KR20140036204A - 무선 주파수 태그 위치 탐색 시스템 및 방법 - Google Patents

무선 주파수 태그 위치 탐색 시스템 및 방법 Download PDF

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요셉 게. 네미스
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마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

RF-태그의 위치 및 방위의 결정이 확장된 무선 주파수 삼각측량을 통해 성취된다. 비콘 배치는 공간적으로 설계된 비콘 노드로부터의 방위를 결정한다. RF-태그 위치탐색은 다수의 공간적으로 배치된 비콘 노드들으로부터의 이러한 측정에 의해 수행된다. 비콘 노드들은 다수의 안테나들을 구비하고, 다른 안테나에 주기적으로 스위치된 각각의 심볼에 의해 프레임들을 송신한다. 다른 거리들을 이동하는 심볼들이 RF-태그에 의해 수신된 프레임내에서 위상 변이들을 일으킨다. 상기 위상 변이들 및 안테나들의 공지의 배치들로부터 RF-태그가 특정 비콘 노드들로부터 RF 인지가능하게 되는 각도가 추정될 수 있다.

Description

무선 주파수 태그 위치 탐색 시스템 및 방법{RADIO FREQUENCY TAG LOCATION SYSTEM AND METHOD}
본 출원은 Jozsef G. Nemeth에 의해 "무선 주파수 태그 위치 탐색 시스템 및 방법(Radio Frequency Tag Location System and Method)"라는 발명의 명칭으로 2011년 4월 26일 출원된 공동 소유의 미국 가 특허출원 61/479,045의 우선권의 이익을 주장하고, 그 전체가 모든 목적을 위해 참조로 통합된다.
본 개시는 무선 주파수 태그들에 관한 것으로, 특히 무선 주파수 태그들의 위치를 탐색하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 주파수 태그들(RF-태그들)을 내부에 내장하고 있는 아이템들 및 패키지들의 위치탐색은 다른 응용들 중에서도 재고품의 제어 및 패키지 추적에 중요하다.
우수한 위치탐색 정확성을 제공하면서 수신된 신호 세기(RSSI) 기반 방법들과 경쟁력이 있는 저가 및 저전력 RF 위치 탐색 시스템, 방법 및 장치가 필요시 된다.
일 실시예에 따르면, 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법은, 복수의 비콘 노드들 각각의 주기적으로 선택된 안테나들로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 무선 주파수(RF) 태그에서 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계; 상기 RF-태그에서 수신된 복수의 비콘 심볼들의 위상 점프들 및 복수의 비콘 노드들 각각을 위해 복수의 심볼들 각각을 송신하는 각각의 선택된 안테나들을 결정하는 단계; 상기 복수의 비콘 노드들 각각으로부터 송신된 복수의 비콘 심볼들의 도착 각도(angle-of-arrival; AOA)를 추정하는 단계; 각각의 AoA 추정치들로부터 복수의 비콘 노드들 각각에 대한 AoA 벡터를 추정하는 단계; 및 상기 AoA 벡터들로부터 RF-태그의 공간 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 심볼들 중 각각의 다음 순서의 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 송신될 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 심볼들 중 다른 모든 다음 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 송신된다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 심볼들은 IEEE 802.15.4 표준 컴플라인트 프레임들(standard compliant frames)의 페이로드 부분일 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 각각으로부터 송신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 상기 복수의 비콘 심볼들 중 하나를 송신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 각각의 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 각각으로부터 송신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 상기 복수의 비콘 심볼들 중 모든 다른 하나를 송신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 상기 모든 다른 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 AoA의 추정 단계는 아지무스 각도 추정을 제공할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 AoA의 추정 단계는 앙각(仰角) 추정을 제공할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계는, 상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 주기적으로 선택된 안테나들로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 안테나들 중 하나에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계는 상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 안테나들 중 하나로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 주기적으로 선택된 안테나들에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 추가의 단계들은 중앙 처리 노드를 제공하는 단계; 및 상기 중앙 처리 노드를 상기 복수의 비콘 노드들에 결합하기 위한 네트워크를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 각각은 무선 주파수(RF) 장치; 상기 RF 장치와 상기 주기적으로 선택된 안테나들 사이에 결합된 안테나 스위치; 및 상기 안테나 스위치 및 상기 RF 장치에 결합된 트리거 입력을 제어하는 출력들을 갖는 디지털 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 RF 장치로부터 스위치 안테나 신호가 수신될 때 상기 디지털 프로세서는 안테나 스위치가 상기 RF 장치를 다른 하나의 안테나에 결합하도록 한다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서는 마이크로컨트롤러이다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서는 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 프로그램가능 논리 어레이(PLA) 및 주문형 반도체(ASIC)로 이루어진 그룹에서 선택된다.
또 하나의 실시예에 따르면, 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법은, 무선 주파수(RF) 태그의 안테나로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 복수의 비콘 노드들 각각의 주기적으로 선택된 안테나들 상에서 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계; 무선 주파수(RF) 태그에서 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계; 상기 RF-태그에서 송신된 복수의 비콘 심볼들의 위상 점프들 및 복수의 비콘 노드들 각각을 위해 복수의 비콘 심볼들 각각을 수신하는 각각의 선택된 안테나들을 결정하는 단계; 상기 복수의 비콘 노드들 각각에서 수신된 복수의 비콘 심볼들의 도착 각도(angle-of-arrival; AOA)를 추정하는 단계; 상기 AoA 추정치들로부터 복수의 비콘 노드들 각각에 대한 AoA 벡터를 추정하는 단계; 및 상기 AoA 벡터들로부터 RF-태그의 공간 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 심볼들 중 각각의 다음 순서의 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 수신될 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 심볼들 중 다른 모든 다음 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 수신될 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 심볼들은 IEEE 802.15.4 표준 컴플라인트 프레임들(standard compliant frames)의 페이로드 부분일 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 각각에서 수신된 송신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 RF-태그로부터 복수의 비콘 심볼들 중 하나를 수신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 각각의 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 각각으로부터 수신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 RF 태그로부터 상기 복수의 비콘 심볼들 중 모든 다른 하나를 수신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 상기 모든 다른 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 AoA의 추정 단계는 아지무스 각도 추정을 제공할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 AoA의 추정 단계는 앙각(仰角) 추정을 제공할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계는 상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 주기적으로 선택된 안테나들로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 안테나들 중 하나에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계는 상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 안테나들 중 하나로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 주기적으로 선택된 안테나들에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 추가의 단계들은 중앙 처리 노드를 제공하는 단계; 및 중앙 처리 노드를 상기 복수의 비콘 노드들에 결합하기 위한 네트워크를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 비콘 노드들 각각은, 무선 주파수(RF) 장치; 상기 RF 장치와 상기 주기적으로 선택된 안테나들 사이에 결합된 안테나 스위치; 및 상기 안테나 스위치 및 상기 RF 장치에 결합된 트리거 입력을 제어하는 출력들을 갖는 디지털 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 RF 장치로부터 스위치 안테나 신호가 수신될 때 상기 디지털 프로세서에 의해 안테나 스위치는 상기 RF 장치를 다른 하나의 안테나에 결합시킨다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서는 마이크로컨트롤러일 수 있다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서는 마이크로프로세서 디지털 신호 처리기(DSP), 프로그램가능 논리 어레이(PLA) 및 주문형 반도체(ASIC)로 이루어진 그룹에서 선택된다.
본 발명에 의하면, 우수한 위치탐색 정확성을 제공하면서 수신된 신호 세기(RSSI) 기반 방법들과 경쟁력이 있는 저가 및 저전력 RF 위치 탐색 시스템, 방법 및 장치가 제공된다.
도 1은 본 개시의 교시에 따른 무선 주파수 태그(RF-태그) 위치탐색 구조의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 특정 일례의 실시예에 따른 비콘 노드 구조의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 특정 예시의 실시예들에 따른 비콘 노드의 개략적인 인터페이스 신호 타이밍 파형도들을 도시한다.
도 4는 본 개시의 교시에 따른 개략적인 스위치 시퀀스 및 수신기 처리 신호 타이밍 파형도들을 도시한다.
도 4a는 본 개시의 교시에 따른 RF-태그 안테나에 대한 공간(3차원) 관계에서 비콘 노드 안테나들의 개략적인 평면도 및 정면도들을 도시한다.
도 5는 본 개시의 교시들에 따른 RF-태그 안테나와 관련된 2개의 비콘 노드 안테나들의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 교시들에 따른 RF-태그 안테나와 관련된 4개의 비콘 노드 안테나들의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 교시에 따른 추정의 계통 에러에 대한 개략적인 그래프들을 도시한다.
도 8은 본 개시의 교시에 따른 추정의 확률 에러에 대한 개략적인 그래프들을 도시한다.
도 9는 본 개시의 교시에 따른 추정의 다른 확률 에러에 대한 개략적인 그래프들을 도시한다.
도 10은 본 개시의 교시에 따른 제1 평면상의 4개의 비콘 안테나들과 제2 평면상의 RF-태그 안테나의 개략적인 등방 3차원 배치도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 교시에 따른 추정의 다른 확률 에러의 개략적인 그래프를 도시한다.
도 12(a)-도 12(d)는 본 개시의 교시에 따라 상호각들을 측정하는 각기 4개의 비콘 안테나들을 갖는 두 개의 비콘 노드들의 개략적인 등방 배치도들을 도시한다.
도 13은 각기 2차원의 위치 및 방위로 표현된 3개의 비콘 노드들 사이의 측정 결과의 개략적인 표현을 도시한다.
첨부한 도면과 관련된 다음의 설명을 참조하면 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 수정물 및 대체 형태가 가능하지만, 특정 실시예들이 도면에 도시되고 여기에 상세히 설명되었다. 하지만, 특정 실시예들의 설명은 본 발명을 여기에 개시된 특정 형태로 한정하려는 것이 아니고, 반대로, 본 발명은 첨부한 청구범위에 의해 한정된 모든 수정물 및 등가물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
특정 위치 및 그 위치 내에 매설된 RF-태그의 방위에 의해 확장 무선 주파수 삼각측량을 통해 자산 관리(asset tracking)를 결정할 수 있다. 비콘 배치를 통해 공간적으로 설계된 비콘 노드로부터 RF-태그의 방위를 결정한다. 다수의 공간적으로 배치된 비콘 노드들로부터 위치탐색을 반복함으로써 RF-태그 위치 탐색이 더욱 개선된다. 비콘 노드들은 다수의 안테나들을 구비하고, 다른 안테나에 주기적으로 스위치된 각각의 심볼과 함께 프레임들을 송신한다. 다른 간격으로 이동하는 심볼들은 상기 RF-태그에 의해 수신된 프레임 내에서 위상 변이들(phase shifts)을 초래한다. 상기 위상 변이들 및 안테나들의 공지의 배치로부터 RF-태그가 특정 비콘 노드들에서 RF 관찰되는 각도가 추정될 수 있다. 신호 위상 변이들의 결정은 기저대 처리 하드웨어의 일부분이고, 위치 결정 절차의 나머지는 소프트웨어로 실현될 수 있다.
유효 RF-태그 위치는 또한 역방향에서 동작할 뿐만 아니라, RF-태그는 (단일 안테나를 사용하여) 프레임들을 송신하고, 비콘 노드들은 비콘 노드들의 심볼 단위로 스위치된 안테나들을 통해 RF-태그들로부터 신호들을 수신한다. 순방향 및 역방향 모두가 비콘 노드들의 위치 및 방위를 계산하기 위해 비콘 노드들 사이에서 이용될 수 있다. 이는 종래의 태그 위치 탐색 방법들 보다 정확도와 리소스 강도 사이의 보다 양호한 절충점(trade-off point)으로 귀결된다.
RF-태그의 비용 및 전력 제한은 비교적 좁은 RF 대역폭을 필요로 하며, 이 대역폭은 RF-태그들의 위치를 결정하는데 있어서 비행시간 또는 도착 시간차의 정확한 추정을 방해한다. 따라서 무선 주파수(RF) 신호들의 도착 각도 추정이 선호된다. 위치 추정 대신에 도착 각도 정보가 임의의 로봇 항법 응용기기들에 바로 적용될 수 있다. 그 해결책은 이 기본적인 측정을 지원할 수 있는 표준 IEEE 802.15.4 호환 무선기기들을 구비할 수 있다. 한 세트의 공간적으로 분리된 비콘 노드들로 확장되는 경우, 확장 삼각측량을 통해 자산 RF-태그 위치의 추정이 용이하게 된다.
RF-태그 자산들의 위치 추적에 대한 본 발명과 다른 방식과의 비교는 다음의 표로 요약된다.
특징 본 발명 RSSI 기반 TOF 기반 TDOA 기반
대역폭 요건 낮음 낮음 높음 높음
소비전력 및 비용 낮음 최저 높음 높음
동기화 개선 없음 없음 필요 없음
정확성 정확한 각도(관통 벽도 포함) 수 미터 내에서 정확함 정확함(대역폭!) 정확함(대역폭!)
위치 추정 해상도 선형 열화 대 거리 급속 열화 대 거리 일정 해상도 일정 해상도
다 경로 강건성 매체; 거리에 따라 열화 원거리에서 열악 대역폭이 높아지고 범위가 짧아질수록 강건성이 양호하게 될 수 있다.
다경로 영향을 완화하기 위한 기술 주파수 다이버시티; 비콘들이 더 많아짐 주파수 다이버시티 비콘들이 더 많아짐 -주파수 다이버시티
- LOS 신호 디렉터빌리티(de·lec·ta·bl·i·ty)
- 추정에서 예측되는 부정적이 아닌 추가 에러들
도면들을 참조 하면, 특정 일례의 실시예에 대한 구성들이 개략적으로 도시된다. 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 유사한 구성요소는 다른 소문자 첨자를 달아서 동일한 도면 부호로 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 무선 주파수 태그(RF-태그) 위치 탐색 구조의 개략도가 도시된다. 도착 각도(AoA)의 추정은 도 1에 도시한 바와 같이 각 RF-태그 노드(102)에서 단일 안테나(103) 그리고 비콘 노드들(104)에서 다수의 주기적으로 선택된 안테나들(106)을 필요로 한다. 순방향 모드에서 측정 동안, RF-태그 노드(들)(102)는 수동(수신) 상태에 있고, 적어도 하나의 비콘 노드(104)는 능동(송신) 상태에 있다. 역방향 모드에서 측정 동안 RF-태그 노드(들)(102)는 능동(송신) 상태에 있고, 적어도 하나의 비콘 노드(104)는 수동(수신) 상태에 있다. 비콘 노드들(104)은 네트워크(110)를 통해 중앙 처리 노드(108)에 결합된다. 순방향 및/또는 역방향 모드를 사용하는 네트워크(110) 및 비콘 노드들(104)은 확장 축소하여도 난조가 생기지 않는다.
순방향 모드에서, 비콘 심볼들은 주기적으로 선택된 안테나들(106) 예를 들어 3 내지 6 안테나들에서 송신된다. 다른 안테나들(106a)로부터 송신된 비콘 심볼들 사이의 위상 점프들은 RF-태그 노드(102)에서 수신기 및 디코더에 의해 인지된다(결정된다). 다른 수신된 심볼들의 이들 결정된 위상 점프들로부터, 도착 각도(AoA) 추정이 비콘 노드(104a) 송신을 위해 중앙 처리 노드(108)에 의해 수행될 수 있다. 전술한 단계들은 적어도 하나의 다른 공간적으로 다른 송신 비콘 노드(104b) 및 그 각각의 안테나들(106b)에 의해 반복된다. 그 다음에 각각의 송신 비콘 노드들(104) 각각의 AoA 추정치들로부터 유도된 벡터들이 RF-태그 노드(102)의 위치의 추정에 이용될 수 있다.
역방향 모드에서, 비콘 심볼들은 주기적으로 선택된 안테나들(106) 예를 들어 3 내지 6 안테나들에서 수신된다. 다른 안테나들(106a)에서 수신된 비콘 심볼들 사이의 위상 점프들은 비콘 노드(104a)에서 수신기 및 디코더에 의해 인지된다(결정된다). 다른 수신된 심볼들의 이들 결정된 위상 점프들로부터, 도착 각도(AoA) 추정이 송신 RF-태그 노드(102)를 위해 중앙 처리 노드(108)에 의해 수행될 수 있다. 전술한 단계들은 적어도 하나의 다른 공간적으로 다른 수신 비콘 노드(104b) 및 그 각각의 안테나들(106b)에 의해 반복된다. 그 다음에 각각의 수신 비콘 노드들(104) 각각으로부터 RF-태그 노드(102)의 AoA 추정치들로부터 유도된 벡터들은 RF-태그 노드(102)의 위치의 추정을 위해 이용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 특정 일례의 실시예에 따른 비콘 노드 구조의 개략적인 블록도가 도시된다. 순방향 모드에서 비콘 송신 동안 그리고 역방향 모드에서 비콘 수신 동안 비콘 노드(104)에서 안테나들(106)은 안테나 스위치(220)에 의해 스위치된다. TX/RX 프레임 버퍼(들)(도시 않음)는 각 비콘 노드(104)의 마이크로컨트롤 유닛(MCU)(224) 또는 RF 디바이스(222) 중 어느 하나에 위치할 수 있다. RF 디바이스(222)는 제한된 수의 출력을 가질 수 있으므로, MCU(224)가 그 제어 출력들을 안테나들(106)을 스위치하는데 사용할 수 있다. 안테나들(106) 번호 및 순서의 선택은 위치 응용기기의 공간적 커버 요건에 따를 수 있다. MCU(224)는 예를 들어, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 프로그램가능 논리 어레이(PLA) 또는 주문형 반도체(ASIC)일 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
상업적으로 이용가능한 오프더 셀프(commercially available off-the-shelf; COTS) 안테나 스위치들이 MCU(224)에 임의의 제어 출력 인터페이싱을 허용할 수 있다. 안테나 스위치 기간은 하나 이상의 심볼 시간 지속시간 이내 일 수 있다. 수신과 송신 주파수들 사이의 잔류 반송파 오차 추정 동안, 안테나 스위치은 금지 예를 들어 소프트웨어 프로그램으로부터 트리거들을 마스킹한다. RF 디바이스(222)는 안테나들(106)을 스위치할 동안 MCU(224)에 타이밍 펄스들("트리거들")을 제공할 수 있으며, 예를 들어 심볼 경계들에서 안테나들을 스위치할 수 있다. MCU(224) 응답 지연이 계산될 수 있는데 도 3을 참조할 수 있다. 소프트웨어 지연은 결정적일 수 있으며, 선택된 하드웨어 옵션에 대응하게 된다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 특정 일례의 실시예들에 따른 비콘 노드의 개략적인 인터페이스 신호 타이밍 파형도들이 도시된다. 수용가능한 에러는 대략 100나노초(ns)일 수 있으므로, 상기 타이밍 내에서 충분한 정밀도(graularity)가 제공된다. 16MHz 주파수를 갖는 발진기(도시 않음)로부터 62.5ns 타이머 해상도가 유도될 수 있다. 바람직한 최대 소프트웨어 지연 타겟은 16㎲일 수 있으며, 이는 다이렉트 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS) 심볼 길이(또는 250kbps에서 4비트 지속시간)일 수 있으며, 여기서 k는 소프트웨어 프로그램가능할 수 있다.
코히어런트 또는 블록 넌코히어런트 오프셋 직교 위상 편이 변조(OQPSK) 수신기 구조에서, IEEE 802.15.4 PHY 페이로드에서 수신된 DSSS 심볼들은 16 가설적 예상 이상 파형들 각각에 대해 상관관계에 있으며, 수신된 신호는 최대 상관 크기를 기반으로 검출된다. 심볼 위상은 연산된 복소 상관의 실수 및 허부 부분들로부터 또한 이용가능하다.
상기 위상은 복소 상관을 극 좌표로 변환함으로써 얻어진다. 이를 위해 프리앰블 처리 동안 자동 주파수 제어(AFC) 동작을 위해 1차적으로 필요한 CORDIC(coordinate rotation by digital computer) 블록이 재사용될 수 있다. 이는 단지 데이터 경로에 대한 사소한 변경이다. AFC 추적 동작동안, 안테나 스테핑은 금지된다.
위상 및 크기 정보 모두는 모든 새로운 심볼에 대해 업데이트될 수 있는 특수 기능 레지스터로서 SPI 인터페이스를 통해 호스트 MCU(224)에 이용될 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다. SPI 판독 동작은 RF 디바이스(222)에 의해 MCU(224)에 제공된 이벤트 트리거 신호에 의해 트리거될 수 있다.
도 4를 참조하면 본 개시의 교시에 따른 개략적인 스위치 시퀀스 및 수신기 처리 신호 타이밍 파형도들이 도시된다. 위상 값들은 노이즈에 의해 감쇄된다. 신호 대 노이즈 비는 매체로부터 수신된 신호 세기 및 간섭 레벨에 따른다. 따라서 안테나 스위치의 다수의 사이클이 필요할 수 있으며, 수신기는 각 안테나(106)로부터의 값들에 대해 임의의 형태의 평균화를 수행할 수 있다.
이 동작은 이하에서 상세히 기술하는 바와 같이, 2π의 배수에서 위상 랩핑(phase wrapping)과 송신기과 수신기 사이의 잔류 반송파 오차를 고려해야 한다. 낮은 신호 대 노이즈 조건들에서, (AFC 결정이 완료된 이후의) 잔류 오차는 +/- 3 ppm(parts-per-million) 만큼 높을 수 있다. 이는 이하에서 상세히 기술하는 바와 같이, 소프트웨어 연산에서 추정되고 보상될 필요가 있으며, 그렇지 않으면, 축적된 위상의 가능한 랩-오버가 랩핑이 간과되어 지나칠 수 있다.
잔류 반송파 오차를 추정하기 위해서 안테나들(106)은 제1 몇 개의 심볼 동안 스위치되지 않는 반면에 수신기는 AFC 추정을 완수한다. RF 디바이스(222)에 의해 제공된 스위치 트리거들은 소프트웨어에서 마스킹될 수 있다.
심벌 간 간섭(inter-symbol-interference; ISI) 또한 해소될 수 있다. 이는 아날로그 수신기의 제한된 대역폭뿐만 아니라 RF 신호의 다중 경로 전파에 의해 발생된다. 모든 다른 심볼 경계에서만 비콘 안테나들을 스위치함으로써 수신기는 이전의 안테나 수신으로부터 ISI에 의해 손상된 제1 심볼의 위상을 무시할 수 있으며, 제2 심볼 위상만을 사용할 수 있다. 이에 의해 추정 정확성 대 측정 시간(모든 심볼 경계상의 스위치 안테나들) 사이의 선택가능한 교환이 설정된다.
위상 랩핑 오버(phase wrap-over)
(x)wrap를 다음의 연산으로 놓는다.
(1)
Figure pct00001
WRAP는 그 편각(argument)을 -π...π[라디안] 간격에 매핑한다. WRAP는 불가피하게 위상이 측정될 때 발생한다. WRAP는 최상위 유효 비트가 -π를 나타낼 때, 2의 보수 계산을 이용하는 고정점 연산에서 오버플로우에 대응하며 다음과 같다.
Figure pct00002
여기서 W는 비트폭이다. 또한, (2π스케일링으로 인한 다른 유효성 범위와는 별개로) 동일 항등식이 고정점 연산에서 오버플로우에 대한 WRAP에 적용되며 다음과 같다.
(2)
Figure pct00003
x를 대체하면 다음과 같다.
(3)
Figure pct00004
다른 항등식은 다음과 같다.
(4)
Figure pct00005
이 식은 항상 성립하고, 임의의 편각들에서 반복적으로 적용될 수 있다. 따라서 예를 들어 다음 식이 성립한다.
(5)
Figure pct00006
그러나
Figure pct00007
가 2π의 정수배이지 않는 한은 다음을 유념해야 한다.
(4b)
Figure pct00008
식의 언랩핑
임의의 식
Figure pct00009
을 언랩핑하기 위해서 상기 식은 다음의 형식으로 확장될 수 있다.
(6)
Figure pct00010
여기서,
Figure pct00011
은 상기 값의 종래의 추정치이므로 추정치 에러
Figure pct00012
는 불변성 대 WRAP 기준을 만족한다.
공간 모델 파라미터들
도 4a를 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 RF-태그 안테나에 대한 공간 관계(3차원- 3-D) 관계에서 비콘 노드 안테나들의 개략적인 평면 및 정면도들이 도시된다. 안테나들의 3-D 위치는 점들로 표현될 수 있으며, 비콘 노드의 다수의 안테나들이 원상에 위치한다.
3 점은 다음과 같이 정의된다.
T: RF-태그 안테나의 위치를 나타낸다.
Ai는 비콘 노드의 i번째 안테나의 위치를 나타낸다.
C는 모든 비콘 노드 안테나들의 위치를 유지하는 원의 중심점이다.
이들은 투영을 위해 다음의 두 평면을 이용하여 묘사된다.
X-Y는 모든 비콘 노드 안테나들을 유지하는 평면이다.
X-Z은 C와 T를 유지하는 평면이고, X-Y에 수직이다.
거리들
R은 비콘 안테나 위치들을 유지하는 원의 반경이다.
d는 C와 T 사이의 거리이다(d >>R).
x는 X 평면에 투영되는 경우, C와 T의 이미지들 사이의 거리이다(X>>R).
Xi, Yi 및 Zi는 X, Y 및 Z 축 상에서 각각 투영되었을 때 T와 Ai의 영상들 사이에서 측정된 거리들이다.
di는 T와 Ai 사이의 거리이다.
Ai와 t의 X-Y 평면 영상들 사이의 거리는
Figure pct00013
이고, Xi에 근사할 수 있다. 일반적으로, R<<X 및 R<<d이므로, y 차원을 따르는 거리들은 모든 근사치에서 무시될 수 있다.
아지무스 각도(
Figure pct00014
i) 및 앙각(θ)은 (모든 i에 대한) C와 Ai에 접속하는 벡터에 대한 T의 방위를 정의한다. 도착 각도(AoA)는
Figure pct00015
0로 정의되고, 이는 0 번째 안테나에 대한 아지무스 각도이다. 이들 각도를 이용하면 다음 식이 도출된다.
Figure pct00016
Figure pct00017
2차원의 경우에,
Figure pct00018
이므로
Figure pct00019
가 된다.
원의 대향점들에서 두 개의 안테나들이 있다고 가정하면,
Figure pct00020
이다. 또한, 태그(T)에 대한 거리들에서의 차이는
Figure pct00021
로 되거나 또는 동등하게
Figure pct00022
로 된다.
도착 각도 추정
도착 각도(AoA) 추정은 소프트웨어에서 수행될 수 있다. 프레임 마다 몇 번의 승산 및 제산 연산이 필요하지만, 심볼마다는 단지 고정점 가산들이 필요하다. 이는 8비트 MCU에 의해 (예를 들어, 추가의 버퍼링이 필요 없이) AoA 추정이 실시간으로 수행될 수 있음을 보장한다.
제1 원리들
도 5를 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 RF-태그 안테나와 관련한 두 개의 비콘 노드 안테나들의 개략적인 평면도가 도시된다. 이상적으로는 송신기와 수신기 사이에 신호 감쇄가 없거나 또는 완전한 동기화를 가정할 때, 2 차원 시나리오에서 다음의 관계식이 전개될 필요가 있다.
(7)
Figure pct00023
= 반송파 파장
여기서, αi는 i 번째 안테나가 선택되었을 때 송신된 심볼에 대한 수신된 심볼의 위상 변이이고, di는 선택된 안테나와 RF-태그 안테나 사이의 거리이다.
Figure pct00024
가 성립하지 않는 한 위의 식은 식(2)을 이용하여 언랩핑될 수 없다.
식 (2)를 적용하기 위해 차이는 다음과 같이 된다.
(8)
Figure pct00025
주: 식 (5)의 항등식은 식(8)의 제2 등식에 적용된다.
Figure pct00026
이면 식 (8)이 언랩핑될 수 있어서 다음 식이 산출된다.
(9)
Figure pct00027
점근선의 경우에, di와 dj가
Figure pct00028
보다 훨씬 클 때 도 5에 도시된 각도
Figure pct00029
는 다음과 같이 추정될 수 있다.
(10)
Figure pct00030
이하에서 기술하는 바와 같이, 이 근사치의 에러는 위치 추정의 정확성을 제한하지 않는다.
비이상성
현실은 다음 관계식에 의해 보다 더 가깝게 된다.
(11)
Figure pct00031
여기서, n = -K-1,...,0,1,..., N-1은 심볼 인덱스이고, K+1 및 N은 잔류 반송파 오차 추정 및 위상 측정에 사용된 심볼들의 수와 위상 측정치를 각각 나타낸다.
i= 0,1,...,I-1은 전적으로 n에 의해 정의되는 안테나 인덱스인데 즉, i=in이다.
di는 RF-태그 안테나와 i 번째 비콘 안테나 사이의 거리이다.
Figure pct00032
는 n에 대해 독립적이고 가우스 분포된 것으로 여겨지는 랜덤 부가 노이즈이다.
Ω는 AFC 보상이후 유지되는 잔류 반송파 오차로 인한 각 심볼 기간에서의 각 회전이다.
γ는 프레임내에서 n 및 i에 걸쳐 일정한 랜덤 위상 오프셋이다. 이는 송신기와 수신기(PLL) 사이의 최초 위상 오프셋, 아날로그와 디지털 처리의 그룹 지연 등이 합쳐진 결과이다.
βi는 시간적으로는 일정하지만 각 안테나(i)마다 다른 계통적 위상 오프셋이다. 이는 추정 대상 위치 파라미터들(d,
Figure pct00033
, θ)의 위치 함수이다.
Figure pct00034
후술하는 바와 같이 d>>λ일 경우 가정될 수 있다.
주: 괄호 내의 WRAP는 식 (4)을 이용함으로써 생략된다.
노이즈 감쇄 태스크
평균화된 위상 값은 다음과 같이 정의되는 것으로 한다.
(12)
Figure pct00035
여기서,
Figure pct00036
는 i와 n과는 독립적인 랜덤 위상 오프셋이다.
Figure pct00037
는 평균화된 노이즈이다.
평균화된 위상의 차이는 안테나들 i와 j 사이에서 얻어지며, 식 (5)를 대입하면 다음과 같이 된다.
(13)
Figure pct00038
위의 식은 식(2)을 대입하면 언랩핑될 수 있는데 즉 다음과 같다.
(14)
Figure pct00039
식 (11)과 식 (12)의 주요한 차이는 식 (14)에 나타낸 바와 같은 위상 차를 언랩핑하는데 필요한 부가 노이즈 항이 저감된다(
Figure pct00040
)는 것이다. (
Figure pct00041
가 또한 필요하지만 이는 이후 해소되는 것을 유의한다.)
따라서 소프트웨어에서 1차 태스크는
Figure pct00042
의 시퀀스로부터
Figure pct00043
를 계산하는 것이다. 간단한 평균화가 유효하게 작동할까? 이 질문에 답하기 위해서 식 (12)은 식 (15)과 같이 다시 씌여질 수 있다.
(15)
Figure pct00044
안쪽의 괄호 내의 식은 식 (11)에 따라 랩핑된 식 즉 αi, n으로 대체될 수 있으며, 이때 해답은 양이 된다. 그러나 식 (4b)로 인해 이 항등식은 유지되지 않는다. 다른 해는 이하의 (16) 식을 얻도록 (식 (6)의 패턴을 따라) 식(11)의 수식을 "언랩핑"하는 것이다.
(16)
Figure pct00045
여기서,
Figure pct00046
+ 임의의 상수는 n과 i에 대해 일정한 랜덤 위상 오프셋이다. 이것은 식 (13)에서는 소거됨을 유의한다.
언랩핑은 다음의 계산으로 시도될 수 있다.
(17)
Figure pct00047
(n< P 이외의 경우)
여기서, P는 심볼들의 수에서 표현된 주기적 인테나 스위치의 기간이다.
성공적으로 되기 위해, 다음의 기준이 만족되어야 한다.
(18)
Figure pct00048
낮은 신호 대 노이즈 조건들하에서,
Figure pct00049
는 식 (18)에서 예견할 수 없는 랩-오버를 야기하고 유지가 보장되지 않는다. 따라서 식 (17)은 다음과 같이 변경된다.
(19) (n< P이외의 경우)
여기서
Figure pct00051
은 Ω의 추정치이다.
추정의 정확성을 위한 기준은 다음과 같다.
(20)
Figure pct00052
식 (20)이 만족되면, 식 (19)는 식 (11)을 언랩핑하는데 사용되어 식 (16)을 산출한다. 식 (15)은 n에 대한 간단한 평균화와 결과를 랩핑함으로써 식 (16)으로부터 유도된다. 따라서 식 (12)은 식 (15)과 같다.
잔류 반송파 오차 추정
제1 단계는 식(20)을 보장하는
Figure pct00053
에 대한 추정을 실시한다. AFC 동작이 프레임의 프리앰블 부분 동안 완료되고, 상기 프레임의 페이로드 부분 동안 보상을 위해 송신기 및 수신기에 대한 추정된 반송파 주파수 오차를 사용하는 것을 가정할 수 있다. 또한, 성공적인 프레임 획득은
Figure pct00054
을 포함하는 것도 유효한 가정이다.
(인덱스된 -K/2,...,K/2) 페이로드의 제1 K+1 심볼들은 반송파 오차 추정에 사용된다. 안테나들은 스위치되지 않으며, 즉 일정하다. K가 일정하다고 하면, 최소 제곱법 추정기는 다음과 같다.
(21)
Figure pct00055
여기서
Figure pct00056
가 가정될 수 있으므로, 식 (17)에 P=1 및 n=k+K/2를 대입함으로써
Figure pct00057
가 얻어진다. 높은 신호 대 노이즈 비율의 경우에, Ω는 아주 작아서 식 (18)이 만족될 수 있으므로
Figure pct00058
=0을 수용할 수 있고 K=0이다. 1% PER 감도점 근처의 SNR의 경우에, P/3<= K <= P/2가 편리한 선택이 되고, 여기서 P는 안테나 스위치의 하나의 전체 사이클 주기를 나타낸다. 예를 들어, K=4의 경우에 식 (21)은 다음과 같이 구해질 수 있다.
(22)
Figure pct00059
여기서, 1/6은 제산을 승산으로 대체하도록 5/32(즉, 6%의 에러를 갖고)에 가깝게 되므로 복잡도를 줄인다.
위상 축적
제2 단계에서,
Figure pct00060
이 감소된 노이즈를 포함하는 식 (12)에서 정의된 바와 같이 계산된다. 식 (19)에서 기술된 반복의 경우에, 각 안테나에 대응하는
Figure pct00061
위상값들은 하나의 주기 기간(P) 동안 유지되어야 한다. 누산기는 각 안테나 (i)마다 할당되고, 다음 식에 따라 모든 P 번째 주기에서 갱신된다.
(23)
Figure pct00062
(
Figure pct00063
이외의 경우)
각 안테나(i) 마다 N 샘플이 축적된 후 식 (16)은 다음과 같이 구해진다.
(24)
편의상 N은 2의 거듭제곱이 되도록 선택될 수 있으므로, 제산은 단수를 변환하는 것으로 이루어진다.
위상 차 추정
제3 단계는
Figure pct00065
값들의 매트릭스를 얻도록 식들 (13) 및 (14)을 평가하는 것으로 구성된다.
Figure pct00066
의 기준은 제4 단계가 보다 제한적인 기준을 정의하기 때문에 식 (14)에서는 제한되지 않는다. 식 (14)의 경우에 이하의 기준을 유지하기 위해서는 아래의 식을 만족해야 한다.
(25)
Figure pct00067
안테나들은 원주 상에서 고르게 분포되는 것으로 가정한다. 기본적으로 식 (25)은 임의의 두 개의 안테나들(i 및 j)에 대해 유지되어야 한다. 따라서 정사각형의 직경(D)은 λ/2보다 작아야 한다. λ/2-D는 비이상성을 나타내는 항들을 위해 남겨진 헤드룸이다. 임의의 조건들 하에서, 상기 헤드룸 및/또는 원의 직경을 증가시키는 두 가지 방법이 있다. 예를 들어, AoA가 - π ... π의 서브 간격으로 제한될 수 있거나 또는 앙각(θ)이 알려진 경우이다.
변화 검출
이전의 측정 라운드뿐만 아니라 추정에 사용된
Figure pct00068
위상차들의 매트릭스로부터 AoA에 대한 추정을 이용할 수 있는 것으로 가정한다. 현재 매트릭스의 요소들이 저장된 매트릭스와 크게 다르지 않은 경우(비교는 WRAP이 뒤따르는 차이들을 취함으로써 수행된다)에는 AoA 추정은 생략될 수 있으므로 이전의 추정 및 이전에 저장된
Figure pct00069
매트릭스를 유지한다.
각도 계산
도 6을 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 RF-태그 안테나와 관련하는 4개의 비콘 모드 안테나들의 개략적인 평면도가 도시된다. 단계 4에서의 태스크는
Figure pct00070
의 매트릭스에서
Figure pct00071
를 추정하는 것이다. 이 태스크는 비콘 노드에서 안테나 배치와 안테나 특성들의 명기를 필요로 한다. 4개의 안테나들이 원 둘레에 고르게 분포된 배치를 위한 해가 주어진다. 원의 반경은 위의 단계 3에서 기술한 바와 같이 λ/4보다 작아야 한다. 거리는 원의 반경(R)로 정의된 것과 일치되게 정해진다. 따라서 4개의 안테나는 2의 대각선 길이를 갖는 정사각형의 4 코너에 위치한다. 2차원의 경우에 대한 해가 먼저 도시된 다음에, 세심한 안테나 설계에 의해 적당한 앙각(예를 들어
Figure pct00072
)에 적용할 수 있는 "의사 3 차원"으로 확장된다.
2-D 시나리오
2 차원의 경우에,
Figure pct00073
이어서 관련 평면
Figure pct00074
에서 등방성 안테나 특성을 가정한다. 따라서 식 (14)는 다음과 같이 된다.
(26)
Figure pct00075
여기서,
Figure pct00076
즉,
Figure pct00077
는 RF-태그에 대한 j 번째 안테나의 거리와 RF-태그에 대한 i 번째 안테나 거리의 측정된 차이이고, i, j = 1,...,3이다. 가능한 (i, j) 조합 중에서 식 (26)으로부터 단지
Figure pct00078
만이 구해진다. 동등하게, 식 (33)이 이하에 나타낸 바와 같이 사용될 수 있다.
Figure pct00079
를 이용할 수 있는 경우, 다음의 조건들이 구해진다.
(27a)
Figure pct00080
일 경우 CO가 참이다.
(27b)
Figure pct00081
일 경우 C1가 참이다.
이들은 이하의 조건 가지들 중 하나를 선택하는데 사용된다.
(28)
Figure pct00082
상기 모든 가지들은 다음의 수 식 중 하나를 구할 필요가 있다.
(29/a)
Figure pct00083
(29/b)
Figure pct00084
통일 되도록 편각을 정함으로써 식 (29)은 CORDIC를 이용하여 계산될 수 있다. 계산은 식 (27)에 대한 추정을 위해
Figure pct00085
에 대한 근사치를 구하고 식 (28)과 (29)에서 필요한 바와 같이, 이들 중 하나만을 리파인함으로써 간략화될 수 있다. 이는 식 (28)에서의 조건식의 활용 영역이 50% 중첩되기 때문에 허용된다. 식 (27)의 평가에서 일반적인 에러들은 식(28)에서 적절한 열화를 일으킨다.
Figure pct00086
는 식 (27)에서 임의로 평가된 추정치들에 의해 대체될 수 있는 한편, 두 값에서 평가는 공통적임이 또한 주목할 만하다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 추정의 계통적 에러의 개략적인 그래프들이 도시된다. 도 7은 식 (27)이 도착 각도(
Figure pct00087
)의 함수로서 평가되는 경우와 d 즉 RF-태그 안테나에 대한 원의 중심으로부터의 거리의 여러 가지 값들에 대한 식 (27)의 계통적 에러를 도시한다.
도 8은 본 개시의 교시에 따른 추정의 통계적 에러의 개략적인 그래프들이 도시된다. 도 8은 식 (26)에서 노이즈를 심볼화하는 항들
Figure pct00088
이 0.03의 표준 편차를 갖는 가우스 랜덤 변수들로 독립적으로 및 동일하게 분포되고,
Figure pct00089
이라 할 경우의 통계적 에러를 도시한다. 측정된 각도의 표준 편차는 각각의 d값으로부터 독립하여 0.9도이다.
도 9는 본 교시의 개시에 다른 추정의 다른 통계적 에러의 개략적인 그래프를 도시한다. 도 9는 노이즈가 증가할 때의 통계적 에러를 도시한다. 도 9는 또한
Figure pct00090
의 표준 편차가 0.06 라디안인 경우 식 (27)의 추정의 통계적 에러를 도시한다. 결과의 표준 편차는 각각의 d 값에 대해 cca. 1.7도의 이다. 도 8과 도 9를 비교함으로써 입력들 상의 노이즈와 결과 추정 상의 노이즈 사이에 공정한 선형 관계가 관찰된다.
의사 3-D 시나리오로의 확장
도 10을 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 제1 평면 상의 4개의 비콘 안테나들 및 제2 평면상의 RF-태그 안테나의 배치의 개략적인 등방성 3차원 도가 도시된다. 3-D 시나리오에 있어서, 앙각 및 안테나 특성들은 무시될 수 없다. 편의상, 식 (14)은 여기서는
Figure pct00091
를
Figure pct00092
로 대체하여 반복된다.
(14b)
Figure pct00093
3 D의 경우에, i 번째 비콘 안테나의 위치는 RF 안테나를 포함하고, 비콘 안테나들로 형성된 평면에 나란한 2차원 평면("투영 평면") 상에 투영된다. 여기서 xi는 획득된 영상과 RF 태그 사이의 거리를 나타낸다.
첫째로 앙각(sin(θ))의 영향이 분석되는 한편, 연속적으로 조사되는
Figure pct00094
는
Figure pct00095
로 가정된다. 해를 구하면 다음과 같다.
(30)
Figure pct00096
di, dj가 정의되는 "투영 평면"에서 다음이 유지된다.
(31)
Figure pct00097
따라서 sinθ는 다음과 같이 추정될 수 있다.
(32)
Figure pct00098
앙각은 CORDIC 알고리즘을 이용하여 아크사인(arcsin)을 평가함으로써 식 (32)로부터 계산될 수 있다. 식 (30)에서 sin(θ)를 식 (32)에서 제1 등식으로 대체하면 다음과 같다.
(33)
Figure pct00099
일 경우,
Figure pct00100
이는
Figure pct00101
와
Figure pct00102
에 대해 풀어진다. 마지막으로,
Figure pct00103
와
Figure pct00104
는 아지무스 각
Figure pct00105
를 추정하는데 사용되는 식 (27) 내지 (29)에서
Figure pct00106
와
Figure pct00107
를 형식적으로 대체하는데 사용된다.
안테나 특성들
안테나가 적당한 앙각과 원 거리들(di>>λ)를 위해 3-D에서 완전하게 등방적인 것으로 고려될 수 없을 지라도, 임의의 두 개의 안테나들(i와 j)은 다소 다른 각도들에서만 RF-태그를 인지하여 개산적으로 동일 위상 오프셋을 도입하여
Figure pct00108
가 된다. 첫째로 θ를 추정한 다음 룩업 테이블을 기반으로
Figure pct00109
를 추정하고 마지막으로 식 (14)에 따라
Figure pct00110
에서 계산을 위해 추정된 위상 차 에러
Figure pct00111
를 이용하여 잔류 효과가 정정된다. 추정은 교대 수열에서 반복을 통해 정밀화될 수 있다. 단조로운 안테나 특성들은 θ의 가능한 간격 내에서 필요하다. 거리(d) 상의
Figure pct00112
의 의존성은 d>>λ의 경우에는 무시될 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 추정의 다른 통계적 에러의 개략적인 그래프가 도시된다. 도 11은 추정된 앙각에서의 노이즈를 도시한다. 그 표준 편차는 동시에 평가된 아지무스 각(AoA)의 추정과 유사하게 1.2 도이다. 앙각이 없는 경우에 대해서는 변화가 증가하는 점의 유의한다. θ가 45°이고,
Figure pct00113
의 표준 편차에서 θ의 추정의 통계적 에러는 0.03 라디안이다. θ와
Figure pct00114
의 표준 편차는 모두 각 d값에 대해 cca. 1.2도이다.
다중 경로 전파 효과의 완화
다중 경로 전파는 불완전한 형태의 식들을 생기게 하는 예기치 않은 방식으로 위상 추정을 훼손한다. 표준 기술은 다수의 채널 주파수들(주파수 다이버시티)에서 그리고 몇 개의 비콘들(공간 다이버시티)에 의한 측정을 반복하고 추정으로부터 최대 비호환성 식들을 걸러내는 것이다.
일례의 알고리즘
12 AoA측정들은 4 비콘들 및 3 채널들을 이용하여 만들어 진다. 3 비콘들
Figure pct00115
에 속하는 9개의 식들이 위치 추정치를 계산하는데 일시에 사용되어 다음과 같은 4 개의 최초 추정 라운드들 및 4개의 추정치
Figure pct00116
을 생성한다.
(34)
Figure pct00117
여기서,
i는 현재의 반복 라운드를 나타낸다.
Bi는 추정의 i 번째 반복에 참여하는 선택된 비콘들의 세트를 나타낸다.
Ci는 추정의 i 번째 반복에 참여하는 선택된 채널들의 세트를 나타낸다.
Figure pct00118
는 각 세트들에서 요소들의 수를 나타낸다.
Figure pct00119
는 최소 에러
Figure pct00120
를 산출하는 i 번째 반복으로부터 얻어진 위치 추정을 나타낸다.
p는 E, f, g의 평가에 사용된 위치 좌표를 나타낸다.
E(p, B, C)는 위치 p를 가정할 때 채널들(C)을 이용하는 비콘들(B)의 세트에 의해 얻어진 측정들에 대해 추정된 AoA의 에러이다.
주: E가 w.r.t
Figure pct00121
및
Figure pct00122
에 대한 에러들에 대칭이어도, 다른 선형 또는 비선형 조합은 비콘 배치들 및 안테나 특성들에 따라 실제적이 될 수 있다.
Figure pct00123
,
Figure pct00124
는 채널(C)을 이용하여 비콘(b)에 대해 각각 측정된 아지무스 및 앙각이다.
fb는 위치 p를 가정할 때 비콘(b)에 대한 아지무스 각이다.
gb는 위치 p를 가정할 때 비콘(b)에 대한 앙각이다.
Figure pct00125
는 절대 값의 파워(v)이다. v=2로 제안된다. v → ∞는 최대 절대 에러를 최소화하는 것과 같다.
식 (34)의 해를 구하는데는 (각 라운드 마다 반복되는) 3 단계가 필요할 수 있다.
1. 식들의 서브세트들을 만족하는 정확한 해들의 기하적 구성에 의해 다수의 초기 값들을 구한다.
2. 이들 해를 평균화하여 하나의 초기 값을 산출한다.
3. 상기 초기 추정치를 이용은 최소 제곱 평균(LMS) 알고리즘 또는 그의 편리한 변형을 이용하여 최적의 탐색을 개시한다.
각각의 반복 라운드에서, 얻어진 추정치는 모든 12의 식에 적용된다. 잔류 에러는 추정에 도입된 식들
Figure pct00126
을 이용하여 첫째로 평가된 다음, 남겨진 식들
Figure pct00127
을 이용한다.
두 식들의 차이(- 또는 대안적으로 그 비율)는 다음과 같이 i 번째 추정에 남겨졌던 비콘에 점수를 매기는 가능한 측정수단으로 선택된다.
(35)
Figure pct00128
큰 스코어는 각각의 비콘 노드로부터 받게 되는 높은 신호 감쇄 레벨들의 결과인 더 많은 비호환성을 나타낸다. 절차는 다른 비콘들에게도 반복되고, 최상의 비호환성 스코어를 갖는 비콘은 폐기되는데 다음과 같다. (이 비콘 선택 절차는 발견적 방법을 기초로 하고, 최적의 방법은 아니다. 이는 에러가 모든 비콘들에 동일하게 민감하고 그리고 비콘들 사이에서 상호 연관되지 않는다면 최적이다.)
(36)
Figure pct00129
비콘의 선택 이후에 남아있는 9개의 식들은 LS 감지 시에 해결될 수 있다(또는 각 비콘마다 최적의 채널을 선택하도록 더욱 감소된다).
듀티 사이클
하나의 위치 추정은 다수의 측정을 필요로 할 수 있다. 각 측정은 가능한 한 최장 프레임 플러스 오버헤드들을 취할 수 있다. 개략적인 근사치로서 로버스트 측정은 각 프레임마다 4ms의 지속시간 예를 들어 총 48ms 보다 다소 많은 12개의 128 비트의 긴 프레임들을 필요로 한다. 역 방향 모드의 경우에, 모든 비콘들이 4ms 패킷을 동시에 수신할 수 있으므로, 하나의 4ms 패킷으로 충분하다. 신호 대 노이즈 레벨들이 양호해지면 측정은 더 짧아지게 되고, 다중 경로 경감은 더 많아진다. 측정들이 짧아지면 정확성은 감소한다.
1- 10 초의 갱신 비율에서 위치 추정을 반복하면 1%의 듀티 사이클을 산출한다. 따라서 10-20 mA 피크 전류 소모는 200 ㎂의 평균 전류 소비를 나타낸다. 반복 율 및 측정 지속시간의 적용은 다음을 기초로 가능하다.
날자/주의 시간(밤 및/또는 주말 동안의 낮은 빈도),
(특정 오브젝트 또는 금지된 구역에 가까운) 현재 위치,
이전에 기술된 배치 검출 메커니즘,
시스템 또는 노드 등에서의 다른 활동 또는 파라미터 변화를 적용하는 웨이크 업 기간,
필요한 정확성에 적용된 측정 길이 및 환경 조건들,
주요 데이터가 이전에 추정된 위치에 대해 변위를 나타내지 않는 경우 AoA 추정(및 나머지)의 흡수.
따라서 평균 전류 소모는 대부분의 응용의 경우에 편리한 노드의 주기에 걸쳐 수십 마이크로암페어까지 저감될 수 있다.
(자기) 교정
지금까지 미지의(또는 비결정된) 비이상성 및 기지의 비콘 위치들 및 방위를 고려했었다. 실제로 비이상성의 일부도 한쪽에서 전개 이전에 측정 및 보상될 수 있는 한편, 비콘 위치들 및 방위들은 다른 쪽에서 전개 이후에 정확하게 측정되지 않는다. PCB 추적들에서의 차이는 측정 모델들에서
Figure pct00130
에 대한 위상차의 결정 양에 기여한다. 이 양은 예를 들어 추적 길이 차이들이 파장의 0.1% 즉 cca. 0.1mm을 초과하는 경우 중요해지기 시작한다. 이 에러의 상당한 부분은 전개 이전에 측정될 수 있으며, 계산에서 보상될 수 있다. 온도 의존성은 측정된 온도의 함수로서 정정 항을 업데이트함으로써 또는 위치 계산의 일부로서 전개 이후에 정정 인수들을 재계산함으로써 보상될 수 있다.
계산 절차들은 순방향 또는 역방향 추정 방법들 중 어느 하나에서 동작한다. 이 논의에서 이와 관련하여 어떤 구별도 만들어지지 않는다. 네트워크의 계산은 (후술하는 바와 같이) 여러 가지 형태를 취할 수 있지만, 기본 요소들은 공통적이다. 간략화를 위해 이들은 2차원 설정으로 제공된다.
미지의 위치들 및 방위들을 갖는 두 개의 비콘들을 고려한다. 도 12(a) 내지 (12)d를 참조하면, 본 개시의 교시에 따른 상호 각들을 측정하는 4개의 비콘 안테나들을 각각 갖는 두 개의 비콘 노드들 개략적인 등방 배치도가 도시된다. 도 12(a) 내지 (12d)는 두 개의 노드들이 서로에 대한 상대적인 방위를 결정하기 위해 상호 각들(
Figure pct00131
및
Figure pct00132
)을 측정할 수 있는 방법을 도시한다. 첫째로 노드(i)는 4개의 안테나들을 사용하고, 노드(k)는 (RF-태그 역할을 하는) 하나의 안테나를 이용한 다음 반대로 이용한다. 각각의 노드는 그들이 스위치되지 않는 경우 사용되는 안테나를 선택하기 위한 4가지 옵션들을 갖는다. 각 안테나로 얻어진 결과를 모으면 (다중 경로를 역으로 하기 위한) 선형 조합 또는 선택의 형태를 취할 수 있다.
도 13을 참조하면 2차원의 위치 및 방위로 각각 표시된 3 개의 비콘 노드들 사이에서 측정의 결과에 대한 개략적인 표현이 도시된다. 도 13은 임의의 방위 및 위치를 갖지만 같은 라인에 놓여있지 않은 3개의 노드들을 도시한다. 도 12에 도시된 쌍으로 된 측정을 적용함으로써 각각의 각도 및 방위가 결정될 수 있다. 중심점을 연결하는 삼각형의 스케일링 및 방위는 결정되지 않는다. 각도들은 비콘 배치의 스케일링에 대해 불안전한 상태를 가져서 상호 측정으로부터 절대 거리가 측정될 수 없다. 두 개의 노드들로부터의 거리는 스케일링을 결정하기 위한 외부 방법에 의해 측정되어야 한다. 보다 구속적인 데이터는 과잉 결정된 추정 문제들 및 보다 정확한 추정을 산출한다. 비콘 네트워크의 방위는 2 또는 3 차원들의 경우에 비콘 위치들을 연결하는 적어도 하나(두개) 라인(들)의 방위를 외부적으로 측정할 필요가 있다.
전체 비콘 네트워크의 (재) 계산은 두 가지 방식으로 발생할 수 있다.
자체 교정: 단지 정상적으로 적용된 비콘들이 교정에 사용된다.
확장 교정: 보조 비콘들이 교정에 도입된다.
자기 교정에 있어서, 비콘들의 빙부가 회부 기준들에 의해 계산되고, 완전하게 공지된 위치들(및 방위들)을 갖는다. 이 비콘들은 추정을 위한 제한들로서 절대 앵커 좌표를 제공한다. 그러나 각각 및 모든 비콘이 그 자신의 그리고 각기 다른 것의 위치들 및 방위들을 결정하는데 참여한다. 이 방법에는 두 가지의 단점들이 있다.
앵커 노드들은 그 정확한 위치(및 방위)를 측정하기 위한 전개 이후에 액세스하는 것이 어려울 수 있다.
계산은 공간(평면)의 다른 영역에서 발생하는 RF-태그들의 위치탐색에 반대로 동일한 비콘들 사이의 위치 탐색의 정확성을 최대화한다.
따라서 양호한 정확성을 제공할 수 있는 실질적으로 보다 실행가능한 방법은 보조 비콘들이 RF-태그들이 발생할 것으로 예상되는 공간 영역에서 (일시적으로) 전개될 때이다. 각 보조 비콘 노드의 위치(및 방위)는 비콘 네트워크가 계산되기 이전에 외부적 방법에 의해 측정되어야 한다. 보조 비콘들은 산재될 수 있으며, 계산은 결과들을 모음으로써 정밀하게 될 수 있다. 특수한 요건이 위치 탐색 절차의 작업성을 위한 공시적 연구에 요구되지 않는다.
본 발명의 실시예들이 개시의 특정예들을 참조하여 묘사, 설명, 정의되지만, 이러한 참조가 개시내용에 대한 제한을 암시하지 않으며, 이러한 제한이 언급되지 않는다. 개시된 요부는 형태 및 기능면에서 상당한 변형물, 수정물 및 등가물이 가능하고, 이 개시를 향유하는 당업자들에게 발생할 것이다. 묘사되고 설명된 본 개시의 실시예들은 개시의 범위의 특정예들일 뿐이고 이를 총망라한 것이 아니다.

Claims (28)

  1. 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법으로서,
    복수의 비콘 노드들 각각의 주기적으로 선택된 안테나들로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계;
    무선 주파수(RF) 태그에서 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계;
    상기 RF-태그에서 수신된 복수의 비콘 심볼들의 위상 점프들 및 복수의 비콘 노드들 각각을 위해 복수의 심볼들 각각을 송신하는 각각의 선택된 안테나들을 결정하는 단계;
    상기 복수의 비콘 노드들 각각으로부터 송신된 복수의 비콘 심볼들의 도착 각도(angle-of-arrival; AOA)를 추정하는 단계;
    각각의 AoA 추정치들로부터 복수의 비콘 노드들 각각에 대한 AoA 벡터를 추정하는 단계; 및
    상기 AoA 벡터들로부터 RF-태그의 공간 위치를 추정하는 단계를 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 심볼들 중 다른 모든 다음 순서의 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 송신되는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 심볼들 중 다른 모든 다음 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 송신되는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 심볼들은 IEEE 802.15.4 표준 컴플라인트 프레임들(standard compliant frames)의 페이로드 부분인 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비콘 노드들 각각으로부터 송신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 상기 복수의 비콘 심볼들 중 하나를 송신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 각각의 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 각각으로부터 송신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 상기 복수의 비콘 심볼들 중 모든 다른 하나를 송신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 상기 모든 다른 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 AoA의 추정 단계는 아지무스 각도 추정을 제공하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 AoA의 추정 단계는 앙각(仰角) 추정을 제공하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 주기적으로 선택된 안테나들로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및
    상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 안테나들 중 하나에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계에 의해
    상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계를 더 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 안테나들 중 하나로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및
    상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 주기적으로 선택된 안테나들에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계에 의해
    상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계를 더 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    중앙 처리 노드를 제공하는 단계; 및
    상기 중앙 처리 노드를 상기 복수의 비콘 노드들에 결합하기 위한 네트워크를 제공하는 단계를 더 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 각각은,
    무선 주파수(RF) 장치;
    상기 RF 장치와 상기 주기적으로 선택된 안테나들 사이에 결합된 안테나 스위치; 및
    상기 안테나 스위치 및 상기 RF 장치에 결합된 트리거 입력을 제어하는 출력들을 갖는 디지털 프로세서를 포함하고, 상기 RF 장치로부터 스위치 안테나 신호가 수신될 때 상기 디지털 프로세서에 의해 안테나 스위치는 상기 RF 장치를 다른 하나의 안테나에 결합시키는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 마이크로컨트롤러인 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 마이크로프로세서 디지털 신호 처리기(DSP), 프로그램가능 논리 어레이(PLA) 및 주문형 반도체(ASIC)로 이루어진 그룹에서 선택되는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  15. 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법으로서,
    무선 주파수(RF) 태그의 안테나로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계;
    복수의 비콘 노드들 각각의 주기적으로 선택된 안테나들 상에서 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계;
    무선 주파수(RF) 태그에서 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계;
    상기 RF-태그들에서 송신된 복수의 비콘 심볼들의 위상 점프들 및 복수의 비콘 노드들 각각을 위해 복수의 비콘 심볼들 각각을 수신하는 각각의 선택된 안테나들을 결정하는 단계;
    상기 복수의 비콘 노드들 각각에서 수신된 복수의 비콘 심볼들의 도착 각도(angle-of-arrival; AOA)를 추정하는 단계;
    상기 AoA 추정치들로부터 복수의 비콘 노드들 각각에 대한 AoA 벡터를 추정하는 단계; 및
    상기 AoA 벡터들로부터 RF-태그의 공간 위치를 추정하는 단계를 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 심볼들 중 각각의 다음 순서의 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 수신되는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 심볼들 중 다른 모든 다음 심볼이 상기 주기적으로 선택된 안테나 중 다음 순서의 안테나로부터 수신되는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 심볼들은 IEEE 802.15.4 표준 컴플라인트 프레임들(standard compliant frames)의 페이로드 부분인 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 각각에서 수신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 RF-태그로부터 복수의 비콘 심볼들 중 하나를 수신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 각각의 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 각각으로부터 수신된 복수의 비콘 심볼들의 AoA를 추정하는 단계는 RF-태그로부터 상기 복수의 비콘 심볼들 중 모든 다른 하나를 수신하는 주기적으로 선택된 안테나들 중 각각의 하나와 관련하여 복수의 비콘 심볼들 중 상기 모든 다른 하나의 위상 점프를 결정하는 단계를 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 AoA의 추정 단계는 아지무스 각도 추정을 제공하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 AoA의 추정 단계는 앙각(仰角) 추정을 제공하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 주기적으로 선택된 안테나들로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및
    상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 안테나들 중 하나에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘 심볼들을 수신하는 단계에 의해
    상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계를 더 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 중 하나의 안테나들 중 하나로부터 복수의 비콘 심볼들을 송신하는 단계; 및
    상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나의 주기적으로 선택된 안테나들에 의해 상기 복수의 비콘 노드들 중 다른 하나에서 상기 복수의 비콘들을 수신하는 단계에 의해
    상기 복수의 비콘 노드들 중 각각의 하나의 위치 및 방위를 계산하는 단계를 더 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  25. 제15항에 있어서,
    중앙 처리 노드를 제공하는 단계; 및
    중앙 처리 노드들을 상기 복수의 비콘 노드들에 결합하기 위한 네트워크를 제공하는 단계를 더 포함하는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 노드들 각각은,
    무선 주파수(RF) 장치;
    상기 RF 장치와 상기 주기적으로 선택된 안테나들 사이에 결합된 안테나 스위치; 및
    상기 안테나 스위치 및 상기 RF 장치에 결합된 트리거 입력을 제어하는 출력들을 갖는 디지털 프로세서를 포함하고, 상기 RF 장치로부터 스위치 안테나 신호가 수신될 때 상기 디지털 프로세서에 의해 안테나 스위치는 상기 RF 장치를 다른 하나의 안테나에 결합시키는 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 마이크로컨트롤러인 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 마이크로프로세서 디지털 신호 처리기(DSP), 프로그램가능 논리 어레이(PLA) 및 주문형 반도체(ASIC)로 이루어진 그룹에서 선택되는 상기 디지털 프로세서는 마이크로컨트롤러인 공간적으로 분리된 비콘 노드들을 이용하여 무선 주파수 태그의 위치를 탐색하는 방법.
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