KR20150105179A - Method and apparatus of proximity estimation using round trip time in a wireless communication system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에서 위치 추정 방법 및 장치에 대한 것으로서, 특히 실내에서 이용될 수 있는 근접 위치 추정 방법 및 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for estimating a position in a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for estimating a proximity position that can be used indoors.
사물 인터넷(Internet-of-Things : IoT) 및 위치 기반 서비스(Location Based Service : LBS)에서 요구되는 중요한 기술들 중 하나는 실내 측위 시스템(Indoor Positioning System : IPS)이다.One of the important technologies required in Internet-of-Things (IoT) and Location Based Services (LBS) is the Indoor Positioning System (IPS).
상기 IPS는 예를 들어 MEMS(Microelectromechanical systems) 센서들을 이용하는 관성 항법 시스템(Inertial Navigation System : INS), 수신 신호 세기(Received Signal Strength)를 이용하는 핑거 프린팅(fingerprinting) 방법, 그리고 액세스 포인트(AP)들을 이용하는 TOA(time-of-arrival) 방식(글로벌 항법 위성 시스템(Global Navigation Satellite System : GNSS)에서 위성 수신기들을 이용하는 TOA 방식과는 다름)으로 구현될 수 있다.The IPS may be implemented using, for example, an Inertial Navigation System (INS) using microelectromechanical systems (MEMS) sensors, a fingerprinting method using Received Signal Strength, And may be implemented in a time-of-arrival (TOA) scheme (unlike a TOA scheme using satellite receivers in a Global Navigation Satellite System (GNSS)).
한편 무선 통신 시스템에서는 상기 IPS를 구현하는 경우, 제한적인 용량의 배터리를 사용하는 단말의 전력 소모를 고려하여야 하므로 간단하지만 정확한 알고리즘을 사용하여 전력 소모를 최소화하여야 한다. 그러나 단말의 전력 소모와 위치 추정의 정밀도 사이에는 기술적 절충이 있게 된다.On the other hand, in the case of implementing the IPS in the wireless communication system, power consumption of a terminal using a battery having a limited capacity should be considered, so power consumption must be minimized by using a simple but accurate algorithm. However, there is a trade-off between the power consumption of the terminal and the accuracy of the position estimation.
일 예로 유동 인구가 많은 쇼핑 센터에서 지오펜싱(geofencing)과 같은 효과적인 LBS를 제공하기 위해서는, IPS가 예컨대, 수 미터 미만의 위치 측정 정확도를 갖도록 위치 측정을 위한 정보가 요구된다. 그러나 무선 통신 시스템에서는 심각한 다중 경로 환경 및 무선 전파의 복잡성과, 단말에서 제한적인 전력 사용으로 인해 정확한 LBS를 제공하는 것이 어렵다.For example, in order to provide an effective LBS such as geofencing in a shopping center with a high flow population, information for location measurement is required such that the IPS has a positioning accuracy of, for example, few meters. However, in a wireless communication system, it is difficult to provide accurate LBS due to a serious multipath environment and complexity of radio waves and limited power consumption in a terminal.
또한 무선 통신 시스템에서 단말의 TOA 추정 정확도를 개선하려면, 매우 짧은 타이밍 간격들(예컨대, 수십 나노세컨드)을 측정하는 것이 필요하다. 그리고 이러한 측정을 위해서는 단말 내 구비되는 지연 측정 모듈에서의 높은 주파수의 사용이 요구되지만, 높은 주파수의 사용은 단말의 전력 소모와 개발 복잡도를 증가시킨다.
It is also necessary to measure very short timing intervals (e.g., tens of nanoseconds) to improve the TOA estimation accuracy of a terminal in a wireless communication system. For this measurement, it is required to use high frequency in the delay measurement module provided in the terminal, but use of high frequency increases power consumption and development complexity of the terminal.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 실내에 위치하는 디바이스의 거리를 효율적으로 측정하기 위한 근접 추정 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a proximity estimation method and apparatus for efficiently measuring a distance of a device located in a room in a wireless communication system.
또한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 실내에 위치하는 디바이스에게 위치 기반 서비스를 효율적으로 제공하는 방법 및 장치를 제공한다.The present invention also provides a method and apparatus for effectively providing location-based services to devices located indoors in a wireless communication system.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 디바이스의 거리를 측정하기 위한 근접 추정 방법은, 제1 디바이스가 제1 신호를 제2 디바이스에게 전송하는 과정과, 상기 제1 디바이스가 상기 제2 디바이스로부터 상기 제1 신호에 대한 응답으로 제2 신호를 수신하는 과정과, 상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호와 상기 제2 신호간의 위상 차를 근거로 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하는 과정을 포함한다.A proximity estimation method for measuring a distance of a device in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention includes the steps of: a first device transmitting a first signal to a second device; Receiving a second signal in response to the first signal; measuring a distance between the first device and the second device based on a phase difference between the first signal and the second signal; .
또한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 거리를 측정하는 제1 디바이스는, 무선망과 통신하기 위한 통신 인터페이스와, 제1 신호를 제2 디바이스에게 전송하고, 상기 제2 디바이스로부터 상기 제1 신호에 대한 응답으로 제2 신호를 수신하며, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호간의 위상 차를 근거로 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하고, 상기 제1 신호를 반송파 보다 낮은 주파수로 직교 변조하는 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
In addition, a first device for measuring a distance in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention includes a communication interface for communicating with a wireless network, and a second interface for transmitting a first signal to a second device, Receiving a second signal in response to a signal and measuring a distance between the first device and the second device based on a phase difference between the first signal and the second signal, And a control unit for controlling an operation of orthogonal modulation with a frequency.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 디바이스들 간의 거리를 측정하는 근접 추정 방식을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 제1 디바이스에서 탐색 신호의 생성 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 제2 디바이스에서 응답 신호의 생성 과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제2 디바이스에서 수행되는 지연 보상 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제1 디바이스에서 수행되는 근접 추정 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 디바이스들 간의 거리를 측정하는 근접 추정 방법을 나타낸 순서도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 디바이스의 구성을 나타낸 블록도.1 is a block diagram illustrating a proximity estimation method for measuring a distance between devices in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram for explaining a process of generating a search signal in a first device according to an embodiment of the present invention,
3 is a diagram for explaining a process of generating a response signal in a second device according to an embodiment of the present invention;
4 is a view for explaining a delay compensation operation performed in a second device according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram for explaining a proximity estimation method performed in a first device according to an embodiment of the present invention;
6 is a flowchart illustrating a proximity estimation method for measuring a distance between devices in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram showing the configuration of a device in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
하기에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
기존의 위성 신호를 이용한 위치 추정 또는 거리 측정 방식은, 건물 등과 같은 실내에서는 신호 세기가 거의 제로 레벨에 달해 이용할 수 없다. 이에 이하 설명될 본 실시 예는 실내 환경의 위치 기반 서비스를 위해 무선 신호를 송수신하는 디바이스들 간의 거리를 측정하는 근접 추정(proximity estimation) 방안을 제안한 것이다. 본 실시 예의 근접 추정 방안이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템은 Wi-Fi, 블루투스(Bluetooth), 또는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.x 기반의 무선 통신 방식을 이용하는 각종 시스템이 될 수 있다.The conventional positioning or distance measuring method using satellite signals can not be used because the signal intensity reaches almost zero level in a room such as a building. The present embodiment, which will be described below, proposes a proximity estimation method for measuring a distance between devices transmitting and receiving a wireless signal for a location-based service in an indoor environment. The wireless communication system to which the proximity estimation method of this embodiment can be applied may be various systems using a wireless communication system based on Wi-Fi, Bluetooth, or Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.x.
또한 본 실시 예의 근접 추정 방식은 디바이스에서 전력 소모량을 줄이기 위해 디바이스 내 믹서(mixer)에 의한 주파수 하향 변환을 채용하여 GHz 범위 미만의 주파수들을 사용하는 저전력 설계를 이용할 수 있다. 따라서 본 실시 예에서 제안하는 근접 추정 방식은 각종 웨어러블(wearable) 제품 및 사물 인터넷 제품과 같은 이동 기기들에 적용될 수 있다. 또한 본 실시 예의 근접 추정 방식을 IEEE 802.11 기반의 무선 통신 시스템에 적용하는 경우, Wi-Fi를 이용하는 디바이스에 구현 시 특별한 회로 개발이 요구되지 않고, 예컨대, 통상의 Wi-Fi QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조기를 용이하게 구현될 수 있다.In addition, the proximity estimation scheme of this embodiment can employ a low power design employing frequencies below the GHz range by employing frequency down conversion by a mixer in the device to reduce power consumption in the device. Therefore, the proximity estimation method proposed in the present embodiment can be applied to various wearable products and mobile devices such as Internet object products. In addition, when the proximity estimation method of the present embodiment is applied to a wireless communication system based on IEEE 802.11, special circuit development is not required in a device using Wi-Fi. For example, a conventional Wi-Fi QAM (Quadrature Amplitude Modulation) A modulator can be easily implemented.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 디바이스들 간의 거리를 측정하는 근접 추정 방식을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a proximity estimation method for measuring a distance between devices in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1 디바이스(110)와 제2 디바이스(130) 간의 거리를 측정하는 경우, 도 1과 같이 제1 디바이스(110)는 제2 디바이스(130)로 제1 신호(11)를 생성하여 전송하고, 제2 디바이스(130)는 상기 제1 신호(11)에 대한 응답 신호인 제2 신호(13)를 생성하여 전송한다. 이러한 거리 측정은 디바이스들 간에 예컨대, 수 미터 내지 수십 미터 내의 근접 거리를 갖는 댁내 또는 쇼핑 센터 등과 같은 영역에서 수행될 수 있으며, 본 실시 예에서 상기 제1 디바이스(110)는 상기 제1 신호(11)를 송신한 후, 상기 제2 신호(13)를 수신하기까지의 왕복 지연 시간(Round Trip Time)에 기반하는 제1 및 제2 신호들(11, 13) 간의 위상 차이를 이용하여 상기 제1 디바이스(110)와 상기 제2 디바이스(130) 간의 거리를 추정한다. 이와 같이 디바이스들 간에 송수신되는 신호들의 왕복 진행으로 인해 일어나는 전파 지연을 이용하여 근접 추정을 수행하는 경우, 근접 추정의 정확도를 보다 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, when the distance between the
본 실시 예에서 상기 제1 및 제2 디바이스(110, 130)는 무선 통신 시스템에서 통신을 수행하는 휴대폰, 테블릿 PC, 노트북, 중계기(relay station), 기지국(base station), AP(Access Point) 등과 같은 무선 통신 모듈을 구비하는 각종 무선 기기가 될 수 있으며, 이러한 무선 기기를 편의상 디바이스라 칭하기로 한다. 도 1의 실시 예에서 제1 디바이스(110)는 거리를 측정하고자 하는 사용자가 이용하는 각종 무선 기기가 될 수 있으며, 제2 디바이스(130)는 중계기, AP, 또는 기지국 등이 될 수 있다. 상기 제2 디바이스(130)는 거리 측정을 위한 기준 점(reference point)로 사용된다.The first and
또한 본 실시 예에서 상기 제1 및 제2 신호(11, 13)는 거리 측정을 위해 마련된 별도의 탐색 신호(navigation signal)을 이용할 수 있다.Also, in the present embodiment, the first and
상기 탐색 신호는 예를 들어, IEEE 802.11 표준에 적용하는 경우, 동기 필드, 물리 계층 컨버전스 프로토콜(PLCP; physical layer convergence protocol) 필드, 데이터 필드 및 순환 중복 검사(CRC; cyclic redundancy check) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 데이터 필드는 물리 계층에 위치하며, 나머지 필드들은 전송 계층에 포함되고, 페이로드에 사용된다. 그리고 IPS에서 상기 데이터 필드를 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 포맷 대신에 직교 변조 탐색 신호의 포맷으로 대체할 수 있다.The search signal includes, for example, a synchronization field, a physical layer convergence protocol (PLCP) field, a data field, and a cyclic redundancy check (CRC) field when applied to the IEEE 802.11 standard Lt; / RTI > The data field is located in the physical layer, and the remaining fields are included in the transport layer and used in the payload. In the IPS, the data field may be replaced with a format of the orthogonal modulation search signal instead of the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) format.
이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 실시 예에 따른 근접 추정 방식을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the proximity estimation method according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 5. FIG.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 제1 디바이스(110)에서 탐색 신호의 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다. 상기 탐색 신호(navigation signal)은 사운딩 신호(sounding signal)로 칭해질 수 있다.2 is a diagram for explaining a process of generating a search signal in the
제1 디바이스(110)는 도 2의 (a)와 같이 두 개의 고조파 신호들(harmonic signals)(21, 22)를 결합하여 도 2의 (b)와 같은 포락선(envelope)를 갖는 탐색 신호를 생성한다. 상기 두 개의 고조파 신호들(harmonic signals)(21, 22)는 각각 f1, f2의 서로 다른 주파수를 가지며, 동일한 진폭(amplitude)를 가짐을 가정한다. 그리고 도 2의 (c)와 같이 f1, f2의 주파수 차(difference)는 Δf로 도시되어 있다. 여기서 상기 서로 다른 주파수 f1, f2과 동일한 진폭은 제1 주파수 fcur1의 탐색 신호에서 포락선의 고동(beating)을 발생시킨다. 도 1의 제2 디바이스(130)가 제1 디바이스(110)로 응답 신호로 송신하는 탐색 신호 또한 도 2의 방식을 이용하여 생성될 수 있다.The
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 제2 디바이스(130)에서 응답 신호의 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서 참조 번호 31, 33은 제1 디바이스(110)가 송신한 탐색 신호(이하, 제1 신호), 제2 디바이스(130)가 응답 신호로 송신한 탐색 신호(이하, 제2 신호)를 각각 나타낸 것이다.3 is a diagram for explaining a process of generating a response signal in the
도 3의 실시 예에서 제1 및 제2 신호(31, 33)는 각각 서로 다른 주파수로 송신됨을 가정한다. 도 3에서 제1 신호(31)는 제1 주파수(fcur1)를 가지며, 상기 제2 신호(33)는 제2 주파수(fcur2)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 무선랜(WLAN)을 이용하는 디바이스들은 대부분 시분할 듀플렉스(TDD)를 사용하는 IEEE 802.11 표준을 따르고 있다. 일 예로 IEEE 802.11n/ac의 특징들을 구현하기 위해, 최신의 RF 프런트 엔드 IC들은 모두 이중의 대역(예컨대, 2.4 GHz 및 5 GHz, 대역폭은 프로토콜 별로 20 MHz 내지 160 MHz임) 가질 수 있다.In the embodiment of FIG. 3, it is assumed that the first and second signals 31 and 33 are transmitted at different frequencies, respectively. 3, the first signal 31 has a first frequency f cur1 and the second signal 33 has a second frequency f cur2 . Most devices using a wireless LAN (WLAN) are compliant with the IEEE 802.11 standard using Time Division Duplex (TDD). For example, to implement the features of IEEE 802.11n / ac, the latest RF front-end ICs can all have dual bands (e.g., 2.4 GHz and 5 GHz, bandwidths from 20 MHz to 160 MHz per protocol).
따라서 IEEE 802.11 표준을 따르는 경우, 제1 신호(31)는 2.4 GHz의 반송파 주파수로 송신될 수 있으며, 제2 신호(33)는 5 GHz의 반송파 주파수로 송신될 수 있다. 그 역 또한 가능하다. 본 실시 예에서는 제1 및 제2 신호(31, 33)가 서로 다른 주파수 대역을 통해 전송됨을 가정하였으나, 제1 및 제2 신호(31, 33)는 동일한 주파수 대역을 통해 전송될 수 있다.Thus, in accordance with the IEEE 802.11 standard, the first signal 31 may be transmitted at a carrier frequency of 2.4 GHz and the second signal 33 may be transmitted at a carrier frequency of 5 GHz. The reverse is also possible. In this embodiment, it is assumed that the first and second signals 31 and 33 are transmitted through different frequency bands. However, the first and second signals 31 and 33 may be transmitted through the same frequency band.
도 3의 예에서 상기 IEEE 802.11 표준에 따른 WLAN의 구조들을 기반으로 하면, 제1 디바이스(110) 내의 사인파 합성기(sine synthesizer)(도시되지 않음)는 먼저 2.4 GHz의 반송파 신호를 생성한다. 상기 생성된 반송파 신호는 예컨대, 1~20 MHz의 주파수를 갖는 사인파 신호와 함께 제1 디바이스(110) 내의 직교 변조기(도시되지 않음)에 입력되어 RF(Radio Frequeny) 변조되고, 증폭기(도시되지 않음)를 통해 증폭되어 제1 신호(31)로 전송된다.In the example of FIG. 3, based on the structures of WLAN according to the IEEE 802.11 standard, a sine synthesizer (not shown) in the
도 3의 예에서 제2 디바이스(130)는 수신한 제1 신호(31)를 복조한 후(301), 제2 신호(33)로 재변조한다(305). 이때 재변조되는 주파수 대역은 5 GHz를 이용할 수 있다. 한편 제2 디바이스(130)가 수신한 제1 신호(31)의 포락선의 위상과, 제2 디바이스(130)가 송신하는 제2 신호(33)의 포락선의 위상은 동일하여야 한다. 즉 도 3의 예에서 5 GHz 반송파로 송신되는 제1 신호(11)의 포락선의 위상과, 2.4 GHz 반송파로 송신되는 제2 신호(13)의 포락선의 위상과 동일하여야 한다.In the example of FIG. 3, the
그러나 실제로는 제2 디바이스(13) 내의 신호 처리 과정에서 약간의 지연과 위상 천이(phase shift)가 발생될 수 있다. 도 3의 예에서 제2 디바이스(13)는 이러한 지연과 위상 천이를 보상하기 위한 지연 보상(303)을 수행할 수 있다. 상기 지연 보상(303)는 선택적으로 수행될 수 있다.However, in practice, a slight delay and a phase shift may occur in the signal processing process in the
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제2 디바이스(130)에서 수행되는 지연 보상 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a delay compensation operation performed in the
도 4를 참조하면, 참조 번호 401, 403은 제1 신호(11)의 생성 및 전송 과정에서 발생되는 지연, 즉 제1 디바이스(110)에서 제1 신호(11)의 생성 과정에서 발생되는 지연(Δt1)과, 무선 망을 통해 제1 신호(11)가 전송되는 과정에서 발행되는 지연(Δt2)의 합(Δt1 + Δt2)을 나타낸 것이다. 405는 제2 디바이스(130) 내의 신호 처리 과정에서 발생되는 지연(Δt3)을 나타낸 것이다. 그리고 407는 무선 망을 통해 제2 신호(13)가 전송되는 과정에서 발행되는 지연(Δt4)을 나타낸 것이다. 제2 디바이스(130)에서 수행되는 지연 보상 동작은 상기 지연(Δt3)를 보상하기 위한 것이다.Referring to FIG. 4,
이를 위해 제2 디바이스(130)는 제1 신호(11)의 위상을 계산하고, 그 계산된 위상으로부터 상기 제1 신호(11)가 제2 디바이스(130)를 통과하는데 사용하는 위상 지연을 차감한다. 이후 제2 디바이스(130)는 직교 변조를 통해 위상이 보상된 포락 신호(envelop signal)를 합성한다. 상기한 지연 보상 동작에 의해 제2 신호(13)는 총 위상 지연에서 지연(Δt3)을 보상할 수 있으며, 그 결과 제1 디바이스(110)가 수신하는 제2 신호(13)의 위상 지연은 제1 및 제2 디바이스(110, 130) 간의 거리에만 의존하게 된다.To this end, the
도 3의 설명으로 돌아가서, 제2 디바이스(13)는 재변조(305)를 통해 새로운 반송파(예컨대, 2.4 GHz 반송파)에 제2 신호(13)을 위치시킨다. 그리고 도 2의 예와 같이 제2 신호(13)를 생성하는데 이용되는 두 개의 고조파 신호들은 각각 f3, f4의 서로 다른 주파수를 가지며, 동일한 진폭(amplitude)를 가짐을 가정한다.Returning to the description of FIG. 3, the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제1 디바이스(110)에서 수행되는 근접 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a proximity estimation method performed by the
도 5를 참조하면, 제1 디바이스(110)는 위상 검출기(도시되지 않음)를 통해 자신이 전송한 도 5의 (a)에서 제1 신호(11)의 위상과, 제1 디바이스(110)와 제2 디바이스(130) 간의 거리에 의존하여 지연되어 수신된(51) 도 5의 (b)에서 제2 신호(13)의 위상을 비교하여 두 위상들의 위상 차(53)를 제1 디바이스(110)와 제2 디바이스(130) 간의 거리로 선형 변환한다.Referring to FIG. 5, the
본 실시 예에 따른 근접 추정에서 커버리지 범위(R)는 고조파 주파수의 한 사이클에 의존하고, 아래 <수학식 1>로 표현될 수 있다.In the proximity estimation according to the present embodiment, the coverage range R depends on one cycle of the harmonic frequency and can be expressed by Equation (1) below.
여기서, c는 광속이고, fh는 고조파 주파수(즉 직교 변조에서 포락선 주파수)이다. 예컨대, 상기 포락선 주파수를 20 MHz로 사용하면, R은 약 15m가 되며, 10 MHz로 사용하면, R은 약 30m가 된다.Where c is the speed of light and f h is the harmonic frequency (i.e., the envelope frequency in quadrature modulation). For example, when the envelope frequency is 20 MHz, R is about 15 m, and when used at 10 MHz, R is about 30 m.
실제로, 실내 환경의 경우, 그러한 커버리지 범위(R)는 디바이스의 위치를 식별하는데 충분하다.Indeed, in the case of an indoor environment, such a coverage range R is sufficient to identify the location of the device.
본 실시 예에서 제안하는 근접 측정은 상기한 탐색 신호와 같은 주기적 신호를 사용하여 거리를 측정하기 때문에, 디바이스들 간의 동기를 필요로 하지 않는다. 그러나 변조 신호들의 주기성 및 다중경로 전파 때문에, RTT를 산출하는 다중 해들(multi-solutions)이 존재할 수 있으며, 이를 고려하여 포락선 주파수들의 커버리지 범위를 기반으로 하여 불규칙한 값들을 버릴 수 있다. 또한 쇼핑 센터 또는 댁내와 같은 전형적인 실내 조건에서 감쇠된 다중 경로 신호들은 직접적으로 송신된 신호들과 구별된다. 그럼에도 다중 해들에 의해 일어나는 혼동을 피하기 위해, 반송파들의 서로 다른 비약수 주파수들(non-aliquot frequenies)을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어 제1 신호를 20 MHz로 변조하고, 제2 신호를 18.7 MHz로 변조할 수 있다. 제1 및 제2 디바이스들이 그 정보를 알고 있으면, 제1 디바이스의 위상 검출기는 커버리지 범위로 정확한 해를 구할 수 있다.The proximity measurement proposed in this embodiment does not require synchronization between the devices because the proximity measurement uses the periodic signal such as the search signal to measure the distance. However, due to the periodicity and multipath propagation of the modulated signals, there may be multi-solutions for calculating the RTT, and irregular values may be discarded based on the coverage range of the envelope frequencies, considering this. Also, multipath signals that are attenuated in typical indoor conditions, such as in a shopping center or in a residence, are distinguished from directly transmitted signals. Nevertheless, it is possible to use different non-aliquot frequencies of the carriers to avoid confusion caused by multiple solutions. For example, the first signal may be modulated at 20 MHz and the second signal at 18.7 MHz. If the first and second devices know the information, the phase detector of the first device can find the correct solution to the coverage range.
상기 제1 디바이스(110)의 위상 검출 동작에서는 I-Q 변조에 의한 위상 검출이 수행되며, RTT에 의해 위상 차를 측정한다. 제1 디바이스(110)는 변조된 제1 신호(11)를 전송하고, 각각의 I-Q 브랜치의 2 개의 양자화기들(도시되지 않음)을 통해 포락 신호를 저장한다. 그리고 제1 디바이스(110)는 다른 반송파 주파수로 전송된 제2 신호(13)를 수신하여 복조한 후에, 위상 검출기를 통해 제1 신호(11)와 제2 신호(13)의 위상을 비교하여 위상 차를 제1 디바이스(110)와 제2 디바이스(130) 간의 거리를 추정한다. 상기 위상 검출기는 정합 필터(matched filter)를 기반으로 하고, 상기 거리는 도 5의 예와 같이 I-Q 표면에서의 제1 신호와 제2 신호의 벡터들 사이의 각도(즉 위상 차)로부터 계산될 수 있다.In the phase detection operation of the
상기 위상 차를 PIQ라 하면, 상기 거리(D)는 아래 <수학식 2>와 같이 계산될 수 있다.If the phase difference is P IQ , the distance D can be calculated by Equation (2) below.
여기서, c는 광속이고, fh는 고조파 주파수이다.Where c is the speed of light and f h is the harmonic frequency.
따라서 상기한 도 2 내지 도 5의 과정에 의해 제1 디바이스(110)는 왕복 지연 시간(RTT)를 이용하여 측위 정확도를 높이고, 직교 변조를 이용하여 전력 소모를 줄일 수 있는 효율적인 근접 추정을 수행할 수 있다.2 to 5, the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 디바이스들 간의 거리를 측정하는 근접 추정 방법을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a proximity estimation method for measuring a distance between devices in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 601 단계에서 제1 디바이스(110)는 제1 주파수로 변조된 제1 신호(11)를 제2 디바이스(130)에게 전송한다. 이때 제1 신호(11)의 전송 시 전력 소모를 줄일 수 있도록 상대적으로 낮은 주파수의 직교 변조를 이용할 수 있다. 603 단계에서 제1 디바이스(110)는 제2 디바이스(130)로부터 제1 신호(11)를 복조한 후, 제2 주파수로 재변조한 제2 신호(13)를 수신한다. 이때 제2 디바이스(130)에서 제1 신호(11)의 복조 후, 지연 보상이 수행된 후, 제2 신호(13)로의 재변조가 수행될 수 있다. 그리고 605 단계에서 제1 디바이스(110)는 제2 디바이스(130)로부터 수신한 제2 신호(13)를 복조하고 제1 신호(11)와 제2 신호(13)간의 위상 차를 근거로 제1 디바이스(110)와 제2 디바이스(130) 간의 거리를 측정한다.Referring to FIG. 6, in
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 디바이스의 구성을 나타낸 블록도로서, 도 7의 구성은 제1 디바이스(110)와 제2 디바이스(130)에 적용될 수 있는 구성을 간략히 나타낸 것이다.7 is a block diagram showing a configuration of a device in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention, and the configuration of FIG. 7 is a schematic view of a configuration that can be applied to the
도 7을 참조하면, 디바이스는, 디바이스의 동작을 전반적으로 제어함은 물론 도 1 내지 도 6에서 설명한 방식에 따른 근접 추정 동작을 제어하는 제어부(701), 무선망으로 신호를 송신하기 위한 통상적인 통신 모듈로서 변조기, 증폭기 등을 포함하는 송신부(703), 그리고 무선망으로부터 신호를 수신하기 위한 통상적인 통신 모듈로서 복조기, 증폭기 등을 포함하는 수신부(703)를 포함한다. 그리고 상기 제어부(701)는 상기한 근접 추정 동작을 위해 포락선 검출 수단, 위상 검출 수단, 지연 보상 수단 등을 해당 디바이스의 구성에 따라 선택적으로 포함하여 구현될 수 있다. 상기 송신부(703)와 수신부(705)는 분리된 구성으로 도시하였으나 하나 또는 복수의 통신 인터페이스로 구현될 수 있다. 한편 상기 통신 인터페이스는 또한 전력 소모 절감을 위해 주파수 하향 변환용 믹서를 포함할 수 있다. 그리고 상기한 실시 예에서 근접 추정의 측정 가능 거리 및 정확도는 포락 주파수에 의존하여 달라질 수 있다.7, the device includes a
상기한 근접 추정 방식을 이용하는 위치 기반 서비스는 예를 들어 빌딩 내 쇼핑 센터, 백화점, 실내 운동장, 놀이 공원, 아파트, 아파트 형 공장, 댁내 등(이하, 쇼핑 센터 등)에 적용될 수 있다. The location-based service using the above proximity estimation method can be applied to, for example, a shopping center, a department store, an indoor playground, an amusement park, an apartment, an apartment factory, a premises (hereinafter referred to as a shopping center) in a building.
이 경우 사용자의 휴대폰 등은 상기 위치 기반 서비스를 제공하기 위한 어플리케이션이 설치되어 제1 디바이스로 동작하고, 상기 쇼핑 센터 등에 일정 구역 마다 설치된 중계기, AP, 또는 기지국 등은 제2 디바이스로 동작한다. 상기 제1 디바이스에 설치되는 어플리케이션은 상기한 근접 추정 방식에 따라 측정된 거리를 상기 어플리케이션을 통해 제공되는 화면을 통해 시각적으로 디스플레이 하도록 구현된다. 그리고 상기 제2 디바이스가 위치하는 지점을 쇼핑 센터 등에서 사용자가 인지하기 용이한 매장, 시설물 등으로 표현할 수 있으며, 이를 통해 사용자에게 다양한 위치 기반 서비스를 제공할 수 있다.In this case, a mobile phone or the like of the user operates an application for providing the location-based service and operates as a first device, and a repeater, AP, or base station installed in the shopping center or the like operates as a second device. The application installed in the first device is configured to visually display the measured distance according to the proximity estimation method through a screen provided through the application. The point where the second device is located can be expressed as a store, a facility, or the like, which is easy for the user to recognize at a shopping center or the like, thereby providing various location-based services to the user.
또한 상기 제2 디바이스는 상기 제1 디바이스로부터 측정된 거리 정보를 상기 어플리케이션의 동작에 따라 수신하여 상기 제2 디바이스로부터 정해진 거리 내에 위치하는 적어도 하나의 제1 디바이스에게 위치 기반의 광고 정보 등을 제공하도록 구현될 수도 있다.The second device receives distance information measured from the first device according to an operation of the application and provides location-based advertisement information or the like to at least one first device located within a predetermined distance from the second device .
또한 다른 실시 예로 사용자의 휴대폰 등이 상기 제2 디바이스로 동작하고, 상기 쇼핑 센터 등에 일정 구역 마다 설치된 중계기, AP, 또는 기지국 등이 제1 디바이스로 동작하는 것도 가능하다. 이 경우 제1 디바이스는 제2 디바이스들 중 일정 거리 내에 위치하는 것으로 측정된 적어도 하나의 제2 디바이스에게 광고 정보 등을 제공할 수 있다. 이 경우 제2 디바이스의 고유한 식별 정보를 제1 디바이스에 저장한 경우, 제2 디바이스의 사용자 위치를 제2 디바이스의 사용자와 관련된 다른 사용자에게 통지하도록 하여 미아 찾기 등에 활용할 수도 있다.In another embodiment, a user's mobile phone or the like operates as the second device, and a repeater, an AP, or a base station installed in the shopping center or the like in a certain area may operate as the first device. In this case, the first device may provide advertisement information or the like to at least one second device that is measured to be located within a certain distance of the second devices. In this case, when the unique identification information of the second device is stored in the first device, the user location of the second device may be notified to other users related to the user of the second device so that the user can be utilized for searching for missing persons.
상기한 실시 예에 의하면, 왕복 지연 시간(RTT) 측정과, 반송파 주파수에 비해 상대적으로 낮은 주파수(예컨대, GHz 미만)의 직교 변조를 이용하는 근접 추정을 이용하여, 대략 1m의 측위 정확도를 가질 수 있으며, 디바이스에서 전력 사용량을 줄일 수 있다.According to the embodiment described above, it is possible to have a positioning accuracy of approximately 1 meter, using round-trip delay time (RTT) measurements and proximity estimation using quadrature modulation at a frequency relatively lower than the carrier frequency (e.g., less than GHz) , Reducing power usage in the device.
또한 상기한 실시 예에 의하면, 디바이스 내에서 신호 처리를 위한 기존 구성들을 재사용할 수 있으므로 디바이스의 구현이 간단하다.In addition, according to the above-described embodiment, since the existing structures for signal processing in the device can be reused, the implementation of the device is simple.
Claims (10)
제1 디바이스가 제1 신호를 제2 디바이스에게 전송하는 과정;
상기 제1 디바이스가 상기 제2 디바이스로부터 상기 제1 신호에 대한 응답으로 제2 신호를 수신하는 과정; 및
상기 제1 디바이스가 상기 제1 신호와 상기 제2 신호간의 위상 차를 근거로 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하는 과정을 포함하는 근접 추정 방법.
A proximity estimation method for measuring a distance of a device in a wireless communication system,
The first device transmitting the first signal to the second device;
The first device receiving a second signal from the second device in response to the first signal; And
And the first device measures a distance between the first device and the second device based on a phase difference between the first signal and the second signal.
상기 전송하는 과정은, 상기 제1 신호를 반송파 보다 낮은 주파수로 직교 변조하는 과정을 더 포함하는 근접 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transmitting comprises orthogonally modulating the first signal at a frequency lower than a carrier wave.
상기 제1 신호와 상기 제2 신호는 각각 서로 다른 주파수로 변조되어 전송되는 근접 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first signal and the second signal are modulated at different frequencies and transmitted.
상기 제2 신호는 상기 제1 신호를 복조한 후, 상기 제1 신호의 주파수와 다른 주파수로 재변조한 신호인 근접 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second signal is a signal obtained by demodulating the first signal and then re-modulating the frequency of the first signal to a frequency different from the frequency of the first signal.
상기 제2 신호는 상기 제1 신호의 복조 후 상기 제2 디바이스 내 신호 처리 지연에 의한 지연 보상이 적용된 신호인 근접 추정 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the second signal is a signal to which delay compensation is applied by signal processing delay in the second device after demodulation of the first signal.
상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스는 실내에 위치하는 근접 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first device and the second device are located indoors.
상기 제1 및 제2 신호는 각각 서로 다른 주파수를 가지며 동일한 진폭을 갖는 복수 개의 고조파 신호들을 이용하여 생성되는 근접 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second signals are generated using a plurality of harmonic signals having different frequencies and having the same amplitude, respectively.
상기 거리를 측정하는 과정은,
상기 제1 신호의 위상과 상기 제2 신호의 위상을 비교하여 위상 차를 계산하는 과정; 및
상기 위상 차와 상기 제1 신호의 전송 시 사용된 포락선 주파수를 이용하여 상기 거리를 측정하는 과정을 포함하는 근접 추정 방법.
The method according to claim 1,
The step of measuring the distance includes:
Calculating a phase difference by comparing a phase of the first signal with a phase of the second signal; And
And measuring the distance using the phase difference and an envelope frequency used in transmission of the first signal.
무선망과 통신하기 위한 통신 인터페이스; 및
제1 신호를 제2 디바이스에게 전송하고, 상기 제2 디바이스로부터 상기 제1 신호에 대한 응답으로 제2 신호를 수신하며, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호간의 위상 차를 근거로 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하고, 상기 제1 신호를 반송파 보다 낮은 주파수로 직교 변조하는 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 제1 디바이스.
A first device for measuring distance in a wireless communication system,
A communication interface for communicating with a wireless network; And
Receiving a second signal from the second device in response to the first signal and transmitting the first signal to the first device based on a phase difference between the first signal and the second signal, And a controller for controlling an operation of measuring a distance between the first device and the second device and orthogonally modulating the first signal to a frequency lower than a carrier wave.
상기 제1 신호와 상기 제2 신호는 각각 서로 다른 주파수로 변조되어 전송되는 제1 디바이스.10. The method of claim 9,
Wherein the first signal and the second signal are modulated at different frequencies and transmitted, respectively.
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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20141112 |
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