KR20170024408A - 통신 시스템에서 위치 추정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 송신률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 송신기가 위치를 추정하는 방법은, 상기 송신기가 포함하는 하나의 코일로부터 발생되는 자기장 신호를 수신기로 송신하는 과정과, 상기 수신기로부터 상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 기반으로 추정된 위치 정보를 수신하는 과정을 포함한다.

Description

통신 시스템에서 위치 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING LOCATION IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에서 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 자기장 신호를 기반으로 단말의 위치를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
4G (4th-Generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G (5th-Generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리고 있다.
높은 데이터 송신률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 (mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 거대 배열 다중 입출력 (massive multi-input multi-output: massive MIMO), 전차원 다중입출력 (Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔형성 (analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조 (Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC (Filter Bank Multi Carrier), NOMA (non orthogonal multiple access), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
최근 스마트 단말의 급속한 보급에 따라 단말의 위치를 이용한 위치 기반 서비스가 크게 주목받고 있다. 실내 환경에서의 위치 추정은 대형 건물이나 쇼핑몰 내에서 단말의 위치 인지 및 경로 안내, 대형 주차장에 주차된 차량까지의 위치 안내, 화재나 지진 등 재난이 발생한 경우 대형 건물 안에 고립된 인명 구조 등 다양한 방면에서 활용될 수 있다.
이러한 실내 환경에서 단말의 위치 추정은 사람 및 주변 장애물에 대한 간섭 신호로 인해 정밀도가 저하될 가능성이 높다. 이를 위해, 통신 시스템에서 짧은 거리(일 예로, 5m)의 정밀도를 확보하기 위해서는 일정 범위(일 예로, 10m) 내에서 다수 개의 접속 포인트(Access Point : AP)를 설치해야만 한다. 그러나 통신 시스템에서 다수 개의 AP를 설치하는 경우 설치 비용이 증가되고, 단말의 위치를 추정하는 알고리즘이 복잡해질 수 있다. 따라서 통신 시스템에서 하나의 AP를 이용하여 단말의 위치 추정에 대한 정밀도를 높일 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 일 실시 예는 통신 시스템에서 자기장 신호를 기반으로 단말의 위치를 추정하는 방법 및 장치를 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 통신 시스템에서 자기장 신호를 발생하는 코일을 포함하는 단말과 AP를 이용하여 단말의 위치를 추정하는 방치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 송신기가 위치를 추정하는 방법은, 상기 송신기가 포함하는 하나의 코일로부터 발생되는 자기장 신호를 수신기로 송신하는 과정과, 상기 수신기로부터 상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 기반으로 추정된 위치 정보를 수신하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 위치를 추정하는 방법은, 송신기로부터 서로 다른 방향을 가지는 3개의 코일들을 통해 자기장 신호를 수신하는 과정과, 상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 측정하는 과정과, 상기 수신 신호 세기를 근거로 상기 송신기의 위치를 추정하는 과정과, 상기 추정된 위치에 대한 정보를 상기 송신기로 송신하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 송신기가 위치를 추정하는 장치는, 상기 송신기가 포함하는 하나의 코일로부터 발생되는 자기장 신호를 수신기로 송신하도록 제어하고, 상기 수신기로부터 수신된 상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 기반으로 추정된 위치 정보를 확인하는 제어부와, 상기 자기장 신호를 상기 수신기로 송신하고, 상기 수신기로부터 상기 위치 정보를 수신하는 송수신부를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 위치를 추정하는 장치는, 송신기로부터 서로 다른 방향을 가지는 3개의 코일들을 통해 자기장 신호를 수신하는 수신부와, 상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 측정하고, 상기 수신 신호 세기를 근거로 상기 송신기의 위치를 추정하는 제어부와, 상기 추정된 위치에 대한 정보를 상기 송신기로 송신하는 송신부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에서 단말의 방향에 따라 계산된 거리에 대한 정보를 그래프로 나타낸 도면,
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP가 단말의 방향에 따라 자기장 신호를 수신하는 일 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에서 실내에 존재하는 천정에 3개의 코일들이 부착되는 일 예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 AP에서 단말로부터 수신된 자기장 신호를 보정하여 RSSI를 측정한 경우에 거리에 대한 정보에 오차가 발생될 확률을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 송신기가 위치를 추정하는 방법을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 위치를 추정하는 방법을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에서 위치를 추정하는 세부 장치 구성을 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에 코일이 연결되는 실시 예들을 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기에서 위치를 추정하는 세부 장치 구성을 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명의 주요한 요지는 송신기 및 수신기 각각에서 코일을 이용하여 자기장 신호를 송수신 하고, 상기 수신기에서 자기장 신호의 수신 신호 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 근거로 단말(즉 송신기)의 위치를 추정하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 단말의 위치 추정 방법 및 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 구성을 보이고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은 단말(100), AP(300) 및 서버(500)를 포함한다. 여기서 상기 단말(100)은 송신기로 구현되고, 상기 AP(300)와 서버(500)는 하나의 유닛으로써 수신기로 구현될 수 있다.
상기 단말(100)은 내부의 송신 모듈에 자기장 신호를 발생시키는 하나의 코일(inductor)을 포함한다. 여기서, 상기 코일은 근거리 필드 통신(Near Field Communication, NFC) 및 무선 전력 송신(Wireless Power Transfer, WPT) 용으로 사용되고, 데이터 통신 수단(일 예로, 와이-파이(Wi-fi), 블루투스(Blutooth) 및 셀룰러(cellular))와 특정 주파수 f0에서 공진한다. 여기서 상기 단말(100)은 셀룰러 폰과 같이 데이터 및 음성 통신이 가능한 단말이거나 위치 추정만을 전용으로 수행하는 단말(일 예로, 태그(tag) 형태의 단말)일 수 있다.
상기 단말(100)은 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출하면, 코일에서 발생되는 자기장 신호를 AP(300)로 송신한다.
이때, 상기 단말(100)은 미리 설정된 정보에 따라 상기 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출할 수 있다. 일 예로, 상기 단말(100)에서 위치 추정이 요구되는 특정 앱(app)이 실행되거나 특정 장소에 진입하였음을 인식한 경우 상기 단말(100)은 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출할 수 있다. 다른 예로, 상기 단말(100)이 위치 추정만을 위한 태그 형태의 단말인 경우 일정 주기마다 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출할 수 있다.
그리고 단말(100)은 상기 AP(300)에게 상기 송신한 자기장 신호가 자신의 것임을 알리기 위하여, 일 예로 상기 자기장 신호를 상기 AP(300)로 송신함과 동시에 상기 단말(100)의 식별자에 대한 정보도 상기 AP(300)로 송신할 수 있다. 다른 예로, 단말(100)은 상기 자기장 신호를 송신하기 이전에 상기 단말(100)의 식별자에 대한 정보를 상기 AP(300)로 송신하고, 상기 AP(300)로부터 신호 송신 요청을 받으면 상기 자기장 신호를 상기 AP(300)로 송신할 수 있다. 또한 AP(300)에서 단말(100)을 식별하는 방법은 상기 방법 이외에 다른 방법으로 식별될 수 있음은 물론이다.
상기 AP(300)는 서로 다른 방향을 가지는 3개의 코일들을 통해 상기 단말(100)로부터 자기장 신호를 수신한다. 여기서 상기 3개의 코일들 각각은, x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 하나의 방향을 가진다. 특히 상기 3개의 코일들 중 하나의 코일은 나머지 2개의 코일들과 서로 직교하는 방향을 가진다. 그리고 상기 3개의 코일들은 모두 AP(300)의 내부에 포함되어 있거나 외부와 연결(즉, 부착)되어 있을 수 있고, 3개의 코일들 중 일부만 내부에 포함되어 있거나 외부와 연결되어 있을 수 있다.
그리고 상기 AP(300)는 각 방향에서 수신된 자기장 신호들을 근거로 상기 단말(100)로부터 수신된 자기장 신호의 RSSI를 측정한다. 일 예로, 상기 AP(300)는 아래 <수학식 1>과 같이 각 방향에서 수신된 자기장 신호들을 근거로 RSSI를 측정할 수 있다.
<수학식 1>
Figure pat00001
상기 <수학식 1>에서 HR은 단말(100)로부터 수신된 자기장 신호의 RSSI이고, Hx는 x축 방향의 코일을 통해 수신된 신호이고, Hy는 y축 방향의 코일을 통해 수신된 신호이고, Hz는 z축 방향의 코일을 통해 수신된 신호이다.
그리고 AP(300)는 상기 측정된 RSSI에 대한 정보를 서버(500) 또는 단말(100)로 송신한다. 이때, 상기 단말(100)이 AP(300)로부터 RSSI에 대한 정보를 수신하는 경우, 서버(500)와 동일한 방법으로 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다.
상기 서버(500)는 상기 AP(300)로부터 상기 측정된 RSSI에 대한 정보를 수신하고, 수신된 RSSI에 대한 정보에 따라 상기 단말(100)과 AP(300)간의 거리를 계산한다. 그리고 서버(500)는 상기 계산된 거리에 대한 정보와 내장된 지도(map)에 대한 정보를 이용하여 상기 단말(100)의 위치를 추정한다. 여기서 상기 서버(500)는 상기 단말(100)의 위치 추정 시, 상기 AP(300) 이외의 다른 AP로부터 수신된 위치 추정을 위한 정보를 이용하여 보다 정확히 상기 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다. 그리고 상기 서버(500)는 상기 추정된 단말(100)의 위치에 대한 정보를 단말(100)로 송신한다.
한편, 상기 AP(300)에서 <수학식 1>로부터 측정된 RSSI에 대한 정보는 상기 AP(300)와 상기 단말(100)간의 방향이 고려되지 않은 정보이다. 만약 상기 서버(500)에서 상기 AP(300)와 상기 단말(100)간의 방향이 고려되지 않은 RSSI에 대한 정보를 이용하여 상기 AP(300)와 상기 단말(100)간의 거리를 계산하는 경우, 계산된 거리에 오차가 발생될 수 있다.
일 예로, 도 2는 본 발명의 실시 예에서 단말의 방향에 따라 계산된 거리에 대한 정보를 그래프로 보이고 있는 것이다. 도 2를 참조하면, 단말의 방향(theta)을 변경하여 상기 AP(300)와 상기 단말(100)간의 거리를 계산하면, 단말의 방향에 따라 최대 13 %의 거리 오차가 발생될 수 있음을 확인할 수 있다. 이에 위치 추정에 대한 정확도를 높이기 위하여, 본 발명의 실시 예에서는 AP(300)에서 단말(100)과 AP(300)간의 방향을 고려하여 RSSI를 측정하는 방법 및 장치에 대하여 제안한다.
일 예로, 실내 환경에서 자기장 신호가 투과될 수 없는 물체로는 천정 및 바닥이 있을 수 있다. 이 경우, AP(300)는 단말(100)이 송신한 자기장 신호를 그대로 수신하지 못하고, 상기 AP(300)가 설치된 천정 또는 바닥에 의해 변형된(즉, 간섭 신호가 포함된) 자기장 신호를 수신할 수 있다. 즉, 도 3 및 도 5와 같이, 동일한 단말(100)이나 AP(300)와 연결되는 방향이 다른 경우, AP(300)에서는 단말(100)의 방향에 따라 다른 자기장 신호가 수신될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP가 단말의 방향에 따라 자기장 신호를 수신하는 일 예를 보이고 있다.
도 3을 참조하면, 실내에서 단말(100)이 천정과 수직으로 위치한 경우 단말(100)의 자기장 신호는 XY평면을 통해 AP(300)로 송신되므로, AP(300)에는 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호가 XY평면을 통해 수신될 수 있다. 이 경우 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호는 Z축 평면을 통하지 않으므로 천정에 의한 간섭을 일정 임계값 이상 받지 않는다. 이로부터 단말(100)이 천정과 수직으로 위치한 경우, AP(300)에는 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호에서 변형율이 낮은 자기장 신호가 수신될 수 있다. 이에 따라 AP(300)는 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호와 거의 동일한 변형율이 낮은 자기장 신호를 이용하여 RSSI를 계산하므로, 결과적으로 RSSI를 근거로 계산된 거리에 대한 정보에서 오차가 발생될 확률은 도 4와 같이 일정 임계값보다 낮게 발생하게 된다.
반면, 도 5를 참조하면, 실내에서 단말(100)이 천정과 평면으로 위치한 경우 단말(100)의 자기장 신호는 XZ 평면 및 YZ 평면을 통해 AP(300)로 송신되므로, AP(300)에는 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호가 XZ 평면 및 YZ 평면을 통해 수신될 수 있다. 이 경우 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호는 Z축 평면을 통과하므로 천정에 의한 간섭을 일정 임계값 이상 받게 된다. 이로부터 단말(100)이 천정과 평행으로 위치한 경우, AP(300)에는 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호에서 변형율이 높은 자기장 신호가 수신될 수 있다. 따라서, AP(300)는 단말(100)로부터 송신된 자기장 신호에서 변형율이 높은 자기장 신호를 이용하여 RSSI를 계산하므로, 결과적으로 RSSI를 근거로 계산된 거리에 대한 정보에서 오차가 발생될 확률은 도 6과 같이 일정 임계값보다 높게 발생하게 된다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 AP(300)는 단말(100)로부터 수신한 자기장 신호를 상기 단말(100)이 송신한 자기장 신호와 동일하게 보정한 후, RSSI를 측정하여야만 단말(100)의 정확한 위치를 추정할 수 있다.
이를 위해, 이하에서는 실내에 존재하는 천장에 3개의 코일들이 부착되는 일 예를 설명하고, AP(300)에서 수신된 자기장 신호를 보정하여 RSSI를 계산하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에서 실내에 존재하는 천정에 3개의 코일들이 부착되는 일 예를 보이고 있다. 도 7의 실시 예에서는 3개의 코일들이 천정에 부착되어 있음을 가정하였으나, 바닥에 부착되어 있는 경우에도 본 발명의 실시 예가 적용될 수 있음은 물론이다.
도 7을 참조하면, x축 방향의 코일(701)과 y축 방향의 코일(703)은 AP(300)의 내부에 포함되고, z축 방향의 코일(705)은 AP(300)의 외부와 연결될 수 있다.
상세하게, z축 방향의 코일(705)은 천정의 타일(tile) 크기를 가지는 z축 방향의 시트(sheep) 타입 코일로, AP(300)보다 큰 면적을 차지하도록 구성할 수 있다. 그리고 상기 z축 방향의 코일(705)은 천정 타일에 포함되어 설치되거나 타일 표면에서 투명 시트로 설치될 수 있다. 다른 예로, 상기 z축 방향의 코일(705)은 천정에 부착된 페라이트(ferrite) 시트에 부착될 수 있다.
그리고 AP(300)의 내부에 포함된 x축 방향의 코일(701)과 y축 방향의 코일(703)은 직교(orthogonal)한 두 개의 페라이트 로드(rod) 각각에 설치된다.
도 7의 실시 예와 같이 구성된 3개의 코일들을 이용하여 상기 AP(300)는 단말(100)로부터 자기장 신호를 수신할 수 있다.
상기 기재한 바와 같이, AP(300)는 단말(100)로부터 수신된 자기장 신호가 변형된 것일 수도 있음을 고려하여, 단말(100)로부터 수신된 자기장 신호를 보정한 후 RSSI를 측정한다.
일 예로, 본 발명의 실시 예에 따른 AP(300)는 아래 <수학식 2>와 같이 z축 방향의 코일로부터 수신된 신호를 보정하기 위하여 z축 방향의 코일로부터 수신된 신호에 특정 위치로부터 상기 AP가 설치되어 있는 위치에 대한 높이 정보(h)를 반영하여 RSSI를 측정할 수 있다. 여기서 상기 특정 위치는 일 예로 바닥에 해당하는 위치일 수 있다.
<수학식 2>
Figure pat00002
상기 <수학식 2>에서 Hmodified는 AP(300)에서 보정된 자기장 신호에 대한 RSSI이고, k(h)는 높이 정보(h)에 따른 실증 값(empirical value)로, AP(300)가 설치되는 장소에 따라 다르게 설정된다.
다른 예로, 본 발명의 실시 예에 따른 AP(300)가 단말(100)로부터 단말(100)과 AP(300)간의 방향에 대한 방향 정보(즉, 각도)를 수신한 경우, 상기 AP(300)는 아래 <수학식 3>과 같이 특정 위치로부터 상기 AP(300)가 설치되어 있는 위치에 대한 높이 정보(h)와 단말(100)의 방향에 대한 정보를 이용하여 단말(100)로부터 수신된 자기장 신호를 보정할 수 있다.
<수학식 3>
Figure pat00003
상기 <수학식 3>에서 Hreceived는 단말(100)로부터 수신된 자기장 신호에 대한 RSSI이고, Hmodified는 AP(300)에서 보정된 자기장 신호에 대한 RSSI이다.
상기 설명한 바와 같이 AP(300)에서 <수학식 2> 및 <수학식 3>을 이용하여 단말(100)로부터 수신된 자기장 신호를 보정하여 RSSI를 측정한 경우 계산된 거리에 대한 정보에 오차가 발생될 확률을 도 8에 도시하였다. 도 8을 참조하면, 상기 <수학식 2> 및 <수학식 3>로부터 측정된 RSSI에 대한 정보를 이용하면, 서버(500) 계산된 거리에 대한 정보에서 오차가 발생된 확률이 도 6보다 낮음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 송신기가 위치를 추정하는 방법을 보이고 있다. 도 9에서 송신기는 상기 위치 추정을 요청하는 단말(100)에 해당된다.
도 9를 참조하면, 송신기는 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출한다(901). 일 예로, 상기 송신기는 송신기에서 위치 추정이 요구되는 특정 앱이 실행되거나 특정 장소에 진입하였음을 인식한 경우 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출할 수 있다. 다른 예로, 상기 송신기가 위치 추정만을 위한 태그 형태의 단말인 경우 상기 송신기는 일정 주기마다 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출할 수 있다.
그리고 상기 송신기는 코일에서 발생되는 자기장 신호를 수신기로 송신한다(903). 이때, 상기 송신기는 상기 수신기에게 상기 송신한 자기장 신호가 자신의 것임을 알리기 위하여, 일 예로 상기 자기장 신호를 상기 수신기로 송신함과 동시에 상기 송신기의 식별자에 대한 정보도 상기 수신기로 송신할 수 있다. 다른 예로, 송신기는 상기 자기장 신호를 송신하기 이전에 상기 송신기의 식별자에 대한 정보를 상기 수신기로 송신하고, 상기 수신기로부터 신호 송신 요청을 받으면 상기 자기장 신호를 상기 수신기로 송신할 수 있다. 또한 수신기에서 송신기를 식별하는 방법은 상기 방법 이외에 다른 방법으로 식별될 수 있음은 물론이다.
이후 상기 송신기는 수신기로부터 RSSI에 대한 정보 또는 위치에 대한 정보가 포함된 응답 메시지를 수신한다(905). 그리고 상기 송신기는 상기 응답 메시지에 RSSI에 대한 정보가 포함되어 있는지 확인한다(907). 만약 상기 송신기는 상기 응답 메시지에 RSSI에 대한 정보가 포함되어 있지 않은 경우(즉, 위치에 대한 정보가 포함되어 있는 경우), 상기 응답 메시지에 포함된 위치에 대한 정보를 확인한다(909). 반면, 상기 송신기는 상기 응답 메시지에 RSSI에 대한 정보가 포함되어 있는 경우, 상기 응답 메시지에 포함된 RSSI에 대한 정보를 확인하고 상기 RSSI에 대한 정보를 근거로 상기 송신기와 상기 수신기 간의 거리를 계산하고, 내부에 저장된 지도를 이용하여 계산된 거리에 대한 정보에 따라 위치를 추정할 수 있다(911).
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 위치를 추정하는 방법을 보이고 있다. 여기서 상기 수신기는 상기 위치 추정에 대한 요청을 수신하는 AP(300) 및 서버(500)에 해당된다.
도 10을 참조하면, 상기 수신기는 송신기로부터 위치 추정을 요청하는 자기장 신호를 수신한다(1001). 여기서 상기 자기장 신호는 수신기의 내부 및 외부에 포함된 3개의 코일들을 통해 수신되거나, 별도의 인프라(infra) 장치(일 예로, 국지(localization)용 비콘(beacon))에 포함된 3개의 코일들로부터 무선으로 수신될 수 있다.
그러면 상기 수신기는 상기 <수학식 2> 또는 <수학식 3>을 이용하여 자기장 신호에 대한 RSSI를 측정한다(1003). 여기서 상기 <수학식 2> 및 <수학식 3>에서 요구되는 정보(즉, 높이 정보 및 방향 정보 중 적어도 하나의 정보)는 상기 수신기에서 상기 송신기로부터 이미 수신하였음을 가정하기로 한다.
이후, 상기 수신기는 통신 시스템의 설정 정보에 따라 상기 측정된 RSSI에 대한 정보를 송신기로 송신할 것인지를 결정한다(1005). 만약 상기 수신기는 상기 측정된 RSSI에 대한 정보를 송신기로 송신하기로 결정한 경우, 상기 측정된 RSSI에 대한 정보를 포함하는 응답 메시지를 상기 송신기로 송신한다(1009). 반면 상기 수신기는 상기 측정된 RSSI에 대한 정보를 송신기로 송신하지 않기로 결정한 경우, 상기 측정된 RSSI에 대한 정보를 근거로 상기 송신기와 상기 수신기 간의 거리를 계산한다(1009). 그리고 상기 수신기는 내부 저장된 맵에서 상기 계산된 거리에 따른 송신기의 위치를 추정한다(1011). 이에 따라 상기 수신기는 상기 추정된 위치에 대한 정보를 포함하는 응답 메시지를 상기 송신기로 송신할 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 실시 예에 따른 수신기와 송신기 간의 위치 추정 과정은 위치 서비스에 대한 종료 이벤트가 검출된 경우 또는 상기 단말이 특정 장소를 이탈할 경우 종료될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에서 위치를 추정하는 세부 장치 구성을 보이고 있다.
도 11을 참조하면, 송신기는 위치를 추정하기 위하여, 송신부(1111), 수신부(1113), 제어유닛(1130), 입력부(1151), 출력부(1153), 저장 유닛(1170) 및 신호 생성 유닛(1190)을 포함한다. 여기서 상기 송신부(1111)와 수신부(1113)는 하나의 송수신 유닛(1110)으로 구성될 수 있고, 상기 입력부(1151) 및 출력부(1153)도 하나의 입출력 유닛(1150)으로 구성될 수 있다.
먼저, 상기 신호 생성 유닛(1190)은 본 발명의 실시 예에 따른 1축을 가지는 코일을 포함한다. 일 예로, 도 12에 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에 코일이 연결되는 실시 예들을 도시하였다.
도 12를 참조하면, 상기 코일(1201)은 송신기의 외부에 구성된 메탈 프레임(Metal Frame)(1203)의 내부(a, b, c)에 포함된다. 그리고 상기 코일(1201)은 코일(1201)의 면적을 증가시키기 위하여 (b)와 같이 코일(1201)의 일부분을 메탈 프레임(1203)에 연결시킬 수 있다. 또한 송신기의 코일(1201)에서 생성된 자기장 신호가 수신기로 정확하게 송신될 수 있도록 상기 신호 생성 유닛(1190)에는 캐패시터(capacitor, 1205)가 더 포함될 수 있다. 상기 캐패시터(1205)는 (c)에서와 같이 메탈 프레임에 연결되어 리피터 공진기(repeater resonator)로 동작하여, 코일과 동일한 주파수(F0)에 공진 루프(loop)를 형성한다.
상기 입력부(1151)는 본 발명의 실시 예에서 위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출한다. 그리고 입력부(1151)는 송신기와 수신기간의 각도를 측정하기 위한 자이로 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어 유닛(1130)는 송신기의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신기에서 위치를 추정하는 동작에 관련된 동작을 제어한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에서 위치를 추정하는 동작에 관련된 동작에 대해서는 도 1 및 도 9에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 송신부(1111)는 상기 제어 유닛(1130)의 제어에 따라 송신기로 각종 신호 및 각종 메시지들을 송신한다. 여기서, 상기 송신부(1111)가 송신하는 각종 신호 및 각종 메시지들은 도 1 및 도 9에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 상기 수신부(1113)는 상기 제어 유닛(1130)의 제어에 따라 송신기로부터 각종 신호 및 각종 메시지들을 수신한다. 여기서, 상기 수신부(1113)가 수신하는 각종 신호 및 각종 메시지들은 도 1 및 도 9에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 저장 유닛(1170)은 상기 제어 유닛(1130)의 제어에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에서 위치를 추정하는 동작에 관련된 프로그램과 각종 정보 등을 저장한다.
상기 출력 유닛(1153)는 상기 제어 유닛(1130)의 제어에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에서 위치를 추정하는 동작에 관련된 각종 신호 및 각종 메시지들을 출력한다. 여기서, 상기 출력 유닛(1153)이 출력하는 각종 신호 및 각종 메시지들은 도 1 및 도 9에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 도 11에는 송신기가 상기 송수신 유닛(1110)과, 제어 유닛(1130)과, 입출력 유닛(1150), 저장 유닛(1170) 및 신호 생성 유닛(1190)과 같이 별도의 유닛들과 구현된 경우가 도시되어 있으나, 상기 송신기가 상기 송수신 유닛(1110)과, 제어 유닛(1130)과, 입출력 유닛(1150), 저장 유닛(1170) 및 신호 생성 유닛(1190) 중 적어도 두 개가 통합된 형태로 구현 가능함은 물론이다. 또한, 상기 송신기는 1개의 프로세서로 구현될 수도 있음은 물론이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기에서 위치를 추정하는 세부 장치 구성을 보이고 있다.
도 13을 참조하면, 수신기는 송신기로부터 자기장 신호를 수신하여 송신기의 위치를 추정하기 위하여, 제어 유닛(1310), 저장 유닛(1330), 송신부(1351) 및 수신부(1353)를 포함한다. 여기서 상기 송신부(1351) 및 수신부(1353)는 하나의 송수신 유닛(1350)으로 구성될 수 있다.
상기 제어 유닛(1310)는 수신기의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기에서 위치를 추정하는 동작에 관련된 동작을 제어한다. 본 발명의 실시 예에 따른 수신기에서 위치를 추정하는 동작에 관련된 동작에 대해서는 도 1 및 도 10에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 송신부(1351)는 상기 제어 유닛(1310)의 제어에 따라 수신기로 각종 신호 및 각종 메시지들을 송신한다. 여기서, 상기 송신부(1351)가 송신하는 각종 신호 및 각종 메시지들은 도 1 내지 도 10에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 상기 수신부(1353)는 상기 제어 유닛(1310)의 제어에 따라 상기 송신기로부터 각종 신호 및 각종 메시지들을 수신한다. 상기 수신부(1353)가 수신하는 각종 신호 및 각종 메시지들은 도 1 및 도 10에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 저장 유닛(1330)은 상기 제어 유닛(1310)의 제어에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에서 위치를 추정하는 동작에 관련된 프로그램과 각종 정보 등을 저장한다. 또한, 상기 저장 유닛(1330)은 상기 수신부(1353)가 상기 송신기로부터 수신한 각종 신호 및 각종 메시지들을 저장한다.
한편, 도 13에는 수신기가 상기 송수신 유닛(1350)과, 제어 유닛(1310)과, 저장 유닛(1330)과 같이 별도의 유닛들과 구현된 경우가 도시되어 있으나, 상기 수신기는 상기 송수신 유닛(1350)과, 제어 유닛(1310)과, 저장 유닛(1330) 중 적어도 두 개가 통합된 형태로 구현 가능함은 물론이다. 또한, 상기 송신기는 1개의 프로세서로 구현될 수도 있음은 물론이다.
따라서 송신기는 수신기로부터 본 발명의 실시 예에 따라 정확하게 추정된 위치 정보를 근거로 하는 위치 기반 서비스 정보를 제공받을 수 있다. 여기서 상기 위치 기반 서비스로는 내부 네비게이션(Indoor Navigation) 서비스, 위치기반 광고 서비스, 상품 정보 서비스, 지인 찾기 서비스 및 미아(조난자) 위치 찾기 서비스 등이 있다. 또한 송신기가 태그로 구성된 경우 본 발명의 실시 예에 따른 수신기는 상기 송신기를 관리하는 관리자 단말로 물건 관리(Asset management) 서비스 및 직원관리를 위한 위치 기반 서비스등을 효율적으로 제공할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (28)

  1. 통신 시스템에서 송신기가 위치를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 송신기가 포함하는 하나의 코일로부터 발생되는 자기장 신호를 수신기로 송신하는 과정과,
    상기 수신기로부터 상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 기반으로 추정된 위치 정보를 수신하는 과정을 포함하는 위치 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기는,
    상기 자기장 신호가 서로 다른 방향을 가지는 3개의 코일들을 통해 수신되어 측정된 것임을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기는,
    특정 위치로부터 상기 수신기가 설치되어 있는 위치에 대한 높이 정보를 기반으로 측정된 것임을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기는,
    상기 수신기와 지면 간의 방향에 대한 정보를 기반으로 측정된 것임을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 3개의 코일들 중 하나의 코일은 나머지 2개의 코일들과 서로 직교하는 방향을 가짐을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 송신하는 과정은,
    위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출하는 경우 상기 송신기가 포함하는 하나의 코일로부터 발생되는 자기장 신호를 상기 수신기로 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기의 식별 정보를 송신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 신호는,
    상기 코일과 캐패시터로부터 발생된 신호임을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  9. 통신 시스템에서 수신기가 위치를 추정하는 방법에 있어서,
    송신기로부터 서로 다른 방향을 가지는 3개의 코일들을 통해 자기장 신호를 수신하는 과정과,
    상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 측정하는 과정과,
    상기 수신 신호 세기를 근거로 상기 송신기의 위치를 추정하는 과정과,
    상기 추정된 위치에 대한 정보를 상기 송신기로 송신하는 과정을 포함하는 위치 추정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기를 측정하는 과정은,
    특정 위치로부터 상기 수신기가 설치되어 있는 위치에 대한 높이 정보를 기반으로 상기 수신 신호 세기를 측정하는 과정임을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기를 측정하는 과정은,
    상기 수신기와 지면 간의 방향에 대한 정보를 기반으로 상기 수신 신호 세기를 측정하는 과정임을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 3개의 코일들 중 하나의 코일은 나머지 2개의 코일들과 서로 직교하는 방향을 가짐을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신기의 식별 정보를 수신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 자기장 신호는,
    상기 송신기에 포함된 코일과 캐패시터로부터 발생된 신호임을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  15. 통신 시스템에서 송신기가 위치를 추정하는 장치에 있어서,
    상기 송신기가 포함하는 하나의 코일로부터 발생되는 자기장 신호를 수신기로 송신하도록 제어하고, 상기 수신기로부터 수신된 상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 기반으로 추정된 위치 정보를 확인하는 제어부와,
    상기 자기장 신호를 상기 수신기로 송신하고, 상기 수신기로부터 상기 위치 정보를 수신하는 송수신부를 포함하는 위치 추정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기는,
    상기 자기장 신호가 서로 다른 방향을 가지는 3개의 코일들을 통해 수신되어 측정된 것임을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기는,
    특정 위치로부터 상기 수신기가 설치되어 있는 위치에 대한 높이 정보를 기반으로 측정된 것임을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기는,
    상기 수신기와 지면 간의 방향에 대한 정보를 기반으로 측정된 것임을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 3개의 코일들 중 하나의 코일은 나머지 2개의 코일들과 서로 직교하는 방향을 가짐을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 제어부는,
    위치 추정을 요청하는 이벤트를 검출하는 경우 상기 송신기가 포함하는 하나의 코일로부터 발생되는 자기장 신호를 상기 수신기로 송신하도록 제어함을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 송수신부는,
    상기 송신기의 식별 정보를 송신함을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 자기장 신호는,
    상기 코일과 캐패시터로부터 발생된 신호임을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  23. 통신 시스템에서 수신기가 위치를 추정하는 장치에 있어서,
    송신기로부터 서로 다른 방향을 가지는 3개의 코일들을 통해 자기장 신호를 수신하는 수신부와,
    상기 자기장 신호의 수신 신호 세기를 측정하고, 상기 수신 신호 세기를 근거로 상기 송신기의 위치를 추정하는 제어부와,
    상기 추정된 위치에 대한 정보를 상기 송신기로 송신하는 송신부를 포함하는 위치 추정 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제어부는,
    특정 위치로부터 상기 수신기가 설치되어 있는 위치에 대한 높이 정보를 기반으로 상기 수신 신호 세기를 측정함을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 수신기와 지면 간의 방향에 대한 정보를 기반으로 상기 수신 신호 세기를 측정함을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 3개의 코일들 중 하나의 코일은 나머지 2개의 코일들과 서로 직교하는 방향을 가짐을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 수신부는,
    상기 송신기의 식별 정보를 수신함을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 자기장 신호는,
    상기 송신기에 포함된 코일과 캐패시터로부터 발생된 신호임을 특징으로 하는 위치 추정 장치.
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