KR20100113837A - 무선 신호 수신 강도를 이용한 거리 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 거리 측정 방법은, 송신기에서 송출되는 신호를 수신하는 단계; 상기 신호의 수신 강도를 측정하는 단계; 상기 측정된 수신 강도가 소정의 기준값 보다 크면, 상기 측정된 수신 강도를 이용하여 거리를 산정하는 단계; 상기 측정된 수신 강도가 상기 기준값 보다 작으면, 상기 송신기와 적어도 일회 패킷 통신을 수행하는 단계; 상기 송신기와 적어도 일회 패킷 통신에 대한 PER을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 PER을 이용하여 거리를 산정하는 단계를 포함한다.

거리측정, RSSI, PER, 무선 통신, 기지국

Description

무선 신호 수신 강도를 이용한 거리 측정 방법{Distance Measuring Method Using Received Signal Strength Itensity}

본 발명은 송신기에서 방출하는 무선 신호의 수신 감도로부터, 상기 송신기와 수신기사이의 거리를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 거리 측정 방법은, 휴대폰이나, 무선 인터넷 단말기, RF 태그, 근거리 무선통신(Zigbee, Bluetooth, UWB) 등 수신기가 자신의 위치를 파악하는 시스템에 적용될 수 있다.

위치를 측정하는 시스템은, 크게 GPS 신호를 이용하는 것과, 지상에 고정된 비컨으로서 기지국을 이용하는 것이 있다.

이중, GPS를 이용하는 시스템은, 비교적 저렴한 비용에 정확한 위치 측정을 수행할 수 있으나, GPS 위성의 존재나 GPS 위성 신호의 공개 여부에 그 기능 구현 자체가 불능이 될 수 있는 위험이 있으며 실내에서 사용할 수 없다는 단점이 있다.

반면, 기지국을 이용하는 시스템의 경우, 기지국의 설치 비용이라는 문제가 있다. 그러나, 최근의 다양한 분야에서 무선 통신 기술의 발전에 따라, 다양한 목 적으로 무선 통신용 신호를 방출하는 기지국들이 많은 장소에 설치되고 있다.

상기 기지국의 이용하여 위치를 측정하는 시스템을 구현하기 위해서는, 자신의 위치를 알고자 하는 무선 신호 수신기와 상기 기지국간의 거리를 먼저 산정해야 한다.

일반적인 무선 통신용 기지국과 수신기간의 거리를 판정할 수 있는 가장 단순하고 널리 알려진 방법은 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값을 이용하는 것이다. 이는 양자간 거리가 멀수록 RSSI가 감쇄하는 특성을 이용한 것이다.

그런데, 상기 RSSI 값의 감쇄 특성은 로그함수 형태를 가지고 있어, 양자간 거리가 멀어지면 그 정확도가 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 일반적인 무선 통신망을 이용하여 위치를 판단하는 방법을 제공하고자 한다.

또는, 본 발명은 정확하고 간편하게 무선 통신망을 이용한 기지국과 무선 신호 수신기 간의 거리를 측정하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법은, 송신기에서 송출되는 신호를 수신하는 단계; 상기 신호의 수신 강도를 측정하는 단계; 상기 측정된 수신 강도 가 소정의 기준값 보다 크면, 상기 측정된 수신 강도를 이용하여 거리를 산정하는 단계; 상기 측정된 수신 강도가 상기 기준값 보다 작으면, 송신기와 적어도 일회 패킷 통신을 수행하는 단계; 상기 송신기와 적어도 일회 패킷 통신에 대한 PER을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 PER을 이용하여 거리를 산정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 신호 수신기는, 송신기에서 송출되는 신호를 수신하며, 상기 송신기와 무선 통신을 수행하는 무선 통신부; 상기 송신기에서 송출되는 신호의 수신 강도를 측정하는 수신 강도 측정부; 상기 송신기로 발송할 통신 패킷을 생성하고, 상기 송신기에서 수신한 통신 패킷을 확인하는 통신 패킷 생성/확인부; 상기 송신기와의 통신 패킷 전송에 따른 PER을 측정하는 PER 측정부; 및 상기 수신 강도 측정부가 측정한 수신 강도가 소정의 기준값 보다 크면, 상기 측정된 수신 강도를 이용하여 거리를 산정하고, 상기 측정된 수신 강도가 상기 기준값 보다 작으면, 상기 측정된 PER을 이용하여 거리를 산정하는 거리 산정부를 포함한다.

상기 구성에 따른 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 방법을 실시함에 의해, 기존의 무선 통신망의 송신기를 이용하여, 위치 판단 시스템을 구현할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 이동 통신을 위한 무선 통신망을 이용한 위치 측정 시스템을 도시한다. 도시한 위치 측정 시스템에서 송신기의 역할을 수행하는 각 기지국과 이동 통신 단말기의 거리를 알아야 위치를 측정할 수 있는데, 상기 각 기지국과 이동 통신 단말기의 거리를 산정하는데, 본 발명의 사상이 적용될 수 있다.

도 2a 및 2b(가로축의 단위는 100m이다)는 일반적인 무선 통신 단말기의 기지국 신호에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값과 기지국 - 단말기간 거리에 대한 관계 패턴을 도시한다. 도시한 바와 같이 상기 패턴은 500m까지는 거리를 미세하게 판단할 정도의 감쇄율을 가지지만, 그 이상되는 거리에서는 감쇄율이 너무 작아 거리를 미세하게 판단할 수 없다. 한편, 도 2a를 살펴보면 통신 출력이 높을수록 감쇄율이 명확하게 나타남을 알 수 있다.

도 3a 및 3b는 일반적인 무선 통신 단말기의 기지국간 통신 패킷의 전송 에러율(PER)과 단말기간 거리에 대한 관계 패턴을 도시한다. 도시한 바와 같이, 비교적 낮은 통신 출력에서는 500m 이상의 먼 거리에서 전송 에러율(PER)의 증가율이 명확하게 나타남을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 신호 수신기를 도시한다. 상기 무선 신호 수신기는, 도 1의 이동 통신 시스템에 적용되는 경우, 이동 통신 단말기가 될 수 있고, 다른 구현에서는 무선 인터넷 단말기 등 다른 무선 데이터 통신을 위 한 단말기가 될 수 있다.

도시한 무선 신호 수신기는, 기지국에서 송출되는 신호를 수신하며, 상기 기지국과 무선 통신을 수행하는 무선 통신부(210); 상기 기지국에서 송출되는 신호의 수신 강도를 측정하는 수신 강도 측정부(220); 상기 기지국으로 발송할 통신 패킷을 생성하고, 상기 기지국에서 수신한 통신 패킷을 확인하는 통신 패킷 생성/확인부(230); 상기 기지국과의 통신 패킷 전송에 따른 PER(Packet Error Rate)을 측정하는 PER 측정부(240); 및 상기 수신 강도 측정부가 측정한 수신 강도가 소정의 기준값 보다 크면, 상기 측정된 수신 강도를 이용하여 거리를 산정하고, 상기 측정된 수신 강도가 상기 기준값 보다 작으면, 상기 측정된 PER을 이용하여 거리를 산정하는 거리 산정부(250)를 포함한다.

상기 각 구성요소들을 구분되어 도시되었지만, 구현에 따라 복수개의 구성요소들이 하나의 하드웨어로 구현될 수 있다. 예컨대, 주로 디지털 신호에 대한 처리를 수행하는 통신 패킷 생성/확인부(230), PER 측정부(240) 및 거리 산정부(250)는 하나의 제어용 단일 프로세서로 적용될 수 있다.

상기 무선 통신부(210)는 안테나에서 수신되는 신호를 접수하기 위한 것으로, 적용되는 통신 시스템에 부합하는 튜너 등 아날로그 소자들을 구비한다.

상기 수신 강도 측정부(220)는, RSSI를 측정하는 RSSI 측정부로 적용될 수 있으며, 상기 무선 통신부(210)에서 수신된 신호의 아날로그 강도를 측정할 수 있다.

상기 통신 패킷 생성/확인부(220)는, 본 발명의 사상에 따른 PER 측정용 패 킷들을 생성하고, 이에 대한 기지국의 응답을 확인하여 전송 에러가 발생하였는가를 검사한다. 상기 PER 측정용 패킷들은, 고정된 패턴의 데이터를 포함한 고정된 길이의 패턴일 수 있다. 상기 PER 측정용 패킷을 수신한 기지국은, CRC(cyclic redundancy check) 체크 등 전송 에러에 대한 검사를 수행하고 그 결과를 상기 무선 신호 수신기로 응답할 수 있다.

상기 PER 측정부(240)는, 상기 통신 패킷 생성/확인부(220)의 전송 에러에 대한 검사 결과들을 소정 개수 취합하여, PER을 측정한다. 상기 PER 측정부(240)는, 10개 내지 1000개 중 어느 한 수로 결정된 개수의 에러 검사 결과들로부터 PER을 측정할 수 있다. 예컨대, 10개, 100개, 또는 1000개의 에러 검사 결과들로부터 PER을 측정할 수 있다.

상기 거리 산정부(250)는, 근거리(도 2a내지 3b의 결과에 따르는 경우 500m미만)에서는 RSSI값을 이용하여 상기 기지국과 무선 신호 수신기간의 거리를 산정하고, 원거리(도 2a내지 3b의 결과에 따르는 경우 500m이상)에서는 PER을 이용하여 상기 거리를 산정한다.

이를 위해 상기 거리 산정부(250)는 우선 RSSI값을 검사하여, 소정의 기준값(도 2a내지 3b의 결과에 따르는 경우 500m에서의 RSSI값) 보다 크면, PER을 이용하여 거리를 산정하기로 결정한다.

한편, 상기 거리 산정부(250)가 PER을 이용하여 거리를 산정하기로 결정하면, 상기 무선 통신부(210)는, PER 측정을 정확하게 하기 위해 PER 측정용 패킷을 발송하기 전에 상기 기지국과의 통신을 위한 출력(예: 전송 신호 출력)을 적당한 수준으로 낮출 수 있다. 즉, 도 3a에서 500m 이상의 거리를 명확히 나타내는 출력 수준으로 낮출 수 있다.

상기 PER 측정을 위해 상기 무선 통신부(210)의 출력 수준을 낮춘 경우, PER 측정이 완료되면, 상기 무선 통신부(250)는, 다시 출력 수준을 원래대로 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 도시한다. 도시한 거리 측정 방법은, 기지국에서 송출되는 신호를 수신하는 단계(S110); 상기 신호의 수신 강도를 측정하는 단계(S120); 상기 측정된 수신 강도가 소정의 기준값 보다 크면(S130), 상기 측정된 수신 강도를 이용하여 거리를 산정하는 단계(S192); 상기 측정된 수신 강도가 상기 기준값 보다 작으면, 상기 기지국과 수회 패킷 통신을 수행하는 단계(S160); 상기 수회 패킷 통신에 대한 PER을 측정하는 단계(S170); 및 상기 측정된 PER을 이용하여 거리를 산정하는 단계(S194)를 포함한다.

상기 S160 단계 이전에, 수신기의 통신 수행 강도를 낮추는 단계(S150)를 더 포함하고, 상기 S170 단계 이후에, 수신기의 통신 수행 강도를 높이는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 S160 단계를 위해, 소정 개수의 PER 측정용 패킷들을 생성하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.

상기 S110 단계에서 수신하는 신호는 거리 측정을 위해 기지국에서 방송하는 전용 비컨 신호일 수 있고, 단순히 무선 통신을 위해 기지국이 자신을 통보하는 신 호일 수 있다.

상기 S120 단계에서는, 상기 기지국에서 송출되는 신호에 대한 RSSI값을 측정한다. 상기 RSSI값을 측정하는 것은 무선 통신 분야에서는 널리 공지된 기술이므로 상세 설명은 생략하겠다.

상기 S130 단계의 기준값은, 도 2a내지 3b의 결과에 따르는 경우 최대 출력 수준에서 500m에서의 RSSI값일 수 있다.

상기 S140 단계에서 소정 개수 N은 10개 내지 1000개 중 어느 한 수로 지정될 수 있다. 구현에 따라, 상기 N개의 패킷은 동일한 패턴의 데이터를 가질 수 있고, 서로 다른 패턴의 데이터를 가질 수 있다.

상기 S150 단계 및 S180 단계에서는 상기 패킷 전송을 위한 무선 출력 수준을 낮추거나 높일 수 있다.

도시한 바와 같이, 상기 S160 단계는, N개의 PER 측정용 패킷들 각각을 하나씩 기지국으로 전송하고, 이에 대한 응답을 수신하는 과정들로 이루어질 수 있다.

상기 S170 단계에서는, 'PER = 전송 에러가 발생한 패킷의 개수 / 전체 발송한 패킷의 개수'로 결정되는 PER을 측정할 수 있다.

상기 S192 단계에서는, 거리에 따라 RSSI가 감쇄하는 특성을 이용하여 기지국과 수신기간의 거리를 산정한다. 예컨대, 도 2a의 최고 레벨의 그래프를 이용하여 상기 거리를 산정할 수 있다.

상기 S194 단계에서는, 거리에 따라 PER이 증가되는 특성을 이용하여 기지국과 수신기간의 거리를 산정한다. 예컨대, 도 3a의 p레벨(p level)의 그래프를 이용 하여 상기 거리를 산정할 수 있다. 이 경우, 상기 S150 단계에서 p 레벨에 해당하는 레벨로 출력을 낮춰야 한다.

본 발명의 기술사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 상기 설명에서는 위치 측정 시스템으로서, 이동 통신을 위한 무선 통신망을 이용하여 구현한 위치 측정 시스템으로 구체화하여 기술하였지만, 다른 방식의 위치 측정 시스템에도 본 발명의 사상이 적용가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.

예컨대, 상기 설명에서는 이동 통신을 위한 무선 통신망의 기지국과 수신기의 거리를 측정하는 것으로 구체화하여 기술하였지만, 기지국이 아닌 다른 송신기와 수신기의 거리를 측정하는 데에도 본 발명의 사상이 적용가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 거리 측정 방법이 수행될 수 있는 무선 통신 시스템을 도시한 개념도.

도 2a 및 2b는 RSSI 값의 거리에 따른 특성을 도시한 그래프.

도 3a 및 3b는 PER 값의 거리에 따른 특성을 도시한 그래프.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 신호 수신기를 도시한 블록도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 도시한 흐름도.

Claims (6)

1. 송신기에서 송출되는 신호를 수신하는 단계;

   상기 신호의 수신 강도를 측정하는 단계;

   상기 측정된 수신 강도가 소정의 기준값 보다 크면, 상기 측정된 수신 강도를 이용하여 거리를 산정하는 단계;

   상기 측정된 수신 강도가 상기 기준값 보다 작으면, 상기 송신기와 송신기와 적어도 일회 패킷 통신을 수행하는 단계;

   상기 송신기와 적어도 일회 패킷 통신에 대한 PER을 측정하는 단계; 및

   상기 측정된 PER을 이용하여 거리를 산정하는 단계

   를 포함하는 거리 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 송신기와 패킷 통신을 수행하는 단계 이전에,

   수신기의 통신 수행 강도를 낮추는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 PER을 이용하여 거리를 산정하는 단계 이후에,

   수신기의 통신 수행 강도를 높이는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 송신기와 패킷 통신을 수행하는 단계에서는,

   수신기가 동일한 길이의 데이터 패킷을 소정의 회수로 통신을 수행하는 거리 측정 방법.
5. 송신기에서 송출되는 신호를 수신하며, 상기 송신기와 무선 통신을 수행하는 무선 통신부;

   상기 송신기에서 송출되는 신호의 수신 강도를 측정하는 수신 강도 측정부;

   상기 송신기로 발송할 통신 패킷을 생성하고, 상기 송신기에서 수신한 통신 패킷을 확인하는 통신 패킷 생성/확인부;

   상기 송신기와의 통신 패킷 전송에 따른 PER을 측정하는 PER 측정부; 및

   상기 수신 강도 측정부가 측정한 수신 강도가 소정의 기준값 보다 크면, 상기 측정된 수신 강도를 이용하여 거리를 산정하고,

   상기 측정된 수신 강도가 상기 기준값 보다 작으면, 상기 측정된 PER을 이용하여 거리를 산정하는 거리 산정부

   를 포함하는 무선 신호 수신기
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 무선 통신부는, 상기 PER 측정부가 PER를 측정하는 때에는, 상기 송신기와 수행하는 무선 통신을 강도를 낮추는 무선 신호 수신기.

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