KR102287266B1 - Wireless localization ranging method between devieces using cooperation terminal and system thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a wireless localization ranging method between terminals using a cooperation terminal and a system thereof. According to the present invention, the wireless localization ranging method based on a wireless network system comprises the following steps: transmitting and receiving a ranging request signal by a first terminal and a second terminal; determining whether to request cooperative positioning by comparing first and second channel quality values, which are channel quality values with a counterpart terminal estimated from the ranging request signal received through the counterpart terminal, with a reference value, respectively; when the cooperative positioning request is determined, receiving, by the first and second terminals, a response signal after broadcasting the cooperation request signal to one or more neighboring terminals, respectively; selecting a terminal existing in a common channel quality region between the first and second terminals among the neighboring terminals on the basis of a response signal as a cooperative terminal to allow the cooperative terminal to transmit a cooperative signal; and measuring a distance between the terminals through transmission and reception of ranging frame signals between the first and second terminals, and correcting a distance measurement error by performing clock synchronization or frequency offset compensation between the terminals based on the cooperation signal. Accordingly, when a channel environment between terminals does not satisfy ranging performance requirements during wireless positioning between the terminals, a cooperative signal by neighboring terminals is used to detect a wireless positioning ranging signal, thereby reducing a wireless positioning ranging error and increasing positioning accuracy.

Description

협력 단말을 이용한 단말간 무선측위 레인징 방법 및 시스템{Wireless localization ranging method between devieces using cooperation terminal and system thereof}TECHNICAL FIELD [0002] Wireless localization ranging method between devices using cooperation terminal and system thereof

본 발명은 협력 단말을 이용한 단말간 무선측위 레인징 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인접 단말의 협력을 활용하여 무선 탐지 기반의 무선 측위 레인징 오차 문제를 최소화할 수 있는 무선측위 레인징 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for radio positioning ranging between terminals using a cooperative terminal, and more particularly, to a radio positioning ranging that can minimize the radio positioning ranging error problem based on radio detection by utilizing the cooperation of adjacent terminals. It relates to methods and systems.

무선측위 레인징 기술은 단말간의 RF 세기나 신호 검출을 통해 단말간의 이격 거리를 측정하는 기술로 정의된다. 더 나아가, 무선측위 기술은 단말 노드의 정확한 위치를 추정하는 것으로, 레인징(Ranging)에 기초하여 추정된다. The radio positioning ranging technology is defined as a technology for measuring the separation distance between terminals through RF strength or signal detection between terminals. Furthermore, the radiolocation technology is to estimate the exact location of the terminal node, it is estimated based on the ranging (Ranging).

위치를 알고자하는 단말 노드의 정확한 위치는 특정된 위치의 기지국 또는 앵커 노드, 그리고 가장 대표적인 GPS에서 단말 노드간의 상대적인 레인징에 기초하여 추정이 가능하다.The exact location of the terminal node for which the location is to be known can be estimated based on the relative ranging between the base station or anchor node at the specified location, and the most representative GPS terminal node.

최근 다수의 기기 및 사물을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하기 위한 사물인터넷 시스템에서는 저가 그리고 적은 전력 소모량의 기기 구현을 요구하며, 다양한 위치기반 사물인터넷 응용을 위해 측위 기술의 요구가 증대되고 있다. 또한, 위치기반의 사물인터넷 서비스 지원을 위해 GPS 지원 없이 저비용의 무선 기술을 활용한 측위 방안, 위치 트래킹 방안이 제시되는 등 기존 사물인터넷 기술에 무선탐지 기반의 무선 측위 기술이 포함되는 추세이다.Recently, the IoT system for providing various services anytime and anywhere by connecting a number of devices and things requires the implementation of low-cost and low-power devices, and the demand for positioning technology for various location-based IoT applications is increasing. In addition, to support location-based IoT services, there is a trend to include wireless detection-based wireless positioning technology in existing IoT technologies, such as positioning methods using low-cost wireless technology without GPS support and location tracking methods.

무선탐지 기반의 위치추적 기술은 UWB, WiFi, BLE, RFID 등의 근거리 통신 기술이 주로 적용되고 있으며, 무선신호의 세기 및 무선신호의 전파지연시간 측정을 통해 계산하고, 거리정보를 바탕으로 삼변 측량법 등을 활용하여 위치 측정이 수행되고 있다.Short-distance communication technologies such as UWB, WiFi, BLE, and RFID are mainly applied to location tracking technology based on wireless detection. Position measurement is performed using the

무선 탐지 기반의 무선측위 기술은 레인징 기술에 기반하여 구성된다. 사물인터넷 기술들은 대부분 근거리 통신 기술 위주로, 인프라가 구성된 환경에서의 무선 측위를 제공한다. 광역 사물인터넷 서비스를 위해서 단말 노드의 정확한 위치 추정도 물론 중요하겠지만, 기기간 이격 거리 추정을 제공할 경우 저전력의 위치 기반 응용 분야에 중요하게 활용될 수 있다.The radio detection-based radio positioning technology is configured based on the ranging technology. Most of the IoT technologies are short-distance communication technologies, and provide wireless positioning in an infrastructure environment. Of course, it is important to estimate the exact location of a terminal node for a wide area IoT service, but if it provides an estimate of the separation distance between devices, it can be importantly used in low-power location-based applications.

무선 탐지 기반 측위 레인징 기술은 두 기기 간의 무선 신호의 전파지연 시간인 ToA(Time of Arrival) 또는 ToF(Time of Flight)와 같은 시간 정보 측정을 통해 수행되며, Preamble sequence(또는 spreading sequence와 같은 high processing gain을 갖는 신호)의 추정 검출을 통해 송신부와 수신부의 정확한 시각 정보를 추출하고, 전파 도달 시간의 차이를 통해 두 단말간 상대 위치 및 이격 거리를 추정하여 수행된다. 다수의 측위용 비콘을 활용한 상대적인 시각차를 활용할 경우, 이차원 공간상의 단말 측위도 가능하다. 대부분의 위치 측위 기술은 상대적인 시각차를 활용하여 구현된다. The radio detection-based positioning ranging technology is performed by measuring time information such as ToA (Time of Arrival) or ToF (Time of Flight), which is the propagation delay time of a radio signal between two devices, It is performed by extracting accurate time information of the transmitter and the receiver through estimated detection of a signal with processing gain), and estimating the relative position and separation distance between the two terminals through the difference in radio wave arrival time. When using a relative time difference using a plurality of positioning beacons, it is also possible to position a terminal in a two-dimensional space. Most positioning techniques are implemented using relative visual differences.

전파 지연 시간 기반의 무선 측위 방법에 있어, 측위 단말간 주파수/클럭 동기 오프셋은 전파 전달시간 측정시, 전파지연 시간 측정시 정확도 및 정밀도 오차를 발생시킨다. 각 단말의 발진기(Local oscillator, 오실레이터)는 오차를 갖고 있으며, 이 절대적인 그리고 기기간 상대적인 오차는 클럭 주파수 오프셋 및 반송파 주파수 오프셋을 초래하여 전파지연 시간 측정시 정확도 오차를 발생시킨다. In the radio positioning method based on the propagation delay time, the frequency/clock synchronization offset between positioning terminals causes accuracy and precision errors when measuring the propagation time and measuring the propagation delay time. The local oscillator (oscillator) of each terminal has an error, and this absolute and device-to-device relative error causes a clock frequency offset and a carrier frequency offset, resulting in an accuracy error when measuring propagation delay time.

기기간 클럭/주파수 오프셋은 상대적 클럭 주파수 비율에 따라 시각 오차를 발생시키며, 특히 기기간 주파수 오프셋은 지연 시각 검출을 위해 수행되는 프리앰블 검출시 신호 손실 및 왜곡을 발생시켜, 정확한 시각 동기 검출시 정밀도 오차를 발생시킨다. 이는 결국 무선측위 레인징 검출시 큰 측위 오차를 발생시켜, 성능 열화를 초래한다.The clock/frequency offset between devices causes a time error according to the relative clock frequency ratio. In particular, the frequency offset between devices causes signal loss and distortion when detecting the preamble performed for detecting the delay time, resulting in precision error when detecting accurate time synchronization. make it This results in a large positioning error when detecting radio positioning ranging, resulting in performance degradation.

도 1은 무선 신호의 전파지연 시간을 기반으로 하는 레인징 검출 원리를 설명한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a ranging detection principle based on a propagation delay time of a radio signal.

이러한 도 1은 두 디바이스 A와 B 간 무선 신호(Ranging frame)의 송수신을 통해 전파지연 시간을 검출하고 이로부터 두 디바이스 간 거리를 레인징하는 기법을 설명한 것이다.1 illustrates a technique for detecting a propagation delay time through transmission and reception of a radio signal (Ranging frame) between two devices A and B, and ranging a distance between the two devices from this.

TRound는 왕복 지연 시간(Round-trip time), Treply는 응답 시간(Reply time), 기준점은 전파지연시간 검출을 위한 기준 시각점, eA 및 eB는 각 디바이스 A와 B의 클럭 오프셋 오차, TToF는 전파지연시간(ToF; Time of flight), Te는 레인징 타이밍 오차를 나타낸다.T Round is the round-trip time, T reply is the reply time, the reference point is the reference time point for propagation delay time detection, and e A and e B are the clock offset errors of each device A and B. , T ToF is a propagation delay time (ToF; Time of flight), and Te is a ranging timing error.

여기서, 클럭 오프셋 오차가 존재하지 않는 이상적 전파지연시간은

Figure 112020039898069-pat00001
로 정의되지만, 실제 전파지연시간은 클럭 오프셋 오차가 반영되어
Figure 112020039898069-pat00002
로 검출된다. 이에 따라, 레인징 타이밍 오차 역시
Figure 112020039898069-pat00003
와 같이 발생한다.Here, the ideal propagation delay time without clock offset error is
Figure 112020039898069-pat00001
However, the actual propagation delay time reflects the clock offset error.
Figure 112020039898069-pat00002
is detected as Accordingly, the ranging timing error is also
Figure 112020039898069-pat00003
occurs with

일반적으로 검출한 전파지연시간 ToF과 C(velocity of light)를 이용하여 두 기기 간 거리 계산이 가능한데, 두 기기간 클럭 오프셋이 있는 경우 전파지연 시간 TToF의 측정 시에 오차가 발생하여 기기 간 거리 계산시에도 오차(레인징 타이밍 오차)가 발생하게 된다.In general, it is possible to calculate the distance between two devices using the detected propagation delay time ToF and C (velocity of light). If there is a clock offset between the two devices , an error occurs in the measurement of the propagation delay time T ToF , so the distance between the devices is calculated. Also, an error (ranging timing error) is generated.

물론 단말 간 상대적 오프셋에 의한 검출 오류를 줄이는 방법으로 TWR(Two-way ranging) 기법 등이 존재하지만, TWR 기법의 경우 단말 간의 상대적인 오프셋에 의한 오차는 보상하는 반면에 레인징 프레임을 한번 더 전송해야 하므로 시간 자원의 손실이 발생하는 단점이 있다.Of course, a two-way ranging (TWR) technique exists as a method of reducing a detection error due to a relative offset between terminals. However, in the case of the TWR method, while compensating for an error due to a relative offset between terminals, the ranging frame must be transmitted once more. Therefore, there is a disadvantage in that a loss of time resources occurs.

도 2는 두 단말의 송수신 기준점에 따른 검출 오차를 설명하는 도면이다. 도 2와 같이 두 기기의 송수신 기준점의 차이 역시 레인징 정확도를 저하시키는 요인이 된다. 2 is a diagram for explaining a detection error according to a transmission/reception reference point of two terminals. As shown in FIG. 2 , the difference between the transmission/reception reference points of the two devices is also a factor of lowering the ranging accuracy.

이러한 도 2에서 1번 수신 기준점(eA=eB=0)은 이상적 수신 기준점을 나타낸다. 3번 수신 기준점은 주파수/클럭 오프셋이 추가로 반영된 수신부의 실제 검출된 수신 기준점을 나타낸다.In FIG. 2, the first reception reference point (e A =e B = 0) represents an ideal reception reference point. The reception reference point No. 3 represents the actually detected reception reference point of the receiver to which the frequency/clock offset is additionally reflected.

실제 검출된 수신 기준점은 상대적인 주파수 오프셋, SNR 손실, LOS(line of sight) 손실 등에 의해 영향을 받는다. 게다가, 프레임 검출 성능에 따라 최종 검출된 수신 기준점에 추가적인 오류가 발생할 수 있다. 결과적으로 두 단말 간의 실제 거리는 d이지만 무선 측위 결과는

Figure 112020039898069-pat00004
로 나타나므로,
Figure 112020039898069-pat00005
만큼의 레인징 오차가 발생하게 된다. The actually detected reception reference point is affected by a relative frequency offset, SNR loss, line of sight (LOS) loss, and the like. In addition, additional errors may occur in the last detected reception reference point depending on the frame detection performance. As a result, the actual distance between the two terminals is d, but the radiolocation result is
Figure 112020039898069-pat00004
Since it appears as
Figure 112020039898069-pat00005
As much as a ranging error occurs.

이와 같이, 무선 탐지 기반의 무선 측위 레인징 정확도는 LOS 경로 검출 성능, SNR, 발진기 오차, 두 기기간의 상대적인 주파수/클럭 오프셋 등에 따라 영향을 받는다. 따라서 정확한 측위를 위해서는 위에서 언급한 오차를 발생하는 성분에 대한 보정 또는 보완이 필요하다. As such, the radio localization ranging accuracy based on radio detection is affected by LOS path detection performance, SNR, oscillator error, and a relative frequency/clock offset between two devices. Therefore, for accurate positioning, it is necessary to correct or supplement the components that cause the above-mentioned errors.

또한, 사물인터넷 기기는 저가 모듈(특히 발진기) 적용에 따른 상대적으로 큰 주파수 오차(수 ppm 수준의 주파수 옵셋)를 갖는 특성을 갖는다. 이러한 주파수 오차는 무선측위 레인징 계산시 상대적인 클럭 오프셋 오차에 따라 레인징 추정 오차를 발생시키며, 레인징 신호에 대한 정확한 시점 검출 성능에 열화 요인으로 작용하여 최종 레인징 검출 오차를 발생시킨다. In addition, the IoT device has a relatively large frequency error (frequency offset of several ppm level) according to the application of a low-cost module (especially an oscillator). Such a frequency error generates a ranging estimation error according to a relative clock offset error when calculating radio positioning ranging, and acts as a deterioration factor in accurate timing detection performance for a ranging signal, thereby generating a final ranging detection error.

따라서 저비용 기반의 사물인터넷에서 무선 측위레인징을 지원하기 위해서는 상대적인 주파수 오프셋 추정 향상과 보정을 위한 기술이 필수적이다. Therefore, in order to support wireless positioning ranging in the low-cost Internet of Things, a technology for improving and correcting relative frequency offset estimation is essential.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1304849호(2013.09.05 공고)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1304849 (published on September 5, 2013).

본 발명은, 단말 간 무선 측위 수행 시 단말 간 통신 환경이 레인징 성능 요구 조건을 만족하지 못할 때 주변 단말에 의한 협력 신호를 무선 측위 레인징 신호 검출에 활용하여 무선 측위 레인징 오차를 감소시키고 측위 정확도를 향상시키는 협력 단말을 이용한 단말간 무선측위 레인징 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.The present invention reduces the radio positioning ranging error by utilizing the cooperative signal by the neighboring terminals to detect the radio positioning ranging signal when the communication environment between the terminals does not satisfy the ranging performance requirement when performing the wireless positioning between the terminals An object of the present invention is to provide a method and system for radio positioning ranging between terminals using a cooperative terminal to improve accuracy.

본 발명은, 무선 네트워크 시스템을 기반으로 하는 협력 단말을 이용한 단말간 무선 측위 레인징 방법에 있어서, 제1 단말과 제2 단말은 레인징 요청 신호를 상호 송수신하는 단계와, 서로 상대 단말을 통해 수신한 레인징 요청 신호로부터 추정한 상대 단말과의 채널 품질값인 제1 및 제2 채널 품질값을 각각 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 주변 단말을 통한 협력 측위 요청 여부를 결정하는 단계와, 협력 측위 요청이 결정되면, 상기 제1 및 제2 단말은 협력 요청 신호를 하나 이상의 주변 단말에 각각 브로드캐스팅한 후에 응답 신호를 각각 수신하는 단계와, 상기 응답 신호를 기초로 주변 단말 중에서 상기 제1 및 제2 단말 간의 공통채널품질 영역 상에 존재하는 단말을 협력 단말로 선정하여 협력 신호를 전송하도록 동작시키는 단계, 및 상기 제1 및 제2 단말 간 레인징 프레임 신호의 송수신을 통해 단말간 거리를 측정하되, 상기 협력 신호를 기초로 단말간 클럭 동기화 또는 주파수 오프셋 보상을 수행하여 거리 측정 오차를 보정하는 단계를 포함하는 단말간 무선 측위 레인징 방법을 제공한다.The present invention provides a wireless positioning ranging method between terminals using a cooperative terminal based on a wireless network system, the first terminal and the second terminal mutually transmitting and receiving a ranging request signal; Comparing the first and second channel quality values, which are channel quality values with the counterpart terminal estimated from one ranging request signal, with a reference value, respectively, and determining whether to request cooperative positioning through a neighboring terminal according to the comparison result; When the positioning request is determined, the first and second terminals each broadcast a cooperation request signal to one or more neighboring terminals, respectively, and then receiving a response signal, and based on the response signal, the first and second terminals among the neighboring terminals Selecting a terminal existing in a common channel quality region between second terminals as a cooperative terminal and operating it to transmit a cooperative signal, and measuring the distance between terminals through transmission and reception of a ranging frame signal between the first and second terminals However, it provides a wireless positioning ranging method between terminals comprising the step of correcting a distance measurement error by performing clock synchronization or frequency offset compensation between terminals based on the cooperation signal.

또한, 상기 협력 측위 요청 여부를 결정하는 단계는, 상기 제1 및 제2 채널 품질값이 모두 상기 기준값보다 작은 경우 상기 협력 측위 요청을 결정할 수 있다.In addition, the determining whether the cooperative positioning request may include determining the cooperative positioning request when both the first and second channel quality values are smaller than the reference value.

또한, 상기 협력 요청 신호는, 상기 협력 측위를 요청하는 정보와 함께, 상기 협력 신호의 전송 방식 및 상기 협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건의 정보를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the cooperation request signal, together with the information for requesting the cooperative positioning, may further include information on a transmission method of the cooperation signal and a channel condition for selection as the cooperative terminal.

또한, 상기 협력 요청 신호의 신호 프레임 구조는 프리앰블, 헤더, 페이로드 구간을 포함하며, 상기 협력 측위를 요청하는 정보, 상기 협력 신호의 전송 방식, 상기 협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건은, 상기 헤더의 EXT 영역 내에 순차로 삽입되어 있을 수 있다.In addition, the signal frame structure of the cooperation request signal includes a preamble, a header, and a payload section, the information for requesting the cooperative positioning, the transmission method of the cooperative signal, and the channel condition for selection as the cooperative terminal are the header may be sequentially inserted within the EXT area of

또한, 상기 협력 신호의 전송 방식은, 상기 협력 단말이 단말간 클럭 동기화를 위한 비콘 신호를 주변에 브로드캐스팅하는 제1 전송 방식, 및 상기 협력 단말이 상기 제1 및 제2 단말 각각의 레인징 프레임 신호의 관측을 통하여 추정한 단말간 주파수 오프셋 정보를 상기 제1 및 제2 단말로 각각 전송하는 제2 전송 방식을 포함할 수 있다.In addition, the transmission method of the cooperative signal is a first transmission method in which the cooperative terminal broadcasts a beacon signal for clock synchronization between terminals, and the cooperative terminal is the ranging frame of each of the first and second terminals and a second transmission method for transmitting inter-terminal frequency offset information estimated through signal observation to the first and second terminals, respectively.

또한, 상기 협력 신호의 전송 방식은, 상기 레인징 프레임 신호에 적용된 프리앰블의 시퀀스 길이(N) 및 운용 대역폭(B)을 기초로 아래 수학식에 의해 결정될 수 있다.In addition, the transmission method of the cooperation signal may be determined by the following equation based on the sequence length (N) and the operating bandwidth (B) of the preamble applied to the ranging frame signal.

Figure 112020039898069-pat00006
Figure 112020039898069-pat00006

여기서, CoMODE는 결정된 전송 방식, mode 0은 상기 제1 전송 방식, mode 1은 상기 제2 전송 방식, NTH는 기 설정된 임계 시퀀스 길이, BTH는 기 설정된 임계 대역폭을 나타낸다.Here, CoMODE denotes the determined transmission scheme, mode 0 denotes the first transmission scheme, mode 1 denotes the second transmission scheme, N TH denotes a preset threshold sequence length, and B TH denotes a preset threshold bandwidth.

또한, 상기 협력 단말을 선정하는 단계는, 상기 응답 신호를 분석하여, 무선 네트워크 내 후보 단말(ri) 중 아래 수학식의 조건을 만족할 수 있다.Further, the step of selection of the cooperative MS is, by analyzing the response signal, it is possible to satisfy the condition of Equation below in the wireless network in the candidate terminals (r i).

Figure 112020039898069-pat00007
Figure 112020039898069-pat00007

여기서, Λ은 {·}을 만족하는 주변 단말의 집합,

Figure 112020039898069-pat00008
는 후보 단말 ri이 제1 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제1 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00009
는 후보 단말 ri이 제2 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제2 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00010
는 협력 단말의 선정을 위한 기준 채널 품질값을 나타낸다.Here, Λ is a set of peripheral terminals satisfying {·},
Figure 112020039898069-pat00008
is the channel quality with the first terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the first terminal,
Figure 112020039898069-pat00009
is the channel quality with the second terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the second terminal,
Figure 112020039898069-pat00010
denotes a reference channel quality value for selection of a cooperative terminal.

그리고, 본 발명은, 무선 네트워크 시스템을 기반으로 하는 협력 단말을 이용한 단말간 무선 측위 레인징 시스템에 있어서, 서로 상대 단말을 통해 수신한 레인징 요청 신호로부터 추정한 상대 단말과의 채널 품질값인 제1 및 제2 채널 품질값을 각각 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 주변 단말을 통한 협력 측위 요청 여부를 결정하고, 협력 측위 요청이 결정되면, 상기 제1 및 제2 단말은 협력 요청 신호를 하나 이상의 주변 단말에 각각 브로드캐스팅한 후에 응답 신호를 각각 수신하는 제1 및 제2 단말, 상기 제1 및 제2 단말로부터 상기 협력 요청 신호를 수신한 후 상기 응답 신호를 전송하며, 협력 단말로 선정 가능한 적어도 하나의 주변 단말을 포함하며, 상기 제1 및 제2 단말은, 상기 응답 신호를 기초로 주변 단말 중에서 상기 제1 및 제2 단말 간의 공통채널품질 영역 상에 존재하는 단말을 협력 단말로 선정하여 협력 신호를 전송하도록 동작시키며, 상기 제1 및 제2 단말 간 레인징 프레임 신호의 송수신을 통해 단말간 거리를 측정하되, 상기 협력 신호를 기초로 단말간 클럭 동기화 또는 주파수 오프셋 보상을 수행하여 거리 측정 오차를 보정하는 무선 측위 레인징 시스템을 제공한다.And, in the present invention, in a wireless positioning ranging system between terminals using a cooperative terminal based on a wireless network system, the first channel quality value with the counterpart terminal estimated from the ranging request signal received through the counterpart terminal. The first and second channel quality values are compared with a reference value, respectively, and it is determined whether or not a cooperative positioning request is made through a neighboring terminal according to the comparison result, and when the cooperative positioning request is determined, the first and second terminals send a cooperation request signal The first and second terminals each receive a response signal after broadcasting to the above peripheral terminals, and transmit the response signal after receiving the cooperation request signal from the first and second terminals, and selectable as a cooperative terminal It includes at least one neighboring terminal, wherein the first and second terminals select a terminal existing in a common channel quality region between the first and second terminals among the neighboring terminals as a cooperative terminal based on the response signal. Operates to transmit a cooperation signal, and measures the distance between terminals through transmission and reception of a ranging frame signal between the first and second terminals, and measures the distance by performing clock synchronization or frequency offset compensation between terminals based on the cooperation signal A wireless positioning ranging system for correcting errors is provided.

또한, 상기 제1 단말과 제2 단말은, 상기 제1 및 제2 채널 품질값이 모두 상기 기준값보다 작은 경우 상기 협력 측위 요청을 결정할 수 있다.In addition, the first terminal and the second terminal may determine the cooperative positioning request when both the first and second channel quality values are smaller than the reference value.

또한, 상기 제1 단말과 제2 단말은, 상기 협력 단말 선정 시 상기 응답 신호를 분석하여 무선 네트워크 내 후보 단말(ri) 중 아래 수학식의 조건을 만족하는 주변 단말을 탐색할 수 있다.In addition, the first terminal and the second terminal, when the cooperative station selection can navigate around the terminal satisfying the condition of Equation below in the response signal analysis to the wireless network within a candidate terminal (r i) a.

Figure 112020039898069-pat00011
Figure 112020039898069-pat00011

여기서, Λ은 {·}을 만족하는 주변 단말의 집합,

Figure 112020039898069-pat00012
는 후보 단말 ri이 제1 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제1 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00013
는 후보 단말 ri이 제2 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제2 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00014
는 협력 단말의 선정을 위한 기준 채널 품질값을 나타낸다.Here, Λ is a set of peripheral terminals satisfying {·},
Figure 112020039898069-pat00012
is the channel quality with the first terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the first terminal,
Figure 112020039898069-pat00013
is the channel quality with the second terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the second terminal,
Figure 112020039898069-pat00014
denotes a reference channel quality value for selection of a cooperative terminal.

본 발명에 따르면, 단말 간 무선 측위 수행 시 채널 환경이 레인징 성능 요구 조건을 만족하지 못하면 주변 단말에 의한 협력 신호를 무선 측위 레인징 신호 검출에 활용하여 무선 측위 레인징 오차를 감소시키고 측위 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, if the channel environment does not satisfy the ranging performance requirement when performing wireless positioning between terminals, the cooperative signal by the neighboring terminals is used to detect the wireless positioning ranging signal to reduce the wireless positioning ranging error and improve positioning accuracy. can be improved

도 1은 무선 신호의 전파지연 시간을 기반으로 하는 레인징 검출 원리를 설명한 도면이다.
도 2는 두 단말의 송수신 기준점에 따른 검출 오차를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 레인징 시스템을 나타낸 도면이다
도 4는 도 3의 제1 및 제2 단말 간에 레인징 프레임 신호를 상호 송수신하여 단말간 거리를 무선 측위하는 개념을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 레인징 방법을 설명한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 협력 요청 신호의 프레임 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 주변 단말의 동작을 설명한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a ranging detection principle based on a propagation delay time of a radio signal.
2 is a diagram for explaining a detection error according to a transmission/reception reference point of two terminals.
3 is a diagram illustrating a wireless positioning ranging system according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of wirelessly positioning a distance between terminals by mutually transmitting and receiving a ranging frame signal between the first and second terminals of FIG. 3 .
5 is a diagram illustrating a wireless positioning ranging method according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram exemplarily illustrating a frame structure of a cooperation request signal according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining the operation of a peripheral terminal in an embodiment of the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Then, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 레인징 시스템을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 제1 및 제2 단말 간에 레인징 프레임 신호를 상호 송수신하여 단말간 거리를 무선 측위하는 개념을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a wireless positioning ranging system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a concept of wirelessly positioning a distance between terminals by mutually transmitting and receiving ranging frame signals between the first and second terminals of FIG. 3 the drawing shown.

도 3에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 레인징 시스템은 제1 단말(100), 제2 단말(200), 그리고 주변 단말(300,400)을 포함한다.As shown in FIG. 3 , the wireless positioning ranging system according to an embodiment of the present invention includes a first terminal 100 , a second terminal 200 , and peripheral terminals 300 and 400 .

도 3에 도시된 각각의 단말들(100,200,300,400)은 무선 네트워크 내에서 서로 통신 가능한 무선 통신 기능을 포함한 단말에 해당하며 기 공지된 다양한 무선 단말 기기(예: 사용자 단말, 스마트폰, 사물인터넷 기기 등)에 해당할 수 있다.Each of the terminals 100, 200, 300, and 400 illustrated in FIG. 3 corresponds to a terminal including a wireless communication function capable of communicating with each other within a wireless network, and various known wireless terminal devices (eg, user terminals, smart phones, Internet of Things devices, etc.) may correspond to

제1 단말(100)과 제2 단말(200)은 서로 간에 무선 신호를 송수신하여 이를 기반으로 단말간 거리 측정을 위한 무선 측위 레인징을 수행한다. 단말 간의 무선 측위 레인징은 무선 신호를 이용하여 단말 간 이격 거리를 측정하는 것으로 시간 기반의 레인징을 통하여 두 디바이스 간의 거리 측정을 수행한다.The first terminal 100 and the second terminal 200 transmit and receive radio signals to and from each other, and based on this, perform radio positioning ranging for measuring the distance between the terminals. The radio positioning ranging between terminals measures the distance between terminals using a radio signal, and the distance between two devices is measured through time-based ranging.

제1 단말(100) 및 제2 단말(200)은 무선 신호 송수신을 위한 무선송수신 모듈, 무선 측위 레인징 및 각종 신호 처리를 위한 프로세서, 그리고 데이터 저장을 위한 메모리를 각각 포함한다. The first terminal 100 and the second terminal 200 each include a wireless transmission/reception module for wireless signal transmission and reception, a processor for wireless positioning ranging and various signal processing, and a memory for data storage.

제1 및 제2 단말(100,200)은 무선 측위 레인징 수행 과정에서 각종 처리 정보 및 연산 데이터 등을 서로 교환하고 공유할 수 있고, 상호 공유한 데이터 등을 기반으로 두 단말 중 어느 하나의 단말이 필요에 따라 마스터로 동작하여 각종 연산과 처리를 수행하여 처리 결과를 나머지 단말에게 전달할 수도 있고, 두 단말 모두가 대등한 입장에서 동일한 연산 처리를 수행하여 처리 결과를 서로 비교 분석할 수도 있다.The first and second terminals 100 and 200 can exchange and share various types of processing information and calculation data with each other in the process of performing radio positioning ranging, and either one of the two terminals is required based on the mutually shared data. In accordance with this, it may operate as a master and perform various calculations and processing to deliver the processing result to the remaining terminals, or both terminals may perform the same operation processing in an equal position to compare and analyze the processing results with each other.

도 4에 도시된 것과 같이, 제1 단말(100)과 제2 단말(200)은 상호 레인징 프레임(Ranging Frame) 신호를 송수신하여 전파지연시간(ToF)을 검출하고 이를 기반으로 무선 측위 레인징을 수행한다. As shown in FIG. 4 , the first terminal 100 and the second terminal 200 transmit and receive a mutual ranging frame signal to detect a propagation delay time (ToF), and based on this, radio positioning ranging carry out

각 단말(100,200)은 상대 단말로부터 받은 레인징 프레임 신호로부터 전파지연시간(ToF) 검출을 위한 기준 시각점(기준점)을 프리앰블 시퀀스 등을 통하여 검출하고 이를 통해 전파지연시간을 산출하여 무선 측위 레인징을 수행한다. 이때 전파지연시간의 검출 오차를 줄이면 레인징 오차를 줄일 수 있다.Each of the terminals 100 and 200 detects a reference time point (reference point) for detecting a propagation delay time (ToF) from a ranging frame signal received from the other terminal through a preamble sequence, etc., and calculates a propagation delay time through this. carry out In this case, if the detection error of the propagation delay time is reduced, the ranging error can be reduced.

그런데 기기간 클럭 오프셋이 있으면 전파지연시간 측정시 오차가 발생하고 전파지연시간의 오차는 레인징 오차를 유발한다. 또한 기기간 주파수 오프셋은 도 2와 같이 전파지연시간 검출을 위한 송수신부의 신호 기준점의 검출 오차를 발생시키고 이는 전파지연시간 측정 오차를 유발한다. However, if there is a clock offset between devices, an error occurs when measuring the propagation delay time, and the error in the propagation delay time causes a ranging error. In addition, the frequency offset between devices generates a detection error of the signal reference point of the transceiver for detecting the propagation delay time as shown in FIG. 2, which causes a propagation delay time measurement error.

본 발명의 실시예는 두 단말이 인접 단말과의 협력을 통하여 상대 단말이 보낸 레인징 프레임 신호에 대한 시각동기 검출 성능을 향상시키거나, 단말간 거리 계산시 단말간의 주파수 오프셋 오차를 보상하는 방식을 통하여 전파지연시간 검출의 오차를 감소시켜서 궁극적으로는 무선 측위 레인징 오차를 감소시켜, 보다 신뢰성 있는 측위 결과를 제공한다.An embodiment of the present invention is Propagation delay time detection is achieved by improving the time synchronization detection performance of the ranging frame signal sent by the other terminal through cooperation between the two terminals and the neighboring terminal, or by compensating for the frequency offset error between terminals when calculating the distance between terminals. By reducing the error, ultimately, the radio positioning ranging error is reduced, thereby providing a more reliable positioning result.

또한, 본 발명의 실시예는 두 기기 간 무선 측위 레인 징 수행 시, 두 단말 간 채널 품질이 요구 품질 수준을 만족한다면 기기간 일반적인 무선 측위 레인징을 수행하지만, 요구 품질 수준을 만족하지 않으면 네트워크 내 주변 기기에 의한 협력 신호를 무선 측위 레인징 신호 검출에 활용함으로써 시각 동기 검출 성능 또는 오차 보정을 통함으로써 거리 측정 정확도를 향상시킨다.In addition, in the embodiment of the present invention, when performing radio positioning ranging between two devices, if the channel quality between the two terminals satisfies the required quality level, general radio positioning ranging is performed between devices, but if the required quality level is not satisfied, the network surrounding By utilizing the cooperative signal by the device to detect the wireless positioning ranging signal, the distance measurement accuracy is improved by time synchronization detection performance or error correction.

도 3은 두 디바이스 A, B 간 무선 측위 레인징 검출을 위한 배치 예시로서, 제1 단말(100)과 제2 단말(200)은 단말 A, B, 그리고 인접한 주변 단말인 제3 단말(300)과 제4 단말(400)은 각각 단말 C, D로 나타내고 있다. 3 is an example arrangement for wireless positioning ranging detection between two devices A and B, wherein the first terminal 100 and the second terminal 200 are the terminals A and B, and the third terminal 300 which is adjacent terminal. and the fourth terminal 400 are denoted by terminals C and D, respectively.

Zone A는 단말 A가 상대 단말인 단말 B와 무선 송수신시 기준 품질값(QREQ) 이상의 품질 영역을 나타내고, Zone B는 단말 B가 상대 단말인 단말 A와 무선 송수신시 기준 품질값(QREQ) 이상의 품질 영역을 나타낸다. 여기서, 단말 C는 협력을 위하여 선정된 디바이스 단말로서, Zone A와 Zone B 간의 중첩 영역 즉, 단말 A와 B의 공통채널품질 영역 내에 위치하고 있다.Zone A indicates a terminal A of the far-end terminal of the terminal B and the wireless transceiver when the reference quality value (Q REQ) or more quality zone, Zone B is the quality value based upon the terminal A and the radio transmission and reception to the terminal B the correspondent node (Q REQ) indicates the above quality area. Here, terminal C is a device terminal selected for cooperation, and is located in the overlapping area between Zone A and Zone B, that is, in the common channel quality area of terminals A and B.

본 발명의 실시예의 경우, 두 단말 A, B 간 채널 품질이 요구 품질을 만족하지 못할 경우, 주변의 인접 단말 C, D 중 단말 A, B 간의 공통채널품질 영역 내 존재한 주변 단말인 단말 C를 협력 비콘으로 결정한다. In the case of an embodiment of the present invention, when the channel quality between the two terminals A and B does not satisfy the required quality, among the adjacent terminals C and D, terminal C, which is a neighboring terminal, existing in the common channel quality area between terminals A and B Decide on a cooperative beacon.

단말 C는 단말 A, B의 요청에 따라 협력 신호를 전송하여 제공하는데, 이를 위해 비콘 신호(Co-signal)를 주변에 브로드캐스팅하거나, 혹은 두 단말의 신호를 관측하여 얻은 주파수 오프셋 보정 정보를 단말 A, B로 송신하는 방식으로 협력 신호를 전송한다.Terminal C transmits and provides a cooperation signal at the request of terminals A and B. To this end, the terminal broadcasts a beacon signal (Co-signal) or transmits frequency offset correction information obtained by observing the signals of the two terminals to the terminal. A cooperation signal is transmitted by transmitting to A and B.

비콘 신호는 두 단말이 전파지연시간 검출을 위해 레인징 프리앰블(preamble)을 검출하기 이전에 두 단말 간의 클럭 동기화를 위한 신호로 활용된다. 이렇게 비콘 신호에 의해 동기화된 두 단말은 레인징 프리앰블 검출 시, 단말 간 동기 오프셋 손실을 보상하여 거리 추정 정확도를 개선할 수 있다. 또한, 보정 정보는 두 단말 사이의 거리 계산 시에 클럭 주파수 오프셋을 보상하기 위한 보정 정보로 활용된다. The beacon signal is used as a signal for clock synchronization between the two terminals before the two terminals detect a ranging preamble for propagation delay time detection. The two terminals synchronized by the beacon signal can improve the distance estimation accuracy by compensating for a synchronization offset loss between the terminals when the ranging preamble is detected. In addition, the correction information is used as correction information for compensating for a clock frequency offset when calculating a distance between two terminals.

이와 같이, 협력 단말이 전송하는 협력 신호(Co-signal)는 두 단말 간의 거리 측정을 위한 무선 측위 레인징 수행 시에 거리 측정 오차 즉, 레인징 오차를 줄이는데 사용된다.In this way, the cooperative signal (Co-signal) transmitted by the cooperative terminal is used to reduce a distance measurement error, ie, a ranging error, when performing radio positioning ranging for measuring a distance between two terminals.

이하에서는 상술한 내용을 바탕으로 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 레인징 방법에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a wireless positioning ranging method according to an embodiment of the present invention will be described in more detail based on the above description.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 레인징 방법을 설명한 도면이다.5 is a diagram illustrating a wireless positioning ranging method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 제1 단말(100)과 제2 단말(200)은 레인징 요청 신호를 상호 송수신한다(S510). 이때, 제1 단말(100)이 제2 단말(200)로 신호를 송신한 후에 제2 단말(200)이 제1 단말(100)로 신호를 송신하여 서로 신호를 주고 받을 수 있다.First, the first terminal 100 and the second terminal 200 mutually transmit and receive a ranging request signal (S510). In this case, after the first terminal 100 transmits a signal to the second terminal 200 , the second terminal 200 transmits a signal to the first terminal 100 to exchange signals with each other.

이후, 제1 단말(100)과 제2 단말(200)은 서로 상대 단말을 통해 받은 수신 신호로부터 채널 품질값을 각각 추정하고 이를 기준값과 비교한다(S520).Thereafter, the first terminal 100 and the second terminal 200 each estimate a channel quality value from a received signal received through the other terminal and compare it with a reference value ( S520 ).

수신 신호로부터 채널 상태나 채널 품질을 측정하거나 추정하는 기법은 기 공지된 방식에 해당한다. 여기서 채널 품질 값으로 SNR(signal-to-noise), SIR(signal-to-interference ratio), SINR(signal-to-interference plus noise ratio), RSSI(received signal strength indicator) 등의 지표를 사용할 수 있다.A technique for measuring or estimating a channel state or channel quality from a received signal corresponds to a known method. Here, indicators such as signal-to-noise (SNR), signal-to-interference ratio (SIR), signal-to-interference plus noise ratio (SINR), and received signal strength indicator (RSSI) may be used as channel quality values. .

S510 단계에서 제1 단말(100)은 제2 단말(200)로부터 받은 신호로부터 제2 단말(200)과의 채널 상태인 제1 채널 품질값을 추정하고, 제2 단말(200)은 제1 단말(100)로부터 받은 신호로부터 제1 단말(100)과의 채널 상태인 제2 채널 품질값을 추정하며, 추정한 결과를 서로 교환하여 공유할 수 있다.In step S510 , the first terminal 100 estimates a first channel quality value that is a channel state with the second terminal 200 from the signal received from the second terminal 200 , and the second terminal 200 determines the first terminal A second channel quality value that is a channel state with the first terminal 100 may be estimated from the signal received from 100 , and the estimated result may be exchanged and shared.

제1 및 제2 단말(100,200)은 제1 및 제2 채널 품질값을 비교한 결과에 따라 주변 단말을 통한 협력 측위 요청 여부를 결정한다(S530). The first and second terminals 100 and 200 determine whether to request cooperative positioning through a neighboring terminal according to a result of comparing the first and second channel quality values (S530).

만일, 제1 및 제2 채널 품질값이 모두 기준값 이상이면, 두 단말(100,200) 간의 채널 환경(통신 환경)이 일정 요구 사항을 만족하므로, 이 경우 두 단말(100,200)은 주변 단말의 도움 없이 기기간 일반적인 무선 측위 레인징을 수행하면 된다.If both the first and second channel quality values are greater than or equal to the reference value, the channel environment (communication environment) between the two terminals 100 and 200 satisfies a certain requirement. It is sufficient to perform general radio positioning ranging.

하지만, 아래 수학식 1과 같이, 제1 및 제2 채널 품질값 모두 기준값 보다 작으면, 제1 및 제2 단말(100,200)은 주변 단말의 협력이 필요한 상황으로 판단하여 협력 측위를 요청하기로 결정한다.However, as shown in Equation 1 below, when both the first and second channel quality values are less than the reference value, the first and second terminals 100 and 200 determine that cooperation of neighboring terminals is required and determine to request cooperative positioning. do.

Figure 112020039898069-pat00015
Figure 112020039898069-pat00015

여기서,

Figure 112020039898069-pat00016
는 제1 단말(100)이 제2 단말(200)로부터 수신한 무선 프레임으로부터 추정한 채널 상태(제1 채널 품질값)을 나타내고,
Figure 112020039898069-pat00017
는 제2 단말(200)이 제1 단말(100)로부터 수신한 무선 프레임으로부터 추정한 채널 상태(제2 채널 품질값)을 나타낸다.here,
Figure 112020039898069-pat00016
represents the channel state (first channel quality value) estimated from the radio frame received by the first terminal 100 from the second terminal 200,
Figure 112020039898069-pat00017
denotes a channel state (second channel quality value) estimated from a radio frame received by the second terminal 200 from the first terminal 100 .

기준값

Figure 112020039898069-pat00018
은 협력 측위 요청 결정을 위해 설정된 최소 품질 요구값(임계값)으로 사전에 미리 설정될 수 있으며, 이는 협력 단말 선정을 위한 기준 채널 품질값
Figure 112020039898069-pat00019
보다는 큰 값으로 설정될 수 있다.reference value
Figure 112020039898069-pat00018
may be preset as a minimum quality requirement value (threshold value) set for cooperative positioning request determination, which is a reference channel quality value for cooperative terminal selection
Figure 112020039898069-pat00019
It can be set to a value greater than

협력 측위 요청이 결정되면, 제1 및 제2 단말(100,200)은 협력 요청 신호를 하나 이상의 주변 단말에 각각 브로드캐스팅한 후에 응답 신호를 수신한다(S540).When the cooperative positioning request is determined, the first and second terminals 100 and 200 receive a response signal after broadcasting the cooperation request signal to one or more neighboring terminals, respectively (S540).

여기서, 협력 요청 신호는 협력 측위를 요청하는 정보(CoREQ; Co-Ranging Request) 이외에도 협력 신호의 전송 방식(CoMODE; cooperation mode) 및 협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건(CoCOND; Cooperative beacon condition)에 대한 정보를 추가로 포함할 수 있다. 두 단말(100,200)은 상술한 세 가지 정보를 포함하는 형태의 협력 요청 신호를 동일하게 구성하여 브로드캐스팅 전송한다.Here, the cooperation request signal is information for requesting cooperative positioning (CoREQ; Co-Ranging Request) in addition to the transmission method of the cooperative signal (CoMODE; cooperation mode) and the channel condition for being selected as a cooperative terminal (CoCOND; Cooperative beacon condition) for Additional information may be included. The two terminals 100 and 200 broadcast and transmit the same configuration of the cooperation request signal in the form including the above-described three pieces of information.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 협력 요청 신호의 프레임 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.6 is a diagram exemplarily illustrating a frame structure of a cooperation request signal according to an embodiment of the present invention.

도 6와 같이, 협력 요청 신호의 프레임 구조는 기본적으로 프리앰블 구간(Preamble), 헤더 구간(header) 및 페이로드 구간(Payload)을 포함한다. 여기서, 헤더 구간은 다시 기본 헤더(Basic Header) 영역과 EXT 영역으로 구분되는데, 상술한 세 가지 정보(CoREQ, CoMODE, CoCOND)는 EXT 영역 내에 순차로 삽입된 구조를 가진다.6, the frame structure of the cooperation request signal basically includes a preamble section (Preamble), a header section (header), and a payload section (Payload). Here, the header section is again divided into a basic header area and an EXT area, and the three pieces of information (CoREQ, CoMODE, and CoCOND) are sequentially inserted into the EXT area.

협력 신호 요청 정보(CoREQ)는 협력 레인징을 요청하는 정보로, CoREQ=1 이면 협력 레인징, CoREQ=0 이면 일반 레인징을 의미한다. 물론 실질적으로 S540 단계는 주변 단말로 협력 측위를 요청하는 단계이므로 협력 요청 신호의 CoREQ는 1의 값으로 송신된다.The cooperative signal request information (CoREQ) is information for requesting cooperative ranging. If CoREQ=1, it means cooperative ranging, and if CoREQ=0, it means normal ranging. Of course, since step S540 is actually a step of requesting coordinated positioning to a neighboring terminal, the CoREQ of the cooperation request signal is transmitted with a value of 1.

협력 신호의 전송 방식(CoMODE)은 협력 요청 신호에 포함된 상태로 인접 단말로 전달되며, IoT 디바이스 운용 환경에 따라 기 설정된 값으로 선택되거나, 대상 디바이스인 단말 A, B에서의 무선측위 동작 환경 추정을 통하여 능동적으로 선택될 수 있다. 즉, 협력 신호의 전송 방식은 두 단말 A, B에 사전 설정되거나 협력 측위 요청을 결정한 단계인 S530 이후에 설정될 수 있다. The cooperative signal transmission method (CoMODE) is transmitted to the neighboring terminal in a state included in the cooperation request signal, and is selected as a preset value according to the IoT device operating environment, or estimates the radio positioning operation environment in terminals A and B, which are target devices. can be actively selected. That is, the transmission method of the cooperative signal may be preset to the two terminals A and B or may be set after the step S530 of determining the cooperative positioning request.

본 발명의 실시예에서, 협력 신호의 전송 방식(CoMODE)은 제1 전송 방식(Mode 0)과 제2 전송방식(Mode 1)을 포함한 두 가지 방식이 존재하며, CoMODE=0일 경우 Mode 0, CoMODE=1일 경우 Mode 1을 나타낸다.In an embodiment of the present invention, the cooperative signal transmission scheme (CoMODE) has two schemes including a first transmission scheme (Mode 0) and a second transmission scheme (Mode 1), and when CoMODE = 0, Mode 0, When CoMODE=1, Mode 1 is indicated.

Mode 0은 협력 단말(300)이 단말간 클럭 동기화를 위한 비콘 신호를 주변에 브로드캐스팅하는 제1 전송 방식이고, Mode 1은 협력 단말(300)이 제1 및 제2 단말(100,200) 각각의 레인징 프레임 신호의 관측을 통하여 추정한 단말간 주파수 오프셋 정보를 제1 및 제2 단말(100,200)로 각각 전송하는 제2 전송 방식이다.Mode 0 is a first transmission scheme in which the cooperative terminal 300 broadcasts a beacon signal for clock synchronization between terminals, and Mode 1 is the cooperative terminal 300 in each lane of the first and second terminals 100 and 200 This is a second transmission method in which the inter-terminal frequency offset information estimated through observation of the jing frame signal is transmitted to the first and second terminals 100 and 200, respectively.

즉, 협력 단말(300)이 보내는 협력 신호는 브로드캐스팅 비콘 신호와 측위 보정 신호로 구분되며, 이는 협력 신호의 전송 방식(CoMODE)에 따라 결정된다. That is, the cooperative signal sent by the cooperative terminal 300 is divided into a broadcasting beacon signal and a positioning correction signal, which is determined according to a transmission method (CoMODE) of the cooperative signal.

따라서, 협력 요청 신호의 CoMODE가 0으로 설정된 경우 협력 단말(300)은 비콘 신호의 브로드캐스팅을 통하여 협력 신호를 전송하고, CoMODE가 1로 설정된 경우 협력 단말(300)은 측위 보정 신호를 각 단말(100,200)에게 보내는 것을 통하여 협력 신호를 전송한다.Therefore, when CoMODE of the cooperation request signal is set to 0, the cooperative terminal 300 transmits a cooperative signal through broadcasting of a beacon signal, and when CoMODE is set to 1, the cooperative terminal 300 transmits a positioning correction signal to each terminal ( 100,200) to transmit a cooperation signal.

협력 신호의 전송 방식(CoMODE)은 아래 수학식 2에 의해 결정된다.The cooperative signal transmission scheme (CoMODE) is determined by Equation 2 below.

Figure 112020039898069-pat00020
Figure 112020039898069-pat00020

여기서, CoMODE는 결정된 전송 방식, mode 0은 제1 전송 방식, mode 1은 제2 전송 방식, N은 레인징 프리앰블 길이, B는 레인징 프레임 대역폭, NTH는 기 설정된 임계 시퀀스 길이, BTH는 기 설정된 임계 대역폭을 나타낸다.Here, CoMODE is the determined transmission method, mode 0 is the first transmission method, mode 1 is the second transmission method, N is a ranging preamble length, B is a ranging frame bandwidth, N TH is a preset threshold sequence length, B TH is Indicates a preset threshold bandwidth.

이러한 수학식 2에 의하면 N > NTH 또는 B < BTH일 때 mode 0으로 결정되고 나머지의 경우는 mode 1로 결정된다.According to Equation 2, mode 0 is determined when N > N TH or B < B TH , and mode 1 is determined otherwise.

즉, 협력 신호의 전송 방식은 레인징 프레임 신호에 적용된 프리앰블의 시퀀스 길이(N) 및 운용 대역폭(B)에 따라 결정된다. 여기서, 레인징 프레임 신호는 도 4에 도시된 것과 같이 일반적으로 두 단말(100,200) 간 무선 측위 레인징을 위하여 사용되는 무선 신호에 해당할 수 있다.That is, the transmission method of the cooperation signal is determined according to the sequence length (N) and the operating bandwidth (B) of the preamble applied to the ranging frame signal. Here, the ranging frame signal may correspond to a radio signal generally used for radio positioning ranging between the two terminals 100 and 200 as shown in FIG. 4 .

본 발명의 실시예는 프리앰블 신호 검출 기반의 무선측위 레인징 검출 방식에 기반한다. 무선측위 레인징의 주요 성능 항목은 추정 가능 거리, 측위 정확도, 에너지 사용(송신 시간과 연관) 등이며, 대체적으로 레인징 추정을 위한 프리앰블 시퀀스 길이(L)와 레인징 운용 대역폭(B)과 밀접한 관련이 있다. 따라서, 협력 신호의 전송 방식은 운용 환경 및 성능 목표, 무선측위 대상 단말 간의 채널 환경에 따라 초기 무선측위 레인징 요청 및 응답시 상호 결정될 수 있다. An embodiment of the present invention is based on a radio positioning ranging detection method based on preamble signal detection. The main performance items of radio positioning ranging are estimable distance, positioning accuracy, energy use (related to transmission time), etc. In general, it is closely related to the preamble sequence length (L) for ranging estimation and the ranging operation bandwidth (B). related Accordingly, the transmission method of the cooperative signal may be mutually determined at the time of the initial radiolocation ranging request and response according to the operation environment and performance target, and the channel environment between the radiolocation target terminals.

원거리 측위를 위해서는 송수신기 간 채널 열화로 인해 longer sequence를 적용하여 수신 성능과 검출 정확도 향상시키는 방법 혹은 협대역 채널 운용을 통하여 감도를 향상시키는 방법 등이 적용된다. 하지만 Longer sequence 적용(N > NTH) 및 협대역 운용(B < BTH) 등의 환경에서는 초기 주파수 오프셋에 따른 성능 열화가 심각하게 발생할 수 있으므로 이 경우 모드 0으로 설정하여 환경에 대응하는 것이 유리하다. 이에 근거하여, 본 발명의 실시예는 협력 신호의 전송 방식을 프리앰블 시퀀스 길이 또는 운용 대역폭에 따라 결정함으로써 더욱 정확한 무선측위 정확도를 얻을 수 있다.For long-distance positioning, a method of improving reception performance and detection accuracy by applying a longer sequence due to channel degradation between transceivers or a method of improving sensitivity through narrowband channel operation is applied. However, in environments such as longer sequence application (N > N TH ) and narrowband operation (B < B TH ), performance degradation due to initial frequency offset can occur seriously, so in this case, it is advantageous to respond to the environment by setting mode 0 do. Based on this, the embodiment of the present invention can obtain more accurate radiolocation accuracy by determining the transmission method of the cooperative signal according to the preamble sequence length or the operating bandwidth.

협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건(CoCOND)은 네트워크 내의 주변 단말(300,400)이 아래 수학식 3의 채널 조건을 만족하는지 여부를 확인하기 위하여 사용된다. 수학식 3은 후보 단말이 두 단말(100,200) 간의 공통채널품질 영역(도 3의 Zone A, B의 중첩 영역) 상에 존재하는지 여부를 판단하는 조건에 해당한다. The channel condition (CoCOND) for selecting the cooperative terminal is used to check whether the neighboring terminals 300 and 400 in the network satisfy the channel condition of Equation 3 below. Equation 3 corresponds to a condition for determining whether a candidate terminal exists in a common channel quality region between the two terminals 100 and 200 (the overlapping region of Zones A and B in FIG. 3 ).

Figure 112020039898069-pat00021
Figure 112020039898069-pat00021

여기서, Λ은 {·}을 만족하는 주변 단말의 집합,

Figure 112020039898069-pat00022
는 후보 단말 ri이 제1 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제1 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00023
는 후보 단말 ri이 제2 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제2 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00024
는 협력 단말의 선정을 위한 기준 채널 품질값을 나타낸다.Here, Λ is a set of peripheral terminals satisfying {·},
Figure 112020039898069-pat00022
is the channel quality with the first terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the first terminal,
Figure 112020039898069-pat00023
is the channel quality with the second terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the second terminal,
Figure 112020039898069-pat00024
denotes a reference channel quality value for selection of a cooperative terminal.

따라서, 제1 및 제2 단말(100,200)은 협력 요청 신호의 브로드캐스팅 후 수신한 응답 신호를 기초로 주변 단말(300,400) 중 수학식 3을 만족하는 제3 단말(300)을 협력 단말로 선정하여 협력 신호를 전송하도록 동작시키고 제3 단말(300)로부터 협력 신호를 수신한다(S540).Therefore, the first and second terminals 100 and 200 select the third terminal 300 satisfying Equation 3 among the neighboring terminals 300 and 400 based on the response signal received after broadcasting the cooperation request signal as the cooperative terminal. It operates to transmit the cooperation signal and receives the cooperation signal from the third terminal 300 (S540).

만일, 수학식 3을 만족하는 주변 단말이 복수 개이면, 제1 및 제2 단말(100,200)은 그 중에서 하나를 랜덤하게 선택할 수도 있고

Figure 112020039898069-pat00025
Figure 112020039898069-pat00026
을 조합하여 가장 우수한 채널 상태를 가진 하나를 협력 단말로 선정할 수 있다. If there are a plurality of peripheral terminals satisfying Equation 3, the first and second terminals 100 and 200 may randomly select one of them,
Figure 112020039898069-pat00025
Wow
Figure 112020039898069-pat00026
can be combined to select one with the best channel state as the cooperative terminal.

네트워크 내 주변 단말(300,400)은 협력 단말로 선정 가능한 후보 단말(ri)에 해당한다. 이들 주변 단말(300,400)은 두 단말(100,200)이 전송한 협력 요청 신호를 수신 후 이에 포함된 요구 채널 조건(CoCOND)을 참조하여 자신이 수신한 신호로부터 각 단말과의 채널 품질을 측정하고 수학식 3의 만족 여부를 판단하여 판단 결과를 포함한 응답을 보낼 수 있다. 또한 각각의 주변 단말이 채널 측정 값

Figure 112020039898069-pat00027
,
Figure 112020039898069-pat00028
을 포함한 응답을 보냄으로써 각 단말(100,200)에서 직접 수학식 3의 만족 여부를 판별하도록 할 수 있다.Network in the neighboring terminals (300 400) corresponds to the selection of the candidate terminals (r i) in cooperation terminal. After receiving the cooperation request signal transmitted by the two terminals 100 and 200, the peripheral terminals 300 and 400 measure the channel quality with each terminal from the signal they receive by referring to the required channel condition (CoCOND) included therein, and the equation It is possible to determine whether or not 3 is satisfied and send a response including the judgment result. In addition, each peripheral terminal receives the channel measurement value
Figure 112020039898069-pat00027
,
Figure 112020039898069-pat00028
By sending a response including ?

이와 같이 제1 및 제2 단말(100,200)은 무선 네트워크 내 후보 단말(ri) 중 제3 단말(300)을 협력 단말로 선정하고 결과를 전송하여 제3 단말(300)이 전송한 협력 신호를 수신할 수 있다. Thus, the first and second terminals (100,200) is a wireless network in the candidate terminals (r i) of the third terminal the cooperation a third terminal 300, the transmitted signal (300) selected as a cooperative station, and sends the results can receive

협력 신호의 수신 시, 협력 신호의 전송 모드가 Mode 0인 경우, 두 단말(100,200)은 제3 단말(300)에서 브로드캐스팅한 비콘 신호를 수신하게 되고, Mode 1인 경우에는 제3 단말(300)이 두 단말 각각으로부터 수신한 레인징 프레임 신호를 통하여 계산한 단말간 보정 정보를 수신하게 된다.When the cooperation signal is received, when the transmission mode of the cooperation signal is Mode 0, the two terminals 100 and 200 receive the beacon signal broadcast by the third terminal 300, and in Mode 1, the third terminal 300 ) receives the inter-terminal correction information calculated through the ranging frame signal received from each of the two terminals.

또한, Mode 1은 Listen and report 기법에 해당하는데, 제1 및 제2 단말(100,200)에서 실질적인 무선 측위 레인징 과정 이전에 레인징 프레임 신호를 송출하여 제3 단말(300)에서 이들 두 단말(100,200)의 송출 신호를 관측 및 비교하여 신호 간의 주파수 오프셋을 계산 및 피드백하도록 한다. In addition, Mode 1 corresponds to a listen and report technique. The first and second terminals 100 and 200 transmit a ranging frame signal before the actual radio positioning ranging process, and the third terminal 300 transmits a ranging frame signal to these two terminals 100 and 200 . ) to calculate and feed back the frequency offset between the signals by observing and comparing them.

이후, 제1 및 제2 단말(100,200)은 서로 레인징 프레임 신호의 무선 송수신을 통해 단말간 거리 측정(무선 측위 레인징)을 수행하되, 협력 신호를 기초로 단말간 클럭 동기화 또는 주파수 오프셋 보상을 수행함으로서 무선 측위 레인징 시에 거리 측정 오차(레인징 오차)를 보정한다(S550).Thereafter, the first and second terminals 100 and 200 perform inter-terminal distance measurement (radio positioning ranging) through wireless transmission and reception of ranging frame signals to each other, but based on the cooperation signal, inter-terminal clock synchronization or frequency offset compensation By performing this, a distance measurement error (ranging error) is corrected during radio positioning ranging (S550).

여기서, 제1 및 제2 단말(100,200)은 Mode 1에 따른 협력 신호를 수신한 경우 제3 단말(300)로부터 브로드캐스팅된 비콘 신호를 기초로 단말간 클럭을 동기화하고, Mode 2의 협력 신호를 수신한 경우 제3 단말(300)로부터 받은 주파수 오프셋 정보를 기초로 단말간 주파수 오프셋 차이를 보상한다. Here, the first and second terminals 100 and 200 synchronize the clocks between terminals based on the beacon signal broadcast from the third terminal 300 when receiving the cooperation signal according to Mode 1, and receive the cooperation signal of Mode 2 When received, the frequency offset difference between terminals is compensated based on the frequency offset information received from the third terminal 300 .

물론, Mode 0의 협력 전송 방식을 사용하는 경우, 두 단말(100,200)은 제3 단말(300)로부터 수신한 비콘 신호를 이용하여 클럭 동기화를 맞춘 다음, 레인징 프레임 신호의 서로 송수신하여 무선 측위 레인징을 수행한다. Mode 1의 협력 전송 방식을 사용하는 경우, 두 단말(100,200)은 제3 단말(300)로부터 수신한 보정 정보를 기준으로 두 단말 간의 클럭 주파수 오프셋을 보상한다.Of course, when using the cooperative transmission method of Mode 0, the two terminals 100 and 200 synchronize clocks using the beacon signal received from the third terminal 300, and then transmit and receive ranging frame signals to and from each other in the radio positioning lane perform the jingle When the cooperative transmission method of Mode 1 is used, the two terminals 100 and 200 compensate the clock frequency offset between the two terminals based on the correction information received from the third terminal 300 .

두 방식 모두 전파지연시간(ToF) 검출 기반의 무선 측위 레인징을 수행하는데 있어 전파지연시간의 검출 정확도를 높이고 궁극적으로 무선 측위 오차를 줄인다. 이러한 두 가지 전송 모드에 대한 효과를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Both methods increase the detection accuracy of the propagation delay time in performing radio positioning ranging based on the ToF detection and ultimately reduce the radio positioning error. The effects of these two transmission modes will be described in more detail as follows.

비콘 신호의 브로드캐스팅을 이용한 Mode 0의 경우, 두 디바이스 간 동기 제공을 위한 비컨 신호를 송신하여 두 디바이스 간에 발생한 오프셋을 보상한다. 각 디바이스가 원거리 이격으로 인해 좋지 않은 송수신 채널 환경에 놓여 있다고 가정할 경우 송수신 시작점 검출시 동기 오차로 인해 성능이 열화될 수 있다. 이 경우 협력 단말로부터의 상호 동기화 신호를 활용하여 무선측위 레인징 수행 이전에 동기화가 된다면 레인징 신호 검출시 정밀도 향상 효과를 얻을 수 있으며, 이는 반복적인 레인징 신호 송수신을 완화할 수 있고 시간 자원 효율을 증대시킨다. In the case of Mode 0 using broadcasting of a beacon signal, an offset generated between the two devices is compensated by transmitting a beacon signal for providing synchronization between the two devices. If it is assumed that each device is placed in a poor transmission/reception channel environment due to the distance, performance may deteriorate due to a synchronization error when detecting the transmission/reception start point. In this case, if synchronization is performed prior to performing radio positioning ranging by using the mutual synchronization signal from the cooperative terminal, an effect of improving precision in detecting a ranging signal can be obtained, which can alleviate repetitive ranging signal transmission and reception and time resource efficiency increase the

또한 일반적인 동기 성능은 SNR에 대해 비례하여 향상되며, 일반적으로 동기 및 레인징 오차에 대한 오차 분산은 SNR에 반비례하므로, 두 디바이스 간의 채널 환경보다 우수한 위치에 있는 협력 단말(co-beacon)으로부터의 신호를 통한 동기화 성능은 상대적으로 높아질 수 있다. 따라서, Mode 0의 경우 비콘 신호를 활용한 두 디바이스 간 동기화(상호 오프셋 요인 보상)을 통해 정밀도 향상 효과를 얻을 수 있다. In addition, general synchronization performance is improved proportionally with respect to SNR, and error variance for synchronization and ranging error is generally inversely proportional to SNR, so a signal from a co-beacon in a better position than the channel environment between two devices Synchronization performance can be relatively high. Therefore, in the case of Mode 0, a precision improvement effect can be obtained through synchronization between two devices using a beacon signal (mutual offset factor compensation).

또한, Listen and report 기법을 이용한 Mode 1의 경우, 협력 단말에서 두 디바이스에서 송신된 레인징 신호를 수신하여 두 디바이스 간 오차를 검출하고, 이를 두 디바이스에게 전달함으로써, 디바이스간 레인징 계산시 보정 정보로 활용한다. 즉, Mode 1의 경우 도 1에서 eA 및 eB 성분에 대한 보상을 위한 두 디바이스 간 주파수/클럭 오프셋 정보를 제공함으로써 레인징 오차를 보상할 수 있다.In addition, in the case of Mode 1 using the listen and report technique, the cooperative terminal receives the ranging signal transmitted from the two devices, detects an error between the two devices, and transmits it to the two devices, thereby providing correction information when calculating the ranging between devices. use it as That is, it is possible to compensate for the ranging error by providing a frequency / clock offset information between the two devices for the compensation for the e A and e B component in the cases of Mode 1 1.

다음은 협력 요청 신호를 수신하는 주변 단말의 입장에서의 동작을 간략히 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예에서 주변 단말의 동작을 설명한 도면이다.The following briefly describes the operation from the standpoint of the neighboring terminal receiving the cooperation request signal. 7 is a diagram for explaining the operation of a peripheral terminal in an embodiment of the present invention.

우선, 제1 및 제2 단말(100,200)은 협력 요청 신호를 브로드캐스팅하며, 이에 따라 주변 단말(300,400)은 각 단말(100,200)로부터 협력 요청 신호를 수신한다(S710).First, the first and second terminals 100 and 200 broadcast a cooperation request signal, and accordingly, the neighboring terminals 300 and 400 receive a cooperation request signal from each terminal 100 and 200 ( S710 ).

그리고, 주변 단말(300,400) 각각은 협력 요청 신호에 포함된 요구 채널 조건(CoCOND)을 참조하여, 제1 단말(100)과의 채널 품질(

Figure 112020039898069-pat00029
)을 측정하고 제2 단말(200)과의 채널 품질(
Figure 112020039898069-pat00030
)을 측정하여, 수학식 3의 조건을 만족하는지 판단한다(S720). In addition, each of the neighboring terminals 300 and 400 refers to the required channel condition (CoCOND) included in the cooperation request signal, and the channel quality with the first terminal 100 (
Figure 112020039898069-pat00029
) and measure the channel quality with the second terminal 200 (
Figure 112020039898069-pat00030
) to determine whether the condition of Equation 3 is satisfied (S720).

이를 통해, 주변 단말 각각이 도 3의 Zone A와 B의 중첩 영역 내 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 제4 단말(400)의 경우 이를 만족하지 못하므로 프로세서를 종료하지만, 제3 단말(300)의 경우 해당 조건을 만족하며 협력 단말(300)로 동작을 준비한다(S730).Through this, it can be determined whether each of the neighboring terminals exists in the overlapping area of Zones A and B of FIG. 3 . At this time, since the fourth terminal 400 does not satisfy this, the processor is terminated, but the third terminal 300 satisfies the corresponding condition and prepares for operation as the cooperative terminal 300 ( S730 ).

여기서, 제3 단말(300)은 협력 신호의 전송에 앞서 협력 요청 신호에 포함된 전송 모드(CoMODE) 정보를 확인한다(S740). 협력 신호의 전송 방식은 전송 모드에 따라 비콘 신호의 브로드캐스팅 방식(Mode 0)과, Listen and report 기반의 보정 정보 전송 방식(Mode 1)으로 구분될 수 있다. Here, the third terminal 300 checks the transmission mode (CoMODE) information included in the cooperation request signal prior to transmission of the cooperation signal (S740). The cooperative signal transmission method may be divided into a beacon signal broadcasting method (Mode 0) and a listen and report-based correction information transmission method (Mode 1) according to a transmission mode.

즉, 제3 단말(300)은 Mode 0인 경우 비콘 신호를 주변에 브로드캐스팅하며(S750), Mode 1인 경우 단말 A와 B(100,200)로부터 레인징 프레임 신호를 수신하고 이를 분석하여 두 단말 간의 주파수 오프셋을 포함한 보정 정보를 계산 후 다시 두 단말(100,200)로 각각 전송한다.That is, the third terminal 300 broadcasts a beacon signal to the surroundings in the case of Mode 0 (S750), and in the case of Mode 1, receives the ranging frame signal from the terminals A and B (100,200) and analyzes it to connect the two terminals. After calculating the correction information including the frequency offset, it is transmitted to the two terminals 100 and 200, respectively.

이상과 같은 본 발명은 두 단말 간 높은 SNR의 확보와 LoS를 보증할 수 없는 환경에서, 시간 기반의 레인징(ranging)을 통한 두 디바이스 간 거리 측정이 가능하게 한다. The present invention as described above makes it possible to measure the distance between two devices through time-based ranging in an environment that cannot guarantee high SNR and LoS between two terminals.

이러한 본 발명에 따르면, 일반적으로 저가의 단말이 적용되는 사물인터넷 통신 단말 간 무선 측위 레인징 적용 시, 저가 모듈(특히 발진기) 적용에 따른 상대적으로 큰 주파수/클럭 오차를 줄일 수 있어, 무선 측위 정확도 및 정밀도를 향상 시킬 수 있다.According to the present invention, when wireless positioning ranging is applied between IoT communication terminals to which low-cost terminals are generally applied, a relatively large frequency/clock error due to application of a low-cost module (especially an oscillator) can be reduced, so that the wireless positioning accuracy and precision can be improved.

또한, 협력 단말로부터 전송된 데이터 및 신호를 동기화에 활용함으로써, 단말간 링크 성능을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 무선 측위 레인징 신뢰성을 높일 수 있고 무선 측위 에러 측면에서 향상된 성능을 제공할 수 있다.In addition, by utilizing data and signals transmitted from the cooperative terminal for synchronization, link performance between terminals can be improved, thereby increasing radio positioning ranging reliability and providing improved performance in terms of radio positioning error.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is only exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 제1 단말 200: 제2 단말
300: 제3 단말 400: 제4 단말
100: first terminal 200: second terminal
300: third terminal 400: fourth terminal

Claims (14)

무선 네트워크 시스템을 기반으로 하는 협력 단말을 이용한 단말간 무선 측위 레인징 방법에 있어서,
제1 단말과 제2 단말은 레인징 요청 신호를 상호 송수신하는 단계;
서로 상대 단말을 통해 수신한 레인징 요청 신호로부터 추정한 상대 단말과의 채널 품질값인 제1 및 제2 채널 품질값을 각각 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 주변 단말을 통한 협력 측위 요청 여부를 결정하는 단계;
협력 측위 요청이 결정되면, 상기 제1 및 제2 단말은 협력 요청 신호를 하나 이상의 주변 단말에 각각 브로드캐스팅한 후에 응답 신호를 각각 수신하는 단계;
상기 응답 신호를 기초로 주변 단말 중에서 상기 제1 및 제2 단말 간의 공통채널품질 영역 상에 존재하는 단말을 협력 단말로 선정하여 협력 신호를 전송하도록 동작시키는 단계; 및
상기 제1 및 제2 단말 간 레인징 프레임 신호의 송수신을 통해 단말간 거리를 측정하되, 상기 협력 신호를 기초로 단말간 클럭 동기화 또는 주파수 오프셋 보상을 수행하여 거리 측정 오차를 보정하는 단계를 포함하는 단말간 무선 측위 레인징 방법.
In a wireless positioning ranging method between terminals using a cooperative terminal based on a wireless network system,
transmitting and receiving a ranging request signal by the first terminal and the second terminal;
Each of the first and second channel quality values, which are channel quality values with the counterpart terminal estimated from the ranging request signal received through the counterpart terminal, are compared with a reference value, respectively, and whether or not a cooperative positioning request is made through a neighboring terminal according to the comparison result determining;
When the cooperative positioning request is determined, the first and second terminals each receiving a response signal after broadcasting the cooperation request signal to one or more neighboring terminals, respectively;
selecting a terminal existing in a common channel quality region between the first and second terminals from among neighboring terminals based on the response signal as a cooperative terminal and operating to transmit the cooperative signal; and
Measuring a distance between terminals through transmission and reception of a ranging frame signal between the first and second terminals, and correcting a distance measurement error by performing clock synchronization or frequency offset compensation between terminals based on the cooperation signal A wireless positioning ranging method between terminals.
청구항 1에 있어서,
상기 협력 측위 요청 여부를 결정하는 단계는,
상기 제1 및 제2 채널 품질값이 모두 상기 기준값보다 작은 경우 상기 협력 측위 요청을 결정하는 단말간 무선 측위 레인징 방법.
The method according to claim 1,
The step of determining whether the cooperative positioning request is,
An inter-terminal radio positioning ranging method for determining the cooperative positioning request when both the first and second channel quality values are smaller than the reference value.
청구항 1에 있어서,
상기 협력 요청 신호는,
상기 협력 측위를 요청하는 정보와 함께, 상기 협력 신호의 전송 방식 및 상기 협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건의 정보를 추가로 포함하는 단말간 무선 측위 레인징 방법.
The method according to claim 1,
The cooperation request signal is,
A wireless positioning ranging method between terminals further comprising information on a transmission method of the cooperative signal and a channel condition for selection as the cooperative terminal together with the information for requesting the cooperative positioning.
청구항 3에 있어서,
상기 협력 요청 신호의 신호 프레임 구조는 프리앰블, 헤더, 페이로드 구간을 포함하며,
상기 협력 측위를 요청하는 정보, 상기 협력 신호의 전송 방식, 상기 협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건은,
상기 헤더의 EXT 영역 내에 순차로 삽입되어 있는 단말간 무선 측위 레인징 방법.
4. The method according to claim 3,
The signal frame structure of the cooperation request signal includes a preamble, a header, and a payload section,
The information for requesting the cooperative positioning, the transmission method of the cooperative signal, and the channel conditions for selection as the cooperative terminal are,
An inter-terminal radio positioning ranging method sequentially inserted into the EXT region of the header.
청구항 3에 있어서,
상기 협력 신호의 전송 방식은,
상기 협력 단말이 단말간 클럭 동기화를 위한 비콘 신호를 주변에 브로드캐스팅하는 제1 전송 방식, 및
상기 협력 단말이 상기 제1 및 제2 단말 각각의 레인징 프레임 신호의 관측을 통하여 추정한 단말간 주파수 오프셋 정보를 상기 제1 및 제2 단말로 각각 전송하는 제2 전송 방식을 포함하는 단말간 무선 측위 레인징 방법.
4. The method according to claim 3,
The transmission method of the cooperation signal is,
A first transmission method in which the cooperative terminal broadcasts a beacon signal for clock synchronization between terminals to the vicinity; and
Inter-terminal radio including a second transmission method in which the cooperative terminal transmits, to the first and second terminals, the inter-terminal frequency offset information estimated through observation of the ranging frame signal of each of the first and second terminals, respectively Positioning ranging method.
청구항 5에 있어서,
상기 협력 신호의 전송 방식은,
상기 레인징 프레임 신호에 적용된 프리앰블의 시퀀스 길이(N) 및 운용 대역폭(B)을 기초로 아래 수학식에 의해 결정되는 단말간 무선 측위 레인징 방법:
Figure 112020039898069-pat00031

여기서, CoMODE는 결정된 전송 방식, mode 0은 상기 제1 전송 방식, mode 1은 상기 제2 전송 방식, NTH는 기 설정된 임계 시퀀스 길이, BTH는 기 설정된 임계 대역폭을 나타낸다.
6. The method of claim 5,
The transmission method of the cooperation signal is,
An inter-terminal radio positioning ranging method determined by the following equation based on the sequence length (N) and the operating bandwidth (B) of the preamble applied to the ranging frame signal:
Figure 112020039898069-pat00031

Here, CoMODE denotes the determined transmission scheme, mode 0 denotes the first transmission scheme, mode 1 denotes the second transmission scheme, N TH denotes a preset threshold sequence length, and B TH denotes a preset threshold bandwidth.
청구항 1에 있어서,
상기 협력 단말을 선정하는 단계는,
상기 응답 신호를 분석하여, 무선 네트워크 내 후보 단말(ri) 중 아래 수학식의 조건을 만족하는 주변 단말을 탐색하는 단말간 무선 측위 레인징 방법:
Figure 112021062511642-pat00032

여기서, Λ은 {·}을 만족하는 주변 단말의 집합,
Figure 112021062511642-pat00033
는 후보 단말 ri이 제1 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제1 단말과의 채널 품질,
Figure 112021062511642-pat00034
는 후보 단말 ri이 제2 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제2 단말과의 채널 품질,
Figure 112021062511642-pat00035
는 협력 단말의 선정을 위한 기준 채널 품질값을 나타낸다.
The method according to claim 1,
The step of selecting the cooperative terminal,
By analyzing the response signal, the radio positioning lane-terminal to navigate around the terminal satisfying the condition of Equation below in the wireless network in the candidate terminals (r i) ranging by:
Figure 112021062511642-pat00032

Here, Λ is a set of peripheral terminals satisfying {·},
Figure 112021062511642-pat00033
is the channel quality with the first terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the first terminal,
Figure 112021062511642-pat00034
is the channel quality with the second terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the second terminal,
Figure 112021062511642-pat00035
denotes a reference channel quality value for selection of a cooperative terminal.
무선 네트워크 시스템을 기반으로 하는 협력 단말을 이용한 단말간 무선 측위 레인징 시스템에 있어서,
서로 상대 단말을 통해 수신한 레인징 요청 신호로부터 추정한 상대 단말과의 채널 품질값인 제1 및 제2 채널 품질값을 각각 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 주변 단말을 통한 협력 측위 요청 여부를 결정하고, 협력 측위 요청이 결정되면, 상기 제1 및 제2 단말은 협력 요청 신호를 하나 이상의 주변 단말에 각각 브로드캐스팅한 후에 응답 신호를 각각 수신하는 제1 및 제2 단말;
상기 제1 및 제2 단말로부터 상기 협력 요청 신호를 수신한 후 상기 응답 신호를 전송하며, 협력 단말로 선정 가능한 적어도 하나의 주변 단말을 포함하며,
상기 제1 및 제2 단말은,
상기 응답 신호를 기초로 주변 단말 중에서 상기 제1 및 제2 단말 간의 공통채널품질 영역 상에 존재하는 단말을 협력 단말로 선정하여 협력 신호를 전송하도록 동작시키며, 상기 제1 및 제2 단말 간 레인징 프레임 신호의 송수신을 통해 단말간 거리를 측정하되, 상기 협력 신호를 기초로 단말간 클럭 동기화 또는 주파수 오프셋 보상을 수행하여 거리 측정 오차를 보정하는 무선 측위 레인징 시스템.
In a wireless positioning ranging system between terminals using a cooperative terminal based on a wireless network system,
Each of the first and second channel quality values, which are channel quality values with the counterpart terminal estimated from the ranging request signal received through the counterpart terminal, are compared with a reference value, respectively, and whether or not a cooperative positioning request is made through a neighboring terminal according to the comparison result Determination, when the cooperative positioning request is determined, the first and second terminals each broadcast a cooperation request signal to one or more neighboring terminals, respectively, first and second terminals for receiving a response signal;
After receiving the cooperation request signal from the first and second terminals, the response signal is transmitted, and at least one neighboring terminal selectable as a cooperative terminal,
The first and second terminals are
Based on the response signal, a terminal existing in a common channel quality region between the first and second terminals among neighboring terminals is selected as a cooperative terminal and operates to transmit a cooperative signal, and ranging between the first and second terminals A wireless positioning ranging system for measuring a distance between terminals through transmission and reception of a frame signal, and correcting a distance measurement error by performing clock synchronization or frequency offset compensation between terminals based on the cooperation signal.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 단말과 제2 단말은,
상기 제1 및 제2 채널 품질값이 모두 상기 기준값보다 작은 경우 상기 협력 측위 요청을 결정하는 무선 측위 레인징 시스템.
9. The method of claim 8,
The first terminal and the second terminal,
A wireless positioning ranging system for determining the cooperative positioning request when both the first and second channel quality values are smaller than the reference value.
청구항 8에 있어서,
상기 협력 요청 신호는,
상기 협력 측위를 요청하는 정보와 함께, 상기 협력 신호의 전송 방식 및 상기 협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건의 정보를 추가로 포함하는 무선 측위 레인징 시스템.
9. The method of claim 8,
The cooperation request signal is,
A wireless positioning ranging system further comprising information on a transmission method of the cooperative signal and a channel condition for selection as the cooperative terminal together with the information for requesting the cooperative positioning.
청구항 10에 있어서,
상기 협력 요청 신호의 신호 프레임 구조는 프리앰블, 헤더, 페이로드 구간을 포함하며,
상기 협력 측위를 요청하는 정보, 상기 협력 신호의 전송 방식, 상기 협력 단말로 선정되기 위한 채널 조건은,
상기 헤더의 EXT 영역 내에 순차로 삽입되어 있는 무선 측위 레인징 시스템.
11. The method of claim 10,
The signal frame structure of the cooperation request signal includes a preamble, a header, and a payload section,
The information for requesting the cooperative positioning, the transmission method of the cooperative signal, and the channel conditions for selection as the cooperative terminal are,
A radio positioning ranging system sequentially inserted into the EXT area of the header.
청구항 10에 있어서,
상기 협력 신호의 전송 방식은,
상기 협력 단말이 단말간 클럭 동기화를 위한 비콘 신호를 주변에 브로드캐스팅하는 제1 전송 방식, 및
상기 협력 단말이 상기 제1 및 제2 단말 각각의 레인징 프레임 신호의 관측을 통하여 추정한 단말간 주파수 오프셋 정보를 상기 제1 및 제2 단말로 각각 전송하는 제2 전송 방식을 포함하는 무선 측위 레인징 시스템.
11. The method of claim 10,
The transmission method of the cooperation signal is,
A first transmission method in which the cooperative terminal broadcasts a beacon signal for clock synchronization between terminals to the vicinity; and
A radio positioning lane including a second transmission scheme in which the cooperative terminal transmits inter-terminal frequency offset information estimated through observation of the ranging frame signal of each of the first and second terminals to the first and second terminals, respectively gong system.
청구항 12에 있어서,
상기 협력 신호의 전송 방식은,
상기 레인징 프레임 신호에 적용된 프리앰블의 시퀀스 길이(N) 및 운용 대역폭(B)을 기초로 아래 수학식에 의해 결정되는 무선 측위 레인징 시스템:
Figure 112021062511642-pat00036

여기서, CoMODE는 결정된 전송 방식, mode 0은 상기 제1 전송 방식, mode 1은 상기 제2 전송 방식, NTH는 기 설정된 임계 시퀀스 길이, BTH는 기 설정된 임계 대역폭을 나타낸다.
13. The method of claim 12,
The transmission method of the cooperation signal is,
A radio positioning ranging system determined by the following equation based on the operating bandwidth (B) and the sequence length (N) of the preamble applied to the ranging frame signal:
Figure 112021062511642-pat00036

Here, CoMODE denotes the determined transmission scheme, mode 0 denotes the first transmission scheme, mode 1 denotes the second transmission scheme, N TH denotes a preset threshold sequence length, and B TH denotes a preset threshold bandwidth.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 단말과 제2 단말은,
상기 협력 단말 선정 시 상기 응답 신호를 분석하여 무선 네트워크 내 후보 단말(ri) 중 아래 수학식의 조건을 만족하는 주변 단말을 탐색하는 무선 측위 레인징 시스템:
Figure 112020039898069-pat00037

여기서, Λ은 {·}을 만족하는 주변 단말의 집합,
Figure 112020039898069-pat00038
는 후보 단말 ri이 제1 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제1 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00039
는 후보 단말 ri이 제2 단말로부터 수신한 협력 요청 신호로부터 추정한 제2 단말과의 채널 품질,
Figure 112020039898069-pat00040
는 협력 단말의 선정을 위한 기준 채널 품질값을 나타낸다.
9. The method of claim 8,
The first terminal and the second terminal,
A wireless positioning ranging system that analyzes the response signal when the cooperative terminal is selected and searches for neighboring terminals satisfying the condition of the following equation among candidate terminals (r i ) in the wireless network:
Figure 112020039898069-pat00037

Here, Λ is a set of peripheral terminals satisfying {·},
Figure 112020039898069-pat00038
is the channel quality with the first terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the first terminal,
Figure 112020039898069-pat00039
is the channel quality with the second terminal estimated from the cooperation request signal received by the candidate terminal r i from the second terminal,
Figure 112020039898069-pat00040
denotes a reference channel quality value for selection of a cooperative terminal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20070061365A (en) * 2005-12-08 2007-06-13 한국전자통신연구원 Method and apparatus for uplink timing synchronization with ranging signal in tdd mobile communication system
KR20090008422A (en) * 2006-04-28 2009-01-21 알까뗄 루슨트 Handover control method in a wireless access system, relay station and base station
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