 1 신호는

만큼의 전송 시간 지연 후에, 그리고 제 2 신호 발생부(102)가 전송한 제 2 신호는

만큼의 전송 시간 지연 후에 제 1 장치에 도착한다.

신호의 수신 시간 추정 오차를 고려하여, 제 1 신호와 제 2 신호가 제 1 장치에 도착하는 시간차가 소정 범위 내(실질적으로 0에 가까운 값으로, threshold 값으로 설정)에 있으면 제 1 장치(110)는 자신이 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 있다고 판단하고, 필요에 따라 제 1 장치(110)는 사용자 장치에 응답 메시지를 전송하도록 구성될 수 있다.

다음으로, 도 4는 제 2 장치에서 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.

제 1 신호 발생부(101)가 시점(411)에 전송한 제 1 신호는

만큼의 시간 지연 후에 시점(412)에 제 2 장치(120)에 도착하고, 제2신호 발생부(102)가 시점(421)에 전송한 제 2 신호는

만큼의 시간 지연 후에 시점(422)에 제 2 장치(120)에 도착한다.

이때

이고

이다.

이므로 하기 수학식 3이 성립된다.

따라서, 제 2 장치에서는, 제 1 장치와는 달리 제 2 신호 발생부(102)가 전송한 제 2 신호가 제 1 신호 발생부(101)가 전송한 제 1 신호보다 먼저 도착한다. 신호의 수신 시간 추정 오차를 고려하여, 제 1 신호와 제 2 신호가 제 2 장치에 도착하는 시간차가 소정 범위 내에 있지 않으면(threshold로 설정한 범위를 벗어난 경우), 제 2 장치(120)는 자신이 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 있지 않다고 판단하고 사용자 장치에게 응답 메시지를 전송하지 않을 수 있다.

다음으로, 도 5는 제 3 장치에서 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.

앞서 설명된 것과 같이 제 1 신호 발생부(101)는

만큼 시간 차를 두고 제 2 신호 발생부(102)보다 먼저 제 1 신호를 전송하게 된다.

제 1 신호 발생부(101)가 전송한 제 1 신호는

만큼의 시간 지연 후 시점(512)에 제 3 장치(130)에 도착하고, 제 2 신호 발생부(102)가 전송한 제 2 신호는 시간 지연

후 시점(522)에 제 3 장치(130)에 도착한다. 이때

이고

이다.

·

이므로, 하기 수학식 4가 성립한다.

따라서, 제 3 장치에서는, 제 1 신호 발생부(101)가 전송한 제 1 신호가 제 2 신호 발생부(102)가 전송한 제 2 신호보다 먼저 도착한다.

신호의 수신 시간 추정 오차를 고려하여, 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)가 전송한 제 1 신호와 제 2 신호가 제 3 장치에 도착하는 시간차가 소정 범위 내에 있지 않으면(threshold로 설정한 범위를 벗어난 경우) 제 3 장치(130)는 자신이 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 있지 않다고 판단하고 사용자 장치에 응답 메시지를 전송하지 않을 수 있다.

도 3, 도 4, 그리고 도 5를 예로 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 위치한 장치만 응답하도록 하고 다른 방향에 위치한 장치는 응답하지 않도록 하는 것이 가능하다.

그러나 도 3, 도 4, 그리고 도 5에 도시된 예의 경우, 수신 장치에서 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)가 전송한 제 1 신호와 제 2 신호가 시간적으로 겹쳐서 수신될 경우 두 신호의 수신 시간의 차를 추정하는데 오차가 발생되어 성능 저하의 원인이 될 수 있다.

이러한 문제를 해결하는 방법으로는 다음의 두 가지 중 하나의 방식이 이용될 수 있다. 또한, 성능의 극대화를 위해서 다음의 두 가지 방법들이 함께 사용될 수도 있다.

1) 제 1 신호 발생부와 제 2 신호 발생부가 일정한 추가 시간 차이를 가지고 제 1 신호와 제 2 신호를 전송하도록 하는 방법

도 6은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하여 주변 장치를 탐색하는 다른 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 6은 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)가 일정한 추가 시간 차이를 가지고 제 1 신호와 제 2 신호를 전송하는 방법을 예시하고 있다.

도 6을 참조하면, 그래프의 수평 방향은 시간의 경과를 의미하며, 제 1 수평축(610)은 사용자 장치(100)로부터 전송되는 제 1 신호의 제 1 신호 발생부(101)에서의 전송 시점(611)과 제 1 장치(110)에서의 수신 시점(612)을 도시한 것이다. 또한, 제 2 수평축(620)은 사용자 장치(100)로부터 전송되는 제 2 신호의 제 2 신호 발생부(102)에서의 전송 시점(621)과 제 1 장치(110)에서의 수신 시점(622)을 각각 도시한 것이다.

제 1 신호 발생부(101)가 시점(

; 611)에서 제 1 신호를 전송한 후, 제 2 신호 발생부(102)가 시점(

; 612)에서 제 2 신호를 전송한다. 이때, 하기 수학식 5가 성립한다.

여기에서,

는 제 1 신호와 제 2 신호를 전송하는 사용자 장치(100)와 수신 장치들(110, 120, 130)이 모두 알고 있는 값으로서, 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 장치에서의 도착 시점을 인위적으로 분리시키기 위해서 추가되는 값이다.

한편, (

)는 선택하고자 하는 수신 장치가 위치한 방향에 따라 수학식 2에 의해서 결정되는 값으로서 수신 장치들이 알지 못하는 값이다.

만약,

이면 제 2 신호 발생부(102)가 제 1 신호 발생부(101)보다 먼저 신호를 전송하는 경우에 해당한다.

수신 장치는 하기 수학식 6을 계산하여 자신이 선택하고자 하는 방향에 위치하였는지 여부를 결정한다.

이때,

과

는 각각 수신 장치에서 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)가 전송한 신호가 수신된 시점(612, 622)을 나타낸다.

과

는 다음과 같이

을 포함한 수학식 7과 수학식 8로 나타낼 수 있다.

수학식 7과 수학식 8을 수학식 6에 대입하면, 결과적으로, 하기 수학식 9를 얻을 수 있다.

수신 장치(제 1 장치, 제 2 장치, 제 3 장치)에 따라 상기 수학식 9의 값을 살펴보면 다음과 같다.

제 1 장치:

이고

이므로 수학식 9의 값은 0이 된다.

제 2 장치:

이므로

이고, 따라서 수학식 9는 0보다 큰 값을 가진다.

제 3 장치:

이므로

이고, 따라서 수학식 9는 0보다 작은 값을 가진다.

각 수신 장치는 수학식 9를 통하여 계산된 값이 음(-) 인지 양(+)인지에 따라서 자신이 사용자 장치가 선택하고자 하는 장치가 위치한 방향(기준 방향)보다 왼쪽 방향에 있는지(수학식 9를 통해 계산된 값이 음인 경우), 아니면 오른쪽 방향에 있는지 (수학식 9를 통해 계산된 값이 양인 경우) 알 수 있다.

신호의 수신 시간 추정 오차를 고려하여 수학식 9를 통해 계산된 값이 소정 범위(즉, threshold 범위) 내에 있으면 자신이 선택하고자 하는 장치가 있는 방향에 있다고 판단하고 사용자 장치에 응답 메시지를 전송할 수 있으며, 소정 범위 내에 있지 않은 경우 응답 메시지를 전송하지 않을 수 있다.

2) 제 1 신호와 제 2 신호를 서로 직교하는 신호로 구성하는 방법

제 1 신호와 제 2 신호가 시간적으로 겹쳐서 수신될 경우, 두 신호의 수신 시간 차이를 추정하는데 오차가 발생되는 문제를 해결하는 다른 방법은, 제 1 신호 발생부(101)와 제 2 신호 발생부(102)가 전송하는 신호들(제 1 신호, 제 2 신호)로서 시간 축에서 서로 겹쳐 있어도 분리해낼 수 있는 신호를 사용하는 방법이 있을 수 있다. 예를 들어 두 개의 시간 축에서 서로 직교(orthogonal)인 신호를 사용할 수 있다.

한편, 수신 장치가 사용자 장치의 0°방향을 기준으로 어느 방향에 위치해 있는지를 판별하기 위한 응용으로도 본 발명은 이용될 수 있다.

예를 들어, 사용자 장치의 0°방향인

인 경우를 가정한다.

이 경우 선택하고자 하는 장치인 제 1 장치(110)의 경우는, 0°방향에 있으므로

이며, 따라서

이다.

반면,

인 경우 제 2 장치(120)가 수학식 9의 값을 계산하면

가 되며, 이를 이용하여 수학식 2로부터 하기 수학식 10과 같이

를 추정할 수 있다.

마찬가지로 제 3 장치의 경우에도, 수학식 2로부터 하기 수학식 11과 같이

를 추정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 원하는 방향에 위치한 수신 장치를 선택하는 응용뿐만 아니라, 수신 장치가 사용자 장치의 0°방향을 기준으로 자신이 위치한 방향을 추정하는데 사용될 수 있다.

한편, 제 1 신호와 제 2 신호가 다중 경로(multi-path) 환경을 통하여 전달되는 경우를 생각할 수 있다. 사용자 장치와 수신 장치들 사이에 다중 경로(multi-path)가 존재할 경우 사용자 장치에서 단 한번의 전송을 한 경우에도 수신 장치에서는 신호가 여러 번 수신될 수 있다.

이 경우 가장 먼저 도착한 신호를 기준으로 수신 시간을 추정한다. 즉, 가장 먼저 도착한 신호가 LOS(line-of-sight) 경로를 통하여 전달되었음을 가정한다. 만약 가장 먼저 도착한 신호가 LOS 경로가 아니라면 송신 장치와 수신 장치 사이의 거리 추정에 오차가 발생할 수 있다.

위에서 설명된 예시에 의하면, 주변 수신 장치들이 수신 신호로부터 얻은 정보를 이용하여 자신이 선택하고자 하는 방향에 있는지 여부를 판단하여 사용자 장치에 응답하거나 응답하지 않는 것을 결정한다.

이 경우 발생할 수 있는 대표적인 두 가지 문제점은 아래와 같다.

첫째로, 수신 장치가 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 있는지 여부를 판단함에 있어서, 모든 수신 장치들이 통일된 하나의 판단 기준을 가지고 있지 않은 경우, 수신 시간 추정 오차 등에 의해서 실제 선택하고자 하는 장치가 아닌 다른 장치가 응답하는 경우가 발생할 수 있다.

둘째로, 수신 시간 추정 오차 등에 의해서 신호를 수신한 수신 장치들 중 응답하는 장치가 하나도 없는 경우가 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 장치들이 자신이 선택하고자 하는 방향에 위치하고 있는지 여부를 판단하는 대신, 사용자 장치가 판단할 수 있도록 하는 방법이 있을 수 있다.

예를 들어 설명하면, 사용자 장치가 특정 방향에 있는 수신 장치를 탐색하고자 하는데, 통신하고자 하는 장치의 식별자(ID)를 모르는 상황을 가정한다.

먼저, 사용자 장치는 공간 필터링을 위해서 본 발명에 따라 제 1 신호와 제 2 신호를 전송한다.

다음으로, 수신 장치들은 사용자 장치로부터 전송된 제 1 신호와 제 2 신호를 수신한 후, 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이값 또는 수학식 9의 결과를 사용자 장치에게 자신의 식별자와 함께 전송하여 응답한다.

다음으로, 사용자 장치는 수신 장치들로부터 수신된 응답 메시지들을 분석하여 수신 장치들이 보내온, 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이값 또는 수학식 9의 결과들을 비교하여 어떤 응답 메시지가 자신이 선택하고자 하는 방향에 위치한 수신 장치로부터 전송된 응답 메시지인지 판단하고, 그 메시지 안에 포함된 식별자를 이용하여 상대 수신 장치와 통신할 수 있다.

이 방법의 경우 주변의 장치로부터 응답 메시지를 받아야 하므로 장치간 통신이 증가하는 단점을 가지고 있으나, 위에서 언급한 문제점들을 해결할 수 있는 장점을 가지고 있다.

한편 상술된 방법들이 결합된 하이브리드 방법도 가능할 수 있다.

예컨대, 주변 수신 장치들이 사용자 장치로부터 수신된 신호들을 이용하여 자신이 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 있는지를 판단하여, 자신이 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 있을 가능성이 높다고 판단되면, 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이값 또는 수학식 9의 결과를 응답 메시지에 포함하여 사용자 장치에게 전송하는 방식이 가능하다.

즉, 복수의 주변 수신 장치들이 사용자 장치가 선택하고자 하는 방향에 존재할 경우에는 사용자 장치는 상기 정보(제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이값 또는 수학식 9의 결과)를 이용하여 가장 바람직한 장치를 대상 장치로 결정할 수도 있다.

한편, 보다 정확한 결과를 얻기 위해서, 사용자 장치는 원하는 방향에 복수의 장치들이 존재하는 것으로 판단한 경우, 사용자 장치는 응답 메시지를 보내온 주변 수신 장치들의 리스트를 사용자에게 디스플레이하고, 최종적으로 사용자가 원하는 장치를 선택하도록 할 수도 있을 것이다. 이와 같이 사용자에게 검색된 장치들의 리스트를 제공하고 사용자가 최종적으로 원하는 장치를 장치를 선택하도록 하는 것은 첫번째 방식, 두번째 방식 및 두 방식이 결합된 하이브리드 방식에 모두 적용 가능하다.

본 발명에 따른 사용자 장치의 구성

도 7은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하는 사용자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 사용자 장치의 일 실시예(700)는, 제 1 신호 발생부(710), 제 2 신호 발생부(720) 및 응답 수신부(730)를 포함하여 구성될 수 있다.

제 1 신호 발생부(710)는 제 1 신호를 발생시키는 구성요소이며, 제 2 신호 발생부(720)는 제 2 신호를 발생시키는 구성요소이다.

제 1 신호 발생부(710)와 제 2 신호 발생부(720)는 소정 거리만큼 이격되어 있으며, 제 1 신호의 발생 지점과 제 2 신호의 발생 지점이 상기 소정 거리만큼 이격되어 있음을 의미한다.

제 1 신호와 제 2 신호가 음파 신호일 경우, 상기 제 1 신호 발생부(710)와 제 2 신호 발생부(720)는 각각 트랜스듀서(transducer)를 포함하여 구성될 수 있다.

제 1 신호와 제 2 신호는 소정의 시간 차이를 두고 발생되도록 구성될 수 있으며, 소정의 시간 차이는 상술된 수학식 2에 기초하여 사용자 장치가 탐색하고자 하는 수신 장치의 방향을 감안하여 설정될 수 있다.

제 1 신호와 제 2 신호는 상호 직교하는 신호로 구성될 수도 있으며, 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 전송 시간 차이에는 사용자 장치와 수신 장치들이 함께 공유하고 있는 추가 시간 차이(예컨대,

)가 추가로 포함될 수 있다.

수신 장치로부터의 응답 방식은 두 가지로 구성될 수 있다.

첫 번째 방식은, 수신 장치가 사용자 장치로부터 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 시간 차이가 소정의 범위(즉, threshold값) 이내에 있을 경우에 수신 장치가 자신이 응답할 장치에 해당하는 것으로 판단하여, 사용자 장치에게 응답 메시지를 제공하는 방식이다.

이 경우, 제 1 신호와 제 2 신호에 사용자 장치와 수신 장치가 공유하는 추가 시간 차이(예컨대,

)가 포함된 경우에는, 수신 장치는 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이에서 추가 시간 차이를 감안한 값(즉, 수학식 9의 값)이 소정의 범위 이내에 있는 지를 판단하여 응답 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.

두 번째 방식은, 수신 장치가 사용자 장치로부터 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 시간 차이에 기초한 값(예컨대, 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이값 또는 수학식 9의 결과 값)과 수신 장치의 식별 정보(identifier)를 포함하여 응답 메시지를 구성하고, 구성된 응답 메시지를 사용자 장치에게 제공하는 방식이다.

첫 번째 방식은, 수신 장치가 자신이 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초하여 응답 여부를 결정하고, 자신이 사용자 장치가 탐색하고자 하는 방향에 위치한 것으로 판단되었을 때에만 응답을 하는 방식이다. 즉, 수신 장치의 방향을 수신 장치가 판단하는 방식이다.

반면, 두 번째 방식은, 수신 장치가 응답 여부를 결정하지 않고, 제 1 신호와 제 2 신호를 수신한 수신 장치는 모두 사용자 장치에게 응답 메시지를 일단 전송하는 방식이다. 이는, 앞서 설명된 바와 같이, 수신 시간 추정 오차 등에 의해서 실제 사용자 장치가 선택하고자 하는 수신 장치가 아닌 다른 장치가 응답하는 경우나 어떠한 수신 장치도 응답을 하지 않는 경우를 방지하도록, 적절한 수신 장치에 대한 판단을 사용자 장치가 수행하도록 하는 방식이다. 첫 번째 방식을 이용할 경우에는, 사용자 장치와 수신 장치들간에 송수신되는 메시지의 양을 줄일 수 있으나, 두 번째 방식을 이용할 경우에는 상술된 수신 시간 추정 오차에 의해 유발되는 문제점들을 해결할 수 있다.

한편, 상술된 첫번째 방식과 두번째 방식을 결합한 하이브리드 방법 또한 가능하다.

응답 수신부(730)는 상기 사용자 장치가 수신 장치로부터 상술된 방식에 의하여 구성된 응답 메시지를 수신할 수 있도록 하는 구성요소로서, 상기 사용자 장치가 구비한 통신부일 수 있다. 예컨대, 상기 응답 수신부(730)는 블루투스(Bluetooth), IEEE 802.11, 지그비(ZigBee) 등의 다양한 무선 통신 방식 중 적어도 하나를 이용하여 상기 수신 장치와 통신하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따라 사용자 장치에 응답하는 수신 장치의 구성

도 8은 본 발명에 따른 공간 필터링을 이용하는 수신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 8에서 예시되는 수신 장치는 앞서 설명된 사용자 장치에서 발생된 제 1 신호와 제 2 신호를 이용한 공간 필터링에 기초하여, 사용자 장치에게 응답 메시지를 발송하는 장치의 구성을 의미한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 수신 장치의 일 실시예(800)는, 신호 수신부(810), 메시지 생성부(820) 및 응답 전송부(830)를 포함하여 구성될 수 있다.

신호 수신부(810)는 상대 장치(도 7을 통하여 설명된 사용자 장치)로부터 발생된 제 1 신호와 제 2 신호를 수신하는 구성요소이다.

앞서 설명된 바와 같이, 사용자 장치에서 제 1 신호와 제 2 신호는 소정의 시간 차이를 두고 발생되도록 구성될 수 있으며, 소정의 시간 차이는 상술된 수학식 2에 기초하여 사용자 장치가 탐색하고자 하는 수신 장치의 방향을 감안하여 사용자 장치에 의해서 설정될 수 있다. 또한, 제 1 신호와 제 2 신호는 상기 사용자 장치 내에서 소정 거리 이격된 위치에서 발생되는 것을 특징으로 한다.

제 1 신호와 제 2 신호는 상호 직교하는 신호로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 발생 시간 차이에는 사용자 장치와 수신 장치들이 함께 공유하고 있는 추가 시간 차이(예컨대,

)가 추가로 포함될 수 있다.

메시지 생성부(820)는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초하여, 응답 메시지를 생성하는 구성요소이다.

메시지 생성부(820)가 응답 메시지를 생성하는 방식으로는 세 가지 방식(첫번째 방식, 두번째 방식 및 양자를 결합한 하이브리드 방식)이 가능하다.

첫 번째 방식은, 수신 장치가 사용자 장치로부터 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 시간 차이가 소정의 범위(즉, threshold값) 이내에 있을 경우에 수신 장치가 자신이 응답할 장치에 해당하는 것으로 판단하여, 사용자 장치에게 응답 메시지를 제공하는 방식이다. 즉, 제 1 신호와 제 2 신호의 시간 차이가 소정의 범위(즉, threshold값) 이내에 있지 않을 경우에, 메시지 생성부(820)는 응답 메시지를 생성하지 않는다.

이 경우, 제 1 신호와 제 2 신호에 사용자 장치와 수신 장치가 공유하는 추가 시간 차이((예컨대,

)가 포함된 경우에는, 수신 장치는 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이에서 추가 시간 차이를 감안한 값(즉, 수학식 9의 값)이 소정의 범위 이내에 있는 지를 판단하여 응답 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.

두 번째 방식은, 수신 장치가 사용자 장치로부터 수신한 제 1 신호와 제 2 신호의 시간 차이에 기초한 값(예컨대, 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이값 또는 수학식 9의 결과 값)과 수신 장치의 식별 정보(identifier)를 포함하여 응답 메시지를 구성하고, 구성된 응답 메시지를 사용자 장치에게 제공하는 방식이다.

첫 번째 방식과 두 번째 방식의 차이점은 공간 필터링을 통하여 수신 장치가 원하는 방향에 존재하는지를 최종적으로 결정하는 주체의 차이점이며, 그 구체적인 차이점은 앞서 설명된 바와 같다.

한편, 앞서 언급된 바와 같이, 첫번째 방식과 두번째 방식을 결합한 하이브리드 방식 또한 가능하다.

응답 전송부(830)는 상기 수신 장치가 상기 사용자 장치에게 응답 메시지를 전송할 수 있도록 하는 구성요소로서, 사용자 장치의 응답 수신부(730)에 대응되는 구성요소이다.

응답 전송부(830)는, 상기 수신 장치가 구비한 통신부로서, 예컨대, 상기 응답 전송부(830)는 블루투스(Bluetooth), IEEE 802.11, 지그비(ZigBee) 등의 다양한 무선 통신 방식 중 적어도 하나를 이용하여 상기 사용자 장치의 응답 수신부(730)와 통신하도록 구성될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

700: 사용자 장치
710: 제 1 신호 발생부 720: 제 2 신호 발생부
730: 응답 수신부
800: 수신 장치
810: 신호 수신부 820: 메시지 생성부
830: 응답 전송부

Claims (16)

1. 공간 필터링을 통하여 수신 장치로부터 응답을 수신하는 사용자 장치로서,
   제 1 신호를 발생시키는 제 1 신호 발생부;
   제 2 신호를 발생시키고, 상기 제 1 신호 발생부와 소정 간격으로 이격되어 위치한 제 2 신호 발생부; 및
   상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초한 응답을 수신 장치로부터 수신하는 응답 수신부를 포함하고,
   상기 응답은 상기 수신 시간 차이가 소정의 값보다 작은 경우에 생성되고, 상기 수신 시간 차이는 상기 사용자 장치에 대한 상기 수신 장치의 방향을 지시하며, 상기 소정의 값은 상기 소정 간격에 의해서 결정되는, 사용자 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 음파 신호인 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 소정의 시간 간격을 두고 발생되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 상호 직교하는 신호로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 소정의 시간 간격은 상기 사용자 장치와 상기 수신 장치가 공유하는 소정의 시간 값을 포함하여 설정되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 소정의 시간 간격은 상기 응답을 수신하고자 하는 상대 장치의 위치를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
7. 삭제
8. 청구항 3에 있어서,
   상기 수신 장치로부터의 응답은 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초한 값과, 상기 수신 장치의 식별 정보를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
9. 복수의 신호에 기초한 공간 필터링을 이용하여 응답하는 수신 장치로서,
   제 1 신호와 상기 제 1 신호와 소정 간격으로 이격된 위치에서 발생된 제 2 신호를 상대 장치로부터 수신하는 신호 수신부;
   상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초하여, 응답 메시지를 생성하는 메시지 생성부; 및
   상기 상대 장치에게 상기 응답 메시지를 전송하는 응답 전송부를 포함하고,
   상기 응답 메시지는 상기 수신 시간 차이가 소정의 값보다 작은 경우에 생성되고, 상기 수신 시간 차이는 상기 상대 장치에 대한 상기 수신 장치의 방향을 지시하며, 상기 소정의 값은 상기 소정 간격에 의해서 결정되는, 수신 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 음파 신호인 것을 특징으로 하는 수신 장치.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 소정의 시간 간격을 두고 발생되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호는 상호 직교하는 신호로 구성되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 소정의 시간 간격은 상기 수신 장치와 상기 상대 장치가 공유하는 소정의 시간 값을 포함하여 설정되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 소정의 시간 간격은 상기 수신 장치의 위치를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
15. 삭제
16. 청구항 11에 있어서,
    상기 응답 메시지는 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 수신 시간 차이에 기초한 값과, 상기 수신 장치의 식별 정보를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.

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