KR20120122806A

KR20120122806A - 거리 측정 방법 및 장치와, 측위 방법

Info

Publication number: KR20120122806A
Application number: KR1020110041183A
Authority: KR
Inventors: 이경국
Original assignee: 오소트론 주식회사
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-11-07
Also published as: JP5717919B2; US20140057655A1; CN103703386A; KR101836427B1; JP2014515112A; US9201140B2; CN103703386B; EP2703832A4; WO2012148153A2; WO2012148153A3; EP2703832A2; EP2703832B1

Abstract

본 발명은 제1 디바이스가 송신하는 제1 신호 및 상기 제1 신호에 대한 응답으로 목표 디바이스가 생성하여 송신하는 제2 신호를 이용하여 거리를 측정하는 방법에 관한 것으로, 상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이, 제2 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이, 및 상기 목표 디바이스가 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 시작 시점까지의 지연 시간길이와 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이에 근거하여 상기 제2 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법을 제공한다.

Description

거리 측정 방법 및 장치와, 측위 방법{Ranging Method and Apparatus, and Positioning Method}

본 발명은 디바이스들 간의 공간적인 거리(Spatial Distance)를 측정하는 방법(Ranging Method) 및 이를 이용한 측위 방법(Positioning Method)에 관한 것이다.

군사적, 전술적인 목적 또는 상업적인 목적 등으로, 특정 디바이스까지의 거리를 측정하거나, 측정한 거리를 이용하여 특정 디바이스의 위치를 결정하는 기술이 대두되었다. 특히, 현재 무선 통신 기술이 발전하면서, 무선 단말기의 사용자에게 사용자의 위치에 기반한 다양한 서비스를 제공하려는 위치 기반 서비스(LBS: Location Based Service)가 각광을 받게 되었다. 이 위치 기반 서비스를 제공하기 위해서는 사용자까지의 거리를 측정하고 이를 이용하여 사용자의 위치를 정밀하게 결정하는 기술이 요구된다.

종래에 다양한 거리 측정 또는 측위 방식이 존재하였고, 그 대표적인 것이 RT-ToA(Round Trip Time of Arrival) 거리 측정 방식과 TDoA(Time Difference of Arrival) 방식이다.

RT-ToA 방식의 동작 원리는 다음과 같다.

(a) A 송수신기가 신호 A를 송신하면 B 송수신기가 신호 A를 수신하고, 수신 종료 후 응답신호인 신호 B를 송신한다.

(b) B 송수신기는 수신한 신호 A의 종료 시점부터 송신한 신호 B의 종료 시점까지의 경과된 시간 Treply를 측정한 후 별도의 신호를 통해 A 송수신기로 측정한 값을 전달한다. B 송수신기가 Treply 측정값을 A 송수신기로 전달하기 위해서는, Treply 측정값을 전달하기 위한 데이터 전달 신호와 그에 대한 A 송수신기로부터의 응답신호 등, 적어도 2회의 추가 신호를 필요로 한다.

(c) A 송수신기는 송신한 신호 A의 종료 시점부터 수신한 신호 B의 종료 시점까지의 경과된 시간, Tround의 측정값과 별도의 신호를 통해 B 송수신기로부터 전달받은 Treply 값을 이용해,

값을 계산한다. ToA 값에 매질(Medium)의 신호전달 속도 c를 곱하면 A 송수신기와 B 송수신기간의 공간적인 거리(Spatial Distance) 값을 구할 수 있다.

한편, 이러한 RT-ToA 방식을 이용하면 목표 디바이스의 위치를 결정할 수 있다.

예컨대, 3개의 액세스 포인트(AP: Access Point)로 구성된 목표 디바이스의 위치 결정 시스템의 경우, 3개의 AP 각각이 상기 RT-ToA 방식으로 목표 디바이스까지의 공간적인 거리, d0, d1 및 d2를 측정하고, 각 AP들의 위치를 중심으로 반경이 d0, d1 및 d2인 세 개의 원을 형성하여 그 교차점을 구하는 삼변측량(Trilateration)법을 이용하여 목표 디바이스의 위치를 결정할 수 있다.

이러한 RT-ToA 방식에 근거한 거리 측정 및 위치 결정 방법은 각 디바이스들 간의 클럭(Clock) 동기를 필요로 하지 않아 시스템의 전체적인 구조가 간단하다는 장점이 있다. 또한, 목표 디바이스에 대한 측위 정확도를 분석해 보면, AP들로 구성된 셀(Cell) 내부에 목표 디바이스가 위치하는 경우와 셀 외부에 위치하는 경우의 측위 정확도에 큰 차이가 없으며 측위 오차의 범위도 거리 측정 오차 값의 크기와 같은 정도로 안정되어 있다는 특징이 있다.

그러나, RT-ToA 방식은, 위에서 설명한 바와 같이, 두 개의 송수신기 간에 총 4회의 신호교환을 필요로 한다. 따라서 세 개의 AP를 이용하여 목표 디바이스의 위치를 측정하는 경우 각각의 AP와 목표 디바이스 간에 4회의 신호교환이 요구되므로, 총 12회의 신호교환이 필요하고, 이로 인해 에어 인터페이스(Air Interface) 상의 부하가 상승한다는 문제가 있다. 또한, 송수신기 간의 클럭 주파수에 편차가 발생하는 경우, 그로 인한 거리 측정의 오차가 크다는 단점이 있다.

한편, 종래의 측위 기술 중 TDoA 방식의 동작원리는 다음과 같다.

(a) 목표 디바이스가 블링크(Blink) 신호를 송신한다.

(b) 3개 이상의 AP가 수신된 블링크 신호의 도착시각을 각각 측정하여 위치서버 (Locating Server)로 전달한다.

(c) 위치서버는 각 AP들로부터 전달받은 도착시각 측정값들을 이용하여 시간차 (Time Difference) 값을 구한다.

(d) AP들의 주어진 위치 값들을 이용해 파라볼로이드(Paraboloid)를 형성하고 이 파라볼로이드들이 만나는 공통 교차점을 구하는 Trilateration 계산식으로 목표 디바이스의 위치를 결정한다.

TDoA 방식의 위치결정 시스템은 목표 디바이스가 한차례의 블링크 신호 송신만을 하고, AP들은 이 신호를 수신만 하는 방법으로 AP들에 수신된 신호의 도착시간을 측정한다는 특징이 있다.

TDoA 방식에서 목표 디바이스는 송신 기능만을 필요로 하고 AP들은 수신 기능만을 필요로 하므로 회로의 구조와 신호 방식이 간단한 장점이 있는 반면, AP들 간의 클럭 동기를 필요로 하므로 이를 위한 별도의 시스템 구조와 회로가 추가되어야만 하는 단점이 있다.

또한, AP들에서 수신된 신호의 도착 시간 측정에 약간씩의 오차가 발생한 경우의 위치 결정의 정확도를 분석해 보면, AP들로 구성된 셀 내부에 목표 디바이스가 위치하는 경우 측위 오차는 도착시간 측정오차 값과 같은 정도로 안정되어 있으나, 셀 외부에 목표 디바이스가 위치하는 경우 측위 오차는 목표 디바이스의 위치에 따라서는 도착시간 측정오차 값의 수~수십 배까지 커지는 경향을 나타내 매우 불안정적이다.

본 발명은 전술한 종래의 거리 측정 및 측위 방식의 문제점을 해결하기 위한 것으로, RT-ToA 방식과 마찬가지로 클럭 동기를 필요로 하지 않고 셀의 내부와 외부에서 모두 측위 정확도가 우수하면서도, 위치 결정 시스템의 구조 및 신호 교환 방식이 TDoA의 수준으로 간단한 거리 측정 및 측위 기술을 제공함을 목적으로 한다. 또한, 각 디바이스의 클럭 주파수의 편차로 인한 거리 측정 및 측위 오차를 보상할 수 있는 거리 측정 및 측위 방법을 제공함을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 제1 디바이스가 송신하는 제1 신호 및 상기 제1 신호에 대한 응답으로 목표 디바이스가 생성하여 송신하는 제2 신호를 이용하여 거리를 측정하는 방법으로서, 상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이, 제2 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이, 및 상기 목표 디바이스가 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 시작 시점까지의 지연 시간길이와 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이에 근거하여 상기 제2 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법을 제공한다.

또 다른 목적을 위해 본 발명은, 목표 디바이스(Target Device), 주 디바이스(Master Device) 및 적어도 하나의 종 디바이스(Slave Device)를 포함하는 위치 결정 시스템에서 상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 방법으로서, 상기 주 디바이스가 제1 신호를 생성하여 전송하는 단계; 상기 목표 디바이스가 상기 제1 신호의 수신에 대한 응답으로 일정 지연시간 경과 후 제2 신호를 생성하여 전송하는 단계; 상기 주 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이를 측정하는 단계; 상기 적어도 하나의 종 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이를 측정하는 단계; 및 상기 제1 시간길이, 상기 제2 시간길이, 상기 지연시간 및 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이에 근거하여 상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법을 제공한다.

또 다른 목적을 위해 본 발명은, 제1 디바이스가 송신하는 제1 신호 및 상기 제1 신호의 수신에 대한 응답으로 제2 디바이스가 전송하는 제2 신호를 이용한 거리 측정 방법으로서, 상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이와 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 제2 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이, 상기 제2 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 시작 시점까지의 지연시간, 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이 및 상기 제2 신호의 상기 제2 부분의 시간길이에 근거하여 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하는 하는 거리 측정 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정을 위한 시스템 구조를 설명하는 도면,
도 2는 MAP과 SAP에 의한 제2 신호의 수신 시점을 설명하기 위한 예시 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하기 위한 예시도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하기 위한 예시도면,
도 5는 클럭의 주기

값이 단위시간(Unit Time)

값과 같은 경우에 대한 예시 도면,
도 6은 클럭의 주기값

이 단위시간

의

배인 경우를 설명하는 예시 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측위 시스템의 구조를 나타내는 도면,
도 8은 도 7의 측위 시스템을 간소화한 도면,
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 측위 방식과 종래 TDoA 측위 방식의 성능을 비교/분석한 그래프이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 방법은, 제1 디바이스가 송신하는 제1 신호 및 제1 신호에 대한 응답으로 목표 디바이스가 송신하는 제2 신호를 이용하여, 제2 디바이스와 목표 디바이스 간의 거리를 측정하는 것을 주요 특징으로 한다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해, 제1 디바이스를 주 액세스 포인트(MAP: Master Access Point, 이하 'MAP'이라 함), 제2 디바이스를 종 액세스 포인트(SAP: Slave Access Point, 이하 'SAP'라 함)로서 언급하나, 본 발명의 범위가 단지 그러한 용어에 의해 한정되지는 않을 것이다. 즉, 액세스 포인트(AP: Access Point)가 아닌 다른 디바이스가 제1 디바이스와 제2 디바이스로서 사용될 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정을 위한 시스템 구조를 설명하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정을 위한 시스템은 MAP(110), 목표 디바이스(120) 및 SAP(130)를 포함한다.

MAP(110)는 제1 신호를 생성하여 송신하고, 제1 신호의 수신에 대한 응답으로 목표 디바이스(120)가 생성하여 전송하는 제2 신호를 수신한다. 그리고, 제1 신호를 송신한 시점으로부터 제2 신호의 적어도 한 부분을 수신한 시점까지의 시간길이를 측정한다.

목표 디바이스(120)는 MAP(110)로부터의 제1 신호의 수신에 대한 응답으로 제2 신호를 생성하여 전송한다.

SAP(130)는 MAP(110)이 송신하는 제1 신호와 목표 디바이스(120)가 송신하는 제2 신호를 수신한다. 그리고, 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기의 제2 신호의 적어도 한 부분을 수신한 시점까지의 시간길이를 측정한다.

MAP(110)에 의해 측정된 시간길이와 SAP(130)에 의해 측정된 시간길이, 목표 디바이스(120)가 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호의 시작 시점까지의 지연시간, 상기의 제2 신호의 적어도 한 부분의 시간길이를 이용하면, MAP(110)과 SAP(130) 간의 거리를 알고 있다는 전제 하에, SAP(130)과 목표 디바이스(120) 간의 거리를 측정할 수 있게 된다. SAP(130)과 목표 디바이스(120) 간의 거리 측정은 위 방식을 이용하여 거리 측정 장치(미도시)에서 수행될 수 있는데, 그 거리 측정 장치는 독립된 별도의 장치일 수도 있고, 또는 SAP(130) 등의 장치에 탑재될 수도 있을 것이다.

여기서, MAP(110)와 SAP(130)에 의해 측정되는 '제2 신호의 적어도 한 부분을 수신한 시점'이란, 도 2를 참조하면, 제2 신호(24) 중 T1의 시간길이만큼의 부분이 수신된 시점 A, (T1+T2) 시간길이만큼의 부분이 수신된 시점 B, (T1+T2+……+Tn)의 시간길이만큼의 부분이 수신된 시점 N 등에서 어느 하나 이상의 시점을 의미한다. 어느 시점을 측정할지는 MAP(110)과 SAP(130) 간에 사전에 약속될 수 있다. 예컨대, 시점 A만 측정하도록 약속될 수 있고, N만 측정하도록 약속될 수도 있으며, 나아가 시점 A와 N을 측정하도록 약속될 수도 있을 것이다.

한편, 목표 디바이스(120)가 생성하는 제2 신호의 적어도 한 부분의 시간길이란, 예컨대, MAP(110)와 SAP(130)가 시점 A만 측정하도록 사전에 약속되어 있다면, 그 적어도 하나의 부분의 시간길이는 T1이 될 수 있다. 또한, MAP(110)와 SAP(130)가 시점 A와 시점 N을 측정하도록 사전에 약속되어 있다면, 그 적어도 하나의 부분의 시간길이는 각각 T1과 T2+……+Tn이 될 수 있다.

목표 디바이스(120)가 제1 신호(22)를 수신한 시점부터 제2 신호(24)를 생성하기 시작한 시점까지의 지연시간 Tgap과 목표 디바이스(120)가 생성하는 제2 신호의 적어도 한 부분의 시간길이는 목표 디바이스(120)와 거리 측정 장치 간에 사전에 공유될 수 있을 것이다. 예컨대, 시점 A만을 측정하여 거리 측정에 이용하는 경우에는, 지연시간 Tgap과 시간길이 T1을 사전에 공유할 수 있을 것이며, 시점 A와 시점 N을 측정하여 거리 측정에 이용하는 경우에는 지연시간 Tgap, 제2 신호의 제1 부분의 시간길이 T1과 제2 부분의 시간길이 T2+T3……+Tn을 사전에 공유할 수 있을 것이다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 목표 디바이스(120)가 지연시간과 제2 신호의 적어도 한 부분의 시간길이를 거리 측정 장치로 전송하도록 할 수도 있을 것이다. 다만, 지연시간과 제2 신호의 적어도 한 부분의 시간길이를 목표 디바이스와 거리 측정 장치 간에 사전에 공유한다면, 에어 스페이스 등의 통신 경로 상의 부하의 줄일 수 있다는 잇점이 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 방법을, 도 1 및 도 3-4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하기 위한 예시도면이다.

본 발명의 제1 실시예는 제2 신호의 임의의 한 부분의 수신 시점을 체크하여 거리 계산에 이용하는 방법에 관한 것이다. 설명의 편의를 위해, 제2 신호 전체의 수신이 완료된 시점을 체크한다고 가정하여 설명하나, 본 발명의 이에 한정되는 것은 아니며, 앞서 설명한 것처럼, 도 2에서 시점 A나 시점 B 등 임의의 어느 한 부분을 측정하는 경우에도 이하에서 설명하는 방식과 동일한 원리가 적용될 수 있을 것이다.

MAP(110)의 신호 생성부(112)는 제1 신호(32)를 생성하여 송수신부(116)를 통해 에어 인터페이스로 전파한다. 이 때, MAP(110)의 신호 생성부(112)는 제1 신호의 송신 종료 시점(

)를 체크하여 신호 감지부(114)에 전달한다.

MAP(110)로부터 전송된 제1 신호(32)는 비행시간(ToF: Time of Flight) t0 경과 후에, 목표 디바이스(120)에 의해 수신된다.

목표 디바이스(120)의 송수신부(126)의 의해 수신된 제1 신호(32a)는 신호 감지부(124)로 전달되며, 신호 감지부(124)는 제1 신호의 수신 종료 시점(

)을 검출하여 이를 딜레이부(128)로 전달한다.

딜레이부(128)는 제1 신호의 수신 종료 시점(

)부터 기 설정된 지연시간(Tgap)을 기다린 후, 그 지연시간이 종료된 시점을 신호 생성부(122)에 전달한다.

신호 생성부(122)는 그 지연시간이 종료된 시점으로부터 시작하여 제2 신호(34)를 생성하고 생성된 제2 신호(34)를 송수신부(126)를 통해 에어 인터페이스로 전파한다.

목표 디바이스(120)에 의해 전송된 제2 신호는 비행시간 t0를 경과한 후에, MAP(110)에서 수신되며, MAP(110)는 송수신부(116)를 통해 수신된 제2 신호(34a)를 신호 감지부(114)에 전달한다.

MAP(110)의 신호 감지부(114)는 제2 신호(34a)의 수신이 종료된 시점(

)을 측정한다.

제2 신호(34a)의 수신이 종료된 시점(

)이 측정되면, MAP(110)이 제1 신호를 송신한 시점(

)으로부터 제2 신호(34a)를 수신한 시점(

)까지의 제1 시간길이를 측정할 수 있다. 이 계산된 제1 시간길이와, 목표 디바이스가 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호를 생성하기 시작할 때까지의 지연시간, 및 제2 신호의 시간길이를 이용하면 MAP(110)와 목표 디바이스(120) 간의 거리 d0를 계산할 수 있게 된다. 거리 d0는 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.

여기서, c는 매질에서의 신호의 전달속도, t01은 제1 시간길이, Tgap은 지연시간, T0는 제2 신호의 시간길이를 나타낸다.

한편, 각각의 시간길이들을 클럭 주기로 카운팅한 횟수로 표현하면, 수학식 1은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

여기서, c는 매질에서의 신호의 전달속도,

는 공칭 클럭 주기(Nominal Clock Period), N0는 MAP(11)가 자신의 클럭을 사용하여 상기 제1 시간길이 t01 동안 클럭 카운팅한 횟수, Mgap은 상기 지연시간 Tgap을 생성하는 데에 사용된 클럭 횟수, M0는 상기 제2 신호의 시간길이 T0를 생성하는 데에 사용된 클럭 횟수를 나타낸다. 여기서 공칭 클럭 주기란 클럭 주기의 이상적인 값으로서 각 디바이스 간에 공유되는 값이다.

한편, SAP(130)는 MAP(110) 및 목표 디바이스(120)가 각각 전송한 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호를 수신한 시점까지의 제2 시간길이를 측정한다. 즉, 본 발명의 실시예에서 SAP(130)는 MAP(110)과 목표 디바이스(120)가 전송하는 신호를 수신만 하게 된다.

더 구체적으로 설명하면, SAP(130)는 MAP(110)가 전송한 제1 신호(32)를 비행시간

경과 후에 수신하면, 그 수신된 신호(32b)를 송수신부(136)을 통해 신호 감지부(134)로 전달한다. 신호 감지부(134)는 수신 신호(32b)의 수신 종료 시점(

)을 체크한다. 또한, SAP(130)는 목표 디바이스(120)가 전송한 제2 신호(34)를 비행시간 t1 경과 후에 수신하면, 목표 디바이스(120)로부터 수신한 수신 신호(34b)의 수신 종료 시점(

)을 체크한다. 그리고, 제1 신호를 수신한 시점(

)부터 제2 신호를 수신한 시점(

)까지의 제2 시간길이를 측정한다.

제2 시간길이가 측정되면, 그 제2 시간길이와 목표 디바이스(120)가 제1 신호를 수신한 후 제2 신호를 생성하기 시작할 때까지의 지연시간, 제2 신호의 시간길이, 및 위에서 계산된 MAP(110)와 목표 디바이스(120) 간의 거리 d0를 이용하여 SAP(130)와 목표 디바이스 간의 거리 d1을 계산할 수 있다. 거리 d1은 수학식 3에 의해 계산될 수 있다.

여기서, t11은 상기 제2 시간길이를 의미한다.

한편, 각각의 시간길이를 클럭 주기로 카운팅한 횟수로 표현하면, 수학식 3은 수학식 4와 같이 표현된다.

여기서, N1은 SAP(130)가 자신의 클럭을 사용하여 상기 제2 시간길이 t11 동안 클럭 카운팅한 횟수, D01은 MAP(110)과 SAP(130)간의 거리를 나타낸다.

한편, 수학식 2를 수학식 4에 대입하면, SAP(130)와 목표 디바이스 간의 거리 d1은 수학식 5과 같음을 알 수 있다.

수학식 5를 보면, SAP(130)와 목표 디바이스(120) 간의 거리는, MAP(110)가 제1 신호를 송신한 시점부터 제2 신호를 수신한 시점까지의 제1 시간길이(t01 또는 N0), SAP(130)가 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호를 수신한 시점까지의 제2 시간길이(t11 또는 N1), 목표 디바이스(120)가 제1 신호를 수신한 후 제2 신호를 생성할 때까지의 지연시간(Tgap 또는 Mgap), 제2 신호의 시간길이(T0 또는 M0) 및 MAP(110)와 SAP(130) 간의 거리(D01)에 근거하여 계산될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, MAP(110)가 제1 신호를 송신한 시점부터 제2 신호를 수신한 시점까지의 시간길이, SAP(130)가 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호를 수신한 시점까지의 시간길이 측정하면, 목표 디바이스에서의 상기 지연시간, 목표 디바이스(120)가 생성하는 제2 신호의 시간길이 및 MAP(110)와 SAP(130) 간의 거리를 알고 있다는 전제 하에 SAP(130)와 목표 디바이스(120) 간의 거리를 구할 수 있게 된다.

한편, 이상에서 설명한 실시예에서, MAP(110), 목표 디바이스(120) 및 SAP(130) 각각의 실제 클럭 주파수는 공칭 클럭 주파수와 다를 수 있다. 따라서, 클럭 주파수 편차가 발생한 경우, 수학식 2, 4 및 5를 적용하여 거리를 구할 때 그 클럭 주파수 편차로 인한 거리 측정 오차가 발생할 수 있다. 이러한 클럭 주파수 편차로 인한 거리 측정 오차는 이하에서 설명하는 제2 실시예를 통해 보상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하기 위한 예시도면이다.

제1 실시예에서는 제2 신호의 임의의 한 부분의 수신 시점만을 측정하였으나, 제2 실시예에서는 제2 신호의 또 다른 부분의 수신 시점을 추가로 더 측정하여 거리 계산에 이용한다.

MAP(110)의 신호 생성부(112)는 제1 신호(42)를 생성하여 송수신부(116)를 통해 에어 인터페이스로 전파한다. 이 때, MAP(110)의 신호 생성부(112)는 제1 신호의 송신이 종료된 시점(

)을 체크하여 신호 감지부(114)에 전달한다.

MAP(110)로부터 전송된 제1 신호(42)는 비행시간 t0 경과 후에, 목표 디바이스(120)에 의해 수신된다.

목표 디바이스(120)의 송수신부(126)의 의해 수신된 제1 신호(42a)는 신호 감지부(124)로 전달되며, 신호 감지부(124)는 제1 신호의 수신 종료 시점(

)을 검출하여 이를 딜레이부(128)로 전달한다.

딜레이부(128)는 제1 신호의 수신 종료 시점(

)부터 기 설정된 지연시간(Tgap)을 기다린 후, 지연시간이 종료된 시점을 신호 생성부(122)에 전달한다.

신호 생성부(122)는 지연시간이 종료된 시점으로부터 시작하여 제2 신호를 생성하고 생성된 제2 신호를 송수신부(126)를 통해 에어 인터페이스로 전파한다.

목표 디바이스(120)에 의해 전송된 제2 신호는 비행시간 t0를 경과한 후에, MAP(110)에서 수신되며, MAP(110)는 송수신부(116)를 통해 수신된 제2 신호를 신호 감지부(114)에 전달한다.

MAP(110)의 신호 감지부(114)는 제2 신호의 제1 부분(44a)의 수신 종료 시점(

) 및 제2 부분(46a)의 수신 종료 시점(

)을 각각 체크한다. 그리고, 제1 신호(42)를 송신한 시점(

)부터 제2 신호의 제1 부분(44a)을 수신한 시점(

)까지의 제1 시간길이와 제1 부분(44a)을 수신한 시점(

)부터 제2 부분(46a)을 수신한 시점(

)까지의 제3 시간길이를 측정한다.

제1 시간길이와 제3 시간길이가 측정되면, 이 측정값들과, 제2 신호의 제1 부분 및 제2 부분의 시간길이, 및 목표 디바이스가 제1 신호를 수신한 후 제2 신호를 생성하기 시작할 때까지의 지연시간을 이용하여, MAP(110)와 목표 디바이스 간의 거리 d0를 계산한다. 거리 d0는 수학식 6에 의해 계산될 수 있다.

여기서, M1은 제2 신호의 제1 부분의 시간길이를 생성하는 데에 사용된 클럭 횟수, M2는 제2 신호의 제2 부분의 시간길이를 생성하는 데에 사용된 클럭 횟수, Mgap은 상기 지연시간의 생성에 사용된 클럭 횟수, N01은 MAP(110)가 자신의 클럭을 사용하여 제1 시간길이 동안 클럭 카운팅한 횟수, N02는 MAP(110)가 자신의 클럭을 사용하여 제3 시간길이 동안 클럭 카운팅한 횟수, c는 매질에서의 신호의 전달속도,

는 공칭 클럭 주기를 나타낸다.

한편, SAP(130)은 MAP(110) 및 목표 디바이스(120)가 각각 전송한 제1 신호 및 제2 신호를 수신하여 그 수신 종료 시점을 체크한다.

즉, SAP(130)는 MAP(110)가 전송한 제1 신호(42)를 비행시간

경과 후에 수신하면, 그 수신된 신호(42b)를 송수신부(136)을 통해 신호 감지부(134)로 전달한다. 신호 감지부(134)는 수신된 제1 신호(42b)의 수신 종료 시점(

)을 체크한다. 또한, SAP(130)는 목표 디바이스(120)가 전송한 제2 신호를 비행시간 t1 경과 후에 수신하면, 수신한 제2 신호의 제1 부분(44b)의 수신 종료 시점(

)과 제2 부분(46b)의 수신 종료 시점(

)를 체크한다. 그리고, 제1 신호(42b)를 수신한 시점(

)부터 제2 신호의 제1 부분(44b)을 수신한 시점(

)까지의 제2 시간길이와 제1 부분(44b)을 수신한 시점(

)부터 제2 부분(46b)을 수신한 시점(

)까지의 제4 시간길이를 측정한다.

제2 시간길이와 제4 시간길이가 측정되면, 이 측정값들과, 목표 디바이스가 제1 신호를 수신한 후 제2 신호를 생성할 때까지의 지연시간, 제2 신호의 제1 부분 및 제2 부분 각각의 시간길이를 이용하여 SAP(130)과 목표 디바이스(120) 간의 거리 d1을 계산할 수 있다. 거리 d1의 계산에는 수학식 7이 이용될 수 있다.

여기서, N11은 SAP(130)가 자신의 클럭 주기를 사용하여 상기 제2 시간길이 동안 클럭 카운팅한 횟수, N12는 SAP(130)가 자신의 클럭 주기를 사용하여 상기 제4 시간길이 동안 클럭 카운팅한 횟수, D01은 MAP(110)와 SAP(130) 간의 거리를 나타낸다.

한편, 수학식 6을 수학식 7에 대입하면, SAP(130)과 목표 디바이스(120) 간의 거리 d1은 수학식 8과 같이 표현된다.

수학식 8을 보면, SAP(130)와 목표 디바이스(120) 간의 거리는, MAP(110)가 제1 신호를 송신한 시점부터 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이(N01)와 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점부터 제2 부분을 수신한 시점까지의 제3 시간길이(N02), SAP(130)가 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이(N11)와 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점부터 제2 부분을 수신한 시점까지의 제4 시간길이(N12), 목표 디바이스(120)가 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호를 생성하기 시작하는 시점까지의 지연시간(Mgap), 제2 신호의 제1 부분 및 제2 부분 각각의 시간길이(M1, M2) 및 MAP(110)와 SAP(130) 간의 거리(D01)에 근거하여 계산될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, MAP(110)가 제1 신호를 송신한 시점부터 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 시간길이 및 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점부터 제2 부분을 수신한 시점까지의 시간길이와, SAP(130)가 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 시간길이 및 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점부터 제2 부분을 수신한 시점까지의 시간길이를 이용하면, 목표 디바이스에서의 상기 지연시간, 목표 디바이스(120)가 생성하는 제2 신호의 제1 부분 및 제2 부분 각각 시간길이 및 MAP(110)와 SAP(130) 간의 거리를 알고 있다는 전제 하에, SAP(130)와 목표 디바이스(120) 간의 거리를 구할 수 있게 된다.

또한, 이러한 방식에 의할 경우, 각 디바이스들(MAP, 목표 디바이스, SAP) 간의 클럭 주파수 편차로 인한 거리 측정 오차를 보상할 수 있다.

MAP(110)과 목표 디바이스(120) 간의 거리를 구하는 경우를 예로 들어 설명하면, 공칭 클럭 주기

에 대해, MAP(110)의 실제 클럭 주기를

, 목표 디바이스(120)의 실제 클럭 주기를

라 하고,

와

간의 편차비율을 (1+e1),

와

간의 편차비율을 (1+e2)라 가정할 때, 다음의 수학식 9와 같은 관계가 성립한다. 여기서,

는 공칭 클럭 주기로서 미리 알고 있는 상수 값이고, e1과 e2는 미지수이다.

한편, 수학식 6에서 MAP(110)이 측정한 N01과 N02 값은 MAP(110)의 자신의 실제 클럭 주기인

으로 측정되었고, Mgap, M1, M2의 시간길이는 목표 디바이스(120)의 실제 클럭 주기인

로 생성되었으므로, 수학식 10의 관계가 성립한다.

여기서, ToF는 MAP(110)과 목표 디바이스(120) 간의 신호 비행시간을 의미하며, 그림 4에서 t0에 해당하는 값이다.

수학식 10을 수학식 6에 대입하고, 수학식 9를 적용하여 정리하면, MAP(110)과 목표 디바이스(120) 간의 거리는 수학식 11과 같다.

MAP(110)과 목표 디바이스(120) 간의 실제 공간적인 거리(Spatial Distance) 값은 c*ToF 이므로, 수학식 9의 결과와 비교하였을 때, (1+e1) 비율의 거리 오차가 발생함을 알 수 있고, 이는 제1 송수신기의 실제 클럭 주기

과 공칭 클럭 주기

간의 편차 비율과 같음을 알 수 있다. 즉, 송수신기의 실제 클럭 주기(또는 주파수)에 편차가 발생하여도, 거리 측정 오차가 실제 클럭 주기(또는 주파수)의 편차 비율 이상으로 확대되지 않음을 알 수 있다.

한편, 제2 신호 전체의 수신이 완료된 한 시점만을 측정하는 실시예의 경우, M0=M1+M2, N0=N01+N02 이므로, 수학식 9와 10을 수학식 2에 적용하면, 수학식 12와 같다.

수학식 9와 비교하였을 때, 수학식 10의 경우, 두 번째 항만큼의 거리 측정 오차가 추가로 발생함을 알 수 있다. 즉, 두 디바이스 간의 클럭 주파수의 편차가 발생하였을 때, 거리 측정 오차는 그 클럭 주파수의 편차 비율보다 훨씬 커짐을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 의하는 경우 제1 실시예보다 클럭 주파수 편차로 인한 거리 측정 오차가 현저히 감소함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 제2 실시예에서는, 제2 신호의 제1 부분의 수신 시점과 제2 부분의 수신 시점을 측정하여, 즉, 제2 신호의 임의의 두 개 부분의 수신 시점을 측정하여 거리를 계산하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 신호의 임의의 세 부분의 수신 시점을 측정하는 경우, 예컨대, 도 2에서 시점 A, 시점 C 및 시점 N을 측정하는 경우에는, T1 시간길이의 부분과 T4+……+Tn의 시간길이 부분을 이용하여 거리를 계산할 수 있고, 이 경우에도 제2 신호의 임의의 두 개 부분의 수신 시점을 측정하여 거리를 계산하는 방식과 동일한 원리가 적용될 수 있을 것이다.

한편, 거리측정 기술에서 시간측정오차를 유발하는 요인에는 송수신기들 간의 클럭 편차 이외에도 송수신기의 구현 시 사용한 회로소자들의 내재시간지연(Intrinsic Time Delay)이 있을 수 있다. 내재시간지연은 회로에 사용한 선로의 길이, PWB(Printed Wiring Board) Pattern의 길이, 인덕터(Inductor), 커패시터(Capacitor) 및 디지털 신호의 클럭 지연 등의 요인으로 발생할 수 있다. 내재시간지연은 송수신기의 설계 시 미반영된 시간지연이므로 이를 보상하면 더욱 정확한 거리 측정이 가능할 수 있다.

이를 위해, 도 1에서 신호 감지부(114, 124, 134)에 내재시간지연 값으로 Mcal 입력하여 시간지연수정(Time Delay Calibration) 기능을 수행하도록 할 수 있다.

예컨대, 상기 내재시간지연 값을 특정 환경조건 하에서 계측기로 측정하고 그 측정치를 Mcal값으로 신호 감지부(114, 124, 134)에 입력한다. 이 때, 목표 디바이스(120)의 신호 감지부(124)에서는 입력된 Mcal 값을 딜레이부(128)로 전달하여 목표로 하였던 Mgap 지연시간에 추가적으로 발생된 내재시간지연 Mcal 만큼을 축소 지연시키는 방법으로 시간지연수정(Time Delay Calibration) 기능을 구현할 수 있다. 또한, MAP(110) 및 SAP(130)의 신호 감지부(114, 134)에서는 N01, N02, Ni1, Ni2 등의 값을 출력하는 과정에서 실제 시간지연 값에 비해 추가적으로 발생된 내재시간지연 Mcal 값만큼을 출력값에서 차감한 후 출력하는 방법으로 시간지연수정(Time Delay Calibration) 기능을 수행할 수 있다.

한편, 내재시간지연은, 주변온도(Ambient Temperature)의 변화, 동작전압 (Supply Voltage)의 변화 및 경년(Aging) 변화 등의 개별 혹은 혼합된 영향으로 인해, 그 값이 변동할 수도 있다. 따라서 이러한 환경 변화에 따른 시간지연 변동값을 계측기로 측정하여 이것을 테이블화하여 저장하고, 환경변화에 따른 시간지연 변동값을 추정하여 추정된 Mcal 값을 입력하는 방법으로 자동보정(Automatic Correction) 기능을 수행하도록 할 수도 있을 것이다.

한편, 시간측정오차를 유발하는 또 다른 요인 중의 하나는 회로를 디지털로 구현하는 경우 경과시간 측정에 사용하는 단위시간(Unit Time) 값의 영향이다. 제1 신호 및 제2 신호의 생성, 그리고 제1 시간길이 내지 제4 시간길이의 측정에 사용하는 단위시간 값은 Ranging 정확도에 직접 영향을 주게 된다. 예컨대, 도 3에서 제1 시간길이(N0)는 두 시점(MAP이 제1 신호를 송신한 시점과 제2 신호를 수신한 시점) 간의 시간길이를

으로 카운트하여 측정하면 정수 값이 출력되지만, 엄밀하게는 두 시점 간의 시간길이를

값으로 나누면 정수(Integer)와 소수(Fraction Number) 부분으로 나뉜다.

으로 카운트한 정수 부분만 사용한다면 소수 부분만큼의 Ranging 측정 오차가 발생할 수 있고, 최대

만큼의 오차가 발생할 수 있다.

도 5는 클럭의 주기

값이 단위시간(Unit Time)

값과 같은 경우에 대한 예시 도면이다.

신호(51)는 클럭 파형이고

은 클럭의 공칭 주기 (Nominal Clock Period) 값이다. 요구되는 거리측정 정확도(Required Ranging Precision)를 실현하기 위해서는 시간 분해도(Time Resolution)인

값보다

값이 작아야 한다. 즉,

를 만족하는 주기의 클럭을 사용하면 소수부분만큼의 측정오차가 발생하더라도 측정오차의 크기가

보다 적게 되므로 요구되는 거리측정 분해도를 실현할 수 있다.

예컨대, 거리측정을 위해 요구되는 정확도가 T_RESOL = 1/3e8 = 3.33nsec 라면,

값이 3.33nsec 보다 적은 값을 갖는 클럭, 즉, 300MHz 이상 주파수의 클럭을 사용하면 된다.

다만, 상기의 예제에서와 같이, 300MHz 이상의 클럭 주파수를 사용하면 ADC(Analog to Digital Converter), DAC(Digital to Analog Converter) 및 디지털 회로의 전력 소모 등으로 인해 구현상의 어려움이 발생할 수 있다.

따라서, 요구되는 거리측정 정확도(Ranging Precision)를 실현을 위해 요구되는 시간 분해도 값보다

값을 적게 하는 방법으로서, 인터폴레이션(Interpolation) 방법을 사용할 수도 있을 것이다. 인터폴레이션을 사용하면, 신호를 생성하거나 수신신호의 도착시간을 측정할 때 클럭의 주기를 임의의 정수로 등분한 등가 시간 분해도(Equivalent Time Resolution)를 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 임의의 정수를 인터폴레이션의 등분정수(Division Integer)라 정의하고 그 값을

로 표현하였다. 등분정수

는 임의의 정수 값을 지정하여 사용할 수 있으며 디지털 방식의 경우는 2의 승수, 즉 2, 4, 8, 16, ...,를 사용하면 구현이 용이하다.

도 6은 클럭의 주기값

이 단위시간

의

배인 경우를 설명하는 예시 도면이다. 도 5는

가 1인 경우이고, 도 6은

가 4인 경우이다.

신호를 생성하거나 수신신호의 도착시간을 측정할 때, 요구되는 정밀도의 단위시간을 얻기 위해 인터폴레이션을 사용한다. 신호(61)는 클럭 파형이고,

은 클럭의 공칭주기이다.

은 인터폴레이션을 사용하여

을 등분정수

로 나누어 얻은 단위시간 값을 나타낸 것이다.

를

로 나누어서 얻은

이 요구되는 시간 분해도 (Required Time Resolution) 값

보다 작으면, 즉,

의 관계를 만족하도록 하면, 낮은 주파수의 클럭으로도 요구되는 거리측정 분해도를 실현할 수 있다.

이상에서 설명한 인터폴레이션 기법을 적용하는 경우, 거리 측정에 사용하는 수학식 2, 4 내지 8은 각각 수학식 13 내지 수학식 18과 같이 일반화될 수 있다.

수학식 13 내지 18에서

이다.

또한 상기의 수학식들에서, N0, N01 및 N02는 MAP(110)가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수

로 나눈 단위시간을 사용하여 카운팅을 수행한 카운팅 횟수이고, N1, N11 및 N12는 SAP(130)가 자신의 클럭 주기를

로 나눈 단위시간을 사용하여 카운팅을 수행한 카운팅 횟수이다.

이하에서는, 전술한 거리 측정 방법을 이용한 목표 디바이스의 측위 방법에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측위 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 측위 시스템은 MAP(710), 목표 디바이스(720), SAP(730) 및 위치 서버(740)를 포함할 수 있으며, 목표 디바이스(720)에 대한 측위를 위해 하나의 MAP(710), 적어도 하나의 SAP(730) 및 위치 서버(740)가 관여할 수 있다. 위치 서버(740)는 MAP(710) 및 SAP(730)과 다양한 통신 경로, 예컨대, 무선 경로, 유선 경로, 인터넷(750) 등의 접속 경로 등을 통해 연결될 수 있다.

설명의 편의를 위해, 이하에서는, 도 8을 참조하여, 목표 디바이스에 대한 위치 결정을 위해 두 개의 SAP가 관여하는 것으로 하여 설명하나, 이는 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 명백히 하며, SAP의 개수는 필요에 따라 한 개 이상으로 정할 수 있을 것이다.

먼저, MAP(710)는 제1 신호를 생성하여 송신한다.

목표 디바이스(720)는 제1 신호를 수신하면, 그에 대한 응답으로 일정 지연시간을 경과한 후에 제2 신호를 생성하여 송신한다.

목표 디바이스(720)로부터 전송된 제2 신호를 수신한 MAP(710)는 제1 신호를 송신한 시점부터 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이를 측정한다. 여기서 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점이란, 도 2에서 보는 바와 같이, 제2 신호의 일부가 수신된 시점 A나 B 등일 수 있고, 또는 제2 신호 전부의 수신이 완료된 시점 N일 수도 있다.

한편, 제1 SAP(730-1)와 제2 SAP(730-2)는 각각 MAP(710)로부터 전송된 제1 신호와 목표 디바이스(720)로부터 전송된 제2 신호를 각각 수신하고, 제1 신호를 수신한 시점부터 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이를 측정한다.

위치 서버(740)는 MAP(710), 제1 SAP(730-1) 및 제2 SAP(730-2) 각각이 측정한 측정치 시간길이들 및 목표 디바이스(720)가 제1 신호를 수신한 후 제2 신호를 생성하기 시작할 때까지의 지연시간, 제2 신호의 제1 부분의 시간길이에 근거하여 목표 디바이스(720)의 위치를 결정한다.

위치 서버(740)가 목표 디바이스(720)의 위치를 결정하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면, MAP(710)가 측정한 제1 시간길이와, 목표 디바이스(720)에 의한 제1 신호를 수신 시점부터 제2 신호의 시작 시점까지의 지연시간 및 제2 신호의 제1 부분의 시간길이를 이용하여 MAP(710)과 목표 디바이스(720) 간의 거리 d0를 계산한다. 거리 d0는 전술한 바와 같이 계산할 수 있으며, 예컨대, 수학식 1, 2 및 13 중 어느 하나를 통해 계산할 수 있다.

또한, 위치 서버(740)는 SAP들(730-1, 730-2)이 측정한 제2 시간길이와 목표 디바이스(720)에 의한 제1 신호의 수신 시점으로부터 제2 신호의 시작 시점까지의 지연시간 및 제2 신호의 제1 부분의 시간길이를 이용하여 SAP들(730-1, 730-2) 각각으로부터 목표 디바이스(720)까지의 거리 di를 계산한다. di에서 인덱스 i는 SAP를 식별하기 위해 사용되었으며, i=1은 제1 SAP(730-1)를, i=2는 제2 SAP(730-2)를 의미한다. 거리 di는 전술한 바와 같이 계산할 수 있으며, 예컨대, 하기의 수학식 19를 이용할 수 있다.

여기서, Ni는 i번째 SAP가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제2 시간길이 동안 카운팅한 횟수, D0i는 MAP(710)과 i번째 SAP 간의 거리를 나타낸다.

AP들로부터 목표 디바이스까지의 거리가 계산되면, 위치 서버(740)는 계산된 거리와 각 AP들의 위치 정보를 이용하여 삼변측량(Trilateration) 계산법 등에 의해 목표 디바이스(720)의 위치를 결정한다.

한편, 각 디바이스들(MAP, SAP, 목표 디바이스) 간의 클럭 주파수 편차로 인한 측위 오차를 줄이기 위해, MAP(710)와 SAP(730-1, 730-2)에서 제2 신호의 임의의 두 부분의 수신 시점을 체크하는 방식을 사용할 수도 있다.

구체적으로 설명하면, MAP(710)는 제1 신호의 송신 시점부터 제2 신호의 제1 부분의 수신 시점까지의 제1 시간길이 이외에 제2 신호의 제1 부분을 수신한 수신 시점으로부터 제2 신호의 제2 부분을 수신한 수신 시점까지의 제3 시간길이를 측정한다. 그리고, MAP(710) 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수(1 이상의 정수)로 나눈 단위시간을 사용하여 제1 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N01과 제3 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N02를 얻는다.

각각의 SAP들(730-1, 730-2) 또한, 제1 신호의 수신 시점부터 제2 신호의 제1 부분의 수신 시점까지의 제2 시간길이 이외에 제2 신호의 제1 부분의 수신 시점부터 제2 신호의 제2 부분의 수신 시점까지의 제4 시간길이를 측정한다. 그리고, SAP(730-1, 730-2) 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 제2 시간길이 동안 카운팅한 횟수 Ni1과 제4 시간길이 동안 카운팅한 횟수 Ni2를 얻는다.

위치 서버(740)는 MAP(710)에 의한 카운팅 횟수 N01과 N02에 근거하여 MAP(710)과 목표 디바이스(720) 간의 거리 d0를 계산한다. 거리 d0는 전술한 바와 같이 계산할 수 있으며, 예컨대, 수학식 6 또는 16을 이용하여 계산할 수 있다.

또한, 위치 서버(740)는 SAP들(730-1, 730-2)에 의한 카운팅 횟수 Ni1 및 Ni2에 근거하여 SAP(730-1, 730-2) 각각으로부터 목표 디바이스(720)까지의 거리 di를 계산한다. 거리 di는 전술한 바와 같은 방식으로 계산할 수 있으며, 예컨대, 하기의 수학식 20을 이용하여 계산할 수 있다.

여기서, Ni1와 Ni2는 각각 i번째 SAP가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제2 시간길이와 제4 시간길이 동안 카운팅한 횟수를 의미한다.

거리 d0 및 di가 계산되면, 위치 서버(740)는 AP들 각각의 위치 정보를 이용하여 목표 디바이스(720)의 위치를 결정할 수 있게 된다.

위 실시예에서는 두 개의 SAP를 이용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 세 개 이상의 SAP가 사용될 수도 있고, 이 경우 다변측량(Multilateration) 계산법 등에 의해 목표 디바이스(720)의 위치를 결정할 수도 있을 것이다. 또한, 경우에 따라서는 목표 디바이스의 측위를 위해 하나의 SAP만이 사용될 수도 있을 것이다. 예컨대, SAP과 목표 디바이스 간의 거리와 MAP과 목표 디바이스 간의 거리를 계산된다. 이 경우, AP들의 위치를 중심으로 하여 측정된 거리를 반경으로 하는 원을 그리면 두 개의 교점이 생성되는데, 목표 디바이스는 이 두 개의 교점 중 어느 한 곳에 위치하게 된다. 그런데, 만약 어느 한 교점의 위치가 목표 디바이스가 위치할 수 없는 장소인 경우에는, 또 다른 SAP와 목표 디바이스 간의 거리를 측정함 없이, 목표 디바이스의 위치를 결정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 측위 방법은, 목표 디바이스가 블링크(Blink) 신호의 송신만을 수행하고 AP들은 그 블링크 신호의 수신만을 수행하는 TDoA 방식과 대조적으로, 목표 디바이스와 MAP가 각각 1회의 신호 송신 및 수신만을 수행하고, SAP들은 그 두 개의 신호를 수신만 하는 방식을 통해 목표 디바이스의 위치를 결정하는 특징을 갖는다.

종래의 TDoA에서는 AP들 및 목표 디바이스 서로 간에 클럭 주파수 및 위상 동기를 필요로 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 측위 방법은 AP들 간의 클럭 동기를 필요로 하지 않으므로, 전체적인 시스템 구조가 간단해진다. 또한, AP들과 목표 디바이스 간에 각각 4회의 신호를 요구하는 종래 RT-ToA 방식과 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 측위 방법은 MAP과 목표 디바이스 간에 단지 2회의 신호만을 필요로 하므로 에어 인터페이스의 부하를 줄일 수 있다. 또한 제2 신호의 임의의 두 부분의 시점을 측정하는 제2 실시예에 따를 경우, 클럭 주파수의 편차로 인해 발생하는 측위 오차까지 줄일 수 있다는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 측위 시스템은 SAP와 MAP 간에 역할을 서로 교환하는 기능을 포함할 수도 있다. 즉, 기존 MAP를 신규 SAP로 그리고 기존 SAP를 신규 MAP로 역할을 재정비함으로써 측위 시스템에 유연성을 부여할 수도 있다.

한편, MAP(710)가 생성하여 전송하는 제1 신호는 MAP 식별정보, 목표 디바이스 식별정보, 목표 디바이스 식별정보별 순서번호(Sequence Number), 현재 시각 정보 및 목표 디바이스 식별정보별로 할당된 다음 번 깨어날 시각(Wake-up Time) 정보 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

여기서, MAP 식별정보는 목표 디바이스와 SAP들이 제1 신호가 어디로부터 온 신호인지를 분간할 수 있도록 하기 위해 제1 신호에 포함될 수 있다.

목표 디바이스 식별정보는 많은 디바이스들 중 거리 측정의 대상이 되는 목표 디바이스가 어느 것인지를 목표 디바이스 및 SAP들이 인지할 수 있도록 하기 위해 제1 신호에 포함될 수 있다. 즉, 제1 신호를 수신하는 다수의 목표 디바이스들은 자신이 기 저장하고 있는 식별정보와 제1 신호에 포함된 목표 디바이스 식별정보를 비교하여, 일치하는 경우 자신이 호출된 목표 디바이스임을 인지하고 제2 신호를 생성하여 전송하며, 일치하는 않는 경우에는 제1 신호를 무시하여 제2 신호를 전송하지 않게 된다.

목표 디바이스 식별정보별 순서번호는 모든 AP들이 특정 목표 디바이스에 대한 식별번호와 순서번호를 측정 정보와 한 묶음(Bundle)으로 위치 서버로 전달하도록 하기 위해 사용될 수 있다. 모든 AP들이 목표 디바이스에 대한 제1 신호와 제2 신호로부터 측정한 정보를 위치 서버로 전달하는 과정에 정보 전달 경로의 통신 상황에 따라 위치 서버에 도착하는 시점이 제각기 다를 수 있다. 목표 디바이스에 대한 제1 신호는 일정한 시간 간격을 두고 반복해서 송신될 수 있으므로, AP들로부터 위치 서버로 전달되는 동일 목표 디바이스에 대한 정보들이 전달 시점의 차이로 인해 정보 도착의 순서가 어긋날 수가 있다. 제1 신호에 목표 디바이스의 식별번호와 순서번호를 포함시키고 식별번호를 포함한 제1 신호의 송신 때마다 해당 식별번호의 순서번호를 다른 값으로 갱신(Update)하여 송신하게 되면 목표 디바이스의 식별번호와 순서번호를 이용하여 측정값들을 구분하여 가려낼 수가 있다. 예컨대, 순서번호를 0부터 255 사이의 숫자를 매번 다른 값으로 갱신하여 부여하며 매 1초마다 측정정보를 위치 서버로 전달하는 경우 통신 경로 별 측정 정보 도착시간의 차이가 256초 이하라면 측정 정보 도착시간의 차이 인한 데이터 취합에 있어서의 오류를 방지할 수 있다.

더욱 구체적으로 설명하면, MAP(710)과 SAP들(730-1, 730-2)이 제1 신호에 포함된 목표 디바이스의 식별정보 및 순서번호와 함께, 측정한 시간길이 값들을 위치 서버(740)로 전송하면, 위치 서버(740)는 목표 디바이스의 식별정보 및 순서번호를 이용하여 수신한 시간길이 값들을 분류하여 관리하고, 동일한 식별정보 및 순서번호로 분류된 경과시간 값들만을 이용하여 거리를 계산한다. 따라서, 통신 경로별 시간 지연 차이로 인해, MAP(710)과 SAP들(730-1, 730-2)이 순차적으로 보내는 측정값들의 도착 순서가 어긋나도 거리 계산 및 위치 측정의 오류를 방지할 수 있게 된다.

한편, 다음 번 깨어날 시각 정보는 목표 디바이스(720)의 전력 소모를 줄이기 위한 목적으로 제1 신호에 포함될 수 있다. 즉, 저전력 수면모드에 있던 목표 디바이스(720)는 다음 번 깨어날 시각 정보를 이용하여 제1 신호의 송신이 시작되기 직전에 저전력 수면모드에서 깨어나 동작모드로 전환한 후 제1 신호를 수신하고, 제2 신호의 송신을 완료한 이후에 다시 수면모드로 전환할 수 있다. 즉, 목표 디바이스는 다음 번 깨어날 시각 정보를 이용하여 수면모드와 동작모드를 전환함으로써 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.

한편, MAP(710)는 자신의 RTC(Real Time Clock)를 이용하여 시각기준(Time Reference) 신호를 생성하여, 목표 디바이스 또는 SAP들로 송신함으로써, 목표 디바이스 또는 SAP가 그 시각기준 신호를 이용하여 자신의 RTC를 조정함으로써 MAP(710)의 RTC와 일치시키도록 할 수도 있다.

또한, MAP(710)는 통신 영역 내에 한 개 이상의 목표 디바이스들이 존재하는 경우 그 목표 디바이스들에 대한 호출순서를 정해 호출하고, 전체 목표 디바이스들에 대한 호출이 마무리되면, 다시 호출하는 과정을 반복할 수도 있다. 이 방법에 의해 MAP의 통신영역 내의 모든 목표 디바이스들에 대한 위치 값을 순서에 따라 충돌없이 연속해서 결정할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 측위 방법은 목표 디바이스(720)와 MAP(710) 간에 통신을 위한 초기화 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 초기화 동작은 목표 디바이스가 전원을 최초로 On한 경우, 목표 디바이스가 어느 한 MAP의 통신영역에서 다른 MAP의 통신영역으로 이동한 경우, 목표 디바이스의 깨어날 시각과 MAP의 호출시각(제1 신호를 전송하는 시각)이 일치하지 않을 때 등의 경우에 수행될 수 있다.

초기화 동작은 다음의 방법으로 수행될 수 있다.

먼저 목표 디바이스가 수면모드에서 깨어나 동작모드로 전환한 후 자신의 식별정보를 포함하는 접근신호(Access Signal)를 송신하고, 접근신호의 송신을 종료한 후 기 설정된 타임아웃(Time-out) 기간 동안 MAP로부터 제어신호를 대기한다.

타임아웃 기간 내에 어느 한 MAP으로부터 제어신호를 수신하면, 제어신호에 포함된 현재 시각 정보 및 다음 번 깨어날 시각 정보를 이용하여 목표 디바이스 자신의 RTC 및 다음 번 깨어날 시각을 설정함으로써, 초기화를 완료한다.

그러나, 타임아웃 기간 내에 어떠한 제어신호도 수신하지 못하면, 동작모드에서 수면모드로 전환하고, 기 설정된 휴면시간간격(Recess Time Interval) 이후에 다시 동작모드로 전환하여 접근신호를 송신하는 과정을 반복한다.

한편, 목표 디바이스로부터 접근신호를 수신한 적어도 하나 이상의 MAP은 자신의 MAP 식별정보, 접근신호를 전송한 목표 디바이스의 식별정보 및 수신신호의 품질정보를 위치 서버로 전송한다.

위치 서버는 수신신호의 품질정보를 이용하여 상기 적어도 하나 이상의 MAP들 중 목표 디바이스와의 통신에 적합한 최적 MAP를 선정하고 그 선정 결과를 그 최적 MAP에 통보한다.

최적 MAP는 선정 결과를 통보받은 이후에 다시 목표 디바이스로부터 접근 신호를 수신하면, 현재 시각정보와 다음 번 깨어날 시각 정보를 포함하는 제어신호를 목표 디바이스로 전송함으로써, 목표 디바이스가 자신과 통신을 수행할 수 있는 상태가 되도록 초기화한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 측위 방법은, 목표 디바이스 주위에 복수의 MAP가 존재하는 경우, 복수의 MAP 중 목표 디바이스와의 통신을 수행할 최적 MAP를 선정하는 과정을 포함할 수도 있다.

예컨대, 복수의 MAP들이 목표 디바이스가 생성하여 전송하는 제2 신호를 수신하면, 자신의 식별정보, 목표 디바이스의 식별정보 및 수신신호의 품질정보를 위치 서버로 전송한다. 여기서 목표 디바이스의 식별정보는 목표 디바이스가 전송하는 제2 신호로부터 추출되어 위치 서버로 전송될 수 있을 것이다.

위치 서버는 수신신호의 품질정보를 이용하여 목표 디바이스와의 통신에 적합한 최적 MAP를 선정하고, 그 선정결과를 선정된 최적 MAP에 통보한다.

선정 결과를 통보받은 최적 MAP는 목표 디바이스로 제1 신호를 전송하여, 전술한 측위 과정을 수행하게 된다.

이러한 최적 MAP 선정 과정을 통해, 목표 디바이스는 통신에 가장 적합한 MAP와 측위 과정을 수행하게 되므로, 목표 디바이스가 이동하는 중에도 측위 정확도가 지속적으로 유지될 수 있다는 장점이 있다.

도 9은 본 발명의 실시예에 따른 측위 방식과 종래 TDoA 측위 방식의 성능을 비교/분석한 그래프이다. 도 9(A)는 종래의 TDoA 측위 방식의 성능을 나타내는 그래프이고, 도 9(B)는 본 발명의 실시예에 따른 측위 방식의 성능을 나타내는 그래프이다.

성능 비교를 위해 총 4개의 AP를 사용하였다. 주어진 AP들의 좌표는 다음과 같다.

- AP0 또는 MAP의 좌표: (-50-j50)m

- AP1 또는 SAP1의 좌표 (+50-j50)m

- AP2 또는 SAP2의 좌표 (+50+j50)m

- AP3 또는 SAP3의 좌표 (-50+j50)m

위치 결정 시스템의 효과적인 성능 분석을 위하여 AP들과 목표 디바이스 간의 거리 측정 오차로서 랜덤 측정오차 0.3m rms를 부가하였다. 목표 디바이스의 위치를 [-100-j*80, -100-j*60, -100-j*40, -100-j*20, -100-j*0, -66+j*0, -33+j*0, 0+j*0, 25+j*0, 50+j*8, 70+j*20, 85+j*35, 100+j*50] 순으로 이동시키면서 각 위치에서 목표 디바이스의 위치를 30회 측정하였고 측정된 위치를 점으로 표시하였다.

TDoA 방식의 위치 결정 정확도를 분석한 결과, 도면부호 901에서 보는 바와 같이, 4개의 AP들로 구성된 셀 내부에 목표 디바이스가 위치하는 경우의 위치결정치의 오차는 도착시간 측정오차 값 이내로 안정되어 있으나, 도면부호 902에서와 같이 셀 외부에 목표가 위치하는 경우 셀 외부에서의 목표 디바이스의 위치에 따라서 위치결정치의 오차가 도착시간 측정오차 값의 수~수십 배까지 확대되는 경향을 나타내 매우 불안정하였다. 도 9에서 목표 디바이스가 셀 내부로부터 외부로 멀어질수록 매 측위마다의 위치결정치 간에 변동이 점점 심해져 측위 정확도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 실시예에 따른 위치결정치의 정확도를 분석한 결과, 도면부호 903 같이 4개의 AP들로 구성된 셀 내부에 목표 디바이스가 위치하는 경우와, 도면부호 904와 같이 셀 외부에 목표 디바이스가 위치하는 경우 모두 오차범위가 거리 측정오차 값의 크기 이내로 안정되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

제1 디바이스가 송신하는 제1 신호 및 상기 제1 신호에 대한 응답으로 목표 디바이스가 생성하여 송신하는 제2 신호를 이용하여 거리를 측정하는 방법으로서,
상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이,
제2 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이, 및
상기 목표 디바이스가 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 시작 시점까지의 지연 시간길이와 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이
에 근거하여 상기 제2 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 시간길이, 상기 지연 시간길이 및 상기 제2 신호의 제1 부분의 시간길이를 이용하여 상기 제1 디바이스에서 상기 목표 디바이스까지의 거리 d0를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 거리 d0는, 상기 제1 디바이스가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제1 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N0에 근거하여, 하기의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.

여기서, c는 매질에서의 신호의 전달속도,
는 공칭 클럭 주기(Nominal Clock Period),
는 인터폴레이션 등분 정수로서 1 이상의 값, Mgap은 지연 시간길이 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M0는 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값을 나타냄.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 시간길이, 상기 지연 시간길이, 상기 제2 신호의 제1 부분의 시간길이 및 상기 거리 d0를 이용하여 상기 제2 디바이스에서 상기 목표 디바이스까지의 거리 d1을 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 거리 d1은, 상기 제2 디바이스가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제2 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N1에 근거하여, 하기의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.

여기서, D01은 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리를 나타냄.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리를 계산함에 있어서,
상기 제1 디바이스가 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 제2 부분을 수신한 시점까지의 제3 시간길이,
상기 제2 디바이스가 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 상기 제2 부분을 수신한 시점까지의 제4 시간길이 및
상기 제2 신호의 상기 제2 부분의 시간길이
를 추가로 더 이용하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 디바이스가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제1 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N01 및 상기 제3 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N02에 근거하여, 상기 제1 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리 d0를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 거리 d0는 하기의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.

,

여기서, c는 매질에서의 신호의 전달속도,
는 공칭 클럭 주기(Nominal Clock Period),
는 인터폴레이션 등분 정수로서 1 이상의 값, Mgap은 상기 지연 시간길이 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M1은 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M2는 상기 제2 신호의 상기 제2 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값을 나타냄.
제 7 항에 있어서,
상기 제2 디바이스가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제2 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N11과 상기 제4 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N12, 및 상기 거리 d0에 근거하여, 상기 제2 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리 d1을 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 거리 d1은 하기의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.

,

여기서, c는 매질에서의 신호의 전달속도,
는 공칭 클럭 주기(Nominal Clock Period),
는 인터폴레이션의 등분 정수로서 1 이상의 값, Mgap은 상기 지연 시간길이 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M1은 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M2는 상기 제2 신호의 상기 제2 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, D01은 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리로서 알려진 값을 나타냄.
제1 디바이스가 송신하는 제1 신호 및 상기 제1 신호에 대한 응답으로 목표 디바이스가 생성하여 송신하는 제2 신호를 이용하여 거리를 측정하는 장치로서,
상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이,
제2 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이, 및
상기 목표 디바이스가 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 시작 시점까지의 지연 시간길이와 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이
에 근거하여 상기 제2 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
목표 디바이스(Target Device), 주 디바이스(Master Device) 및 적어도 하나의 종 디바이스(Slave Device)를 포함하는 위치 결정 시스템에서 상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 방법으로서,
상기 주 디바이스가 제1 신호를 생성하여 전송하는 단계;
상기 목표 디바이스가 상기 제1 신호의 수신에 대한 응답으로 일정 지연 시간길이 경과 후 제2 신호를 생성하여 전송하는 단계;
상기 주 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이를 측정하는 단계;
상기 적어도 하나의 종 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점으로부터 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이를 측정하는 단계; 및
상기 제1 시간길이, 상기 제2 시간길이, 상기 지연 시간길이 및 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이에 근거하여 상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 단계는,
상기 제1 시간길이, 상기 지연 시간길이 및 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이에 근거하여 상기 주 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리 d0를 계산하는 단계;
상기 제2 시간길이, 상기 지연 시간길이, 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이 및 상기 거리 d0에 근거하여 상기 적어도 하나의 종 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리 di(여기서, i는 상기 적어도 하나의 종 디바이스 각각을 식별하기 위한 인덱스로 사용됨)를 계산하는 단계; 및
상기 거리 d0, 상기 거리 di 및 상기 주 디바이스와 상기 적어도 하나의 종 디바이스 각각의 위치 정보를 이용하여 상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 주 디바이스가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제1 시간길이 동안 카운팅한 횟수(N01) 및 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 제2 부분을 수신한 시점까지의 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N02를 산출하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 종 디바이스가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제2 시간길이 동안 카운팅한 횟수(Ni1. i는 상기 적어도 하나의 종 디바이스를 식별하기 위한 인덱스로 사용됨) 및 상기 제2 신호의 상기 제1 부분을 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 상기 제2 부분을 수신한 시점까지의 시간길이 동안 카운팅한 횟수 Ni2를 산출하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 카운팅 횟수 N01 및 N02에 근거하여 상기 주 디바이스와 상기 목표 디바이스 간의 거리 d0를 계산하는 단계;
상기 카운팅 횟수 Ni1 및 Ni2에 근거하여 상기 적어도 하나의 종 디바이스 각각으로부터 상기 목표 디바이스까지의 거리 di를 계산하는 단계; 및
상기 거리 d0, 상기 거리 di 및 상기 주 디바이스와 상기 적어도 하나의 종 디바이스 각각의 위치 정보를 이용하여 상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 거리 d0 및 상기 거리 di는 하기의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.

,

여기서, c는 매질에서의 신호의 전달속도,
는 공칭 클럭 주기(Nominal Clock Period),
는 인터폴레이션 등분 정수로서 1 이상의 값, Mgap은 상기 지연 시간길이 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M1은 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M2는 상기 제2 신호의 상기 제2 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, D0i는 상기 주 디바이스와 상기 적어도 하나의 종 디바이스 간의 거리로서 알려진 값을 나타냄.
제 12 항에 있어서,
상기 위치 결정 시스템은 상기 적어도 하나의 종 디바이스 중 어느 한 종 디바이스와 상기 주 디바이스의 역할을 서로 교환시키는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 신호는 주 디바이스 식별정보, 목표 디바이스 식별정보, 목표 디바이스 식별정보별 순서번호(Sequence Number), 현재 시각 정보 및 상기 목표 디바이스 식별정보별로 할당된 다음 번 깨어날 시각(Wake-up Time) 정보 중 적어도 하나 이상의 포함하고, 상기 제1 신호가 송신될 때마다 상기 목표 디바이스 식별정보별 순서번호가 다른 값으로 갱신되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 목표 디바이스는 기 저장하고 있는 자신의 식별정보와 상기 제1 신호에 포함된 상기 목표 디바이스 식별정보가 일치하는 경우에만 상기 제2 신호를 생성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 목표 디바이스는 상기 제1 신호에 포함된 다음 번 깨어날 시각 정보를 이용하여 저전력 수면모드(Sleep Mode)와 동작모드(Active Mode) 간의 전환을 수행하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 위치 결정 시스템에 포함된 위치 서버가 상기 N01, N02, Ni1 및 Ni2와 함께 목표 디바이스 식별정보 및 상기 목표 디바이스 식별정보별 순서번호를 수신하고, 상기 목표 디바이스 식별정보 및 상기 목표 디바이스 식별정보별 순서번호에 의해 상기 N01, N02, Ni1 및 Ni2를 관리 및 분류함으로써 상기 목표 디바이스의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 주 디바이스는 자신의 현재 RTC(Real Time Clock)를 이용하여 시각기준(Time Reference) 신호를 생성하여 상기 목표 디바이스로 전송하고, 상기 목표 디바이스는 상기 시각기준 신호를 이용하여 자신의 RTC를 조정하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 목표 디바이스가 상기 주 디바이스와의 통신을 위한 초기화 동작을 수행하는 단계를 더 포함하되, 상기 초기화 동작은,
상기 목표 디바이스가 자신의 식별정보를 포함하는 접근신호(Access Signal)를 송신하는 단계;
상기 접근신호를 송신한 후 기 설정된 타임아웃(Time-out) 기간 동안 상기 주 디바이스로부터 제어신호(Command Signal)를 대기하는 단계;
상기 타임아웃 기간 내에 상기 제어신호를 수신하면, 상기 제어신호에 포함된 정보를 이용하여 상기 목표 디바이스의 초기화를 수행하는 단계; 및
상기 타임아웃 기간 내에 상기 제어신호를 수신하지 못하면, 기 설정된 휴면시간간격(Recess Time Interval) 이후에 상기 접근신호를 송신하는 단계로 돌아가는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 주 디바이스가 상기 목표 디바이스와의 통신을 위한 초기화 동작을 수행하는 단계를 더 포함하되, 상기 초기화 동작은,
상기 목표 디바이스로부터 접근신호(Access Signal)를 수신한 적어도 하나 이상의 주 디바이스가 각각 상기 접근신호의 품질정보를 위치 서버로 전송하는 단계;
상기 위치 서버가 상기 접근신호의 품질정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 주 디바이스들 중 상기 목표 디바이스와의 통신에 적합한 최적 주 디바이스를 선정하고, 선정 결과를 상기 최적 주 디바이스에 통보하는 단계; 및
상기 최적 주 디바이스가 상기 선정 결과를 통보받은 이후에 상기 목표 디바이스로부터 접근신호를 수신하면, 제어신호를 상기 목표 디바이스로 전송하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 목표 디바이스 주변에 복수의 주 디바이스들이 존재하는 경우, 상기 복수의 주 디바이스들 중 상기 목표 디바이스와 통신을 수행할 최적 주 디바이스를 선정하는 단계를 더 포함하되, 상기 최적 주 디바이스를 선정 단계는,
상기 복수의 주 디바이스들이 상기 목표 디바이스로부터 상기 제2 신호를 수신하면, 수신신호의 품질정보를 위치 서버로 전송하는 단계;
상기 위치 서버가 상기 수신신호의 품질정보를 이용하여 상기 복수의 주 디바이스들 중 상기 목표 디바이스와의 통신에 적합한 상기 최적 주 디바이스를 선정하고, 선정 결과를 상기 최적 주 디바이스에 통보하는 단계; 및
상기 선정 결과를 통보받은 상기 최적 주 디바이스가 상기 제1 신호를 상기 목표 디바이스로 전송하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 방법.
제1 디바이스가 송신하는 제1 신호 및 상기 제1 신호의 수신에 대한 응답으로 제2 디바이스가 전송하는 제2 신호를 이용한 거리 측정 방법으로서,
상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호를 송신한 시점부터 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점까지의 제1 시간길이와 상기 제2 신호의 제1 부분을 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 제2 부분을 수신한 시점까지의 제2 시간길이,
상기 제2 디바이스가 상기 제1 신호를 수신한 시점부터 상기 제2 신호의 시작 시점까지의 지연 시간길이, 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 시간길이 및 상기 제2 신호의 상기 제2 부분의 시간길이
에 근거하여 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하는 하는 거리 측정 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 제1 디바이스가 자신의 클럭 주기를 인터폴레이션 등분 정수로 나눈 단위시간을 사용하여 상기 제1 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N01 및 상기 제2 시간길이 동안 카운팅한 횟수 N02에 근거하여 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리 d0를 측정하는 거리 측정 방법.
제 27 항에 있어서,
상기 거리 d0는 하기의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.

,

여기서, c는 매질에서의 신호의 전달속도,
는 공칭 클럭 주기(Nominal Clock Period),
는 인터폴레이션 등분 정수로서 1 이상의 값, Mgap은 상기 지연 시간길이 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M1은 상기 제2 신호의 상기 제1 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값, M2는 상기 제2 신호의 상기 제2 부분의 신호 생성에 사용된 클럭 횟수로서 알려진 값을 나타냄.
제 28 항에 있어서,

를
로 나눈 값이 측정에서 요구하는 시간 분해도(Time Resolution)보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 제1 시간길이, 상기 제2 시간길이, 상기 지연 시간길이, 상기 제2 신호의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 각각의 시간길이는 상기 제1 디바이스 또는 상기 제2 디바이스 자체에서 발생하는 내재시간지연(Intrinsic Time Delay)으로 인한 시간지연 오차를 보정한 값인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
제 30 항에 있어서,
상기 제1 디바이스 또는 상기 제2 디바이스는 주변 온도의 변화, 동작 전압의 변화 및 경년(Aging)의 변화 중 적어도 어느 하나 이상의 주변 환경의 변화에 따른 상기 내재시간지연의 변동을 테이블로 저장하고, 상기 테이블을 이용하여 상기 내재시간지연을 조절하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.