KR20130014443A - 무선랜-기반의 위치측정 시스템 - Google Patents

무선랜-기반의 위치측정 시스템 Download PDF

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KR20130014443A KR20120083065A KR20120083065A KR20130014443A KR 20130014443 A KR20130014443 A KR 20130014443A KR 20120083065 A KR20120083065 A KR 20120083065A KR 20120083065 A KR20120083065 A KR 20120083065A KR 20130014443 A KR20130014443 A KR 20130014443A
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Abstract

모바일 무선 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위한 무서랜-기반 위측측정 시스템을 제공하기 위한 기술. 단일 액세스 포인트가 복수의 비콘들을 생성하기 위하여 이용되며, 여기서 복수의 비콘들의 각 비콘은 고유 식별자를 갖는다. 각 비콘은 그 후 다른 비콘들과 상이한 방향으로 송신된다. 수신 디바이스가 송신된 비콘들 중 적어도 하나를 수신하는 경우, 적어도 하나의 수신된 비콘으로부터 신호 강도 또는 몇몇 다른 신호 파라미터가 획득된다. 수신된 신호 파라미터는 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 이용된다.

Description

무선랜-기반의 위치측정 시스템{WLAN-BASED POSITIONING SYSTEM}
본 발명의 실시예들은 무선 통신에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 무선 랜 기술을 이용한 장소 위치측정에 관한 것이다.
다양한 통신 디바이스들이 그 디바이스의 정확한 위치를 결정하기 위하여 위성 위치측정 시스템(global positioning system)을 이용한다. 최근 사용되는 시스템 중 위성 항법 시스템들(Global Navigation Staellite System, GNSS)이 가장 널리 알려진 시스템이다. 이러한 GNSS 시스템들은 미국의 위성 위치측정 시스템(Global Positioning System, GPS), 유럽 공동체의 갈릴레오(Galileo) 및 러시아의 글로나스(GLONASS)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, GNSS 시스템들은 위치를 삼각측량하기 위한 복수의 위성들을 필요로 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량은 복수의 위성들로부터의 좌표화된 신호들(coordinated signals)을 수신하고, 그 위치를 삼각측량하기 위하여 신호들의 도착 타이밍을 판단한다.
비록 GNSS 시스템들이 수신기 말단에서 정확한 위치측정을 제공할 수 있다 하더라도, 위성 통신 링크는 가시선(line-of-sight)이므로, 모바일 수신기가 실내에 있거나 또는 혼잡한 도시 환경(도시 협곡(urban canyons)) 내에 있는 경우 그 성능이 제대로 발휘될 수 없다. 따라서, 위치측정 위성들과 그 디바이스의 위치가 삼각측량되는 디바이스 사이에 큰 장애물이 존재하는 경우, GNSS 시스템들은 장치 위치를 식별하기 위한 요망되는 성능을 제공하지 못할 수 있다.
위치측정 시스템의 다른 유형은 위치측정 정보를 제공하기 위하여 무선 근거리 네트워크(WLAN) 기술을 이용한다. 위성 수신에 문제가 많은 환경에서 GNSS를 보강하기 위한 방편으로서 무선랜-기반 위치측정 시스템들이 등장하였다. 그러나 무선랜-기반 시스템들은 지역적일 뿐, 전역적이지 못하다. 도 2는 수신기의 위치를 삼각측량하는 무선랜-기반 시스템의 일례를 도시한다. 도 2는 리시버를 소지하고 있는 모바일 사용자를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 3개의 와이파이(WiFi) 액세스 포인트들(APs)은 각각 자신의 식별자를 갖는 개별적인 비콘들을 생성한다. 즉, 모바일 사용자는, 액세스 포인트와의 연계를 필요로 하지 않고, 주변의 와이파이 AP들로부터 비콘들을 수신할 수 있다. 사용자가 측정된 신호 세기들의 리스트를 저장하고 있는 데이터베이스에 액세스하는 경우, 각각의 AP로부터의 수신된 신호의 강도를 측정함으로써, 수신기는 그 위치를 삼각측량하기 위해 각각의 AP로부터의 대략적인 거리를 측정할 수 있다.
와이파이 신호들이 가시선을 필요로 하지 않더라도, 와이파이 신호들은 특정 AP 및 수신기 사이의 채널 내에서 부딪히는 다중경로 라디오 주파수(RF) 전파(propagation) 및 다른 간섭들에 의해 영향을 받는다. 삼각측량에 더 많은 AP들을 사용함으로써 액세스 포인트들의 밀도를 증가시켜 정확성을 향상시킬 수 있으나, 장비 및 사회 기반 시설에 큰 투자가 부가된다.
따라서, 무선랜-기반 위치측정 시스템에 대하여, 위치가 결정될 수 있는 보다 강력한 기법에 대한 필요성이 있다.
일 측면에 따르면, 방법은,
단일 액세스 포인트 디바이스로부터 시간 구간 동안 복수의 비콘들을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 비콘들의 각각의 비콘은 각각의 비콘을 다른 비콘들과 구별하기 위한 고유 식별자를 갖는, 단계;
상기 단일 액세스 포인트 디바이스로부터 다른 비콘들과 상이한 방향으로 각각의 비콘을 송신하는 단계;
모바일 수신 디바이스에서 적어도 하나의 송신된 비콘을 수신하는 단계;
상기 적어도 하나의 수신된 비콘으로부터 수신된 신호 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 상기 수신된 파라미터를 이용하는 단계를 포함한다.
유익하게, 각각의 비콘을 송신하는 단계는 무선 근거리 액세스 네트워크 프로토콜을 이용하여 상기 비콘들을 송신한다.
유익하게, 각각의 비콘을 송신하는 단계는 802.11 프로토콜을 이용하여 각각의 비콘을 송신한다.
유익하게, 각각의 비콘을 송신하는 단계는 2.4GHz, 5GHz 또는 60GHz 대역의 주파수로 각각의 비콘을 송신한다.
유익하게, 상기 복수의 비콘들을 생성하는 단계는, 각 고유 식별자는 분리된 가상 네트워크로서 동작하기 위하여 각 비콘을 구별한다.
유익하게, 상기 고유 식별자는 서비스 세트 식별자(Service Set Identification, SSID) 및 맥 어드레스(Media Access Control address, MAC address) 중 적어도 하나이다.
일 측면에 따르면, 방법은,
단일 액세스 포인트 디바이스로부터 시간 구간 동안 복수의 비콘들을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 비콘들의 각각의 비콘은 각각의 비콘을 다른 비콘들과 구별하기 위한 고유 식별자를 갖는, 단계; 및
모바일 수신 디바이스에서 적어도 하나의 송신된 비콘을 수신하는 경우, 상기 모바일 수신 디바이스가 상기 적어도 하나의 수신된 비콘으로부터 수신된 신호 파라미터를 결정하고, 상기 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 상기 수신된 파라미터를 이용할 수 있도록, 상기 단일 액세스 포인트 디바이스로부터 다른 비콘들과 상이한 방향으로 각각의 비콘을 송신하는 단계를 포함한다.
유익하게, 상기 수신된 신호 파라미터는 상기 적어도 하나의 수신된 비콘의 수신된 신호 강도를 포함한다.
유익하게, 각각의 비콘을 송신하는 단계는 무선 근거리 액세스 네트워크 프로토콜을 이용하여 상기 비콘들을 송신한다.
유익하게, 각각의 비콘을 송신하는 단계는 802.11 프로토콜을 이용하여 각각의 비콘을 송신한다.
유익하게, 각각의 비콘을 송신하는 단계는 2.4GHz, 5GHz 또는 60GHz 대역의 주파수로 각각의 비콘을 송신한다.
유익하게, 상기 복수의 비콘들을 생성하는 단계는, 각 고유 식별자는 분리된 가상 네트워크로서 동작하기 위한 각 비콘을 구별한다.
유익하게, 상기 고유 식별자는 서비스 세트 식별자 및 맥 어드레스 중 적어도 하나이다.
유익하게, 상기 방법은, 제 2 액세스 포인트 디바이스로부터 시간 구간 동안 복수의 제 2 비콘들을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 제 2 비콘들의 각각의 비콘 또한 각각의 비콘을 다른 비콘들과 구별하기 위한 고유 식별자를 갖는, 단계; 및 모바일 수신 디바이스에서 상기 제 2 액세스 포인트 디바이스의 적어도 하나의 송신된 비콘을 수신하는 경우, 상기 모바일 수신 디바이스가 두개의 액세스 포인트 디바이스들로부터의 비콘들의 수신에 기초하여 수신된 신호 파라미터를 결정하고, 상기 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 2개의 액세스 포인트 디바이스들로부터의 상기 수신된 파라미터를 이용할 수 있도록, 상기 제 2 액세스 포인트 디바이스의 상기 복수의 제 2 비콘들의 각각의 비콘을 상기 제 2 액세스 포인트 디바이스의 다른 비콘들과 상이한 방향으로 송신하는 단계를 더 포함한다.
일 측면에 따르면, 장치는,
각각의 비콘을 다른 비콘들과 구별하기 위해, 복수의 비콘들의 각각의 비콘을 상이한 고유 식별자에 할당하기 위한 복수의 고유 식별자들을 생성하는 액세스 포인트 디바이스의 기저대역 모듈;
상기 고유 식별자들을 수신하기 위하여 상기 기저대역 모듈에 연결되며, 라디오 주파수로 비콘들을 생성하는 상기 액세스 포인트 디바이스의 송신기; 및
모바일 수신 디바이스가 적어도 하나의 송신된 비콘을 수신하는 경우, 상기 모바일 수신 디바이스가 상기 적어도 하나의 수신된 비콘으로부터 수신된 신호 파라미터를 결정하고, 상기 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 상기 수신된 파라미터를 이용할 수 있도록, 다른 비콘들과 상이한 방향으로 각각의 비콘을 송신하기 위하여 상기 송신기에 연결되는 상기 액세스 포인트 디바이스의 지향성 안테나를 포함한다.
유익하게, 상기 수신된 신호 파라미터는 상기 적어도 하나의 수신된 비콘의 수신된 신호 강도를 포함한다.
유익하게, 상기 송신기는 무선 근거리 액세스 네트워크 프로토콜을 이용하여 상기 비콘들을 송신한다.
유익하게, 상기 송신기는 802.11 프로토콜을 이용하여 각각의 비콘을 송신한다.
유익하게, 상기 고유 식별자는 서비스 세트 식별자 및 맥 어드레스 중 적어도 하나이다.
유익하게, 상기 복수의 비콘들은 경계(boundary)에 의해 형성된 영역을 커버하는 전파 패턴(propagation pattern)을 지원한다.
도 1은 위치 결정을 위해 복수의 위성들을 이용하는 종래 기술을 도시한다.
도 2는 위치 결정을 위해 복수의 와이파이 액세스 포인트들을 이용하는 종래 기술을 도시한다.
도 3은 각각이 고유 식별자를 갖는 복수의 비콘들이 상이한 방향들로 송신되는, 단일 액세스 포인트가 위치 결정에 이용되는 본 발명의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 액세스 포인트 디바이스로서 이용되는 무선 통신 디바이스의 일례를 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 수신 디바이스로서 이용되는 무선 통신 디바이스의 일례를 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 6은 각각의 액세스 포인트들이 도 3에 도시된 단일 액세스 포인트와 동등하게 동작하는, 복수의 액세스 포인트들이 이용되는 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다.
본 발명의 실시예들은 무선 네트워크 내에서 동작하는 다양한 무선 통신 디바이스들 내에서 구현될 수 있다. 여기에서 설명되는 예들은 현재 와이파이 프로토콜들을 포함하는 2.4GHz 또는 5GHz 대역들과 같은 현재의 무서랜-기반 기술들뿐만 아니라 무선 기가비트 얼라이언스(wireless Gigabit Alliance)(WiGig, WGA) 및 IEEE에 의해 개발되고 있는 60GHz 대역 내의 새로운 60GHz 표준과 같은 개발중인 무선랜-기반 기술을 이용하여 동작하는 디바이스들과 관련된다. 그러나, 본 발명은 특정 무선랜 기술에 한정되는 것은 아니며, 다른 주파수들, 프로토콜들 및 표준들을 위하여 용이하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 Bluetooth™ 프로토콜을 이용하기 위하여 용이하게 변형될 수 있다.
도 3은 본 발명을 실행하기 위한 일 예를 도시한다. 도 3에 있어, 단일 액세스 포인트 디바이스(AP)(100)는 경계(110) 내에서 동작한다. 경계(110)는 경계가 있는 영역을 결정하는 임의의 경계일 수 있다. 예를 들어, 경계(110)는 건물, 창고, 도시 경관, 운동 경기장 또는 스타디움, 놀이 공원 등을 나타낼 수 있다. AP(100)는 라디오 주파수 신호들(RF)과 같은 무선 신호들을 송신하기 위한 단일 액세스 포인트이다. 일 실시예에 있어, 무선 신호들은 와이파이 또는 802.11 프로토콜과 같은, 무선랜 송신을 위해 2.4GHz 또는 5GHz를 사용하는 무선랜 신호들이다. 다른 실시예들에 있어, 송신된 신호는 WiGig/IEEE에 의해 개발된 60GHz 대역 송신들과 같은 밀리미터파 송신들(millimeter wave transmissions)을 이용하는 무선랜 신호들일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어, 송신들은 Bluetooth™을 포함하는 다른 주파수 영역들 또는 프로토콜들을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예의 구현에 있어, AP(100)는 복수의 비콘들을 송신하도록 동작하며, 각각의 비콘은 고유 식별자를 갖는다. 일 실시예에 있어, 각각의 비콘은 분리된 가상 무선랜 네트워크로서 효율적으로 동작할 수 있다. 액세스 포인트들은 일반적으로 그 네트워크 내의 복수의 스테이션들에 대한 통신 링크들을 제공하도록 동작한다. 액세스 포인트 및 스테이션들은 네트워크로서 동작하며, 이는 통상적으로 기본 서비스 셋(Basic Service Set, BBS)으로 지칭된다. 그러나, 이러한 예에 있어, AP(100)는 각각이 고유 식별자를 갖는 복수의 비콘들을 제공하기 위한 송신들을 지원하도록 동작한다. 즉, 상이한 식별자들을 갖는 비콘들은 복수의 가상 네트워크들로서 동작할 수 있으며, 여기서 각각의 가상 네트워크는 개별적인 식별정보(ID)를 갖는 분리된 BBS로서 효율적으로 동작한다. 즉, AP(100)는 특정 맥(Media Access Control) 어드레스(가상 네트워크 #1)를 갖는 특정 SSID(Service Set Identification)를 구비한 비콘 신호 및 상이한 SSID와 상이한 맥 어드레스(가상 네트워크 #2)를 갖는 다른 비콘 신호를 송신하도록 동작한다. 유사하게, AP(100)는 상이한 SSID 및 맥 어드레스를 갖는 비콘 신호를 다른 모방(mimic) 가상 네트워크들로 송신한다. 따라서, 일 실시예에 있어, AP(100)로부터의 각각 비콘들은 고유 SSID 및/또는 맥 어드레스를 갖는다. 일부 실시예들에 있어, SSID 및/또는 맥 어드레스를 제공하는 종래의 기술들이 이용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
또한, AP(100)로부터의 상이한 비콘들의 송신에 있어, 송신된 신호들의 전-방향(omni-directional) 전파를 이용하는 대신, AP(100)는 지향성 전파를 이용한다. AP(100)로부터의 빔포밍 송신들을 이용한 지향성 전파는 지향성 안테나들을 이용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에 있어, 복수의 안테나들이 사용될 수 있으며, 여기서 안테나들에 공급되는 특정 신호는 안테나들로부터의 특정 전파 패턴을 지원한다. 특히, 각각의 비콘은 송신된 신호에 대하여 지향된(directed) 전파를 생성하기 위하여 특정 방향으로 향해질 수 있다. 이러한 지향된 송신은, 일반적으로 비콘을 송신하기 위한 빔포밍으로서 지칭되는, 좁은 빔 내 있을 수 있다.
다른 기술에 있어, 지향된 송신들은 복수의 방사체들(radiators)을 갖는 안테나로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이들은 복수의 방사 요소들(radiating elements)을 구비하며, 방사 요소들은 무선랜 신호의 송신에 있어 지향성을 제공하도록 구성될 수 있다.
현행 802.11n 프로토콜뿐만 아니라 개발중인 WiGig 60GHz 프로토콜(예를 들어, 802.11 ac 프로토콜)에서 이용되고 있는 바와 같은, 빔포밍 송신들이 AP(100)로부터의 지향성 비콘 송신들의 생성에 이용되기 위하여 용이하게 변형될 수 있음이 주목되어야만 한다. 더욱이, 일부 실시예들에 있어, AP(100)는 또한 다중입출력(multiple-input-multiple-output, MIMO) 송신들을 구현할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, AP(100)는 경계(110) 내의 디바이스(모바일 수신 디바이스(111)와 같은)의 위치를 결정하기 위해 이용되는 신호들을 송신하기 위해 상이한 지향성 전파를 이용하는 복수의 지향성 비콘들을 생성한다. AP(100)로부터 나오는 3개의 지향성 비콘들(101, 102, 103)이 도 3에 도시된다. 이러한 지향성 비콘들의 실제 수는 시스템별로 변화할 수 있다. 그러나, 적어도 2개의 지향성 비콘들이 AP(100)로부터 생성될 것이다. 각각의 비콘이 고유 식별자와 연관되어 있으므로, 각각의 비콘은 특정 비콘을 구별하고 식별하기 위한 상이한 SSID 및/또는 맥 어드레스를 포함할 수 있다. 전술할 바와 같이, 지향성 비콘들은 지향성 안테나들 또는 지향성 요소들을 이용하여 유도되고 전파된다.
AP(100)를 위치측정 신호들을 생성하기 위한 소스로서 이용하기 위하여, AP(100)로부터 송신되는 비콘들의 전파 패턴이 경계(110) 영역을 커버할 수 있도록, AP(100)는 경계(110) 내에 또는 인접하여 배치된다. 그 후 일련의 지향성 비콘들이 생성되며, 여기서 각각의 비콘은 상이한 SSID 및/또는 맥 어드레스를 포함하고, 각각의 비콘은 다른 비콘들과 상이한 방향으로 빔화(beamed)된다. 전술한 바와 같이, 적어도 2개의 비콘들이 이용된다. AP(100)는 미리 설정된 시간 구간 내에서 고유 비콘들의 한 셋을 통해 순환한다. 그 후 사이클을 반복한다. 전형적으로, AP(100)의 주어진 비콘의 순환은 AP(100)에 의해 사용되기 위하여 이용된 통신 프로토콜 또는 표준에 의해 지정된다.
송신된 비콘들은 유효범위(coverage) 영역 상에 전파 패턴을 형성한다. 특정 위치들에서 복수의 비콘들이 그 위치들을 커버할 수 있다. 다른 위치들에서, 유효범위는 단지 하나의 비콘에 의해 획득될 수 있으며, 다른 비콘들의 전파 효과들은 없거나 또는 무시할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 따라서, 송신된 비콘들에 기초한 전파 패턴이 경계(110)를 통해 매핑될 수 있다. 각각의 비콘이 고유 식별정보에 기인해 식별될 수 있으므로, 상세화된 매핑이 생성된 패턴에 기초하여 경계(110) 전역에 만들어질 수 있다. 일 실시예에 있어, 모든 비콘들의 이러한 전파된 패턴은 경계 전역에 걸쳐 각각의 위치 지점에서의 각 비콘의 수신 신호 강도(receive signal strength, RSS)로서 획득되거나 또는 수신 신호 강도로서 변환될 수 있다. RSS는 각각의 비콘에 대하여 결정된 수신된 신호 파라미터로서 이용된다. 전술한 바와 같이, 일부 위치들은 복수의 비콘들의 RSS를 측정할 것이며, 반면 다른 위치들은 단지 하나의 비콘의 RSS를 등록할 수도 있다.
예를 들어, 하나의 기술에 있어, 측정되고 목록화된(cataloged) 각각의 비콘에 대하여 측정 디바이스가 다양한 위치들 및 RSS로 이동될 수 있다. 경계(110) 내의 영역에 대하여 RSS 값들의 수집된 위치 매핑은 데이터베이스(DB) 또는 정보 저장의 몇몇 다른 형식으로 저장될 수 있다. 각각의 고유하게 식별가능한 비콘에 대하여 송신된 고유 방향 때문에, 모든 송신된 비콘들의 고유 패턴 매핑이 다양한 위치에서 획득될 수 있으며, 그 결과 경계(110) 내의 각 위치는 고유한 수신된 신호 파라미터(RSS 또는 임의의 다른 파라미터 중 하나가 이용됨)를 갖는다. 모든 고유 위치 값들의 컬렉션이 저장되며, 그 후 모바일 수신기에 대한 위치측정 정보를 제공하기 위하여 액세스된다. 비콘들의 송신된 패턴의 검출이 RSS의 측정에 한정될 필요가 없다는 것이 주목되어야만 한다. 비콘의 도착 시간(TOA), 도착 시간차(TDOA), 도착 각도(AOA), 또는 이들의 조합을 포함하는 비콘들의 신호 파라미터를 결정하기 위한 다른 기술들이 이용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 적어도 2개의 지향성 비콘들이 위치 결정을 위한 매핑 패턴의 구축을 위하여 AP(100)와 함께 이용된다.
따라서, 경계(110) 내의 수신 디바이스(111)와 같은 모바일 디바이스에 대한 위치가 결정될 때, 디바이스(111)는 특정 위치에서 하나 이상의 비콘 신호들을 수신한다. 지향성 비콘들의 수 및 경계(110)의 크기에 따라, 디바이스(111)가 비콘들의 모두를 수신하지 못할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 경우에 있어, 디바이스는 단지 하나의 비콘만을 수신한다. 그러나, 수신기의 특정 위치에서, 비콘 수신 신호 강도(또는 경계 영역에 대한 전파 필드를 매핑하기 위하여 사용되는 다른 어떤 기술이라도)가 모든 비콘들에 대하여 측정되고, 측정된 값은 데이터베이스 내의 전파 패턴에 대응되는 저장된 값들과 비교된다. 따라서, 수신기는 패턴을 판독하기 위한 수신된 신호 파라미터(들)(예를 들어, RSS가 측정된 파라미터인 경우, RSS)를 획득하기 위하여 적어도 하나의 비콘을 이용한다. 비교는 수신 디바이스(111)에 대한 위치정보를 제공하기 위해 다양한 위치들에 대해 이전에 측정되고 데이터베이스 내에 저장된 패턴에 대하여 가장 근접하게 대응되는 값에 대하여 이루어진다.
특정 상황들에 있어, 디바이스(111)는 위치와 측정된 신호 파라미터(RSS와 같은)간의 1-대-1 관계를 제공하는 데이터베이스 정보를 포함할 수 있으며, 그 결과 디바이스(111)는 위치 정보를 가지고 있는 그 자신의 데이터베이스에 액세스할 수 있다. 다른 예들에 있어, AP(100)는 디바이스(111)가 그 자신의 위치를 정확히 측정하는데 도움을 주기 위하여, 비콘들 내에 위치 도움 정보를 공급할 수 있다. 이러한 예에 있어, 디바이스(111)는 그 디바이스 내에 위치 데이터베이스를 유지할 필요가 없다.
더욱이, 도 3이 평면적 방향으로의 비콘들의 스위핑(sweeping)을 도시하고 있다는 것을 주목하여야 한다. 그러나, 3차원 방향으로의 스윕(sweep)을 위하여, 비콘들이 배열될 수 있으며, 그 결과 위치 정보는 고도(elevation) 또한 포함할 수 있다.
도 4는 AP(100)를 구현하기 위한 일 실시예로서 이용될 수 있는 회로를 도시한다. 다양한 다른 회로들 및 디바이스들 또한 이용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 도 4는 송신기(201), 수신기(202), 로컬 오실레이터(LO)(207) 및 기저대역 모듈(205)을 포함하는 개략적인 블록도를 도시한다. 기저대역 모듈(205)은 기저대역 처리 동작들을 제공한다. 일부 실시예들에 있어, 기저대역 모듈(205)은 디지털-신호-프로세서(DSP)이거나 또는 이를 포함한다. 기저대역 모듈(205)은 일반적으로 디바이스를 위한 동작 처리 및/또는 사용자와의 인터페이스를 제공하는 호스트 유닛, 응용 프로세서들 또는 다른 유닛(들)에 연결된다.
도 4에 있어, 호스트 유닛(210)이 도시된다. 호스트 유닛(210)은 AP(100)의 일부이거나 또는 분리된 유닛일 수 있다. 예를 들어, 호스트(210)는 컴퓨터의 컴퓨팅 부분 또는 응용 프로세서의 응용 부분을 나타낼 수 있다. 기저대역 모듈(205)에 연결된 메모리(206)가 도시되며, 메모리(206)는 기저대역 모듈(205) 상에서 동작하는 프로그램 명령들뿐만 아니라 데이터를 저장하기 위하여 이용될 수 있다. 메모리 디바이스들의 다양한 유형이 메모리(206)를 위하여 이용될 수 있다. 일 예에 있어, 메모리(206)는 디바이스 내의 어떤 장소에도 위치될 수 있으며, 또한, 기저대역 모듈(205)의 일부일 수도 있는 것이 주목되어야 한다.
송신기(201) 및 수신기(202)는 송신/수신(T/R) 스위치 모듈(203)을 통해 지향성 안테나(204)에 연결된다. T/R 스위치 모듈(203)은 동작 모드에 따라 송신기와 수신기 사이의 안테나를 스위치한다. 전술한 바와 같이, 안테나(204)는 지향성 빔포밍 송신들을 지원하기 위하여, 복수의 안테나들 또는 복수의 안테나 요소들(안테나 어레이와 같은)을 포함한다.
호스트 유닛(210)으로부터의 송신을 위한 외향(outbound) 데이터는 기저대역 모듈(205)에 연결되며, 기저대역 신호들로 변환되고, 그 후 송신기(201)에 연결된다. 송신기(201)는 기저대역 신호들을 안테나(204)를 통한 AP(100)로부터의 송신을 위한 외향 라디오 주파수(RF) 신호들로 변환한다. 송신기(201)는 외향 기저대역 신호들을 외향 RF 신호로 변환하기 위하여, 다양한 상향-변환(up-conversion) 또는 변조 기술들 중 하나를 이용할 수 있다. 일반적으로, 변환 처리는 이용되는 특정 통신 표준 또는 프로토콜에 의존한다.
유사한 방식으로, 내향(inbound) RF 신호들은 안테나(204)에 의해 수신되며, 수신기(202)에 연결된다. 그 후 수신기(202)는 내향 RF 신호들을 내향 기저대역 신호들로 변환하고, 그 후 내향 기저대역 신호들은 기저대역 모듈(205)에 연결된다. 수신기(202)는 내향 RF 신호들을 내향 기저대역 신호들로 변환하기 위하여, 다양한 하향-변환(down-conversion) 또는 복조 기술들 중 하나를 이용할 수 있다. 내향 기저대역 신호들은 기저대역 모듈(205)에 의해 처리되며, 내향 데이터는 기저대역 모듈(205)로부터 호스트 유닛(210)으로 출력된다.
LO(207)는 상향-변환을 위한 송신기(201) 및 하향-변환을 위한 수신기(202)에 의해 이용되기 위한 국부 발진 신호들(local oscillation signals)을 제공한다. 일부 실시예들에 있어, 분리된 LO들이 송신기(201) 및 수신기(202)를 위하여 이용될 수 있다. 다양한 LO 회로가 이용될 수 있으나, 일부 실시예들에 있어, 선택된 주파수에 기초하여 주파수가 안정된 LO 신호를 출력하기 위해 LO를 락(lock)하기 위하여 PLL이 이용된다.
일 실시예에 있어, 기저대역 모듈(205), LO(207), 송신기(201) 및 수신기(202)가 동일한 집적 회로(IC) 칩에 집적될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 송신기(201) 및 수신기(202)는 일반적으로 RF 프론트-엔드(front-end)로서 지칭된다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컴포넌트들 중 하나 이상이 분리된 IC 칩들 상에 있을 수 있다. 유사하게, 도 4에 도시된 다른 컴포넌트들이 기저대역 모듈(205), LO(207), 송신기(201) 및 수신기(202)와 함께 동일한 IC 칩에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 안테나(204) 또한 동일한 IC 칩 상에 함께 통합될 수도 있다. 나아가, 시스템-온-칩(system-on-chip, SOC) 집적의 출현과 함께, 호스트 유닛(210)과 같은 호스트 디바이스들, 응용 프로세서들 및/또는 사용자 인터페이스들이 기저대역 모듈(205), 송신기(201) 및 수신기(202)와 함께 동일한 IC 칩 상에 통합될 수도 있다.
추가적으로, 하나의 송신기(201) 및 하나의 수신기(202)가 도시되었으나, 다른 실시예들은 복수의 LO들뿐만 아니라 복수의 송신기 유닛들 및 수신기 유닛들을 이용할 수 있는 것이 주목되어야 한다. 예를 들어, 다중 입출력(MIMO) 통신과 같은 다중 입력 및/또는 출력 통신들은 RF 프론트-엔드의 일부로서 복수의 송신기들(201) 및/또는 수신기들(202)을 이용할 수 있다. 또한, 특정 위치에 대한 상호-참조(cross reference)에 대한 전파 패턴들을 저장하기 위한 전술한 데이터베이스가 데이터베이스(DB)(211) 내에 유지된다. 호스트(210)의 일부로서 데이터베이스(211)가 도시되었으나, 다른 실시예들에 있어, 데이터베이스(211)는 다른 곳, AP(100) 내부 또는 AP(100) 외부 중 하나에서 유지될 수 있다.
전술한 바와 같이, 기저대역 모듈(205)은 개별적인 비콘 신호들로 변환되기 위해 하나 이상의 송신기(들)(201)에 연결되는 SSID들 및/또는 맥 어드레스들을 제공한다. 각각의 비콘 송신을 위해 RF 신호는 안테나(204)에 전달되며, 안테나(204)는 비콘의 SSID 및/또는 맥 어드레스에 기초하여 각각의 비콘을 특정 방향으로 보낸다.
유사하게, 도 5는 도 3의 모바일 수신 디바이스(111)를 구현하기 위한 일 실시예로서 이용될 수 있는 회로를 도시한다. 다른 다양한 회로들 및 디바이스들 역시 이용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 도 5는 송신기(301), 수신기(302), LO(307) 및 기저대역 모듈(305)을 포함하는 개략적인 블록도를 도시한다. 기저대역 모듈(305)은 기저대역 처리 동작들을 제공한다. 일부 실시예들에 있어, 기저대역 모듈(305)은 DSP이거나 또는 이를 포함한다. 기저대역 모듈(305)은 일반적으로 디바이스를 위한 동작 처리 및/또는 사용자와의 인터페이스를 제공하는 호스트 유닛, 응용 프로세서들 또는 다른 유닛(들)에 연결된다.
도 5에 있어, 호스트 유닛(310)이 도시된다. 호스트 유닛(310)은 디바이스(111)의 일부이거나 또는 분리된 유닛일 수 있다. 예를 들어, 호스트(310)는 컴퓨터의 컴퓨팅 부분 또는 응용 프로세서의 응용 부분을 나타낼 수 있다. 기저대역 모듈(305)에 연결된 메모리(306)가 도시되며, 메모리(306)는 기저대역 모듈(305) 상에서 동작하는 프로그램 명령들뿐만 아니라 데이터를 저장하기 위하여 이용될 수 있다. 메모리 디바이스들의 다양한 유형이 메모리(306)를 위하여 이용될 수 있다. 일 예에 있어, 메모리(306)는 디바이스 내의 어떤 장소에도 위치될 수 있으며, 또한, 기저대역 모듈(305)의 일부일 수도 있는 것이 주목되어야 한다.
송신기(301) 및 수신기(302)는 송신/수신(T/R) 스위치 모듈(303)을 통해 안테나(304)에 연결된다. T/R 스위치 모듈(303)은 동작 모드에 따라 송신기와 수신기 사이의 안테나를 스위치한다. 안테나(304)는 AP(100)으로부터 송신되는 지향성 비콘들을 수신하기 위한 단일 안테나, 복수의 안테나들, 복수의 안테나 요소들 또는 어레이일 수 있다.
호스트 유닛(310)으로부터의 송신을 위한 외향 데이터는 기저대역 모듈(305)에 연결되며, 기저대역 신호들로 변환되고, 그 후 송신기(301)에 연결된다. 송신기(301)는 기저대역 신호들을 안테나(304)로부터의 송신을 위한 외향 RF 신호들로 변환한다. 송신기(301)는 외향 기저대역 신호들을 외향 RF 신호로 변환하기 위하여, 다양한 상향-변환 또는 변조 기술들 중 하나를 이용할 수 있다. 일반적으로, 변환 처리는 이용되는 특정 통신 표준 또는 프로토콜에 의존한다.
유사한 방식으로, 내향 RF 신호들은 안테나(304)에 의해 수신되며, 수신기(302)에 연결된다. 그 후 수신기(302)는 내향 RF 신호들을 내향 기저대역 신호들로 변환하고, 그 후 내향 기저대역 신호들은 기저대역 모듈(305)에 연결된다. 수신기(302)는 내향 RF 신호들을 내향 기저대역 신호들로 변환하기 위하여, 다양한 하향-변환 또는 복조 기술들 중 하나를 이용할 수 있다. 내향 기저대역 신호들은 기저대역 모듈(305)에 의해 처리되며, 내향 데이터는 기저대역 모듈(305)로부터 호스트 유닛(310)으로 출력된다. 수신기(302)는 또한 AP(100)으로부터의 복수의 지향성 비콘들을 수신하고, 디바이스(111) 내에서 위치 정보를 제공하기 위하여 이용되는 RSS와 같은 특정 전파 파라미터들의 측정들을 제공하기 위한 회로를 포함한다. 이러한 정보는 그 후 기저대역 모듈(305)에 연결되고, 위치 정보 결정을 위하여 디코딩된다.
LO(307)는 상향-변환을 위한 송신기(301) 및 하향-변환을 위한 수신기(302)에 의해 이용되기 위한 국부 발진 신호들을 제공한다. 일부 실시예들에 있어, 분리된 LO들이 송신기(301) 및 수신기(302)를 위하여 이용될 수 있다. 다양한 LO 회로가 이용될 수 있으나, 일부 실시예들에 있어, 선택된 주파수에 기초하여 주파수가 안정된 LO 신호를 출력하기 위해 LO를 락하기 위하여 PLL이 이용된다.
일 실시예에 있어, 기저대역 모듈(305), LO(307), 송신기(301) 및 수신기(302)가 동일한 IC 칩에 집적될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컴포넌트들 중 하나 이상이 분리된 IC 칩들 상에 있을 수 있다. 유사하게, 도 5에 도시된 다른 컴포넌트들이 기저대역 모듈(305), LO(307), 송신기(301) 및 수신기(302)와 함께 동일한 IC 칩에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 안테나(304) 또한 동일한 IC 칩 상에 함께 통합될 수도 있다. 나아가, SOC 집적의 출현과 함께, 호스트 유닛(310)과 같은 호스트 디바이스들, 응용 프로세서들 및/또는 사용자 인터페이스들이 기저대역 모듈(305), 송신기(301) 및 수신기(302)와 함께 동일한 IC 칩 상에 통합될 수도 있다.
추가적으로, 하나의 송신기(301) 및 하나의 수신기(302)가 도시되었으나, 다른 실시예들은 복수의 LO들뿐만 아니라 복수의 송신기 유닛들 및 수신기 유닛들을 이용할 수 있는 것이 주목되어야 한다. 예를 들어, 다중 입출력(MIMO) 통신과 같은 다중 입력 및/또는 출력 통신들은 RF 프론트-엔드의 일부로서 복수의 송신기들(301) 및/또는 수신기들(302)을 이용할 수 있다. 또한, 특정 위치에 대한 상호-참조(cross reference)에 대한 전파 패턴들을 저장하기 위한 전술한 데이터베이스가 데이터베이스(311) 내에 유지된다. 호스트(310)의 일부로서 데이터베이스(311)가 도시되었으나, 다른 실시예들에 있어, 데이터베이스(311)는 다른 곳에서 유지될 수 있다. AP가 위치 도움 정보를 공급하는 경우, 데이터베이스(311)는 필요하지 않을 수 있으며, 일부 실시예들에 있어 존재하지 않을 수 있다.
도 6은 무선랜-기반 위치측정 시스템을 제공하기 위한 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 6에 있어, 경계(410)는 도 3에서 경계(110)에 의해 둘러싸여진 영역과 유사한 영역을 둘러싸고 있다. 단지 하나의 단일 AP를 이용하여 동작하는 대신, 복수의 AP들이 경계(410) 내에서 이용된다. 도 4의 예시적인 실시예는 2개의 AP들(400, 420)을 도시하고 있으나, 다른 시스템들은 더 많은 AP들을 이용할 수 있다. 각각의 AP(400, 420)는, 상이한 방향들로 복수의 지향성 무선랜 비콘들(각각의 지향성 비콘이 고유 SSID 및/또는 맥 어드레스를 운반하는)을 생성함에 있어, 도 3의 AP(100)와 동등하게 동작한다. 다시 도 6으로 돌아오면, 각각의 AP에 대하여 3개의 비콘들(AP(400)에 대한 비콘들(401~403) 및 AP(420)에 대한 비콘들(421~423))이 도시되어 있으나. 다른 실시예들의 경우 더 많은 비콘들이 존재할 수 있다. 각각의 AP(400, 420)으로부터 적어도 2개의 지향성 비콘들이 생성된다. 하나의 AP가 그 전체 영역에 대하여 적합한 유효범위를 제공하지 못하는 상황에서, 복수의 AP들이 이용된다. 예를 들어, 거대한 창고, 스포츠 경기장 또는 스테디움에서, 또는 심지어 도회지(예를 들어, 도시) 위치에서, 하나의 AP가 유효범위 요망되는 전체 영역을 커버하지 못할 수 있다. 따라서, 복수의 AP들이 이용될 수 있다. 위치들에 대한 전파 필드의 1-대-1 매핑을 위하여 다양한 위치들에서의 비콘들의 전파 유효범위를 매핑하는 경우, 복수의 AP들로부터의 비콘들이 고려될 수 있다. 유사하게, 수신 디바이스가 특정 위치에 있는 경우, 복수의 AP들로부터의 비콘들 또한 고려하여야 한다. 따라서, 예를 들어, 수신 디바이스(411)가 오로지 AP(400)으로부터의 하나의 비콘 또는 비콘들만을 접하게 되는 위치에 있을 수 있지만, 수신 디바이스(431)는 유효범위가 복수의 AP들로부터의 수신되는 비콘들로부터 획득되는 위치에 있을 수 있다. 복수의 AP들은 전파 패턴의 수신 및 분석(analysis)을 복잡하게 만들지만, 커버될 수 있는 확장된 경계를 허용한다.
따라서, 무선랜-기반 위치측정 시스템이 설명된다. 각각의 비콘이 고유 SSID 및/또는 맥 어드레스를 운반(carry)하는 지향성 비콘들을 이용함으로써, 단일 액세스 포인트 디바이스가, 마치 위치 정보를 모바일 디바이스에 제공하기 위해 복수의 액세스 포인트 디바이스들이 제공되는 것처럼, 효율적으로 동작한다.
여기에서 사용될 수 있는, 용어 "주로(substantially)" 및 "거의(approximately)"는 그 용어에 대응하는 용어 및/또는 아이템들 사이의 상대성에 대한 산업적으로 수용될 수 있는 허용오차(tolerance)를 제공한다. 이러한 산업적으로 수용될 수 있는 허용오차는 1%보다 적은 것으로부터 50%까지의 범위이다. 아이템들 사이의 이러한 상대성은 작은 %의 차이로부터 엄청난 규모의 차이들까지의 범위이다. 여기에서 또한 사용될 수 있는, 용어(들) "연결되는(coupled)" 및/또는 "연결(coupling)"은 아이템들 간의 직접적인 연결 및/또는 아이템들 간에 중개(intervening) 아이템(예를 들어, 컴포넌트, 엘러먼트, 회로, 및/또는 모듈을 포함하지만 이에 한정되지 않는 아이템)을 통한 간적접 연결을 포함하며, 여기서 간접적 연결을 위하여, 중개 아이템은 신호의 정보는 수정하지 않고, 그것의 전류 레벨, 전압 레벨, 및/또는 전력 레벨을 조정할 수 있다. 여기에서 더 사용될 수 있는, 인퍼드 연결(inferred coupling)(즉, 하나의 엘러먼트가 다른 엘러먼트와 인퍼런스(inference)에 의해 연결되는 경우)은 "~에 연결된(coupled to)"와 동일한 방식으로 2개의 아이템들 간의 직접 및 간접 연결을 포함한다. 여기에서 더 사용될 수 있는, 용어 "동작가능한(operable to)"은 하나 이상의 대응되는 기능들을 수행하기 위하여 전원 연결들, 입력(들), 출력(들) 등 중 하나 이상을 포함하고, 하나 이상의 다른 아이템들에 대한 인퍼드 연결을 더 포함할 수 있는 아이템을 지시한다.
본 발명의 실시예들이 특정 기능들의 성능을 나타내는 기능적 빌딩 블록들을 이용해 이상에서 설명되었다. 이러한 기능적 빌딩 블록들의 경계들은 설명의 편의를 위하여 임의적으로 정의되었다. 특정 기능들이 적절하게 수행되는 한, 대안적인 경계들이 정의될 수도 있다. 당업자는 또한 기능적 빌딩 블록들, 및 다른 도식적인 블록들, 모듈들 및 컴포넌트들이 도시된 바와 같이 구현되거나 또는 적절한 소프트웨어를 실행하는 별개의 컴포넌트들, 응용 특정 집적 회로들, 프로세서들 및 이와 유사한 것들 또는 그 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 단일 액세스 포인트 디바이스로부터 시간 구간 동안 복수의 비콘들을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 비콘들의 각각의 비콘은 각각의 비콘을 다른 비콘들과 구별하기 위한 고유 식별자를 갖는, 단계;
    상기 단일 액세스 포인트 디바이스로부터 다른 비콘들과 상이한 방향으로 각각의 비콘을 송신하는 단계;
    모바일 수신 디바이스에서 적어도 하나의 송신된 비콘을 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 수신된 비콘으로부터 수신된 신호 파라미터를 결정하는 단계; 및
    상기 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 상기 수신된 신호 파라미터를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각각의 비콘을 송신하는 단계는 무선 근거리 액세스 네트워크 프로토콜을 이용하여 상기 비콘들을 송신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    각각의 비콘을 송신하는 단계는 802.11 프로토콜을 이용하여 각각의 비콘을 송신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 각각의 비콘을 송신하는 단계는 2.4GHz, 5GHz 또는 60GHz 대역의 주파수로 각각의 비콘을 송신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 비콘들을 생성할 때, 각각의 고유 식별자는 분리된 가상 네트워크로서 동작하기 위하여 각 비콘을 차별화(differentiate)하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 고유 식별자는 서비스 세트 식별자(Service Set Identification, SSID) 및 맥 어드레스(Media Access Control address, MAC address) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 단일 액세스 포인트 디바이스로부터 시간 구간 동안 복수의 비콘들을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 비콘들의 각각의 비콘은 각각의 비콘을 다른 비콘들과 차별화하기 위한 고유 식별자를 갖는, 단계; 및
    모바일 수신 디바이스가 적어도 하나의 송신된 비콘을 수신하는 경우 상기 모바일 수신 디바이스가 상기 적어도 하나의 수신된 비콘으로부터 수신된 신호 파라미터를 결정하고, 상기 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 상기 수신된 신호 파라미터를 이용할 수 있도록, 상기 단일 액세스 포인트 디바이스로부터 다른 비콘들과 상이한 방향으로 각각의 비콘을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 수신된 신호 파라미터는 상기 적어도 하나의 수신된 비콘의 수신된 신호 강도(strength)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    각각의 비콘을 송신하는 단계는 무선 근거리 액세스 네트워크 프로토콜을 이용하여 상기 비콘들을 송신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 복수의 비콘들의 각각의 비콘이, 각각의 비콘을 다른 비콘들과 차별화하기 위한 상이한 고유 식별자에 할당될 수 있도록 하기 위하여, 복수의 고유 식별자들을 생성하는 액세스 포인트 디바이스의 기저대역 모듈;
    상기 고유 식별자들을 수신하고, 라디오 주파수로 비콘들을 생성하기 위하여 상기 기저대역 모듈에 연결되는 상기 액세스 포인트 디바이스의 송신기; 및
    모바일 수신 디바이스가 적어도 하나의 송신된 비콘을 수신하는 경우, 상기 모바일 수신 디바이스가 상기 적어도 하나의 수신된 비콘으로부터 수신된 신호 파라미터를 결정하고, 상기 모바일 수신 디바이스의 위치를 결정하기 위해 상기 수신된 신호 파라미터를 이용할 수 있도록, 다른 비콘들과 상이한 방향으로 각각의 비콘을 송신하기 위하여 상기 송신기에 연결되는 상기 액세스 포인트 디바이스의 지향성(directional) 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 수신된 신호 파라미터는 상기 적어도 하나의 수신된 비콘의 수신된 신호 강도를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 송신기는 무선 근거리 액세스 네트워크 프로토콜을 이용하여 상기 비콘들을 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 송신기는 802.11 프로토콜을 이용하여 각각의 비콘을 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 고유 식별자는 서비스 세트 식별자 및 맥 어드레스(Media Access Control address, MAC address) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 비콘들은 경계(boundary)에 의해 형성된 영역을 커버하는 전파 패턴(propagation pattern)을 지원하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR20120083065A 2011-07-29 2012-07-30 무선랜-기반의 위치측정 시스템 KR20130014443A (ko)

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US13/194,658 2011-07-29
US13/194,658 US9125165B2 (en) 2011-07-29 2011-07-29 WLAN-based positioning system

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