KR20100127244A

KR20100127244A - 복수 위상 상태 근거리장 통신 및 위치탐색 시스템

Info

Publication number: KR20100127244A
Application number: KR1020107021273A
Authority: KR
Inventors: 한스 그레고리 샨츠; 앤드류 컴프스톤; 로버트 이. 디피에; 제임스 매튜 바론
Original assignee: 큐-트랙 코포레이션
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-12-03
Also published as: IL207784A0; US20090280742A1; US8253626B2; WO2009148644A1

Abstract

복수 위상 상태 근거리장 전자기 위치탐색 및 통신 시스템은, 복수 위상 상태 근거리장 송신기와 근거리장 위치탐색 수신기를 포함한다. 상기 근거리장 송신기는 둘 이상의 상태로 동작 가능하고, 상기 둘 이상의 상태 각각은 수신기에서 검출되는 상태 특성 차이를 발생시킨다. 상기 상태 특성 차이는 위치탐색, 또는 통신, 또는 둘 모두를 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 근거리장 전자기 거리측정 시스템과 함께 사용되기 특히 적합하다. 복수 위상 상태 근거리장 전자기 위치탐색 및 통신 프로세스가 근거리장 직교위상 송신기의 송신 상태를 결정하는 단계와, 대응하는 근거리장 송신을 송신하는 단계와, 송신 상태에 대응하는 근거리장 송신물을 수신하는 단계와, 송신 속성 간 차이를 결정하는 단계(이때, 상기 차이가 송신 상태의 특성이다)를 포함한다.

Description

복수 위상 상태 근거리장 통신 및 위치탐색 시스템{MULTIPLE PHASE STATE NEAR-FIELD COMMUNICATION AND LOCATION SYSTEM}

관련 출원 및 미국 정부의 권리

본 발명은 35 U.S.C. 119(e) 하에서, Schantz 외 다수의 2008년02월25일자 미국 가특허출원 제61/067,002호 “State variable near-field electromagnetic system and method for communication and location"로부터 우선권을 주장한다.

미국 정부는 본 발명에 대한 지불완료 실시권과, 특허권자가 미국 산업 보건 안전 연구소(NIOSH)에 의해 지원된 보조금 IR43OH008952-01A1 및 미국 국방부 계약서 WI5P7T-07-C-M007의 계약조건에 의해 정해지는 바에 따르는 정당한 조건에 의한 특정 환경에서 실시하도록 할 권리를 갖는다.

기술분야

본 발명은 근거리 전자기장 시스템에 관한 것이며, 특히, 전자기 시그널링을 이용한 위치 또는 장소의 측정 및 통신을 위해 사용되는 시스템에 관한 것이다.

종래의 무선 시스템은 복잡하게 뒤얽힌 환경에서 동작할 때 어려움을 갖는다. 이는 종래 무선 시스템의 고주파수 링크가 “다중경로(multipath)”로 인해 문제를 일으키기 때문이다. 다중경로는 신호가 복수의 경로를 따라 다중 전파되는 것이다. 다중경로는 데이터 통신을 뒤섞고, 위치탐색 시스템을 혼란스럽게 하는 경향이 있다. 다중경로로 인해, 견고한 데이터 링크 및 신뢰할 수 있는 위치탐색 정보를 필요로하는 위험 환경에서 무선 시스템 사용이 제한받게 된다.

잠재적 고위험 환경(가령, 원자력 및 화학 공장, 탄광, 또는 산업 설비), 또는 긴급 대응팀이나 군대에서 일하는 사람은 실시간 위치를 인지할 필요가 있을 수 있다. 구조요원이 부상자의 위치를 찾지 못해서 구조가 지연되고 수색 지연으로 인해 구조요원의 안전도 위태로워지기 때문에, 많은 산업 사고가 훨씬 더 악화된다. 신뢰할만한 데이터 링크는 작업자의 활력 징후(vital sign)나 주변 센서 데이터의 저데이터율 통신을 가능하게 한다.

근거리장 무선 시스템은, 장파장을 이용해 저주파수에서 동작함으로써, 다중경로의 문제를 피한다. 무선 링크는 약 2분의 1 파장의 통상의 최대 범위 내에서 동작한다. 근거리장 무선 시스템은 복잡한 산업적 환경에서도 정확한 위치 데이터를 제공할 수 있음을 보여줬다.

근거리장 무선 시스템이 아무리 정확하다고 할지라도, 추가적인 정확도가 항상 필요하다.

복잡한 무선 전파 환경에서 견고한 음성 및 데이터 통신을 제공할 수 있는 무선 시스템에 대한 추가적인 필요성이 있다.

거리 및 위치 정보의 많은 적용예가 있다. 일반적으로 자산, 사람, 동물 및 물체 추적이 있다. 사업자는 고객, 직원, 상품 설비를 추적할 필요를 갖는다. 창고 운영은, 상품, 설비 및 직원을 추적할 필요가 있다. 테마 파크는 고객, 설비 및 직원을 추적할 필요가 있다. 군대는, 훈련 동안, 군인, 장비를 추적할 필요가 있다. 이들 각각의 적용예는 종종 실내, 또는 도시 협곡(urban canyon) 환경을 포함하는데, 이러한 환경에서 GPS는 이용가능하지 않거나, 형편없이 동작하거나, 특정 방에서의, 또는 선반이나 용기에서의 물체 위치를 정확히 가리키기에 불충분한 정확도를 지닌다. 이들 추적되는 물체는 가령, 온도 센서, 또는 충격 센서의 경우처럼, 또는 상기 장치들과 연계된 그 밖의 다른 장치의 경우처럼 데이터 전송을 필요로 하는 경우가 종종 있다.

근거리장 시스템은 다중경로에 대한 바람직한 내성을 제공하며, 실내에서 GPS에 독립적으로 동작할 수 있다. 근거리장 시스템에 대한 점점 더 많은 가능한 적용예가 고안됨에 따라, FCC 전력 제한과 더 높은 정밀도 및 거리에 대한 필요성이 상기 근거리장 시스템의 해결 과제가 된다.

이러한 맥락에서, 일반적으로 복잡한 다중경로 환경(가령, 실내 환경, 산업 환경 및 창고 환경)과, GPS 및 이와 관련된 기술이 쓸모없어지는 그 밖의 다른 환경에서, 사람, 자산 및 물체를 추적할 수 있는 전자기 거리측정 시스템(electromagnetic ranging system)이 필요하다. 또한, 시스템의 복잡도 및 비용을 실질적으로 추가하지 않고, 거리측정 시스템과 연계하여 변조된 데이터를 운송할 필요가 있다.

상태 가변 근거리장 전자기 위치탐색 및 통신 시스템은 복수 상태 근거리장 송신기(multiple state near-field transmitter)와, 근거리장 위치탐색기 수신기(near-field locator receiver)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 복수 상태 송신기는 직교위상 신호를 이용하여 2개의 직교하는 H-장 안테나를 구동시켜, 복수의 상태 중 하나의 상태(제 1 상태)에 대해 나선형 위상 상태를 발생시킨다. 직교위상 신호 중 하나가 180도 편이되어, 제 2 상태를 위해, 나선형 위상 상태의 방향을 반전시킬 수 있다. 상기 근거리장 위치탐색기 수신기는 E-장 및 H-장 수신기를 포함한다. 상기 시스템은 2개의 송신 상태로부터 신호를 수신하고 비교하여, 위치 정보를 결정할 수 있다. 이러한 2개의 상태는 거리(range) 및 방위각(azimuth) 정보를 제공하거나, 정보를 인코딩하기 위해 사용되거나, 둘 모두를 수행할 수 있다. 회전 장을 발생시키기 위한 추가적인 방법이 제시된다. 더 많은 상태를 위해, 제 3의 상호 직교하는 자기, 또는 전기 안테나가 송신기에 추가될 수 있다. 하나의 실시예에서, 송신기 배향이 변화될 수 있는 경우, 수직 방향을 감지하고 H-장 안테나로의 구동 신호를 조절하기 위해 배향 센서(가령, 가속도계)가 사용되어, 송신기의 경사짐(tilt)이나 뒤집힌 배향에도 불구하고 송신 신호의 올바른 감지 수직 회전축을 유지할 수 있다.

추가적인 실시예에서, 상태 가변 근거리장 전자기 위치탐색 및 통신 프로세스가, 둘 이상의 신호 상태를 포함하는 나선형 위상 H-장 신호 시퀀스를 송신하는 단계와, 각각의 신호 상태에서의 수신 신호의 둘 이상의 속성 간의 차이를 결정하는 단계와, 각각의 신호 상태에 대해 판단된 차이들을 비교하여 위치 정보를 결정하거나 송신 데이터를 디코딩하는 단계를 포함한다.

지금부터 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명이 더 상세히 설명될 것이며, 여기서 본 발명의 바람직한 실시예들이 제시될 것이다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예들로 국한되는 것은 아니다. 오히려 상기 실시예들이 제공되어, 본원이 더 잘 이해되며, 본원의 범위가 해당업계 종사자에게 더 잘 전달될 것이다. 유사한 도면부호는 유사한 구성요소를 나타낸다.

도 1A는 제 1 근거리장 직교위상 송신기를 나타내는 예시적 블록도이다.
도 1B는 통신에 사용되는 도 1A의 근거리장 직교위상 송신기를 나타내는 예시적 블록도이다.
도 2A는 제 2 근거리장 직교위상 송신기를 나타내는 예시적 블록도이다.
도 2B는 통신에 사용되는 도 2A의 제 2 근거리장 직교위상 송신기를 나타내는 예시적 블록도이다.
도 2C는 공간 나선형 위상 H-장 신호를 발생시키는 대안적 제 3 발생기(240)가 구비된 송신기(242)를 나타내는 예시적 블록도이다.
도 2D는 통신, 또는 위치탐색, 또는 둘 모두에 적합한 예시적 제 4 근거리장 송신기(250)를 나타내는 예시적 블록도이다.
도 2E는 통신, 또는 위치탐색, 또는 둘 모두에 적합한 제 5 근거리장 송신기(260)를 나타내는 예시적 블록도이다.
도 3A-3I는 다양한 순간 안테나 패턴 및 이와 연계된 위상 상태를 도시한다.
도 4A-4C는 I, +Q 및 -Q 신호에 대한 상대 위상을 도시한다.
도 5는 복수 위치탐색기의 위치탐색 시스템의 경우에서의 근거리장 위치탐색 수신기의 세부사항을 나타내는 예시적 블록도이다.
도 6A-6F는 근거리장 위치탐색 수신기에 의해 수신될 송신기 위치의 함수로서의 다양한 위상 차이 등고선의 도표를 도시한다.
도 7-15는 기준 축

및

의 수신기 프레임 내 위상 차이 vs. x-y 위치의 상세한 도표를 도시한다.
도 16은 본 발명에 따르는 하나의 예시적 위치탐색 결정 프로세스를 도시한다.
도 17은 도 6A에서 도시된 바 있는 일정한 위상 각 선을 위상 각 값을 포함하여 더 상세히 도시한다.
도 18은 도 6A, 6C, 10 및 8의 E-장 방정식 도표를 이용한 하나의 예시적 위치 해를 도시한다.
도 19는 가변 상태 근거리장 전자기 통신 및 위치탐색 프로세스(1900)를 설명하는 흐름도이다.
도 20은 가변 상태 근거리장 전자기 통신 및 위치탐색 프로세스(2000)를 설명하는 흐름도이다.
도 21은 가변 상태 근거리장 전자기 통신 및 위치탐색 프로세스(2100)를 설명하는 흐름도이다.

개요

본 발명은 위치탐색과 통신을 위한 복수 위상 상태 근거리장 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 송신기 인근에서 복수의 근거리장 위상 상태를 확립하는 것을 기반으로 한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 회전 패턴(rotating pattern)이 나선 위상 상태 근거리장 신호를 발생시키는데, 상기 신호는 2개의 직교하는 H-장 안테나(H-field antenna)에 서로 90도만큼 위상 차이가 나는 신호를 각각 제공함으로써 발생될 수 있다. 송신된 최종 신호의 고유 특성은, 안테나로부터의 거리와 배향의 함수로서의 E-장과 H-장 간의 위상 관계가, 거리와 방향을 나타내는 동위상 해(solution)의 나선 패턴을 발생시킨다. 상기 나선 패턴은 거리에 따라 빠르게 점근적(asymptotic)이 되며, 원거리장 신호에서는 두드러지지 않는다. 이들 나선 패턴에 대해 도 6A 내지 6F를 참조하여 추후 더 상세히 기재될 것이다. 신호들 중 하나의 신호의 위상을 180도만큼 뒤집음으로써 패턴 회전의 방향이 반전되면, 나선형 해가 공간적으로 반대 방향으로 배향된다. 따라서 수신된 신호를 측정하고, 기대되는 나선 패턴과 비교함으로써, 위치 정보가 발견될 수 있다. 덧붙여, 최종 신호를 바탕으로 위상 편이 키잉된 음성 및 데이터 통신이 변조될 수 있다.

특히, 하나의 실시예에서, 신호를 송신하고 2개의 반대 회전 상태로부터 수신하여 2가지 조건을 동시에 모두 만족시키는 위치를 찾음으로써, 정밀한 동기화를 필요로 하지 않고 위치를 찾는다. 즉, 하나의 회전 방향에서의, H-장에 대한 E-장의 위상 측정이 하나의 방향으로 회전하는 나선 형태를 갖는 위치 해 자취를 제공할 것이다. 송신 위상 회전 방향을 반전시키면, 최종 수신된 H-장에 대한 E-장 위상이 반대 방향으로 회전하는 위치 해 자취를 생성할 것이다. 2가지 방향 모두로부터의 도표를 겹침으로써, 단일 점의 위치 해에 대한 연립 방정식이 마찬가지로 풀릴 것이다.

본원에서 기재되는 위치탐색과 통신을 위한 복수 위상 상태 근거리장 시스템 및 방법의 바람직한 실시예들이 이동형 송신기와 위치탐색기-수신기의 정지형의 인프라구조를 가정하고 있지만, 본 출원인의 미국 특허 제6,963,301호에서 공개된 바와 같은, 이동형 위치탐색기-수신기가 송신기 비콘의 인프라구조에 대해 놓일 수 있는“역 아키텍처” 시스템의 구현예를 배제하는 것은 아니다(상기 미국 특허는 본원에서 참조로서 포함된다).

근거리장의 기초

근거리장 전자기 거리 측정은 본 출원인의 “System and method for near-field electromagnetic ranging(제10/355,612호(출원일:2003년01월31일)로서 현재는 미국 특허 제6,963,301호(특허일:2007년12월11일))”에 최초로 상세히 기재되었으며, 상기 특허는 본원에서 참조로서 인용된다.

근거리장 직교 송신기는 본 출원인의 "Near field location system and method(제11/272,533(출원일:2005년11월10일)로서 현재는 미국 특허 제7,307,595호(특허일:2007년12월11일))"에 최초로 상세히 기재되었으며, 상기 특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 근거리장 직교 송신기와 함께 사용되기 적합한 추가적인 안테나 시스템이 본 출원인의 함께 출원된 "Space efficient magnetic antenna system(제11/473,595호(출원일:2006년06월22일)이자 공개 특허 제2006/0244673호)"에서 제시되어 있으며, 상기 공개 특허는 본원에서 참조로서 인용된다.

근거리장 전자기 거리 측정 시스템의 교정 방법이 본 출원인의 "Near field electromagnetic positioning system and method(제10/958,165호(출원일:2004년10월04일)로서 현재는 미국 특허 제7,298,314호(특허일:2007년11월20일))"에 최초로 상세히 기재되었으며, 상기 특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 근거리장 위치탐색 시스템의 교정에 대한 추가적인 형태가 본 출원인의 "Near field electromagnetic positioning system and method(제11/986,319호(출원일:2007년11월19일)이자 공개 특허 제2008-0165050호 A1)"에서 제시되어 있으며, 상기 공개 특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 근거리장 전자기 거리 측정 시스템과 함께 사용되기 위한 디스플레이 기술이, 함께 출원된 "Electromagnetic location and display system and method(제11/500,660호(출원일:2006년08월08일)이자 공개 특허 제2006/0267833호)"에 제시되어 있으며, 상기 공개 특허는 본원에서 참조로서 인용된다.

카고 컨테이너(cargo container)의 위치를 찾고, 추적 태그(tracking tag)에 센서를 포함시키기 위해 근거리장 전자기 거리 측정 기법을 적용하는 것이 본 출원인의 "Low frequency asset tag tracking system and method(제11/215,699호(출원일:2005년08월30일)로서 현재는 미국 특허 제7,414,571호(특허일:2008년08월19일))"의 주제이며, 상기 특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 모의 선량측정(simulated dosimetry) 분야로의 적용이 본 출원인의 함께 출원된 "System and method for simulated dosimetry using a RTLS(제11/897,100호(출원일:2007년08월29일)이자 공개 특허 제2008/0241805호)"의 주제이며, 상기 특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 앞서 나열된 모든 미국 특허는 본원에서 참조로서 인용된다.

근거리장 전자기 거리 측정 및 이와 연계된 기술의 한 가지 주요한 이점은, 근거리장 속성이 복잡한 전파 환경에서 정밀하고 간단한 위치탐색을 가능하게 한다는 것이다. 장파장의 저주파수 신호를 이용함으로써, 근거리장 전자기 거리 측정은, 고주파수 실내 추적 시스템에서 골칫거리인 다중경로 문제를 피한다. 일반적으로 근거리장 전자기 거리측정 시스템의 하나의 집합은, 위치가 찾아질 고정 신호기(fixed signal)를 전송하는 비동기 방식으로 동작한다. 이들 고정 신호는 추적 알고리즘에서 검출되고 사용될 수 있는 지정 개수의 속성(attribute)을 갖는다. 본 발명의 복수 상태를 이용함으로써, 근거리장 시스템은 더 복잡한 신호에서나 이용 가능한 정보를 이용할 수 있다. 다중-링크 아키텍처에서, 복수의 위치 해가 조합되어 정밀도와 신뢰도를 개선시키고, 서비스 범위(coverage)를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

근거리장 직교 송신기

도 1A는 제 1 근거리장 직교 송신기(100)를 도시하는 예시적 블록도이다. 본 출원인의 "Low frequency asset tag tracking system and method(출원 번호 11/215,699(출원일:2005년08월30일)이며 현재는 미국 특허 제7,414,571호)"에서 기재된 바와 같이, 본 발명은 저주파수 송신기 신호를 이용한 센서 데이터의 전송에 적합하다(상기 특허는 본원에서 참조로서 인용된다).

근거리장 직교 송신기(100)는 동위상(I) 및 직교위상(Q) 신호를 발생시키기 위한 수단(104)과, 제 1(I) 증폭기(106)와, 제 2(Q) 증폭기(108)와, 제 1(I) 자기 안테나(110)와, 제 2(Q) 자기 안테나(112)를 포함한다. 상기 동위상(I) 및 직교-위상(Q) 신호를 발생시키기 위한 수단(104)은 오실레이터(102), 신호 디바이더(114) 및 직교위상 편이기(quadrature shifter, 116)의 조합을 포함한다. 상기 직교위상 편이기(116)는 +90도, 또는 -90도(즉, 270도) 편이를 수행할 수 있는 것이 바람직하다. 상기 직교위상 편이기는, 위상 편이를 +90도 상태와 -90도 상태에서 스위칭하는 패턴 발생기(118)에 의해 구동된다. 상기 패턴 발생기에 의해 전달되는 패턴은 사각파이거나, 더 복잡한 패턴이나 코딩된 패턴을 표현할 수 있으며, 이는 추후 더 상세히 설명될 것이다.

하나의 대안적 실시예에서, 직교위상 편이기가 채널 I로 적용될 수 있다.

일반적으로 제 1(I) 자기 안테나(110)에 제 1 수직축(

)이 할당된다. 제 2(Q) 자기 안테나(112)에 제 2 수직축(

)이 할당되는 것이 일반적이다. 상기 제 1 수직축(

)은 상기 제 2 수직축(

)에 실질적으로 직교하도록 놓이는 것이 바람직하다. 수직으로 편파(polarize)되며,

평면에서 전방향성인 안테나 패턴을 생성하기 위해, 상기 제 1(I) 자기 안테나(110) 및 제 2(Q) 자기 안테나(112)가 동위상(I) 및 직교위상(Q) 신호를 발생시키는 수단(104)과 협업한다.

평면이 태그 운반 송신기(100)가 추적될 수 있는 영역(가령, 창고 바닥)과 동일 평면 상에 놓이도록 시스템이 구성되는 것이 일반적이다.

도 1B는 통신에 사용되는 도 1A의 근거리장 직교 송신기를 도시하는 예시적 블록도이다. 도 1B의 위상 편이기(116)는 외부 정보 소스(external information source, 120)에 의해 구동된다. 도시된 바와 같이, 정보 소스(120)는 +90도 위상 편이와 -90도 위상 편이 중 하나를 선택하는 디지털 소스이다. 또한 정보는 데이터 백색화(data whitening), 또는 암호화, 또는 에러 보정을 위해 디지털로 인코딩될 수도 있다. 또는 정보 소스(120)가 아날로그 위상 편이기(16)를 구동하기 위한 아날로그 신호를 제공할 수 있다. 하나의 실시예에서, 직교 송신기(100)는 패턴 발생기(118)를 포함하고, 정보 소스(120)로 연결되며, 위치 정보를 제공하는 기능(도 1A)과 데이터를 제공하는 기능(도 1B)을 교대로 제공할 수 있다. 대안적 실시예에서, 위치탐색과 추적 모두에 동일한 수신 데이터 비트가 사용될 수 있다. 따라서 상기 시스템은 위치탐색과 통신을 동시에 수행할 수 있다. 상기 정보 소스(120)는, 직교 송신기(100)와 함께 배치된 하나 이상의 센서(도면에 도시되지 않음)로부터의 데이터 입력에 응답하여 +90도 또는 -90도 위상 편이를 선택할 수 있다.

도 2A는 제 2 근거리장 직교 송신기(200)를 도시하는 예시적 블록도이다. 상기 제 2 근거리장 직교 송신기(200)는 직교위상 신호를 발생시키기 위한 프로세서(206)와 디지털 합성기(digital synthesizer)를 포함하고, 송신기의 배향이 제어되지 않거나 알려지지 않은 통상의 위치탐색 태그 시스템 또는 그 밖의 다른 시스템에서 요구될 때, 송신기(200)의 수직 배향을 감지하기 위한 배향 센서(orientation sensor, 202)도 포함한다. 배향 정보는 배향 양태를 정정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 송신된 신호의 위상 회전 방향을 반전시킴으로써, 뒤집힌 배향(upside down orientation)이 정정될 수 있다. 바람직한 배향 센서(202)는 가속도계(accelerometer)를 포함할 수 있다. 대안적 배향 센서로는, 진자(pendulum)나 액체 기반의 레벨 센서(level sensor), 또는 자기 센서(가령, 자기 나침반), 또는 배향을 감지하기 위한 해당 업계에 알려져 있는 그 밖의 다른 센서가 있다.

제 1 발생기(204)는 마이크로프로세서(206)와, 가속도계(202)와, 제 1(I) 오실레이터(210)와, 제 2(Q) 오실레이터(208)를 포함한다. 상기 제 1(I) 오실레이터(210)와 제 2(Q) 오실레이터(208)는, 마이크로프로세서(206)에 의해 지시되는 원하는 주파수 및 위상의 신호를 발생시킬 수 있는 직접 디지털 합성기(DDS: direct digital synthesizer)인 것이 바람직하다. 상기 가속도계(202)는 제 2 근거리장 직교 송신기(200)의 배향을 판단할 수 있는 것이 바람직하다. 명료한 설명을 위해, 패턴 발생기(118)가 마이크로프로세서(206)를 구동시키는 것으로 나타나지만, 패턴 발생기(118)는 마이크로프로세서(206) 내 하나의 프로시저로서 구현될 수 있다.

통상의 동작 중에, 마이크로프로세서(206)에 의해, 제 1(I) 오실레이터(210)와 제 2(Q) 오실레이터(208)는 각각, 동위상 신호와 직교위상 신호를 발생시킬 수 있다. 동위상 신호를 제 1(I) 자기 안테나(110)로 제공하고, 90도만큼 지연된 직교위상 신호를 제 2(Q) 자기 안테나(112)에게 제공함으로써, 수직으로 편파되며

평면에서 전방향성인 안테나 패턴이 도출된다.

도 2B는 통신에 사용되는 도 2A의 제 2 근거리장 직교 송신기를 도시하는 예시적 블록도이다. 도 2B의 송신기(201)는, 위상 편이 제어가 패턴 발생기(118)가 아닌 정보 소스(120)에 연결되어 있다는 것을 제외하고는, 도 2A의 송신기(200)와 유사하다. 따라서 정보에 의해, 송신기(201)에 의해 야기된 패턴 회전 방향 및 위상 상태가 제어될 수 있다. 신호를 복조함으로써, 상기 정보가 회복될 수 있다(이는 추후 상세히 언급할 것이다).

도 2C는 회전 패턴 H-장 신호를 발생시키기 위한 제 3 발생기(240)를 갖는 송신기(242)를 도시하는 예시적 블록도이다. 도 2C는 3 위상 발생기를 도시하며, 상기 3 위상 발생기는 하나의 프로세서(206)와, 0도, 120도 및 240도 위상 편이로 신호를 발생시키는 3개의 DDS 오실레이터(222, 224 및 226)를 포함한다. 오실레이터는 3개의 증폭기(228, 230 및 232)를 구동시키고, 상기 3개의 증폭기는 각각,

평면에서 0도, 120도 및 240도 배향의 축을 갖는 3개의 안테나(234, 236 및 238)를 구동시킨다. 패턴 발생기(18) 또는 정보 소스(120)(도면에 도시되지 않음)에 응답하여 위상이 제어된다. 위상 입력을 반전시킴으로써, 즉, 0, -120도 및 -240도로 입력함으로써, 신호의 공간적 회전 방향은 반전될 수 있다. 이와 유사한 방식으로, 근거리장 위상 상태를 발생시키기 위해 임의의 개수의 위상이 사용될 수 있다.

도 2D는 통신, 또는 위치탐색, 또는 둘 모두에 사용되기 적합한 예시적 제 4 근거리장 송신기(250)를 보여주는 예시적 블록도이다. 제 4 근거리장 송신기(250)는 제 4 발생기(247)를 포함한다. 상기 제 4 발생기(247)는 제 1(x) 오실레이터(251)와, 제 2(y) 오실레이터(252)와, 제 3(z) 오실레이터(253)를 포함한다. 상기 오실레이터(251, 252 및 253)는 3개의 증폭기(254, 255, 256)를 구동하며, 상기 3개의 증폭기(254, 255, 256)는 3개의 상호 직교하는 안테나(257, 258 및 259)를 구동시킨다. 마이크로프로세서(206)는 패턴 발생기(118) 또는 정보 소스(120)(도면에 도시되어 있지 않음)에 응답하여 오실레이터(251, 252 및 253)를 제어한다. 제 1(x) 안테나(257)와 제 2(y) 안테나(258)는 자기 안테나이며, 제 3(z) 안테나(259)는 전기 안테나이다. 상기 예시적 제 4 근거리장 송신기(250)는 다양한 유용한 위상 상태를 발생시킬 수 있다. RF 여기(RF excitation)의 각각의 주기 또는 순환기 동안 임의의 특정 장의 성분의 위상이 360도로 진전할지라도, 본 발명의 발명자는 송신기의 근거리장에는 확실한 안정적인 위상 관계가 존재함을 발견했다. 이들 위상 관계는 수신기에 대한 근거리장 송신기의 위치, 또는 근거리장 송신기에 대한 수신기의 위치를 획득하기에 적합하다. 덧붙이자면, 근거리장 송신기(가령, 근거리장 송신기(250))에 의해 발생된 위상 상태는 방위

평면에서의 근거리장 송신기의 배향에 독립적일 수 있다. “위상 상태(phase state)”는, 송신기의 존재로 인한 수신기에 대한 위상 관계의 특정 공간적 패턴이다. 위상 상태는 도 6A-F 및 도 7-15에서 더 상세히 정의될 것이다.

예를 들어, 전기장 성분과 자기장 성분은, 근거리장 송신기 근처에서 서로 90도만큼 위상 차이를 가지며, 3분의 1 파장 내지 2분의 1 파장만큼 떨어진 곳에서 서로의 위상이 수렴한다. 이러한 위상 관계는 거리(range), 또는 더 일반적으로는 위치 데이터를 산출하기 위해 사용될 수 있다. 본 출원인의 미국 특허 제6,963,301호는 위치 정보를 획득하기 위해 위상 관계 및 그 밖의 다른 근거리장 위상과 진폭 관계를 이용하는 시스템과 방법을 최초로 기재하고 있다. 본 발명은, 위치탐색, 또는 통신, 또는 둘 모두를 목적으로 복수의 위상 상태를 이용하기 위한 시스템 및 방법을 공개하고 있다. 상기 예시적 제 4 근거리장 송신기(250)는 다양한 위상 상태들을 생성할 수 있으며, 이들 위상 상태 중 몇 가지가 지금부터 설명될 것이다.

제 1 위상 상태에서, 마이크로프로세서(206)는 제 3(z) 오실레이터(253)와 제 3(z) 증폭기(256)를 비활성화시켜서, 제 3 안테나(259)가 근거리장 상태에 기여하지 않도록 한다. 마이크로프로세서(206)에 의해, 제 1(x) 오실레이터(251)와 제 2(y) 오실레이터(252)가 서로 직교위상으로 동작할 수 있으며, 이때, 상기 제 1(x) 오실레이터(251)가 제 2(y) 오실레이터(252)보다 실질적으로 90도의 위상 차이만큼 선행한다.

제 2 위상 상태에서, 마이크로프로세서(206)가 제 3(z) 오실레이터(253)와 제 3(z) 증폭기(256)를 비활성화시켜서, 제 3 안테나(259)가 근거리장 위상 상태에 기여하지 않도록 한다. 마이크로프로세서(206)에 의해, 제 1(x) 오실레이터(251)와 제 2(y) 오실레이터(252)는 서로 직교위상으로 동작할 수 있으며, 이때, 상기 제 1(x) 오실레이터(251)는 제 2(y) 오실레이터(252)보다 실질적으로 90도의 위상 차이만큼 후행한다.

제 3 위상 상태에서, 마이크로프로세서(206)는 제 1(x) 오실레이터(251)와 제 2(y) 오실레이터(252)를 비활성화시켜서, 제 1(x) 안테나(257)와 제 2(y) 안테나(258)가 근거리장 위상 상태에 기여하지 않도록 한다. 마이크로프로세서(206)에 의해, 제 3(z) 오실레이터(253)와 제 3(z) 증폭기(256)가 제 3 안테나(259)를 구동시킬 수 있다. 이 제 3 위상 상태는 본 출원인의 미국 특허 제6,963,301호에 상세히 기재되어 있는 바와 본질적으로 유사하다.

제 4 위상 상태에서, 마이크로프로세서(206)는 제 3(z) 오실레이터(253)와 제 3(z) 증폭기(256)를 활성화시켜서, 제 3 안테나(259)가 근거리장 위상 상태에 기여하도록 한다. 마이크로프로세서(206)에 의해, 제 1(x) 오실레이터(251)와 제 2(y) 오실레이터(252)가 서로 직교위상으로 동작할 수 있으며, 이때 상기 제 1(x) 오실레이터(251)는 제 2(y) 오실레이터(252)보다 실질적으로 90도의 위상 차이만큼 선행한다.

제 5 위상 상태에서, 마이크로프로세서(206)는 제 3(z) 오실레이터(253)와 제 3(z) 증폭기(256)를 활성화시켜서, 제 3 안테나(259)가 근거리장 위상 상태에 기여하도록 한다. 마이크로프로세서(206)에 의해, 제 1(x) 오실레이터(251)와 제 2(y) 오실레이터(252)는 서로 직교위상으로 동작할 수 있으며, 이때, 상기 제 1(x) 오실레이터(251)는 제 2(y) 오실레이터(252)보다 실질적으로 90도의 위상 차이만큼 후행한다.

이들 5개의 위상 상태는 전기 및 자기 쌍극자 모멘트의 몇 가지 가능한 조합을 제시하여, 위치탐색과 통신에 유용할 수 있는 위상 패턴을 발생시킬 수 있다. 이들 예시적 위상 상태는 수직 편파 신호의 원리를 설명하기 위한 의도로 선택되었다. 이는 수직 편파 신호가 수평 편파 신호에 비해 더 우수한 전파를 겪는 경향이 있기 때문이다. 또 다른 실시예를 들자면, 예를 들어, 실질적으로 수평으로 편파된 신호를 발생시키기 위해, 자기 안테나(257 및 258)가 전기 안테나로 대체될 수 있다. 본원에서 추가적인 위상 상태가 제공될 것이다.

덧붙이자면, 이들 5개의 위상 상태는, 본 출원인의 통신 및 위치탐색을 위한 복수 상태 근거리장 전자기 시스템 및 방법을 성공적으로 구현함에 있어 필수적인 것은 아니다. 간단히 말하자면, 이들 위상 상태의 부분 집합이 사용될 수 있다. 실제로, 하나의 바람직한 실시예에서, 제 1 위상 상태와 제 2 위상 상태만 사용된다.

도 2E는 통신, 또는 위치탐색, 또는 둘 모두에 적합한 제 5 근거리장 송신기(260)를 보여주는 예시적 블록도이다. 상기 대안적 제 5 근거리장 송신기(260)는 대안적 제 2 발생기(271)를 포함하며, 상기 제 2 발생기(271)는 동위상(I) 신호 및 직교위상(Q) 신호(210, 208)를 발생시키기 위한 수단을 제공한다. 상기 대안적 제 2 발생기(271)는 가속도계(202)와, 마이크로프로세서(206)와, 제 1(x축) 오실레이터(261)와, 제 2(y축) 오실레이터(262)와, 제 3(z축) 오실레이터(263)를 포함한다. 대안적 제 5 근거리장 송신기(260)는 제 1 파워 증폭기(261) 및 제 1(x) 자기 안테나(267)와, 제 2 파워 증폭기(265) 및 제 2(y) 자기 안테나(268)와, 제 3 파워 증폭기(266) 및 제 3(z) 자기 안테나(269)를 더 포함하며, 이때, 각각의 자기 안테나의 법선은 그들의 좌표축과 정렬되는 것이 일반적이다. 바람직한 하나의 실시예에서, 대안적 제 2 발생기(271)는 동위상(I) 신호와 직교위상(Q) 신호를 생성한다. 대안적 실시예에서, 대안적 제 2 발생기(271)가 서로 다른 신호 구성을 생성할 수 있다.

가속도계(202)에 의해, 대안적 제 5 근거리장 송신기(260)의 배향이 결정되고, 마이크로프로세서(206)가 3개의 오실레이터 중 구동될 2개의 오실레이터를 선택할 뿐 아니라, 축(

,

및

)이 축(

,

및

)에 대해 임의의 배향까지로 회전된 경우라도, 적정한 제 1 상태 또는 제 2 상태 응답을 발생시키기 위한 적정한 위상 관계를 선택할 수 있다.

마이크로프로세서가, 수직축에 가까운 법선을 갖는 안테나를 여기시키기 위해 상기 가속도계로부터의 배향 데이터를 이용하는 경우, 추가적인 제 6 위상 상태가 가능하다. 이러한 수평 편파 상태는 전파되지 않으며, 2개의 수직 편파된 상태가 추적에 적합한 고유의 위상 특성을 가질 것이다.

F-장 안테나가

및

배향되어 있는 하나의 실시예에서,

축에 대한

축의 배향을 감지하기 위해 가속도계가 배치될 수 있다. (또는, 상하 센싱(up-down sensing)만 수행하는 기울기 센서(tilt sensor), 가령, 진자나 액체 수위 기반 센서가 사용될 수 있다.)

축 가속도가 양수일 때, 즉, 0 내지 1의 g 가속도일 때, 상기 안테나는 보통 상태(즉, 상태 1이 +90도 위상 편이이고, 상태 2가 -90도 위상 편이)에서 여기된다.

축 가속도가 음수일 때, 즉, 0 내지 -1의 g 가속도일 때, 상기 안테나는 역 상태(즉, 상태 1이 -90도 위상 편이이고, 상태 2가 90도 위상 편이)에서 여기된다. 따라서 장치가 뒤집힐 때, 몸체 센스 방향(body sense direction)에서의 회전의 방향이 반전되어, 지구 센스 방향(earth sense direction)에서 동일한 방향을 유지할 수 있다.

수직

지구 감지 축을 중심으로 하는 올바른 회전 방향을 유지하기 위해, 각각의 안테나에 도 2E에서 도시되는 바와 같은 제 3 상호 직교 H-장 안테나를 추가하고, 가변 진폭 및 위상 드라이브를 이용함으로써, 본 발명의 개념이 다듬어 질 수 있다. 이러한 레벨 정정 시스템용으로, 3축 수직 센서(3 axis vertical sensor)가 바람직하다.

도 3A는 근거리장 송신기로부터의 제 1 순간 안테나 패턴(301)을 도시한다. 화살표(306)는 전기장 배향, 또는 편파를 표시한다. 제 1 순간 안테나 패턴(301)은

축에 정렬되는 법선을 갖는 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 1 안테나(257))의 특성이다.

도 3B는 근거리장 송신기로부터의 제 2 순간 안테나 패턴(302)을 도시한다. 제 2 순간 안테나 패턴(302)은

축에 정렬되는 법선을 갖는 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 2 안테나(258))의 특성이다.

도 3C는 근거리장 송신기로부터의 제 3 순간 안테나 패턴(303)을 도시한다. 상기 제 3 순간 안테나 패턴(303)은 축

를 중심으로 우수(right-handed) 방향, 즉, 반시계 방향으로 회전한다. 제 3 순간 안테나 패턴(303)은 제 1 위상 상태의 특징이며, 상기 제 1 위상 상태에서,

축에 정렬된 법선을 갖는 제 1 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 1 안테나(257))와

축에 정렬된 법선을 갖는 제 2 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 2 안테나(258))가 직교위상으로 구동되고, 제 1 안테나(257)로 제공되는 신호가 제 2 안테나(258)에 제공되는 직교위상 신호(+Q)보다 선행한다. 제 1(x) 자기 안테나(257)에 제공되는 I 신호는 sin ωt에 비례하는 시간 종속도를 갖고, 제 2(y) 자기 안테나(258)에 제공되는 +Q 신호는 cos ωt에 비례하는 시간 종속도를 가질 수 있으며, 여기서 ω=2πf는 각주파수(angular frequency)이고, f는 특성 RF 주파수이다.

도 3D는 근거리장 송신기로부터의 제 4 순간 안테나 패턴(304)을 도시한다. 제 4 순간 안테나 패턴(304)은 축

를 중심으로 좌수(left-handed) 방향, 즉 시계방향으로 회전한다. 상기 제 4 순간 안테나 패턴(304)은 제 2 위상 상태의 특성이며, 상기 제 2 위상 상태에서,

축에 정렬되는 법선을 갖는 제 1 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 1 안테나(257))와,

축에 정렬되는 법선을 갖는 제 2 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 2 안테나(258))가 직교위상으로 구동되며, 이때, 제 1 안테나(257)에 제공되는 동위상 신호(I)는 제 2 안테나(258)에 제공되는 직교위상 신호(-Q)보다 후행한다. 상기 제 2(y) 자기 안테나(258)에 제공되는 -Q 신호는 cos ωt에 비례하는 시간 종속도를 가질 수 있다.

도 3E는 근거리장 송신기로부터의 제 5 순간 안테나 패턴(305)을 도시한다. 제 5 순간 안테나 패턴(305)은

축에 대략 정렬된 전기 안테나(가령, 도 2D의 제 3 안테나(259))의 특성이다. 안테나 패턴(305)은 제 3 위상 상태의 특성이다.

도 3F는 근거리장 송신기로부터의 제 6 순간 안테나 패턴(306)을 도시한다. 제 6 순간 안테나 패턴(306)은 “심장형 패턴(cardioid pattern)”이며, 도 3E의 제 5 순간 안테나 패턴(305)과 도 3A의 제 1 순간 안테나 패턴(301)의 중첩의 특징이다.

축에 대략 정렬하는 법선을 갖는 전기 안테나(가령, 도 2D의 제 3 안테나(259))와

축에 대략 정렬하는 법선을 갖는 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 1 안테나(257))가 모두, 동위상 응답과 적정한 진폭을 갖도록 여기된다면, 그 결과는 심장형 패턴(306)이다.

도 3G는 근거리장 송신기로부터의 제 7 순간 안테나 패턴(307)을 도시한다. 제 7 순간 안테나 패턴(307)은

축을 중심으로 우수(right-handed) 방향, 즉, 반시계 방향으로 회전한다. 제 7 순간 안테나 패턴(307)은 제 4 위상 상태의 특성이며, 상기 제 4 위상 상태에서,

축에 대략 정렬된 법선을 갖는 제 1 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 1 안테나(257))와

축에 대략 정렬된 법선을 갖는 제 2 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 2 안테나(258))가 직교위상으로 구동되며, 이때, 제 1 안테나(257)에 제공되는 신호는 제 2 안테나(258)에 제공되는 직교위상 신호(+Q)를 선행한다. 동시에,

축에 대략 정렬되는 법선을 갖는 제 3 전기 안테나(가령, 도 2D의 제 3 안테나)가 동일한 주파수에서 신호를 발생시킨다.

도 3H는 근거리장 송신기로부터의 제 8 순간 안테나 패턴(308)을 도시한다. 상기 제 8 순간 안테나 패턴(308)은

축을 중심으로 좌수(left-handed) 방향, 즉, 시계방향으로 회전한다. 제 8 순간 안테나 패턴(308)은 제 5 위상 상태의 특성이며, 상기 제 5 위상 상태에서,

축에 대략 정렬되는 법선을 갖는 제 1 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 1 안테나(257))와,

축에 대략 정렬되는 법선을 갖는 제 2 자기 안테나(가령, 도 2D의 제 2 안테나(258))가 직교위상으로 동작하며, 제 1 안테나(257)에 제공되는 신호는 제 2 안테나(258)에 제공되는 직교위상 신호(-Q)를 후행한다. 동시에

축에 대략 정렬된 법선을 갖는 제 3 전기 안테나(가령, 도 2D의 제 3 안테나)가 동일한 주파수에서 신호를 발생시킨다.

도 3I는 근거리장 송신기로부터의 제 9 순간 안테나 패턴(309)을 도시한다. 제 9 순간 안테나 패턴(309)은

축에 대략 정렬된 법선을 갖는 자기 안테나(가령 도 2D의 제 3 안테나(259))의 특징이다. 안테나 패턴(305)은 제 6 위상 상태의 특징이다.

설명의 편의를 위해 도 3A-3I에 도시된 패턴들은 유효 원거리장 패턴이며, 근거리장 행태의 미묘한 차이를 모두 반영한 것은 아니다. 예를 들어, 원거리장 행태에서 보통은 무시해도 좋은 방사장 성분(radial field component)이 존재할 것이다. 따라서 다양한 위상 상태를 설명하기 위한 목적으로 도 3A-3I의 패턴이 제공되었으며, 관련 근거리장 행태를 완전히 묘사하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다. 추후 관련 근거리장 행태가 위상 상태의 부분 집합에 대해 설명될 것이다.

본 발명의 발명자는 근거리장 직교위상 송신기(가령, 근거리장 직교위상 송신기(100))에 의해 발생된 위상 관계는, 어느 채널이 나머지 채널에 대해 90도만큼 지연되는지에 따라 달라짐을 발견했다. 제 1 상태와 제 2 상태 모두에서, 최종 안테나 패턴은 수직으로 편파되고,

평면에서 전방향성이도록 유지된다. 그러나 원격 수신기에서 인지 가능한 특정 신호 위상 관계는, 수신기로부터의 거리 및 방향, 그리고 송신된 위상 회전 방향 상태를 바탕으로 변할 것이다.

I 및 Q 신호의 감지를 교번시킴으로써 제 1 상태에서 제 2 상태로의 전이, 또는 그 반대의 전이가 야기될 수 있다. 마찬가지로, I 신호가 동위상으로 고정될 수 있으며, ±90도의 위상 오프셋을 교번시킴으로써, 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 교번하는 Q 신호에 이진 위상 편이 키잉(BPSK: binary phase shift keying) 변조가 적용될 수 있다. 또한, 근거리장 직교위상 송신기(가령, 제 2 근거리장 직교위상 송신기(200))가 반전되면, 즉 뒤집혀지면, 제 1 상태와 제 2 상태 간의 전이가 발생할 것이다. 가속도계(202)는 이러한 반전된 배향을 판단할 수 있고, 마이크로프로세서가 근거리장 직교위상 송신기(가령, 제 2 근거리장 직교위상 송신기(200))의 배향에 적절한 직교위상 신호를 발생시키도록 할 수 있다.

변조 방식을 알맞게 선택함으로써, 원격 수신기는, 배향에 관계없이 2개의 상태 중 근거리장 직교위상 송신기가 전송하는 상태가 어는 것인지를 판별할 수 있다. 예를 들어, 특정 송신 주기에서, 근거리장 직교위상 송신기는 상기 송신 주기의 8분의 1 동안 제 1 상태에서 송신하고, 송신 주기의 4분의 1 동안 제2 상태에서 송신하고, 송신 주기의 8분의 3 동안 제 1 상태로 송신하며, 송신 주기의 8분의 1 동안 제 2 상태로 송신할 수 있다. 원격 수신기는 1-2-3-2 패턴의 타이밍을 검사하고, 수신이 비동기 방식이고 수신기가 임의의 시점에서 시퀀스의 수신을 시작하는 경우라도, (동일한 송신 주기를 갖는) 제 2 상태에서, (동일하지 않은 송신 주기를 갖는) 제 1 상태를 구별해낼 수 있다.

본원의 몇 가지 예시에서의 축 및 아키텍처의 선택은 단일 평면(가령, 하나의 층을 갖는 건물이나 창고, 또는 지면 위의 외부 공간)에서의 거리 측정의 통상의 적용과 관련된다. 따라서 1차 관심은 2D 위치탐색이며, 송신기 좌표 축(

,

)이 지면에 대해 수평면에 놓이며, 송신기 좌표 축

은 수직 지축에 실질적으로 평행이다. 그러나 본 발명은 2개의 직교하는 평면에서 2D 위치탐색을 이용함으로써, 3D 위치탐색에 적응될 수 있다. 축 및 안테나를 비-수평면에 순응하도록 회전시킴으로써, 비-수평면에서의 2D 위치탐색이 이뤄질 수 있다.

도 4A는 대표적인 동위상 신호(I)를 나타낸다. 상기 I 신호는 sin ωt에 비례하는 시간 종속도를 가질 수 있다(이때, ω=2πf는 각주파수이고, f는 특성 RF 주파수이다). 도 4A의 수평축은 주기 단위의 시간을 나타내고, 수직축은 정규화된 진폭을 나타낸다.

도 4B는 대표적인 직교위상 신호(+Q)를 나타낸다. 상기 +Q 신호는 동위상 신호보다 선행한다. 따라서 상기 +Q 신호는 cos ωt에 비례하는 시간 종속도를 가질 수 있다. 도 4B의 수평축은 주기 단위의 시간을 나타내고, 수직축은 정규화된 진폭을 나타낸다.

도 4C는 대표적인 직교 위상 신호(-Q)를 나타낸다. -Q 신호는 동위상 신호보다 후행한다. 따라서 상기 -Q 신호는 -cos ωt에 비례하는 시간 종속도를 가질 수 있다. 도 4C의 수평축은 주기 단위의 시간을 나타내고, 수직축은 정규화된 진폭을 나타낸다.

근거리장 위치탐색기 수신기

도 5는 복수의 위치탐색기의 위치탐색 시스템의 경우에서의 근거리장 위치탐색기 수신기의 세부사항을 나타내는 바람직한 실시예의 예시적 블록도이다. 상기 위치탐색기 시스템은 하나의 위치가 찾아질 송신기(200)와 중앙 프로세서(532)와 통신하는 3개의 위치탐색기 수신기(502, 530 및 534)를 보여주며, 상기 중앙 프로세서(532)는 상기 위치탐색기(502, 530 및 534)로부터의 모든 정보를 조합한다. 제 1 근거리장 위치탐색기 수신기(502)가 자세하게 도시되어 있다. 상기 수신기(502)는 제 1 자기(A 안테나) 수신 안테나(506)와, 전기(B 안테나) 수신 안테나(508)와, 제 2 자기(C 안테나) 수신 안테나(510)와, 제 1(A) 수신기(512)와, 제 2(B) 수신기(514)와, 제 3(C) 수신기(516)와, 제 1(AB) 위상 비교기(518)와, 제 2(AC) 위상 비교기(520)와, 제 3(BC) 위상 비교기(522)와, 마이크로프로세서(526)와, 통신 인터페이스(528)를 포함한다.

제 1(A) 자기 수신 안테나(506)의 법선축은 대략 제 1 수신 법선축

에 정렬된다. 제 2(C) 자기 수신 안테나(510)의 법선축은 대략 제 2 수신 법선축

에 정렬된다. 제 1 수신 법선축

은 상기 제 2 법선축

에 실질적으로 직교하여 놓이는 것이 바람직하다. 전기(B) 수신 안테나(508)는 대략 수직 수신 축

을 따라 배향되어 있다. 수직 수신 축

은 대략 제 1 수신 법선축

과 제 2 수신 법선 축

모두에 직교하여 놓이는 것이 바람직하다. 제 1(A) 수신기(512)는 제 1(A) 자기 수신 안테나(506)로부터 제 1 자기장 신호를 수신한다. 제 3(C) 수신기(516)는 제 2(C) 자기 수신 안테나(510)로부터 제 2 자기장 신호를 수신한다.

도 5의 바람직한 실시예는 서로 수직관계인 축들을 도시한다. 그러나 그 밖의 다른 각도가 적용될 수도 있다. 예를 들어, 자기 안테나(506 및 510)는 90도의 각도를 대신해 60도 각도를 두고 위치할 수 있다. 그 후, 위치 해가 안테나의 실제 각도를 고려한다. 따라서 실질적으로 법선방향의 성분을 갖는 임의의 각도는 어느 정도 효과가 있을 것이다. 일반적으로, 각도는 30도 이상이어야 하고, 45도 또는 60도인 것이 더 바람직하며, 90도가 선호된다. 일반적으로 각도가 90도에서 벗어남에 따라, 정밀도와 서비스 범위의 손실이 존재한다. 극단적으로, 하나의 H-장 안테나만 사용될 수 있다. 마찬가지로, 통상, 전기장 안테나는 각각의 자기 안테나와 30도 이상을 이뤄야 하고, 45도 또는 60도를 이루는 것이 더 바람직하며, 90도를 이루는 것이 선호된다.

제 1(AB) 위상 비교기(518)는 제 1(A) 수신기(512)로부터의 제 1 자기장 신호를 제 2(B) 수신기(514)로부터의 전기장 신호에 비교하여, AB 위상 차이를 판단할 수 있다. 제 2(AC) 위상 비교기(520)는 제 1(A) 수신기(512)로부터의 제 1 자기장 신호를 제 3(C) 수신기(516)로부터의 제 2 자기장 신호에 비교하여, AC 위상 차이를 판단할 수 있다. 제 3(BC) 위상 비교기(522)는 제 2(B) 수신기(514)로부터의 전기장 신호를 제 3(C) 수신기(516)로부터의 제 2 자기장 신호에 비교하여, BC 위상 차이를 판단할 수 있다. 상기 제 1(AB) 위상 비교기(518)와, 제 2(AC) 위상 비교기(520)와, 제 3(BC) 위상 비교기(522)는, 각각의 위상 차이를 마이크로프로세서(526)에게 전달한다. 상기 마이크로프로세서(526)는 각각의 위상 차이를 기록하고 서로 다른 위상 차이 상태를 구별할 수 있다(이는 추후 상세히 설명될 것이다). 대안적 실시예에서, 마이크로프로세서(526)는 제 1(A) 수신기(512), 제 2(B) 수신기(514) 및 제 3(c) 수신기(516)로부터의 신호의 타이밍을 정밀하게 정함으로써, 위상 비교기의 기능을 포함시킬 수 있다. 상기 마이크로프로세서(526)는 통신 인터페이스(528)를 매개로 중앙 마이크로프로세서(532)에 결과를 전달할 수 있다. 상기 통신 인터페이스(528)는 무선 인터페이스(즉, ZigBee, WiFi, 또는 그 밖의 다른 무선 링크), 또는 직접 인터페이스(즉, 이더넷, 직렬 링크, 또는 그 밖의 다른 직접 링크)일 수 있다.

중앙 마이크로프로세서(532)는 제 1 근거리장 위치탐색기 수신기(502)와 그 밖의 다른 근거리장 위치탐색기 수신기(가령, 제 2 근거리장 위치탐색기 수신기(530) 및 제 3 근거리장 위치탐색기 수신기(534))로부터 데이터를 수신한다. 그 후, 상기 중앙 마이크로프로세서(532)는 본원에서 공개된 바와 같은 근거리장 전자기 거리 측정의 원리를 이용하여 근거리장 직교위상 송신기(200)의 위치를 판단할 수 있다.

근거리장 직교위상 송신기(200)와 연계된 좌표 축

,

및

은 종종, 근거리장 위치탐색기 수신기(502)와 연계된 좌표 축

,

및

과 평행하지 않는다. 하나의 바람직한 실시예에서, 송신기 축

및

를 포함하는 평면이 수신기 축

및

를 포함하는 평면과 대략 동평면 상에 있어야 한다. 마찬가지로, 하나의 바람직한 실시예에서, 송신기 수직 축

은 수신기 수직 축

과 실질적으로 평행해야 한다. 근거리장 직교위상 송신기(200)가 좌표 축

,

및

에 대해 임의의 배향으로 놓여 있다면, 그 후, 배향 센서(202)가 배향을 판단 및 보상하여, 축

과 축

이 실질적으로 평행하고, 축

및

를 포함하는 평면이 축

및

를 포함하는 평면과 동평면 상에 있는 경우 기대되는 패턴에 거의 상응하는 유효 근거리장 패턴을 생성할 수 있다.

근거리장 직교위상 송신기의 위상 관계

도 6A 내지 도 6F는 하나의 바람직한 실시예에서 근거리장 위치탐색기 수신기(502)에 의해 수신될 송신기 위치의 함수로서의 다양한 위상 차이 등고선의 도표를 제공한다. 이들 위상 차이 등고선은 위상 상태를 설명한다. “위상 상태”는 송신기(200)의 존재로 인한 수신기(502)에 대한 위상 관계의 특정 공간 패턴을 의미한다. 근거리장 위치탐색기 수신기(502)는 위상 도표의 영점(origin)에 놓여있으며, 위상 등고선은, 평면 내 해당하는 위치에 존재하는 송신기(200)로 인해 영점에서 수신기(02)에 의해 검출될 위상 차이의 크기를 설명한다.

도 6A-6F의 도표들은 서로 더 잘 비교하기 위해 하나의 페이지에서 도시된다. 상기 도표들이 세부사항을 위해 그리고 각각의 도표에 대한 위상각을 보여주기 위해 도 7-15에서 단독으로 도시된다.

도 6A-6F 및 도 7-15에 대한 방정식은 이하에서와 같이 유도된다. x-정렬된 자기 안테나(110)가 sin ωt에 비례하는 시간 종속도를 갖는다고 가정한다. 또한 y-정렬된 자기 안테나(112)는 cos ωt에 비례하는 시간 종속도를 갖는다고 가정한다. x-정렬된 자기 안테나(110)와 연계된 E-장은,

방정식(1):

이며,

방정식(2):

일 것이며, 이때, m₀는 자기 쌍극자 모멘트이고, k=2π/λ는 파수(wave number)이며, c는 빛의 속도이고, r, θ 및 φ은 우수 좌표계(right handed coordinate system)에서의 일반적인 구면좌표이며, 이때 φ는 +

축에서 측정된다. y-정렬된 자기 안테나(112)와 연계되는 E-장은,

방정식(3):

일 것이고,

방정식(4):

이다.

축

와

이 평행하다고 가정하고, 근거리장 직교위상 송신기(200)가 축

와

를 포함하는 평면상에서 극좌표(r, α)에 놓인다고 추정하자. 그렇다면, 위상 차이는,

방정식(5):

및

방정식(6):

에 의해 주어질 것이다.

도 6A는 근거리장 직교위상 송신기(200)가 제 1 상태일 때, 근거리장 위치탐색기 수신기(502) 근방에서의 Δφ_BC에 대한 위상 차이 등고선의 도표를, 축

와

을 포함하는 평면 내 근거리장 직교위상 송신기(200)의 위치의 함수로서 제시한다. Δφ_BC는 전기장 신호와 제 2 자기장 신호의 위상의 차이이다. 아크-코탄젠트 함수는 π 라디안, 즉 180도의 범위에 대해서만 정의되기 때문에, 방정식(5) 및 방정식(6)에서의 위상 델타 관계는 불명료함(ambiguity)을 초래한다. 이러한 관계 모두를 도표로 나타낼 때, 이들 관계를 전체 2π 라디안, 즉 360도에 걸쳐 확장하도록 브랜치 컷(branch cut)에 주의할 것이 요구된다. 본 발명의 발명자는 측정된 데이터, 또는 이들 시나리오의 모멘트법 시뮬레이션(method-of-moment simulation)의 결과에 비교함으로써, 불명료함이 유용하게 해결할 수 있음을 발견했다.

도 6B는 근거리장 직교위상 송신기(200)가 제 1 상태일 때, 근거리장 위치탐색기 수신기(502) 근방에서의 Δφ_AB에 대한 위상 차이 등고선의 도표를, 축

와

을 포함하는 평면 내 근거리장 직교위상 송신기(200)의 위치의 함수로서 제시한다. Δφ_AB는 제 1 자기장 신호와 전기장 신호의 위상 차이이다. 도 6A와 6B는 제 1 위상 상태의 특성이다.

도 6C는 근거리장 직교위상 송신기(200)가 제 2 상태일 때, 근거리장 위치탐색기 수신기(502) 근방에서의 Δφ_BC에 대한 위상 차이 등고선의 도표를, 축

와

을 포함하는 평면 내 근거리장 직교위상 송신기(200)의 위치의 함수로서 제시한다. Δφ_BC는 전기장 신호와 제 2 자기장 신호의 위상 차이이다.

도 6D는 근거리장 직교위상 송신기(200)가 제 2 상태일 때, 근거리장 위치탐색기 수신기(502) 근방에서의 Δφ_AB에 대한 위상 차이 등고선의 도표를, 축

와

을 포함하는 평면 내 근거리장 직교위상 송신기(200)의 위치의 함수로서 제시한다. 근거리장 위치탐색기 수신기(502)에서 검출된 위상 차이의 나선형 공간 종속도(spatial dependence)의 방향(sense)은 제 1 상태와 제 2 상태 간에서 변경된다. Δφ_AB는 제 1 자기장 신호와 전기장 신호의 위상 차이이다. 도 6C와 6D는 제 2 위상 상태의 특성이다.

도 6E는 도 6A와 도 6B를 중첩한 것이다. 제 1 상태에 대한 최종 위상 등고선은 근거리장 위치탐색기 수신기(502)의 약 λ/2π 내에서 근거리장 직교위상 송신기(200)의 매우 정밀한 방향 찾기를 가능하게 하고, 약 λ/2π 이상의 범위에 대해서는 덜 정밀한 방향 찾기를 가능하게 한다.

도 6F는 도 6C와 도 6D를 중첩한 것이다. 제 2 상태에 대한 최종 위상 등고선은 근거리장 수신기(502)의 약 λ/2π 내에서 근거리장 직교위상 송신기(200)의 매우 정밀한 방향 찾기를 가능하게 하며, 약 λ/2π 이상의 범위에 대해서는 덜 정밀한 방향 찾기를 가능하게 한다. λ/2 또는 λ 밖에서 등고선이 유용한 정보를 제공할 수 있다.

도 7 내지 도 15는 하나의 바람직한 실시예에서 기준 축

와

의 수신기 프레임에서의 위상 차이 vs. x-y 위치의 상세한 도표이다.

및

축 스케일은 파수이다. 즉, 1.5라디안의 풀 스케일이 특성 주파수의 약 4분의 1의 길이이다. 도면은 다양한 위상 차이 쌍에 대한 일정한 위상 차이 자취 도표를 나타낸다. 2개의 문자와 하나의 숫자를 포함하는 표기가 도시된 위상을 나타낸다. "A"와 "C"는 각각의 자기 안테나를 나타낸다. "B"는 전기 안테나를 나타낸다. "1"과 "2"는 각각 위상 상태 1과 위상 상태 2를 나타낸다. 따라서 도 7에서의 표기 "AB1"은 상기 도 7의 도표가 위상 상태 1에 대한, 전기 안테나 신호 위상에 대한 "A" 자기 안테나의 신호 위상의 차이에 대한 것임을 나타낸다. 위상각 차이의 도표는 15도 증분마다 그려진다. 30도 증분이 표기된다. 도 7-10은 전기 위상에 대한 자기 위상의 차이를 나타낸다. 도 9 및 12는 앞서 언급된 도표 중 2개를 겹친 것을 나타낸다. 도 13 및 14는 각각, 위상 회전 방향 상태 1 및 2에 대한, 자기 "C" 안테나 위상에 대한 자기 "A" 안테나 위상의 차이를 나타낸다. 도표에 위상 차이 값이 표기되어 있다. 위상 회전 방향 상태 1의 위상 차이는 모두 180도 이하이며, 모든 위상 회전 방향 상태 2의 위상 차이는 모두 180도 이상이다. 따라서 자기에 대한 자기 위상 차이, 즉 AC 위상 차이가 홀로 사용되어, 위상 회전 상태를 디코딩할 수 있다. 이 정보는, 측정치에 상태 값을 할당하기 위해 사용될 수 있거나, 회전 상태를 변조함으로써 전달된 데이터를 복조하기 위해 사용될 수 있다.

위치 결정 프로세스

도 16은 본 발명에 따르는 예시적 위치 결정 프로세스를 도시한다. 단계(1602)에서 시작해, 단계(1604)로 진행하여, 송신기가 근거리장 송신기 근방에서 위치탐색기-수신기를 위한 둘 이상의 근거리장 위상 상태를 발생시키는 신호 시퀀스를 송신한다. 각각의 상태가 주어진 시 간격 동안 송신되며, 수신기가 수신 받은 상태가 어는 것인지 판단하는 것을 보조하기 위해, 상태가 패턴 발생기에 따르는 스케줄대로 송신될 수도 있다.

단계(1606)에서, 신호 시퀀스가 수신되고, 각각의 상태에 대하여 송신된 신호의 2개의 수신된 성분 간의 위상 차이가 측정된다. 속성은, E-장과 각각의 H-장에 의해 수신된 신호, 또는 2개의 H-장에 의해 수신된 신호의 위상 또는 진폭을 포함할 수 있다.

단계(1608)에서, 위상 또는 진폭 측정치가 각각의 상태와 적합하게 연계될 수 있도록 상태 결정법에 따라 각각의 상태에 대한 시 간격이 결정된다.

많은 예시적 방법에 의해 상태 결정이 이뤄질 수 있으며, 상기 방법의 예로는, 독립적인 시그널링에 의한 동기화, 상태 변화로 인한 근거리장 신호의 변조 관찰, 동기화 패턴의 송신, 각각의 상태를 식별하기 위한 비대칭형 상태 변화 스케줄 사용, 또는 그 밖의 다른 신호를 동기화시키기 위한 통신 분야에서 공지된 방법이 있다. 또한 위상 상태를 디코딩하기 위해 자기 신호 간의 위상 비교가 사용될 수도 있다.

단계(1610)에서, 각각의 송신 상태에 대해 근거리장 신호 속성이 측정되면, 측정된 연립 조건(simultaneous condition)을 가장 잘 만족시키는 위치를 찾음으로써, 위치가 결정된다. 하나의 실시예에서, 연립 해를 찾기 위해, 방정식(1), 방정식(2) 및 도 6A-6F의 도표가 사용될 수 있다. 도 17 및 도 18을 참조하여, 예시적 위치 해가 설명될 것이다.

도 17은 도 6A에서 도시된 바 있는 일정한 위상각 선을, 위상각 값을 포함하여 더 상세히 도시한다.

도 18은 도 6A, 도 6C, 도 10 및 도 8의 E-장 방정식 도표를 이용한 예시적 위치 해의 도표를 도시한다. 도 6C 및 도 8은 상태 1에서의 제 2 자기 위상에 대한 전기 위상(BC1) 도표를 도시한다. 도 6A 및 도 10은 상태 2에서의 제 2 자기 위상에 대한 전기 위상(BC2) 도표를 도시한다.

도 18의 위치 해는, 120도의 송신기 상태 1에서의 (BC1) 자기에 대한 전기 신호 2의 위상 델타(phase delta)의 예시적 측정치와, 30도의 송신기 상태 2에서의 (BC2) 자기에 대한 전기 신호 2의 위상 델타의 예시적 측정치에 대한 연립 해를 구한다.

도 18을 참조하면, 도 6A(상태 1)와 도 6C(상태 2)의 일정한 위상 선들의 집합이 겹친다. 도 6A(상태 1)로부터의 일정한 위상 선들이 점선으로 도시되고, 도 6C(상태 2)로부터의 선들이 실선으로 도시된다. 상태 1로부터의 120도 선(1806)과 상태 2로부터의 30도 선(1804)이 두꺼운 선으로 도시된다. 상태 1로부터의 120도 선은, 상태 1 위상 회전을 이용하여 송신하는 송신기로부터 수신기에서 120도 위상 측정치를 생성할 송신기의 모든 가능한 위치의 자취를 나타낸다. 상태 2로부터의 30도 선(1804)은, 상태 2로부터 30도 위상 측정치를 생성할 송신기의 모든 위치의 자취를 나타낸다. 따라서 2개의 선이 교차하는 위치(1802)가 2개의 상태에 대한 위치탐색 방정식의 연립 해를 나타낸다.

도 18의 예시에서 단 하나의 수신기 H-장 안테나를 이용하여 위치(1802)가 발견되었다. 따라서 일부 경우, 수신기가 단일 H-장 안테나만 필요로 한다. 도 18의 도표에 x 축 근방에 빈 공간이 존재하며, 이는 이 영역에서의 열악한 분해능을 의미한다. 제 2 자기 안테나로부터의 신호를 이용함으로써, x 축을 따라 바람직한 분해능을 제공하기 위해, 도 7의 그래프(AB1) 및 도 11의 그래프(AB2)가 겹쳐질 수 있으며, 이러한 조합이 서비스 영역 내 전체 360도에 걸쳐 바람직한 분해능을 제공할 수 있다. 따라서 일반적으로, 2개의 자기 안테나를 이용하는 것이 바람직한 설정인 것이다.

지금까지 논의된 4개의 측정치(즉, AB1, AB2, BC1 및 BC2)가 가능한 위치 해의 독립적인 자취 도표를 제공함을 관찰함으로써, 도 18의 예시적 해법이 일반화될 수 있다. 따라서 수학적 및 수리적 기법의 호스트가 4개의 연립 자취 방정식의 연립 해법에 적용될 수 있다. 통상적으로, 하나의 해에 대해 2개의 도표가 충분하기 때문에, 4개의 연립 방정식은 과결정(overdetermined) 연립 방정식이며, 가장 바람직한 해를 선택할 수 있는 기회를 제공하거나 조합된 해에 대하여 데이터에 가중치를 부과할 수 있다.

하나의 실시예에서, 위치탐색 프로세스가, 가장 강력한 신호를 갖는 안테나를 선택함으로써, 또는 발견된 위치를 기반으로 안테나를 선택함으로써, 또는 두가지 기준을 모두 이용함으로써, 송신기 위치를 판단하기 위해 사용될 H-장 안테나를 선택할 수 있다. 또는, 2개의 H-장 안테나로부터의 위치 판단 값이, 평균 내어지거나, 각각의 H-장 안테나의 신호 강도를 기초로 가중 평균 내어짐으로써, 조합될 수 있다.

위치탐색 수신기의 네트워크를 갖는 시스템에서, 복수의 수신기로부터의 측정치를 조합함으로써, 삼각측량 정보가 사용되어 위치탐색의 정밀도를 증가시켜, 평균내기, 최소제곱법, 최대우도법(maximum likelihood), 칼만 필터링(Kalman filtering) 및/또는 그 밖의 다른 추정 기법을 이용하여 가장 바람직한 추정 위치를 얻을 수 있다.

자기 대 자기 안테나 위상 측정

도 13, 14 및 15는 위치탐색 수신기의 제 1 자기 안테나(A)와 제 2 자기 안테나(C) 간의 위상 델타를 도시한다. 도 13 및 14로부터, 위상 차이 AC가 2개의 송신기 회전 상태 1 및 2에 대해 2개의 실질적으로 독립적인 위치 자취 도표를 생성함을 알 수 있다. 따라서 도 18과 유사한 방식으로 연립 위치 해를 찾기 위해, AC1과 AC2도 겹쳐질 수 있다. 도 13과 도 14가 겹쳐져서 도 15를 생성할 수 있다. 따라서 도 13의 45도 측정치와 도 14의 300도 측정치에 대한 예시적 해를 구축할 수 있다. 최종 겹침 해법이 대칭으로 인한 도 15에서 2개의 위치(1502)를 보여준다. 추가 정보를 포함함으로써, 불명료함이 해결될 수 있다. 예를 들어, BC1 또는 BC2 측정치, 또는 둘 모두가 도 15에서 발견된 해 중 단 하나만 커버하는 자취를 찾을 것이다.

위상 회전 방향 상태 1의 위상 차이는 모두 180도 이하이고, 위상 회전 방향 상태 2의 위상 차이는 모두 180도 이상이다. 따라서 위상 차이만이 사용되어, 위상 회전 상태를 디코딩할 수 있다. 이 정보는, 얻어진 측정치에 상태 값을 할당하기 위해 사용될 수 있으며, 또는 회전 상태를 변조함으로써 전송된 데이터를 복조하기 위해 사용될 수 있다.

측정 및 교정된 환경 이용하기

도 6A-6F 및 8A-8F의 도표는 방정식(1) 및 (2)를 이용하여 얻어졌고, 개방장(open field)이나 비교적 정리된 일반 환경에 대해 사용될 수 있다. 하나의 대안적 실시예에서, 도 6A-6F의 도표는 실제 측정에 의해 전체적으로, 또는 부분적으로 결정될 수 있다. 장차 위치 결정이 이뤄질 영역 내 복수의 지점에서 E-장 및 H-장 위상 측정치가 얻어질 수 있다. 상기 영역에 걸친 위상 vs. 위치의 더 미세한 분해능의 맵을 생성하기 위해, E 및 H 측정치가 보간(interpolate)되거나, 이론적 계산 값과 조합될 수 있다. 위치가 결정되어야할 때, 송신기 위치를 결정하기 위해, 위치 신호로부터의 측정 E-H 위상 차이가, 도 6A-6D의 도표를 대신하여, 맵 데이터베이스에 적용될 수 있다. 미리 측정된 환경을 이용함으로써, 국소 장 교란 및 일부 기기의 교정 오류가 위치 결과에서 제거될 수 있다. 측정된 환경 이용에 대해 "Near field electromagnetic positioning system and method"(2004년10월4일자 미국특허출원 제10/958,165호, 현재는 2007년11월20일자 미국특허 제7,298,314호)에서 찾아볼 수 있으며, 상기 미국특허는 본원에서 참조로서 인용됐다.

가변 상태 근거리장 전자기 통신 및 위치탐색 프로세스

도 19는 가변 상태 근거리장 전자기 통신 및 위치탐색 프로세스(1900)를 설명하는 순서도이다. 상기 프로세스(1900)는 “시작” 블록(1902)에서 시작한다. 상기 프로세스(1900)는 결정 블록(1904)으로 진행한다. 결정 블록(1904)은 마이크로프로세서, 또는 둘 이상의 가능한 상태 중 근거리장 직교위상 송신을 구동하는 상태가 무엇인지를 결정하는 그 밖의 다른 에이전트의 기능을 수행한다. 상기 결정 블록(1904)은 가속도계(202)로부터의 배향과 관련된 입력에 의해, 또는 근거리장 송신기에 의해 전달될 희망 데이터 신호에 의해, 영향 받을 수 있다. 결정 블록(1904)의 출력이 제 1 상태를 선택하는 것이라면, 프로세스(1900)가 제 1 상태 블록(1906)으로 진행한다. 결정 블록(1904)의 출력이 제 2 상태를 선택하는 것이라면, 프로세스(1900)는 제 2 상태 블록(1908)으로 진행한다.

제 1 상태 블록(1906)은, 제 1 직교위상 상태(예를 들어, 도 3C에서 도시된 것처럼, 우수(right-handed) 방향, 즉 반시계방향 회전 패턴을 갖는 상태)에서의 근거리장 직교위상 송신에 대응한다. 제 2 상태 블록(1908)은, 제 2 직교위상 상태(예를 들어, 도 3D에서 도시된 바와 같은, 좌수(left-handed) 방향, 즉, 시계방향 회전 패턴을 갖는 상태)에서의 근거리장 직교위상 송신에 대응한다. 상기 프로세스(1900)는 신호 송신 블록(1910)으로 진행한다.

신호 송신 블록(1910)에서, 결정 블록(1904)에서 선택된 바에 따라 제 1 상태 또는 제 2 상태에서의 근거리장 직교위상 송신이 발생한다. 신호 송신 블록(1910)은 연속 신호, 또는 단기(또는 과도) 신호를 설명할 수 있다. 상기 프로세스(1900)는, 지연 블록(1912)과 신호 수신 블록(1914)으로 분기된다. 주기적으로, 근거리장 직교위상 송신기는 다시 송신할 것인지를 재평가하고, 다시 송신하는 경우, 어느 상태에서 송신하는가를 재평가한다. 지정된 송신 플랜에 따라 적합할 때, 또는 외부 자극(가령, 배향의 변화, 또는 통신 데이터의 수신)에 응답하여, 지연 블록(1912)이 프로세스(1900)를 결정 블록(1904)으로 되돌아가게 한다.

이와 동시에, 프로세스는 신호 수신 블록(1914)으로 진행한다. 이는 신호 수신 블록(1914)에서 시작한 프로세스(1900)의 수신 부분과는 완전히 비동기 방식으로, 근거리장 직교위상 송신기가 변경되거나, 상태가 변화되거나, 심지어 초기화 되거나, 송신 종료될 수 있음을 반영한다.

신호 수신 블록(1914)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 근거리장 직교위상 송신기로부터 송신된 것을 수신한다. 신호 수신 블록(1914)에서의 수신은 복수의 서로 다른 신호 성분(가령, 전기 성분 및 자기 성분)의 수신을 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 신호 수신 블록(1914)은 이들 서로 다른 장 성분을 검출하기 위해 복수의 독립적인 수신기 및 안테나를 필요로 할 것이다. 프로세스(1900)는 제 1 속성 측정 블록(1916)으로 진행하여 제 1 속성을 측정하고, 제 2 속성 측정 블록(1918)으로 진행하여 제 2 속성을 측정한다(이는 특정 순서로 이뤄지는 것이 아님).

제 1 속성 측정 블록(1916)에서, 수신 신호의 제 1 속성(가령, 특정 성분의 위상)의 측정이 발생한다. 제 2 속성 측정 블록(1918)에서, 수신 신호의 제 2 속성(가령 다른 특정 성분의 위상)의 측정이 이뤄진다. 프로세스(1900)는 차이 판단 블록(1920)으로 진행된다.

차이 판단 블록(1920)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 수신 신호의 2가지 속성 간의 차이를 판단한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 이 차이는 전기장 성분과 자기장 성분의 위상 차이(가령, Δφ_AB 또는 Δφ_BC), 또는 2개의 자기장 성분 간의 위상 차이(가령, Δφ_AC)이다. 차이 값은 결정 블록(1904)에서 선택된 특정 상태의 특성이자 상기 특정 상태에 대응한다. 또는, 미국특허 제6,963,301호에서 더 기재되어 있는 바와 같이, 진폭 차이가 사용될 수 있으며, 상기 미국특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 프로세스(1900)는 결정 블록(1922)로 진행한다.

결정 블록(1922)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가, 이전에 결정된 차이 상태에 비할 때 블록(27)에서 결정된 검출 차이 상태의 변화가 있었는지의 여부를 검출한다. 이를 이루기 위한 한 가지 방법은, 예를 들어, 검출된 차이를 장기 및 단기에 걸쳐 평균 내는 것이다. 장기에 걸친 평균과 단기에 걸친 평균 간에 충분히 큰 차이가 나타날 때, 변화가 있다고 추정된다. 어떠한 변화도 없는 경우, 프로세스(1900)는 다시 신호 수신 블록(1914)으로 진행한다. 변화가 있는 경우, 프로세스(1900)는 차이 상태 저장 블록(1924)으로 진행한다.

차이 상태 저장 블록(1924)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 블록(1920)에서의 차이 결정의 결과를, 차이 상태 데이터베이스(1926)에 저장한다. 상기 프로세스(1900)는 결정 블록(1928)으로 진행한다.

결정 블록(1928)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기는 신호 수신 및 처리가 완료됐는지의 여부를 결정한다. 완료된 경우, 프로세스(1900)는 다시 신호 수신 블록(1914)으로 진행하고, 완료되지 않은 경우, 프로세스(1900)는 (특정 순서 없이) 복조 블록(1930)과 위치 결정 블록(1932)으로 진행한다.

상기 복조 블록(1930)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기는 차이 상태 데이터베이스(1926)에 저장된 결과를 검토하여, 근거리장 직교위상 송신기에 의한 근거리장 송신에 영향을 주는 정보(intelligence)를 복조할 수 있다. 가장 간단한 형태로, 복조 블록(1930)에서, 둘 이상의 개별 차이 상태를 구별하고 상기 차이 상태들에게 비트를 할당하는 과정이 이뤄진다.

위치 결정 블록(1932)에서, 근거리장 위치탐색 수신기가, 차이 상태 데이터베이스(1926)에 저장된 결과를 이용하여, 근거리장 직교위상 송신기의 위치를 결정할 수 있다. 가장 간단한 형태로, 위치 결정 블록(1932)은, 근거리장 전자기 거리 측정 알고리즘에서 둘 이상의 개별 차이 상태의 특정 값을 이용한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 근거리장 위치탐색기 수신기가 차이 상태 데이터베이스(1936)에 저장된 결과를 중앙 프로세서에게 전달하여, 상기 결과가 그 밖의 다른 근거리장 위치탐색기 수신기로부터의 결과와 상관되어, 근거리장 직교위상 송신기에 대한 위치탐색 결과가 결정될 수 있다. 프로세스(1900)는 결과 보고 블록(1934)(선택사항임)으로 진행하며, 상기 블록(1934)에서, 통신 데이터와 위치탐색 데이터 중 한 가지가 디스플레이, 전달, 또는 그 밖의 다른 방식으로 보고될 수 있다. 그 후, 프로세스는 결정 블록(1936)으로 진행한다.

상기 결정 블록(1936)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기는 또 다른 신호를 수신함으로써 프로세스(1900)를 계속할지의 여부를 결정한다. 계속하는 경우, 상기 프로세스(1900)가 다시 신호 수신 블록(1910)으로 진행한다. 계속하지 않는 경우, 상기 프로세스(1900)는 종료 블록(1938)에서 종료한다.

도 20은 가변 상태 근거리장 전자기적 통신 및 위치탐색 프로세스(2000)를 설명하는 흐름도이다. 상기 프로세스(2000)는 “시작” 블록(2002)에서 시작한다. 상기 프로세스(2000)는 송신 블록(2004)으로 진행하는데, 상기 송신 블록(2004)에서, 신호가 국부 패턴(localizing pattern) 및/또는 데이터 변조 입력에 따라 주어지는 상태로 송신된다.

이와 동시에, 상기 프로세스는 신호 수신 블록(2006)으로도 진행한다. 이는, 신호 수신 블록(2006)에서 시작한 프로세스(2000)의 수신 부분과는 완전히 비동기 방식으로, 근거리장 직교위상 송신기가 변경되거나, 상태가 변화되거나, 심지어 초기화되거나, 송신 종료될 수 있음을 반영한다.

신호 수신 블록(2006)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기는 근거리장 직교위상 송신기로부터 송신된 것을 수신한다. 신호 수신 블록(2006)에서의 수신은 복수의 서로 다른 신호 성분(가령, 전기 성분과 자기 성분, 또는 직교하는 자기 성분들)의 수신을 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 신호 수신 블록(2006)은 이들 서로 다른 장 성분을 검출하기 위해 복수의 독립적인 수신기 및 안테나를 필요로 할 것이다. 상기 프로세스(2000)는, 특정 순서 없이, 제 1 속성을 측정하기 위한 제 1 속성 측정 블록(2008)과, 제 2 속성을 측정하기 위한 제 2 속성 측정 블록(2010)으로 진행한다.

상기 제 1 속성 측정 블록(2008)에서, 수신 신호의 제 1 속성(가령, 특정 성분의 위상)이 측정된다. 제 2 속성 측정 블록(2010)에서, 상기 수신 신호의 제 2 속성(가령, 다른 특정 성분의 위상)이 측정된다. 상기 프로세스(2000)는 차이 결정 블록(2012)으로 진행한다.

차이 결정 블록(2012)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 수신 신호의 2가지 속성 간의 차이를 결정한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 이 차이는 전기장 성분과 자기장 성분 간의 위상 차이, 가령, Δφ_AB, 또는 Δφ_BC이거나, 2개의 자기장 성분 간의 위상 차이, 가령, Δφ_AC이다. 차이 값은 특정 송신기의 위상 상태의 특성이자, 상기 위상 상태에 대응한다. 또는, 진폭 차이가 사용될 수 있으며, 이는 미국특허 제6,963,301호에서 더 잘 기재되어 있으며, 상기 미국특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 그 후, 상기 차이가 단기 평균(short term average) 블록(2014)과 장기 평균(long term average) 블록(2014)으로 제공된다. 블록(2018)에서 상기 장기 평균과 단기 평균이 비교된다. 장기에 걸친 평균과 단기에 걸친 평균 간에 충분히 큰 차이가 나타날 때, 블록(2020)에서 변화가 있다고 추정된다. 어떠한 변화도 없는 경우, 프로세스(2000)는 다시 신호 수신 블록(2006)으로 진행한다. 변화가 있는 경우, 프로세스(2000)는 장기 평균 기록 블록(2024)과 차이 상태 저장 블록(2026)으로 진행한다.

차이 상태 저장 블록(2026)에서, 근거리장 위치탐색 수신기가 블록(2020)에서의 차이 판단의 결과를 차이 상태 데이터베이스에 저장한다. 결정 블록(2022)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 신호 수신 및 처리가 완료되었는지의 여부를 결정한다. 완료된 경우, 프로세스(2000)는 다시 신호 수신 블록(2014)으로 진행한다. 완료되지 않은 경우, 프로세스(2000)는, 특정 순서 없이, 복조 블록(2028)과 위치 결정 블록(2030)으로 진행한다.

상기 복조 블록(2028)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 차이 상태 데이터베이스에 저장된 결과를 검토하여, 근거리장 송신기에 의한 근거리장 송신에 영향을 주는 정보(intelligence)를 복조할 수 있다. 가장 간단한 형태로, 복조 블록(1930)에서 둘 이상의 개별 차이 상태를 구별하고 이들에게 비트를 할당하는 과정이 이뤄진다.

위치 결정 블록(2030)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 차이 상태 데이터베이스에 저장된 결과를 이용하여, 근거리장 송신기의 위치를 결정할 수 있다. 가장 간단한 형태로, 위치 결정 블록(2030)은, 근거리장 전자기 거리 측정 알고리즘에서 둘 이상의 개별 차이 상태의 특정 값을 사용한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 근거리장 위치탐색기 수신기는 차이 상태 데이터베이스에 저장된 결과를 중앙 프로세서에게 전달하여, 상기 결과가 그 밖의 다른 근거리장 위치탐색기 수신기로부터의 결과와 상관되어, 근거리장 송신기에 대한 위치 결과가 결정될 수 있다. 프로세스(2000)는 결과 보고 블록(2032)(선택사항임)으로 진행하며, 상기 블록(2032)에서, 통신 데이터와 위치탐색 데이터 중 한 가지가 디스플레이되거나, 전달되거나, 그 밖의 다른 방식으로 보고될 수 있다. 그 후, 프로세스는 결정 블록(2034)으로 진행한다. 결정 블록(2034)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 또 다른 신호를 수신함으로써 프로세스(2000)를 계속할지의 여부를 결정한다. 계속하는 경우, 프로세스(2000)는 다시 신호 송신 블록(2004)으로 진행한다. 계속하지 않는 경우, 상기 프로세스(2000)는 종료 블록(2036)에서 종료된다.

도 21은 가변 상태 근거리장 전자기 통신 및 위치탐색 프로세스(2100)를 설명하는 흐름도이다. 상기 프로세스(2100)는 “시작” 블록(2102)에서 시작한다. 상기 프로세스(2100)는 결정 블록(2104)으로 진행한다. 상기 결정 블록(2104)은 마이크로프로세서 또는 둘 이상의 가능한 상태 중 근거리장 직교위상 송신을 구동하는 상태가 무엇인지를 결정하는 그 밖의 다른 에이전트의 기능을 수행한다. 상기 결정 블록(2104)은 가속도계(202)로부터의 배향과 관련된 입력에 의해, 또는 근거리장 직교위상 송신에 의해 전달된 희망 데이터 신호에 의해 영향 받을 수 있다. 결정 블록(2104)의 출력이 제 1 상태를 선택하는 것일 경우, 상기 프로세스(2100)는 제 1 상태 블록(2106)으로 진행한다. 결정 블록(2104)의 출력이 제 2 상태를 선택하는 것일 경우, 프로세스(2100)는 제 2 상태 블록(2108)으로 진행한다.

제 1 상태 블록(2106)은 제 1 직교위상 상태에서의 근거리장 직교위상 송신에 대응하며, 상기 제 1 직교위상 상태는, 예를 들어, 도 3C에서 도시되어 있는 바와 같은 우수(right handed) 방향, 즉, 반시계 방향 회전 패턴을 갖는다. 제 2 상태 블록(2108)은 제 2 직교위상 상태에서의 근거리장 직교위상 송신에 대응하며, 상기 제 2 직교위상 상태는, 예를 들어, 도 3D에서 도시되어 있는 바와 같은 좌수(left handed) 방향, 즉, 시계 방향 회전 패턴을 갖는다. 프로세스(2100)는 신호 송신 블록(2110)으로 진행한다.

신호 송신 블록(2110)에서, 결정 블록(2104)에서 선택된 바에 따라 제 1 상태와 제 2 상태 중 하나로 근거리장 직교위상 송신이 발생한다. 신호 송신 블록(2110)이 연속 신호, 또는 단기(또는 과도) 신호를 설명할 수 있다.

이와 동시에, 상기 프로세스는 신호 수신 블록(2112)으로도 진행한다. 이는 신소 수신 블록(2112)에서 시작하는 프로세스(2100)의 수신 부분과는 완전히 비동기 방식으로, 근거리장 직교위상 송신기가 변경되거나, 상태가 변화되거나, 심지어 초기화되거나, 송신 종료될 수 있음을 반영한다.

신호 수신 블록(2112)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 근거리장 직교위상 송신기로부터 송신된 것을 수신한다. 신호 수신 블록(2112)에서의 수신은 복수의 서로 다른 신호 성분(가령, 전기 성분 및 자기 성분)의 수신을 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 신호 수신 블록(2112)은 이들 서로 다른 장 성분을 검출하기 위해 복수의 독립적인 수신기 및 안테나를 필요로 할 것이다. 상기 프로세스(2100)는, 특정 순서 없이, 제 1 속성을 측정하는 제 1 속성 측정 블록(2114)과, 제 2 속성을 측정하는 제 2 속성 측정 블록(2116)으로 진행한다.

상기 제 1 속성 측정 블록(2114)에서 수신 신호의 제 1 속성(예를 들어, 특정 성분의 위상)이 측정된다. 제 2 속성 측정 블록(2116)에서, 상기 수신 신호의 제 2 속성(가령, 다른 특정 성분의 위상)이 측정된다. 상기 프로세스(2100)는 차이 결정 블록(2118)으로 진행한다.

차이 결정 블록(2118)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 수신 신호의 2개의 속성 간의 차이를 결정한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 이 차이는 전기장 성분과 자기장 성분 간의 위상 차이(가령, Δφ_AB 또는 Δφ_BC)이거나, 2개의 자기장 성분 간의 위상 차이(가령, Δφ_AC)이다. 차이 값은 결정 블록(2104)에서 선택된 특정 상태의 특성이자 상기 상태에 대응한다. 또는, 진폭 차이가 사용될 수 있으며, 이는 미국 특허 제6,963,301호에서 더 기재되어 있고, 상기 미국 특허는 본원에서 참조로서 인용된다. 그 후, 상기 차이가 단기 평균 블록(2120)과 장기 평균 블록(2122)에 제공된다. 상기 장기 평균과 단기 평균은 블록(2124)에서 비교된다. 상기 장기에 걸친 평균과 단기에 걸친 평균 간에 충분히 큰 차이가 있는 경우, 블록(2126)에서 변경이 있는 것으로 추정된다. 어떠한 변경도 없는 경우, 프로세스(2100)가 다시 신호 수신 블록(2112)로 진행한다. 변경이 있는 경우, 프로세스(2100)가 장기 평균 기록 블록(2130)과 차이 상태 저장 블록(2128)으로 진행한다.

차이 상태 저장 블록(2128)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 블록(2118)에서의 차이 결과를 차이 상태 데이터베이스에 저장한다. 상기 프로세스(2100)는 결정 블록(2132)으로 진행한다.

결정 블록(2132)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 신호 수신 및 처리가 완료되는지의 여부를 결정한다. 완료되지 않는 경우, 프로세스(2100)는 다시 처음(블록(2104))으로 진행한다. 완료된 경우, 상기 프로세스(2100)는, 특정 순서 없이, 복조 블록(2134)과 위치 결정 블록(2136)으로 진행한다.

복조 블록(2134)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가 차이 상태 데이터베이스에 저장된 결과를 검토하여, 근거리장 직교위상 송신기에 의한 근거리장 송신에 영향을 미치는 정보를 복조할 수 있다. 가장 단순한 형태로, 복조 블록(2134)에서, 둘 이상의 개별 차이 상태가 구별되고 이들에게 비트가 할당된다.

위치 결정 블록(2136)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가, 차이 상태 데이터베이스에 저장된 결과를 사용하여, 근거리장 직교위상 송신기의 위치를 결정할 수 있다. 가장 간단한 형태로, 위치 결정 블록(2136)에서, 근거리장 전자기 거리 측정 알고리즘에서 둘 이상의 개별 차이 상태의 특정 값이 사용된다. 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 근거리장 위치탐색기 수신기가 차이 상태 데이터베이스에 저장되어 있는 결과를 중앙 프로세서로 전달하여, 상기 결과가 그 밖의 다른 근거리장 위치탐색기 수신기와 상관되어 근거리장 직교위상 송신기에 대한 위치 결과를 결정할 수 있다. 상기 프로세스(2100)는 결과 보고 블록(2138)(선택사항임)으로 진행하며, 상기 결과 보고 블록(2138)에서 통신 데이터와 위치 데이터 중 한 가지가 디스플레이되거나, 전달되거나, 그 밖의 다른 방식으로 보고될 수 있다. 그 후, 프로세스는 결정 블록(2140)으로 진행한다. 결정 블록(2140)에서, 근거리장 위치탐색기 수신기가, 또 다른 신호를 송신 및 수신함으로써 프로세스(2100)를 계속하는지의 여부를 결정한다. 계속하는 경우, 프로세스(2100)는 다시 처음으로(블록(2104)) 진행한다. 계속하지 않는 경우, 프로세스(2100)는 종료 블록(2142)에서 종료한다.

특정 실시예들이 본 발명이 유용하다고 증명될 무수한 상황 중 몇 가지 경우를 이해하기 위한 목적으로만 제시되었다. 또한 자세한 도면과 특정 예시들이 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고 있지만, 이는 예시에 불과하며, 본 발명의 시스템과 방법은 제시된 세부사항과 조건에 제한받지 않고, 다양한 변형예가 본 발명의 범위 내에서 가능할 수 있다.

Claims

정보 통신, 또는 위치탐색 결정을 위한 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템에 있어서, 상기 시스템은
서로 평행하지 않는 축을 갖는 복수의 H-장 안테나(H-field)를 포함하는 복수 위상 상태 근거리장 직교위상 송신기로서, 상기 복수 위상 상태 근거리장 직교위상 송신기는 둘 이상의 위상 상태로 동작 가능하며, 상기 둘 이상의 위상 상태에서는, 자신 외 다른 위상 상태의 상대 위상(relative phase)과는 다른 상대 위상을 갖는 신호들에 의해 상기 복수의 H-장 안테나들이 구동되는 것을 특징으로 하는, 상기 위상 상태 근거리장 송신기(multiple phase state near-field quadrature transmitter)와,
근거리장 위치탐색기 수신기(near-field locator receiver)로서, 상기 근거리장 위치탐색기 수신기는 상기 근거리장 송신기의 각각의 위상 상태에 대한 상기 근거리장 송신기로부터의 2개의 신호 속성 간 차이를 수신하며, 상기 수신기는 상기 2개의 신호 속성 간 차이를 이용하여 위치 또는 정보를 결정하는 특징의, 상기 근거리장 위치탐색기 수신기(near-field locator receiver)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 위치 결정 프로세스에 상기 2개의 신호 속성 간 차이가 이용되는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 통신 프로세스에 상기 2개의 신호 속성 간 차이가 이용되는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 위치 결정 프로세스와 통신 프로세스에 상기 2개의 신호 속성 간 차이가 이용되는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 송신기는 2개의 직교하는 H-장 안테나를 직교위상으로 구동시킴으로써 상기 둘 이상의 위상 상태를 발생시키는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은
수직 배향 센서(vertical orientation sensor)
를 더 포함하며, 뒤집힌 배향(upside down orientation)이 검출되면, 상기 둘 이상의 위상 상태의 회전 방향이 반전되는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은
위치와 연계된 예상 차이(predicted difference)를 기록하는 데이터베이스
를 더 포함하며, 위치 결정 유닛이 데이터베이스에서 위치를 발견함으로써, 위치를 결정하며, 상기 예측 차이는 차이 유닛에 의해 결정된 상기 차이에 가장 근사하게 대응되는 값임을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은
상기 둘 이상의 위상 상태 중 제 1 상태와 제 2 상태의 송신을 스케줄링하기 위한 패턴 발생기
를 더 포함하며, 상기 패턴 발생기는 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태를 구별하기 위해 비대칭 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은
상기 둘 이상의 위상 상태 중 제 1 상태와 제 2 상태의 송신을 스케줄링하기 위한 패턴 발생기
를 더 포함하며, 상기 패턴 발생기는 동기화 패턴(synchronizing pattern)을 생성하는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은
신호 시퀀스를 수신하고, 상기 송신기에 대한 위치를 결정하는 제 2 수신기
를 더 포함하며, 상기 제 2 수신기와 상기 제 1 수신기는 중앙 컴퓨터와 통신하여, 상기 2개의 신호 속성 간의 차이를 상기 중앙 컴퓨터로 전송하고, 상기 중앙 컴퓨터는 상기 제 1 상태 및 상기 제 2 상태에 대한 상기 제 1 수신기 및 상기 제 2 수신기로부터의 2개의 신호 속성 간의 차이를 바탕으로 상기 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 둘 이상의 위상 상태 중 제 1 상태와 제 2 상태는 정보 소스(information source)에 의해 결정되고, 상기 수신기는 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태에 대한 상기 수신된 2개의 신호 속성 간 차이를 바탕으로 신호 시퀀스로부터 정보를 복원하기 위한 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 위상 상태 근거리장 전자기 시스템.
송신기의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
복수 위상 상태 H-장 신호 시퀀스를 송신하는 단계로서, 이때, 상기 복수 위상 상태는 제 1 간격(interval)에 대한 제 1 상태 및 제 2 간격에 대한 제 2 상태를 포함하는 특징의, 단계와,
근거리장 수신기(near field receiver)를 이용하여 상기 신호 시퀀스를 수신하는 단계와,
상기 제 1 상태에 대응하는, 신호 시퀀스의 2개의 속성 간의 제 1 차이와, 상기 제 2 상태에 대응하는, 신호 시퀀스의 2개의 속성 간 제 2 차이를 결정하는 단계와,
상기 2개의 속성 간 제 1 차이와 상기 2개의 속성 간 제 2 차이를 바탕으로, 상기 송신기의 위치를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기 위치를 결정하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 차이 및 상기 제 2 차이 각각은, E-장 수신기로부터의 위상과 H-장 수신기로부터의 위상 간 차이를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기 위치를 결정하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 차이 및 상기 제 2 차이 각각은, E-장 수신기로부터의 진폭과 H-장 수신기로부터의 진폭 간의 차이를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기 위치를 결정하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 근거리장 수신기는 E-장 수신기, 제 1 H-장 수신기 및 제 2 H-장 수신기를 포함하며, 상기 제 1 차이 및 상기 제 2 차이가 각각의 H-장 수신기에 대하여 결정되며, 상기 위치는 각각의 H-장 수신기에 대한 상기 제 1 차이와 상기 제 2 차이를 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 송신기 위치를 결정하기 위한 방법.