WO2012081740A1 - 위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치 - Google Patents

위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치 Download PDF

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최옥재
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Choi Ok Jae
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the position of the terminal, and more particularly, a method and system for transmitting a reference signal for measuring the position of the terminal using a TDOA (Time Difference of Arrival) method, a position measuring method using the same, Apparatus and system, time synchronization method and apparatus using same.
  • TDOA Time Difference of Arrival
  • the technology for measuring the position of the terminal is a handset-based method such as a network-based method such as an Angle of Arrival (AOA), a Time of Arrival (TOA), a TDOA, or a Global Positioning System (GPS).
  • AOA Angle of Arrival
  • TOA Time of Arrival
  • TDOA Time of Arrival
  • GPS Global Positioning System
  • the GPS method can provide an accurate position for the terminal because it uses satellite signals provided from the GPS satellites, but there is a problem that there are many signal blocking areas and that the GPS receiver is mounted in the terminal.
  • the location measurement technology which is not provided with GPS receivers or in the case of hybrid GPS, is mainly used in GPS shadow areas, is TDOA or TOA.
  • a brief description of a position measurement technique using the TDOA method is that a signal arrival time difference is measured which is proportional to the difference in distance from two signal sources, for example, two base stations to a receiver, for example, a terminal, and that the difference in distance between two base stations is constant, namely, In this case, the terminal is located on a hyperbola focusing on two base stations. Through this, two hyperbolas are obtained from three base stations, and the intersection of these two hyperbolas is estimated as the position of the terminal.
  • the distance between the terminal and the base station is measured by measuring the signal arrival time between the terminal and the base station, and the terminal is placed on a circle having the radius of the measured distance around the base station. Will be located. Three circles are obtained from at least three base stations, and the intersection of these three circles is estimated as the position of the terminal.
  • time synchronization between each base station and the terminal is essentially required. Hereinafter, this will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a signal arrival time difference calculation method in a conventional TDOA method for determining a location of a terminal.
  • two base stations that is, base station A and base station B, transmit signals synchronized with absolute time, respectively.
  • the terminal receives a signal delayed by the signal shift time T2 between the base station A and the terminal from the base station A on the basis of the absolute time, and receives a signal delayed by the signal shift time T3 between the base station B and the terminal from the base station A. .
  • FIG. 2 is a view for explaining a signal arrival time difference calculation method according to a conventional TDOA method or a signal arrival time calculation method according to a conventional TOA method for tracking the location of a terminal.
  • the terminal transmits a predetermined signal (including terminal unique information, etc.) synchronized to the absolute time to the base stations A and B.
  • the base station A and the base station B each receive a signal transmitted from the terminal based on the absolute time. That is, the base station A receives a signal delayed by the signal movement time T2 between the base station A and the terminal from the terminal, and the base station B receives a signal delayed by the signal movement time T3 between the base station B and the terminal from the terminal.
  • the arrival time T2 of the signal received from the terminal to the base station A can be obtained using the received signal of the base station A, and the arrival time T3 of the signal received from the terminal to the base station B using the received signal of the base station B. Can be obtained.
  • time synchronization between each base station and a terminal which is essential for the above-described TDOA or TOA type position measurement technology, is performed using a separate time synchronization system such as a satellite clock.
  • Such a visual synchronization system takes up most of the weight in implementing a TDOA or TOA position measurement system. Therefore, the visual synchronization system has a problem that in itself leads to a large size and a high cost of the position measuring system.
  • an object of the present invention is to provide a method and a system for transmitting a reference signal capable of accurately measuring a terminal position by enabling calculation of a signal arrival time difference between each base station and a terminal or enabling time synchronization itself without a time synchronization system.
  • a location measuring method, apparatus and system using the same, and a time synchronization method and apparatus using the same are provided.
  • a method in which two signal sources transmit a reference signal, the first signal source transmits a reference signal, the second signal source is A step of transmitting a reference signal (hereinafter referred to as a second reference signal) in response to receiving the reference signal from the first signal source; And b transmitting the reference signal (hereinafter referred to as a first reference signal) corresponding to the first signal source when the first signal source receives the second reference signal from the second signal source, wherein the steps a and b are repeated.
  • the reference signal transmission system for solving the above problems, the two signal sources to transmit a reference signal, and transmits a starting reference signal, every time a reference signal is received from the second signal source
  • a first signal source for repeatedly transmitting a reference signal (hereinafter referred to as a first reference signal) corresponding thereto;
  • the second signal source for repeatedly transmitting a reference signal (hereinafter referred to as a second reference signal) corresponding to each time a reference signal is received from the first signal source.
  • the position measuring method for solving the above problems, in the method for measuring the position of the terminal, in response to receiving a reference signal from the counterpart by transmitting a reference signal in response thereto; Receiving the first and second reference signals from first and second signal sources which transmit a second reference signal; Obtaining a time difference of arrival between the first and second reference signals and the first and second reference signals in consideration of the signal movement time between the first and second reference signals; And obtaining the position of the terminal by using the time difference of arrival and the positions of the first and second signal sources.
  • the position measuring device for solving the above problems, in the device for measuring the position of the terminal, in response to receiving a reference signal from the counterpart in a manner that transmits a reference signal corresponding thereto;
  • a receiver which receives the first and second reference signals from first and second signal sources which transmit a second reference signal;
  • a time difference calculation unit for obtaining a time difference between arrivals of the first and second reference signals in consideration of the signal movement time between the first and second reference signals and the first and second signal sources;
  • a position calculator which calculates a position of the terminal using the time difference of arrival and the positions of the first and second signal sources.
  • the position measuring system for solving the above problems, in the system for measuring the position of the terminal, in response to receiving the reference signal from the counterpart in the manner of transmitting a reference signal corresponding thereto; First and second signal sources for transmitting a second reference signal; And receiving the first and second reference signals to obtain the time difference of arrival of the first and second reference signals in consideration of the signal movement time between the first and second signal sources, and obtaining the time difference of arrival and the first and second signals. It includes a terminal for obtaining the position of the terminal using the position of the circle.
  • the position measuring method for solving the above problems, in the method for measuring the position of the terminal, when receiving a reference signal from the counterpart by transmitting a reference signal in response to the first signal; And receiving a third signal transmitted from the terminal as first and second signal sources for transmitting the second reference signal. Obtaining a time difference of arrival of the third signal received by the first and second signal sources in consideration of the signal movement time between the first and second signal sources; And obtaining the position of the terminal by using the time difference of arrival and the positions of the first and second signal sources.
  • the position measuring device for solving the above problems, in the device for measuring the position of the terminal, when receiving a reference signal from the counterpart in a manner of transmitting a reference signal in response to the first And when the third signal transmitted from the terminal is received as the first and second signal sources for transmitting the second reference signal, taking into account the signal movement time between the first and second signal sources, and transmitting to the first and second signal sources.
  • An arrival time difference calculator for obtaining an arrival time difference of the received third signal;
  • a position calculator which calculates a position of the terminal using the time difference of arrival and the positions of the first and second signal sources.
  • the position measuring system for solving the above problems, in the system for measuring the position of the terminal, when receiving a reference signal from the other party by transmitting a reference signal in response to the first signal; First and second signal sources for transmitting a second reference signal; A terminal for transmitting a third signal to the first and second signal sources; And calculating the time difference of arrival of the third signal received by the first and second signal sources in consideration of the signal movement time between the first and second signal sources, and determining the time difference of arrival of the first and second signal sources. It includes a position measuring device for obtaining the position of the terminal using the position.
  • a reference signal (hereinafter referred to as a first reference signal) that transmits a start reference signal, and responds to it each time a reference signal is received from a second signal source.
  • the reference signal transmission system including a first signal source for repeatedly transmitting the signal, and the second signal source for repeatedly transmitting a reference signal (hereinafter referred to as a second reference signal) corresponding to each time the reference signal is received from the first signal source.
  • a selected one of the first signal source and the second signal source synchronizes its own time with the counterpart signal source time in consideration of the signal movement time between the first and second signal sources.
  • the time synchronization device for solving the above problems, and transmits a start reference signal, and a reference signal (hereinafter referred to as a first reference signal) corresponding to each time the reference signal is received from the second signal source
  • a reference signal transmission system including a first signal source for repeatedly transmitting the signal, and the second signal source for repeatedly transmitting a reference signal (hereinafter referred to as a second reference signal) corresponding to each time the reference signal is received from the first signal source.
  • a method and a system for transmitting a reference signal for position measurement, a position measurement method, an apparatus and a system using the same, and a time synchronization method and device using the same calculate a difference in signal arrival time between each base station and a terminal without a time synchronization system.
  • 1 is a view for explaining a signal arrival time difference calculation method in a conventional TDOA method.
  • FIG. 2 is a view for explaining another signal arrival time difference calculation method in the conventional TDOA method.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a reference signal transmission system and a position measurement system including the same according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating first and second base station transmission signals and terminal reception signals of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating first and second base station transmission signals and a terminal reception signal.
  • FIG. 5 illustrates a case where a delay occurs between a response pilot signal reception time and a response pilot signal transmission time in a first base station or a second base station. .
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a base station according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a position measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a position measuring system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating first and second base station transmission signals, terminal transmission signals, and first and second base station reception signals of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a position measuring device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a base station included in a system requiring time synchronization according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a reference signal transmission system and a position measurement system including the same according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating first and second base station transmission signals and terminal reception signals of FIG. 3.
  • a position measuring system includes three signal sources, for example, from first to third base stations BS1, BS2, BS3 and these base stations BS1, BS2, BS3. It includes a terminal (MT) for receiving the transmitted signal.
  • three satellites may be used instead of the first bet third base stations BS1, BS2, and BS3 of the present embodiment as three signal sources.
  • Equation 1 shows a hyperbolic function that focuses on the first and second base stations BS1 and BS2
  • Equation 2 shows a hyperbola whose focus is on the first and third base stations BS1 and BS3. Represents a function.
  • the terminal MT is located at the intersection of these two hyperbolas.
  • (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) are position coordinates of the first to third base stations BS1, BS2, and BS3, respectively
  • d12 is the first and second base stations BS1
  • d23 is the signal arrival time difference between second and third base stations BS2 and BS3 and terminal MT
  • C is the luminous flux.
  • the position coordinates of the first to third base stations BS1, BS2, and BS3 are preset coordinates, which are known to the terminal MT in advance or received from the first to third base stations BS1, BS2, BS3. can do.
  • d12 a signal arrival time difference between the first and second base stations BS1 and BS2 and the terminal MT
  • d13 a signal arrival time difference between the first and third base stations BS1 and BS3 and the terminal MT
  • the position measuring system of the present embodiment aims to obtain a signal arrival time difference (eg, d12) between each base station and a terminal without time synchronization between the base station and the terminal.
  • a signal arrival time difference eg, d12
  • the following reference signal transmission system and reference signal transmission method are proposed. do.
  • the reference signal transmission system represents a portion indicated by dashed lines in FIG. 3.
  • the reference signal transmission system includes first and second base stations BS1 and BS2 that respectively transmit reference signals (pilot signals) for positioning.
  • the medium of the reference signal may be any of light, electromagnetic waves, sound waves, and the like, and the reference signal and signal path may be any of vacuum, air, wire, water, and the like, and a combination thereof may be used.
  • the reference signals transmitted by the first and second base stations BS1 and BS2, respectively are signals generated by mutual response.
  • This mutual response method will be described with reference to FIG. 4 as follows.
  • the first base station BS1 transmits a base station related information (information of base station ID, location coordinates, signal movement time between base stations, delay time, etc.) data signal, and then transmits a start pilot signal for generating a mutual response signal. .
  • a base station related information information of base station ID, location coordinates, signal movement time between base stations, delay time, etc.
  • the second base station BS2 receives the first base station start pilot signal delayed by the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 from the first base station BS1 and receives the second base station response pilot signal. Send it out.
  • the first base station BS1 receives a second base station response pilot signal delayed by a signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 from the second base station BS2 and receives the first base station response pilot signal. Send it out.
  • the second base station BS2 receives the first base station response pilot signal delayed by the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 from the first base station BS1 and receives the second base station response pilot signal. Send it out. This process is repeated.
  • the first base station response pilot signal and the second base station response pilot signal may have different frequencies for signal determination.
  • the first base station BS1 is a signal of the frequency A when receiving the second base station response pilot signal of the frequency B. And transmits the first base station response pilot signal, and conversely, the second base station BS2 transmits the second base station response pilot signal by changing to a signal of frequency B when the first base station response pilot signal of frequency A is received.
  • the present embodiment shows a case where there is no delay between the response pilot signal reception time and the response pilot signal transmission time at the first base station BS1 and the second base station BS2. That is, in this embodiment, the second base station BS2 transmits the second base station response pilot signal immediately after receiving the first base station pilot signal (start pilot signal or response pilot signal), and likewise, the first base station BS1 transmits the second base station response pilot signal. Upon receipt of the response pilot signal, the first base station response pilot signal is sent.
  • the present invention is not limited thereto, and in another embodiment, the first base station BS1 or the second base station BS may transmit its response pilot signal after a predetermined delay time when receiving the counterpart pilot signal. This will be described later.
  • the two base stations BS1 and BS2 transmit signals generated by transmitting pilot signals corresponding to the reception of pilot signals from the counterparts. Since these response pilot signals serve as reference signals for positioning of the terminal, the response pilot signals are also referred to as reference signals hereinafter.
  • the first base station BS1 includes a first transmitter for transmitting the reference signal of the first base station and a first receiver for receiving the reference signal of the second base station, BS2) includes a second transmitter for transmitting the reference signal of the second base station and a second receiver for receiving the reference signal of the first base station.
  • the first base station response pilot signal transmitted by the first base station BS1 and the second base station response pilot signal transmitted by the second base station BS2 have a constant period (Tp, hereinafter, a response signal period).
  • the response signal period Tp is a movement time of a signal reciprocating between the first base station BS1 and the second base station BS2.
  • a second base station response pilot signal transmitted from the other base station appears at each intermediate point of the first base station response pilot signals transmitted from one base station, for example, the first base station BS1.
  • response pilot signals are alternately transmitted from each of the base stations BS1 and BS2 at a time interval proportional to the distance between the first and second base stations BS2. Therefore, the time interval of the response pilot signal transmitted alternately from the first and second base stations BS1 and BS2 can be defined as the signal movement time T1 between the first base station BS1 and the second base station BS2. have.
  • This T1 has the same value as Tp * 1/2.
  • the terminal MT located at an arbitrary distance receives the first base station BS1 reference signal and the second base station BS2 reference signal generated by the aforementioned mutual response method.
  • the terminal MT is delayed by a signal movement time proportional to the distance between the first base station BS1 and the terminal MT, that is, by a signal movement time T2 between the first base station BS1 and the terminal MT.
  • the terminal MT obtains the above-described response signal period Tp using the signal received from the first base station BS1 or the signal received from the second base station BS2, and obtains the first and the first response signal period Tp from the response signal period Tp.
  • the signal movement times T1 and T1 Tp * 1/2 between the second base stations BS1 and BS2 are obtained.
  • the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2 can be obtained from the base station related information data signal including the base station ID, the position coordinates, and the signal movement time between the base stations. have.
  • the first base station BS1, the second base station BS2, and the terminal MT are not all synchronized in absolute time.
  • the terminal MT receives the first base station BS1 reference signal and the second base station BS2 reference signal generated by the mutual response method as described above, and the received signal and the first and second reference signals.
  • a signal arrival time difference eg, d12
  • the terminal MT receives a signal received from the first and second base stations BS1 and BS2 to the terminal MT by using the signal received from the first base station BS1 and the signal received from the second base station BS2.
  • the time difference of arrival (Tr, hereinafter initial signal arrival time difference) is obtained.
  • the first and second base stations BS1 and BS2 of the present invention do not transmit signals synchronized in absolute time, the first and second base stations BS1 and BS2 that this Tr wants to finally obtain are compared with the first and second base stations BS1 and BS2.
  • the second base station BS2 reference signal is a delayed signal by the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2 than the first base station BS1 reference signal.
  • the terminal MT removes an effect in which the second base station BS2 reference signal is delayed by the signal movement time T1 than the first base station BS1 reference signal.
  • the initial signal arrival time difference Tr is corrected in consideration of the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2.
  • the final signal arrival time difference d12 can be obtained by subtracting the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2 from the initial signal arrival time difference Tr.
  • the terminal MT uses the final signal arrival time difference d12 obtained as described above and the position coordinates (x1, y1) and (x2, y2) of the first and second base stations BS1 and BS2 previously obtained.
  • a hyperbolic function equation such as Equation 1 can be obtained.
  • the terminal MT can obtain a final signal arrival time difference d13 between the first and third base stations BS1 and BS3 and the terminal MT, and this final signal arrival time difference d13
  • a hyperbolic function equation such as Equation (2).
  • the terminal MT obtains the position coordinates (x, y) of the terminal MT by obtaining the intersection of two hyperbolic functions.
  • the position measurement system of the present invention utilizes a reference signal transmission system or method for generating signals in a mutually responsive manner.
  • the terminal receives the reference signal to obtain a signal arrival time difference, but by taking into account the signal movement time between base stations, an effect such that each base station or terminal is synchronized to an absolute time can be obtained.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a first and a second base station transmission signal and a terminal reception signal.
  • a delay between the response pilot signal reception time and the response pilot signal transmission time is delayed at the first base station BS1 or the second base station BS2. It indicates a case of occurrence.
  • the first base station BS1 transmits the first base station response pilot signal after the first delay time Td1 when the second base station response pilot signal is received.
  • the second base station BS2 transmits the second base station response pilot signal after the second delay time Td2 when the first base station pilot signal (start pilot signal or response pilot signal) is received. That is, in the above-described embodiment, the case where both Td1 and Td2 are 0 has been described, but in this embodiment, at least one of Td1 and Td2 has a value exceeding zero.
  • Td1 and Td2 may have the same value or may have different values.
  • the effects of the delay can be largely eliminated in two ways. One is to consider the delay time at the terminal side, and the other is to eliminate the delay effect at the base station side.
  • the terminal MT uses the signals received from the first base station BS1 and the signals received from the second base station BS2, and the first and second base stations BS1 and BS2.
  • the time difference Tr (initial signal arrival time difference) of the signal received by the terminal MT is obtained from the Tx, and Tr is calculated in consideration of the first and second delay times Td1 and Td2.
  • the delay time of the first base station BS1, that is, the first delay time Td1 is subtracted from the reception time of the signal received from the first base station BS1, and the delay time of the signal received from the second base station BS2 is reduced.
  • the Tr is calculated in a state where the delay time of the second base station BS2, that is, the second delay time Td2 is subtracted from the reception time. After the calculation of the Tr, that is, correcting the initial signal arrival time difference Tr in consideration of the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2 is the same as described above.
  • the first delay time Td1 is subtracted from the reception time of the signal received from the first base station BS1, and the reception time of the signal received from the second base station BS2. It is not necessary to perform a calculation to reduce the second delay time Td2 at. If the same delay time is reduced, there is no difference from Tr, which is a difference between the reception time of the signal received from the first base station BS1 and the reception time of the signal received from the second base station BS2 without the delay time being reduced. Because.
  • the first delay time Td1 and the second delay time Td2 affect the signal arrival time difference Tr, the signal movement time between the first base station BS1 and the terminal MT ( This is because the signal movement time T3 itself between the T2) itself or the second base station BS2 and the terminal MT is not affected.
  • the TDOA method takes the initial signal into consideration with the delay times Td1 and Td2.
  • the time difference of arrival Tr is calculated, especially if Td1 and Td2 are different.
  • information about the delay time from the first base station BS1 or the second base station BS2. Must be received.
  • the first base station BS1 or the second base station BS2 should be able to calculate the first delay time Td1 or the second delay time Td2 and transmit information about the same to the terminal MT.
  • the base station further includes a delay unit calculating unit for calculating its own delay time, in addition to having the transmitter for transmitting the reference signal and the receiver for receiving the reference signal. This will be described in more detail with reference to FIG. 6 below.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration capable of calculating its own delay time. 6 may be, for example, a configuration of a first base station BS1, but a second base station BS2 or a third base station BS3 may have substantially the same configuration for calculating its own delay time. .
  • the first base station BS1 includes a transmitter 61 for transmitting a signal to the outside, a receiver 62 for receiving a signal from the outside, and a first delay time Td1 of the first base station BS1.
  • Delay time calculation unit 63 for calculating a).
  • the transmitter 61 may transmit the first base station reference signal as described above, and the receiver 62 may receive a counterpart, for example, the second base station reference signal, as described above.
  • the delay time calculation unit 63 calculates a difference between the reception time of the second base station reference signal received by the reception unit 62 and the transmission time of the first base station reference signal transmitted by the transmission unit 61, that is, its delay time,
  • the first delay time Td1 may be calculated.
  • the first delay time Td1 may be included in a data signal including base station related information of the first base station BS1 and provided to the terminal MT.
  • the delay time Td1 may be provided for each data signal transmission or may be provided for the data signal transmission of the corresponding period by setting a predetermined period.
  • the base station in addition to having a transmitter for transmitting the reference signal and a receiver for receiving the reference signal, the base station further includes a signal transmission controller for controlling its delay time according to the delay time of the counterpart base station. Furthermore, the base station may further include a delay time calculating unit for calculating its own delay time or delay time of the counterpart base station. This will be described in more detail with reference to FIG. 7 below.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a base station according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a configuration capable of adjusting a delay time of the base station, and in addition, calculates a delay time of the base station or a counterpart base station. It is a block diagram which shows the possible structure.
  • the base station shown in FIG. 7 may be, for example, a configuration of the first base station BS1, but the second base station BS2 or the third base station BS3 may have substantially the same configuration.
  • the first base station BS1 includes a transmitter 71 for transmitting a signal to the outside, a receiver 72 for receiving a signal from the outside, and a signal transmission controller 74.
  • the transmitter 71 may transmit the first base station reference signal as described above.
  • the receiver 72 may receive a counterpart base station, for example, a second base station reference signal.
  • the signal transmission control unit 74 adjusts the delay time of the first base station reference signal using the second delay time Td2 of the other base station, for example, the second base station. That is, according to the second delay time Td2, the signal transmission controller 74 delays the first base station reference signal by the same time as the second delay time Td2 instead of the first delay time Td1. Accordingly, the transmitter 71 transmits the first base station reference signal having the second delay time Td2.
  • the second delay time Td2 may be notified from the second base station BS2 or calculated by the first base station BS1.
  • the second base station BS2 When notified from the second base station BS2, the second base station BS2 has the configuration as shown in FIG. 6 and accordingly the second delay time Td2 which is its delay time as described in FIG. It can be calculated by the method.
  • the second base station BS2 may notify the first base station BS1 of the calculated delay time using a wired or wireless path different from the second base station reference signal.
  • the first base station BS1 further includes a delay time calculator 73 for calculating the second delay time Td2.
  • the transmitter 71 transmits a predetermined signal (hereinafter referred to as a second base station delay measurement signal) for measuring a delay time of the other base station, for example, the second base station BS2, at the same time as the first base station reference signal.
  • the second base station delay measurement signal may be a signal using a medium different from the first base station reference signal, for example, light, electromagnetic waves, sound waves, or the like, or a signal having the same medium and different frequencies to facilitate discrimination of the signal.
  • the receiver 71 receives a signal from which the second base station delay measurement signal is reflected from the second base station BS2.
  • the delay time calculation unit 73 calculates a difference between the reception time of the second base station reference signal received by the reception unit 72 and the transmission time of the first base station reference signal transmitted by the transmission unit 71, namely, its own delay time.
  • the first delay time Td1 may be calculated.
  • the delay time calculator 73 may calculate the difference between the reception time of the second base station delay measurement signal and the reception time of the second base station reference signal to calculate the second delay time Td2 of the second base station BS2. Can be.
  • the second base station delay measurement signal transmitted at the same time as the first base station reference signal is immediately reflected by the second base station BS2 and returns to the first base station BS1, while the first base station reference signal is This is because it is returned to the first base station BS1 as the second base station reference signal after being received by the second base station BS2 and delayed by a predetermined time Td2.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a position measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • the position measuring apparatus of this embodiment performs an operation similar to the terminal MT of FIG. 3 described above.
  • the position measuring device 50 includes a receiver 51, a arrival time calculator 52, and a position calculator 53.
  • the receiver 51 receives the first base station BS1 reference signal and the second base station reference signal BS2 generated by the aforementioned mutual response method.
  • the arrival time calculation unit 52 uses the signal received from the first base station BS1 and the signal received from the second base station BS2 to the terminal MT from the first and second base stations BS1 and BS2.
  • the initial signal arrival time difference Tr of the received signal is obtained.
  • a first delay time Td1 occurs between the response pilot signal reception time and the response pilot signal transmission time at the first base station BS1
  • the response pilot signal reception time and response pilot signal transmission at the second base station BS2 are generated.
  • the second delay time Td2 occurs between the times, and Td1 and Td2 have different values
  • the first and second base stations BS1 and BS2 may be used for the first and second delay times Td1 and Td2. It has been described above that Td1 and Td2 should be taken into account when receiving the information about the initial signal arrival time difference Tr.
  • the arrival time calculator 52 is calculated using a period Tp of a signal received from the first base station BS1 or a signal received from the second base station BS2, or obtained from base station information related data.
  • the final signal arrival time difference ds1 is obtained by correcting the initial signal arrival time difference Tr in consideration of the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2. Description of this has been given above.
  • the position calculator 53 uses the final signal arrival time difference d12 obtained as described above and the position coordinates (x1, y1), (x2, y2) of the first and second base stations BS1, BS2 obtained in advance.
  • the required hyperbolic function is obtained to eventually obtain the terminal MT position (x, y).
  • FIGS. 9 and 10 are diagram illustrating a position measuring system according to another exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram illustrating first and second base station transmission signals, terminal transmission signals, and first and second base station reception signals of FIG. 9. to be.
  • the position measuring system transmits signals to the first to third base stations BS1, BS2, BS3, and these base stations BS1, BS2, BS3.
  • a position measuring device that controls the terminal MT and the base stations BS1, BS2, and BS3, and measures the position of the terminal MT by using the transmission signals and the reception signals of the base stations BS1, BS2, and BS3 ( LM).
  • the part indicated by the dotted line in FIG. 9 represents a reference signal transmission system, which is the same as the reference signal transmission system of FIG. 3 (see the dotted line in FIG. 3), and the reference signal transmission performed in the reference signal transmission system of FIG. 9. Since the method is also the same as the reference signal transmission method performed in the reference signal transmission system of FIG. 3, a description thereof will be omitted.
  • d12 is a time difference of arrival of signals received from the terminal MT to the first and second base stations BS1 and BS2.
  • the terminal MT transmits signals including terminal specific information to the first and second base stations BS1 and BS2.
  • the first and second base stations BS1 and BS2 transmit the reference signals, respectively, and receive the terminal MT transmission signals. That is, the first base station BS1 receives the terminal MT transmission signal delayed by the signal movement time T2 between the first base station BS1 and the terminal MT, and the second base station BS2 receives the second base station.
  • the terminal MT transmits a signal delayed by the signal movement time T3 between the BS2 and the terminal MT.
  • the position measuring device LM uses the first base station reference signal, and the arrival time of the signal received from the terminal MT to the first base station BS1 (the reference signal transmission time of the first base station BS1 and the terminal). Ta, which is the difference in signal reception time from (MT), is obtained.
  • the position measuring device LM uses the second base station reference signal, and the arrival time of the signal received from the terminal MT to the second base station BS2 (the reference signal transmission time of the second base station BS2 and the terminal). Tb, which is the difference in signal reception time from (MT), is obtained.
  • the first and second base stations BS1 and BS2 of the present invention do not transmit signals synchronized in absolute time
  • the first and second base stations BS1 and BS2 are also received from the terminal MT to the first and second base stations BS1 and BS2.
  • the time difference d12 between the first and second base stations BS1 and BS2 and the terminal MT to obtain a difference between Ta and Tb (hereinafter, the initial signal arrival time difference) of the received signal is finally determined.
  • Final signal arrival time difference This is because the signal transmitted from the second base station BS2 in the present embodiment is delayed by the signal movement time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2 than the signal transmitted from the first base station BS1.
  • the position measuring device LM performs the first and second operations such that the delay effect of the second base station BS2 outgoing signal is greater than that of the first base station BS1 outgoing signal is eliminated.
  • the initial signal arrival times Ta and Tb or the initial signal arrival time differences are corrected in consideration of the signal movement time T1 between the base stations BS1 and BS2.
  • the final signal arrival time difference (subtracting the larger value of Ta and Tb from the value obtained by adding the smaller signal of Ta and Tb to the signal shift time T1 between the first and second base stations BS1 and BS2) d12) can be obtained.
  • the position measuring device LM uses the final signal arrival time difference d12 thus obtained and the position coordinates (x1, y1) and (x2, y2) of the first and second base stations BS1 and BS2. Get the position coordinate (x, y) of
  • the delay may occur.
  • the first base station response pilot signal is transmitted after the first delay time Td1 and the second base station ( In case of receiving the first base station pilot signal (start pilot signal or response pilot signal) from BS2), the second base station response pilot signal is transmitted after the second delay time Td2.
  • the method of considering the delay time at the terminal (or the position measuring device LM in this embodiment) or removing the influence of the delay time at the base station is substantially the same as described with reference to FIGS. Let's do it.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a position measuring device according to another embodiment of the present invention.
  • the position measuring device of this embodiment performs an operation similar to the position measuring device LM of FIG. 9 described above.
  • the position measuring apparatus 80 includes a base station monitoring unit 81, a time difference of arrival calculation unit 82, and a position calculating unit 83.
  • the base station monitoring unit 81 transmits the transmission signals of the first and second base stations BS1 and BS2 generated in a mutual response method and the received signals received from the terminal MT to the first and second base stations BS1 and BS2. Monitor and get information about it.
  • the arrival time difference calculation unit 82 receives signals from the terminal MT to the first and second base stations BS1 and BS2, the signal received from the first and second base stations BS1 and BS2 to the terminal MT.
  • the initial signal arrival time difference Tr is the arrival time of the signal received from the terminal MT to the first base station BS1 (the signal transmission time of the first base station BS1 and the signal reception time from the terminal MT).
  • Difference between the initial signal arrival time Ta and the arrival time of the signal received from the terminal MT to the second base station BS2 (the difference between the signal transmission time of the second base station BS2 and the signal reception time from the terminal MT).
  • Initial signal arrival time, Tb Initial signal arrival time
  • Td1 and Td2 have different values. It has been described above that Td1 and Td2 should be considered when calculating the signal arrival time difference Tr.
  • the arrival time difference calculation unit 82 calculates the first and second base stations BS1, which are calculated using the period Tp of the signal received from the first base station BS1 or the signal received from the second base station BS2.
  • the final signal arrival time difference ds1 is obtained by correcting the initial signal arrival time difference Tr in consideration of the signal movement time T1 between the BS2 and the signal movement time T1 obtained from the base station related information data. The details are described above.
  • the position calculator 83 uses the final signal arrival time difference d12 obtained as described above and the position coordinates (x1, y1), (x2, y2) of the first and second base stations BS1, BS2 obtained in advance. Obtain the terminal MT position (x, y).
  • the position measuring system the position measuring apparatus, and the position measuring method which can measure a terminal position by calculating the signal arrival time difference between each base station and a terminal using a reference signal transmission system and method were demonstrated.
  • the time synchronization itself between each signal source may be enabled in a system requiring time synchronization using the reference signal transmission system and method described above.
  • a system requiring time synchronization is various, such as a location based service (LBS), a real time location system (RTLS), WiFi, TOA, CDMA, and the like.
  • LBS location based service
  • RTLS real time location system
  • WiFi Wireless Fidelity
  • TOA Time synchronization
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • the reference signal transmitting system of FIG. 3 In the reference signal transmitting system of FIG. 3 (see the dotted line in FIG. 3), the reference signal is transmitted by the mutual response method, and since it has already been described, a detailed description thereof will be omitted.
  • the base station included in the reference signal transmission system of FIG. 3 for example, the first base station BS1 has a configuration as shown in FIG. 12 below. Accordingly, a time synchronization method as described in the description of FIG. 12 can be performed.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a base station included in a system requiring time synchronization according to an embodiment of the present invention, and may be, for example, a configuration of a first base station BS1 included in the reference signal transmitting system of FIG. 3.
  • the present invention is not limited thereto, and the base stations included in the system requiring time synchronization transmit reference signals in the mutual response method described above, and may have the same configuration as the base station configuration of the present embodiment.
  • a first base station BS1 includes a transmitter 121 for transmitting a signal to the outside, a receiver 122 for receiving a signal from the outside, and And a time synchronizer 124.
  • the transmitter 121 may transmit the first base station reference signal as described above.
  • the receiver 122 may receive a counterpart base station, for example, a second base station reference signal.
  • the time synchronizer 124 adjusts the time of the signal received from the second base station BS2 in consideration of the signal movement time T1 between the first base station BS1 and the other base station, for example, the second base station. Is synchronized with the other base station time. That is, the time synchronization unit 124 advances the time of the signal received by the second base station BS2 by T1 or delays it by T1 to adjust the time of itself (the first base station BS1) to the counterpart base station (second base station BS2). Synchronize time with time of)). Accordingly, the first base station BS1 may be synchronized with the second base station BS2 by the second base station reference signal advanced by T1 or delayed by T1. In this way, time synchronization with the other base station, for example, the second base station, can be achieved, as well as absolute time synchronization with other nearby base stations.
  • the signal movement time T1 may be obtained by multiplying the response signal period Tp obtained by using the signal received from the first base station or the signal received from the second base station, as described above.
  • the first base station BS1 may further include a signal movement time calculator 123.
  • the signal movement time T1 between base stations may be obtained from the base station related information data.
  • the first base station BS1 may not include a separate signal movement time calculator 123.
  • At least two signal sources included in the system requiring time synchronization transmit reference signals by the mutual response method described above, and at least one of the two signal sources is the same as the above-described time synchronizer 124.
  • a component is included to enable time synchronization between two base stations.
  • the time synchronization itself of the two base stations may be enabled by advancing or slowing down the signal synchronization time of one base station by the signal movement time between the two base stations. This can be extended to all base stations included in a system requiring time synchronization.
  • the terminal or the location measuring device calculates the position by calculating the signal arrival time or the signal arrival time difference using the conventional TDOA method or the TOA method. It can be measured.
  • each of the components of FIGS. 5 to 8 and 11 to 12 is software such as a task, a class, a subroutine, a process, an object, an execution thread, a program, or an FPGA (field) that is performed in a predetermined area on a memory. It may be implemented in hardware such as a programmable gate array or an application-specific integrated circuit (ASIC), or may be a combination of the software and hardware.
  • the components may be included in a computer readable storage medium or a part of the components may be distributed over a plurality of computers.
  • the present invention proposes a new method for calculating a signal arrival time difference between two base stations and a terminal without time synchronization between the two base stations. Or, a new method for synchronizing time between base stations without a separate time synchronization system is proposed. Therefore, it is not necessary to implement a time synchronization system for the position measurement, it is possible to implement a miniaturized and simplified position measurement system at a low cost. Furthermore, since the time synchronization error does not occur, the accuracy of the position measurement can be improved.
  • the reference signal transmission system and method described above may be applied to the position measuring technique or the time synchronization technique described in one embodiment of the present invention, as well as other techniques.
  • a reflection signal may be received to obtain a position of the object or a reflection signal may be obtained to obtain a stereoscopic image of the object. have.

Landscapes

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Abstract

위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 신호 송출 방법은, 두 신호원이 기준신호를 송출하는 방법으로서, 제1 신호원이 기준신호를 송출하는 단계, 제2 신호원이 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 송출하는 a 단계; 및 상기 제1 신호원이 상기 제2 신호원으로부터 제2 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 송출하는 b 단계를 포함하고, 상기 a 단계 및 상기 b 단계는 반복된다.

Description

위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치
본 발명은 단말기의 위치를 측정하는 기술에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 TDOA(Time Difference of Arrival) 방식 등을 이용하여 단말기의 위치를 측정하기 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치에 관한 것이다.
단말기의 위치를 측정하는 기술에는 AOA(Angle of Arrival), TOA(Time of Arrival), TDOA 등의 네트워크 기반(Network-based) 방식, GPS(Global Positioning System) 등의 핸드셋 기반(Handset-based) 방식, 이러한 네트워크 기반 방식과 핸드셋 기반 방식이 결합된 하이브리드(Hybrid) 방식 등이 있다.
여기서, GPS 방식은 GPS 위성으로부터 제공되는 위성 신호를 이용하기 때문에 단말기에 대한 정확한 위치를 제공할 수 있으나, 신호 블로킹 지역이 많고 단말기 내에 GPS 수신기가 장착될 것이 요구되는 문제가 있다.
GPS 수신기가 제공되지 않거나 하이브리드 GPS의 경우 GPS 음영 지역에서 주로 사용되는 위치 측정 기술이 TDOA 또는 TOA이다.
TDOA 방식을 이용하는 위치 측정 기술에 대하여 간략히 설명하면, 두 개의 신호원 예컨대, 2 개의 기지국에서 수신기 예컨대, 단말기까지 거리의 차에 비례하는 신호 도달 시간차가 측정되고, 두 기지국에서 거리의 차가 일정한 곳 즉, 두 기지국을 초점으로 하는 쌍곡선 위에 단말기가 위치하게 된다. 이를 통해 3 개의 기지국으로부터 두 개의 쌍곡선이 얻어지고, 이 두 쌍곡선의 교점이 단말기의 위치로 추정된다.
또한, TOA 방식을 이용하는 위치 측정 기술에 대하여 간략히 설명하면, 단말기와 기지국간의 신호 도달 시간을 측정하여 단말기와 기지국간의 거리를 측정하고, 기지국을 중심으로 이 측정된 거리를 반지름으로 하는 원 위에 단말기가 위치하게 된다. 적어도 3개의 기지국으로부터 3개의 원이 얻어지고, 이 3개의 원의 교점이 단말기의 위치로 추정된다.
이러한 TDOA 방식에서의 각 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간차를 얻기 위해서 또는 TOA 방식에서의 각 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간을 얻기 위해서는 필수적으로 각 기지국과 단말기의 시각 동기화가 요구된다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 이에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 단말기의 위치 확인을 위하여 종래의 TDOA 방식에서의 신호 도달 시간차 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 두 개의 기지국 즉, 기지국A와 기지국B는 각각 절대 시각으로 동기화된 신호를 송출한다. 단말기는 절대 시각을 기준으로 기지국A로부터 기지국A와 단말기 사이의 신호 이동 시간(T2)만큼 지연된 신호를 수신하고, 기지국B로부터 기지국B와 단말기 사이의 신호 이동 시간(T3)만큼 지연된 신호를 수신한다.
이러한 단말기의 수신 신호를 이용하여, 각 기지국으로부터 단말기로 수신된 신호의 도달 시간(T2 및 T3) 또는 두 기지국으로부터 단말기로 수신된 신호의 도달 시간 차(T4(=T3-T2))를 얻을 수 있다.
도 2는 단말기의 위치 추적을 위하여 종래의 TDOA 방식에서의 신호 도달 시간차 계산 방법 또는 종래의 TOA 방식에서의 신호 도달 시간 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 단말기는 절대 시각으로 동기화된 소정 신호(단말기의 고유 정보 등을 포함)를 기지국A 및 기지국B로 송출한다.
기지국A와 기지국B는 각각 절대 시각을 기준으로 단말기로부터 송출된 신호를 수신한다. 즉, 기지국A는 단말기로부터 기지국A와 단말기 사이의 신호 이동 시간(T2)만큼 지연된 신호를 수신하고, 기지국B는 단말기로부터 기지국B와 단말기 사이의 신호 이동 시간(T3)만큼 지연된 신호를 수신한다.이러한 기지국 A의 수신 신호를 이용하여 단말기로부터 기지국A로 수신된 신호의 도달 시간(T2)을 얻을 수 있고, 기지국B의 수신 신호를 이용하여 단말기로부터 기지국B로 수신된 신호의 도달 시간(T3)을 얻을 수 있다. 또는, 단말기로부터 두 기지국으로 수신된 신호의 도달 시간 차 (T4=(=T3-T2))를 얻을 수 있다.
그런데, 전술한 TDOA 방식 또는 TOA 방식의 위치 측정 기술에 있어서 필수적인 각 기지국 및 단말기 간의 시각 동기화는 위성시계와 같은 별도의 시각 동기 시스템을 이용하여 이루어진다.
이러한 시각 동기 시스템은 TDOA 방식 또는 TOA 방식의 위치 측정 시스템을 구현하는 데 있어서 대부분의 비중을 차지한다. 따라서, 시각 동기 시스템은 그 자체로 위치 측정 시스템의 대형화 및 고 비용화를 초래하는 문제가 있다.
게다가, 각 기지국을 정확히 동기화하도록 시각 동기 시스템을 구현하는 것도 매우 어려운 문제이다. 시각 동기화 과정에서 발생하는 오차는 결국 단말의 위치 측정의 정확성에 악영향을 준다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 시각 동기 시스템 없이도 각 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간차 산출을 가능하게 하거나 또는 시각 동기 자체를 가능하게 하여 단말기 위치를 정확히 측정할 수 있는 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 신호 송출 방법은, 두 신호원이 기준신호를 송출하는 방법으로서, 제1 신호원이 기준신호를 송출하는 단계, 제2 신호원이 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 송출하는 a 단계; 및 상기 제1 신호원이 상기 제2 신호원으로부터 제2 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 송출하는 b 단계를 포함하고, 상기 a 단계 및 상기 b 단계는 반복된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 신호 송출 시스템은, 두 신호원이 기준신호를 송출하는 시스템으로서, 시작 기준신호를 송출하고, 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 반복 송출하는 제1 신호원; 및 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 반복 송출하는 상기 제2 신호원을 포함하는 기준신호 송출 시스템.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법은, 단말기의 위치를 측정하는 방법에 있어서, 상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로부터 상기 제1 및 제2 기준신호를 수신하는 단계; 수신된 상기 제1 및 제2 기준신호와, 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 제1 및 제2 기준신호의 도달 시간차를 구하는 단계; 및 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는, 단말기의 위치를 측정하는 장치에 있어서, 상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로부터 상기 제1 및 제2 기준신호를 수신하는 수신부; 수신된 상기 제1 및 제2 기준신호와, 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 제1 및 제2 기준신호의 도달 시간차를 구하는 도달시간차 계산부; 및 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 위치 계산부를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템은, 단말기의 위치를 측정하는 시스템에 있어서, 상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원; 및 상기 제1 및 제2 기준신호를 수신하여 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 제1 및 제2 기준신호의 도달 시간차를 구하고, 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 단말기를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 위치 측정 방법은, 단말기의 위치를 측정하는 방법에 있어서, 상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로 단말기로부터 송출된 제3 신호가 수신되는 단계; 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 상기 제1 및 제2 신호원으로 수신된 상기 제3 신호의 도달 시간차를 구하는 단계; 및 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는, 단말기의 위치를 측정하는 장치에 있어서, 상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로 단말기로부터 송출된 제3 신호가 수신되면, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간을 고려하여 상기 제1 및 제2 신호원으로 수신된 상기 제3 신호의 도달 시간차를 구하는 도달 시간차 계산부; 및 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 위치 계산부를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템은, 단말기의 위치를 측정하는 시스템에 있어서, 상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원; 제3 신호를 상기 제1 및 제2 신호원으로 송출하는 단말기; 및 상기 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 상기 제1 및 제2 신호원으로 수신된 상기 제3 신호의 도달 시간차를 구하고, 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 위치 측정 장치를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 방법은, 시작 기준신호를 송출하고, 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 반복 송출하는 제1 신호원, 및 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 반복 송출하는 상기 제2 신호원을 포함하는 기준신호 송출 시스템에서의 시각 동기 방법으로서, 상기 제1 신호원 및 상기 제2 신호원 중 선택된 하나는, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간을 고려하여 자신의 시각을 상대방 신호원 시각과 동기시킨다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 장치는, 시작 기준신호를 송출하고, 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 반복 송출하는 제1 신호원, 및 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 반복 송출하는 상기 제2 신호원을 포함하는 기준신호 송출 시스템에서, 상기 제1 신호원 또는 상기 제2 신호원 중 어느 하나에 포함되는 시각 동기 장치로서, 상기 시각 동기 장치는, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간을 고려하여 자신의 시각을 상대방 신호원 시각과 동기시킨다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템, 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템, 이를 이용한 시각 동기 방법 및 장치에 의하면, 시각 동기 시스템 없이도 각 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간차 산출을 가능하게 하거나 또는 시각 동기 자체를 가능하게 하여 단말기 위치를 정확히 측정할 수 있게 함으로써, 시각 동기 오차에 의한 위치 측정 오차 발생을 막고 위치 측정 시스템의 소형화, 단순화 및 저 비용화가 가능하다.
도 1은 종래의 TDOA 방식에서의 신호 도달 시간차 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 TDOA 방식에서의 다른 신호 도달 시간차 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기준 신호 송출 시스템 및 이를 포함하는 위치 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 제1 및 제2 기지국 송출 신호와 단말기 수신 신호를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 및 제2 기지국 송출 신호와 단말기 수신 신호를 나타내는 도면으로, 특히 제1 기지국 또는 제2 기지국에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에 지연이 발생한 경우를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기지국 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 위치 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 제1 및 제2 기지국 송출 신호, 단말기 송출 신호, 제1 및 제2 기지국 수신 신호를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기가 필요한 시스템에 포함되는 기지국을 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 수단 또는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템과 이를 이용한 위치 측정 방법, 장치 및 시스템을 상세히 설명한다. 또한, 상기 위치 측정을 위한 기준신호 송출 방법 및 시스템을 이용한 시각 동기 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호 송출 시스템과 이 시스템에서의 기준 신호 송출 방법을 설명하고, 아울러 이를 이용하는 위치 측정 시스템과 이 시스템에서의 위치 측정 방식을 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기준 신호 송출 시스템 및 이를 포함하는 위치 측정 시스템을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 제1 및 제2 기지국 송출 신호와 단말기 수신 신호를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 시스템은 3개의 신호원 예컨대, 제1 내지 제3 기지국(BS1, BS2, BS3)과 이들 기지국(BS1, BS2, BS3)으로부터 송출된 신호를 수신하는 단말기(MT)를 포함한다. 여기서, 3개의 신호원으로 본 실시예의 제1 내기 제3 기지국(BS1, BS2, BS3) 대신 3개의 위성이 이용될 수 있다.
본 실시예의 위치 측정 시스템이 TDOA 방식을 이용하여 단말기(MT)의 위치를 측정하는 경우, 단말기(MT)의 위치 즉, (x, y)는 아래의 수학식1 및 수학식2와 같은 두개의 쌍곡선 함수를 계산함으로써 측정된다. 여기서, 아래의 수학식1은 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)을 초점으로 하는 쌍곡선 함수를 나타내고, 아래의 수학식2는 제1 및 제3 기지국(BS1, BS3)을 초점으로 하는 쌍곡선 함수를 나타낸다. 단말기(MT)는 이러한 두 쌍곡선의 교점에 위치한다.
수학식 1
Figure PCTKR2010008939-appb-M000001
수학식 2
Figure PCTKR2010008939-appb-M000002
여기서, (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)는 각각 제1 내지 제3 기지국(BS1, BS2, BS3)의 위치 좌표이고, d12는 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)과 단말기(MT) 사이의 신호 도달 시간차이고, d23은 제2 및 제3 기지국(BS2, BS3)과 단말기(MT) 사이의 신호 도달 시간차이고, C는 광속이다.
제1 내지 제3 기지국(BS1, BS2, BS3)의 위치 좌표는 기 설정된 좌표로서, 이 위치 좌표는 단말기(MT)가 미리 알 수 있거나 제1 내지 제3 기지국(BS1, BS2, BS3)으로부터 수신할 수 있다.
결국 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)과 단말기(MT) 사이의 신호 도달 시간차인 d12 및 제1 및 제3 기지국(BS1, BS3)과 단말기(MT) 사이의 신호 도달 시간차인 d13를 계산하면 단말기의 위치 (x, y)를 측정할 수 있다.
본 실시예의 위치 측정 시스템에서는 각 기지국과 단말기의 시각 동기화 없이 각 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간차(예컨대, d12)을 구하는 것을 목적으로 하며, 다음과 같은 기준 신호 송출 시스템 및 기준 신호 송출 방법을 제안한다. 기준 신호 송출 시스템은 도 3에서 점선으로 표기된 부분을 나타낸다.
도 3의 점선 부분을 참조하면, 기준신호 송출 시스템은 위치 확인을 위한 기준신호(파일럿 신호)를 각각 송출하는 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)을 포함한다. 여기서, 기준신호의 매체는 광, 전자기파, 음파 등 어느것이든 가능하며, 기준신호 및 신호경로는 진공, 대기, 전선, 물 등 어느것이든 가능하며 또한 이들의 조합도 가능하다.
이러한 시스템에서, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)이 각각 송출하는 기준신호는 상호 응답 방식으로 생성된 신호이다. 이러한 상호 응답 방식을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제1 기지국(BS1)은 기지국 관련정보(기지국 ID, 위치 좌표, 기지국간 신호이동시간, 지연 시간 등의 정보) 데이터 신호를 송출한 후, 상호 응답 방식의 신호 생성을 위한 시작 파일럿 신호를 송출한다.
제2 기지국(BS2)은 제1 기지국(BS1)으로부터 제1 및 제2 기지국(BS1)간 신호 이동 시간(T1)만큼 지연된 제1 기지국 시작 파일럿 신호를 수신하고 이에 대한 제2 기지국 응답 파일럿 신호를 송출한다.
제1 기지국(BS1)은 제2 기지국(BS2)으로부터 제1 및 제2 기지국(BS1)간 신호 이동 시간(T1)만큼 지연된 제2 기지국 응답 파일럿 신호를 수신하고 이에 대한 제1 기지국 응답 파일럿 신호를 송출한다. 제2 기지국(BS2)은 제1 기지국(BS1)으로부터 제1 및 제2 기지국(BS1)간 신호 이동 시간(T1)만큼 지연된 제1 기지국 응답 파일럿 신호를 수신하고 이에 대한 제2 기지국 응답 파일럿 신호를 송출한다. 이 과정은 반복된다. 여기서, 제1 기지국 응답 파일럿 신호와 제2 기지국 응답 파일럿 신호는 신호의 판별을 위하여 서로 다른 주파수를 가질수도 있다. 예컨대, 제1 기지국 응답 파일럿 신호가 주파수 A를 갖고 제2 기지국 응답 파일럿 신호가 주파수 B를 갖는다고 할 때, 제1 기지국(BS1)은 주파수 B의 제2 기지국 응답 파일럿 신호 수신시 주파수 A의 신호로 변경하여 제1 기지국 응답 파일럿 신호를 송출하고, 역으로 제2 기지국(BS2)는 주파수 A의 제1 기지국 응답 파일럿 신호 수신시 주파수 B의 신호로 변경하여 제2 기지국 응답 파일럿 신호를 송출할 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 제1 기지국(BS1) 및 제2 기지국(BS2)에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에는 어떠한 지연도 없는 경우를 나타내고 있다. 즉, 본 실시예에서는 제2 기지국(BS2)은 제1 기지국 파일럿 신호(시작 파일럿 신호 또는 응답 파일럿 신호) 수신 즉시 제2 기지국 응답 파일럿 신호를 송출하고, 마찬가지로 제1 기지국(BS1)은 제2 기지국 응답 파일럿 신호 수신 즉시 제1 기지국 응답 파일럿 신호를 송출한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 실시예에서는 제1 기지국(BS1) 또는 제2 기지국(BS)은 상대방 파일럿 신호 수신시 소정 지연시간 후 자신의 응답 파일럿 신호를 송출할 수도 있다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
요약하자면, 두 기지국(BS1, BS2)은 각각 상대방으로부터 파일럿 신호 수신시 그에 응답하는 파일럿 신호를 송출하는 방식으로 생성되는 신호를 송출하는 것이다. 이러한 응답 파일럿 신호들이 단말기의 위치 확인을 위한 기준 신호가 되는 것이므로 이하에서는 기준 신호라고도 한다. 이를 위하여 본 도면에는 도시되지 않았으나, 제1 기지국(BS1)은 제1 기지국의 기준신호 송출을 위한 제1 송출부와 제2 기지국의 기준신호 수신을 위한 제1 수신부를 포함하고, 제2 기지국(BS2)은 제2 기지국의 기준신호 송출을 위한 제2 송출부와 제1 기지국의 기준신호 수신을 위한 제2 수신부를 포함한다.
이러한 상호 응답 방식의 응답 파일럿 신호 송출이 일정 시간 반복된 후, 다시 기지국 관련정보 데이터 신호 송출과 시작 파일럿 신호 송출에 따른 상호 응답 방식의 응답 파일럿 신호 송출의 일련의 과정이 수행된다. 이러한 일련의 과정은 일정한 주기로 반복된다.
제1 기지국(BS1)에서 송출하는 제1 기지국 응답 파일럿 신호와 제2 기지국(BS2)에서 송출하는 제2 기지국 응답 파일럿 신호는 일정한 주기(Tp, 이하, 응답 신호 주기)를 갖게 된다. 이러한 응답 신호 주기(Tp)는 제1 기지국(BS1)과 제2 기지국(BS2) 사이를 왕복하는 신호의 이동 시간이 된다.
이때, 어느 한 기지국 예컨대, 제1 기지국(BS1)에서 송출하는 제1 기지국 응답 파일럿 신호들의 중간 지점마다 상대방 기지국 예컨대, 제2 기지국(BS2)에서 송출하는 제2 기지국 응답 파일럿 신호가 나타난다. 다시 말하면, 제1 및 제2 기지국(BS2) 간 거리에 비례하는 시간 간격으로 응답 파일럿 신호가 각 기지국(BS1, BS2)에서 교대로 송출되는 것이다. 따라서, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)에서 교대로 송출되는 응답 파일럿 신호의 시간 간격을 제1 기지국(BS1)과 제2 기지국(BS2) 사이의 신호 이동 시간(T1)으로 정의할 수 있다. 이 T1은 Tp*1/2와 동일한 값을 갖는다.
이상으로 기준신호 송출 시스템 및 기준신호 송출 방법을 설명하였으며, 이를 이용한 위치 측정 시스템 및 이 시스템에서의 위치 측정 방법의 일실시예에 대하여는 이하에서 상세히 설명하기로 한다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 임의 거리에 위치한 단말기(MT)는 전술한 상호 응답 방식으로 생성된 제1 기지국(BS1) 기준 신호 및 제2 기지국(BS2) 기준 신호를 수신한다. 여기서, 단말기(MT)는 제1 기지국(BS1)과 단말기(MT) 사이의 거리에 비례하는 신호 이동 시간 즉, 제1 기지국(BS1)과 단말기(MT)간 신호 이동 시간(T2)만큼 지연된 제1 기지국(BS1) 기준 신호를 수신하고, 제2 기지국(BS2)과 단말기(MT) 사이의 거리에 비례하는 신호 이동 시간 즉, 제2 기지국(BS2)과 단말기(MT)간 신호 이동 시간(T3)만큼 지연된 제2 기지국(BS2) 기준 신호를 수신한다.
단말기(MT)는 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호 또는 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호를 이용하여 전술한 응답 신호 주기(Tp)를 구하고, 응답 신호 주기(Tp)로부터 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1, T1=Tp*1/2)을 구한다. 또 다른 방법으로 상기한 기지국 ID, 위치 좌표, 기지국간 신호이동시간 등의 정보를 포함하는 기지국 관련정보 데이터 신호로부터 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 구할 수 있다.
본 도면을 살펴보면 알 수 있듯이, 제1 기지국(BS1), 제2 기지국(BS2) 및 단말기(MT)는 모두 절대 시각으로 동기화되어 있지 않다. 그러나, 본 실시예에서 단말기(MT)는 위와 같이 상호 응답 방식에 의하여 생성된 제1 기지국(BS1) 기준 신호 및 제2 기지국(BS2) 기준 신호를 수신하고 이 수신 신호와 상기 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 이용하여, 각 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간차(예컨대, d12)를구할 수 있다. 이하에서는 예를 들어, 단말기(MT)가 d12를 구하는 방법을 중점적으로 설명하기로 한다.
먼저 d12를 구하는 방법을 설명하고 이를 이용한 단말기(MT) 위치 측정 방식을 설명한다. 단말기(MT)는 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호 및 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호를 이용하여, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로부터 단말기(MT)로 수신된 신호의 도달 시간차(Tr, 이하 초기 신호 도달 시간차)를 구한다. 이때, 본 발명의 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)은 절대 시각으로 동기화된 신호를 송출하는 것이 아니므로, 이 Tr이 최종적으로 구하고자 하는 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)과 단말기(MT) 사이의 신호 도달 시간차(d12, 이하 최종 신호 도달 시간차)가 되는 것이 아니다. 본 실시예에서 제2 기지국(BS2) 기준 신호는 제1 기지국(BS1) 기준 신호보다 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)만큼 더 지연된 신호이기 때문이다.
따라서, 최종 신호 도달 시간차(d12)를 계산하기 위하여, 단말기(MT)는 제2 기지국(BS2) 기준 신호가 제1 기지국(BS1) 기준 신호보다 신호 이동 시간(T1)만큼 지연된 영향이 제거되도록, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 고려하여 초기 신호 도달 시간차(Tr)를 정정한다. 예컨대, 초기 신호 도달 시간차(Tr)에서 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 감산함으로써, 최종 신호 도달 시간차(d12)를 얻을 수 있다.
단말기(MT)는 이와 같이 구하여진 최종 신호 도달 시간차(d12)와 기 획득한 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)의 위치 좌표 (x1, y1), (x2, y2)를 이용하여 전술한 수학식1과 같은 쌍곡선 함수 식을 얻을 수 있다.
전술한 바와 같은 방식으로, 단말기(MT)는 제1 및 제3 기지국(BS1, BS3)과 단말기(MT) 사이의 최종 신호 도달 시간차(d13)를 구할 수 있고, 이 최종 신호 도달 시간차(d13)와 기 획득한 제1 및 제3 기지국(BS1, BS3)의 위치 좌표 (x1, y1), (x3, y3)를 이용하여 수학식2과 같은 쌍곡선 함수 식을 얻을 수 있다.
그에 따라, 단말기(MT)는 두 쌍곡선 함수의 교점을 구함으로써 단말기(MT)의 위치 좌표 (x, y)를 구한다.
요약하자면, 본 발명의 위치 측정 시스템은 상호 응답 방식으로 신호를 생성하는 기준 신호 송출 시스템 또는 방법을 이용한다. 단말은 상기 기준 신호를 수신하여 신호 도달 시간차를 구하되, 기지국간 신호이동시간을 고려함으로써 각 기지국 또는 단말기가 절대 시각으로 동기화된 것과 같은 효과가 획득될 수 있다.
한편, 위에서는 제1 기지국(BS1) 및 제2 기지국(BS2)에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에는 어떠한 지연도 없는 경우를 설명하였으나, 지연이 발생할 수도 있음은 전술하였다. 이를 아래에서 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 제1 및 제2 기지국 송출 신호와 단말기 수신 신호를 나타내는 도면으로, 특히 제1 기지국(BS1) 또는 제2 기지국(BS2)에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에 지연이 발생한 경우를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 제1 기지국(BS1)에서는 제2 기지국 응답 파일럿 신호 수신 시 제1 지연시간(Td1) 후 제1 기지국 응답 파일럿 신호를 송출한다. 제2 기지국(BS2)에서는 제1 기지국 파일럿 신호(시작 파일럿 신호 또는 응답 파일럿 신호) 수신시 제2 지연시간(Td2) 후 제2 기지국 응답 파일럿 신호를 송출한다. 즉, 전술한 실시예에서는 Td1 및 Td2가 모두 0인 경우를 설명하였으나, 본 실시예에서는 Td1 또는 Td2 중 적어도 하나가 0을 초과하는 값을 갖는다. 여기서, Td1 및 Td2는 같은 값을 가질 수도 있고 또는 상이한 값을 가질 수도 있다. 이와 같이 지연이 발생한 경우 크게 두 가지 방법으로 지연 발생의 영향을 제거할 수 있다. 하나는 단말기 쪽에서 지연 시간을 고려하는 것이고, 다른 하나는 기지국 쪽에서 지연 시간 영향을 제거하는 것이다.
먼저 단말기 쪽에서 지연 시간을 고려하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
TDOA 방식에 있어서 상기 d12를 구하기 위해서는, 단말기(MT)는 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호 및 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호를 이용하여, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로부터 단말기(MT)로 수신된 신호의 도달 시간차(Tr, 이하 초기 신호 도달 시간차)를 구하되, 상기 제1 및 제2 지연 시간(Td1, Td2)을 고려하여 Tr을 산출한다. 다시 말하면, 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호의 수신 시각에서 제1 기지국(BS1)의 지연 시간 즉, 제1 지연 시간(Td1)을 감하고, 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호의 수신 시각에서 제2 기지국(BS2)의 지연 시간 즉, 제2 지연 시간(Td2)를 감한 상태에서 상기 Tr이 산출되는 것이다. 상기 Tr 산출 후 과정 즉, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 고려하여 초기 신호 도달 시간차(Tr)를 정정함은 전술한 바와 동일하다.
여기서, 만약 Td1 및 Td2가 같은 값을 갖는다면 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호의 수신 시각에서 제1 지연 시간(Td1)을 감하고, 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호의 수신 시각에서 제2 지연 시간(Td2)를 감하는 계산이 수행되지 않아도 무방하다. 동일한 지연 시간이 감하여진다면, 지연 시간이 감하여지지 않은 상태에서 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호의 수신 시각 및 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호의 수신 시각의 차이인 Tr과 차이가 없기 때문이다.
본 도면을 살펴보면, 제1 지연 시간(Td1) 및 제2 지연 시간(Td2)이 신호 도달 시간차(Tr)에 영향을 미치기는 하나, 제1 기지국(BS1) 및 단말기(MT)간 신호 이동 시간(T2) 자체 또는 제2 기지국(BS2) 및 단말기(MT)간 신호 이동 시간(T3) 자체에 영향을 미치지는 않기 때문이다.
요약하자면, 제1 기지국(BS1) 또는 제2 기지국(BS2)에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에 지연이 발생한 경우, TDOA 방식에서는 지연 시간(Td1, Td2)을 고려하여 초기 신호 도달 시간차(Tr)가 계산되는 것이고 특히 Td1과 Td2가 다른 경우에 그러하다. 그런데, 단말기(MT)가 위와 같은 제1 지연 시간(Td1) 또는 제2 지연 시간(Td2)을 고려할 수 있으려면, 제1 기지국(BS1) 또는 제2 기지국(BS2)으로부터 이 지연시간에 대한 정보를 수신하여야 한다. 다시 말하면, 제1 기지국(BS1) 또는 제2 기지국(BS2)은 제1 지연 시간(Td1) 또는 제2 지연 시간(Td2)을 산출하고 이에 대한 정보를 단말기(MT)로 전달할 수 있어야 한다.
이를 위하여 기지국은 전술한 기준신호 송출을 위한 송출부 및 기준신호 수신을 위한 수신부를 갖는 것에 더하여, 자신의 지연시간을 산출하는 지연 시간 산출부를 더 포함한다. 이에 대하여는 이하의 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도로서, 특히, 자신의 지연시간을 산출할 수 있는 구성을 나타내는 블록도이다. 도 6에 도시된 기지국은 예를 들어 제1 기지국(BS1)의 구성일 수 있으나 제2 기지국(BS2) 또는 제3 기지국(BS3)도 자신의 지연시간 산출을 위하여 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 기지국(BS1)은 외부로 신호를 송출하는 송출부(61), 외부로부터 신호룰 수신하는 수신부(62), 및 제1 기지국(BS1)의 제1 지연 시간(Td1)을 산출하는 지연시간 산출부(63)를 포함한다.
송출부(61)는 전술한 바와 같이 제1 기지국 기준 신호를 송출할 수 있으며, 수신부(62)는 전술한 바와 같이 상대방 예컨대 제2 기지국 기준 신호를 수신할 수 있다.
지연시간 산출부(63)는 수신부(62)로 수신된 제2 기지국 기준 신호의 수신 시각과 송출부(61)에서 송출하는 제1 기지국 기준 신호의 송출 시각의 차이를 계산하여 자신의 지연시간 즉, 제1 지연 시간(Td1)을 산출할 수 있다. 이 제1 지연 시간(Td1)은 예를 들어, 제1 기지국(BS1)의 기지국 관련 정보를 포함하는 데이터 신호에 포함되어 단말기(MT)로 제공될 수 있다. 지연 시간(Td1)은 데이터 신호 전송시마다 제공될 수도 있고, 또는, 일정 주기를 정하여 해당 주기의 데이터 신호 전송시 제공될 수도 있다.
다음으로 기지국 쪽에서 지연 시간 영향을 제거하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
TDOA 방식에서 제1 지연 시간(Td1)과 제2 지연 시간(Td2)이 동일한 경우에는 지연 시간의 영향이 고려될 필요가 없다. 따라서, 어느 하나의 기지국이 상대방 기지국의 지연 시간과 자신의 지연 시간과 이를 일치시킨다면 지연 시간의 영향이 제거될 수 있다. 이를 위하여 기지국은 전술한 기준신호 송출을 위한 송출부 및 기준신호 수신을 위한 수신부를 갖는 것에 더하여, 상대방 기지국의 지연 시간에 따라 자신의 지연 시간을 조절하는 신호 송출 조절부를 더 포함한다. 나아가, 기지국은 자신의 지연 시간 또는 상대방 기지국의 지연시간을 산출하는 지연 시간 산출부를 더 포함할 수도 있다. 이에 대하여는 이하의 도 7을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도로서, 특히, 자신의 지연시간을 조절할 수 있는 구성을 나타내고, 이에 더하여 자신의 지연시간 또는 상대방 기지국의 지연시간을 산출할 수 있는 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7에 도시된 기지국은 예를 들어 제1 기지국(BS1)의 구성일 수 있으나, 제2 기지국(BS2) 또는 제3 기지국(BS3)도 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 기지국(BS1)은 외부로 신호를 송출하는 송출부(71), 외부로부터 신호룰 수신하는 수신부(72), 및 신호 송출 조절부(74)를 포함한다.
송출부(71)는 전술한 바와 같이 제1 기지국 기준 신호를 송출할 수 있다.
수신부(72)는 전술한 바와 같이 상대방 기지국 예컨대 제2 기지국 기준 신호를 수신할 수 있다.
신호 송출 조절부(74)는 상대방 기지국 예컨대, 제2 기지국의 제2 지연 시간(Td2)을 이용하여 제1 기지국 기준 신호의 지연 시간을 조절한다. 즉, 제2 지연 시간(Td2)에 따라, 신호 송출 조절부(74)는 제1 지연 시간(Td1) 대신 제2 지연 시간(Td2)과 동일한 시간으로 제1 기지국 기준 신호를 지연시킨다. 그에 따라 송출부(71)에서는 제2 지연 시간(Td2)을 갖는 제1 기지국 기준 신호가 송출되는 것이다.
여기서, 제2 지연 시간(Td2)은 제2 기지국(BS2)으로부터 통보받거나 또는 제1 기지국(BS1)에서 산출할 수 있다.
제2 기지국(BS2)으로부터 통보받는 경우에는, 제2 기지국(BS2)은 전술한 도 6과 같은 구성을 갖고 그에 따라 자신의 지연시간인 제2 지연시간(Td2)을 상기 도 6에서 설명한 것과 같은 방법으로 산출할 수 있다. 제 2 기지국(BS2)은 산출된 지연시간을 제2 기지국 기준 신호와 다른 유선 또는 무선의 경로를 이용하여 제1 기지국(BS1)으로 통보할 수 있다.
또는, 제2 지연 시간(Td2)이 제1 기지국(BS1)에서 산출되는 경우에는, 제1 기지국(BS1)은 제2 지연 시간(Td2) 산출을 위한 지연 시간 산출부(73)를 더 포함한다. 나아가, 송출부(71)는 상대방 기지국 예컨대, 제2 기지국(BS2)의 지연 시간 측정을 위한 소정 신호(이하, 제2 기지국 지연 측정 신호라 함)를 제1 기지국 기준 신호와 동일한 시각에 송출한다. 여기서, 신호의 판별을 용이하게 하기 위하여 제2 기지국 지연 측정 신호는 제1 기지국 기준 신호와 다른 매체 예컨대, 광, 전자기파, 음파 등을 이용하는 신호이거나 또는 동일한 매체이면서 다른 주파수를 갖는 신호일 수 있다. 또한, 수신부(71)는 상기 제2 기지국 지연 측정 신호가 제2 기지국(BS2)에서 반사되어온 신호를 수신한다. 지연시간 산출부(73)는 수신부(72)로 수신된 제2 기지국 기준 신호의 수신 시각과 송출부(71)에서 송출하는 제1 기지국 기준 신호의 송출 시각의 차이를 계산하여 자신의 지연시간 즉, 제1 지연 시간(Td1)을 산출할 수 있다. 또한, 지연시간 산출부(73)는 제2 기지국 지연 측정 신호의 수신 시간과 제2 기지국 기준 신호의 수신 시간의 차이를 계산하여 제2 기지국(BS2)의 제2 지연 시간(Td2)를 산출할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 기지국 기준 신호와 동일한 시각에 송출된 제2 기지국 지연 측정 신호는 제2 기지국(BS2)에서 즉시 반사되어 제1 기지국(BS1)으로 돌아오는 반면, 제1 기지국 기준 신호는 제2 기지국(BS2)에 수신되고 소정 시간(Td2) 지연된 후 제2 기지국 기준 신호로서 제1 기지국(BS1)으로 돌아오기 때문이다.
이상으로, 단말기쪽에서 지연시간 영향을 제거하는 방법 및 이를 위한 기지국 구성(도 6 참조)을 설명하였다. 또한, 기지국 쪽에서 지연시간 영향을 제거하는 방법 및 이를 위한 기지국 구성(도 7 참조)을 설명하였다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타내는 블록도이다. 본 실시예의 위치 측정 장치는 전술한 도 3의 단말기(MT)와 유사한 동작을 수행한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 장치(50)는, 수신부(51), 도달 시간 계산부(52) 및 위치 계산부(53)를 포함한다.
수신부(51)는 전술한 상호 응답 방식으로 생성된 제1 기지국(BS1) 기준 신호 및 제2 기지국 기준 신호(BS2)를 수신한다.
도달 시간 계산부(52)는 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호 및 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호를 이용하여, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로부터 단말기(MT)로 수신된 신호의 초기 신호 도달 시간차(Tr)를 구한다. 여기서, 만약 제1 기지국(BS1)에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에 제1 지연 시간(Td1)이 발생하고 제2 기지국(BS2)에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에 제2 지연 시간(Td2)이 발생하고 Td1과 Td2가 서로 다른 값을 갖는 경우라면, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로부터 제1 및 제2 지연 시간(Td1, Td2)에 대한 정보를 수신하여 초기 신호 도달 시간차(Tr) 산출시 Td1과 Td2를 고려하여야 함은 전술하였다.
또한, 도달 시간 계산부(52)는 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호 또는 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호의 주기(Tp)를 이용하여 산출된, 또는 기지국 정보관련 데이터로부터 획득된 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 고려하여 초기 신호 도달 시간차(Tr)을 정정함으로써 최종 신호 도달 시간차(ds1)를 획득한다. 이에 대한 설명은 전술하였다..
위치 계산부(53)는 이와 같이 구하여진 최종 신호 도달 시간차(d12)와 기 획득한 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)의 위치 좌표 (x1, y1), (x2, y2)를 이용하여 요구되는 쌍곡선 함수 식을 얻어 결국 단말기(MT) 위치(x, y)를 구한다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 일실시예에 따른 위치 측정 시스템에서의 위치 측정 방식을 설명하기로 한다. 본 실시예의 위치 측정 시스템 및 위치 측정 방법이 전술한 기준신호 송출 시스템 및 방법을 이용함은 전술한 실시예와 동일하다. 도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 위치 측정 시스템을 나타내는 도면이고, 도 10은 도 9의 제1 및 제2 기지국 송출 신호, 단말기 송출 신호, 제1 및 제2 기지국 수신 신호를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 위치 측정 시스템은 제1 내지 제3 기지국(BS1, BS2, BS3)과, 이들 기지국(BS1, BS2, BS3)으로 신호를 송출하는 단말기(MT)와, 이들 기지국(BS1, BS2, BS3)을 제어하며 이들 기지국(BS1, BS2, BS3)의 송출 신호 및 수신 신호를 이용하여 단말기(MT)의 위치를 측정하는 위치 측정 장치(LM)를 포함한다.
여기서, 도 9의 점선으로 표기한 부분은 기준신호 송출 시스템을 나타내는 것으로서 도 3의 기준신호 송출 시스템(도 3의 점선 부분 참조)과 동일하고, 도 9의 기준신호 송출 시스템에서 수행되는 기준신호 송출 방법 역시 도 3의 기준신호 송출 시스템에서 수행되는 기준신호 송출 방법과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 단말기(MT)의 위치는 TDOA 방식을 이용하여 측정됨은 전술한 바와 같으므로,이하에서는, 상기 d12 어떻게 계산되는지를 중심으로 설명을 진행하기로 한다. 특히, 본 실시예에서 d12는 단말기(MT)로부터 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로 수신된 신호의 도달 시간차이다.
단말기(MT)는 단말기 고유정보 등을 포함하는 신호를 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로 송출한다.
제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)은 상기 기준신호를 각각 송출하면서, 단말기(MT) 송출 신호를 수신한다. 즉, 제1 기지국(BS1)은 제1 기지국(BS1)과 단말기(MT) 사이의 신호 이동 시간(T2)만큼 지연된 단말기(MT) 송출 신호를 수신하고, 제2 기지국(BS2)은 제2 기지국(BS2)과 단말기(MT) 사이의 신호 이동 시간(T3)만큼 지연된 단말기(MT) 송출 신호를 수신한다.
위치 측정 장치(LM)는 제1 기지국(BS1)이 송출하는 제1 기지국 기준 신호 또는 제2 기지국(BS2)이 송출하는 제2 기지국 기준신호를 이용하여 전술한 응답 신호 주기(Tp)를 구하고, 응답 신호 주기(Tp)로부터 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1, T1=Tp*1/2)을 구하거나 또는 기지국 관련 정보 데이터로부터 신호 이동 시간(T1)을 획득한다.
또한, 위치 측정 장치(LM)는 제1 기지국 기준신호를 이용하여, 단말기(MT)로부터 제1 기지국(BS1)으로 수신된 신호의 도달 시간(제1 기지국(BS1)의 기준신호 송출 시각과 단말기(MT)로부터의 신호 수신 시각의 차)인 Ta를 구한다. 또한, 위치 측정 장치(LM)는 제2 기지국 기준신호를 이용하여, 단말기(MT)로부터 제2 기지국(BS2)으로 수신된 신호의 도달 시간(제2 기지국(BS2)의 기준신호 송출 시각과 단말기(MT)로부터의 신호 수신 시각의 차)인 Tb를 구한다. 이때, 본 발명의 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)은 절대 시각으로 동기화된 신호를 송출하는 것이 아니므로, 또한, 단말기(MT)로부터 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로 수신된 신호의 도달 시간차인 Ta와 Tb의 차(이하, 초기 신호 도달 시간차)가 최종적으로 구하고자 하는 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)과 단말기(MT) 사이의 신호 도달 시간차(d12, 이하 최종 신호 도달 시간차)가 되는 것이 아니다. 본 실시예에서 제2 기지국(BS2) 송출 신호는 제1 기지국(BS1) 송출 신호보다 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)만큼 지연된 신호이기 때문이다.
따라서, 최종 신호 도달 시간차(d12)를 계산하기 위하여, 위치 측정 장치(LM)는 제2 기지국(BS2) 송출 신호가 제1 기지국(BS1) 송출 신호보다 지연된 영향이 제거되도록, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 고려하여 초기 신호 도달 시간(Ta, Tb) 또는 초기 신호 도달 시간차를 정정한다.
구체적으로 TDOA 방식에서는 Ta와 Tb 중 더 작은 값에 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1)을 더한 값에서 Ta와 Tb 중 더 큰 값을 감산함으로써 최종 신호 도달 시간차(d12)를 얻을 수 있다.
위치 측정 장치(LM)는 이와 같이 구하여진 최종 신호 도달 시간차(d12)와 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)의 위치 좌표 (x1, y1), (x2, y2)를 이용하여 단말기(MT)의 위치 좌표 (x, y)를 구한다.
한편, 위에서는 제1 기지국(BS1) 및 제2 기지국(BS2)에서 응답 파일럿 신호 수신 시각과 응답 파일럿 신호 송출 시각 사이에 어떠한 지연도 없는 경우를 설명하였으나, 지연이 발생할 수도 있음은 전술하였다.
지연이 발생한 경우란 도 5에서 설명한 것과 같이, 즉, 제1 기지국(BS1)에서 제2 기지국 응답 파일럿 신호 수신시 제1 지연시간(Td1) 후 제1 기지국 응답 파일럿 신호를 송출하고 제2 기지국(BS2)에서 제1 기지국 파일럿 신호(시작 파일럿 신호 또는 응답 파일럿 신호) 수신시 제2 지연시간(Td2) 후 제2 기지국 응답 파일럿 신호를 송출하는 경우이다.
이 경우 단말기(본 실시예의 경우는 위치 측정 장치(LM))쪽에서 지연 시간을 고려하거나 또는 기지국 쪽에서 지연 시간 영향을 제거하는 방법은 도 5 내지 도 7에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
*도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타내는 블록도이다. 본 실시예의 위치 측정 장치는 전술한 도 9의 위치 측정 장치(LM)와 유사한 동작을 수행한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 측정 장치(80)는, 기지국 감시부(81), 도달 시간차 계산부(82) 및 위치 계산부(83)를 포함한다.
기지국 감시부(81)는 상호 응답 방식으로 생성되는 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)의 송출 신호와 단말기(MT)로부터 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로 수신되는 수신 신호를 감시하고 이에 대한 정보를 얻는다.
도달 시간차 계산부(82)는 단말기(MT)로부터 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로 신호가 수신되면, 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)으로부터 단말기(MT)로 수신된 신호의 초기 초기 신호 도달 시간차(Tr)를 구한다. 이때, 초기 신호 도달 시간차(Tr)는 단말기(MT)로부터 제1 기지국(BS1)으로 수신된 신호의 도달 시간(제1 기지국(BS1)의 신호 송출 시각과 단말기(MT)로부터의 신호 수신 시각의 차인 초기 신호 도달 시간, Ta)과 단말기(MT)로부터 제2 기지국(BS2)으로 수신된 신호의 도달 시간(제2 기지국(BS2)의 신호 송출 시각과 단말기(MT)로부터의 신호 수신 시각의 차인 초기 신호 도달 시간, Tb)의 차이이다. 여기서, 만약 제1 기지국(BS1)에서 제1 지연시간(Td1)이 발생하고 제2 기지국(Ts2)에서 제2 지연시간(Td2)이 발생하고 Td1과 Td2가 서로 다른 값을 갖는 경우라면, 초기 신호 도달 시간차(Tr) 산출시 Td1과 Td2를 고려하여야 함은 전술하였다.
또한, 도달 시간차 계산부(82)는 제1 기지국(BS1)으로부터 수신된 신호 또는 제2 기지국(BS2)으로부터 수신된 신호의 주기(Tp)를 이용하여 산출된 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2) 간 신호 이동 시간(T1) 또는 기지국 관련 정보 데이터로부터 획득한 신호 이동 시간((T1)을 고려하여 초기 신호 도달 시간차(Tr)을 정정함으로써 최종 신호 도달 시간차(ds1)를 획득한다. 이에 대한 구체적인 내용은 전술하였다.
위치 계산부(83)는 이와 같이 구하여진 최종 신호 도달 시간차(d12)와 기 획득한 제1 및 제2 기지국(BS1, BS2)의 위치 좌표 (x1, y1), (x2, y2)를 이용하여 단말기(MT) 위치(x, y)를 구한다.
이상으로, 기준신호 송출 시스템 및 방법을 이용하여 각 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간차를 산출함으로써 단말기 위치를 측정할 수 있는 위치 측정 시스템, 위치 측정 장치 및 위치 측정 방법에 대하여 설명하였다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에서는 위에서 설명한 기준신호 송출 시스템 및 방법을 이용하여 시각 동기가 필요한 시스템에서 각 신호원(예컨대, 기지국) 간의 시각 동기 자체를 가능하게 할 수도 있다. 여기서, 시각 동기가 필요한 시스템은 LBS(Location Based service), RTLS(Real Time Location System), WiFi, TOA, CDMA 등 다양하다. 이하, 도 3 및 도 12를 참조하여 이에 대해 상세히 설명한다.
도 3의 기준신호 송출 시스템(도 3의 점선 부분 참조)에서는 상호 응답 방식에 의하여 기준신호가 송출되며 이에 대하여는 이미 설명하였으므로 상세한 설명을 생략한다. 이때, 도 3의 기준신호 송출 시스템이 시각 동기가 필요한 시스템이라고 한다면, 도 3의 기준신호 송출 시스템에 포함되는 기지국 예컨대, 제1 기지국(BS1)은 아래의 도 12에 도시된 것과 같은 구성을 갖고 그에 따라 아래의 도 12의 설명에서 설명하는 것과 같은 시각 동기 방법을 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기가 필요한 시스템에 포함되는 기지국을 나타내는 도면으로, 도 3의 기준신호 송출 시스템에 포함되는 예컨대, 제1 기지국(BS1)의 구성일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 시각 동기가 필요한 시스템에 포함되는 기지국들은 각각 위에서 설명한 상호응답방식으로 기준신호를 송출하며 본 실시예의 기지국 구성과 동일한 구성을 가질 수 있다.
도 12를 참조하여 기지국 구성 및 이 기지국에서의 시각 동기 방법을 설명하면, 제1 기지국(BS1)은 외부로 신호를 송출하는 송출부(121), 외부로부터 신호룰 수신하는 수신부(122), 및 시각동기부(124)를 포함한다.
송출부(121)는 전술한 바와 같이 제1 기지국 기준 신호를 송출할 수 있다.
수신부(122)는 전술한 바와 같이 상대방 기지국 예컨대 제2 기지국 기준 신호를 수신할 수 있다.
시각동기부(124)는 제1 기지국(BS1)과 상대방 기지국 예컨대, 제2 기지국 사이의 신호 이동 시간(T1)을 고려하여 제2 기지국(BS2)에서 수신한 신호의 시각을 조절하여 자신의 시각을 상대방 기지국 시각에 과 동기시킨다. 즉, 시각동기부(124)는 제2 기지국(BS2)에서 수신한 신호의 시각을 T1만큼 앞당기거나 또는 T1만큼 늦추어 자신(제1 기지국(BS1))의 시각을 상대방 기지국(제2 기지국(BS2))의 시각과 시각동기 시킨다. 그에 따라 제1 기지국(BS1)은 T1만큼 앞당긴 또는 T1만큼 늦춰진 제2 기지국 기준 신호에 의해 제2 기지국(BS2)과의 시각동기가 가능하다. 이러한 방법으로 상대방 기지국 예컨대 제2 기지국과의 시각 동기가 이루어질 수 있음은 물론 주변의 다른 여러 기지국들과 절대 시각동기가 가능 하다.
여기서, 신호 이동 시간(T1)은 전술한 바와 같이, 제1 기지국으로부터 수신된 신호 또는 제2 기지국으로부터 수신된 신호를 이용하여 구하여진 응답 신호 주기(Tp)에 1/2을 곱하여 얻어질 수 있다. 이를 위하여 제1 기지국(BS1)은 신호 이동 시간 산출부(123)를 더 포함할 수도 있다. 또는, 기지국 관련 정보 데이터로부터 기지국간 신호 이동 시간(T1)이 구하여질 수도 있으며, 이러한 경우에 제1 기지국(BS1)은 별도의 신호 이동 시간 산출부(123)를 포함하지 않을 수도 있다.
이와 같이 시각 동기가 요구되는 시스템에 포함되는 적어도 두 개의 신호원은 각각 전술한 상호 응답 방식에 의하여 기준신호를 송출하며, 이 두 개의 신호원 중 적어도 하나는 전술한 시각 동기부(124)와 같은 구성요소를 포함하여 두 개의 기지국 간 시각 동기가 가능하게 한다.
요약하자면, 별도의 시각 동기 시스템이 없이도 두 기지국간 신호이동시간만큼 어느 한 기지국의 신호 동기 시각을 앞당기거나 늦춤으로써 두 기지국의 시각 동기 자체를 가능하게 할 수 있다. 이는 시각 동기가 요구되는 시스템에 포함되는 모든 기지국에도 확장하여 적용할 수 있다.
이와 같이 시각 동기가 이루어진 상태에서 두 기지국이 각각 기준 신호를 송출하는 경우에는, 단말기 또는 위치 측정 장치 등은 종래의 TDOA 방식이나 TOA 방식을 그대로 이용하여 신호 도달 시간이나 신호도달시간차를 산출하여 위치를 측정할 수 있다.
지금까지 도5 내지 도8 및 도 11 내지 도 12의 각 구성요소들은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 스레드, 프로그램와 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소들은 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이와 같이 본 발명에서는 두 기지국 간의 시각 동기화 없이도 두 기지국과 단말기 사이의 신호 도달 시간차를 계산할 수 있는 새로운 방식을 제안하고 있다. 또는 별도의 시각 동기 시스템 없이 기지국 간의 시각 동기화가 가능한 새로운 방식을 제안하고 있다. 따라서, 위치 측정을 위하여 시각 동기 시스템을 구현할 필요가 없으므로 저 비용으로 소형화 및 단순화된 위치 측정 시스템을 구현할 수 있다. 나아가 시각 동기 오차가 발생하지 않기 때문에 위치 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 설명한 기준신호 송출 시스템 및 방법은, 본 발명의 일 실시예에서 설명한 위치 측정 기술이나 시각 동기 기술에 적용될 수 있음은 물론 다른 기술에도 적용될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 기준신호 송출 시스템에서 송출되는 기준신호가 임의로 놓여진 어떤 물체에 반사되면 반사되는 신호를 수신하여 해당 물체의 위치를 구하거나 또는 반사되는 신호를 수신하여 해당 물체의 입체 영상을 구할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (29)

  1. 두 신호원이 기준신호를 송출하는 방법으로서,
    제1 신호원이 기준신호를 송출하는 단계,
    제2 신호원이 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 송출하는 a 단계; 및
    상기 제1 신호원이 상기 제2 신호원으로부터 제2 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 송출하는 b 단계를 포함하고,
    상기 a 단계 및 상기 b 단계는 반복되는, 기준신호 송출 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 a 단계에서, 상기 제2 신호원은 상기 제1 기준신호 수신시각보다 제2 지연시간만큼 지연된 제2 기준신호를 송출하고,
    상기 b 단계에서, 상기 제1 신호원은 상기 제2 기준신호 수신시각보다 제1 지연시간만큼 지연된 제1 기준신호를 송출하는, 기준신호 송출 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 지연시간과 상기 제2 지연시간이 상이한 경우,
    상기 a 단계 및 상기 b 단계 중 선택된 하나의 단계는 다른 단계의 지연 시간과 자신의 지연시간을 일치시켜 기준신호를 송출하는, 기준신호 송출 방법.
  4. 두 신호원이 기준신호를 송출하는 시스템으로서,
    시작 기준신호를 송출하고, 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 반복 송출하는 제1 신호원; 및
    상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 반복 송출하는 상기 제2 신호원을 포함하는 기준신호 송출 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 신호원은, 상기 제2 기준신호 수신시각보다 제1 지연시간만큼 지연된 제1 기준신호를 송출하고,
    상기 제2 신호원은 상기 제1 기준신호 수신시각보다 제2 지연시간만큼 지연된 제2 기준신호를 송출하는 기준신호 송출 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 지연시간과 상기 제2 지연시간이 상이한 경우,
    상기 제1 및 제2 신호원 중 선택된 하나의 신호원은, 다른 신호원의 지연 시간과 자신의 지연시간을 일치시켜 기준신호를 송출하는, 기준신호 송출 시스템.
  7. 단말기의 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로부터 상기 제1 및 제2 기준신호를 수신하는 단계;
    수신된 상기 제1 및 제2 기준신호와, 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 제1 및 제2 기준신호의 도달 시간차를 구하는 단계; 및
    상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 단계를 포함하는 위치 측정 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식은, 제1 신호원이 기준신호를 송출하는 단계, 제2 신호원이 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 a 단계 및 상기 제1 신호원이 상기 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 b 단계를 포함하고, 상기 a 단계 및 상기 b 단계는 반복되는 위치 측정 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간(T1)과 상기 제1 기준신호 또는 상기 제2 기준신호의 주기(Tp)는 수식 T1=Tp*1/2를 만족시키는, 위치 측정 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 도달 시간차를 구하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 기준신호의 수신시간차에서 상기 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 감산하는 단계를 포함하는, 위치 측정 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 a 단계에서 상기 제2 신호원은 상기 제1 기준신호 수신시각보다 제2 지연시간만큼 지연된 제2 기준신호를 송출하고, 상기 b 단계에서 상기 제1 신호원은 상기 제2 기준신호 수신시각보다 제1 지연시간만큼 지연된 제1 기준신호를 송출하는, 위치 측정 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 지연시간과 상기 제2 지연시간이 상이한 경우,
    상기 a 단계 및 상기 b 단계 중 선택된 하나의 단계는 다른 단계의 지연 시간과 자신의 지연시간을 일치시켜 기준신호를 송출하는, 위치 측정 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 지연시간과 상기 제2 지연시간이 상이한 경우,
    상기 도달 시간차를 구하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 지연시간을 더 고려하는, 위치 측정 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 도달 시간차를 구하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 지연시간을 고려한 상태에서 상기 제1 및 제2 기준신호의 수신시간차를 산출하고, 상기 수신시간차에서 상기 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 감산하는 단계를 포함하는, 위치 측정 방법.
  15. 단말기의 위치를 측정하는 장치에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로부터 상기 제1 및 제2 기준신호를 수신하는 수신부;
    수신된 상기 제1 및 제2 기준신호와, 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 제1 및 제2 기준신호의 도달 시간차를 구하는 도달시간차 계산부; 및
    상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 위치 계산부를 포함하는 위치 측정 장치.
  16. 단말기의 위치를 측정하는 시스템에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원; 및
    상기 제1 및 제2 기준신호를 수신하여 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 제1 및 제2 기준신호의 도달 시간차를 구하고, 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 단말기를 포함하는 위치 측정 시스템.
  17. 단말기의 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로 단말기로부터 송출된 제3 신호가 수신되는 단계;
    제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 상기 제1 및 제2 신호원으로 수신된 상기 제3 신호의 도달 시간차를 구하는 단계; 및
    상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 단계를 포함하는 위치 측정 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식은, 제1 신호원이 기준신호를 송출하는 단계, 제2 신호원이 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 a 단계 및 상기 제1 신호원이 상기 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 b 단계를 포함하고, 상기 a 단계 및 상기 b 단계는 반복되는 위치 측정 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간(T1)과 상기 제1 기준신호 또는 상기 제2 기준신호의 주기(Tp)는 수식 T1=Tp*1/2를 만족시키는, 위치 측정 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 도달 시간차를 구하는 단계는,
    상기 제3 신호의 제1 신호원 도달 시간(상기 제1 신호원에서의 상기 제1 기준신호 송출 시각과 상기 제3 신호 수신 시각의 차임)과 상기 제3 신호의 제2 신호원 도달 시간(상기 제2 신호원에서의 상기 제2 기준신호 송출 시각과 상기 제3 신호 수신 시각의 차) 중 더 작은 값을 갖는 어느 하나에 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간을 더한 값에서, 상기 제3 신호의 제1 신호원 도달 시간과 상기 제3 신호의 제2 신호원 도달 시간 중 더 큰 값을 갖는 다른 하나를 감산하는 단계를 포함하는 위치 측정 방법.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 a 단계에서 상기 제2 신호원은 상기 제1 기준신호 수신시각보다 제2 지연시간만큼 지연된 제2 기준신호를 송출하고, 상기 b 단계에서 상기 제1 신호원은 상기 제2 기준신호 수신시각보다 제1 지연시간만큼 지연된 제1 기준신호를 송출하는, 위치 측정 방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 지연시간과 상기 제2 지연시간이 상이한 경우,
    상기 a 단계 및 상기 b 단계 중 선택된 하나의 단계는 다른 단계의 지연 시간과 자신의 지연시간을 일치시켜 기준신호를 송출하는, 위치 측정 방법.
  23. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 지연시간과 상기 제2 지연시간이 상이한 경우,
    상기 도달 시간차를 구하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 지연시간을 더 고려하는, 위치 측정 방법.
  24. 단말기의 위치를 측정하는 장치에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원으로 단말기로부터 송출된 제3 신호가 수신되면, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간을 고려하여 상기 제1 및 제2 신호원으로 수신된 상기 제3 신호의 도달 시간차를 구하는 도달 시간차 계산부; 및
    상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 위치 계산부를 포함하는 위치 측정 장치.
  25. 단말기의 위치를 측정하는 시스템에 있어서,
    상대방으로부터 기준신호 수신시 그에 응답하는 기준신호를 송출하는 방식으로 제1 및 제2 기준신호를 송출하는 제1 및 제2 신호원;
    제3 신호를 상기 제1 및 제2 신호원으로 송출하는 단말기; 및
    상기 제1 및 제2 신호원 간 신호 이동 시간을 고려하여 상기 제1 및 제2 신호원으로 수신된 상기 제3 신호의 도달 시간차를 구하고, 상기 도달 시간차와 상기 제1 및 제2 신호원의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 구하는 위치 측정 장치를 포함하는 위치 측정 시스템.
  26. 시작 기준신호를 송출하고, 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 반복 송출하는 제1 신호원, 및 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 반복 송출하는 상기 제2 신호원을 포함하는 기준신호 송출 시스템에서의 시각 동기 방법으로서,
    상기 제1 신호원 및 상기 제2 신호원 중 선택된 하나는, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간을 고려하여 자신의 시각을 상대방 신호원 시각과 동기시키는 시각 동기 방법.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 제1 신호원 및 상기 제2 신호원 중 선택된 하나는, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간만큼 상대방 신호원으로부터 수신된 기준신호 수신 시각을 늦추거나 앞당기는 시각 동기 방법.
  28. 시작 기준신호를 송출하고, 제2 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제1 기준신호)를 반복 송출하는 제1 신호원, 및 상기 제1 신호원으로부터 기준신호 수신시마다 그에 응답하는 기준신호(이하, 제2 기준신호)를 반복 송출하는 상기 제2 신호원을 포함하는 기준신호 송출 시스템에서, 상기 제1 신호원 또는 상기 제2 신호원 중 어느 하나에 포함되는 시각 동기 장치로서,
    상기 시각 동기 장치는, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간을 고려하여 자신의 시각을 상대방 신호원 시각과 동기시키는 시각 동기 장치.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 시각 동기 장치는, 상기 제1 및 제2 신호원간 신호 이동 시간만큼 상대방 신호원으로부터 수신된 기준신호 수신 시각을 늦추거나 앞당기는 시각 동기 장치.
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