KR20130119376A - 무선 랜에서 단말의 위치를 추정하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법은, AP(Access Point)와 동기를 맞추고 위치 요청 신호의 출발 시간 정보 및 상기 단말의 식별자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 위치 요청 신호를 상기 AP로 전송하는 단계; 상기 위치 요청 신호의 전송에 대한 응답으로서, 계산된 단말의 제 1 위치 및 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 상기 AP로부터 수신하는 단계; 상기 수신한 위치 응답 신호의 출발 시간 정보에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)을 계산하는 단계; 상기 계산된 ToA를 이용하여 상기 단말과 AP 간의 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나를 계산하는 단계; 및 상기 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나와 상기 제 1 위치 정보에 기초하여 상기 단말의 최종 위치를 결정한다.

Description

무선 랜에서 단말의 위치를 추정하는 방법 및 이를 위한 장치{Apparatus and method for estimating location of mobile station in wireless local area network}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 랜에서 단말의 위치를 추정하는 방법 및 이를 위한 장치 관한 것이다.

유선 LAN 환경에서 충돌의 검출은 전송매체의 전위 변화로 알 수 있으나, 무선 LAN 환경에서는 전송매체(공기 등) 상에서 충돌 감지가 매우 어려우므로, 사전에 충돌을 가능한 회피하는 방식의 무선전송을 위한 다원접속 방식을 CSMA/CA 무선 LAN에서 사용되는 매체 액세스 제어방식인 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, 반송파 감지 다중 액세스/충돌회피) 이라고 한다. 충돌회피란 자신의 데이터를 송신하기 전에 회선이 비어있으면 난수를 발생시키고 그 값만큼 기다리는 알고리즘을 말한다. 랜덤화한 대기 시간 후에 전송매체가 사용중이지 않음으로 판단한 경우에만 전송을 개시하게 된다.

무선 LAN에서 일반적으로 사용되는 MAC 알고리즘으로써 데이터의 전송이 없는 경우라도 충돌을 대비하여 확인을 위한 신호를 전송한다. 확인 신호가 충돌 없이 전송된 것을 확인하면 이어서 데이터를 보내게 된다. IEEE 802.11 표준에서는 ACK, CTS/RTS라는 절차를 이용하며 이때 CSMA/CA의 작동원리는 다음과 같다.

송신단에서 수신단으로 RTS(request to send) 신호를 전송하면, 이에 대한 응답으로 수신단은 송신단으로 CTS (clear to send) 신호를 전송하고, 이어서 송신단은 수신단으로 데이터를 전송하고, 데이터 수신에 대한 응답으로 수신단에서 송신단으로 ACK 신호를 전송하게 된다.

IEEE. 802.11 표준에서의 충돌 회피 방식을 간단히 설명한다.

IFS (inter frame space)

우선 채널이 휴지 상태인 것으로 확인되더라도 전송을 늦추어서 충돌을 회피한다. 휴지 상태의 채널이 발견된 즉시 전송하지 않으며 IFS라 불리는 일정 시간을 기다린다. 이것은 채널을 감지했을 때 휴지 상태인 것처럼 보일 지라도 멀리 떨어진 지국(station)이 이미 전송을 시작했을지 모르기 때문이다. 이런 경우 기다리지 않고 전송을 해버리면 충돌이 일어날 수 있으므로 IFS동안 기다리게 된다 또한 CSMA/CA에서 IFS는 지국이나 프레임의 우선 순위를 규정하는 것에도 사용될 수 있다. IEEE 802.11표준에서는 DIFS(Distributed IFS), PIFS(PCF IFS), SIFS(Short IFS), EIFS(Extended IFS)와 같이 여러 IFS가 사용된다.

이러한 CSMA/CA 방식을 이용하여 동작하는 단말은 데이터를 전송하기 위하여 다음과 같은 절차를 수행한다. 먼저, 단말 A는 단말 B가 데이터 송수신 중인지 여부(즉, 전파를 보내고 있는지의 여부)를 파악하기 위하여 반송파를 센싱한다. 만약, 단말 B가 송수신중인 것을 알게 된다면 단말 A는 DIFS가 비게 될 때까지 대기한다. 비어있게 된 상태에서 다시 DIFS까지 랜덤하게 정한 시간만큼 대기한다. 그리고 비어있는 상태가 계속되면 송신을 시작한다.

경쟁 윈도우(Contention window)

Contention window는 time slot으로 나뉘어져 있는 일정 시간으로 전송할 준비가 되어 있는 지국은 임의의 수를 선택하여 그 만큼 기다린다. 이 구간에서는 지국이 매 time-slot 뒤에 채널을 감지하게 된다. 이때 채널이 사용 중인 것을 감지하며 지국은 이 과정을 다시 시작하는 것이 아니라 단지 타이머를 멈추고 채널이 휴지 상태인 것이 감지되면 그때 다시 타이머를 작동한다. 이로 인해 가장 오래 기다린 지국이 우선 순위를 갖게 된다.

이러한 현재 IEEE 802.11 표준에서는 무선 랜에 있는 단말의 위치를 측정하기 위한 구체적인 방안이 제시되지 않았다. 따라서, WLAN을 이용하는 단말이 위치 정보를 추정하는 구체적인 방법이 필요하게 되었고, 본 발명에서 제안하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명의 도 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법은, AP(Access Point)와 동기를 맞추고 위치 요청 신호의 출발 시간 정보 및 상기 단말의 식별자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 위치 요청 신호를 상기 AP로 전송하는 단계; 상기 위치 요청 신호의 전송에 대한 응답으로서, 계산된 단말의 제 1 위치 및 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 상기 AP로부터 수신하는 단계; 상기 수신한 위치 응답 신호의 출발 시간 정보(ToD)에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)을 계산하는 단계; 상기 계산된 ToA를 이용하여 상기 단말과 AP 간의 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나를 계산하는 단계; 및 상기 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나와 상기 제 1 위치 정보에 기초하여 상기 단말의 최종 위치를 결정할 수 있다.

상기 방법은, 상기 단말이 상기 AP로부터 비콘 프레임을 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 비콘 프레임은 타임 스탬프(timestamp) 정보를 포함하며, 상기 타임 스탬프 정보에 기초하여 상기 AP와 동기를 이룬다. 상기 위치 요청 신호는 위치 요청 지시자, 시간 옵셋 정보 및 주변 AP 정보 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 위치 요청 신호는 probe-Request 메시지 타입이고 상기 위치 응답 신호는 probe-Response 메시지 타입일 수 있다. 상기 계산된 단말의 제 1 위치 및 상기 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리는 위치 서버 또는 게이트웨이에서 계산된 것일 수 있으며, 상기 계산된 단말의 제 1 위치 및 상기 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리는 상기 AP가 상기 단말의 위치 요청 신호에 기초하여 측정한 ToA 값을 이용하여 산출된 것일 수 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법은, , AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로부터 위치 요청 신호를 수신하는 단계; 상기 위치 요청 신호에 포함된 상기 위치 요청 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서, 상기 계산된 ToA와 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발시간 정보(ToD)를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 상기 AP로 전송하는 단계; 및 상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단말의 제 2 위치는 위치 서버 또는 게이트웨이에서 산출된 것일 수 있다. 상기 단말의 제 2 위치는 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 AP에 의해 다시 계산한 ToA를 이용하여 산출된 것일 수 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법은, AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로 위치 요청 신호를 전송하는 단계; 상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서 상기 AP로부터 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 수신하는 단계; 상기 위치 응답 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 상기 계산된 ToA와, 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보를 상기 AP로 전송하는 단계; 및 상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말은, AP(Access Point)와 동기를 맞추고 위치 요청 신호의 출발 시간 정보 및 상기 단말의 식별자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 위치 요청 신호를 상기 AP로 전송하도록 구성된 송신기; 상기 위치 요청 신호의 전송에 대한 응답으로서, 계산된 단말의 제 1 위치 및 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 상기 AP로부터 수신하도록 구성된 수신기; 및 상기 수신한 위치 응답 신호의 출발 시간 정보에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)을 계산하고, 상기 계산된 ToA를 이용하여 상기 단말과 AP 간의 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나를 계산하며, 상기 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나와 상기 제 1 위치 정보에 기초하여 상기 단말의 최종 위치를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말은, AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로부터 위치 요청 신호를 수신하도록 구성된 수신기; 상기 위치 요청 신호에 포함된 상기 위치 요청 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하도록 구성된 프로세서; 및 상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서, 상기 계산된 ToA와 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발시간 정보를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 상기 AP로 전송하도록 구성된 송신기를 포함하되, 상기 수신기는 상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 수신할 수 있다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말은, AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로 위치 요청 신호를 전송하도록 구성된 송신기; 상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서 상기 AP로부터 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 수신하도록 구성된 수신기; 및 상기 위치 응답 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하도록 구성된 프로세서를 포함하되, 상시 송신기는 상기 계산된 ToA와, 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보를 상기 AP로 더 전송하도록 구성되며, 상기 수신기는 상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 더 수신하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따라, WLAN을 이용하는 단말이 위치 정보를 추정하기 위하여 AP와 단말간 송수신하는 frame 및 signal을 통하여 시간 정보를 전송함으로써 정확한 ToA 정보 추정 및 반복적인 측정을 통하여 단말의 위치 추정 정확도를 높일 수 있다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 RTT(round trip time) 및 TOA (time of arrival)의 개념을 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 3은 동기화를 통한 단계적 ToA/TDOA 측정을 통한 위치 추정 방법(계층적 포지셔닝 방법의 개념을 설명한다.)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 단말 기반 단계적 위치 추정 방법을 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 5는 단말 개시 AP 기반 단계적 위치 추정 방법을 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 6은 AP 개시 AP 기반 단계적 위치 추정 방법을 설명하기 위한 예시적 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다. 본 명세서에서는 IEEE 802.16 시스템에 근거하여 설명하지만, 본 발명의 내용들은 각종 다른 통신 시스템에도 적용가능하다.

이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced 데이터 Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.

무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(175), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.

하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.

심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.

송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.

단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.

또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서 (150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.

단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다.

기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.

한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.

단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.

본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 언급이 없더라도 프로세서(155, 180)가 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.

도 2는 RTT(round trip time) 및 TOA (time of arrival)의 개념을 설명하기 위한 예시적 도면이다.

도 2를 참조하면, RTT는 패킷이 송신 측에서 전송되어 임의의 수의 중간 접속구 또는 통신망을 거쳐 수신 측에 전달된 후, 그 응답 신호가 다시 다수의 중간 접속구 또는 통신망을 거쳐 송신 측에 도달하기까지의 시간을 나타낸다. 상기와 같이 측정된 RTT를 통하여 TOA(time of arrival)는 다음 수학식 1과 같이 구할 수 있다. TOA는 송신 측으로부터 전송된 신호가 수신 측에 도달하는데 걸리는 시간을 말한다.

[수학식 1]

TOA= (RTT - tTx-DATA - tRx-DATA-tProcess)/2

여기서, tProcess 수신한 신호를 프로세싱하는데 소요되는 시간이다.

단말은 RTT를 통해서 TOA를 산출할 수 있고, 산출된 TOA를 이용하여 상기 단말과 AP(Access Point) 간의 거리를 파악할 수 있다. 또한 단말은 3개 이상의 기지국으로부터 측정한 TOA를 이용하여 단말의 위치를 알 수 있다.

한편, 도 2와는 다르게 RTT는 RTS/CTS frame의 송수신을 통해서 측정할 수도 있다.

IEEE 802.11 시스템에서는 RTT를 측정하기 위한 절차가 정해져 있지 않기 때문에 정확한 RTT를 측정하기가 어렵고, 프로세싱 시간(processing time)에 의한 시간 지연에 의해서도 RTT의 오차가 발생할 수 있다. 따라서 RTT를 통해서 얻어진 TOA를 가지고 위치를 추정하는 경우에 추정 위치 오차가 크게 발생할 수 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해 이하에서 AP와 단말 그리고 AP간 동기 유지를 통한 단계적 ToA, TDoA(time difference of arrival) 추정을 통하여 무선 LAN(Local Area Network)에서 단말의 위치를 추정하는 방법을 제안한다. 또한, CSMA(carrier sense multiple access) 기반의 WiFi 시스템에서의 단말의 위치 추정의 정확도를 높이기 위한 시그널링 전송 기술을 제안한다.

무선 LAN에서 단말의 위치를 정확하게 추정하기 위해서는 AP와 단말 간 거리 및 TOA의 정확한 측정이 필요하다. 이때, 정확한 ToA를 계산하기 위해서 단말과 AP간 그리고 AP간 시간 동기(time synchronization)를 맞출 필요가 있다. 일반적으로 무선 LAN에서 AP는 주기적으로 비콘 프레임(beacon frame)을 전송하며, 단말은 수신한 비콘 프레임을 통하여 주변 AP들을 스캔하거나 수신한 비콘 프레임을 통하여 전송되는 정보를 이용하여 AP와 동기를 맞출 수 있다. AP가 전송하는 비콘 프레임을 통하여 전송되는 정보에는 다음과 같은 것들이 있다.

Timestamp : AP와 단말간의 동기화, 단말의 로컬 클락 업데이트를 위해 사용될 수 있음

비콘 구간(Beacon interval) 정보 : 타겟 비콘 전송 시간(target beacon transmission time), Capability information, SSID(Service Set Identifier), Supported rate, Frequency-hopping (FH) Parameter Set, Direct-Sequence (DS) Parameter Set, Contention-Free (CF) Parameter Set, IBSS Parameter Set, Traffic indication map (TIM)

단말은 AP가 비콘 프레임을 통하여 주기적으로 전송하는 timestamp 값을 이용하여 AP와 동기를 유지할 수 있다. 수신한 timestamp 값이 이전의 단말의 로컬 클락(local clock)과 다른 경우 로컬 클락을 업데이트함으로써 AP와 동기를 맞출 수 있다. 또한 비콘 프레임은 AP에 의해 방송되므로, 단말은 서빙 AP(serving AP) 외에 주변에 위치한 AP가 전송한 비콘 프레임들도 수신할 수 있으며, 상기 수신한 비콘 프레임을 통하여 AP 정보 및 timestamp 정보도 알 수 있다. 주변 AP의 timestamp를 파악한 단말은 serving AP와 주변 AP간의 시간 옵셋(time offset)을 추정할 수 있으며 추정된 시간 옵셋 정보를 해당 AP 정보와 같이 페어링(paring) 또는 번들링(bundling)하여 서빙 AP로 전송하여 줄 수 있다. 이때 시간 옵셋은 서빙 AP의 timestamp 와 다른 주변 AP의 timestamp의 차로 표현될 수 있으며, 단말이 서빙 AP로 전송하는 주변 AP 및 시간 옵셋 정보는 다음 표 1과 같이 나타낼 수 있다. 상기 표 1에서 시간 옵셋 정보는 비트 또는 바이트(bit or byte) 단위로 표시될 수도 있다.

AP ID	Time offset
xxx	3
yyy	1

단말로부터 상기 주변 AP정보와 시간 옵셋 수신한 서빙 AP는 주변 AP와의 동기를 유지하기 위하여 상기 표 1과 같은 수신 정보를 이용할 수 있다.

한편, 이와 달리 AP는 wire를 통하여 게이트웨이(Gateway) 혹은 서버(Server)를 통하여 서로 연결되어 있으므로 AP에 대한 정보를 백홀 링크(backhaul link)를 통하여 공유할 수 있고, 공유함으로써 AP간의 시간 차(time difference)를 확인할 수 있다. 따라서 BSS(basic service set)/EBSS(extended basic service set)에 속한 AP들은 wire를 통한 정보 공유를 통하여 AP간 동기를 유지할 수 있다. 주변 AP에 대한 시간 옵셋 값을 이용함으로써 주변 AP에 직접적으로 시간을 일치시키지 않고도 동기 유지 및 신호 송수신에 대한 시간을 정확하게 파악할 수 있다.

무선 LAN에서 단말과 AP간에 그리고 AP들 간의 동기화를 통하여 단말은 단계적 TOA, TDOA 측정을 통하여 단말의 위치를 파악할 수 있다.

도 3은 동기화를 통한 단계적 ToA/TDOA 측정을 통한 위치 추정 방법(계층적 포지셔닝 방법의 개념을 설명한다.)을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에서와 같이 무선 LAN을 통한 단말 위치 추정은 다음과 같은 과정을 통하여 수행된다. 단말은 위치 추정을 위하여 비콘 프레임을 통해 주변 AP들(AP1, AP2, AP3)의 정보를 수신한다(S310). 단말은 비콘 프레임을 통하여 주변 AP들의 정보를 파악한다. 이때 비콘 프레임에서 전송된 타임 스탬프(timestamp)를 통하여 단말은 AP와의 동기를 맞추고, AP 간 시간 옵셋값도 측정할 수 있다(S310).

AP와의 동기를 형성한 단말은 AP들로부터 수신한 신호를 통하여 단말과 AP간 ToA를 측정하여 1차적으로 AP와 단말 간의 거리 계산을 통한 위치 추정을 수행한다(S320). 단말이 주변 AP와의 거리 계산은 측정한 시간 옵셋(time offset)을 고려한 TDOA를 이용하여 측정할 수 있다. 1단계 ToA를 통한 위치 추정을 수행한 단말은 측정된 1차 위치 정보(TOA 값, 1차 포지션 값)를 브로드캐스팅을 통하여 AP로 전송할 수 있다(S330). 이때 단말이 전송하는 신호에는 출발시간(time of departure, ToD), first_cal_ToA, first_Est_De 등의 정보가 포함될 수 있다.

단말이 브로드캐스팅한 1차 위치 정보를 위치 정보를 수신한 각 AP는 상기 정보를 위치 서버(혹은 게이트웨이)와 같은 코어 네트워크의 서버와 공유하게 된다. 그러면, 위치 서버는 공유된 1차 위치 정보와 수신한 신호를 이용하여 다시 ToA, TDoA등을 측정할 수 있다. 이때 측정한 ToA, TDoA를 AP간 공유함으로써 측정한 시간 값(time value)을 통하여 AP는 단말의 2차 위치를 추정하게 된다. 이때 1단계를 통하여 추정한 위치 정보(단말의 1차 위치)와 상기 계산된 2단계 단말의 위치 정보(단말의 2차 위치)를 이용한 보상(compensation) 과정을 거쳐서 최종적으로 단말의 위치를 파악하게 된다.

단계적 위치 추정 방법을 간략히 설명하였으나, 이하에서 보다 더 구체적으로 무선 LAN에서의 단계적 위치 추정 방법을 설명하도록 한다. 단계적 위치 추정 방법을 위치 추정은 크게 추정 지국에 따라 단말 기반 단계적 위치 추정 방법과 AP 기반 단계적 위치 추정 방법으로 나눌 수 있고, 이 두 방법에 대해 각각 설명하도록 한다.

단말 기반 단계적 위치 추정 방법

도 4는 단말 기반 단계적 위치 추정 방법을 설명하기 위한 예시적 도면이다.

도 4를 참조하면, 단말은 AP로부터 비콘 프레임을 수신하여 AP와의 동기를 맞춘다(혹은 동기를 유지한다)(S410). 상술한 바와 같이, 비콘 프레임에 포함된 time stamp를 통하여 로컬 클락 정보를 확인할 수 있고, 로컬 클락 정보가 맞지 않는 경우 단말은 타이머를 업데이트시킬 수 있다(S410).

동기화를 수행한 단말은 자신의 위치를 추정하기 위하여 AP로 위치 요청 신호(예를 들어, position-request signal(frame))을 전송하며 이때 단말이 전송하는 signal(frame)에는 위치 요청 지시자(Position request indicator), 상기 전송하는 signal(frame)의 출발 시간 정보(ToD), 시간 옵셋 정보(time offset info), 주변 AP 정보(neighbor AP info), 단말 식별자(device ID) 등과 같은 정보를 적어도 하나 이상 포함한다(S420). 이때 단말이 AP에 전송하는 위치-요청(position-request) 신호는 IEEE 802.11 표준에서의 probe-Request 신호를 통하여 전송될 수도 있다. 단말도 AP와 같이 타이머 혹은 time stamp를 가지고 있다. 단말로 위치 요청 신호를 수신한 AP는 상기 위치 요청 신호(signal/frame)을 통해서 수신한 ToD를 이용하여 AP와 단말 간 ToA를 계산한다(S430). 즉 AP는 1단계 위치 추정을 수행하게 된다. 이후 ToA를 측정한 AP는 다음과 같이 두 가지 Case로 동작한다.

Case 1

단말과 AP간 ToA를 추정한 AP(APs)는 상기 추정된 ToA 정보를 위치 서버/게이트웨이와 같은 상위로 전송할 수 있다(S440). 즉, AP는 측정한 ToA를 기반하여 계산한 거리 정보를 상위 위치 서버 혹은 게이트웨이로 전송할 수 있다(S440).

여기서 LCSR(location server) 혹은 게이트웨이는 전송받은 ToA를 기반으로 하여 AP와 단말간 거리들을 계산하는데(S450), 이 계산을 1차 위치 측정이라고 할 수 있고 계산된 단말의 위치를 1차 위치라고 할 수 있다

이후, 서버는 1차 위치 측정된 값을 서빙 AP(도 4에서는 AP)에 전송하여 주거나, 상기 계산한 거리 정보를 가지고 구해진 위치 정보를 서빙 AP에 전송하여 준다(S460).

Case 2

상기 case 1에서와 같이 ToA를 측정한 AP는 측정한 ToA 정보들을 이용하여 AP와 단말 간 거리를 계산하거나 구해진 거리를 이용한 위치 추정 등의 1차 위치 추정을 수행한다(S430). 이때 단말로부터 신호를 수신한 다른 AP(인접 AP)들은 ToA를 서빙 AP로 전송하여 주거나 1 단계 위치 추정을 수행한 결과 값을 서빙 AP에 전송하여 줄 수 있다.

상기와 같은 동작을 수행한 AP는 ToA1(1차 위치 추정 수행에 의해 계산된 ToA 값), 거리, 단말의 제 1 위치(first location) 등으로 구성된 1차 위치 정보를 위치 응답 신호(예를 들어, position-RSP frame/signal)를 통하여 단말에게 전송하여 준다(S470). 이때, AP가 전송하는 위치 응답 신호는 ToD의 정보도 포함한다. 여기서 ToD 정보는 상기 위치 응답 신호의 출발 시간 정보가 된다. 이때 상기 ToD 정보를 포함하는 위치 응답 신호로 일 예로서 IEEE 802.11 표준에서의 Probe-RSP frame을 이용할 수도 있다. AP로부터 ToD와 1차 위치 정보를 전송 받은 단말은 수신한 ToD를 기반으로 하여 2차 ToA(ToA2)를 계산한다(S480). 그리고 측정한 ToA2를 기반으로 하여 2차적으로 단말과 AP 간의 거리 및 단말의 위치를 계산할 수 있다(480).

이와 같이, 단말이 1차 및 2차에 걸쳐서 측정 및 계산한 ToA, 거리, 포지션(position) 정보를 이용하여 위치를 획득할 수 있다. 단말은 단계적으로 구해진 ToA(ToA1, ToA2)를 이용하여 AP와 단말 간 거리를 구하여 위치 정보를 획득하거나 2단계에 걸쳐 계산한 거리 값을 이용하여 포지션 정보를 획득할 수 있다. 그리고 각 단계에서 얻어진 포지션 정보를 이용하여 최종적인 포지션 정보를 획득할 수 있다.

상기에서 각 값들은 평균, RMS(root mean square), LS(least square)등 다양한 방법 등을 적용하기 위해서 사용될 수 있다. 본 특허에서는 상기 얻어진 값들을 이용한 보상 방법에 대해서는 언급하지 않는다. 또한 보다 정확한 측정을 위하여 상기에서 언급한 과정들을 반복함으로써 위치 추정을 위한 참조 값들을 보다 많이 얻을 수 있고 이를 통해서 보다 정확한 위치 정보를 획득 할 수 있다.

AP 기반 단계적 위치 추정 방법

AP 기반 단계적 위치 추정 방법은 단말 개시(device initiation) AP 기반 단계적 위치 추정 방법과 AP 개시(AP initiation) AP 기반 단계적 위치 추정 방법으로 나눌 수 있다. 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 2 종류의 AP 기반 단계적 위치 추정 방법에 대해 설명한다.

1. 단말 개시(Device initiation) AP 기반 단계적 위치 추정 방법

도 5는 단말 개시 AP 기반 단계적 위치 추정 방법을 설명하기 위한 예시적 도면이다.

도 5를 참조하면, 단말은 앞서 설명한 단말 기반 단계적 위치 추정 방법에서와 같이 AP로부터 비콘 프레임을 수신하고, 수신한 비콘 프레임을 이용하여 AP와 동기(synchronization)을 이룬다(S510). AP와 동기를 이룬 단말은 위치를 추정하기 위하여 다음과 같은 방법을 이용한다.

단말 개시 AP 기반 단계적 위치 추정 방법이어서 단말이 AP로 위치 요청 신호(예를 들어, position_REQ frame/signal)를 전송한다(S520). 즉, 단말은 위치 정보를 획득하기 위하여 AP로 위치 요청 신호를 전송한다. 이때 전송하는 위치 요청 신호에는 위치 요청 지시자(position request indicator), 단말 ID을 포함될 수 있으며, 상기 단말에 의해 AP들에 브로드캐스팅된다. 또한, 상기위치 요청 신호에는 비콘을 통해 파악한 시간 옵셋(time offset)(예를 들어, 상기 단말과 AP 간의 시간 옵셋), 주변 AP 정보(Neighbor AP info) 등의 정보가 포함되어 전송될 수 있다.

단말이 전송한 위치 요청 신호를 수신한 AP는 위치 요청 신호에 대한 응답으로서 위치 응답 신호(예를 들어, position-RSP signal/frame)를 단말에게 전송하는데(S530), 상기 위치 응답 신호에는 ToD, 단말 ID/SSID가 포함되어 전송될 수 있다. 이때 상기 위치 요청을 통하여 시간 옵셋(time offset), 주변 AP 정보 등의 정보를 전송하지 않은 경우 상기 시간 옵셋(time offset), 주변 AP 정보 등의 정보를 위치 응답 신호에서 전송하여 줄 수 있다(S530).

AP로부터 위치 응답 신호를 단말은 수신한 ToD를 통하여 1차 포지션(position)를 계산할 수 있다(S540). 1차 포지션을 통하여 단말은 TOA, 상기 단말과 AP 간의 거리, 1차 포지션 등을 계산할 수 있다(S540).

단말은 1차 위치 추정을 통해 얻어진 1차 위치 정보(혹은 1차 포지셔닝 정보)와 ToD(위치 지시 신호의 출발 시간)를 위치 지시 신호(예를 들어, location_Indication signal/frame) 등을 통하여 AP에 전송한다(S550). 상기 위치 지시 신호(Location_indication signal frame)는 브로드캐스팅을 통해 전송된다. 앞서 위치 요청(position-REQ) 및 위치 응답(position-RSP)은 각각 IEEE 802.11 표준에서의 probe-REQ 와 probe-RSP를 이용하여 전송될 수 있다.

단말로부터 1차 포지셔닝 정보를 전송받은 AP는 상기 단말 기반 단계적 위치 추정 방법에서 언급한 두 가지 경우(case1과 case 2)와 같이 각각 동작할 수 있다. 또한 단말은 각 case에 대해서 TDOA를 수행하여 위치 정보를 얻을 수 있다.

Case 1

AP는 단말로부터 수신한 위치 지시 정보에 기초하여 ToA를 추정한다(S560). 이후 AP는 상기 추정된 ToA 정보를 위치 서버/게이트웨이와 같은 상위로 전송할 수 있다(S570). 즉, AP는 측정한 ToA에 기반하여 계산한 거리 정보를 상위 위치 서버 혹은 게이트웨이로 전송할 수 있다(S570).

LCSR(location server) 혹은 게이트웨이는 전송받은 ToA를 기반으로 하여 ToA, TDOA를 계산하여 단말의 제 2 포지션을 계산하고, 수신한 1차 포지션 정보와 계산된 2 포지션 정보를 이용하여 포지션 보상을 수행할 수 있다(S580), 이 계산을 2차 위치 측정이라고 할 수 있다. 이후, 위치 서버는 측정된 위치 정보를 서빙 AP(도 5에서는 AP)에 전송하여 주거나, 상기 계산한 제 2 포지션 정보를 가지고 구해진 위치 정보를 서빙 AP에 전송하여 준다(S690). 그러면, AP는 위치 서버로부터 수신한 최종 위치 정보를 단말에게 전송하여 주거나 수신한 제 2 포지션 정보(혹은 제 2 위치 정보)와 제 1 위치 정보를 통하여 위치 보상을 수행하여 얻어진 최종 위치 정보를 위치 지시(Position-IND) 신호 등을 통해 단말에게 전달해 준다(S595)

Case 2

Case 1에서와 같이 ToA/TDoA를 측정한 AP는 측정한 ToA/TDoA 정보들을 이용하여 AP와 단말 간 거리를 계산하거나 구해진 거리를 이용한 위치 추정 등의 2차 위치 추정을 수행한다. 이때 단말로부터 신호를 수신한 다른 AP(인접 AP)들은 ToA를 서빙 AP로 전송하여 주거나 1 단계 위치 추정을 수행한 결과 값을 서빙 AP에 전송하여 줄 수 있다.

2. AP 개시 ( AP initiation ) 기반 단계적 위치 추정 방법

도 6은 AP 개시 AP 기반 단계적 위치 추정 방법을 설명하기 위한 예시적 도면이다.

도 6을 참조하면, 단말은 AP로부터 전송되는 비콘 프레임을 수신하여 동기를 이룬다(S610). AP 개시 AP 기반 단계적 위치 추정 방법이어서 단말과 AP 간에 동기화가 이루어진 후에 AP가 단말로 위치 요청(Position_REQ) 신호를 전송한다(S620). AP가 전송하는 위치 요청(Position_REQ) 신호에는 ToD, 위치 요청 지시자(position request indicator), SSID등의 정보가 포함되어 전송될 수 있다.

AP로부터 위치 요청 신호(Position_REQ signal/frame)를 수신한 단말은 수신한 ToD를 기반으로 하여 ToA를 측정한다(S630). 측정한 ToA를 기반으로 하여 단말은 1차 위치 추정을 수행하여 AP와의 거리, 자신의 포지션 정보 등을 획득할 수 있다(S630). 단말은 1차 위치측정을 통해서 획득한 정보들을 위치 응답 신호(예를 들어, position-RSP)를 통해서 AP로 전송할 수 있다(S640). 이때 위치 응답 신호를 통해서 AP로 전송되는 정보에는 단말이 S630 단계에서 계산한 ToA 값(ToA1), ToD, 단말 및 AP 간의 거리(Distance1), 단말의 포지션 정보(position_info1), 단말 ID 등이 포함될 수 있다.

단말로부터 위치 응답 신호를 통하여 1차 위치 추정 정보를 수신한 AP는 상기 단말 기반 단계적 위치 추정 방법에서 설명한 Case1과 Case 2와 같이 동작하여 2차 위치 추정을 수행하여 위치 정보를 획득할 수 있다.

Case 1

AP는 단말로부터 수신한 위치 응답 신호에 포함된 정보에 기초하여 ToA를 추정한다(S650). 이후 AP는 상기 추정된 ToA 정보를 위치 서버/게이트웨이와 같은 상위로 전송할 수 있다(S660). 즉, AP는 측정한 ToA에 기반하여 계산한 거리 정보를 상위 위치 서버 혹은 게이트웨이로 전송할 수 있다(S660).

여기서 LCSR(location server) 혹은 게이트웨이는 전송받은 ToA를 기반으로 하여 ToA, TDOA를 계산하여 단말의 제 2 포지션을 계산하고, 1차 위치 추정 정보와 2차 위치 추정 정보를 이용하여 포지션 보상을 수행할 수 있다(S670), 이 계산을 2차 위치 측정이라고 할 수 있다. 이후, 위치 서버는 측정된 위치 정보를 서빙 AP(도 6에서는 AP)에 전송하여 주거나, 상기 계산한 제 2 포지션 정보를 서빙 AP에 전송하여 준다(S680). 그러면, AP는 위치 서버로부터 수신한 제 2 포지션 정보와 1차 포지션 정보를 이용한 위치 추정을 통하여 얻어진 위치 정보를 위치 지시(Position-IND) 신호 등을 통해 단말에게 전달해 주거나 상기 위치 서버로부터 수신한 위치 정보를 위치 지시 신호를 통하여 전달해 준다(S690)

Case 2

단말로부터 위치 응답 신호를 수신한 AP는 위치 응답 신호에 포함된 ToD 정보를 통하여 ToA/TDoA를 측정하고 측정된 ToA/TDoA를 이용하여AP와 단말 간 거리를 계산하거나 구해진 거리를 이용한 위치 추정 등의 2차 위치 추정을 수행한다. 이때 단말로부터 신호를 수신한 다른 AP(인접 AP)들은 ToA를 서빙 AP로 전송하여 주거나 1 단계 위치 추정을 수행한 결과 값을 서빙 AP에 전송하여 줄 수 있다. 상기 2차 위치 추정을 통해서 얻어진 위치 정보와 1차 위치 정보를 이용하여 AP는 정확한 단말의 위치를 추정할 수 있다.

상기에서 각 값들은 평균, RMS(root mean square), LS(least square)등 다양한 방법 등을 적용하기 위해서 사용될 수 있다. 본 특허에서는 상기 얻어진 값들을 이용한 보상 방법에 대해서는 언급하지 않는다. 또한 보다 정확한 측정을 위하여 상기에서 언급한 과정들을 반복함으로써 위치 추정을 위한 참조 값들을 보다 많이 얻을 수 있고 이를 통해서 보다 정확한 위치 정보를 획득할 수 있다.

WLAN을 이용하는 단말이 time stamp 나 클락(clock)을 가지고 있어서 frame/signal을 전송할 때 자체 time stamp/clock을 통하여 출발 시간(departure time)을 측정하거나 알 수 있다. 또한 위치 추정을 위해서 단계적으로 ToA, 거리, 포지션을 계산함으로써 단말과 AP간 채널에 의한 영향을 줄일 수 있어 그 결과 좀더 정확한 측위가 가능해 진다. 또한 1차 측위 정보와 2차 측위 정보를 이용하여 단말과 AP간 채널의 상태(LOS, NLOS)등을 식별(identification)함으로써 측위의 정확도도 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따라, WLAN을 이용하는 단말이 위치 정보를 추정하기 위하여 AP와 단말간 송수신하는 frame 및 signal을 통하여 시간 정보를 전송함으로써 정확한 ToA 정보 추정 및 반복적인 측정을 통하여 단말의 위치 추정 정확도를 높일 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

1. 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법에 있어서,
   AP(Access Point)와 동기를 맞추고 위치 요청 신호의 출발 시간 정보 및 상기 단말의 식별자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 위치 요청 신호를 상기 AP로 전송하는 단계;
   상기 위치 요청 신호의 전송에 대한 응답으로서, 계산된 단말의 제 1 위치 및 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 상기 AP로부터 수신하는 단계;
   상기 수신한 위치 응답 신호의 출발 시간 정보에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)을 계산하는 단계;
   상기 계산된 ToA를 이용하여 상기 단말과 AP 간의 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나를 계산하는 단계; 및
   상기 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나와 상기 제 1 위치 정보에 기초하여 상기 단말의 최종 위치를 결정하는, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 단말이 상기 AP로부터 비콘 프레임을 수신하는 단계를 더 포함하고,
   상기 비콘 프레임은 타임 스탬프(timestamp) 정보를 포함하며, 상기 타임 스탬프 정보에 기초하여 상기 AP와 동기를 이루는 것을 특징으로 하는, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 위치 요청 신호는 위치 요청 지시자, 시간 옵셋 정보 및 주변 AP 정보 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 위치 요청 신호는 probe-Request 메시지 타입이고 상기 위치 응답 신호는 probe-Response 메시지 타입인, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 계산된 단말의 제 1 위치 및 상기 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리는 위치 서버 또는 게이트웨이에서 계산된 것인, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 계산된 단말의 제 1 위치 및 상기 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리는 상기 AP가 상기 단말의 위치 요청 신호에 기초하여 측정한 ToA 값을 이용하여 산출된 것인, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
7. 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법에 있어서,
   AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로부터 위치 요청 신호를 수신하는 단계;
   상기 위치 요청 신호에 포함된 상기 위치 요청 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하는 단계;
   상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서, 상기 계산된 ToA와 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발시간 정보를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 상기 AP로 전송하는 단계; 및
   상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 단말의 제 2 위치는 위치 서버 또는 게이트웨이에서 산출된 것인, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 단말의 제 2 위치는 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 AP에 의해 다시 계산한 ToA를 이용하여 산출된 것인, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
10. 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 단말의 위치를 추정하는 방법에 있어서,
    AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로 위치 요청 신호를 전송하는 단계;
    상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서 상기 AP로부터 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 수신하는 단계;
    상기 위치 응답 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하는 단계;
    상기 계산된 ToA와, 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보를 상기 AP로 전송하는 단계; 및
    상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 단말의 제 2 위치는 위치 서버 또는 게이트웨이에서 산출된 것인, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 단말의 제 2 위치는 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 AP에 의해 다시 계산한 ToA를 이용하여 산출된 것인, 무선 랜에서의 단말 위치 추정 방법.
13. 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말에 있어서,
    AP(Access Point)와 동기를 맞추고 위치 요청 신호의 출발 시간 정보 및 상기 단말의 식별자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 위치 요청 신호를 상기 AP로 전송하도록 구성된 송신기;
    상기 위치 요청 신호의 전송에 대한 응답으로서, 계산된 단말의 제 1 위치 및 계산된 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 상기 AP로부터 수신하도록 구성된 수신기; 및
    상기 수신한 위치 응답 신호의 출발 시간 정보에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)을 계산하고,
    상기 계산된 ToA를 이용하여 상기 단말과 AP 간의 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나를 계산하며,
    상기 제 2 거리 및 상기 단말의 제 2 위치 중 적어도 하나와 상기 제 1 위치 정보에 기초하여 상기 단말의 최종 위치를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 단말.
14. 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말에 있어서,
    AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로부터 위치 요청 신호를 수신하도록 구성된 수신기;
    상기 위치 요청 신호에 포함된 상기 위치 요청 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서, 상기 계산된 ToA와 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보와 위치 응답 신호의 출발시간 정보를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 상기 AP로 전송하도록 구성된 송신기를 포함하되,
    상기 수신기는 상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 수신하는, 단말.
15. 무선 랜(Local Area Network, LAN)에서 위치를 추정하는 단말에 있어서,
    AP(Access Point)와 동기를 맞춘 이후에 상기 AP로 위치 요청 신호를 전송하도록 구성된 송신기;
    상기 위치 요청 신호에 대한 응답으로서 상기 AP로부터 위치 응답 신호의 출발 시간 정보를 포함하는 상기 위치 응답 신호를 수신하도록 구성된 수신기; 및
    상기 위치 응답 신호의 출발시간에 기초하여 상기 단말과 상기 AP 간의 신호 도달 시간(ToA)를 계산하고 상기 계산된 ToA에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 단말과 상기 AP 간의 제 1 거리 중 적어도 하나를 산출하도록 구성된 프로세서를 포함하되,
    상시 송신기는 상기 계산된 ToA와, 상기 단말의 제 1 위치 및 상기 제 1 거리 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 위치 정보를 상기 AP로 더 전송하도록 구성되며,
    상기 수신기는 상기 AP로부터 상기 단말의 제 2 위치를 포함하는 제 2 위치 정보를 더 수신하도록 구성된, 단말.

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