KR20160009993A - Wi-Fi based method for providing position tracking and gesture recognition, and computer-readable recording medium for the same - Google Patents

Wi-Fi based method for providing position tracking and gesture recognition, and computer-readable recording medium for the same Download PDF

Info

Publication number
KR20160009993A
KR20160009993A KR1020140090665A KR20140090665A KR20160009993A KR 20160009993 A KR20160009993 A KR 20160009993A KR 1020140090665 A KR1020140090665 A KR 1020140090665A KR 20140090665 A KR20140090665 A KR 20140090665A KR 20160009993 A KR20160009993 A KR 20160009993A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wireless lan
matrix
signal
wlan
location information
Prior art date
Application number
KR1020140090665A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101590843B1 (en
Inventor
송형규
유승준
김철민
윤홍수
Original Assignee
가온미디어 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가온미디어 주식회사 filed Critical 가온미디어 주식회사
Priority to KR1020140090665A priority Critical patent/KR101590843B1/en
Publication of KR20160009993A publication Critical patent/KR20160009993A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101590843B1 publication Critical patent/KR101590843B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target

Abstract

The present invention relates to a method for providing position tracking and gesture recognition using wireless LAN, and a computer-readable recording medium for the same. The present invention relates to a technology of achieving position tracking and gesture recognition by using generally wireless LAN in general and, more specifically, to a technology of tracking the position of persons moving in the vicinity of a receiver and recognizing gestures of the persons by processing a wireless LAN signal received after being reflected from an external object and detecting an angle of arrival (AoA) and Doppler shift. According to the present invention, the functions of position tracking and gesture recognition for a person moving in the vicinity of a wireless LAN signal receiver can be accurately achieved by utilizing a wireless LAN technology which can be currently implemented inexpensively.

Description

무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법 및 이를 위한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체 {Wi-Fi based method for providing position tracking and gesture recognition, and computer-readable recording medium for the same}[0001] The present invention relates to a position tracking and gesture recognition method and a computer-readable recording medium for use in a wireless LAN,

본 발명은 일반적으로 무선랜을 이용하여 위치추적 및 동작인식을 달성하는 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 외부 물체에 반사되어 수신되는 무선랜 신호를 신호 처리하여 AoA(Angle of Arrival, 도래각)와 도플러 쉬프트(Doppler shift)를 검출함으로써 수신기 근처에서 이동하는 사람의 위치를 추적하고 이들의 동작을 인식하는 기술에 관한 것이다.
Field of the Invention [0002] The present invention relates generally to techniques for achieving location tracking and motion recognition using a wireless LAN. More particularly, the present invention relates to a method for detecting a position of a person moving near a receiver by detecting an AoA (Angle of Arrival) and a Doppler shift (Doppler shift) by signal processing a wireless LAN signal received and reflected by an external object Tracking, and recognizing their actions.

최근들어 데스크톱 형태의 컴퓨터에서 벗어나서 컴퓨터 인터페이스와 상호 작용하는 새로운 형태의 컴퓨팅 장치에 대한 요구가 점점 증가하고 있다. Xbox의 키넥트(Kinect)는 컴퓨터 영상 센서를 이용한 동작 기반의 상호 인식을 가능하게 하는 입력 센서의 좋은 예이다. 이러한 형태의 장치들의 상업적 성공은 키보드와 마우스가 필요하지 않는 새로운 사용자 인터페이스의 개발에 관심을 기울이게 하였다. Recently, there is a growing demand for a new type of computing device that interacts with a computer interface away from a desktop computer. Xbox's Kinect is a good example of an input sensor that enables motion-based mutual recognition using computer image sensors. The commercial success of these types of devices has led to the development of new user interfaces that do not require a keyboard and mouse.

동작인식 기술은 항상 이용 가능한 컴퓨팅 환경 속에서 상호정보 교환이 가능하다. 예를 들어, 공중에 손을 휘두르는 동작을 함으로써 사람이 샤워 중에 음악의 볼륨을 조절할 수 있거나 주방에서 요리 중에 듣는 음악을 바꿀 수 있고, 잠자기 직전에 침대에서 보일러를 동작시킬 수도 있다. 또한, 사람의 위치추적 등도 컴퓨팅 환경 속에서 가능하다. 이러한 기능은 홈 자동화, 헬스 케어, 게임 등을 포함한 다양한 분야에 적용이 가능할 수 있다.Motion recognition technology can always exchange information in an available computing environment. For example, by swinging the air in the air, a person can adjust the volume of the music in the shower, change the music in the kitchen while cooking, or operate the boiler in bed just before sleep. Tracking the location of people is also possible in a computing environment. These functions can be applied to various fields including home automation, health care, and games.

그러나 대부분의 영상 기반 센서 장비들은 장비 설치의 부담과 비용 때문에 집 또는 건물 전체에 설치하는 것이 어렵다. 이러한 제한요소들 때문에 사람의 몸에 부착하는 센서들이 많이 연구되어 왔다. 그러나, 이러한 센서들은 사람이 항상 몸에 지니고 있어야 하기 때문에 샤워를 하는 동안 등과 같이 몸에 센서를 지닐 수 없는 상황에서는 효율적인 방안이 되지 못한다.However, most image-based sensor equipment is difficult to install in a house or building because of the burden and cost of equipment installation. Because of these limitations, many sensors that attach to the human body have been studied. However, since such sensors must be kept in the human body all the time, it is not an effective method in situations where the sensor can not be carried on the body, such as during a shower.

그에 따라, 영상 기반 센서나 사람 몸에 부착하는 센서들을 이용하지 않고 새로운 형태로 사람의 위치추적 및 동작인식을 하는 방법이 요구된다.
Accordingly, there is a need for a method of tracking a person's position and recognizing motion in a new form without using an image-based sensor or sensors attached to a human body.

1. 대한민국 특허출원 10-1999-0043260호 "무선 통신망을 이용한 보안 시스템 및 보안 방법"1. Korean Patent Application No. 10-1999-0043260 "Security System and Security Method Using Wireless Communication Network"

2. 대한민국 특허출원 10-2002-0027783호 "무선전화기 내장형 무선 오디오/비디오 보안 시스템"2. Korean Patent Application No. 10-2002-0027783 entitled "Wireless audio / video security system with built-in wireless telephone &

3. 대한민국 특허출원 10-2003-0101420호 "무선이동 통신망과 근거리무선 통신망을 혼용한 원격 보안시스템"3. Korean Patent Application No. 10-2003-0101420 "Remote security system using wireless mobile communication network and short-range wireless communication network"

4. 대한민국 특허출원 10-2002-0074915호 "홈 시큐리티 시스템"4. Korean Patent Application No. 10-2002-0074915 "Home Security System"

5. 대한민국 특허출원 10-2008-0020405호 "홈 오토메이션 시스템의 홈 시큐리티 처리 방법 및 그 장치"5. Korean Patent Application No. 10-2008-0020405 entitled " Home security processing method and apparatus of home automation system "

6. 대한민국 특허출원 10-2013-0105797호 "무선 전기정을 이용한 무선 보안 경비 시스템 및 방법"6. Korean Patent Application No. 10-2013-0105797 entitled " Wireless Security Expense System and Method Using Wireless Electric < RTI ID = 0.0 >

7. F. Adib, Z. Kabelac, D. Katabi, and R. C. Miller, "3D Tracking via Body Radio Reflections", Usenix NSDI’14, Seattle, USA, 20147. F. Adib, Z. Kabelac, D. Katabi, and R. C. Miller, "3D Tracking via Body Radio Reflections", Usenix NSDI'14, Seattle, USA, 2014

8. Q. Pu, S. Gupta, S. Gollakota, and S. Patel, "Whole-Home Gesture Recognition Using Wireless Signals", ACM MobiCom '13, New York, USA, 20138. Q. Pu, S. Gupta, S. Gollakota, and S. Patel, "Whole-Home Gesture Recognition Using Wireless Signals", ACM MobiCom'13, New York, USA, 2013

9. F. Adib and D. Katabi, "See Through Walls with Wi-Fi", ACM Sigcomm '13, Hong Kong, August 20139. F. Adib and D. Katabi, "See Through Walls with Wi-Fi", ACM Sigcomm '13, Hong Kong, August 2013

10. "벽을 투시하고 사람의 움직임을 감지하는 무선랜 Wi-Vi", NIPA, 주간기술동향, 2013. 7. 17.10. "Wireless LAN Wi-Vi to monitor the wall and detect movement of people", NIPA, Weekly Technology Trend, July 17, 2013.

11. Wi-Vi. http://people.csail.mit.edu/fadel/wivi/11. Wi-Vi. http://people.csail.mit.edu/fadel/wivi/

12. WiSee. http://www.washington.edu/news/2013/06/04/wi-fi-signals-enable-gesture-recognition-throughout-entAPe-home/12. WiSee. http://www.washington.edu/news/2013/06/04/wi-fi-signals-enable-gesture-recognition-throughout-entAPe-home/

13. WiSee. http://wisee.cs.washington.edu/#13. WiSee. http://wisee.cs.washington.edu/#

14. WHYDSP. http://www.whydsp.org/218
14. WHYDSP. http://www.whydsp.org/218

본 발명의 목적은 일반적으로 무선랜을 이용하여 위치추적 및 동작인식을 달성하는 기술을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 외부 물체에 반사되어 수신되는 무선랜 신호를 신호 처리하여 도래각과 도플러 쉬프트를 검출함으로써 수신기 근처에서 이동하는 사람의 위치를 추적하고 이들의 동작을 인식하는 기술을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a technique for achieving location tracking and motion recognition using a wireless LAN in general. In particular, it is an object of the present invention to provide a technique of detecting the arrival angle and the Doppler shift by signal processing a wireless LAN signal reflected and received by an external object, thereby tracking the position of a person moving near the receiver and recognizing their operation .

이상의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법은, 무선랜 신호의 도래각(AoA)을 측정하여 무빙 오브젝트의 위치를 추적하는 제 1 단계; 도래각의 발생 패턴을 통해 미리 설정된 프리앰블 동작을 식별하는 제 2 단계; 무선랜 신호의 도플러 에너지를 최대화하는 채널을 탐색하여 프리앰블 동작을 수행하는 타겟 오브젝트와 무선랜 수신기 간에 동기화를 설정하는 제 3 단계; 동기화가 설정된 무선랜 신호에 대해 FFT 연산하는 제 4 단계; FFT 연산 결과에 기초하여 무선랜 신호에 대한 도플러 쉬프트를 분석하는 제 5 단계; 도플러 쉬프트 분석 결과에 따라 타겟 오브젝트의 동작을 인식하는 제 6 단계;를 포함하여 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for locating and recognizing motion using a wireless LAN, the method comprising: a first step of tracking the position of a moving object by measuring an arrival angle (AoA) of a wireless LAN signal; A second step of identifying a preset preamble operation through a generation pattern of the arrival angle; A third step of establishing synchronization between a target object and a wireless LAN receiver performing a preamble operation by searching for a channel maximizing Doppler energy of a wireless LAN signal; A fourth step of performing an FFT operation on the wireless LAN signal with the synchronization established; A fifth step of analyzing the Doppler shift for the wireless LAN signal based on the FFT operation result; And a sixth step of recognizing the operation of the target object according to the Doppler shift analysis result.

본 발명에서 제 1 단계는, 무선랜 신호에 대한 채널 행렬를 획득하는 단계; 채널 행렬에 대한 상관계수 행렬을 획득하는 단계; 상관계수 행렬에 대해 고유 분해를 수행하여 하나이상의 고유벡터를 획득하고 그 획득한 고유벡터를 이용하여 상관계수 행렬에 대한 고유벡터 행렬을 설정하는 단계; 고유벡터 중에서 미리 설정된 임계치 이상의 고유값을 갖는 메이저 고유벡터와 임계치 이하의 고유값을 갖는 마이너 고유벡터를 구분 식별하는 단계; 고유벡터 행렬에 대해 마이너 고유벡터로 스팬하여 구성한 노이즈 공간 행렬을 식별하는 단계; 노이즈 공간 행렬에 대해 프로젝션하고 역수를 취함으로써 무빙 오브젝트에 의해 반사된 무선랜 신호의 도래각을 연산하는 단계; 도래각를 시간 경과에 따라 분석하여 무빙 오브젝트의 위치를 추적하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.The first step of the present invention includes: obtaining a channel matrix for a wireless LAN signal; Obtaining a correlation coefficient matrix for a channel matrix; Performing eigen decomposition on the correlation coefficient matrix to obtain at least one eigenvector and setting an eigenvector matrix for the correlation matrix using the obtained eigenvector; Distinguishing a major eigenvector having a eigenvalue of a predetermined threshold value or more from a eigenvector and a minor eigenvector having an eigenvalue less than or equal to a threshold value; Identifying a constructed noise space matrix spanned by a minor eigenvector for an eigenvector matrix; Calculating an angle of incidence of the wireless LAN signal reflected by the moving object by projecting and taking a reciprocal of the noise space matrix; And tracking the position of the moving object by analyzing the arrival angle with time.

본 발명에서, 채널 행렬

Figure pat00001
는 In the present invention,
Figure pat00001
The

Figure pat00002
Figure pat00002

에 의해 획득하고, 상관계수 행렬

Figure pat00003
Figure pat00004
에 의해 획득하고, 도래각
Figure pat00005
은 , And the correlation coefficient matrix
Figure pat00003
silver
Figure pat00004
And the angle of arrival
Figure pat00005
silver

Figure pat00006
Figure pat00006

에 의해 연산하는 것이 바람직하다. (이때,

Figure pat00007
은 무선랜 수신 안테나의 개수;
Figure pat00008
은 무선랜 신호의 n 시간 샘플에 p 번째 무선랜 수신 안테나로 수신된 m 번째 사용자 신호의 채널;
Figure pat00009
는 채널 행렬
Figure pat00010
의 헤르미트 행렬;
Figure pat00011
는 기댓값 연산자; θ는 노이즈 공간으로의 방향을 나타내는 각도; K는 노이즈 고유벡터의 개수;
Figure pat00012
은 노이즈 공간 행렬임.). ≪ / RTI > (At this time,
Figure pat00007
The number of WLAN receive antennas;
Figure pat00008
Channel of the m-th user signal received by the p-th WLAN receiving antenna at the n-th sample of the wireless LAN signal;
Figure pat00009
The channel matrix
Figure pat00010
The Hermite matrix of;
Figure pat00011
Is an expectation operator; [theta] is an angle indicating the direction to the noise space; K is the number of noise eigenvectors;
Figure pat00012
Is the noise space matrix.)

또한 본 발명에서 제 3 단계는, 무선랜 신호의 도플러 에너지를 최대화하는 최적 복소 가중치 행렬을 획득하는 단계; 그 획득된 최적 복소 가중치 행렬을 무선랜 신호에 적용함으로써 무선랜 신호를 타겟 오브젝트의 방향으로 프로젝션하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.The third step includes acquiring an optimal complex weighting matrix for maximizing the Doppler energy of the wireless LAN signal. And projecting the WLAN signal in the direction of the target object by applying the obtained optimal complex weighting matrix to the WLAN signal.

또한 본 발명에서 제 4 단계는 동기화가 설정된 무선랜 신호에 대해 MN-포인트 FFT 연산(이때, M은 미리 설정된 정수, N은 서브캐리어의 개수)을 수행함으로써 무선랜 신호의 OFDM 서브 채널의 대역폭을 감소시키는 것이 바람직하다.In the present invention, the fourth step is to perform the MN-point FFT operation (where M is a preset integer and N is the number of subcarriers) for the synchronized WLAN signal so that the bandwidth of the OFDM sub- .

한편, 본 발명에 따른 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 컴퓨터에 이상과 같은 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 것이다.
Meanwhile, a computer-readable recording medium according to the present invention records a program for executing a location tracking and motion recognition method using a wireless LAN in a computer.

본 발명에 따르면 현재 저렴하게 구현가능한 무선랜 기술을 활용하여 무선랜 신호 수신기 근처에서 이동하는 사람에 대한 위치추적 및 동작인식 기능을 정확하게 달성할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, there is an advantage that a location tracking and operation recognition function for a person moving near a wireless LAN signal receiver can be accurately achieved by using a wireless LAN technology that can be implemented at a low cost.

[도 1]은 본 발명에 따라 위치추적 및 동작인식을 수행하는 무선랜 수신기의 블록도;
[도 2]는 본 발명에 따른 위치추적 및 동작인식 과정을 나타내는 순서도,
[도 3]은 본 발명에서 채널을 개념적으로 나타내는 도면,
[도 4]는 본 발명에서 프로젝션을 개념적으로 나타내는 도면.
1 is a block diagram of a WLAN receiver that performs location tracking and motion recognition according to the present invention;
FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of recognizing a location and an operation according to the present invention;
3 is a diagram conceptually showing channels in the present invention,
4 is a view conceptually showing projection in the present invention. Fig.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동작 프로세스를 상세하게 설명한다. 본 발명은 OFDM 기반의 근거리 무선통신 기술을 기반으로 구성되는데, 본 명세서는 근거리 무선통신의 바람직한 구성으로서 무선랜 기술로 구축된 것을 기준으로 본 발명을 제시하였다.Hereinafter, an operation process according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is based on an OFDM-based short-range wireless communication technology. The present invention is based on a wireless LAN technology as a preferred configuration of short-range wireless communication.

[도 1]은 본 발명에 따라 위치추적 및 동작인식을 수행하는 무선랜 수신기(100)의 기능성 구성을 나타내는 블록도이고, [도 2]는 본 발명에서 무선랜 수신기(100)가 수행하는 위치추적 및 동작인식 과정을 전체적으로 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 무선랜 수신기(100)는 일반적으로 무선랜 공유기와 같은 장치로 이루어지는데, 무선랜 신호를 외부 공간으로 송출한 후에 외부 물체로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신하여 그 무선랜 수신신호에서 나타나는 현상, 즉 도플러 쉬프트를 통해 위치추적 및 동작인식을 수행한다.1 is a block diagram illustrating a functional configuration of a WLAN receiver 100 that performs location tracking and operation recognition according to an exemplary embodiment of the present invention. Tracking and motion recognition process. The wireless LAN receiver 100 according to the present invention generally comprises a device such as a wireless LAN router, which receives a signal reflected from an external object after transmitting the wireless LAN signal to an external space, And performs position tracking and motion recognition through the phenomenon appearing, that is, Doppler shift.

본 발명에 따른 무선랜 수신기(100)는 [도 1]에 도시된 바와 같이 도래각(AoA) 측정부(110), 위치 추적부(120), 프리앰블 식별부(130), 동기화 설정부(140), FFT 연산부(150), 도플러 쉬프트 분석부(160), 쉬프트 패턴 저장부(170), 크리티컬 동작 인식부(180)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 무선랜 수신기(100)는 [도 2]에 도시된 일련의 프로세스를 수행하여 위치추적 및 동작인식을 달성한다.1, the wireless LAN receiver 100 includes an arrival angle (AoA) measuring unit 110, a position tracking unit 120, a preamble identifying unit 130, a synchronization setting unit 140 A FFT operation unit 150, a Doppler shift analysis unit 160, a shift pattern storage unit 170, and a critical motion recognition unit 180. In addition, the wireless LAN receiver 100 according to the present invention performs a series of processes shown in FIG. 2 to achieve location tracking and operation recognition.

이하에서는 본 발명에서 무선랜 수신기(100)가 위치추적 및 동작인식을 달성하는 과정을 상세하게 기술한다.Hereinafter, the process of achieving location tracking and operation recognition by the wireless LAN receiver 100 will be described in detail.

우선 무선랜 신호를 이용하여 사람들의 위치를 먼저 추적한다. 위치를 추적하는 방법은 다음과 같다.First, the location of people is tracked using a wireless LAN signal. Here's how to track your location:

무선랜 수신기(100)가 안테나를 통해 수신한 신호는 여러 사람들에 의해 반사된 여러 신호들의 합이므로 무선랜 신호를 각 사람들에 반사된 신호들로 분해하는 과정이 필요하다. 이때, 무선랜 수신 안테나의 개수를

Figure pat00013
이라 나타낸다. [도 3]을 참조하여 살펴보면, 무선랜 신호의 n 시간 샘플에 p 번째 수신 안테나에서 수신된 m 번째 사용자(사람) 신호의 채널을
Figure pat00014
이라고 표시한다. 이때, 채널 행렬
Figure pat00015
는 다음의 [수학식 1]과 같다.
Since the signal received by the wireless LAN receiver 100 through the antenna is the sum of several signals reflected by various people, a process of decomposing the wireless LAN signal into signals reflected to each person is required. At this time, the number of WLAN receiving antennas
Figure pat00013
. Referring to FIG. 3, the channel of the m-th user (person) signal received from the p-th Rx antenna in the n-th sample of the WLAN signal
Figure pat00014
. At this time,
Figure pat00015
Is expressed by the following equation (1).

Figure pat00016
Figure pat00016

그리고, 이 채널 행렬

Figure pat00017
를 이용하여 상관계수 행렬(correlation matrix)
Figure pat00018
을 구하면 다음의 [수학식 2]와 같다.
Then, the channel matrix
Figure pat00017
And a correlation matrix
Figure pat00018
The following equation (2) is obtained.

Figure pat00019
Figure pat00019

이때,

Figure pat00020
는 기댓값 연산자(expectation operator)를 나타내고,
Figure pat00021
는 채널 행렬
Figure pat00022
의 헤르미트(Hermitian) 행렬, 즉 켤레전치(conjugate transpose) 행렬을 나타낸다. At this time,
Figure pat00020
Represents an expectation operator,
Figure pat00021
The channel matrix
Figure pat00022
A Hermitian matrix, i.e., a conjugate transpose matrix.

상관계수 행렬

Figure pat00023
에서 노이즈(noise)를 제거하는 과정을 수행한다. 노이즈 제거를 위해 먼저 상관계수 행렬
Figure pat00024
에 대해 고유 분해(eigen decomposition)를 수행하여 복수의 고유값과 고유벡터를 획득하고, 이들 중에서 미리 설정된 임계치 이상의 고유값(eigenvalue)을 갖는 고유벡터(eigenvector)를 취한다. 본 명세서에서는 임계치 이상의 고유값을 갖는 고유벡터를 편의상 '메이저 고유벡터(major eigenvector)'라 부르고, 나머지 고유벡터를 편의상 ‘마이너 고유벡터(minor eigenvector)'라 부른다. 이 때 메이저 고유벡터의 개수가 움직이는 사람의 수에 상응한다. 예를 들어 N 명의 사람이 존재하는 상황에서는 메이저 고유벡터를 N개 얻을 수 있다.Correlation coefficient matrix
Figure pat00023
And a noise removing process is performed. To remove the noise, the correlation coefficient matrix
Figure pat00024
Eigen decomposition is performed on the eigenvectors to obtain a plurality of eigenvalues and eigenvectors, and an eigenvector having an eigenvalue equal to or greater than a preset threshold value is obtained from the eigenvectors. In this specification, an eigenvector having an eigenvalue equal to or larger than a threshold value is called a "major eigenvector" for convenience, and the remaining eigenvectors are called a "minor eigenvector" for convenience. In this case, the number of major eigenvectors corresponds to the number of persons moving. For example, in a situation where N persons exist, N major eigenvectors can be obtained.

이상에서 획득한 고유벡터로부터 구성된 고유벡터 행렬(eigenvector matrix) 의 내부를 살펴보면 2개의 서브공간(subspace)으로 이루어져 있음을 식별할 수 있다. 하나는 신호 공간(signal space)의 행렬

Figure pat00026
이고 다른 하나는 노이즈 공간(noise space)의 행렬
Figure pat00027
이다. 신호 공간 행렬
Figure pat00028
은 신호 고유벡터(signal eigenvector)로 스팬(span)한 것이고, 노이즈 공간 행렬
Figure pat00029
은 노이즈 고유벡터(noise eigenvector)로 스팬한 것이다. 이상의 과정에서 획득한 고유벡터들 중에서 메이저 고유벡터는 신호 고유벡터에 해당하고 마이너 고유벡터는 노이즈 고유벡터에 해당하다.The eigenvector matrix constructed from the eigenvectors obtained above, It can be recognized that the subspace consists of two subspaces. One is the matrix of the signal space
Figure pat00026
And the other is the matrix of the noise space
Figure pat00027
to be. Signal space matrix
Figure pat00028
Is spanned by a signal eigenvector, and the noise space matrix
Figure pat00029
Is spanned by a noise eigenvector. Among the eigenvectors obtained in the above procedure, the major eigenvector corresponds to the signal eigenvector and the minor eigenvector corresponds to the noise eigenvector.

움직이는 사람의 위치를 추적하기 위해서 노이즈 공간의 모든 방향 θ에 대해 고유벡터 행렬

Figure pat00030
에 대한 AoA 값, 즉
Figure pat00031
값을 구한다. 즉, 고유벡터 행렬
Figure pat00032
을 노이즈 공간의 모든 방향 θ에 대해 프로젝션(projection)하고 역수를 취하는 것인데, 이는 다음의 [수학식 3]와 같다. 고유벡터 행렬
Figure pat00033
중에서 노이즈 공간 행렬
Figure pat00034
에 대해서만 연산을 수행하는 것이다. 이러한 행렬 연산 과정을 통해 움직이는 사람의 위치 이동 방향에 해당하는 AoA 값을 무선랜 신호로부터 구할 수 있다.
In order to track the position of a moving person, an eigenvector matrix
Figure pat00030
The AoA value for
Figure pat00031
Value. That is, the eigenvector matrix
Figure pat00032
Is projected to all directions &thetas; of the noise space and takes a reciprocal, which is shown in the following equation (3). Eigenvector matrix
Figure pat00033
The noise space matrix
Figure pat00034
To perform the operation only on the " The AoA value corresponding to the moving direction of the moving person can be obtained from the wireless LAN signal through the matrix calculation process.

Figure pat00035
Figure pat00035

이때, K는 노이즈 고유벡터의 개수이다. Here, K is the number of noise eigenvectors.

도래각

Figure pat00036
은 움직이는 사람에 의해 반사되어 도달한 무선랜 신호의 도래각을 나타내는 값이므로,
Figure pat00037
을 이용해서 움직이는 사람의 위치를 추적할 수 있다. 만약
Figure pat00038
값이 양수이면 움직이는 사람이 무선랜 수신기(100)와 가까워지는 것이고, 음수이면 무선랜 수신기(100)와 멀어지는 것이고, 0 근처에 머물러 있으면 움직이지 않는 것이다. 따라서 시간 경과에 따른 AoA를 분석하면 시간에 따른 사람의 위치를 추적할 수 있다. 한편, 본 명세서에서 위치를 추적한다는 것은 정확한 위치를 식별해낸다는 것은 아니고 위치 변동의 추이를 식별한다는 의미이다.Arrival angle
Figure pat00036
Is a value indicating the arrival angle of the wireless LAN signal that is reflected by the moving person,
Figure pat00037
Can be used to track the location of a moving person. if
Figure pat00038
If the value is positive, the moving person is close to the wireless LAN receiver 100. If the value is negative, the moving person is distant from the wireless LAN receiver 100, and if the value is near zero, the moving person does not move. Therefore, by analyzing the AoA over time, the position of a person can be tracked over time. On the other hand, in the present specification, tracking the location means not to identify the exact position but to identify the change of the position variation.

앞서의 과정을 통하여 사람들의 위치를 추적한 다음에는 동작인식을 수행한다. After tracking the position of people through the above process, motion recognition is performed.

본 발명에서 특정의 동작을 행하고자 하는 사람은 우선 미리 설정된 프리앰블(preamble)에 해당하는 동작을 통해 무선랜 수신기(100)에게 자신의 의도를 알려야 한다. 따라서, 무선랜 수신기(100)는 평소에는 미리 설정된 특정 프리앰블 동작 신호의 유무만 판단하고 해당 프리앰블이 있는 경우에만 동작인식 동작을 수행하는 것이 바람직하다. A person who intends to perform a specific operation in the present invention must first inform his / her intention to the wireless LAN receiver 100 through an operation corresponding to a predetermined preamble. Therefore, it is preferable that the wireless LAN receiver 100 normally determines only the presence or absence of a predetermined preamble operation signal and performs an operation recognition operation only when the preamble is present.

무선랜 수신기(100)가 프리앰블 동작 신호의 유무를 판단하는 과정을 살펴본다. A process of determining whether or not the preamble operation signal is present will be described below.

예를 들어, 한 사람이 무선랜 수신기(100)를 향하여 앞으로 뒤로 몇 걸음씩 행보하는 동작을 반복함으로써 미리 설정된 프리앰블 동작을 수행한다. 이러한 동작으로 인해 유발되는 무선랜 신호의 AoA를 분석하면 시간에 따라 AoA값이 양수값과 음수값이 반복되는 형태, 즉 프리앰블 동작에 대응되는 패턴으로 발생함을 확인할 수 있다. 무선랜 수신기(100)는 이 신호에 대해 매치 필터(matched filter)를 적용하는데, 매치 필터는 양수값을 추출하는 것과 음수값을 추출하는 것으로 나뉠 수 있다. 매치 필터를 사용하여 무선랜 수신 신호에 대한 프리앰블 동작의 유무에 대해 판단할 수 있는데, 이처럼 프리앰블 동작을 수행하는 사람을 본 명세서에서는 편이상 '타겟'이라고 부른다.For example, a person performs a predetermined preamble operation by repeating an operation of going backward a few steps toward the wireless LAN receiver 100. Analysis of the AoA of the wireless LAN signal caused by this operation shows that the AoA value is generated in a pattern in which a positive value and a negative value are repeated over time, that is, a pattern corresponding to the preamble operation. The WLAN receiver 100 applies a matched filter to this signal, which can be divided into extracting a positive value and extracting a negative value. It is possible to determine the presence or absence of preamble operation with respect to the wireless LAN received signal by using the match filter. The person performing the preamble operation in this manner is referred to as a 'target' in this specification.

프리앰블 동작이 있는 것으로 판단되면 그 다음 과정은 그 동작을 수행한 사람(타겟)과 무선랜 수신기(100) 사이의 동기화 과정이다. 동기화가 수행되어야만 무선랜 수신기(100)는 당해 타겟이 수행하는 동작만을 인식하여 그 신호를 분석할 수 있다.If it is determined that there is a preamble operation, the next process is a synchronization process between the person (target) performing the operation and the WLAN receiver 100. Only when the synchronization is performed, the wireless LAN receiver 100 can recognize only the operation performed by the target and analyze the signal.

무선랜 신호는 여러 사람들에 반사된 신호들이 합쳐진 신호이기 때문에 타겟을 관찰함에 있어서 다른 사람들에 의해 반사된 신호는 간섭으로 작용한다. 따라서 간섭으로 작용하는 신호를 상쇄할 수 있도록 무선랜 수신기(100)는 타겟과 동기화 과정을 거친다. 동기화 하는 과정은 다음과 같다. Since the WLAN signal is a signal that is reflected by several people, the signal reflected by other people acts as interference in observing the target. Accordingly, the WLAN receiver 100 performs a synchronization process with the target so as to cancel a signal acting as an interference. The process of synchronization is as follows.

우선 타겟과 무선랜 수신기(100) 사이의 도플러 에너지(Doppler energy)를 최대로 만드는 채널을 탐색한다. 그 탐색된 채널을 이용하여 무선랜 신호 중에서 간섭으로 작용하는 (즉, 프리앰블 동작을 수행하지 않은) 다른 사람에 반사되어 수신된 신호 성분을 상쇄시킨다. 그리고 타겟에 반사되어 수신된 신호의 방향으로 전체 무선랜 신호를 프로젝션 시킴으로써 무선랜 수신기(100)와 타겟 간에 동기화가 설정된다. First, a channel that maximizes the Doppler energy between the target and the wireless LAN receiver 100 is searched. And uses the searched channel to cancel the signal component reflected and received by another person acting as an interference among the wireless LAN signals (i.e., not performing preamble operation). Then, synchronization is established between the wireless LAN receiver 100 and the target by projecting the entire wireless LAN signal in the direction of the received signal reflected by the target.

동기화 과정을 수식적으로 다시 설명한다. 동기화 과정의 목표는 [수학식 4]로 정의되는 j 번째 세그먼트의 도플러 에너지

Figure pat00039
를 최대화하는 최적 복소 가중치(complex weights)
Figure pat00040
를 찾는 것이다.
The synchronization process will be described again formally. The goal of the synchronization process is to determine the Doppler energy of the jth segment defined by < RTI ID = 0.0 > (4)
Figure pat00039
Lt; RTI ID = 0.0 > complex weights < / RTI >
Figure pat00040
.

Figure pat00041
Figure pat00041

이때,

Figure pat00042
이고,
Figure pat00043
는 i 번째 안테나의 j 번째 세그먼트에 대한 도플러 에너지를 나타낸다. 전술한 바와 같이
Figure pat00044
는 j 번째 세그먼트에 대한 도플러 에너지를 나타낸다.At this time,
Figure pat00042
ego,
Figure pat00043
Represents the Doppler energy for the j < th > segment of the i < th > As described above
Figure pat00044
Represents the Doppler energy for the j < th > segment.

그리고 나서, 최적의 가중치를 찾기 위해 크기와 위상을 고려한다. 이때, 고려하는 크기는 안테나 게인에 의해 결정되고 고려되는 위상은 0부터 2π이다. 이렇게 크기와 위상을 고려하게 되면 복잡도가 상당히 증가하게 되는데, 복잡도를 줄이기 위해서 첫 번째 안테나의 가중치를 구하고 나머지 안테나의 가중치는 페어조합(pair-wise)을 고려하여 구한다. Then, consider the magnitude and phase to find the optimal weight. At this time, the size to be considered is determined by the antenna gain and the phase considered is 0 to 2π. Considering the size and phase, the complexity increases considerably. To reduce the complexity, the weight of the first antenna is obtained, and the weights of the remaining antennas are taken into consideration in terms of pair-wise.

이러한 과정을 거쳐 일련의 최적 복소 가중치

Figure pat00045
의 값을 구하고 나서, 이들을 결합하여 최적 복소 가중치 행렬
Figure pat00046
를 다음의 [수학식 5]에 의해 얻는다.
Through this process, a set of optimal complex weights
Figure pat00045
And then combines them to obtain an optimal complex weighting matrix
Figure pat00046
Is obtained by the following equation (5).

Figure pat00047
Figure pat00047

이상의 과정을 통해 구해진 최적 복소 가중치 행렬

Figure pat00048
를 무선랜 신호에 적용하면 프리앰블 동작을 수행한 사람(타겟)과 무선랜 수신기(100) 간에 동기화가 맺어진다. 이를 수학적으로 표현하면, 무선랜 수신기(100)이 수신한 무선랜 신호
Figure pat00049
및 여기에 최적 복소 가중치 행렬
Figure pat00050
를 적용한 결과신호
Figure pat00051
를 나타내면 다음의 [수학식 6]과 같다.
The optimal complex weight matrix
Figure pat00048
Is applied to the wireless LAN signal, synchronization is established between the person (target) that has performed the preamble operation and the wireless LAN receiver 100. Mathematically, the WLAN signal received by the WLAN receiver 100,
Figure pat00049
And an optimal complex weighting matrix
Figure pat00050
As a result,
Figure pat00051
Is expressed by the following equation (6).

Figure pat00052
Figure pat00052

위의 [수학식 6]에서 최적 복소 가중치 행렬

Figure pat00053
를 무선랜 신호
Figure pat00054
에 적용한다는 것은 개념적으로는 무선랜 신호
Figure pat00055
를 타겟의 방향으로 프로젝션 하는 것을 의미한다. [도 4]에 도시된 바와 같이, 이처럼 타겟([도 4]에서 사람 1)의 방향으로 무선랜 신호를 프로젝션 함으로써 다른 사람([도 4]에서 사람 2, 3)에 의해 유발된 신호는 간섭신호로 취급되어 제거되고 타겟에 의해 유발된 신호([도 4]에서 굵은 실선으로 표시)만 남게 된다. 따라서 무선랜 수신기(100)와 타겟 간에 동기화가 맺어진다.In Equation (6) above, the optimal complex weighting matrix
Figure pat00053
Lt; / RTI >
Figure pat00054
The concept of a wireless LAN signal
Figure pat00055
In the direction of the target. As shown in Fig. 4, by projecting the WLAN signal in the direction of the target (person 1 in Fig. 4), signals caused by others (persons 2 and 3 in Fig. 4) Signal and is removed and the signal caused by the target (indicated by a thick solid line in Fig. 4) remains. Thus, synchronization is established between the wireless LAN receiver 100 and the target.

그리고 나서, 무선랜 수신기(100)는 타겟의 동작을 분석한다. 사람이 동작을 수행하게 되면 그로 인해 도플러 쉬프트가 발생하게 되므로 도플러 쉬프트를 분석함으로써 타겟이 어떤 동작을 했는지 판단하는 것이다. 수학적으로는 앞서 도출한 타겟 신호만 남은

Figure pat00056
을 FFT 연산하고 그 FFT 결과로부터 도플러 쉬프트를 분석하여 타겟의 동작을 인식하게 된다.
Then, the WLAN receiver 100 analyzes the operation of the target. When a person performs an operation, a Doppler shift occurs, thereby analyzing the Doppler shift to determine what the target has done. Mathematically, only the previously derived target signal
Figure pat00056
And the Doppler shift is analyzed from the result of the FFT to recognize the operation of the target.

한편, 무선랜 신호의 경우 20 MHz의 대역폭을 가지고 사람의 동작으로 인해 발생하는 도플러 쉬프트는 수 헤르츠(Hz) 이내이다. 일반적인 무선랜 수신 회로에서는 20 MHz에서 발생한 수 헤르츠의 도플러 쉬프트를 인식할 수가 없기 때문에 사람의 동작인식이 불가능하다. On the other hand, in the case of the wireless LAN signal, the Doppler shift due to human operation with a bandwidth of 20 MHz is within a few hertz (Hz). In a general wireless LAN receiving circuit, it is impossible to recognize a human motion because it can not recognize a Doppler shift of several hertz generated at 20 MHz.

그에 따라, 본 발명에서는 수 헤르츠 내의 해상도를 가지는 도플러 쉬프트를 확인하기에 적합한 기술적 구성을 제시한다. 이를 위한 본 발명의 기본 아이디어는 무선랜 수신기(100)가 무선랜 신호를 수신한 후, 그 수신한 무선랜 신호를 수 헤르츠의 대역폭을 가지는 좁은 대역 펄스로 변경하는 것이다. 무선랜 신호가 수 헤르츠 내의 대역폭을 가지는 펄스로 변경되었기 때문에 사람의 동작으로 인해 발생한 도플러 쉬프트도 인식이 가능하게 된다. Accordingly, the present invention provides a technical configuration suitable for confirming the Doppler shift having a resolution in the range of several hertz. The basic idea of the present invention is to change the received wireless LAN signal into a narrow band pulse having a bandwidth of several hertz after the wireless LAN receiver 100 receives the wireless LAN signal. Since the wireless LAN signal is changed to a pulse having a bandwidth within a few hertz, the Doppler shift caused by the human action can be recognized.

여기에서, 무선랜 신호를 좁은 대역을 가지는 펄스로 변경하는 과정에 대해 이하에서 살펴본다. 무선랜 수신기(100)는 수신한 시간축 OFDM 신호를 FFT (Fast Fourier Transform) 연산을 수행함으로써 주파수축 OFDM 신호로 변환한다. OFDM 기술 일반에 따르면 FFT 연산 이후의 주파수축 OFDM 신호는 다음의 [수학식 7]과 같다.
Hereinafter, a process of changing a wireless LAN signal into a pulse having a narrow band will be described below. The WLAN receiver 100 converts the received time-base OFDM signal into a frequency-domain OFDM signal by performing an FFT (Fast Fourier Transform) operation. According to the OFDM technique, the frequency-domain OFDM signal after the FFT operation is expressed by Equation (7).

Figure pat00057
Figure pat00057

이때,

Figure pat00058
은 n번째 서브캐리어에 실려있는 심볼이고,
Figure pat00059
는 시간 k에 대한 시간축 OFDM 신호이고,
Figure pat00060
은 서브캐리어 개수이다.At this time,
Figure pat00058
Is a symbol carried on the n-th subcarrier,
Figure pat00059
Is the time domain OFDM signal for time k,
Figure pat00060
Is the number of subcarriers.

여기에서 주파수축 OFDM 신호는 대역폭이 20 MHz이다. 무선랜 수신기(100)는 이렇게 생성되는 주파수축 OFDM 신호를 다음의 과정을 통해 좁은 대역 펄스로 변경한다.Here, the frequency axis OFDM signal has a bandwidth of 20 MHz. The WLAN receiver 100 changes the generated frequency-domain OFDM signal into a narrow band pulse through the following process.

먼저, 무선랜 수신기(100)에서 수신된 첫 번째 OFDM 신호에 대해 FFT 연산을 수행한 후 각 서브캐리어에 실린 신호들을 복호하여 데이터 값을 획득한다. 무선랜 수신기(100)는 첫 번째 OFDM 신호를 복호함으로써 첫 번째 OFDM 신호의 데이터를 구성하는 복수의 비트들을 알고 있다. 이 비트들을 이용하여 그 이후에 수신되는 M개의 OFDM 신호를 첫 번째 OFDM 신호로 변경해준다. First, an FFT operation is performed on the first OFDM signal received by the WLAN receiver 100, and then the signals on each subcarrier are decoded to obtain a data value. The WLAN receiver 100 knows a plurality of bits constituting data of the first OFDM signal by decoding the first OFDM signal. And uses these bits to change the M OFDM signals received thereafter to the first OFDM signal.

편이상

Figure pat00061
는 i 번째 OFDM 신호의 n번째 서브캐리어에 실린 심볼이라 정의한다. 본 발명에 따른 무선랜 수신기(100)는 i 번째 OFDM 신호를 첫 번째 심볼로 등화한다. 즉, i 번째 OFDM 신호의 n번째 서브캐리어에 실린 신호에
Figure pat00062
를 곱함으로써 i 번째 OFDM 신호를 첫 번째 OFDM 신호로 변경한다. 이러한 과정을 M 번 반복한다. 이를 통해, 무선랜 신호에서 M개의 OFDM 신호를 모두 첫 번째 OFDM 신호로 변경한 다음 IFFT (Inverse FFT) 연산을 통해 시간축 신호로 변경한다. 그 뒤 [수학식 7]에 따라 FFT 연산을 다시 수행한다. Aspect
Figure pat00061
Is defined as a symbol on the n-th subcarrier of the i-th OFDM signal. The WLAN receiver 100 according to the present invention equals the i-th OFDM signal to the first symbol. That is, the signal on the n-th subcarrier of the i-th OFDM signal
Figure pat00062
To transform the i < th > OFDM signal into the first OFDM signal. This process is repeated M times. Accordingly, all the M OFDM signals in the wireless LAN signal are changed to the first OFDM signal, and then the signals are converted into time-base signals by an inverse FFT (IFFT) operation. Then, the FFT operation is performed again according to Equation (7).

종래의 무선랜 기술에서는 각 OFDM 신호마다 FFT 연산을 수행한다. 반면, 본 발명의 무선랜 수신기(100)는 M개의 연속된 OFDM 신호를 한꺼번에 FFT 연산하며, 이렇게 함으로써 각 OFDM 서브 채널의 대역폭이 M만큼 줄어든다. 예를 들어 동일한 OFDM 신호 두 개를 2N-포인트 FFT 연산을 수행하면 다음의 [수학식 8]과 같다.
In the conventional wireless LAN technology, an FFT operation is performed for each OFDM signal. On the other hand, the WLAN receiver 100 of the present invention performs FFT operation on M consecutive OFDM signals at a time, thereby reducing the bandwidth of each OFDM subchannel by M. For example, if 2N-point FFT operations are performed on two identical OFDM signals, Equation (8) is obtained.

Figure pat00063
Figure pat00063

여기서

Figure pat00064
이기 때문에 위의 [수학식 8]을 다시 정리하면 다음의 [수학식 9]와 같다.
here
Figure pat00064
(8) is rearranged as the following equation (9).

Figure pat00065
Figure pat00065

여기서 n의 값이 짝수일 때에는

Figure pat00066
이고 n의 값이 홀수일 때에는
Figure pat00067
이다. 따라서 위의 [수학식 9]를 다시 정리하면 다음의 [수학식 10]과 같다.
When the value of n is an even number
Figure pat00066
And the value of n is odd
Figure pat00067
to be. Therefore, the above expression (9) is rewritten as the following expression (10).

Figure pat00068
Figure pat00068

이때,

Figure pat00069
은 정수이다. 따라서 홀수 번째의 서브캐리어는 0 이고 짝수 번째의 서브캐리어는 크기가 2배가 되고 대역폭은 절반이 된다. OFDM 신호의 각 서브캐리어들이 동일한 심볼을 가지기 때문이다. 따라서 각 서브캐리어 들이 사용하는 대역폭은 반으로 줄어든다. At this time,
Figure pat00069
Is an integer. Therefore, the odd-numbered subcarriers are 0, the even-numbered subcarriers are doubled in size, and the bandwidth is halved. Since each subcarrier of the OFDM signal has the same symbol. Therefore, the bandwidth used by each subcarrier is reduced by half.

만약 무선랜 수신기(100)가 동일한 M개의 OFDM 신호를 MN-포인트 FFT 연산을 하면 각 서브캐리어의 대역폭은 M만큼 줄어든다. 그러므로 본 발명의 무선랜 수신기(100)는 동일한 OFDM 신호들을 한번에 FFT 연산을 함으로써 각 서브캐리어의 대역폭을 좁아지게 만들 수 있다. 각 서브캐리어들이 수 헤르츠 정도의 좁은 대역폭을 가지게 됨에 따라 사람의 동작에 의해 무선랜 신호에 발생하는 수 헤르츠 내의 도플러 쉬프트를 인식할 수 있게 된다.If the WLAN receiver 100 performs an MN-point FFT operation on the same M OFDM signals, the bandwidth of each subcarrier is reduced by M times. Therefore, the WLAN receiver 100 of the present invention can reduce the bandwidth of each subcarrier by performing FFT operations on the same OFDM signals at a time. As each subcarrier has a narrow bandwidth of several Hertz, it becomes possible to recognize a Doppler shift within several hertz generated in a wireless LAN signal by a human operation.

사람의 동작에 따라 발생하는 도플러 쉬프트를 인식할 수 있는 환경이 만들어졌다. 이 환경에서 들어온 신호를 분석하여 즉, 도플러 쉬프트를 분석하여 사람이 어떠한 동작을 행하였는지 판단한다. 동작들은 미리 몇 가지 형태로 정의되어 있고 각각의 경우에 대해 발생하는 도플러 쉬프트의 패턴이 미리 저장되어 있다. 그에 따라 무선랜 신호의 도플러 쉬프트를 분석하여 미리 마련되어 있는 도플러 쉬프트의 패턴과 비교함으로써 미리 정의된 동작이 수행되었는지 여부를 식별할 수 있다. An environment has been created that can recognize Doppler shifts that occur according to human motion. The signal from this environment is analyzed, that is, the Doppler shift is analyzed to determine what kind of operation the person performed. The operations are defined in several forms in advance and the pattern of Doppler shift that occurs for each case is stored in advance. Accordingly, the Doppler shift of the wireless LAN signal is analyzed and compared with the Doppler shift pattern prepared in advance, thereby identifying whether or not the predefined operation has been performed.

예를 들어, 크게 3가지 동작으로 정의될 수 있다. 사람이 무선랜 수신기(100) 방향으로 손을 뻗거나 무선랜 수신기(100) 반대방향으로 손을 당기거나 또는 양손을 번갈아 가면서 뻗는 동작이다. 이 3가지 동작들에 대한 도플러 쉬프트는 양수값, 음수값 그리고 양수값과 음수값이 함께 나타내는 형태이다. 따라서 도플러 쉬프트가 양수값이 나오면 손을 뻗는 동작이 수행되었다고 판단할 수 있고, 음수값이 나오면 손을 당겼다는 동작이 수행되었다고 판단할 수 있고, 마지막으로 양수값과 음수값이 반복적으로 동시에 나오면 양손을 번갈아가면서 뻗는 동작이 수행되었다고 판단할 수 있다. 이 동작들을 조합해서 새로운 동작들도 정의할 수가 있고 무선랜 신호의 도플러 쉬프트를 분석하여 정의된 동작들 중 하나로 매핑함으로써 사람의 동작인식이 가능해진다.For example, it can be largely defined as three operations. It is an operation in which a person extends his / her hand in the direction toward the wireless LAN receiver 100 or in a direction opposite to the wireless LAN receiver 100, or alternately with both hands. The Doppler shift for these three operations is a positive value, a negative value, and a positive value and a negative value together. Therefore, if the Doppler shift is positive, it can be judged that the hand stretching is performed. If the Doppler shift is negative, it can be judged that the hand pulling operation is performed. If the positive value and the negative value are repeated at the same time, It can be judged that an operation of extending is performed alternately. By combining these operations, new operations can be defined, and the Doppler shift of the WLAN signal can be analyzed and mapped to one of the defined operations, thereby enabling human motion recognition.

위의 결과를 종합해본다면 무선랜 신호를 이용하여 사람의 위치추적과 동작인식을 할 수 있음을 확인하였다. 이 과정에서 사용하는 신호가 무선랜 신호이기 때문에 전파 조건이 엄격하지 않으며, 그에 따라 사람과 무선랜 수신기(100) 사이의 채널이 LOS(Line-of-sight), NLOS(Non-line-of-sight), 중간에 벽이 있는 상태의 모든 경우에 대해서도 수행이 가능하다.
Based on the above results, it is confirmed that the location tracking and motion recognition can be performed using the wireless LAN signal. Since the signal used in this process is a wireless LAN signal, the propagation conditions are not strict so that the channel between the person and the wireless LAN receiver 100 is a line-of-sight (LOS), a non-line- sight, and in any case with a wall in the middle.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드의 형태로 구현하는 것이 가능하다. 이때, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.The present invention can also be embodied in the form of computer readable code on a computer readable recording medium. At this time, the computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어웨이브(예: 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산된 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드, 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave . The computer-readable recording medium can also be stored and executed by a computer-readable code in a distributed manner on a networked computer system. And functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily deduced by programmers skilled in the art to which the present invention belongs.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예가 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
As described above, the embodiments of the present invention have been disclosed in the present specification and drawings, and although specific terms have been used, they have been used only in a general sense to easily describe the technical contents of the present invention and to facilitate understanding of the invention. And is not intended to limit the scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100 : 무선랜 수신기
110 : 도래각(AoA) 측정부
120 : 위치 추적부
130 : 프리앰블 식별부
140 : 동기화 설정부
150 : FFT 연산부
160 : 도플러 쉬프트 분석부
170 : 쉬프트 패턴 저장부
180 : 크리티컬 동작 인식부
100: Wireless LAN receiver
110: AoA (AoA) measuring unit
120:
130: preamble identification unit
140: Synchronization setting section
150: FFT operation unit
160: Doppler shift analysis unit
170: Shift pattern storage unit
180:

Claims (6)

무선랜 신호의 도래각(AoA)을 측정하여 무빙 오브젝트의 위치를 추적하는 제 1 단계;
상기 도래각의 발생 패턴을 통해 미리 설정된 프리앰블 동작을 식별하는 제 2 단계;
무선랜 신호의 도플러 에너지를 최대화하는 채널을 탐색하여 상기 프리앰블 동작을 수행하는 타겟 오브젝트와 무선랜 수신기 간에 동기화를 설정하는 제 3 단계;
상기 동기화가 설정된 무선랜 신호에 대해 FFT 연산하는 제 4 단계;
상기 FFT 연산 결과에 기초하여 상기 무선랜 신호에 대한 도플러 쉬프트를 분석하는 제 5 단계;
상기 도플러 쉬프트 분석 결과에 따라 상기 타겟 오브젝트의 동작을 인식하는 제 6 단계;
를 포함하여 구성되는 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법.
A first step of tracking the position of the moving object by measuring the arrival angle AoA of the wireless LAN signal;
A second step of identifying a preamble operation preset through the generation pattern of the arrival angle;
A third step of setting a synchronization between a target object performing the preamble operation and a wireless LAN receiver by searching for a channel maximizing Doppler energy of the wireless LAN signal;
A fourth step of performing an FFT operation on the wireless LAN signal with the synchronization established;
A fifth step of analyzing a Doppler shift for the WLAN signal based on the result of the FFT operation;
A sixth step of recognizing an operation of the target object according to the Doppler shift analysis result;
Wherein the location information includes at least one of location information and location information.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 단계는,
상기 무선랜 신호에 대한 채널 행렬를 획득하는 단계;
상기 채널 행렬에 대한 상관계수 행렬을 획득하는 단계;
상기 상관계수 행렬에 대해 고유 분해를 수행하여 하나이상의 고유벡터를 획득하고 상기 획득한 고유벡터를 이용하여 상기 상관계수 행렬에 대한 고유벡터 행렬을 설정하는 단계;
상기 고유벡터 중에서 미리 설정된 임계치 이상의 고유값을 갖는 메이저 고유벡터와 상기 임계치 이하의 고유값을 갖는 마이너 고유벡터를 구분 식별하는 단계;
상기 고유벡터 행렬에 대해 상기 마이너 고유벡터로 스팬하여 구성한 노이즈 공간 행렬을 식별하는 단계;
상기 노이즈 공간 행렬에 대해 프로젝션하고 역수를 취함으로써 무빙 오브젝트에 의해 반사된 무선랜 신호의 도래각을 연산하는 단계;
상기 도래각를 시간 경과에 따라 분석하여 무빙 오브젝트의 위치를 추적하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법.
The method according to claim 1,
In the first step,
Obtaining a channel matrix for the WLAN signal;
Obtaining a correlation coefficient matrix for the channel matrix;
Performing eigen decomposition on the correlation coefficient matrix to obtain one or more eigenvectors and setting an eigenvector matrix for the correlation matrix using the obtained eigenvectors;
Distinguishing a major eigenvector having a eigenvalue equal to or greater than a preset threshold value from the eigenvectors and a minor eigenvector having eigenvalues equal to or less than the threshold;
Identifying a noise space matrix constructed by spanning the eigenvector matrix with the minor eigenvectors;
Computing an angle of incidence of the wireless LAN signal reflected by the moving object by projecting and taking a reciprocal of the noise space matrix;
Analyzing the arrival angle over time to track the position of the moving object;
The method comprising the steps of: detecting a position of a wireless LAN;
청구항 2에 있어서,
상기 채널 행렬
Figure pat00070

Figure pat00071

에 의해 획득하고,
상기 상관계수 행렬
Figure pat00072
Figure pat00073
에 의해 획득하고,
상기 도래각
Figure pat00074

Figure pat00075

에 의해 연산하는 것을 특징으로 하는 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법.
이때,
Figure pat00076
은 무선랜 수신 안테나의 개수;
Figure pat00077
은 무선랜 신호의 n 시간 샘플에 p 번째 무선랜 수신 안테나로 수신된 m 번째 사용자 신호의 채널;
Figure pat00078
는 채널 행렬
Figure pat00079
의 헤르미트 행렬;
Figure pat00080
는 기댓값 연산자; θ는 노이즈 공간으로의 방향을 나타내는 각도; K는 노이즈 고유벡터의 개수;
Figure pat00081
은 노이즈 공간 행렬임.
The method of claim 2,
The channel matrix
Figure pat00070
The
Figure pat00071

Lt; / RTI >
The correlation coefficient matrix
Figure pat00072
silver
Figure pat00073
Lt; / RTI >
The incoming angle
Figure pat00074
The
Figure pat00075

And the location information of the mobile terminal is calculated by using the wireless LAN.
At this time,
Figure pat00076
The number of WLAN receive antennas;
Figure pat00077
Channel of the m-th user signal received by the p-th WLAN receiving antenna at the n-th sample of the wireless LAN signal;
Figure pat00078
The channel matrix
Figure pat00079
The Hermite matrix of;
Figure pat00080
Is an expectation operator; [theta] is an angle indicating the direction to the noise space; K is the number of noise eigenvectors;
Figure pat00081
Is a noise space matrix.
청구항 3에 있어서,
상기 제 3 단계는,
무선랜 신호의 도플러 에너지를 최대화하는 최적 복소 가중치 행렬을 획득하는 단계;
상기 획득된 최적 복소 가중치 행렬을 무선랜 신호에 적용함으로써 무선랜 신호를 상기 타겟 오브젝트의 방향으로 프로젝션하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법.
The method of claim 3,
In the third step,
Obtaining an optimal complex weighting matrix for maximizing Doppler energy of a wireless LAN signal;
Projecting the WLAN signal in the direction of the target object by applying the obtained optimal complex weighting matrix to the WLAN signal;
The method comprising the steps of: detecting a position of a wireless LAN;
청구항 4에 있어서,
상기 제 4 단계는 상기 동기화가 설정된 무선랜 신호에 대해 MN-포인트 FFT 연산(이때, M은 미리 설정된 정수, N은 서브캐리어의 개수)을 수행함으로써 무선랜 신호의 OFDM 서브 채널의 대역폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법.
The method of claim 4,
The fourth step is to reduce the bandwidth of the OFDM subchannel of the WLAN signal by performing an MN-point FFT operation (where M is a predetermined integer and N is the number of subcarriers) for the WLAN signal for which synchronization has been established Wherein the location information includes at least one of location information and location information.
컴퓨터에 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 따른 무선랜을 이용한 위치추적 및 동작인식 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing a computer to execute a position tracking and motion recognition method using a wireless LAN according to any one of claims 1 to 5.
KR1020140090665A 2014-07-17 2014-07-17 Wi-Fi based method for providing position tracking and gesture recognition, and computer-readable recording medium for the same KR101590843B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140090665A KR101590843B1 (en) 2014-07-17 2014-07-17 Wi-Fi based method for providing position tracking and gesture recognition, and computer-readable recording medium for the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140090665A KR101590843B1 (en) 2014-07-17 2014-07-17 Wi-Fi based method for providing position tracking and gesture recognition, and computer-readable recording medium for the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160009993A true KR20160009993A (en) 2016-01-27
KR101590843B1 KR101590843B1 (en) 2016-02-03

Family

ID=55309329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140090665A KR101590843B1 (en) 2014-07-17 2014-07-17 Wi-Fi based method for providing position tracking and gesture recognition, and computer-readable recording medium for the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101590843B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110084209A (en) * 2019-04-30 2019-08-02 电子科技大学 A kind of real-time gesture identification method based on father and son's classifier

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010036306A (en) 1999-10-07 2001-05-07 이재현 a security system and a security method using mobile communication network
KR20020027783A (en) 2000-10-05 2002-04-15 전승길 Organic Phosphorus Flame Retardant and Flame Retardant Thormoplastic Resin Composition Containing the Same
KR20020074915A (en) 2001-03-22 2002-10-04 삼성테크윈 주식회사 Heat exchanger for air compressor
KR20050069381A (en) 2003-12-31 2005-07-05 인천대학교 산학협력단 Remote security system by mixing wireless mobile communication network and wireless lan
KR20080020405A (en) 2006-08-31 2008-03-05 두산인프라코어 주식회사 Apparatus for protection of head lamp of construction equipment
US20100302102A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Broadcom Corporation Angle of arrival and/or range estimation within a wireless communication device
US8344949B2 (en) * 2008-03-31 2013-01-01 Golba Llc Wireless positioning approach using time-delay of signals with a known transmission pattern
KR20130105797A (en) 2013-08-30 2013-09-26 김경중 Information provide service and system of packing have data record tag
KR101316524B1 (en) * 2013-01-03 2013-10-08 충남대학교산학협력단 Method and apparatus for estimating location in the object using omnidirectional vision sensor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010036306A (en) 1999-10-07 2001-05-07 이재현 a security system and a security method using mobile communication network
KR20020027783A (en) 2000-10-05 2002-04-15 전승길 Organic Phosphorus Flame Retardant and Flame Retardant Thormoplastic Resin Composition Containing the Same
KR20020074915A (en) 2001-03-22 2002-10-04 삼성테크윈 주식회사 Heat exchanger for air compressor
KR20050069381A (en) 2003-12-31 2005-07-05 인천대학교 산학협력단 Remote security system by mixing wireless mobile communication network and wireless lan
KR20080020405A (en) 2006-08-31 2008-03-05 두산인프라코어 주식회사 Apparatus for protection of head lamp of construction equipment
US8344949B2 (en) * 2008-03-31 2013-01-01 Golba Llc Wireless positioning approach using time-delay of signals with a known transmission pattern
US20100302102A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Broadcom Corporation Angle of arrival and/or range estimation within a wireless communication device
KR101316524B1 (en) * 2013-01-03 2013-10-08 충남대학교산학협력단 Method and apparatus for estimating location in the object using omnidirectional vision sensor
KR20130105797A (en) 2013-08-30 2013-09-26 김경중 Information provide service and system of packing have data record tag

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
10. "벽을 투시하고 사람의 움직임을 감지하는 무선랜 Wi-Vi", NIPA, 주간기술동향, 2013. 7. 17.
11. Wi-Vi. http://people.csail.mit.edu/fadel/wivi/
13. WiSee. http://wisee.cs.washington.edu/#
14. WHYDSP. http://www.whydsp.org/218
7. F. Adib, Z. Kabelac, D. Katabi, and R. C. Miller, "3D Tracking via Body Radio Reflections", Usenix NSDI’14, Seattle, USA, 2014
8. Q. Pu, S. Gupta, S. Gollakota, and S. Patel, "Whole-Home Gesture Recognition Using Wireless Signals", ACM MobiCom '13, New York, USA, 2013
9. F. Adib and D. Katabi, "See Through Walls with Wi-Fi", ACM Sigcomm '13, Hong Kong, August 2013
Qifan Pu. Whole-home gesture recognition using wireless signals. MobiCom '13 Proceedings of the 19th annual international conference on Mobile computing&networking. 2013-09-30. pp.27-38..* *
WiSee. http://www.washington.edu/news/2013/06/04/wi-fi-signals-enable-gesture-recognition-throughout-entAPe-home/

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110084209A (en) * 2019-04-30 2019-08-02 电子科技大学 A kind of real-time gesture identification method based on father and son's classifier
CN110084209B (en) * 2019-04-30 2022-06-24 电子科技大学 Real-time gesture recognition method based on parent-child classifier

Also Published As

Publication number Publication date
KR101590843B1 (en) 2016-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. WiFinger: Talk to your smart devices with finger-grained gesture
Li et al. IndoTrack: Device-free indoor human tracking with commodity Wi-Fi
Abdelnasser et al. A ubiquitous WiFi-based fine-grained gesture recognition system
Pu et al. Whole-home gesture recognition using wireless signals
Wu et al. FingerDraw: Sub-wavelength level finger motion tracking with WiFi signals
US9971414B2 (en) Devices, systems, and methods for detecting gestures using wireless communication signals
He et al. WiG: WiFi-based gesture recognition system
Tian et al. WiCatch: A Wi-Fi based hand gesture recognition system
Cai et al. Ubiquitous acoustic sensing on commodity iot devices: A survey
CN114599992A (en) Using MIMO training fields for motion detection
Li et al. FM-track: pushing the limits of contactless multi-target tracking using acoustic signals
JP6873187B2 (en) Methods, devices and systems for measuring physiological state information based on channel state information
US11579703B2 (en) Recognizing gestures based on wireless signals
JP2015117972A (en) Processing apparatus and processing method
Zou et al. WiFi-enabled device-free gesture recognition for smart home automation
Wang et al. CSI-based human sensing using model-based approaches: a survey
Li et al. On CSI and passive Wi-Fi radar for opportunistic physical activity recognition
Chen et al. Robust dynamic hand gesture interaction using LTE terminals
JP2019148428A (en) Human detection device and human detection method
Bocus et al. Translation resilient opportunistic WiFi sensing
Zhu et al. WiseFi: Activity localization and recognition on commodity off-the-shelf WiFi devices
Bahadori et al. ReWiS: Reliable Wi-Fi sensing through few-shot multi-antenna multi-receiver CSI learning
Bocus et al. UWB and WiFi systems as passive opportunistic activity sensing radars
Man et al. PWiG: A phase-based wireless gesture recognition system
Zhu et al. Calibrating time-variant, device-specific phase noise for COTS WiFi devices

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant