KR20130140547A - 실내 위치지정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20130140547A
KR20130140547A KR1020127034387A KR20127034387A KR20130140547A KR 20130140547 A KR20130140547 A KR 20130140547A KR 1020127034387 A KR1020127034387 A KR 1020127034387A KR 20127034387 A KR20127034387 A KR 20127034387A KR 20130140547 A KR20130140547 A KR 20130140547A
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wideband
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이스마일 라키스
하크 로우
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어뎁턴스, 엘엘씨
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Abstract

위치지정 시스템은 복수의 제어기; 및 광대역 송신기와 협대역 수신기를 구비하는 적어도 하나의 디바이스를 포함하되, 각 제어기는 광대역 수신기와 협대역 송신기를 구비하며, 상기 각 제어기는 하나 이상의 디바이스로부터 상기 광대역 수신기를 사용하여 광대역 위치지정 프레임을 수신하고, 상기 위치지정 프레임의 송신을 위한 타이밍을 수립하기 위해 상기 디바이스에 의해 사용하기 위한 타이밍 및 제어 데이터를 포함하는 수신확인 프레임을 상기 협대역 송신기를 사용하여 송신하도록 구성되며, 상기 디바이스는 상기 광대역 송신기를 사용하여 상기 복수의 제어기에 위치지정 프레임을 송신하고, 상기 협대역 수신기를 사용하여 하나 이상의 제어기로부터 수신확인 프레임을 수신하며, 상기 프레임으로부터 타이밍 및 제어 정보를 추출하고, 상기 타이밍 및 제어 정보를 사용하여 상기 광대역 송신기의 상기 타이밍 및 동기화를 조정하도록 구성되어 있다.

Description

실내 위치지정을 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR INDOOR POSITIONING}
본 명세서에 기술된 실시예는 무선 통신에 관한 것이고 보다 상세하게는 무선 실내 위치지정을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 실내 위치지정 시스템이 최근에 점점 대중화되고 있다. 이들 시스템은 일반적으로 자산 추적 및 재고 관리를 위해 사용된다. 예를 들어, 이들 시스템은 창고에서 제품의 위치 검출, 병원에서 의료인 또는 장비의 위치 검출, 화재 구조물에서 소방관의 위치 검출, 및 시설 또는 구내에 분산되어 있는 유지관리 장비의 추적에 사용되고 있다.
수많은 무선 기술이 실내 위치지정 애플리케이션에 사용하기 위해 개발되거나 개조되었다. 이들 기술은 WLAN, RFID, UWB, 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), 홈 RF(HomeRF), GPS, 무선 지원 GPS, 등을 포함한다. 일반적으로, 이들 기술과 이에 기초하는 시스템은 복잡성과 거리범위에 대한 전력 요구조건이 트레이드 오프(tradeoff)를 이룬다. 다시 말해, 전력이 낮으면 낮을수록, 시스템이 유효하게 작동할 수 있는 거리는 더 짧아진다. 도 1은 본 명세서에 참조문헌으로 병합된 문헌 "Survey of Wireless Indoor Positioning Techniques and Systems"(H. Lui 등, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics - Part C: Applications and Reviews, Vol. 37, No. 6, November 2007)로부터 취해진 다이어그램이다. 좌측에 있는 시스템은 저전력 시스템인 것인 반면, 우측에 있는 시스템은 고전력 시스템이다. 볼 수 있는 바와 같이 저전력 시스템은 상대적으로 짧은 거리범위에 걸쳐 작동한다.
무선 실내 위치지정을 위한 많은 시스템과 기술이 개발되었으나, 채용과 전개를 제한하는 여러 단점들이 여전히 있다. 이상적으로, 실내 위치지정 시스템은 디바이스들이 매우 작고 매우 저렴하게 만들어질 수 있으면서 디바이스들이 하나의 배터리로 더 오래 지속될 수 있도록 동작하는데 전력이 거의 들지 않는 것을 요구하는 추적 디바이스를 포함할 수 있다. 추적 디바이스 내 전력의 소비자는 트랜시버이다. 디바이스가 송신해야 하는 거리가 멀어지면 멀어질수록, 필요한 송신 전력은 더 많아지고 이는 디바이스 내에 더 많은 전력 소비를 직접 야기한다. 그 결과, UWB 시스템과 같은 매우 낮은 전력 시스템이 전개되어 왔다. UWB 시스템은 예를 들어 -10db만큼 낮은 송신 전력으로 효과적으로 송신할 수 있다.
그러나, 효과적이기 위하여 그러한 낮은 전력 시스템은 일반적으로 매우 정확한 타이밍을 요구한다. 이것은 디바이스 타이밍을 제어하는데 고품질의 크리스털 발진기를 요구하고 이는 비용, 사이즈 및 전력 요구조건을 상승시킨다. 따라서, 종래의 시스템은 많은 애플리케이션에 필요한 극히 낮은 전력 동작 및 정밀도를 제공할 수 없다.
저전력 실내 추적 시스템을 위한 방법이 본 명세서에 기술된다.
일 측면에 따르면, 위치지정 시스템은 복수의 제어기; 및 광대역 송신기와 협대역 수신기를 구비하는 적어도 하나의 디바이스를 포함하되, 각 제어기는 광대역 수신기와 협대역 송신기를 포함하며, 각 제어기는 하나 이상의 디바이스로부터 광대역 수신기를 사용하여 광대역 위치지정 프레임을 수신하고 이 위치지정 프레임의 송신을 위한 타이밍을 수립하기 위해 디바이스에 의해 사용하기 위한 타이밍 및 제어 데이터를 포함하는 수신확인 프레임을 협대역 송신기를 사용하여 송신하도록 구성되며, 상기 디바이스는 광대역 송신기를 사용하여 복수의 제어기로 위치지정 프레임을 송신하고, 협대역 수신기를 사용하여 하나 이상의 제어기로부터 수신확인 프레임을 수신하며, 이 프레임으로부터 타이밍 및 제어 정보를 추출하고 이 타이밍 및 제어 정보를 사용하여 광대역 송신기의 타이밍 및 동기화를 조정하도록 구성된다.
다른 측면에 따르면, 위치지정 시스템은 복수의 제어기; 광대역 송신기와 협대역 수신기를 구비하는 적어도 하나의 디바이스; 및 상기 복수의 제어기와 인터페이싱하는 서버를 포함하되, 각 제어기는 광대역 수신기와 협대역 송신기를 구비하며, 각 제어기는 하나 이상의 디바이스로부터 광대역 수신기를 사용하여 광대역 위치지정 프레임을 수신하고, 이 위치지정 프레임의 송신을 위한 타이밍을 수립하기 위해 디바이스에 의해 사용하기 위한 타이밍 및 제어 데이터를 포함하는 수신확인 프레임을 협대역 송신기를 사용하여 송신하도록 구성되며; 상기 디바이스는 광대역 송신기를 사용하여 복수의 제어기로 위치지정 프레임을 송신하고, 협대역 수신기를 사용하여 하나 이상의 제어기로부터 수신확인 프레임을 수신하며, 이 프레임으로부터 타이밍 및 제어 정보를 추출하고, 이 타이밍 및 제어 정보를 사용하여 광대역 송신기의 타이밍 및 동기화를 조정하도록 구성되고, 상기 서버는 복수의 서버들 사이에 동기화를 유지하도록 구성된다.
이들 및 다른 특징, 측면 및 실시예는 이하 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용"란에서 설명된다.
특징, 측면 및 실시예는 첨부 도면과 연계하여 기술된다.
도 1은 거리범위 면에서 여러 실내 위치지정 시스템을 도시한 도면;
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 위치지정 시스템을 도시한 도면;
도 3은 도 2의 시스템에 포함될 수 있는 예시적인 추적 디바이스를 도시한 블록도;
도 4는 도 2의 시스템에 포함될 수 있는 예시적인 제어기를 도시한 블록도;
도 5는 UWB, 협대역 및 확산 스펙트럼 시스템의 대역폭 및 주파수 범위를 예시하는 블록도;
도 6은 UWB 물리 계층이 스펙트럼을 분할하는 방법을 도시한 도면;
도 7은 UWB 시스템의 예시적인 수퍼프레임을 도시한 도면.
본 명세서에 기술된 실시예는 제어기의 어레이들이 복수의 디바이스의 위치를 추적하는데 사용되는 듀얼 밴드 추적 시스템에 관한 것이다. 제어기는 디바이스와 통신하기 위해 협대역 기술/프로토콜을 사용하는 반면, 디바이스는 제어기와 통신하기 위해 저전력 광대역 기술/프로토콜을 사용한다. 추적될 디바이스의 수는 상대적으로 많을 수 있는 반면, 제어기는 상대적으로 적은 수가 필요할 수 있다.
제어기는 예를 들어 빌딩 또는 룸 내에 고정될 수 있다. 전력은 일반적으로 염려할 사항이 아니므로, 제어기는 매우 높은 전력으로 송신할 수 있으며, 예를 들어 제어기는 최대 1W로 송신할 수 있다. 나아가, 디바이스로부터 광대역 송신을 수신하도록 구성된 광대역 수신기인 수신기는 디바이스로부터 송신된 매우 낮은 전력 신호를 보다 용이하게 검출하고 디코드할 수 있도록 높은 전력이 공급될 수 있다.
제어기에서 높은 전력의 협대역 송신기는 디바이스에 타이밍 및 동기화 정보를 송신하는데 사용될 수 있으며 이에 디바이스는 자체적으로 고정밀도의 크리스털을 요구하지 않는다. 따라서, 이들은 배터리를 교체하거나 추적 디바이스를 교체할 필요 없이 긴 시간 동안 지속할 수 있는 매우 낮은 전력, 저비용의 소형 디바이스일 수 있다. 사실, 인쇄된 배터리는 특정 구현예에서 더 사용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따라 구성된 위치지정 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다. 시스템(100)은 수 개의 제어기(102)와, 추적되고 있는 복수의 디바이스(104)를 포함한다. 디바이스(104)는 추적되고 있는 물품에 부착되고 이하에서 보다 상세히 설명된다. 디바이스(104)는 송신물이 다수의 제어기(102)에 의해 수신될 수 있도록 송신물을 방송하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서 삼각 측량 기술이 특정 디바이스(104)의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 각 디바이스(104)는 적어도 3개의 제어기(102)와 통신할 필요가 있다.
제어기(102)는 제어기(104)들 사이에 정확한 동기화를 유지하고 디바이스(104)로부터 수신된 데이터를 처리하도록 구성될 수 있는 서버(106)와 인터페이싱될 수 있다. 제어기(102)는 무선 연결을 통해 서버(106)와 인터페이싱될 수 있다. 그러나, 제어기(102)와 서버(106) 사이의 인터페이스는 이더넷 연결(Ethernet connection)과 같은 유선 연결인 것이 바람직할 수 있다.
도 3은 예시적인 추적 디바이스(104)를 보다 상세히 도시한 블록도이다. 디바이스(104)는 광대역 신호를 송신하고 협대역 신호를 수신하도록 구성된 안테나(302)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 디바이스(104)는 2개의 안테나, 즉 수신용 안테나와 송신용 안테나를 포함할 수 있다. 그러나, 매우 정확한 타이밍이 사용될 수 있으므로, 디바이스(104)는 동시에 송신하고 수신하지 않는다. 따라서, 단일 안테나가 사용될 수 있어 복잡성, 사이즈, 비용 등을 감소시킬 수 있다.
안테나(302)는 이후 광대역 송신기(304)와 협대역 수신기(306)와 인터페이싱된다. 송신기(304)는 송신에 필요한 회로를 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 송신기(304)는 특정 송신기 설계에 필요한 필터, 펄스 성형기, 변조기, 증폭기, 디지털-아날로그 변환기 등을 포함할 수 있다. 물론, 송신기(304)는 매우 낮은 전력 송신기이며 따라서 고전력 증폭기가 필요치 않다. 나아가, 저전력이고 모두 디지털인 초광대역 송신기 설계가 존재한다. 이와 유사하게, 수신기(306)는 제어기(104)로부터 협대역 통신을 수신하는데 필요한 모든 회로를 포함할 수 있다.
송신기(304)와 수신기(306)는 디바이스(104)의 동작을 제어하고 수신기(306)에 의해 수신된 신호에 포함된 정보를 디코드하며 송신기(304)를 사용하여 송신될 정보를 생성하도록 구성될 수 있는 프로세서 또는 마이크로제어기(308)와 인터페이싱될 수 있다. 프로세서(308)는 프로세서(308)를 위한 명령과 식별자와 같은 데이터를 저장할 수 있는 메모리(310)와 인터페이싱될 수 있다. 많은 애플리케이션에서, 매우 제한된 양의 데이터가 통신되고 이에 따라 메모리 요구조건을 제한한다.
크리스털(314)이 프로세서(308)의 타이밍을 제어하기 위해 또한 포함될 수 있다. 전술된 바와 같이 크리스털(314)은 본 명세서에 기술된 시스템과 방법의 결과 매우 저렴하고 저전력인 크리스털일 수 있다.
또한 제어기(102)는 디바이스(104)가 협대역 신호를 수신하고 수신된 협대역 신호를 효과적으로 디코드할 수 있을 만큼 매우 높은 전력으로 송신할 수 있으므로 디바이스(104)는 수신기에서 많은 전력을 필요로 하지 않는다는 것이 주지되어야 할 것이다.
추가적으로, 전력 소스(312)가 포함될 수 있고, 디바이스(104)에 포함된 구성요소들에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 전력 소스(312)는 종종 배터리이지만, 이 디바이스(104)는 송신을 하는데 매우 낮은 전력을 사용하므로 전력 소스(312)는 상대적으로 긴 수명을 제공하기 위하여 큰 용량을 가질 필요가 없다. 사실, 특정 실시예에서, 전력 소스(312)는 인쇄된 배터리일 수 있다.
안테나(302)는 또한 인쇄될 수 있다는 것이 또한 주지되어야 한다. 일반적으로 디바이스(104)는 수동 RFID 트랜스폰더와 유사하게 스티커 태그 또는 라벨로 구성되거나 이 스티커 태그 또는 라벨에 포함될 수 있다. 이러한 태그는 일반적으로 베이스 층과, 그 위에 안테나 및 이 경우에 가능하게는 전력 소스 및 다른 회로가 상호연결되고 구성 요소들이 인쇄되는 프린트 층, 그 위에 집적 회로가 부착되는 회로 층, 및 이후 상부층을 포함한다. 종종, 베이스 층, 인쇄 층 및 회로 층과 같은 이들 층 중 많은 층들이 단일 층으로 결합된다. 명백히, 인쇄 배터리를 사용하는 능력은 디바이스(104)의 전체 사이즈 및 가능한 층의 감소를 가능하게 한다.
도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 제어기(102)를 도시한 블록도이다. 볼 수 있는 바와 같이, 제어기(102)의 도면은 디바이스(104)의 것과 매우 유사하다; 그러나, 제어기(102)는 디바이스(104)에 포함된 협대역 수신기(306)와 통신하도록 구성된 협대역 송신기(404)와, 디바이스(104)에 포함된 광대역 송신기(304)로부터 신호를 수신하도록 구성된 광대역 수신기(406)를 포함한다. 다시, 제어기(102)는 단일 안테나(402) 또는 듀얼 안테나를 포함할 수 있다. 사실, 제어기(102)는 덜 자원 제한적이므로 별도의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 것이 편리하고 바람직할 수 있다.
프로세서(408)와 메모리(410)는 디바이스(104)에 포함된 대응하는 프로세서(308)와 메모리(310)보다 더 크고 더 강력할 수 있지만; 그러나, 처리 및 동기화의 대부분이 서버(106)에서 발생할 수 있으므로, 제어기(104) 내에 처리 전력 및 메모리를 그만큼 많이 필요로 하는 것은 아니다. 그리하여, 제어기(102)는 서버(106) 및 가능하게는 다른 제어기(102)와 통신하기 위한 이더넷 포트와 같은 통신 포트(412)를 포함할 수 있다.
제어기(102)는 또한 빌딩이나 인클로저 전력 시스템과 같은 외부 공급원으로부터 전력을 제공할 수 있는 전력 입력을 더 포함할 수 있다. 전력 입력 블록(414)은 전력 변환, 조정, 과전압 보호 등과 같은 필요한 전력 회로의 일부나 전부를 포함할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 제어기(102)를 위한 전력은 염려할 사항이 아니므로, 전력 입력(414)은 고전력 레벨을 송신기(404)와 수신기(406)에 제공하도록 구성될 수 있다. 이것은 송신기(404)가 상당히 높은 전력으로 송신할 수 있게 하여 저전력 디바이스(104)가 매우 낮은 전력 수신기를 가지는 경우에도 여전히 효과적으로 송신 신호를 수신할 수 있다. 이와 유사하게 수신기(406)는 매우 높은 전력이 공급될 수 있어서 이 수신기는 저전력 송신기(304)로부터 수신된 매우 낮은 전력 신호에 포함된 정보를 수신하고 검출할 수 있다.
이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 기술된 디바이스와 제어기를 구현하는데 필요한 기본 기술과 설계 및 특히 필요한 수신기 및 송신기 회로를 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 최적의 성능에 필요한 특정 코딩과 디코딩 알고리즘, 변조 기술 등은 반드시 간단한 것만은 아니다.
따라서, 시스템은 듀얼 밴드 시스템인데, 즉 다운링크에서는 더 높은 전력이 제공되는 협대역 시스템과 업링크에서는 저전력의 광대역 시스템이다. 따라서, 예를 들어 2.4 ㎓ ISM(Industrial Scientific and Medical) 대역에서 협대역 통신 시스템/프로토콜이 다운링크 부분을 위해 선택될 수 있다. UWB(Ultra-WideBand)이 업링크를 위해 선택될 수 있다. 도 5는 UWB, 협대역 및 확산 스펙트럼 시스템의 대역폭 및 주파수 범위를 도시한 도면이다. 볼 수 있는 바와 같이, UWB 신호는 예를 들어 협대역 신호에 비해 매우 넓은 대역폭과 매우 낮은 전력을 포함한다.
따라서, 특정 실시예에서, 디바이스(104)는 UWB 송신기(304)와 협대역 ISM 수신기(306)를 포함하는 저전력 저비용 디바이스를 포함할 수 있고, 제어기(102)는 UWB 수신기(406)와 협대역 ISM 송신기(404)를 포함할 수 있다. UWB 주파수 대역은 매우 광대역이고 위치지정을 위해 사용되는 반면, 협대역 스펙트럼은 제어 및 데이터 통신을 위해 사용된다. 제어기(102)는 백본 네트워크에 연결되고 고도로 동기화된다. 이것은 제어기(102)가 디바이스(104)에 타이밍을 제공할 수 있게 하여 이에 디바이스(104)가 고비용의 정밀한 크리스털을 요구하지 않게 한다.
UWB 기술의 여러 구현예는 주파수 대역과 신호 특성이 상이하다. 대부분 일반적인 UWB 기술은 WiMedia Alliance 권고에 기초한다. WiMedia의 UWB 기술은 고속 무선 연결을 위한 ISO 발행 무선 표준이다. UWB는 미국에서 그리고 세계 많은 다른 나라에서 3.1 내지 10.6 ㎓의 주파수 범위 내에 있는 대역을 사용하여 높은 데이터 처리량과 낮은 에너지 소비량의 탁월한 조합을 제안한다.
물리 계층에서 스펙트럼은 14개의 대역과 6개의 대역의 그룹으로 분할되고, 각 대역 그룹은 도 6에 도시된 바와 같이 3개의 대역으로 구성된다. WiMedia 표준은 또한 채널당 110개의 부반송파, 즉 부반송파당 4.125 ㎒ 대역폭, 528 ㎒의 채널 대역폭 및 802.11 a/b/g/n 라디오와 같은 더 좁은 협대역 디바이스와 동일한 채널의 공존을 허용하는 매우 낮은 방송 전력 또는 이와 다중대역 직교 주파수 분할 다중화를 명시한다. UWB의 매우 높은 대역폭은 매우 낮은 RF 출력 전력과 연결된 더 높은 데이터 처리량을 초래한다. UWB는 일반적으로 최대 30피트의 통신 거리범위를 제공한다.
네트워크를 위한 기본 UWB 타이밍은 수퍼프레임(superframe)이다. 이 수퍼프레임은 도 7에 도시된 바와 같이, "비컨 기간(beacon-period)"과, 고정된 지속기간의 시간슬롯을 포함하는 "데이터 기간"으로 구성된다. 이 비컨 프레임은 각 UWB 디바이스(104)에 의해 송신되어 모든 디바이스 간에 협력 동작을 보장한다. 비컨 프레임은 매체에 액세스하기 위한 예비 및 스케줄링 정보를 운송하는 것 뿐아니라 수퍼프레임 시작 시간과 같은 기본 타이밍 정보를 제공한다.
특정 실시예에서, 데이터 기간에서 시간 슬롯 동안 디바이스(104)는 UWB 스펙트럼에서 위치지정 프레임을 송신할 수 있다. 이 위치지정 프레임은 디바이스(104)의 위치를 결정하기 위해 시스템(100)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(104)는 3개 이상의 제어기(102)에 의해 픽업될 수 있는 위치지정 프레임을 방송할 수 있다. 위치지정 프레임은 프레임이 송신된 때를 나타내는 시간 스탬프를 포함할 수 있다. 프레임이 수신된 시간과 이 시간 스탬프를 비교하는 것에 의해 제어기 또는 서버(106)는 디바이스(104)가 각 제어기(102)로부터 얼마나 멀리 있는지를 결정할 수 있다. 프레임이 3개의 제어기에 의해 수신된 경우 삼각 측량법을 사용하여 디바이스의 위치를 결정할 수 있다.
언급된 바와 같이 디바이스(104)는 낮은 비용, 낮은 정밀도의 크리스털을 포함할 수 있다. 따라서, 크리스털은 드리프트할 수 있고 디바이스(104)에서 타이밍이 벗어날 수 있다. 그러나, 제어기는 디바이스(104)에 수퍼 프레임 타이밍 정보를 송신할 수 있고 이에 디바이스(104)가 자기의 타이밍을 리셋할 수 있어 타이밍 편차(skew)나 드리프트를 제거할 수 있다.
기본 프로토콜은 UWB 스펙트럼을 사용하여 위치지정 프레임을 송신하는 디바이스(104)와, 리턴으로 협대역 스펙트럼을 제공하는 수신확인 프레임을 송신하는 제어기(102)를 포함할 수 있다. 수신확인 프레임은 타이밍 및 다른 정보를 포함하여 디바이스(104)가 그 타이밍을 리셋할 수 있게 할 수 있다. 특정 실시예에서 디바이스(104)는 최대 4개의 제어기(102)로부터 수신확인을 수신할 수 있다. 수신확인은 구현예에 따라 예를 들어 서버(106)에 의해 지시된, 제어기(102) 중 하나로부터 송신된 하나의 수신확인에 통합될 수 있다.
이 수신확인이 3개 미만의 제어기(102)에 의해 수신을 나타내는 경우, 이것은 디바이스(104)가 위치지정 프레임을 재송신하게 할 수 있다.
위치지정 프레임은 적어도 프리앰블과 헤더 및 구현예에 따라 옵션 데이터 부분을 포함할 수 있다. 프레임은 미리 결정된 PRF(Pulse Repetition Frequency)로 3개의 변조, 즉 +1, 0 및 -1을 사용하여 변조될 수 있다. 헤더는 디바이스 ID 필드, 가능하게는 시간 스탬프를 포함할 수 있으며, CRC로 인코딩되고 보호될 수 있다. 프리앰블은 동기 필드와 시작 프레임 구분 필드를 포함할 수 있다. 이들 2개의 필드들 각각은 일반적인 확산 시퀀스를 사용하여 확산된 데이터를 포함할 수 있다. 일반적인 확산 시퀀스는 Ipatov 및 Justesen 3개 시퀀스와 같은 우수한 상관 특성을 가지는 3개 시퀀스로 구성될 수 있다. 다른 디바이스(104)는 구현예에 따라 일반적인 3개 시퀀스 또는 다른 3개 시퀀스를 사용할 수 있다.
나아가 디바이스(104)가 프레임 송신을 마친 후에 송신기(304)를 위치지정하고 셧다운(shut down)하는 시도를 하는 시간슬롯 동안에만 UWB 송신기(304)를 턴온하는 것에 의해 디바이스(104)에서 전력의 감소가 달성될 수 있다. 각 제어기(102)는 훨씬 더 높은 복잡성을 가지고 일반적으로 상이한 시간슬롯 동안 다수의 디바이스(104)로부터 송신된 프레임을 수신하고 복조할 수 있어야 한다. 더 개선된 제어기(102)가 또한 동일한 시간 슬롯에서 송신된 프레임을 복조할 수 있다.
특정 실시예에서, 위치지정 프레임을 송신한 후에 디바이스(104)는 미리 결정된 기간을 대기하며 협대역 수신기(306)를 턴온하고 하나 이상의 제어기(102)로부터 수신확인 프레임을 대기한다. 프레임의 성공적인 수신을 성공적으로 수신확인한 것에 더하여 수신확인 프레임은 제어기(102)에 의해 송신된 제어 데이터 및 정보 데이터를 포함할 수 있다.
디바이스(104)가 주어진 타임아웃(time-out) 기간 내에 수신확인을 수신하지 못하면, 디바이스(104)는 랜덤한 시간 동안 대기하고 상이한 시간슬롯에서 위치지정 패킷의 재송신을 시도할 수 있다. 이 시간슬롯의 수는 예를 들어 지수적인 백오프(exponential backoff)로 슬롯 형성된 알로하(aloha) 프로토콜에 기초할 수 있다.
언급된 바와 같이 타이밍은 협대역 스펙트럼에서 제어기(102)에 의해 수립된 수퍼프레임 구조를 사용하여 수립될 수 있다. 수퍼프레임은 2개의 부분, 즉 비컨 기간, 및 시간슬롯 형성된 기간으로 분할된다. 비컨 기간은 동일한 사이즈의 시간슬롯으로 분할될 수 있다. 비컨 시간슬롯 동안, 제어기(102) 중 하나는 수퍼프레임 타이밍에 관한 정보와 수퍼프레임의 구조를 포함하는 비컨 프레임을 송신할 수 있다. 상이한 제어기(102)는 비컨의 상이한 시간슬롯을 사용하고 서로 중복되지 않을 수 있다. 비컨 프레임은 UWB 스펙트럼에서 시간슬롯 경계를 설정하는 UWB 시간축의 시간 0을 또한 포함할 수 있다. 따라서, 이 정보를 사용하여 디바이스(104)는 적절한 타이밍을 유지할 수 있다. 나아가, 위치지정 프레임에 응답하여 제어기(102)에 의해 송신된 수신확인 프레임은 슬롯 형성된 협대역 수퍼프레임에서 시간슬롯의 경계와 정렬되어야 한다.
서버(106)는 하나 또는 다수의 서버, 라우터, 데이터베이스, 애플리케이션, 프로그램, 코드, 유저 인터페이스 등을 포함하여 서버(106)로 하여금 제어기(102) 및 궁극적으로 디바이스(104)로부터 수신된 정보를 디코딩할 수 있게 한다. 서버(106)는 그리하여 디바이스(104)의 위치를 추적하고 그 움직임을 추적하며 디바이스(104)의 진입 또는 진출을 검출하는 등과 같은 작업을 수행할 수 있다.
서버(106)의 기능 중 일부나 전부는 하나 이상의 제어기(102)에 의해 구현되거나 이에 포함될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
특정 실시예가 전술되었으나, 기술된 실시예는 단지 예시를 위한 것이라는 것이 이해되어야 할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기술된 시스템과 방법은 기술된 실시예에 기초하여 제한되어서는 아니된다. 오히려, 본 명세서에 기술된 시스템과 방법은 상기 상세한 설명과 첨부 도면과 연계하여 취해진 이하 청구범위만을 고려하여 제한되어야 한다.

Claims (27)

  1. 위치지정 시스템으로서,
    복수의 제어기; 및
    광대역 송신기와 협대역 수신기를 구비하는 적어도 하나의 디바이스를 포함하되,
    각 제어기는 광대역 수신기와 협대역 송신기를 구비하며, 상기 각 제어기는 하나 이상의 디바이스로부터 상기 광대역 수신기를 사용하여 광대역 위치지정 프레임을 수신하고, 상기 위치지정 프레임의 송신을 위한 타이밍을 수립하기 위해 상기 디바이스에 의해 사용하기 위한 타이밍 및 제어 데이터를 포함하는 수신확인 프레임을 상기 협대역 송신기를 사용하여 송신하도록 구성되며,
    상기 디바이스는 상기 광대역 송신기를 사용하여 상기 복수의 제어기에 위치지정 프레임을 송신하고, 상기 협대역 수신기를 사용하여 하나 이상의 제어기로부터 수신확인 프레임을 수신하며, 상기 프레임으로부터 타이밍 및 제어 정보를 추출하고, 상기 타이밍 및 제어 정보를 사용하여 상기 광대역 송신기의 상기 타이밍 및 동기화를 조정하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 협대역 송신기와 상기 협대역 수신기는 ISM(Industrial Scientific and Medical) 대역에서 동작하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 협대역 송신기와 상기 협대역 수신기는 약 2.45 ㎓에서 동작하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광대역 수신기와 상기 광대역 송신기는 UWB(Ultra Wideband) 스펙트럼에서 동작하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제어기들 각각은 상기 광대역 송신기의 동작을 위해 타이밍 및 제어 정보를 상기 협대역 송신기를 사용하여 송신하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 타이밍 및 제어 정보를 수신하고 상기 광대역 송신기를 동기화하고 위치 프레임을 송신하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 제어기는 상기 위치 프레임을 수신하고 상기 위치 프레임 내에 포함된 정보를 서버로 송신하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 위치 프레임은 시간 스탬프를 포함하고, 상기 위치 프레임을 수신하는 상기 복수의 제어기는 상기 위치 프레임이 수신된 시간을 결정하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 서버는 삼각측량을 사용하여 상기 디바이스의 위치를 결정하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 상기 디바이스는 수퍼프레임을 사용하여 상기 광대역 송신기를 통해 상기 제어기와 통신하며, 상기 타이밍 및 제어 정보는 상기 수퍼프레임의 시작 시간을 포함하는 수퍼프레임 정보를 포함하는 것인 위치지정 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는 위치 프레임을 송신하기 위해 짧은 지속기간 동안 상기 광대역 송신기를 턴온하고 이후 상기 송신기를 턴오프하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 제어기 중 하나 이상으로부터 수신확인 프레임을 수신하기 위해 짧은 기간 동안 상기 협대역 수신기를 턴온하고 이후 상기 수신기를 턴오프하도록 더 구성된 것인 위치지정 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 디바이스는 특정 시간 기간에 수신확인을 수신하지 못할 때 상기 위치 프레임의 재송신을 시도하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제어기와 인터페이싱하는 서버를 더 포함하며, 상기 서버는 상기 복수의 서버들 사이에 동기화를 유지하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  15. 위치지정 시스템으로서,
    복수의 제어기;
    광대역 송신기와 협대역 수신기를 구비하는 적어도 하나의 디바이스; 및
    상기 복수의 제어기와 인터페이싱하는 서버를 포함하되,
    각 제어기는 광대역 수신기와 협대역 송신기를 구비하며, 상기 각 제어기는 하나 이상의 디바이스로부터 상기 광대역 수신기를 사용하여 광대역 위치지정 프레임을 수신하고, 상기 위치지정 프레임의 송신을 위한 타이밍을 수립하기 위해 상기 디바이스에 의해 사용하기 위한 타이밍 및 제어 데이터를 포함하는 수신확인 프레임을 상기 협대역 송신기를 사용하여 송신하도록 구성되며,
    상기 디바이스는 상기 광대역 송신기를 사용하여 상기 복수의 제어기에 위치지정 프레임을 송신하고, 상기 협대역 수신기를 사용하여 하나 이상의 제어기로부터 수신확인 프레임을 수신하며, 상기 프레임으로부터 타이밍 및 제어 정보를 추출하고, 상기 타이밍 및 제어 정보를 사용하여 상기 광대역 송신기의 상기 타이밍 및 동기화를 조정하도록 구성되며,
    상기 서버는 상기 복수의 서버들 사이에 동기화를 유지하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 협대역 송신기와 상기 협대역 수신기는 ISM(Industrial Scientific and Medical) 대역에서 동작하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 협대역 송신기와 상기 협대역 수신기는 약 2.45 ㎓에서 동작하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 광대역 수신기와 상기 광대역 송신기는 UWB(Ultra Wideband) 스펙트럼에서 동작하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 복수의 제어기들 각각은 상기 광대역 송신기의 동작을 위한 타이밍 및 제어 정보를 상기 협대역 송신기를 사용하여 송신하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 타이밍 및 제어 정보를 수신하고 상기 광대역 송신기를 동기화하며 위치 프레임을 송신하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복수의 제어기는 상기 위치 프레임을 수신하고 상기 위치 프레임에 포함된 정보를 서버에 송신하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 위치 프레임은 시간 스탬프를 포함하며, 상기 위치 프레임을 수신한 상기 복수의 제어기는 상기 위치 프레임이 수신된 시간을 결정하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 서버는 삼각 측량을 사용하여 상기 디바이스의 위치를 결정하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  24. 제20항에 있어서, 상기 디바이스는 수퍼프레임을 사용하여 상기 광대역 송신기를 통해 상기 제어기와 통신하며, 상기 타이밍 및 제어 정보는 상기 수퍼프레임의 시작 시간을 포함하는 수퍼 프레임 정보를 포함하는 것인 위치지정 시스템.
  25. 제15항에 있어서, 상기 디바이스는 위치 프레임을 송신하기 위하여 짧은 지속기간 동안 상기 광대역 송신기를 턴온하고 이후 상기 송신기를 턴오프하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 제어기 중 하나 이상으로부터 수신확인 프레임을 수신하기 위해 짧은 기간 동안 상기 협대역 수신기를 턴온하고 이후 상기 수신기를 턴오프하도록 더 구성된 것인 위치지정 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 디바이스는 특정 시간 기간에 수신확인을 수신하지 못할 때 상기 위치 프레임의 재송신을 시도하도록 구성된 것인 위치지정 시스템.
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