KR20180036581A - 웨어러블 객체와 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

웨어러블 객체와 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

거리를 결정하기 위한 방법을 위하여, 기지국 (2) 과 웨어러블 객체 (3) 사이에서 송신된 고주파수에서 연속된 코딩된 신호들이 제공된다. 응답 신호의 준비는 웨어러블 객체의 활성화 후에 제 1 동기화 신호의 수신 시에 웨어러블 객체에서 행해진다. 웨어러블 객체로부터의 고주파수에서의 연속적인 코딩된 신호들의 송신은 스테이션을 위하여 행해지고, 그의 최후 응답 신호는 스테이션으로부터 높은 전송 레이트로 수신된 최후 신호 상에서의 데이터의 변조에 의해 스크램블링된다. 웨어러블 객체로부터의 신호들의 수신 후에 기지국의 프로세싱 유닛 (25) 에서 분석을 행하여 그 인식된 웨어러블 객체로부터 기지국을 분리시키는 거리를 정확하게 결정한다.

Description

웨어러블 객체와 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법 및 시스템{PROCESS AND SYSTEM FOR DETERMINING A DISTANCE BETWEEN A WEARABLE OBJECT AND A BASE STATION}
본 발명은 적어도 하나의 개인화된 웨어러블 객체와 적어도 하나의 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
예를 들어, 기지국과 연관된 활성화 신호에 의해 영구적으로 활성화되거나 웨이크 (wake) 되는 트랜스폰더 모듈일 수 있는 웨어러블 객체에 의하여 경주 트랙 상에서 경쟁자들의 시간들을 정의하는 것은 스포츠의 분야에서 일반적이다. 그러나, 피니쉬 전의 경주 트랙 상의 그/그녀의 위치를 알기 위하여, 경쟁자에 의해 착용된 상기 트랜스폰더 모듈 및 기지국을 분리시키는 거리를 정확하게 결정하는 것은 항상 어렵다.
위치 검출 방법 및 시스템을 설명하는 특허 출원 WO 2015/152809 A1 은 이와 관련하여 인용될 수 있다. 위치 검출 시스템은 적어도 하나의 트랜스폰더 모듈 및 기지국을 포함한다. 기지국은 트랜스폰더 모듈을 위한 의사-랜덤 코드 신호 (pseudo-random code signal) 를 송신한다. 이 의사-랜덤 코드 신호는 트랜스폰더 모듈에서 다수의 클록 펄스들에 의해 지연되고, 트랜스폰더 모듈은 기지국이 2 개의 엔티티들 사이의 의사-랜덤 코드 신호의 비행 시간을 결정하는 것을 가능하게 하기 위하여, 생성된 지연을 참작하여 의사-랜덤 코드 신호를 재송신한다. 그러나, 트랜스폰더 모듈과 기지국 사이의 거리를 정확하게 결정하기 위하여 다수의 코딩된 신호 (coded signal) 들을 기지국으로부터 트랜스폰더 모듈로 연속적으로 송신하는 것이 제공되지 않고, 질의된 (interrogated) 트랜스폰더 모듈을 용이하게 인식할 가능성도 없어서, 이것은 단점을 구성한다.
그러므로, 발명의 목적은 그 응답 신호의 송신 동안에 웨어러블 객체에서의 복잡한 계산 없이 상기 언급된 종래 기술의 단점들을 치유하기 위하여 적어도 하나의 개인화된 웨어러블 객체와 적어도 하나의 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법을 제안하기 위한 것이다.
이 목적을 위하여, 발명은 독립항 1 에서 언급된 특징들을 포함하는, 적어도 하나의 개인화된 웨어러블 객체와 적어도 하나의 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
방법의 특정한 단계들은 종속항들 2 내지 17 에서 언급된다.
방법의 장점은 통신 시간들 또는 비행 시간들이 기지국과 개인화된 웨어러블 객체 사이에서 송신된 신호들에 의해 결정된다는 사실에 있다. 또한, 스크램블링된 코딩된 응답 신호 (scrambled coded response signal) 를 적어도 웨어러블 객체로부터 기지국으로 송신하는 것이 제공된다. 이것은 이에 따라, 웨어러블 객체로부터 직접적으로 송신된 응답이 그것을 근접한 결정 구역에 있는 다른 웨어러블 객체들로부터 구별하도록 적절하게 정의되는 것을 가능하게 한다. 이 결정 시스템으로, 기지국으로부터 웨어러블 객체를 분리시키는 거리를 정확하게 측정하는 것이 가능하다. 웨어러블 객체는 무선주파수 (radiofrequency) 신호들의 무선 통신을 위한 트랜스폰더 모듈의 형태로 구성될 수 있다.
방법의 장점은, 기지국과 웨어러블 객체 사이의 거리의 정보와 웨어러블 객체에 의해 송신된 스크램블링된 코드 응답의 병합이 있다는 사실에 있다. 이것은 공간적 암호화와 동등하다. 정보의 병합은 또한, 웨어러블 객체가 식별되는 것을 가능하게 할 수 있다.
유리하게도, 거리를 결정하기 위한 방법의 제 1 변형은 기지국과 웨어러블 객체 사이에서 신호들을 송신하고 수신하기 위한 2 개의 주파수들을 이용하는 전-이중 (full-duplex) 통신을 이용하는 것이다.
유리하게도, 거리를 결정하기 위한 방법의 제 2 변형은 기지국과 웨어러블 객체 사이에서의 신호들의 시퀀스들의 송신과 수신 사이의 변경으로 동작하는 반-이중 (half-duplex) 방식에서 단일 송신 및 수신 주파수를 이용하는 것이다.
유리하게도, 거리를 결정하기 위한 방법의 양자의 변형들은 2 개의 발진기들 사이의 상대적인 주파수 오차가 행해진 거리의 추정에 대해 매우 작은 악영향을 미칠 경우에 매우 정밀하지 않은 주파수 기준들 (전형적으로 ± 40 ppm) 을 갖는 동작을 허용한다.
웨어러블 객체로부터의 거리를 결정하기 위한 모든 제어 작업은 기지국에서의 디지털 신호 프로세싱 유닛에서 행해진다. 이것은 웨어러블 객체의 회로부를 대폭 단순화하고, 이것은 그것이 작은 치수의 배터리에 의해 공급되므로, 그 비용과, 또한 그 전력 소비를 감소킨다. 또한, 이용된 통신 링크가 2 개의 통신 주파수들 또는 단일 통신 주파수 상에서 협대역이므로, 이것은 이용된 무선주파수 성분들을 또한 단순화한다.
거리를 결정하기 위한 시스템은 양호한 감도를 가지는 ISM 대역들에게 단순한 상대적으로 협대역 무선주파수 기술을 이용한다. 시스템은 상대적으로 협대역 안테나들을 가지고, 이들은 UWB 시스템의 안테나들보다 더 높은 이득을 가지는데, 이는 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 본 발명의 시스템을 UWB 기술보다 더욱 간단하고 더욱 경제적으로 만든다. 또한, 통신의 ISM 대역들을 이용하는 시스템은 전세계에 걸친 국가들의 대부분에서 높은 전력들 (10 내지 20 dBm) 에서의 신호들의 송신을 허용하고, 이것은 거리 결정 시스템의 범위를 증가시킨다.
이를 위하여, 발명은 또한, 독립항 18 에서 언급된 특징들을 포함하는, 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
거리를 결정하기 위한 시스템의 특정한 형태들은 종속항들 19 내지 25 에서 정의된다.
개인화된 웨어러블 객체와 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법 및 시스템의 목적들, 장점들, 및 특성들은 도면들에 의한 다음의 설명에서 더욱 명확해질 것이고, 여기서:
도 1 은 발명에 따른 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템의 제 1 실제적인 예를 도시하고;
도 2 는 발명에 따른 거리를 결정하기 위한 방법을 위한 도 1 의 거리를 결정하기 위한 시스템의 기지국 및 웨어러블 객체에 의해 송신되고 수신된 상이한 신호들을 도시하고;
도 3 은 발명에 따른 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템의 제 2 실제적인 예를 도시하고;
도 4 는 발명에 따른 거리를 결정하기 위한 방법을 위한 도 3 의 거리를 결정하기 위한 시스템의 기지국 및 웨어러블 객체에 의해 송신되고 수신된 상이한 신호들을 도시하고;
도 5 는 발명에 따른 거리를 결정하기 위한 방법을 위한 도 3 의 거리를 결정하기 위한 시스템의 기지국과 웨어러블 객체 사이에서 시간적으로 교번하는 신호들의 송신 및 수신의 시퀀스들을 도시하고; 그리고
도 6 은 특정한 변조의 경우에, 트랜스폰더 모듈의 응답 페이즈 동안에, 그리고 발명에 따른 거리를 결정하기 위한 방법을 위한 웨어러블 객체와 기지국 사이의 거리의 함수로서, 기지국으로부터 웨어러블 객체로, 그리고 웨어러블 객체로부터 기지국으로의 송신되고 재송신되는 코딩된 신호들의 경시적 주파수를 도시한다.
다음의 설명에서는, 이 기술적 분야에서 당해 분야의 당업자에게 잘 알려져 있는 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템의 모든 컴포넌트들은 단순화된 방식으로만 설명된다. 바람직하게는, 기지국의 위치에 관하여 웨어러블 객체를 착용하는 활동의 구역 상의 운동선수와 같은 사람의 거리를 정확하게 결정하기 위하여, 스포츠의 분야에서의 거리의 결정에 대해 참조가 행해진다.
도 1 은 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 웨어러블 객체와 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 시스템 (1) 의 제 1 실제적인 예를 도시한다. 거리를 결정하기 위한 시스템 (1) 의 이 제 1 실제적인 예에서, 기지국 (2) 은 특히 무선주파수 신호들에 의하여, 사람, 예를 들어, 동물 또는 다른 이동가능한 객체일 수 있는, 디바이스에 의해 착용된 웨어러블 객체 (3) 와 무선 통신을 행하기 위하여 활동의 구역 상에서 이용된다. 웨어러블 객체 (3) 는 바람직하게는, 스포츠 활동 구역 상의 사람의 신체의 일부 상에서, 예컨대, 사람이 경쟁자일 경우에 운동선수 번호에서 착용될 수 있는 트랜스폰더 모듈이다. 기지국은 스포츠 경쟁의 트랙의 중간 위치 또는 피니쉬 위치에 관하여 거리를 결정하기 위하여 활동의 구역의 기준 위치에서 배열될 수 있다.
거리를 결정하기 위한 방법에 따르면, 기지국 (2) 으로부터, 트랜스폰더 모듈 (3) 과 같은 웨어러블 객체를 분리시키는 거리는 충분히 정확하게 검출되어야 한다. 트랜스폰더 모듈 (3) 의 활성화로부터, 코딩될 수 있는 무선주파수 커맨드 또는 데이터 신호들의 연속적인 송신 및 수신은 기지국 (2) 으로부터 트랜스폰더 모듈 (3), 그리고 그 반대로 행해진다. 기지국 (2) 으로 송신된 트랜스폰더 모듈 (3) 의 코딩된 응답 신호에서의 거리 정보의 병합이 수행된다. 신호들의 디지털 프로세싱은 트랜스폰더 모듈 (3) 의 작업을 단순화하기 위하여 기지국 (2) 에서 주로 수행된다. 기지국과 트랜스폰더 모듈 사이 및 그 반대에서의 신호들의 비행 시간들과, 그러므로, 그것들을 분리시키는 거리는 이에 따라 기지국에서 정확하게 결정된다.
이하의 도 2 를 참조하여 상세하게 설명된 거리를 결정하기 위한 방법에 따르면, 기지국 (2) 으로부터 트랜스폰더 모듈 (3) 로 의사-랜덤 잡음 시퀀스의 롤링 코드 (rolling code) 또는 변조를 위한 기본 신호의 송신이 적어도 있어야 한다. 트랜스폰더 모듈은 이 신호를 복조하고, 수신된 신호의 동일한 캐리어 주파수 또는 상이한 캐리어 주파수 상에서 그것을 재송신한다. 다음으로, 기지국 (2) 은 또 다른 의사-랜덤 잡음 변조 신호를 연속적으로 송신하여, 트랜스폰더 모듈 (3) 은 추가적인 변조를 그것에 추가한 이 신호를 재송신한다. 이것은 정보가 트랜스폰더 모듈 (3) 로부터 기지국 (2) 으로 송신되는 것을 허용한다. 따라서, 트랜스폰더 모듈 (3) 로부터 그것을 분리시키는 거리를 기지국 (2) 에서 정확하게 측정하고 이 트랜스폰더 모듈 (3) 에 특정한 데이터를 수신하는 것이 가능하다.
기지국 (2) 은 특히, 송신기 (21), 수신기 (22), 및 송신기 (21) 및 수신기 (22) 에 접속되는, 신호들을 위한 적어도 하나의 디지털 프로세싱 유닛 (25) 을 포함한다. 프로세싱 유닛은 국부 발진기 (local oscillator) (23) 에 의해 클록킹된 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 이 국부 발진기 (23) 는 바람직하게는, 예를 들어, 26 MHz 정도의 주파수에서 발진 기준 신호를 공급할 수 있는, 수정 결정 (quartz crystal) (24) 을 갖는 발진기이다.
트랜스폰더 모듈 (3) 의 활성화 커맨드에 후속하여, 송신기 (21) 는 무선주파수 커맨드 또는 데이터 신호를 제 1 캐리어 주파수에서 제 1 안테나 (26) 를 통해, 이하에서 상세하게 설명될 트랜스폰더 모듈 (3) 의 제 1 수신기 안테나 (36) 로 송신할 수 있다. 이 제 1 실제적인 예에서의 제 1 의 높은 캐리어 주파수는 예를 들어, 2.4 GHz 에서의 ISM 주파수일 수 있다. 수신기 (22) 는 제 2 수신기 안테나 (27) 를 통해, 질의된 (interrogated) 트랜스폰더 모듈 (3) 로부터 나오는 제 2 캐리어 주파수에서 무선주파수 신호를 수신할 수 있다. 이 제 2 의 높은 캐리어 주파수는 예를 들어, 5.8 GHz 에서의 ISM 주파수일 수 있다.
기지국 (2) 에서 수행된 활성화 커맨드를 뒤따르는 초기 페이즈에서는, 저주파수 (low frequency; LF) 활성화 신호가 활동의 구역에서 트랜스폰더 모듈 (3) 을 웨이크업 (wake up) 하기 위하여 송신기 (21) 의 제 1 안테나 (26) 를 통해 우선 송신될 수 있다. 그러나, 예컨대, 2.4 GHz 에서의 고주파수에서, 또는 다른 초음파 신호들 또는 다른 것들에 의해 트랜스폰더 모듈 (3) 을 웨이크업하는 것이 또한 고찰될 수 있다. 트랜스폰더 모듈 (3) 의 웨이크업은 또한, 트랜스폰더 모듈 (3) 및 기지국 (2) 의 양자 모두 내에 임베딩될 수 있는 시간 기준 (time base) 들에 따라 정의된 간격들로 타이밍된 방식으로 행해질 수 있다. 이 초기 페이즈를 뒤따르는 방법의 상이한 단계들은 다음에서 더욱 상세하게 설명된다. 상기 트랜스폰더 모듈은 또한, 상기 트랜스폰더 모듈 (3) 의 착용자의 액션에 의해 웨이크업될 수 있거나 활성화될 수 있다.
기지국 (2) 의 송신기 (21) 는 국부 발진기 (23) 로부터 기준 신호를 수신하는 제 1 주파수 합성기 (113) 를 포함한다. 주파수 합성기 (113) 는 발진 신호들을 제 1 주파수에서 제 1 믹서 (114) 및 제 2 믹서 (115) 로 공급할 수 있다. 디지털 프로세싱 유닛 (25) 으로부터, 제 1 믹서 (114) 는 주파수 합성기의 제 1 발진 신호에 의한 이 중간 신호의 주파수 상향-변환 (up-conversion) 을 위하여 저역-통과 필터 (low-pass filter) (116) 에서 필터링되는 적어도 하나의 동위상 (in-phase) 중간 신호 IF_I 를 수신한다. 디지털 프로세싱 유닛 (25) 으로부터, 제 2 믹서 (115) 는 주파수 합성기 (113) 의 제 2 발진 신호에 의한 이 중간 신호의 주파수 상향-변환을 위하여 저역-통과 필터 (117) 에서 필터링되는 적어도 하나의 직교위상 (in-quadrature) 중간 신호 IF_Q 를 수신한다. 제 1 믹서 (114) 의 제 1 주파수에서의 출력 신호 및 제 2 믹서 (115) 의 제 1 주파수에서의 출력 신호는 송신기 (21) 의 가산기 (112) 에서 가산된다. 출력 증폭기 (111) 는 제 1 안테나 (26) 를 통해 송신될 무선주파수 출력 신호를 증폭하기 위하여 가산기 (112) 의 출력에서 접속된다.
송신기 (21) 의 제 1 주파수 합성기 (113) 에 의해 공급된 제 1 발진 신호는 동위상 발진 신호인 반면, 제 2 발진 신호는 직교위상 발진 신호인 것이 주목되어야 한다. 이것은 필터링된 동위상 중간 신호 IF_I 및 필터링된 직교위상 중간 신호 IF_Q 와의 개개의 혼합을 위하여 제공된다.
각각의 중간 신호 IF_I 및 IF_Q 는 특히, 도 2 를 참조하여 이하에서 설명된 바와 같이, 제 1 안테나 (26) 를 통해 송신되어야 할 동기화 코드의 변조를 포함할 수 있다. 이것은 FSK 또는 GFSK 주파수 변조일 수 있거나, 이 코드를 위한 다른 타입일 수 있다. 그러나, 제 1 합성기 (113) 에 의해 공급된 각각의 발진 신호의 주파수를, 디지털 프로세싱 유닛 (25) 에 의해 송신된 변조 신호 Sm 에 의해 변조하는 것이 또한 고찰될 수 있다. PSK 또는 BPSK 위상 변조가 또한 고찰될 수 있다.
의사-랜덤 잡음 생성기는 도 2 및 단락들 33 내지 37 을 참조하여 특허 EP 2 796 988 B1 에서 설명된 바와 같이, 기지국 (2) 에서 제공될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 이 생성기는 프로세싱 유닛 (25) 과 관련하여 의사-랜덤 잡음 코드를 생성하기 위하여 발진기 (23) 에 의해 클록킹될 수 있다.
기지국 (2) 의 수신기 (22) 는 국부 발진기 (23) 로부터 기준 신호를 수신하기 위한 제 2 주파수 합성기 (122) 를 포함한다. 제 2 수신기 안테나 (27) 는 기지국 (2) 에 의해 질의된 트랜스폰더 모듈 (3) 로부터 나오는 적어도 하나의 무선주파수 신호를 수신하도록 제공된다. 이 제 2 수신기 안테나 (27) 는 수신된 신호 또는 신호들을 증폭하고 필터링하기 위하여 수신기 (22) 의 낮은 입력 잡음 증폭기 (121) 에 접속된다. 수신기 (22) 의 제 1 믹서 (123) 는 저역-통과 필터 (125) 에 의해 필터링되는 동위상 중간 신호 IF_I 를 공급하기 위하여, 제 2 주파수 합성기 (122) 의 동위상 발진 신호에 의한 증폭 및 필터링된 무선주파수 신호의 주파수 변환을 위하여 제공된다. 수신기 (22) 의 제 2 믹서 (124) 는 저역-통과 필터 (126) 에 의해 필터링되는 직교위상 중간 신호 IF_Q 를 공급하기 위하여, 제 2 주파수 합성기 (122) 의 직교위상 발진 신호에 의한 증폭 및 필터링된 무선주파수 신호의 주파수 변환을 위하여 제공된다.
수신기 (22) 에 의해 공급된 동위상 IF_I 및 직교위상 IF_Q 중간 신호들은 디지털 프로세싱 유닛 (25) 에 의해 수신된다. 디지털 프로세싱 유닛에서는, 우선, 중간 신호들을 프로세싱 유닛 (25) 에서 프로세싱되어야 할 중간 디지털 신호들로 변환하기 위한 ADC 아날로그 대 디지털 변환기 (도시되지 않음) 가 있다. 프로세싱 유닛 (25) 은 또한, 중간 디지털 신호들의 포락선 검출기 (envelope detector), 다중 레지스터 비휘발성 메모리와 같은 적어도 하나의 저장 유닛, 및 송신되어야 할 디지털 신호들을 변환하기 위한 디지털 대 아날로그 변환기를 포함할 수도 있다 (모두 도시되지는 않음). 프로세싱 유닛 (25) 은 26 MHz 정도의 주파수 또는 2 분주기 어셈블리 (divider by-two assembly) 에 의해 분주된 주파수일 수 있는, 국부 발진기 (23) 에 의해 공급된 타이밍 신호에 의해 클록킹된다.
트랜스폰더 모듈 (3) 은 디지털 프로세싱 유닛에 대한 것을 제외하고, 기지국 (2) 에 대하여 설명된 것들과 유사한 컴포넌트들을 포함한다. 특히, 트랜스폰더 모듈 (3) 은 제 1 안테나 (36) 를 통해 제 1 주파수에서 무선주파수 신호들을 수신하기 위한 수신기 (32), 제 2 안테나 (37) 를 통해 무선주파수 신호들을 제 2 주파수에서 기지국 (2) 으로 송신하기 위한 송신기 (31), 및 적어도 하나의 논리 유닛 (35) 을 포함한다. 트랜스폰더 모듈은, 또한, 수정 결정 (34) 을 갖는 발진기일 수 있고 기지국 (2) 의 발진기와 동일한 방식으로 기능하는 국부 발진기 (33) 를 또한 포함한다. 이 국부 발진기 (33) 는 트랜스폰더 모듈 (3) 에서의 모든 동작들을 클록킹하도록 제공된다.
특히, 거리를 정확하게 결정하기 위한 신호들의 디지털 프로세싱이 트랜스폰더 모듈 (3) 에서 제공되지 않는다는 것이 주목되어야 한다. 다른 한편으로, 논리 유닛 (35) 에서 픽업 (pick up) 된 동기화 신호들의 단순한 디코딩을 행하는 것이 제공된다. 이 동기화 코드는 트랜스폰더 모듈 (3) 이 응답 페이즈의 시작을 결정하는 것을 가능하게 하고, 응답 페이즈 동안에는, 트랜스폰더 모듈 (3) 에 특정한 데이터가 재송신된 신호 상에서 과변조 (over-modulate) 된다.
그러므로, 트랜스폰더 모듈 (3) 의 수신기 (32) 는 국부 발진기 (33) 로부터 기준 신호를 수신하는 제 1 주파수 합성기 (132) 를 포함한다. 제 1 수신기 안테나 (36) 는 예를 들어, 기지국 (2) 으로부터 나오는, 주파수에서 변조되었던 적어도 하나의 무선주파수 신호를 수신하도록 제공된다. 이 제 1 수신기 안테나 (36) 는 수신된 신호 또는 신호들을 증폭하고 필터링하기 위하여 수신기 (32) 의 낮은 입력 잡음 증폭기 (131) 에 접속된다. 수신기 (32) 의 제 1 믹서 (133) 는 저역-통과 필터 (135) 에 의해 필터링되는 동위상 중간 신호 IF_I 를 공급하기 위하여, 제 1 주파수 합성기 (132) 의 동위상 발진 신호에 의한 증폭 및 필터링된 무선주파수 신호의 주파수 변환을 위하여 제공된다. 수신기 (32) 의 제 2 믹서 (134) 는 또 다른 저역-통과 필터 (136) 에 의해 필터링되는 직교위상 중간 신호 IF_Q 를 공급하기 위하여, 제 1 주파수 합성기 (132) 의 직교위상 발진 신호에 의한 증폭 및 필터링된 무선주파수 신호의 주파수 변환을 위하여 제공된다.
수신기 (32) 에 의해 공급된 동위상 IF_I 및 직교위상 IF_Q 중간 신호들은 프로세서 또는 유한 상태 머신 (finite state machine) 을 포함하는 논리 유닛 (35) 에 의해 수신된다. 논리 유닛은 또한, 중간 신호들을 중간 디지털 신호들로 변환하기 위한 ADC 아날로그 대 디지털 변환기, 중간 디지털 신호들의 포락선 검출기, 시간 지연 엘리먼트, 신호 주파수 변조 생성기, 및 비휘발성 메모리와 같은 적어도 하나의 저장 유닛을 포함할 수 있다 (도시되지 않음). 논리 유닛 (35) 은 또한, 기지국 (2) 으로 송신되어야 할 디지털 신호들을 변환하기 위한 디지털 대 아날로그 변환기를 포함한다. 논리 유닛 (35) 은 수정 결정 (34) 국부 발진기 (33) 에 의해 공급된 타이밍 신호에 의해 클록킹된다. 발진기 (33) 의 주파수는 26 MHz 정도, 또는 2 분주기 어셈블리에 의해 분주된 주파수일 수 있다.
신호들의 비행 시간을 결정하기 위한 모든 디지털 프로세싱은 기지국 (2) 의 프로세싱 유닛 (25) 에서 주로 행해지므로, 디지털 프로세싱은 트랜스폰더 모듈에서 단순화된다. 트랜스폰더 모듈 (3) 은 신호들의 단순화된 프로세싱만을 수행하여 그것이 과변조에 의해 응답 페이즈를 동기화하는 것을 가능하게 한다.
트랜스폰더 모듈 (3) 의 송신기 (31) 는 국부 발진기 (33) 로부터 기준 신호를 우선 수신하기 위한 제 2 주파수 합성기 (143) 를 포함한다. 제 2 주파수 합성기 (143) 는 발진 신호들을 제 2 주파수에서 제 1 믹서 (145) 및 제 2 믹서 (146) 로 공급할 수 있다. 논리 유닛 (35) 으로부터, 제 1 믹서 (145) 는 적어도 하나의 동위상 중간 신호 IF_I 를 수신하고 이것은 제 2 주파수 합성기 (143) 의 제 1 동위상 발진 신호에 의한 이 중간 신호의 주파수 상향-변환을 위하여 저역-통과 필터 (147) 에서 필터링된다. 제 2 믹서 (146) 는 적어도 하나의 직교위상 중간 신호 IF_Q 를 논리 유닛 (35) 으로부터 수신하고, 이것은 제 2 주파수 합성기 (143) 의 제 2 직교위상 발진 신호에 의한 이 중간 신호의 주파수 상향-변환을 위하여 저역-통과 필터 (148) 에서 필터링된다. 제 1 믹서 (145) 의 제 2 주파수에서의 출력 신호 및 제 2 믹서 (146) 의 제 2 주파수에서의 출력 신호는 송신기 (31) 의 가산기 (142) 에서 가산된다. 출력 증폭기 (141) 는 트랜스폰더 모듈 (3) 의 제 2 안테나 (37) 를 통해 송신되어야 할 무선주파수 출력 신호를 증폭하기 위하여 가산기 (142) 의 출력에서 접속된다.
아날로그 대 디지털 변환 다음으로 디지털 필터링 동작, 다음으로 디지털 대 아날로그 변환의 유닛 (35) 에서의 이용은 임의의 가능한 간섭의 대역외 (out of band) 재송신을 방지한다는 것이 주목되어야 한다. 실제로, 도 1 및 도 3 의 블록 (32) 의 출력 신호들 IF_I, IF_Q 상에서 존재하는 너무 높은 임의의 주파수는 재송신 전에 필터링된 대역으로 자동으로 폴딩 (folding) 될 것이다.
기지국 (2) 의 수정 결정 (24) 국부 발진기 (23) 는 트랜스폰더 모듈 (3) 의 수정 결정 (34) 국부 발진기 (33) 와 유사하다는 것이 우선 주목되어야 한다. 그러므로, 발진 주파수는 ± 40 ppm 과 실질적으로 유사하다. 이것은 기지국 (2) 및 트랜스폰더 모듈 (3) 에서 양호한 프로세싱 동기화를 허용할 수 있다. 제 1 변형에 따르면, 방법의 페이즈는 도 2 를 참조하여 이하에서 설명된 바와 같이, 다른 발진기에 관하여 발진기들 중의 하나를 조절하도록 제공될 수 있다.
거리 결정을 위한 시스템의 각각의 변형에 대하여, 몇몇 커뮤테이팅된 안테나 (commutated antenna) 들이 또한 생각될 수 있고, 이에 따라, 상이한 안테나들 상에서의 시스템의 동작의 몇몇 연속적인 페이즈들 도중에, 당해 분야의 당업자에게 잘 알려져 있는 다양한 안테나들의 토폴로지 (topology) 가 이용되는 것을 허용한다는 것이 주목되어야 한다.
또한, 단일 주파수 합성기는 신호들을 송신하고 수신하기 위한 2 개의 캐리어 주파수들에서의 발진 신호들의 생성을 위하여 제공될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 데이터 또는 커맨드들의 변조는 거리 측정이 수행되는 것을 가능하게 하기 위하여 제한 없이, FSK, GFSK, PSK, QPSK, 또는 OQPSK 변조일 수 있다.
트랜스폰더 모듈로부터의 거리를 결정하기 위한 방법의 종료 시의 응답 코드의 송신을 위하여, 스크램블 변조 커맨드 Sr 은 논리 유닛 (35) 으로부터 주파수 합성기 (143) 로 송신될 수 있다. 그러나, 변조는 또한, 송신기 (31) 의 제 2 주파수 합성기 (143) 의 2 개의 믹서들 (145, 146) 로 공급된 중간 신호들 IF_I 및 IF_Q 에 대하여 직접적으로 고찰될 수 있다.
기지국 (2) 과 개인화된 트랜스폰더 모듈 (3) 사이의 거리를 결정하기 위한 방법은 도 2 를 참조하여 지금부터 설명될 것이다. 위에서 설명된 거리를 결정하기 위한 시스템의 제 1 실제적인 예에 따르면, 기지국 (2) 으로부터 트랜스폰더 모듈 (3) 로의 동기화 신호의 송신은 트랜스폰더 모듈의 활성화 후에 적어도 행해져야 한다. 활성화된 트랜스폰더 모듈 (3) 은 기지국 (2) 으로부터 이 제 1 동기화 신호를 수신하여 상기 신호를 복조하고 그의 응답 페이즈를 동기화한다. 트랜스폰더 모듈과의 상이한 신호들의 교환 후에, 기지국 (2) 의 프로세싱 유닛은 2 개의 엔티티들 사이의 신호들의 비행 시간을 결정하고, 이에 따라, 그것들을 분리시키는 실제 거리를 정확하게 결정할 수 있다.
트랜스폰더 모듈 (3) 의 송신기는 기지국 (2) 으로부터 제 1 동기화 신호를 수신한 후에 동작될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 그러나, 송신기의 활성화는 트랜스폰더 모듈 (3) 의 착용자의 액션에 의해, 또는 프로그래밍될 수 있는 결정된 액션을 따라, 또는 이동의 검출을 따라 행해질 수 있다는 것이 또한 생각될 수 있다.
주로, 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템의 제 1 실제적인 예에 따르면, 트랜스폰더 모듈은 트랜스폰더 모듈 상에서의 터치 또는 버튼의 액션에 의해 직접적으로 활성화될 수 있다. 트랜스폰더 모듈은 거리를 결정하기 위한 방법을 시작하기 위하여, 변조, 예컨대, FSK 또는 PSK 로 질의 신호 (interrogation signal) 를 제 2 주파수에서 예를 들어, 50 kbits/s 의 데이터 전송 레이트로 기지국으로 송신한다. 이 제 2 주파수는 5.8 GHz 에서 선택될 수 있다. 그러나, 도 2 에서 도시된 바와 같이, 트랜스폰더 모듈 (3) 의 활성화는 방법의 제 1 단계 또는 페이즈에서 기지국 (2) 으로부터의 저주파수 LF 웨이크업 신호 (1) 를 송신함으로써 행해질 수 있다. 그러나, 트랜스폰더 모듈의 웨이크업은 또한, 모듈의 버튼 상에서의 수동적인 액션에 의해, 또는 기지국과의 시간 동기화에 의해 행해질 수 있다. 트랜스폰더 모듈의 웨이크업에 후속하여, 그리고 결정된 시간 간격 후에, 기지국은 방법의 제 2 단계 또는 페이즈에서, 제 1 동기화 신호 (2) 를 제 1 고주파수에서 송신기로부터 트랜스폰더 모듈의 수신기로 송신한다. 송신기의 제 1 고주파수는 2.4 GHz 에서 선택될 수 있다.
트랜스폰더 모듈을 위한 기지국에 의해 송신된 제 1 동기화 신호 (2) 는 코딩된 기본 변조 신호, 예컨대, FSK 또는 GFSK 이다. 트랜스폰더 모듈은 이 동기화 신호를 수신하여 이를 복조하고 그 응답 페이즈를 동기화한다. 이 순간부터, 트랜스폰더 모듈은 5.8 GHz 정도의 제 2 고주파수에서의 신호들의 송신을 위하여 그 송신기를 동작시킨다.
방법의 제 3 단계 또는 페이즈에서, 기지국의 송신기는 제 1 안테나를 통해, 예를 들어, 2.4 GHz 에서의 제 1 주파수인 단독 캐리어 주파수 신호 TX 3 을 송신한다. 이 캐리어 주파수 신호 TX 3 은, 전송 디바이스 및 수신된 캐리어 주파수 신호 RX 3 의 주파수 변경 ("트랜스버터 (transverter)" 로서) 으로서 작동하는 트랜스폰더 모듈의 수신기에 의해 수신된다. 이 캐리어 주파수 신호 RX 3 의 수신 시에, 제 2 주파수로의 변환은, 예를 들어, 5.8 GHz 의 제 2 주파수인, 트랜스폰더 모듈로부터의 캐리어 주파수 신호 TX 3 의 송신을 위하여 트랜스폰더 모듈에서 직접적으로 수행된다. 제 2 캐리어 주파수에서의 이 수신된 신호 RX 3 은 기지국에서 변환되어 비휘발성 메모리의 제 1 레지스터에 저장된다.
신호들의 송신 및 수신은 기지국 및 트랜스폰더 모듈에서 병렬로 그리고 연속적으로 행해진다. 방법의 이 제 3 단계는 기지국 및 트랜스폰더 모듈의 수정 결정 발진기들의 주파수 차이를 보정하는데 유용하다.
제 3 단계의 캐리어 주파수 신호 직후의 방법의 제 4 단계 또는 페이즈에서, 기지국의 송신기는 의사-랜덤 잡음 신호 PN 4 인 코딩된 변조 신호, 예컨대, PSK 또는 FSK 를 송신한다. 이 신호 PN 4 는 높은 레이트, 예컨대, 125 Mbits/s 에서 전송되고, 이용된 주파수 대역의 표준들을 준수하도록 필터링된다. 트랜스폰더 모듈은 2.4 GHz 의 제 1 고주파수에서 이 신호 PN 4 를 수신하여 기지국을 위하여 5.8 GHz 의 제 2 고주파수로 변환된 이 신호 PN 4 를 재송신한다. 시간 시프트 (time shift) 는 트랜스폰더 모듈로부터의 코딩된 신호의 송신 동안에 추가될 수 있다.
신호 PN 4 의 송신 및 수신은 기지국 및 트랜스폰더 모듈에서 병렬로 행해진다. 일단 트랜스폰더 모듈로부터의 신호 PN 4 가 수신되면, 기지국은 이 신호의 주파수를 변환하고 이를 비휘발성 메모리의 제 2 레지스터에 저장한다.
방법의 제 5 단계 또는 페이즈에서, 기지국의 송신기는, 의사-랜덤 잡음 신호 PN 5 와 같은 코딩된 변조 신호, 예컨대, PSK 또는 FSK 인, 제 4 단계에서 송신된 신호 PN 을 직접적으로 그리고 다시 한번 송신한다. 이 신호 PN 5 는 또한, 높은 레이트, 예컨대, 125 Mbits/s 이고, 이용된 주파수 대역의 표준들을 준수하도록 필터링된다. 트랜스폰더 모듈은 2.4 GHz 의 제 1 고주파수에서 이 신호 PN 5 를 수신하여 이를 국부 발진기 상에서, 또는 재송신 주기 또는 임의의 다른 변조 파라미터 상에서, 약 5.8 GHz 에서, 그리고 예컨대, 50 kbits/s 에서의 더욱 추가적인 변조로 재송신한다. 트랜스폰더 모듈은 이에 따라, 이 신호 PN 5 및 트랜스모듈에 특정한 데이터를 참작하는 응답 신호를 생성하고, 5.8 GHz 에서의 제 2 주파수 상에서 예컨대, 50 kbits/s 에서 변조로 이 스크램블링된 응답 신호를 송신한다. 시간 시프트는 트랜스폰더 모듈의 스크램블링된 코딩된 응답 신호의 송신 동안에 추가될 수 있다. 응답 신호는 또한, 상기 트랜스폰더 모듈의 식별 코드, 또는 온도, 대기 압력, 상기 트랜스폰더 모듈을 착용하는 사람의 속력 또는 가속도와 같은 센서들에 의해 측정된 상이한 파라미터들을 포함할 수 있다.
신호 PN 5 및 응답 코드 5 의 송신 및 수신은 기지국 및 트랜스폰더 모듈에서 병렬로 행해진다. 기지국은 이에 따라, 5.8 GHz 의 주파수에서 트랜스폰더 모듈로부터의 코딩된 응답 신호를 수신하고, 이 정보를 프로세싱 유닛의 비휘발성 메모리의 제 3 레지스터에 저장하기 위하여 주파수 변환을 행한다.
방법의 제 5 단계 또는 페이즈의 종료 시에, 트랜스폰더 모듈은 휴식 또는 대기 모드로 이동한다. 이 순간부터, 선행 페이즈들 동안에 획득되고 메모리의 상이한 레지스터들에 저장된 정보의 디지털 프로세싱은 방법의 제 6 단계 또는 페이즈에서 행해진다. 캡처된 정보의 모든 프로세싱은 기지국의 디지털 프로세싱 유닛에서 행해진다.
우선, 기지국의 디지털 프로세싱 유닛은 메모리의 제 1 레지스터에 저장된 정보를 분석하고, 고속 푸리에 변환 (fast Fourier transform; FFT) 에 의하여, 기지국 및 트랜스폰더 모듈의 2 개의 수정 결정 발진기들 사이의 주파수 오차를 결정한다. 그러나, 트랜스폰더 모듈의 시간 기준과 기지국의 그것 사이의 주파수 정렬은 또한, 트랜스폰더 모듈에서 직접적으로 수행될 수 있다.
디지털 프로세싱 유닛은 그 후에, 메모리 제 2 레지스터에 저장된 정보를, 메모리의 제 1 레지스터의 분석 동안에 발진기들의 보정된 주파수 주위에서 그것을 알려진 PN 코드와 상관시켜서, 분석한다. 이 상관의 결과는 기지국과 트랜스폰더 모듈 사이, 그리고 트랜스폰더 모듈과 기지국 사이의 비행 시간들을 직접적으로 제공한다. 그 2개의 부분들의 전자 컴포넌트들에서 변조기, 수신기, 필터링 및 다른 동작들의 상이한 천이 시간 (transition time) 들이 또한 참작된다. 그러나, 이 천이 시간들은 기지국 및 트랜스폰더 모듈의 전자 회로들의 제조 후에 일반적으로 교정 및 보상된다.
기지국으로부터 트랜스폰더 모듈을 분리시키는 거리는 또한, 비행 시간들의 지식에 기초하여 결정된다는 것이 주목되어야 한다.
최종적으로, 기지국의 디지털 프로세싱 유닛은 메모리의 제 3 레지스터에 저장된 정보를, 그것을 메모리의 제 2 레지스터에 저장된 정보의 분석 동안에 획득된 상관 시간으로부터 시프트되는 알려진 PN 코드와 역상관시킴으로써, 분석한다. 이 최종적인 동작은 방법의 제 5 단계 동안에 트랜스폰더 모듈에 의해 송신된 코딩된 응답 신호에 의한 주파수 변조된 반송파 (carrier wave) 의 복원을 가능하게 한다. 다음으로, 예컨대, FSK, ASK, PSK, 또는 임의의 다른 타입의 변조에 의한 과변조된 신호의 복조는 트랜스폰더 모듈에 의해 송신된 응답 코드가 취출 (retrieve) 되는 것을 허용한다. 트랜스폰더 모듈은 이에 따라 완전히 인식되고, 이것은 또한, 그것을 착용하는 사람이 동시에 질의될 가능성이 있는 몇몇 다른 트랜스폰더 모듈들로부터 알려지는 것을 허용한다.
또한, 상이한 신호들의 송신 및 수신 동안의 방법의 각각의 페이즈의 시간은 1 ms 정도 또는 심지어 더 작을 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 이 지속시간은 복조 대역 폭과, 그러므로, 시스템의 감도, 즉, 최대 유효 범위를 정의한다. 트랜스폰더 모듈의 활성화로부터 기지국에서 저장된 정보의 완전한 프로세싱까지의 총 지속시간 T0 은 10 ms 정도일 수 있다.
도 3 은 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템 (1) 의 제 2 실제적인 예를 도시한다. 기지국 (2) 과 트랜스폰더 모듈 (3) 사이의 신호들의 송신 및 수신이 신호들의 송신 및 수신의 교번과 함께 단일 캐리어 주파수에서 발생하더라도, 기지국 (2) 및 트랜스폰더 모듈 (3) 의 상이한 컴포넌트들은 도 1 을 참조하여 설명된 것들과 유사하다. 그러므로, 단순화를 위하여, 도 1 을 참조하여 설명된 동일한 컴포넌트들은 다시 설명되지 않을 것이고, 도 3 의 거리를 결정하기 위한 이 시스템의 상이한 부분들만이 설명될 것이다.
거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템 (1) 의 이 제 2 실제적인 예의 경우, 송신 및 수신 양자 모두는 동일한 안테나를 통해, 그리고 예를 들어, 5.8 GHz 에서 선택될 수 있는 단일 캐리어 주파수에서 행해진다. 송신과 수신 사이의 교번은 기지국 (2) 및 트랜스폰더 모듈 (3) 에서 수행된다.
믹서들을 위한 5.8 GHz 에 근접한 주파수에서 동위상 및 직교위상 발진 신호들을 생성하기 위하여, 기지국 (2) 에서는 하나의 주파수 합성기 (113) 만이 있다. 송신기 (21) 에서, 주파수 합성기 (113) 는 송신될 동위상 중간 신호 IF_I 의 주파수를 상승시키기 위하여 동위상 발진 신호를 제 1 믹서 (114) 로 공급한다. 주파수 합성기 (113) 는 송신되어야 할 직교위상 중간 신호 IF_Q 의 주파수를 상승시키기 위하여 직교위상 발진 신호를 제 2 믹서 (115) 로 공급한다. 2 개의 믹서들의 출력 신호들은 증폭기 (111) 에 의해 증폭되기 전에 가산기 (112) 에서 가산되고, 증폭기 (111) 의 출력은 신호들의 송신 및 수신을 위한 단일 안테나 (26) 에 접속된 스위칭 엘리먼트 (120) 에 접속된다. 특히, 프로세싱 유닛 (25) 에 의한 스위칭 엘리먼트 (120) 로의 송신의 전환을 위한 커맨드에 따라, 송신 모드에서 안테나 (26) 를 통해 송신기에 의해 공급된 신호의 송신이 있다. 이 스위칭 엘리먼트 (120) 는 바람직하게는, 2개의 입력들 및 하나의 출력을 갖는 멀티플렉서 (multiplexer) 이며 프로세싱 유닛 (25) 으로부터 나오는 스위칭 커맨드는 국부 발진기 (23) 로부터 나오는 타이밍 신호에 의해 클록킹된다.
주파수 합성기 (113) 는 또한, 수신기 (22) 의 제 1 믹서 (123) 를 위한 동위상 발진 신호 LO_I, 및 수신기 (22) 의 제 2 믹서 (124) 를 위한 직교위상 발진 신호 LO_Q 를 공급한다. 스위칭 엘리먼트 (120) 로의 수신의 전환을 위한 커맨드에 따라, 수신 모드에서 안테나 (26) 에 의해 픽업된 신호는, 수신된 신호의 주파수를 낮추고 필터링 및 송신된 동위상 IF_I 및 직교위상 IF_Q 중간 신호들을 프로세싱 유닛 (25) 으로 공급하기 위하여 수신기의 제 1 및 제 2 믹서들로 공급되기 전에 저잡음 증폭기 (121) 에 의해 증폭된다.
트랜스폰더 모듈 (3) 에서는, 또한, 믹서들을 위한 5.8 GHz 에 근접한 주파수에서 동위상 및 직교위상 발진 신호들을 생성하기 위하여 하나의 주파수 합성기 (143) 만이 있다. 송신기 (31) 에서, 주파수 합성기 (143) 는 송신될 동위상 중간 신호 IF_I 의 주파수를 상승시키기 위하여 동위상 발진 신호를 제 1 믹서 (145) 로 공급한다. 주파수 합성기 (143) 는 송신될 직교위상 중간 신호 IF_Q 의 주파수를 상승시키기 위하여 직교위상 발진 신호를 제 2 믹서 (146) 로 공급한다. 2 개의 믹서들의 출력 신호들은 증폭기 (141) 에 의해 증폭되기 전에 가산기 (142) 에서 가산되고, 증폭기 (111) 의 출력은 신호들의 송신 및 수신을 위한 단일 안테나 (36) 에 접속된 스위칭 엘리먼트 (150) 에 접속된다. 특히, 논리 유닛 (35) 에 의한 스위칭 엘리먼트 (150) 로의 송신의 전환을 위한 커맨드에 따라, 송신 모드에서 안테나 (36) 를 통해 송신기 (31) 에 의해 공급된 신호의 송신이 있다. 이 스위칭 엘리먼트 (150) 는 바람직하게는, 2개의 입력들 및 하나의 출력을 갖는 멀티플렉서이며 논리 유닛 (35) 으로부터 나오는 스위칭 커맨드는 국부 발진기 (33) 로부터 나오는 타이밍 신호에 의해 클록킹된다.
주파수 합성기 (143) 는 또한, 수신기 (32) 의 제 1 믹서 (133) 를 위한 동위상 발진 신호 LO_I, 및 수신기 (32) 의 제 2 믹서 (134) 를 위한 직교위상 발진 신호 LO_Q 를 공급한다. 스위칭 엘리먼트 (150) 로의 수신의 전환을 위한 커맨드에 따라, 수신 모드에서 안테나 (36) 에 의해 픽업된 신호는, 수신된 신호의 주파수를 낮추고 필터링 및 송신된 동위상 IF_I 및 직교위상 IF_Q 중간 신호들을 논리 유닛 (35) 으로 공급하기 위하여 수신기 (32) 의 제 1 및 제 2 믹서들로 공급되기 전에 저잡음 증폭기 (131) 에 의해 증폭된다.
또한, 생성된 발진 신호들이 신호들의 송신 및 수신을 위하여 동일한 캐리어 주파수에 있더라도, 2 개의 주파수 합성기들은 또한, 각각의 엔티티의 송신기 및 수신기를 위하여 각각 제공될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 데이터 또는 커맨드들의 변조는 거리 측정이 수행되는 것을 가능하게 하기 위한 제한 없이, 예를 들어, FSK, GFSK, PSK, QPSK, OQPSK, 또는 다른 변조일 수 있다.
기지국 (2) 과 개인화된 트랜스폰더 모듈 (3) 사이의 거리를 결정하기 위한 방법은 도 4 를 참조하여 지금부터 설명될 것이다. 위에서 설명된 거리를 결정하기 위한 시스템의 제 2 실제적인 예에 따르면, 거리를 결정하기 위한 방법은 도 1 의 거리를 결정하기 위한 시스템의 제 1 실제적인 예에 대하여 위에서 설명된 방법보다 더 적은 하나의 단계 또는 페이즈만을 가진다. 위에서 설명된 제 1, 제 2, 제 4, 제 5, 및 제 6 단계들 또는 페이즈들은 거리를 결정하기 위한 시스템의 제 2 실제적인 예에서 거리를 결정하기 위한 이 방법에 대하여 반복된다. 대조적으로, 2 개의 발진기들 사이의 주파수 오차를 결정하기 위한 캐리어 주파수 신호의 송신의 제 3 단계 또는 페이즈는 생략된다. 단일 캐리어 주파수, 예컨대, 5.8 GHz 에서의 송신 및 수신을 갖는 이 시나리오에서, 주파수 오차는 무관하게 된다.
기지국 및 트랜스폰더 모듈에서의 단일 안테나는 5.8 GHz 에서의 단일 통신 주파수에 의한 코딩된 신호들의 송신 및 수신을 위하여 이용된다. 이 조건들에서는, 코딩된 신호들의 트랜스폰더 모듈에서 그리고 기지국에서의 송신과 수신 사이에 교번이 있어야 한다. 송신을 위한 그리고 수신을 위한 시간 윈도우들 또는 시간 간격들이 경시적으로 교번하는데, 이는 기지국 또는 트랜스폰더 모듈로부터 나오는 신호의 수신이 각각의 수신 윈도우의 일부 상에서 발생할 수 있음을 의미한다. 송신과 수신 사이의 교번은 도 5 에서 기호적으로 알 수 있는 바와 같이, 특히, 기지국에서 고속으로, 예를 들어, 500 ns 마다 발생한다.
시간 간격들은 도 5 에서 도시된 바와 같이, 기지국에 관하여 트랜스폰더 모듈에서의 상이한 지속시간의 코딩된 신호들의 송신 및 수신을 위하여 제공될 수 있다. 그러나, 수신 지속시간과 동일한 송신 지속시간은 기지국 및 트랜스폰더 모듈에서 정의된다. 이것으로 인해, 기지국에 관하여 트랜스폰더 모듈에서의 송신과 수신 사이에 시간 시프트가 있다.
도 5 에서 기호적으로 도시된 바와 같이, 삼각형들은 경시적으로 신호들의 시퀀스들의 송신 및 수신을 표현하도록 도시되어 있다. 송신 및 수신 시간 윈도우들이 기지국과 트랜스폰더 모듈 사이에서 시프트될 때, 기지국의 송신의 일부는 트랜스폰더 모듈에 의해 수신될 수 있고, 동일하게, 트랜스폰더 모듈의 송신의 일부는 기지국에 의해 수신될 수 있다는 것을 알 수 있다. 각각의 윈도우는 기지국에 대하여 500 ns 정도의 지속시간일 수 있는 반면, 트랜스폰더 모듈에 대하여, 각각의 윈도우는 예를 들어, 350 ns 정도일 수 있다. 대조적으로, 트랜스폰더 모듈과 기지국 사이에서 결정된 비행 시간은 수 ns 이다.
또한, 송신된 시퀀스와 수신된 시퀀스 사이에서 충분하게 중첩하는 긴 시퀀스들을 획득하기 위하여, 트랜스폰더 모듈은 정의되고 잘 알려진 내부 신호 지연을 제공해야 한다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 트랜스폰더 모듈 및 기지국의 송신 및 수신 시퀀스들은 동기화되어야 하거나, 또는 기생 역동기화 (parasitic desynchronisation) 를 방지하기 위하여 상이한 주파수를 가져야 한다는 것이 주목되어야 한다. 기지국 및 트랜스폰더 모듈은 도 5 에서 명백한 바와 같이, 동시에 송신 및 수신 모드들에 있다.
신호의 일부만이 기지국에 의해 수신되더라도, 예를 들어, 분석을 위하여, 상관은 예를 들어, 비행 시간들을 용이하게 인식할 것이다. 송신/수신 간격들의 중첩에 의한 신호의 일부의 손실은 시스템의 감도, 즉, 레인지에만 영향을 준다. 손실된 신호의 70 % 는 10 dB 만큼 감도를 감소시킨다.
그 자신의 메시지를 송신하기 위한 트랜스폰더 모듈에 의한 과변조의 동작은, 주파수에서 또한 변조되는 PN 신호 상에서의 주파수에서의 과변조의 경우에 도 6 에서 예시된다. 여기에서 명백한 것은, 트랜스폰더 모듈과 기지국 사이의 비행 시간인 시간 차이 TOF 를 갖는 기지국에 의해 수신된 PN 코드에 기초한, 트랜스폰더 모듈에 의해 송신된 스크램블링된 코딩된 신호의 주파수에서의 변동이다. 시간에 관한 주파수의 그래프의 상단으로부터의 제 1 신호는 트랜스폰더 모듈의 코딩된 응답 신호를 도시한다. 이 예에서, 이 응답 신호는, 13 Mbits/s 에서 수신된 PN 코딩된 신호를 국부 발진기 상에서 1 Mbits/s 에서의 FSK 변조로 5.8 GHz 로 변환한 것을 결합하여 스크램블링된 코딩된 응답 신호를 제공한다. 이 제 1 신호에 대해 명백한 것은, 상태 "1" 의 비트, 그리고 다음으로 상태 "0" 의 비트, 추가로 다음으로, 변환된 PN 신호 상에서 1 Mbits/s 에의 상태 "1" 의 비트를 정의하기 위한 트랜스폰더 모듈의 응답 신호의 주파수 변동이다. 이하의 제 2 신호는 1 Mbits/s 에서의 데이터의 비트의 변경만을 보여주는 반면, 제 3 신호는 지속시간 TOF 의 시간에서 시프트된 기지국에 의해 수신된 신호이다. 각각의 비트의 지속시간 TKey 은 국부 발진기 상에서 1 Mbits/s 에서의 전송 레이트에 대하여 1 μs 정도인 반면, 13 Mbits/s 에서의 PN 코드의 변동의 지속시간 TPN 은 80 ns 정도이다.
위에서 설명된 바와 같이, 계산된 거리 정보와, 트랜스폰더 모듈의 스크램블링된 코드에 대한 응답 사이의 병합이 있다. 이러한 코딩된 응답은 지능적으로 결합해제 (decouple) 될 수 있다. 이 제 2 액션은 거리 추정을 바로 뒤따르는 이 제 2 단계 동안에, 도 6 에서 도시된 바와 같이, 트랜스폰더 모듈로부터 재송신될 중심 반송파의 변조를 통해 간단하게 행해진다. 변조는 무엇이든지 (주파수, 위상, 진폭, 재송신 주기...) 임의의 방식으로 행해질 수 있다. 기지국에 관한 한, DSP 디지털 프로세싱은 설명된 제 1 변형에 다른 횡단 응답파, 또는 제 2 변형에 따른 반사된 응답파를 역컨볼루팅 (de-convolute) 하기 위하여 제 2 단계에서 결정된 정확한 PN 위상을 이용한다. 변조된 PN 코드는, 선행 검출된 거리가 트랜스폰더 모듈의 응답이 계산되었던 트랜스폰더 모듈 자체의 그것과 동일할 때, 올바른 디스크램블링 (descrambling) 을 오직 초래하는 스크램블링 코드로서 작용한다.
위에서 개략적으로 서술된 설명에 기초하여, 기지국과 웨어러블 객체 사이의 거리를 결정하기 위한 시스템 및 방법의 몇몇 변형들은 청구항들에 의해 정의된 발명의 골격으로부터 이탈하지 않으면서 당해 분야의 당업자에 의해 생각될 수 있다.

Claims (25)

  1. 무선 신호 통신에 의해 적어도 하나의 개인화된 웨어러블 객체 (3) 와 적어도 하나의 기지국 (2) 사이의 거리를 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 기지국 (2) 은 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 송신기 (21), 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 수신기 (22), 프로세싱 유닛 (25), 및 상기 기지국 (2) 의 동작들을 클록킹하기 위한 국부 발진기 (23) 를 포함하고, 상기 웨어러블 객체 (3) 는 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 송신기 (31), 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 수신기 (32), 논리 유닛 (35), 및 상기 웨어러블 객체 (3) 의 동작들을 클록킹하기 위한 국부 발진기 (33) 를 포함하고,
    상기 방법은:
    - 제 1 단계에 따라, 상기 웨어러블 객체 (3) 를 활성화하는 단계,
    - 제 2 단계에 따라, 상기 기지국 (2) 으로부터의 제 1 동기화 신호를 송신하고, 상기 웨어러블 객체 (3) 에서 상기 기지국 (2) 으로부터의 상기 제 1 동기화 신호를 수신하여 후속 응답 신호에서 상기 웨어러블 객체 (3) 에 특정한 데이터의 추가적인 변조를 동기화하는 단계,
    - 제 3 단계에 따라, 상기 기지국 (2) 으로부터의 제 2 코딩된 신호를 송신하고, 상기 웨어러블 객체 (3) 에서 상기 기지국 (2) 으로부터의 상기 제 2 코딩된 신호를 수신하고 상기 수신된 제 2 코딩된 신호를 상기 기지국 (2) 으로 재송신하고, 상기 기지국 (2) 에서 상기 웨어러블 객체 (3) 로부터의 상기 재송신된 제 2 코딩된 신호를 수신하여 디지털 프로세싱 유닛 (25) 의 제 1 메모리 레지스터에 변환 및 저장하는 단계,
    - 제 4 단계에 따라, 상기 기지국 (2) 으로부터의 제 3 코딩된 신호를 송신하고, 상기 웨어러블 객체 (3) 에서 상기 제 3 코딩된 신호를 수신하고 수신된 상기 제 3 코딩된 신호에 기초하여 그리고 상기 웨어러블 객체 (3) 에 특정한 데이터의 추가적인 변조로 스크램블링된 응답 신호를 재송신하고, 상기 기지국 (2) 에서 상기 웨어러블 객체 (3) 로부터의 상기 스크램블링된 응답 신호를 수신하여 상기 디지털 프로세싱 유닛 (25) 의 제 2 메모리 레지스터에 변환 및 저장하는 단계,
    - 다음으로, 상기 제 1 메모리 레지스터에 저장된 정보를 상기 디지털 프로세싱 유닛 (25) 에서 알려진 PN 코드와 상관시킴으로써 상기 제 1 메모리 레지스터에 저장된 정보를 분석하여 상기 기지국 (2) 과 상기 웨어러블 객체 (3) 사이의 상기 신호들의 비행 시간들을 결정하고, 이로부터 상기 웨어러블 객체 (3) 및 상기 기지국 (2) 을 분리시키는 상기 거리를 추론하는 단계, 및
    - 상기 제 2 메모리 레지스터에 저장된 정보를 상기 알려진 PN 코드와 역상관시킴으로써 상기 제 2 메모리 레지스터에 저장된 정보를 분석하여 응답 코드가 상기 개인화된 웨어러블 객체에 대응할 경우에 스크램블링된 코딩된 응답 신호에서 송신된 응답을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨어러블 객체 (3) 는 상기 스크램블링된 코딩된 응답 신호의 송신의 종료 시에 비활성화되는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 송신기 (31) 는 상기 기지국 (2) 으로부터의 제 1 코딩된 신호의 수신을 따르거나, 또는 상기 웨어러블 객체 (3) 의 착용자의 액션을 따르거나, 또는 결정된 액션을 따르거나, 또는 트랜스폰더 모듈 (3) 인 상기 웨어러블 객체와 상기 기지국 (2) 사이에서 주기적으로 확립되고 동기화된 시간 동기화에 따라 동작되는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 은 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 활성화 후에 결정된 시간 간격으로 상기 제 1 동기화 신호를 송신하고, 상기 웨어러블 객체 (3) 에 의해 수신된 상기 제 1 동기화 신호는 상기 응답 신호가 준비될 수 있게 하고 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 송신기 (31) 가 동작될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 은 계속해서: 제 2 의사-랜덤 잡음 코드 신호 및 제 3 의사-랜덤 잡음 코드 신호인 상기 제 2 코딩된 신호 및 상기 제 3 코딩된 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 송신기 (21) 는 계속해서: 상기 웨어러블 객체 (3) 의 활성화 후의 결정된 시간 간격에서, 상기 제 1 동기화 신호 다음으로 코드리스 캐리어 주파수 신호, 다음으로 의사-랜덤 잡음 코드 신호인 상기 제 2 코딩된 신호, 다음으로 동일한 의사-랜덤 잡음 코드 신호인 상기 제 3 코딩된 신호를 송신하고, 상기 웨어러블 객체의 상기 수신기 (32) 는 계속해서: 상기 제 1 코딩된 신호, 상기 캐리어 주파수 신호, 및 상기 의사-랜덤 잡음 코드 신호들을 계속해서 수신하여 상기 논리 유닛 (34) 에서 프로세싱된 이 신호들을 상기 기지국 (2) 으로 재송신하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 수신기에 의해 상기 기지국 (2) 으로부터 수신된 상기 캐리어 주파수 신호를 상기 기지국 (2) 을 위하여 상기 웨어러블 객체의 상기 송신기 (31) 에 의해 재송신하여 상기 디지털 프로세싱 유닛 (25) 의 제 3 메모리 레지스터에 변환 및 저장하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 국부 발진기 (23) 는 수정 결정 (24) 을 갖는 발진기이고, 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 국부 발진기 (33) 는 상기 기지국 (2) 의 상기 수정 결정 (24) 을 갖는 상기 발진기와 유사한 수정 결정 (34) 을 갖는 발진기이고, 상기 디지털 프로세싱 유닛 (25) 의 상기 제 3 메모리 레지스터에 저장된 정보를 분석하여 2 개의 상기 발진기 사이의 주파수 오차를 결정해 상기 기지국 (2) 과 상기 웨어러블 객체 (3) 사이의 신호들의 상기 비행 시간의 결정을 위하여 참작하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 송신기 (21) 는 높은 전송 레이트로 제 1 고주파수에서 상기 신호들을 송신하고, 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 송신기 (31) 는 상기 제 1 고주파수와는 상이한 제 2 고주파수에서 상기 신호들을 송신하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파수는 2.4 GHz 정도의 값이고, 상기 기지국 (2) 의 신호들의 상기 높은 전송 레이트는 예를 들어, 125 Mbits/s 의 정도이고, 상기 제 2 고주파수는 5.8 GHz 의 정도의 값이고, 상기 코딩된 응답 신호에서의 추가적인 변조의 레이트는 예를 들어, 50 kbits/s 의 정도인 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 송신기 (21) 는 계속해서: 상기 웨어러블 객체 (3) 의 활성화 후의 결정된 시간 간격으로, 상기 제 1 동기화 신호, 다음으로 의사-랜덤 잡음 코드 신호인 상기 제 2 코딩된 신호, 다음으로 동일한 의사-랜덤 잡음 코드 신호인 상기 제 3 코딩된 신호를 송신하고, 상기 웨어러블 객체의 상기 수신기 (32) 는 계속해서: 상기 제 1 코딩된 신호, 캐리어 주파수 신호, 및 상기 의사-랜덤 잡음 코드 신호들을 계속해서 수신하여 상기 논리 유닛 (34) 에서 프로세싱된 이 신호들을 상기 기지국 (2) 으로 재송신하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 송신기 (21) 및 상기 수신기 (22) 와, 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 송신기 (31) 및 상기 수신기 (32) 는 상기 기지국 (2) 의 안테나 (26) 및 상기 웨어러블 객체 (3) 의 안테나 (36) 를 통해 단일 고주파수에서 상기 신호들을 송신 및 수신하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고주파수는 5.8 GHz 정도의 값이고, 상기 기지국 (2) 으로부터의 상기 신호들의 높은 전송 레이트는 예를 들어, 125 Mbits/s 의 정도이고, 상기 코딩된 응답 신호에서의 추가적인 변조의 레이트는 예를 들어, 50 kbits/s 의 정도인 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 안테나 (26) 및 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 안테나 (36) 를 통한 신호들의 송신 및 수신의 전환은 상기 기지국 (2) 과 상기 웨어러블 객체 (3) 사이에서 송신 및 수신된 상기 신호들의 시퀀스들의 송신과 송신 사이의 교번하도록 행해지는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 으로부터의 신호들의 수신의 지속시간과 신호들의 송신의 지속시간은 동일하고, 상기 웨어러블 객체로부터의 신호의 수신의 지속시간과 신호들의 송신의 지속시간은 동일한 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 으로부터의 신호들의 수신 및 송신의 지속시간은 상기 웨어러블 객체 (3) 로부터의 신호들의 수신 및 송신의 지속시간보다 더 크지만, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 코딩된 신호들의 수신 또는 송신의 각각의 페이즈의 지속시간보다 더 작은 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 및 상기 웨어러블 객체 (2) 에서의 상기 코딩된 신호들의 수신 및 송신은 계속해서 연속적으로 행해지고, 신호들의 수신 및 송신의 각각의 페이즈의 지속시간은 상기 기지국 (2) 및 상기 웨어러블 객체 (3) 에서 동일한 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 방법.
  18. 제 1 항에 따른 거리를 결정하기 위한 방법의 구현을 위한 거리를 결정하기 위한 시스템 (1) 으로서,
    상기 시스템 (1) 은 기지국 (2), 및 상기 기지국 (2) 과의 무선 신호 통신을 위한 개인화된 웨어러블 객체 (3) 를 포함하고, 상기 기지국 (2) 은 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 송신기 (21), 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 수신기 (22), 프로세싱 유닛 (25), 및 상기 기지국 (2) 의 동작들을 클록킹하기 위한 국부 발진기 (23) 를 포함하고, 상기 웨어러블 객체 (3) 는 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 송신기 (31), 고주파수에서의 무선주파수 신호들의 수신기 (32), 논리 유닛 (35), 및 상기 웨어러블 객체 (3) 의 동작들을 클록킹하기 위한 국부 발진기 (33) 를 포함하는, 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 국부 발진기 (23) 는 수정 결정 (24) 을 갖는 발진기이고, 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 국부 발진기 (33) 는 상기 기지국 (2) 의 상기 수정 결정 (24) 을 갖는 상기 발진기와 유사한 수정 결정 (34) 을 갖는 발진기인 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 송신기 (21) 는 제 1 고주파수에서의 신호들의 송신을 위하여 제 1 안테나 (26) 에 접속되고, 상기 기지국 (2) 의 상기 수신기 (22) 는 제 2 주파수에서의 신호들의 수신을 위하여 제 2 안테나 (27) 에 접속되고, 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 수신기 (32) 는 제 1 고주파수에서의 신호들의 수신을 위하여 제 1 안테나 (36) 에 접속되고, 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 송신기 (31) 는 제 2 고주파수에서의 신호들의 송신을 위하여 제 2 안테나 (37) 에 접속되는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파수는 2.4 GHz 의 정도이고, 상기 제 2 고주파수는 5.8 GHz 의 정도인 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 의 상기 송신기 (21) 및 상기 수신기 (22) 는 고주파수에서의 신호들의 송신 및 수신을 위한 단일 안테나 (26) 를 갖는 멀티플렉서의 형태인 스위칭 엘리먼트 (120) 에 의하여 접속되고, 상기 웨어러블 객체 (3) 의 상기 송신기 (31) 및 상기 수신기 (32) 는 동일한 고주파수에서의 신호들의 송신 및 수신을 위한 단일 안테나 (36) 를 갖는 멀티플렉서의 형태인 스위칭 엘리먼트 (150) 에 의하여 접속되는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 고주파수는 5.8 GHz 의 정도인 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 기지국 (2) 은 활동의 구역 상에 배열되고, 상기 웨어러블 객체 (3) 는 활동의 구역에서 사람에 의해 착용될 수 있는 트랜스폰더 모듈이고, 상기 트랜스폰더 모듈은 상기 모듈의 터치 또는 버튼 상에 수동으로 작동하는 것에 의해 활성화될 수 있거나, 또는 상기 기지국 (2) 에 의해 송신된 저주파수 웨이크업 신호에 의해 활성화될 수 있거나, 또는 상기 기지국 (2) 과 상기 트랜스폰더 모듈 (3) 사이의 정의되고 동기화된 간격에 기초하여 주기적으로 또한 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
  25. 제 18 항에 있어서,
    대역외 간섭 신호가 재송신되는 것을 방지하기 위하여, 제 1 아날로그 대 디지털 변환, 그 다음으로 디지털 필터링 동작, 다음으로, 제 2 디지털 대 아날로그 변환으로 진행하는 중간 주파수에서의 신호들의 프로세싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리를 결정하기 위한 시스템 (1).
KR1020170125576A 2016-09-30 2017-09-27 웨어러블 객체와 기지국 사이의 거리를 결정하기 위한 방법 및 시스템 KR102093541B1 (ko)

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