KR20170124881A - 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치 및 방법 - Google Patents

가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치 및 방법이 제공된다. 실내 위치 인식 방법은 복수의 발광 다이오드 - 상기 복수의 발광 다이오드에 포함된 각각의 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 각각 발생시키도록 구성됨 - 로부터의 가시광 신호를 수신하는 단계와 상기 수신된 가시광 신호에 상기 상이한 직교 코드들을 적용함으로써 상기 복수의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는 단계, 그리고 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 상기 측위 지점의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 따라서, 대역폭의 제한없이 넓은 장소에서 사용할 수 있고 위치 인식 정확도를 개선할 수 있으며, SNR 를 증가시켜 신호의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치 및 방법{AN APPARATUS FOR INDOOR POSITIONING USING VISIBLE LIGHT COMMUNICATION AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 실내 위치 인식 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가시광 통신을 이용하여 실내에서 위치를 인식하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 실내에서의 일상생활이 증가함에 따라, 주로 실외 공간을 대상으로 제공되던 위치 인식 서비스는 그 범위를 실내 위치 인식 서비스까지 넓히고 있다. 실내 위치 인식 시스템을 기반으로 하는 실내 위치 기반 서비스는 스마트폰과 같은 휴대용 첨단기기의 대중화와 다양한 기술의 융복합을 통해 보다 확산될 수 있다.
실내 위치 인식 시스템은 실내 공간이라는 특징으로 인해 실외 위치 인식 시스템에 비해 여러 가지 제약을 가진다. 가장 대표적인 제약으로는 실내 공간에서는 위성 기반의 위치 인식 시스템이 사용될 수 없다. 따라서 이를 대체하는 다양한 형태의 위치 인식 기술을 필요로 한다. 또한, 이미 대중화된 실외 위치 인식 시스템에 비해 실내 위치 인식 시스템을 활용하기 위한 인프라 및 관련 기술도 아직 많이 부족하다.
기존의 실내 위치 인식 시스템으로는 Wi-Fi AP, Bluetooth beacon, 카메라를 이용한 랜드마크 인식 등이 있다. 하지만, 상기 제시된 위치 인식 시스템들은 새로운 인프라를 구축해야 하고 고가의 센서를 사용해야만 하는 단점이 있다. 이러한 상황에서 가시광을 이용한 데이터 통신 연구가 활성화됨에 따라 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템이 검토되었다. 가시광 통신은 2003년 일본 게이오 대학에서 처음 연구가 시작되어 빛의 직진성에 의한 우수한 보안성과 비 간섭성, 그리고 발광 다이오드 (LED) 의 저전력이라는 장점을 기반으로 기존의 RF 통신의 단점을 보완할 수 있는 새로운 통신 시스템으로 대두하고 있다.
한국 공개특허공보 제2014-0084842호 ("VLC 를 이용한 실내위치 인식 시스템 및 그 방법", 건국대학교 산학협력단)
가시광을 이용한 위치 인식 시스템은 기존의 LED 광원을 기반으로 인프라를 구축할 수 있어서 설치 비용을 절감할 수 있어 실내 위치 인식 시스템의 차세대 주자로 주목받았다. 하지만, 기존의 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템은 여러 가지 제약으로 인해 사용되기 어려웠다. 각각의 송신기의 고유 주파수로 인한 대역폭의 한계로 인해 넓은 장소에서 사용되기 어려울뿐더러 위치 인식의 정확도 또한 한계가 있었다.
구체적으로, 기존의 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템은 각각의 광 송신기, 즉 LED 마다 고유의 주파수를 가지며 수신기 측에서 각 송신기의 고유 주파수를 감지하여 송신기의 위치를 특정한다. 하지만, 각각의 송신기마다 고유 주파수를 사용함에 따라 대역폭의 제한으로 인해 넓은 장소에서 많은 수의 송신기가 필요로 할 때 사용되기 어렵고, 마찬가지로 위치 인식의 정확도를 높이기 위해 많은 수의 송신기를 사용하기도 어렵다.
또한, 고유 주파수를 감지할 수신기로써 카메라와 같은 영상 장치를 사용할 경우에는 고유 주파수를 감지한 후 추가적인 이미지 처리 과정을 요구하기 때문에 회로와 시스템의 복잡성과 비용이 늘어나게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 각각의 발광 다이오드가 고유의 주파수를 가질 필요가 없도록 함으로써 대역폭의 제한으로 인해 넓은 장소에서 사용되기 힘든 문제를 해결하고 위치 인식의 정확도를 개선할 수 있는 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 각각의 발광 다이오드가 고유의 주파수를 가질 필요가 없도록 함으로써 대역폭의 제한으로 인해 넓은 장소에서 사용되기 힘든 문제를 해결하고 위치 인식의 정확도를 개선할 수 있는 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법은, 복수의 발광 다이오드 - 상기 복수의 발광 다이오드에 포함된 각각의 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 각각 발생시키도록 구성됨 - 로부터의 가시광 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 가시광 신호에 상기 상이한 직교 코드들을 적용함으로써 상기 복수의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 상기 측위 지점의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 위치를 결정하는 단계는, 적어도 3 개의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 삼변측량 (trilateration) 을 수행함으로써 상기 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 위치를 결정하는 단계 이전에, 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 기반으로 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 발광 다이오드를 식별하는 단계는, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값이 0 이 아니라는 결정에 응답하여 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 나타낼 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 가시광 신호의 세기와 거리 상수의 곱을 나타낼 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 복수의 발광 다이오드의 각각의 발광 다이오드는 동일한 주파수의 가시광 신호를 발생시킬 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리 d 는 하기의 수학식을 기반으로 측정될 수 있다.
Figure pat00001
단, 여기서 n 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 방사 로브 상수, PS 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 파워, PR 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워, AR 은 상기 가시광 신호를 수신하는 수신부의 면적, h 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드가 설치된 높이를 나타낸다.
일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값인 illuminance 를 나타내고, 상기 illuminance 는 하기의 수학식을 기반으로 측정될 수 있다.
Figure pat00002
단, 여기서 decoded signal 은 상기 가시광 신호를 수신하는 수신부에서 감지된 신호, ts는 샘플링 시간, fm 은 변조된 주파수, ns 는 1/fm 동안 샘플링된 회수, AVCC 는 상기 측위 지점의 위치를 결정하는 연산부의 입력 전압, ADC resolution 은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 경우의 분해도, C1 은 상기 수신부에서 수신한 가시광 신호의 세기에 따라 출력되는 전압의 비율을 나타낸다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치는, 복수의 발광 다이오드 - 상기 복수의 발광 다이오드에 포함된 각각의 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 각각 발생시키도록 구성됨 - 로부터의 가시광 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 가시광 신호에 상기 상이한 직교 코드들을 적용함으로써 상기 복수의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는 식별부; 및 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 상기 측위 지점의 위치를 결정하는 연산부를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 연산부는, 적어도 3 개의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 삼변측량 (trilateration) 을 수행함으로써 상기 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 기반으로 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 식별부는, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용하고, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값이 0 이 아니라는 결정에 응답하여 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 나타낼 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 가시광 신호의 세기와 거리 상수의 곱을 나타낼 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 복수의 발광 다이오드의 각각의 발광 다이오드는 동일한 주파수의 가시광 신호를 발생시킬 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리 d 는 하기의 수학식을 기반으로 측정될 수 있다.
Figure pat00003
단, 여기서 n 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 방사 로브 상수, PS 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 파워, PR 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워, AR 은 상기 수신부의 면적, h 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드가 설치된 높이를 나타낼 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값인 illuminance 를 나타내고, 상기 illuminance 는 하기의 수학식을 기반으로 측정될 수 있다.
Figure pat00004
단, 여기서 decoded signal 은 상기 가시광 신호를 수신하는 수신부에서 감지된 신호, ts는 샘플링 시간, fm 은 변조된 주파수, ns 는 1/fm 동안 샘플링된 회수, AVCC 는 상기 연산부의 입력 전압, ADC resolution 은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 경우의 분해도, C1 은 상기 수신부에서 수신한 가시광 신호의 세기에 따라 출력되는 전압의 비율을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법 및 장치에 따르면, 각각의 발광 다이오드가 고유의 주파수를 가질 필요가 없도록 함으로써 대역폭의 제한으로 인해 넓은 장소에서 사용되기 힘든 문제를 해결하고 위치 인식의 정확도를 개선할 수 있다. 즉, 각각의 발광 다이오드가 상이한 주파수를 사용하지 않아 수신부에서 같은 주파수의 코드들을 동시에 수신하더라도, 코드의 직교성에 의해 다시 분리할 수 있어 대역폭의 제한으로 인해 넓은 장소에서 사용되기 힘들다는 점과 위치 인식의 정확도 제한이라는 문제점들을 해결할 수 있다.
또한, 직교 코드를 사용하면 동일 시간 내에 수 배의 신호를 획득할 수 있으므로, SNR (Signal-to-Noise Ratio) 를 증가시켜 신호의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템의 개념도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법의 흐름도이다.
도 4 는 상기 도 3 의 발광 다이오드를 식별하는 단계의 상세 흐름도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 코드를 위해 사용될 수 있는 Weighing matrix 의 예시이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 코드를 위해 사용될 수 있는 하다마드 행렬의 예시이다.
도 7 은 본 발명에 따른 신호 파형의 송수신 과정의 예시도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드와 수신기의 시스템 파라미터에 대한 예시도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 인식 범위의 개념도이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드로부터의 신호의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 분리 실험 결과와 해당 경우의 SNR 을 나타낸다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 순서 위치를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템
전술한 바와 같이, 본 발명은 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템에 관한 것으로, 특히 기존 시스템의 대역폭 문제를 해결하는 직교 코드를 가시광 시스템에 적용하는 방법과 이를 이용한 실내 위치 인식 시스템에 관한 것이다.
가시광 위치 인식 시스템을 제외한 기존의 실내 위치 인식 시스템들을 활용하기 위해선 고가의 장비들을 이용하여 새로운 인프라를 구축해야 하는 반면에, 가시광 위치 인식 시스템을 사용하면 기존에 사용하던 발광 다이오드 (LED) 를 이용하여 인프라를 구축할 수 있어 비용을 절감할 수 있다. 하지만, 각각의 발광 다이오드가 고유의 주파수를 가져야 한다는 대역폭의 문제가 있었다. 이 문제점은 실내 위치 인식 시스템의 필요성과 정면으로 대치되었다. 위치 인식 시스템은 넓은 실내 공간에서 필요로 하는데 반해 이 문제점으로 인해 넓은 실내 공간에서는 사용할 수 없었고, 더욱이 실내 공간에서 사용되는 위치 인식이기 때문에 높은 위치 인식 정확도가 필수인데 마찬가지로 해당 문제점으로 인해 정확도의 제한이 있었다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템의 개념도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템은 복수의 발광 다이오드 (10) 와 위치 인식의 대상이 되는 실내 위치 인식 장치 (200) 을 포함할 수 있다. 실내 위치 인식 장치 (200) 는 복수의 발광 다이오드 (10) 로부터 송출되는 가시광 신호들을 수신할 수 있으며, 이를 통해 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다. 여기서, 상기와 같은 실내 위치 인식 장치 (200) 는 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 모바일 디바이스에 포함되거나, 일체로서 형성될 수 있다.
한편, 이러한 복수의 발광 다이오드 (10) 에 포함된 각각의 발광 다이오드는 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 대응되고, 가시광 신호에 각각의 직교 코드를 적용하여 송출할 수 있다. 실내 위치 인식 장치 (200) 는 복수의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호들이 통합된 형태로써 가시광 신호를 수신하고, 수신된 가시광 신호에 복수의 상이한 직교 코드들을 적용함으로써, 통합된 형태의 가시광 신호를 다시 분리하여 복수의 발광 다이오드들 중 어느 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호를 식별할 수 있다. 실내 위치 인식 장치 (200) 는 상기 식별된 어느 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 측정된 세기를 기반으로 측위 지점과 상기 어느 하나의 발광 다이오드 간의 거리를 결정할 수 있으며, 적어도 3 개의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 삼변측량 (trilateration) 을 수행함으로써 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템에 따르면 대역폭의 문제를 해결할 수 있다. 직교 코드를 사용함으로써 각각의 발광 다이오드는 고유의 주파수를 가질 필요가 없으므로 해당 시스템을 넓은 장소에서 사용 가능하며, 더 많은 수의 송신부, 즉 더 많은 수의 발광 다이오드를 설치하여 위치 인식의 정확도를 올릴 수도 있다. 더욱이 직교 코드를 사용하면 동시에 여러 개의 신호를 동시에 받게 되므로 SNR 또한 증가하여 신호의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 시스템에서는 삼변측량 (trilateration) 을 사용할 수 있다. 이는 광센서에서 이미지를 받아 처리하여 광원과의 거리를 측정하는 종래 가시광 통신을 이용한 위치 측위 방법과는 달리 별도의 이미지 처리 과정을 거칠 필요가 없고, 광센서에서 3개 이상의 광원에서 나오는 빛의 세기만 받으면 이를 이용해 실제 거리를 구한 후 삼변측량을 사용하여 거리를 측정할 수 있다. 따라서, 이미지 처리를 위한 추가적인 연산 장치나 메모리 장치가 필요하지 않아 비용 절감을 달성할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치와 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치
종래의 가시광 위치 인식 시스템은 각각의 송신부라 할 수 있는 광원, 즉 발광 다이오드에 고유의 주파수를 부가하고 카메라 모듈을 이용해서 감지한다. 그리고 고유의 주파수로 인해 나타나는 고유의 모양을 이미지 처리하여 위치를 인식하는 방식을 취하고 있다.
반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법에서는 직교 코드를 이용함으로써 각각의 발광 다이오드에 고유의 주파수를 부여할 필요없이 각 발광 다이오드들이 사용하는 주파수를 하나로 통일할 수 있다. 이러한 직교 코드는 Weighing matrix 를 이용하거나 일반적인 4배수 차수인 하다마드 행렬 (Hadamard matrix) 을 이용하여 만들 수 있다. 다만, 여기서 광원으로 발광 다이오드를 사용하기 때문에 이용되는 주파수는 사람 눈의 인식 범위인 200Hz 보다는 커야 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이하, 도 2 를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기사광을 이용한 실내 위치 인식 장치에 대해서 보다 상세히 설명한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치 (200) 는 수신부 (210), 식별부(220), 측정부(230) 및 연산부(240) 를 포함할 수 있다.
복수의 발광 다이오드 (10) 에 포함된 각각의 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 각각 발생시키도록 구성된다. 실내 위치 인식 장치 (200) 의 수신부 (210) 는 복수의 발광 다이오드 (10) 들로부터의 각각의 가시광 신호들이 송신하는 가시광 신호들이 통합된 형태로서, 가시광 신호를 수신할 수 있다.
이어서, 식별부 (220) 는 수신된 가시광 신호에 상기 복수의 발광 다이오드 (10) 의 각각의 발광 다이오드들이 송신하는 가시광 신호에 적용된 상이한 직교 코드들을 적용함으로써, 상기 복수의 발광 다이오드 중 상기 실내 위치 인식 장치 (200) 의 수신부 (210) 가 가시광 신호를 수신하고 있는 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별할 수 있다.
측정부 (230) 는 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 기반으로 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와, 위치 인식의 대상이 되는 측위 지점 사이의 거리를 측정할 수 있다.
연산부 (240) 는 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다. 여기서, 연산부 (240) 는 적어도 3개의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 삼변측량 (trilateration) 을 수행함으로써 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 위치 인식 장치 (200) 에 적용될 수 있는 직교 코드에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 먼저, Weighing matrix와 하다마드 행렬의 직교성에 대한 이해가 필요하다. 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 코드를 위해 사용될 수 있는 Weighing matrix 의 예시이고, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 코드를 위해 사용될 수 있는 하다마드 행렬의 예시이다.
Weighing matrix는 1, -1, 0으로 이루어진 행렬로서 도 5 는 그 대표적인 예시이다. 해당 행렬은 각각의 행끼리 서로 직교한다. 즉, 각각의 행끼리 분리하여 행렬 외적 하였을 때, 해당 행을 제외한 나머지 모든 행과의 행렬 외적의 연산 결과값이 ‘0’이 된다. 그리고 하다마드 행렬은 +1과 -1로 이루어진 일반적인 4배수 차수를 가진 정방행렬이다. 이 행렬도 직교성을 가진다. 도 6 은 대표적인 하다마드 행렬로서 4 x 4 하다마드 행렬이다.
상기 행렬들의 이러한 직교성을 이용하면 여러 개의 신호를 중첩으로 받아도 서로 분리할 수 있다. 먼저, 각각의 행을 분리하여 그 중 몇 개의 행을 더한다. 이는 신호적인 측면에서 보면 동시에 몇 개의 신호가 중첩되었다고 생각할 수 있다. 몇 개의 행이 더해진 행들의 합에 더해진 행들을 제외한 다른 행을 외적하면 직교성에 의해서 ‘0’의 결과값이 나온다. 더해진 행들 중 하나의 행을 외적한다면 해당 행의 성분 값이 따로 출력된다. 이는 중첩된 신호에서 직교성을 이용하여 원하는 신호의 값을 출력할 수 있음을 뜻한다. 이러한 개념을 기반으로 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 신호의 송, 수신을 수학적으로 분석하면 하기의 수학식 1과 같이 진행된다.
Figure pat00005
r(t)는 수신부 (210) 에서 받게 되는 통합된 형태의 가시광 신호, wi는 i번째 발광 다이오드의 신호의 실질적인 크기, 즉 출력 가시광 신호의 세기로서 스스로 외적 했을 때 나오는 값이다. Hi는 i번째 발광 다이오드의 하다마드 직교 코드, 그리고 Ai는 i번째 발광 다이오드의 빛의 얼마나 쇠약해 졌는지를 나타내는 거리 상수이다. 마지막으로 Tscan은 수신하는 시간을 나타낸다. 수신부 (210) 와 복수의 발광 다이오드 (10) 중 적어도 하나의 발광 다이오드 사이의 거리에 따라 빛이 쇠약해지는 정도가 정해지고, 이는 거리 상수 Ai로 나타낼 수 있다. 발광 다이오드에서 가까울수록 Ai는 커지고 발광 다이오드에서 멀어질수록 Ai는 작아진다. 이는 Ai가 수신부 (210) 와 송신부, 즉 복수의 발광 다이오드 (10) 중 적어도 하나의 발광 다이오드 사이의 거리를 뜻한다고 생각할 수 있다.
수신부 (210) 에서 수신된 통합된 형태의 가시광 신호 r(t)는 식별부 (220) 에 의해 다시 복조 되어야 한다.
Figure pat00006
수학식 1 과 수학식 2 의 변수의 정의는 동일하다. 상기 수학식 2 가 뜻하는 바는 다음과 같다. 우선 수신부 (210) 에서 수신한 통합된 형태의 가시광 신호 r(t)에 복수의 발광 다이오드 (10) 의 각각의 발광 다이오드에 따라 상이하게 적용된 고유의 직교 코드, 즉
Figure pat00007
를 순차적으로 곱해서 ‘0’이 나오면 i번째 발광 다이오드는 감지되지 않았음을 뜻한다. 반면에 특정 값이 나오면 이는 i번째 발광 다이오드로부터의 가시광 신호가 수신부 (210) 에 의해 감지되고 있음을 의미하고, 이 특정 값은 wi와 Ai가 곱해진 값이다.
즉, 식별부 (220) 는, 수신부 (210) 에서 수신된 통합된 형태의 가시광 신호에 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용하고, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 고유의 직교 코드를 적용한 결과값이 0 이 아니라는 결정에 응답하여 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별할 수 있다. 여기서, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 나타낼 수 있고, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 가시광 신호의 세기 wi 와 거리 상수 Ai 의 곱으로서 이해될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 위치 인식 시스템에서의 신호 파형의 송수신 과정의 예시도이다. 도 7 의 (a) 에 도시된 바와 같이 복수의 발광 다이오드는 각각 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 송신하고, 도 7 의 (b) 에 도시된 바와 같이 이러한 복수의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호는 통합된 형태로서 존재하게 된다. 도 7 의 (c) 에 도시된 바와 같이 실내 위치 인식 장치 (200) 의 수신부 (210) 에서 상기와 같은 통합된 형태의 가시광 신호를 수신하고, 도 7 의 (d) 에 도시된 바와 같이 실내 위치 인식 장치 (200) 의 식별부 (220) 에서는 각각의 발광 다이오드의 고유의 직교 코드를 적용함으로써 통합된 가시광 신호를 다시 고유의 가시광 신호들로 분리하여 식별할 수 있다.
여기서, 상기와 같은 신호의 송ㆍ수신 과정에서 변조와 복조의 과정이 추가될 수 있고, 이처럼 변조된 신호로서 발광 다이오드가 동작한다. 예를 들어 코드의 1은 0 1로, -1은 1 0으로, 그리고 0은 0 0으로 변조되어 신호가 출력된다. 변조된 신호에서 0에서는 LED가 꺼지고 1에서는 LED가 켜지는 방식으로 동작하면 된다. 이 외에도 다양한 방식의 변조가 가능하며, 물론 신호가 변조되어도 직교 코드로 만든 신호의 직교성은 유지될 수 있다.
이어서, 실내 위치 인식 장치 (200) 의 측정부 (230) 에서는 식별부 (220) 에서 식별한 복수의 발광 다이오드 (10) 중 적어도 하나의 특정한 발광 다이오드로부터의 가시광 신호를 기반으로, 해당 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 측정할 수 있다. 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드와 수신기의 시스템 파라미터에 대한 예시도이다. 여기서, 발광 다이오드와 수신부 (210) 가 서로 평행하다고 할 때 하기의 수학식 3 을 만족한다.
Figure pat00008
h(t)는 시스템의 임펄스 응답 (impulse response) 이다. 상기 수학식 3 에서 n은 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드의 방사 로브 상수이며
Figure pat00009
의 값을 가진다. 여기서,
Figure pat00010
는 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드의 방사각의 절반으로 발광 다이오드의 스펙에 해당한다.
Figure pat00011
는 3차원 각도이며
Figure pat00012
의 값과 같다. 여기서,
Figure pat00013
은 수신부의 면적이다. 상기 수학식 3 을 이용하여 발광 다이오드의 DC gain을 얻기 위해서 퓨리에 변환을 수행한 후 주파수에 0을 대입하면 하기와 같은 수학식 4 가 도출될 수 있다.
Figure pat00014
전술한 바와 같이 발광 다이오드와 수신부가 서로 평행하다고 가정했으므로 θ와 Φ는 같다. 그리고
Figure pat00015
는 h(적어도 하나의 발광 다이오드가 설치된 높이)/d(식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리)로 변환할 수 있다. 또한 H(0)는 DC gain이므로
Figure pat00016
를 만족한다.
Figure pat00017
은 수신부 (210) 에서의 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워,
Figure pat00018
는 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 파워로 상기 발광 다이오드의 스펙에 해당한다. 따라서, 해당 변수들을 변환하여 상기 수학식 4 에 대입하여 거리에 대해 정리하면 거리에 대한 하기 수학식 5 로서 나타낼 수 있다.
Figure pat00019
해당 수식에서 d (상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리) 의 값을 알기 위해서는
Figure pat00020
에 해당하는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 수신부 (210) 에서 감지된 파워를 알아야 한다. 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값인 illuminance 로 나타낼 수 있다.
Figure pat00021
여기서 decoded signal 은 상기 가시광 신호를 수신하는 수신기에서 감지된 신호, ts는 샘플링 시간, fm 은 변조된 주파수, ns 는 1/fm 동안 샘플링된 회수를 나타낼 수 있다. 또한, AVCC 는 상기 연산부의 입력 전압, ADC resolution 은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 경우의 분해도를 나타낼 수 있고, C1 은 상기 수신부 (210) 에서 수신한 가시광 신호의 세기에 따라 출력되는 전압의 비율로 광센서(수신부)의 스펙에 해당한다. 이 값들을 입력하면 식별된 적어도 하나의 특정한 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 구할 수 있다.
동일한 방식으로 3개 이상의 특정한 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 측정하면, 실내 위치 인식 장치 (200) 의 연산부 (240) 에서는 삼변측량 (trilateration) 을 이용해 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다.
가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법의 흐름도이고, 도 4 는 상기 도 3 의 발광 다이오드를 식별하는 단계의 상세 흐름도이다. 이하, 도 3 및 도 4 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법에 대해서 설명한다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법은 먼저 복수의 발광 다이오드 (10) 로부터의 가시광 신호를 수신할 수 있다 (S310). 여기서, 복수의 발광 다이오드 (10) 에 포함된 각각의 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 각각 발생시키도록 구성된다.
이어서, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 상이한 직교 코드들을 적용함으로써 상기 복수의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별한다 (S320). 보다 구체적으로, 도 4 에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드를 식별하는 단계 (S320) 는, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용하고 (S321), 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값이 0 이 아니라는 결정에 응답하여 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별할 수 있다 (S323).
적어도 하나의 발광 다이오드가 식별되면, 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 기반으로 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 측정할 수 있다 (S330).
이후, 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 최종적으로 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다 (S340). 여기서, 적어도 3 개의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 삼변측량 (trilateration) 을 수행함으로써 측위 지점의 위치를 결정할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 위치 측정 방법의 보다 구체적인 특징은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 위치 측정 장치의 동작에 따를 수 있다.
실험예
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 위치 인식 시스템을 적용함에 있어서, Cortex m3 board 및 Cortex m4 board 가 사용될 수 있다. 별도의 직교 코드 생성부를 구비하여, 직교 코드 생성부가 복수의 발광 다이오드의 각각의 다이오드로 상이한 직교 코드를 전송할 수 있다. 복수의 발광 다이오드는 각각 상이한 직교 코드를 적용하여 가시광 신호를 송출하고, 아날로그 밴드 패스 필터 및 디지털 로우 패스 필터를 경유하여 실내 위치 인식 장치에서 복조 및 디코딩될 수 있다. 각 발광 다이오드로부터의 신호를 이용하여 RSS 측정을 수반하여 거리를 측정할 수 있고, 삼변 측량을 이용하여 최종적으로 측위 지점의 위치를 결정할 수 있다.
일 실험예로서, 하기의 표 1 과 같은 실험 환경 조건으로 3 개의 발광 다이오드를 통해 위치 인식을 수행하였다. 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 인식 시스템에서의 위치 인식 범위의 개념도이다. 제 1 발광 다이오드 내지 제 3 발광 다이오드의 커버리지와 각각의 발광 다이오드의 공통 커버리지가 도시되어 있다.
Figure pat00022
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드로부터의 신호의 파형을 나타내는 그래프이다. 도 10 의 (a) 는 수신부 (210) 에서 바로 받은 신호로서, 모든 발광 다이오드에서 송신된 신호가 전부 통합된 형태의 가시광 신호이고, 도 10의 (b), (c), (d)는 직교 코드를 적용하여 각각의 발광 다이오드에서 송신된 신호로 분리한 것이다. 신호의 분리가 정상적으로 이루어지고 있는지 여부를 확인하기 위해서 하나의 발광 다이오드만 작동시켜서 감지한 값과 비교해 보았다. 위치의 변경을 수반하여 복수 회 측정을 진행하였으며, 동시에 SNR 도 함께 측정하였다. 해당 실험의 결과는 도 11 에서 신호 분리 실험 결과와 해당 경우의 SNR 을 나타내어 도시하였다.
이어서, 도 9 에 도시된 바와 같이 제1 발광 다이오드 내지 제 3 발광 다이오드가 커버하고 있는 영역 내에서 수신부의 자리를 이동시켜가며 위치 측정을 수행하였다. 위치 이동의 순서는 도 12 에 도시되어 있으며, 그 결과는 하기의 표 2 에 나타난 바와 같다.
Figure pat00023
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치 및 방법에 대해서 설명하였다. 이러한 방식은 개별의 발광 다이오드가 빛을 비추는 곳에서 인식되므로 위치 인식 시스템뿐만 아니라 특정 장비나 물건의 센서로도 활용될 수 있고 해당 직교 코드 방식을 이용하여 실내 데이터 망 구축에도 사용될 수 있다.
또한, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 발광 다이오드
200 : 실내 위치 인식 장치
210 : 수신부
220 : 식별부
230 : 측정부
240 : 연산부

Claims (18)

  1. 복수의 발광 다이오드 - 상기 복수의 발광 다이오드에 포함된 각각의 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 각각 발생시키도록 구성됨 - 로부터의 가시광 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 가시광 신호에 상기 상이한 직교 코드들을 적용함으로써 상기 복수의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는 단계; 및
    상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 상기 측위 지점의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치를 결정하는 단계는, 적어도 3 개의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 삼변측량 (trilateration) 을 수행함으로써 상기 측위 지점의 위치를 결정하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치를 결정하는 단계 이전에, 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 기반으로 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 측정하는 단계를 더 포함하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드를 식별하는 단계는,
    상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값이 0 이 아니라는 결정에 응답하여 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는 단계를 포함하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 나타내는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 가시광 신호의 세기와 거리 상수의 곱을 나타내는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드의 각각의 발광 다이오드는 동일한 주파수의 가시광 신호를 발생시키는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리 d 는 하기의 수학식을 기반으로 측정되는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
    Figure pat00024

    단, 여기서 n 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 방사 로브 상수, PS 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 파워, PR 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워, AR 은 상기 가시광 신호를 수신하는 수신부의 면적, h 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드가 설치된 높이를 나타냄.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값인 illuminance 를 나타내고, 상기 illuminance 는 하기의 수학식을 기반으로 측정되는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 방법.
    Figure pat00025

    단, 여기서 decoded signal 은 상기 가시광 신호를 수신하는 수신부에서 감지된 신호, ts는 샘플링 시간, fm 은 변조된 주파수, ns 는 1/fm 동안 샘플링된 회수, AVCC 는 상기 측위 지점의 위치를 결정하는 연산부의 입력 전압, ADC resolution 은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 경우의 분해도, C1 은 상기 수신부에서 수신한 가시광 신호의 세기에 따라 출력되는 전압의 비율을 나타냄.
  10. 복수의 발광 다이오드 - 상기 복수의 발광 다이오드에 포함된 각각의 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드에 따라 서로 상이한 직교 코드가 적용된 가시광 신호를 각각 발생시키도록 구성됨 - 로부터의 가시광 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 가시광 신호에 상기 상이한 직교 코드들을 적용함으로써 상기 복수의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는 식별부; 및
    상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 상기 측위 지점의 위치를 결정하는 연산부를 포함하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연산부는, 적어도 3 개의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 기반으로 삼변측량 (trilateration) 을 수행함으로써 상기 측위 지점의 위치를 결정하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 기반으로 상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리를 측정하는 측정부를 더 포함하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 식별부는, 상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용하고, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값이 0 이 아니라는 결정에 응답하여 상기 적어도 하나의 발광 다이오드를 식별하는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수신된 가시광 신호에 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 대응하는 직교 코드를 적용한 결과값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값을 나타내는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 가시광 신호의 세기와 거리 상수의 곱을 나타내는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드의 각각의 발광 다이오드는 동일한 주파수의 가시광 신호를 발생시키는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 식별된 적어도 하나의 발광 다이오드와 상기 측위 지점 사이의 거리 d 는 하기의 수학식을 기반으로 측정되는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
    Figure pat00026

    단, 여기서 n 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 방사 로브 상수, PS 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력 파워, PR 은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워, AR 은 상기 수신부의 면적, h 는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드가 설치된 높이를 나타냄.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 감지된 파워는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 가시광 신호의 세기에 대한 측정값인 illuminance 를 나타내고, 상기 illuminance 는 하기의 수학식을 기반으로 측정되는, 가시광을 이용한 실내 위치 인식 장치.
    Figure pat00027

    단, 여기서 decoded signal 은 상기 가시광 신호를 수신하는 수신부에서 감지된 신호, ts는 샘플링 시간, fm 은 변조된 주파수, ns 는 1/fm 동안 샘플링된 회수, AVCC 는 상기 연산부의 입력 전압, ADC resolution 은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 경우의 분해도, C1 은 상기 수신부에서 수신한 가시광 신호의 세기에 따라 출력되는 전압의 비율을 나타냄.

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