KR20230147470A - Uwb 레인징 주기 설정장치 및 그 방법 - Google Patents

Uwb 레인징 주기 설정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 UWB 기반 레인징 주기 설정장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 UWB 레인징 주기 설정장치는, 다수의 디지털 키와 데이터를 송수신하는 BLE 통신부; 다수의 디지털 키와 차량 간 이격거리에 대한 정보를 제공하는 UWB 통신부; 레인징을 수행하는 프로그램이 내장된 메모리; 및 프로그램을 실행시켜 다수의 디지털 키와의 이격거리에 따라 레인징을 수행하는 프로세서;를 포함하되, 프로세서는, BLE 통신부로부터 입력된 수신데이터의 신호세기에 기초하여 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

UWB 레인징 주기 설정장치 및 그 방법{APPARATUS FOR SETTING UWB RANGING PERIOD METHOD THEREOF}
본 발명은 UWB 레인징 주기 설정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 디지털 키와 UWB 멀티 레인징을 수행할 때 BLE 신호의 수신세기를 기반으로 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행하는 UWB 레인징 주기 설정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, SMK 시스템(스마트 키 시스템)은 LF(Low Frequency, 125kHz) 및 RF(Radio Frequency, 434MHz) 기술을 활용하여 Fob(스마트키)의 위치를 판단하고, 차량 도어의 lock/unlock을 제어하고 시동을 시작한다.
LBS(Local Based Service)를 제공하기 위해, GPS, 와이파이, 블루투스 등의 기술이 활용되고 있는데, 이는 정밀 측정이 어려운 문제점이 있는 반면, UWB(6~8GHz, 500MHz 이상의 대역폭)는 넓은 주파수 대역, 저전력 통신, 수십 센티미터 내외의 높은 정확도로 측위가 가능한 장점이 있다.
여기서 UWB(Ultra Wide Band)는 ToF(Time of Flight) 기술을 활용하여 통신 주체 사이의 신호 도달 시간에 빛의 속도를 곱하여, 통신 주체간의 거리를 산출하는 기술이다.
종래 GPS와 이동통신망 기반의 위치 추적 기술은 각각 5 내지 50m, 50 내지 200m의 오차 범위를 가지고 있으며, GPS의 경우 도심 빌딩 숲에서는 위성에서 보내는 신호가 도달하는데 장애가 발생할 수도 있다.
여기서 와이파이의 경우 저비용으로 위치 추적이 가능하지만, 사용 주파수 대역이 좁으므로 위치 추적 대상이 많아질 경우 채널 분할에 한계가 발생할 수 있다. 또한, 이동성을 가진 단말은 고정된 와이파이 AP(액세스 포인트)와의 연결이 끊어질 수 있다.
블루투스는 다수의 센서를 저렴한 비용으로 배치하는 것이 가능하지만, 통신 레이턴시(latency)가 크기 때문에 동적 환경에서 실시간으로 위치를 추적하는 데에는 적합하지 않다.
그런데, UWB는 와이파이, 블루투스와는 다르게 넓은 주파수 대역을 사용하며, 낮은 전력으로 높은 전송 속도를 통해 대용량의 정보를 전송하는 것이 가능하다.
UWB 기술을 이용한 측위는 20센티미터 내외의 낮은 오차율을 보이며, 장애물에 대한 투과율이 높고, 와이파이 등의 다른 신호에 영향을 받지 않는 장점이 있다.
여기서, UWB 기술에 의해 디지털 키와 앵커 간의 거리를 측정하는 행위를 레인징(Ranging)이라고 한다. 이때 데이터 스트럭쳐는 IEEE802.15.4z 표준에 따르고, 1 패킷 송신 시 약 200us 정도가 소요된다. 또한 슬롯(Slot)은 디지털 키 또는 앵커가 신호를 1회 송신(또는 수신)하고, 다음 송신(또는 수신)까지 소요되는 시간으로 정의된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0137841호(2021.11.18. 공개, UWB 시스템)에 개시되어 있다.
이와 같이 UWB 기술에 의해 디지털 키와 레인징을 수행할 때 블록 기반으로 레인징을 수행할 경우, 블록마다 96ms씩 반복하면서 1회씩 레인징을 수행한다.
이때 한 대의 차량과 다수의 디지털 키가 레인징을 수행하는 것을 멀티 레인징이라고 하며, 현재는 최대 4개까지 레인징을 동시에 수행하고 있다.
그러나, 이와 같이 멀티 레이징을 수행할 경우 짧은 시간 안에 많은 디지털 키가 레인징을 수행하면서 채널이 복잡해지고 타이밍이 겹치면서 레인징 페일이 발생할 확률이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 다수의 디지털 키와 UWB 멀티 레인징을 수행할 때 BLE 신호의 수신세기를 기반으로 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행하는 UWB 레인징 주기 설정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치는, 다수의 디지털 키와 데이터를 송수신하는 BLE 통신부; 다수의 디지털 키와 차량 간 이격거리에 대한 정보를 제공하는 UWB 통신부; 레인징을 수행하는 프로그램이 내장된 메모리; 및 프로그램을 실행시켜 다수의 디지털 키와의 이격거리에 따라 레인징을 수행하는 프로세서;를 포함하되, 프로세서는, BLE 통신부로부터 입력된 수신데이터의 신호세기에 기초하여 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 수신데이터의 신호세기는, BLE 신호의 수신세기인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 프로세서는, 수신데이터의 신호세기에 따라 레인징 등급을 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 레인징 주기는, 레인징 등급에 따라 배수로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 프로세서는, 수신데이터의 신호세기가 클수록 레인징 주기를 짧게 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 UWB 레인징 주기 설정방법은, 프로세서가 다수의 디지털 키로부터 수신된 수신데이터의 신호세기를 BLE 통신부로부터 입력받는 단계; 프로세서가 수신데이터의 신호세기에 기초하여 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 설정하는 단계; 및 프로세서가 레인징 주기에 따라 다수의 디지털 키와 레인징을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 수신데이터의 신호세기는, BLE 신호의 수신세기인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 레인징 주기를 설정하는 단계는, 프로세서가 수신데이터의 신호세기에 따라 레인징 등급을 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 레인징 주기는, 레인징 등급에 따라 배수로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 레인징 주기를 설정하는 단계는, 프로세서가 수신데이터의 신호세기가 클수록 레인징 주기를 짧게 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치 및 그 방법은 다수의 디지털 키와 UWB 멀티 레인징을 수행할 때 BLE 신호의 수신세기를 기반으로 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행함으로써, 사용자의 접근 의도가 높을수록 빠른 레인징 주기를 통해 우선적으로 레인징 및 위치를 측정하여 효율적인 사용자 편의를 제공할 뿐만 아니라 불필요한 레인징을 최소화하여 레인징 페일 및 전력소모를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치에서 디지털 키의 BLE 신호의 수신세기를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치에서 블록 기반의 레인징 주기를 나타낸 타임 그리드이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 UWB 기반 레인징 주기 설정장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치에서 디지털 키의 BLE 신호의 수신세기를 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치에서 블록 기반의 레인징 주기를 나타낸 타임 그리드이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정장치는 BLE 통신부(20), UWB 통신부(30), 메모리(40) 및 프로세서(10)를 포함할 수 있다.
BLE 통신부(20)는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy) 통신기반으로 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와 데이터를 송수신하여 수신데이터의 신호세기를 각각 제공할 수 있다.
즉, BLE 통신부(20)에서 제공하는 수신데이터의 신호세기는 BLE 신호의 수신세기이다.
본 실시예에서는 4개의 디지털 키를 기반으로 UWB 멀티 레인징을 수행하는 경우를 예시로 설명하고 있으나, n개의 디지털 키와 페어링되어 UWB 멀티 레인징을 수행할 수도 있다.
UWB 통신부(30)는 UWB 통신기술을 기반으로 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와 통신하면서 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와 차량 간 이격거리에 대한 정보를 제공할 수 있다.
여기서, UWB 통신부(30)는 차량의 다수 곳에 설치되는 다수개의 앵커(Anchor)를 통해 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와 통신하면서 이격거리에 대한 정보를 제공할 수 있다.
메모리(40)는 레인징을 수행하는 프로그램이 내장된다.
이때 메모리(40)에는 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)에 대해 설정된 레인징 주기를 저장할 수도 있다.
프로세서(10)는 메모리(40)에 저장된 프로그램을 실행시켜 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와의 이격거리에 따라 레인징을 수행할 수 있다.
여기서 프로세서(10)는 BLE 통신부(20)를 통해 수신된 수신데이터의 신호세기에 기초하여 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행할 수 있다.
이때 프로세서(10)는 수신데이터의 신호세기에 따라 레인징 등급을 설정하고, 레인징 등급에 따라 레인징 주기를 배수로 설정할 수 있다.
즉, 수신데이터의 신호세기가 클수록 레인징 주기를 짧게 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 BLE 통신부(20)와 송수신하는 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)의 BLE 신호세기인 BLE RSSI(Received Signal Strength Indicator)가 각각 -70dBm, -75dBm, -78dBm 및 -78dBm 이라고 가정할 때, 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 레인징 등급을 1등급부터 3등급까지 설정할 수 있고, 각각의 등급에 따라 레인징 주기를 배수로 설정할 수 있다.
따라서 제1 디지털 키(51, #1)는 1등급이고, 제2 디지털 키(52, #2)는 2등급이며, 제3 디지털 키(53, #3)와 제4 디지털 키(54, #4)는 3등급으로 레인징 주기를 각각 설정할 수 있다.
이와 같이 각 등급을 설정한 후 국제 표준 기술 규격에 따라 UWB 블록 기반 레인징 주기는 98ms이기 때문에, 이를 기반으로 1등급의 레인징 주기는 98ms, 2등급의 레인징 주기는 2배수인 192ms, 3등급의 레인징 주기는 3배수인 288ms로 설정할 수 있다.
이와 같이 UWB 레인징 주기를 설정한 후 프로세서(10)는 UWB 통신부(30)를 통해 측정된 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와의 이격거리에 따라 레인징을 수행할 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 프로세서(10)는 제1 디지털 키(51, #1)와는 매 블록인 98ms마다 호핑하여 레인징을 수행하고, 제2 디지털 키(52, #2)와는 두 블록인 192ms마다 호핑하여 레인징을 수행하여 레인징을 수행할 수 있다.
이와 같이 BLE 신호의 수신세기를 기반으로 사용자의 접근의도를 파악하여 사용 의도가 높은 디지털 키를 우선적으로 레인징할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 UWB 레인징 주기 설정장치에 따르면, 다수의 디지털 키와 UWB 멀티 레인징을 수행할 때 BLE 신호의 수신세기를 기반으로 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행함으로써, 사용자의 접근 의도가 높을수록 빠른 레인징 주기를 통해 우선적으로 레인징 및 위치를 측정하여 효율적인 사용자 편의를 제공할 뿐만 아니라 불필요한 레인징을 최소화하여 레인징 페일 및 전력소모를 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레인징 주기 설정방법에서는 먼저, 프로세서(10)는 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)로부터 수신된 수신데이터의 신호세기를 BLE 통신부(20)로부터 입력받는다(S10).
여기서, BLE 통신부(20)는 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy) 통신기반으로 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와 데이터를 송수신하여 수신데이터의 신호세기를 각각 제공할 수 있다.
즉, BLE 통신부(20)에서 제공하는 수신데이터의 신호세기는 BLE 신호의 수신세기이다.
S10 단계에서 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)의 수신데이터의 신호세기를 입력받은 후 프로세서(10)는 수신데이터의 신호세기에 기초하여 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)에 대해 레인징 주기를 설정한다(S20).
즉, 수신데이터의 신호세기가 클수록 레인징 주기를 짧게 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 BLE 통신부(20)와 송수신하는 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)의 BLE 신호세기인 BLE RSSI(Received Signal Strength Indicator)가 각각 -70dBm, -75dBm, -78dBm 및 -78dBm 이라고 가정할 때, 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 레인징 등급을 1등급부터 3등급까지 설정할 수 있고, 각각의 등급에 따라 레인징 주기를 배수로 설정할 수 있다.
따라서 제1 디지털 키(51, #1)는 1등급이고, 제2 디지털 키(52, #2)는 2등급이며, 제3 디지털 키(53, #3)와 제4 디지털 키(54, #4)는 3등급으로 레인징 주기를 각각 설정할 수 있다.
이와 같이 각 등급을 설정한 후 국제 표준 기술 규격에 따라 UWB 블록 기반 레인징 주기는 98ms이기 때문에, 이를 기반으로 1등급의 레인징 주기는 98ms, 2등급의 레인징 주기는 2배수인 192ms, 3등급의 레인징 주기는 3배수인 288ms로 설정할 수 있다.
S20 단계에서 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)에 대해 레인징 주기를 설정한 후 프로세서(10) 레인징 주기에 따라 제1 내지 제4 디지털 키(51~54)와 레인징을 수행한다(S30).
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 프로세서(10)는 제1 디지털 키(51, #1)와는 매 블록인 98ms마다 호핑하여 레인징을 수행하고, 제2 디지털 키(52, #2)와는 두 블록인 192ms마다 호핑하여 레인징을 수행하여 레인징을 수행할 수 있다.
이와 같이 BLE 신호의 수신세기를 기반으로 사용자의 접근의도를 파악하여 사용 의도가 높은 디지털 키를 우선적으로 레인징할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 UWB 레인징 주기 설정방법에 따르면, 다수의 디지털 키와 UWB 멀티 레인징을 수행할 때 BLE 신호의 수신세기를 기반으로 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행함으로써, 사용자의 접근 의도가 높을수록 빠른 레인징 주기를 통해 우선적으로 레인징 및 위치를 측정하여 효율적인 사용자 편의를 제공할 뿐만 아니라 불필요한 레인징을 최소화하여 레인징 페일 및 전력소모를 최소화할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 프로세서 20 : BLE 통신부
30 : UWB 통신부 40 : 메모리
51 ~ 54 : 제1 내지 제4 디지털 키

Claims (10)

  1. 다수의 디지털 키와 데이터를 송수신하는 BLE 통신부;
    상기 다수의 디지털 키와 차량 간 이격거리에 대한 정보를 제공하는 UWB 통신부;
    레인징을 수행하는 프로그램이 내장된 메모리; 및
    상기 프로그램을 실행시켜 상기 다수의 디지털 키와의 상기 이격거리에 따라 레인징을 수행하는 프로세서;를 포함하되,
    상기 프로세서는, 상기 BLE 통신부로부터 입력된 수신데이터의 신호세기에 기초하여 상기 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 각각 설정하여 레인징을 수행하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수신데이터의 신호세기는, BLE 신호의 수신세기인 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 수신데이터의 신호세기에 따라 레인징 등급을 설정하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 레인징 주기는, 상기 레인징 등급에 따라 배수로 설정하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 프로세서는, 수신데이터의 신호세기가 클수록 레인징 주기를 짧게 설정하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정장치.
  6. 프로세서가 다수의 디지털 키로부터 수신된 수신데이터의 신호세기를 BLE 통신부로부터 입력받는 단계;
    상기 프로세서가 상기 수신데이터의 신호세기에 기초하여 상기 다수의 디지털 키에 대해 레인징 주기를 설정하는 단계; 및
    상기 프로세서가 상기 레인징 주기에 따라 상기 다수의 디지털 키와 레인징을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 수신데이터의 신호세기는, BLE 신호의 수신세기인 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 레인징 주기를 설정하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 수신데이터의 신호세기에 따라 레인징 등급을 설정하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 레인징 주기는, 상기 레인징 등급에 따라 배수로 설정하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 레인징 주기를 설정하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 수신데이터의 신호세기가 클수록 상기 레인징 주기를 짧게 설정하는 것을 특징으로 하는 UWB 레인징 주기 설정방법.
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