(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１デバイスが送信する第１信号及び前記第１信号に対する応答として目標デバイスが生成して送信する第２信号を用いて距離を測定する方法であって、
前記第１デバイスによる前記第１信号の送信終了時点から前記第１デバイスによる前記第２信号の第１部分の受信終了時点までの第１時間長さと、前記第１デバイスによる前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点から前記第１デバイスによる前記第２信号の第２部分の受信終了時点までの第３時間長さと、
第２デバイスによる前記第１信号の受信終了時点から前記第２デバイスによる前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点までの第２時間長さと、前記第２デバイスによる前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点から前記第２デバイスによる前記第２信号の前記第２部分の受信終了時点までの第４時間長さと、
前記目標デバイスによる前記第１信号の受信終了時点から前記第２信号の開始時点までの遅延時間長さと、前記第２信号の前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの時間長さと、
前記第１デバイスと前記第２デバイスとの間の距離と
に基づいて前記第２デバイスと前記目標デバイスとの間の距離を計算することを特徴とする、距離測定方法。
【請求項２】
前記第１デバイスが自身のクロック周期をインターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して前記第１時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０１と、前記第１デバイスによって測定され、前記第３時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０２とに基づいて、前記第１デバイスと前記目標デバイスとの間の距離ｄ０を以下の数式により計算することを特徴とする、請求項１に記載の距離測定方法。
0005717919.tif 000024
ここで、ｃは媒質での信号の伝達速度、ＴＣＬＫは公称クロック周期（Nominal Clock Period）、ＭＩＮＴは前記インターポレーション等分整数として１より大きい値または１に等しい値、Ｍｇａｐは前記遅延時間長さの生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティング、Ｍ１は前記第２信号の前記第１部分の生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティング、Ｍ２は前記第２信号の前記第２部分の生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティングを示す。
【請求項３】
前記第２デバイスが自身のクロック周期を前記インターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して前記第２時間長さの間カウンティングした回数Ｎ１１と、前記第２デバイスが、前記単位時間を使用して前記第４時間長さの間カウンティングした回数Ｎ１２と、前記第１デバイスと前記第２デバイスとの間の距離と、計算された前記距離ｄ０に基づいて、前記第２デバイスと前記目標デバイスとの間の距離ｄ１を以下の数式により計算することを特徴とする、請求項２に記載の距離測定方法。
0005717919.tif 000025
ここで、Ｄ０１は前記第１デバイスと前記第２デバイスとの間の距離を示す。
【請求項４】
第１デバイスが送信する第１信号及び前記第１信号に対する応答として目標デバイスが生成して送信する第２信号を用いて距離を測定する装置であって、
前記第１デバイスによる前記第１信号の送信終了時点から前記第２信号の第１部分の受信終了時点までの第１時間長さと、前記第１デバイスによる前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点から前記第１デバイスによる前記第２信号の第２部分の受信終了時点までの第３時間長さと、
第２デバイスによる前記第１信号の受信終了時点から前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点までの第２時間長さと、前記第２デバイスによる前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点から前記第２デバイスによる前記第２信号の前記第２部分の受信終了時点までの第４時間長さと、
前記目標デバイスによる前記第１信号の受信終了時点から前記第２信号の開始時点までの遅延時間長さと、前記第２信号の前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの時間長さと、
前記第１デバイスと前記第２デバイスとの間の距離と
に基づいて前記第２デバイスと前記目標デバイスとの間の距離を計算することを特徴とする、距離測定装置。
【請求項５】
目標デバイス（Target Device）、主デバイス（Master Device）、及び少なくとも１つの従デバイス（Slave Device）を含む位置決定システムにおける前記目標デバイスの位置を決める方法であって、
前記主デバイスが第１信号を生成して転送するステップと、
前記目標デバイスが前記第１信号の受信に対する応答として、前記第１信号の受信の終了から遅延時間長さの経過後、第２信号を生成して転送するステップと、
前記主デバイスによる前記第１信号の送信終了時点から前記主デバイスによる前記第２信号の第１部分の受信終了時点までの第１時間長さ、及び、前記主デバイスによる前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点から前記主デバイスによる前記第２信号の第２部分の受信終了時点までの第３時間長さを測定するステップと、
従デバイスの各々による前記第１信号の受信終了時点から、前記従デバイスの各々による前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点までの第２時間長さ、及び前記従デバイスの各々による前記第２信号の前記第１部分の受信終了時点から前記従デバイスの各々による前記第２信号の前記第２部分の受信終了時点までの第４時間長さを測定するステップと、
前記第１時間長さ、前記第３時間長さ、前記第２時間長さ、前記第４時間長さ、前記遅延時間長さ、前記第２信号の前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの時間長さ、及び前記主デバイスと前記従デバイスの各々との間の距離に基づいて前記従デバイスの各々と前記目標デバイスとの間の距離を計算するステップと、
前記従デバイスの各々と前記目標デバイスとの間の距離を用いて、前記目標デバイスの位置を決定するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項６】
前記主デバイスのクロック周期をインターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して前記第１時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０１、及び前記単位時間を使用して前記第３時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０２に基づいて前記主デバイスと前記目標デバイスとの間の距離ｄ０を計算するステップと、
前記従デバイスのクロック周期をインターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して前記第２時間の間カウンティングした回数Ｎｉ１（指数ｉ＝１〜ＮＳＬＡＶＥ、ここで、ＮＳＬＡＶＥは、全従デバイスの整数値）、及び前記単位時間を使用して前記第４時間長さの間カウンティングした回数Ｎｉ２に基づいて前記従デバイスの各々から前記目標デバイスまでの距離ｄｉを計算するステップと、
前記距離ｄ０、前記距離ｄｉ、及び前記主デバイスと前記従デバイスの位置情報を用いて前記目標デバイスの位置を決めるステップと、
を含み、
前記距離ｄ０及びｄ１は、下記の数式により計算されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
0005717919.tif 000026
ここで、ｃは媒質での信号の伝達速度、ＴＣＬＫは公称クロック周期（Nominal Clock Period）、ＭＩＮＴは前記インターポレーション等分整数として１より大きい値または１に等しい値、Ｍｇａｐは前記遅延時間長さの生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティング、Ｍ１は前記第２信号の前記第１部分の生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティング、Ｍ２は前記第２信号の前記第２部分の生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティング、ｄ０ｉは前記主デバイスと前記従デバイスの各々との間の距離を示す。
【請求項７】
第１デバイスが送信する第１信号及び前記第１信号の受信に対する応答として第２デバイスが転送する第２信号を用いた距離測定方法であって、
前記第１デバイスによる前記第１信号の送信終了時点から前記第１デバイスによる前記第２信号の第１部分の受信終了時点までの第１時間長さと、前記第２デバイスによる前記第２信号の第１部分の受信終了時点から前記第２デバイスによる前記第２信号の第２部分の受信終了時点までの第２時間長さと、
前記第２デバイスによる前記第１信号の受信終了時点から前記第２信号の開始時点までの遅延時間長さと、
前記第２信号の前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの時間長さと、
に基づいて前記第１デバイスと前記第２デバイスとの間の距離を測定することを特徴とする、距離測定方法。
【請求項８】
前記第１デバイスが自身のクロック周期をインターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して前記第１時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０１と、前記第１デバイスが前記第２時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０２に基づいて前記第１デバイスと前記第２デバイスとの間の距離ｄ０を以下の数式により計算することを特徴とする、請求項７に記載の距離測定方法。
0005717919.tif 000027
ここで、ｃは媒質での信号の伝達速度、ＴＣＬＫは公称クロック周期（Nominal Clock Period）、ＭＩＮＴは前記インターポレーション等分整数として１より大きい値または１に等しい値、Ｍｇａｐは前記遅延時間長さの生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティング、Ｍ１は前記第２信号の前記第１部分の生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティング、Ｍ２は前記第２信号の前記第２部分の生成に使われたＴＣＬＫ／ＭＩＮＴのカウンティングを示す。
【請求項９】
ＴＣＬＫ／ＭＩＮＴが測定で要求する時間分解度（Time Resolution）より小さいか等しいことを特徴とする、請求項８に記載の距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデバイスの間の空間的な距離（Spatial Distance）を測定する方法（Ranging Method）及びこれを用いた測位方法（Positioning Method）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軍事的、戦術的な目的、または商業的な目的などに、特定デバイスまでの距離を測定したり、測定した距離を用いて特定デバイスの位置を決める技術が台頭された。特に、現在無線通信技術が発展するにつれて、無線端末機のユーザにユーザの位置に基づいた多様なサービスを提供しようとする位置基盤サービス（ＬＢＳ：Location Based Service）が脚光を浴びるようになった。この位置基盤サービスを提供するためにはユーザまでの距離を測定し、これを用いてユーザの位置を精密に決める技術が要求される。
【０００３】
従来、多様な距離測定または測位方式が存在し、その代表的なものがＲＴ−ＴｏＡ（Round Trip Time of Arrival）距離測定方式とＴＤｏＡ（Time Difference of Arrival）方式である。
【０００４】
ＲＴ−ＴｏＡ方式の動作原理は、次の通りである。
（ａ）Ａ送受信機が信号Ａを送信すれば、Ｂ送受信機が信号Ａを受信し、受信終了後、応答信号である信号Ｂを送信する。
（ｂ）Ｂ送受信機は受信した信号Ａの終了時点から送信した信号Ｂの終了時点までの経過した時間Treplyを測定した後、別途の信号を通じてＡ送受信機に測定した値を伝達する。Ｂ送受信機がTreply測定値をＡ送受信機に伝達するためには、Treply測定値を伝達するためのデータ伝達信号とそれに対するＡ送受信機からの応答信号など、少なくとも２回の追加信号を必要とする。
（ｃ）Ａ送受信機は送信した信号Ａの終了時点から受信した信号Ｂの終了時点までの経過した時間、Troundの測定値と別途の信号を通じてＢ送受信機から伝達を受けたTreply値を用いて、ＴｏＡ＝（Tround-Treply）／２値を計算する。ＴｏＡ値に媒質（Medium）の信号伝達速度ｃを掛ければＡ送受信機とＢ送受信機との間の空間的な距離（Spatial Distance）値を求めることができる。
【０００５】
一方、このようなＲＴ−ＴｏＡ方式を利用すれば、目標デバイスの位置を決めることができる。
【０００６】
例えば、３個のアクセスポイント（ＡＰ：Access Point）から構成された目標デバイスの位置決定システムの場合、３個のＡＰの各々が上記ＲＴ−ＴｏＡ方式により目標デバイスまでの空間的な距離、ｄ０、ｄ１、及びｄ２を測定し、各ＡＰの位置を中心に半径がｄ０、ｄ１、及びｄ２の３個の円を形成して、その交差点を求める三辺測量（Trilateration）法を用いて目標デバイスの位置を決めることができる。
【０００７】
このようなＲＴ−ＴｏＡ方式に基づいた距離測定及び位置決定方法は、各デバイスの間のクロック（Clock）同期を必要としないのでシステムの全体的な構造が簡単であるという長所がある。また、目標デバイスに対する測位正確度を分析して見ると、ＡＰから構成されたセル（Cell）の内部に目標デバイスが位置する場合と、セルの外部に位置する場合の測位正確度に大差が無いし、測位誤差の範囲も距離測定誤差値の大きさと同一な程度に安定しているという特徴がある。
【０００８】
しかしながら、ＲＴ−ＴｏＡ方式は、前述したように、２つの送受信機の間に総４回の信号交換を必要とする。したがって、３個のＡＰを用いて目標デバイスの位置を測定する場合、各々のＡＰと目標デバイスとの間に４回の信号交換が要求されるので、総１２回の信号交換が必要であり、これによってエアーインターフェース（Air Interface）の上の負荷が上昇するという問題がある。また、送受信機の間のクロック周波数に偏差が発生する場合、それによる距離測定の誤差が大きいという短所がある。
【０００９】
一方、従来の測位技術のうち、ＴＤｏＡ方式の動作原理は、次の通りである。
（ａ）目標デバイスがブリンク（Blink）信号を送信する。
（ｂ）３個以上のＡＰが受信されたブリンク信号の到着時刻を各々測定して位置サーバ（Locating Server）に伝達する。
（ｃ）位置サーバは各ＡＰから伝達を受けた到着時刻測定値を用いて時間差（Time Difference）値を求める。
（ｄ）ＡＰの与えられた位置値を用いてパラボロイド（Paraboloid）を形成し、このパラボロイドが会う共通交差点を求める三辺測量（Trilateration）計算式により目標デバイスの位置を決める。
【００１０】
ＴＤｏＡ方式の位置決定システムは、目標デバイスが１回のブリンク信号送信のみを行い、ＡＰはこの信号の受信のみを行う方法によりＡＰに受信された信号の到着時間を測定するという特徴がある。
【００１１】
ＴＤｏＡ方式で目標デバイスは送信機能のみを必要とし、ＡＰは受信機能のみを必要とするので、回路の構造と信号方式が簡単であるという長所がある一方、ＡＰの間のクロック同期を必要とするので、このための別途のシステム構造と回路が追加されなければならないという短所がある。
【００１２】
また、ＡＰで受信された信号の到着時間測定に若干ずつの誤差が発生した場合の位置決定の正確度を分析して見ると、ＡＰから構成されたセルの内部に目標デバイスが位置する場合、測位誤差は到着時間測定誤差値と同一な程度に安定しているが、セルの外部に目標デバイスが位置する場合、測位誤差は目標デバイスの位置によっては到着時間測定誤差値の数〜数十倍まで大きくなる傾向を表して非常に不安定である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前述した従来の距離測定及び測位方式の問題点を解決するためのものであって、ＲＴ−ＴｏＡ方式と同様に、クロック同期を必要とせず、セルの内部と外部で全て測位正確度が優れ、かつ位置決定システムの構造及び信号交換方式がＴＤｏＡの水準に簡単な距離測定及び測位技術を提供することを目的とする。また、各デバイスのクロック周波数の偏差による距離測定及び測位誤差を補償することができる距離測定及び測位方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために本発明は、第１デバイスが送信する第１信号及び上記第１信号に対する応答として目標デバイスが生成して送信する第２信号を用いて距離を測定する方法であって、上記第１デバイスが上記第１信号を送信した時点から上記第２信号の第１部分を受信した時点までの第１時間長さ、第２デバイスが上記第１信号を受信した時点から上記第２信号の上記第１部分を受信した時点までの第２時間長さ、及び上記目標デバイスが第１信号を受信した時点から上記第２信号の開始時点までの遅延時間長さと上記第２信号の上記第１部分の時間長さに基づいて上記第２デバイスと上記目標デバイスとの間の距離を計算することを特徴とする、距離測定方法を提供する。
【００１５】
更に他の目的のために本発明は、目標デバイス（Target Device）、主デバイス（Master Device）、及び少なくとも１つの従デバイス（Slave Device）を含む位置決定システムにおける上記目標デバイスの位置を決める方法であって、上記主デバイスが第１信号を生成して転送するステップ、上記目標デバイスが上記第１信号の受信に対する応答として一定遅延時間経過後、第２信号を生成して転送するステップ、上記主デバイスが上記第１信号を送信した時点から上記第２信号の第１部分を受信した時点までの第１時間長さを測定するステップ、上記少なくとも１つの従デバイスが上記第１信号を受信した時点から上記第２信号の上記第１部分を受信した時点までの第２時間長さを測定するステップ、及び上記第１時間長さ、上記第２時間長さ、上記遅延時間及び上記第２信号の上記第１部分の時間長さに基づいて上記目標デバイスの位置を決めるステップを含むことを特徴とする、位置決定方法を提供する。
【００１６】
更に他の目的のために本発明は、第１デバイスが送信する第１信号及び上記第１信号の受信に対する応答として第２デバイスが転送する第２信号を用いた距離測定方法であって、上記第１デバイスが上記第１信号を送信した時点から上記第２信号の第１部分を受信した時点までの第１時間長さと上記第２信号の第１部分を受信した時点から上記第２信号の第２部分を受信した時点までの第２時間長さ、上記第２デバイスが上記第１信号を受信した時点から上記第２信号の開始時点までの遅延時間、上記第２信号の上記第１部分の時間長さ及び上記第２信号の上記第２部分の時間長さに基づいて上記第１デバイスと上記第２デバイスとの間の距離を測定する距離測定方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に従う距離測定のためのシステム構造を説明する図である。
【図２】ＭＡＰとＳＡＰによる第２信号の受信時点を説明するための例示図である。
【図３】本発明の第１実施形態に従う距離測定方法を説明するための例示図である。
【図４】本発明の第２実施形態に従う距離測定方法を説明するための例示図である。
【図５】クロックの周期ＴＣＬＫ値が単位時間（Unit Time）ＴＵＮＩＴ値と同一な場合に対する例示図である。
【図６】クロックの周期値ＴＣＬＫが単位時間ＴＵＮＩＴのＭＩＮＴ倍の場合を説明する例示図である。
【図７】本発明の実施形態に従う測位システムの構造を示す図である。
【図８】図７の測位システムを簡素化した図である。
【図９】本発明の実施形態に従う測位方式と従来のＴＤｏＡ測位方式の性能を比較／分析したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一部の実施形態を添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するに当たって、同一な構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一な符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。
【００１９】
また、本発明の構成要素を説明するに当たって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語により当該構成要素の本質や回順序または順序などが限定されない。どの構成要素が他の構成要素に"連結"、"結合"、または"接続"されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結、または接続できるが、各構成要素の間に更に他の構成要素が"連結"、"結合"、または"接続"されることもできると理解されるべきである。
【００２０】
本発明の実施形態に従う距離測定方法は、第１デバイスが送信する第１信号及び第１信号に対する応答として目標デバイスが送信する第２信号を用いて、第２デバイスと目標デバイスとの間の距離を測定することを主要特徴とする。
【００２１】
以下、説明の便宜のために、第１デバイスを主アクセスポイント（ＭＡＰ：Master Access Point；以下、'ＭＡＰ'という）、第２デバイスを従アクセスポイント（ＳＡＰ：Slave Access Point；以下、'ＳＡＰ'という）として言及するが、本発明の範囲が単にそのような用語により限定されるものではない。即ち、アクセスポイント（ＡＰ：Access Point）でない他のデバイスが第１デバイスと第２デバイスとして使用できるということは自明である。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に従う距離測定のためのシステム構造を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施形態に従う距離測定のためのシステムは、ＭＡＰ１１０、目標デバイス１２０、及びＳＡＰ１３０を含む。
【００２４】
ＭＡＰ１１０は第１信号を生成して送信し、第１信号の受信に対する応答として目標デバイス１２０が生成して転送する第２信号を受信する。そして、第１信号を送信した時点から第２信号の少なくとも一部分を受信した時点までの時間長さを測定する。
【００２５】
目標デバイス１２０は、ＭＡＰ１１０からの第１信号の受信に対する応答として第２信号を生成して転送する。
【００２６】
ＳＡＰ１３０は、ＭＡＰ１１０が送信する第１信号と目標デバイス１２０が送信する第２信号を受信する。そして、第１信号を受信した時点から上記の第２信号の少なくとも一部分を受信した時点までの時間長さを測定する。
【００２７】
ＭＡＰ１１０により測定された時間長さとＳＡＰ１３０により測定された時間長さ、目標デバイス１２０が第１信号を受信した時点から第２信号の開始時点までの遅延時間、上記の第２信号の少なくとも一部分の時間長さを用いると、ＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間の距離を知っているという前提下に、ＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離を測定することができるようになる。ＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離測定は、上記の方式を用いて距離測定装置（図示せず）で遂行できるが、その距離測定装置は独立した別途の装置であることもあり、またはＳＡＰ１３０などの装置に搭載されることもできる。
【００２８】
ここで、ＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０により測定される'第２信号の少なくとも一部分を受信した時点'とは、図２を参照すると、第２信号２４のうち、Ｔ１の時間長さだけの部分が受信された時点Ａ、（Ｔ１＋Ｔ２）時間長さだけの部分が受信された時点Ｂ、（Ｔ１＋Ｔ２＋……＋Ｔｎ）の時間長さだけの部分が受信された時点Ｎなどのうち、いずれか１つ以上の時点を意味する。どの時点を測定するかはＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間に事前に約束できる。例えば、時点Ａのみ測定するように約束されることができ、Ｎのみ測定するように約束されることもでき、延いては時点ＡとＮを測定するように約束されることもできる。
【００２９】
一方、目標デバイス１２０が生成する第２信号の少なくとも一部分の時間長さとは、例えば、ＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０が時点Ａのみ測定するように事前に約束されていると、その少なくとも１つの部分の時間長さはＴ１になることができる。また、ＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０が時点Ａと時点Ｎを測定するように事前に約束されていると、その少なくとも１つの部分の時間長さは各々Ｔ１とＴ２＋……＋Ｔｎになることができる。
【００３０】
目標デバイス１２０が第１信号２２を受信した時点から第２信号２４を生成し始めた時点までの遅延時間Ｔｇａｐと目標デバイス１２０が生成する第２信号の少なくとも一部分の時間長さは目標デバイス１２０と距離測定装置との間に事前に共有できる。例えば、時点Ａのみを測定して距離測定に用いる場合には、遅延時間Ｔｇａｐと時間長さＴ１を事前に共有することができ、時点Ａと時点Ｎを測定して距離測定に用いる場合には、遅延時間Ｔｇａｐ、第２信号の第１部分の時間長さＴ１と第２部分の時間長さＴ２＋Ｔ３……＋Ｔｎを事前に共有することができる。しかしながら、本発明の範囲がこれに限定されるものではなく、目標デバイス１２０が遅延時間と第２信号の少なくとも一部分の時間長さを距離測定装置に転送するようにすることもできる。但し、遅延時間と第２信号の少なくとも一部分の時間長さを目標デバイスと距離測定装置との間に事前に共有すれば、エアースペースなどの通信経路上の負荷を減らすことができるという利点がある。
【００３１】
以下、本発明の実施形態に従う距離測定方法を、図１、図３、及び図４を参照してより詳細に説明する。
【００３２】
図３は、本発明の第１実施形態に従う距離測定方法を説明するための例示図である。
【００３３】
本発明の第１実施形態は、第２信号の任意の一部分の受信時点をチェックして距離計算に用いる方法に関するものである。説明の便宜のために、第２信号の全体の受信が完了した時点をチェックすると仮定して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述したように、図２で時点Ａや時点Ｂなど、任意のどの一部分を測定する場合にも以下に説明する方式と同一な原理が適用できる。
【００３４】
ＭＡＰ１１０の信号生成部１１２は第１信号３２を生成して送受信部１１６を通じてエアーインターフェースに伝播する。この際、ＭＡＰ１１０の信号生成部１１２は第１信号の送信終了時点（ｔＥＮＤＯ）をチェックして信号感知部１１４に伝達する。
【００３５】
ＭＡＰ１１０から転送された第１信号３２は飛行時間（ＴｏＦ：Time of Flight）ｔ０経過後に、目標デバイス１２０により受信される。
【００３６】
目標デバイス１２０の送受信部１２６により受信された第１信号３２ａは信号感知部１２４に伝えられ、信号感知部１２４は第１信号の受信終了時点（ｔＥＮＤＴ）を検出して、これをディレイ部１２８に伝達する。
【００３７】
ディレイ部１２８は、第１信号の受信終了時点（ｔＥＮＤＴ）から予め設定された遅延時間（Ｔｇａｐ）を待った後、その遅延時間が終了した時点を信号生成部１２２に伝達する。
【００３８】
信号生成部１２２は、その遅延時間が終了した時点から始めて第２信号３４を生成し、生成された第２信号３４を送受信部１２６を通じてエアーインターフェースに伝播する。
【００３９】
目標デバイス１２０により転送された第２信号は、飛行時間ｔ０を経過した後に、ＭＡＰ１１０で受信され、ＭＡＰ１１０は送受信部１１６を通じて受信された第２信号３４ａを信号感知部１１４に伝達する。
【００４０】
ＭＡＰ１１０の信号感知部１１４は、第２信号３４ａの受信が終了した時点（ｔＡ）を測定する。
【００４１】
第２信号３４ａの受信が終了した時点（ｔＡ）が測定されれば、ＭＡＰ１１０が第１信号を送信した時点（ｔＥＮＤＯ）から第２信号３４ａを受信した時点（ｔＡ）までの第１時間長さを測定することができる。この計算された第１時間長さと、目標デバイスが第１信号を受信した時点から第２信号を生成し始める時までの遅延時間、及び第２信号の時間長さを用いると、ＭＡＰ１１０と目標デバイス１２０との間の距離ｄ０を計算することができる。距離ｄ０は＜数式１＞により計算できる。
【００４２】
【数１】
0005717919.tif 000002
【００４３】
ここで、ｃは媒質での信号の伝達速度、ｔ０１は第１時間長さ、Ｔｇａｐは遅延時間、Ｔ０は第２信号の時間長さを表す。
【００４４】
一方、各々の時間長さをクロック周期でカウンティングした回数として表現すれば、＜数式１＞は＜数式２＞のように表現できる。
【００４５】
【数２】
0005717919.tif 000003
【００４６】
ここで、ｃは媒質での信号の伝達速度、ＴＣＬＫは公称クロック周期（Nominal Clock Period）、Ｎ０はＭＡＰ１１が自身のクロックを使用して上記第１時間長さＴ０１の間クロックカウンティングした回数、Ｍｇａｐは上記遅延時間Ｔｇａｐを生成することに使われたクロック回数、Ｍ０は上記第２信号の時間長さＴ０を生成することに使われたクロック回数を表す。ここで、公称クロック周期とは、クロック周期の理想的な値であって、各デバイスの間に共有される値である。
【００４７】
一方、ＳＡＰ１３０はＭＡＰ１１０及び目標デバイス１２０が各々転送した第１信号を受信した時点から第２信号を受信した時点までの第２時間長さを測定する。即ち、本発明の実施形態において、ＳＡＰ１３０はＭＡＰ１１０と目標デバイス１２０が転送する信号を受信のみ行うようになる。
【００４８】
より具体的に説明すれば、ＳＡＰ１３０はＭＡＰ１１０が転送した第１信号３２を飛行時間Ｔ０１経過後に受信すれば、その受信された信号３２ｂを、送受信部１３６を通じて信号感知部１３４に伝達する。信号感知部１３４は、受信信号３２ｂの受信終了時点（ｔＥＮＤ１）をチェックする。また、ＳＡＰ１３０は目標デバイス１２０が転送した第２信号３４を飛行時間ｔ１経過後に受信すれば、目標デバイス１２０から受信した受信信号３４ｂの受信終了時点（ｔＢ）をチェックする。そして、第１信号を受信した時点（ｔＥＮＤ１）から第２信号を受信した時点（ｔＢ）までの第２時間長さを測定する。
【００４９】
第２時間長さが測定されれば、その第２時間長さと目標デバイス１２０が第１信号を受信した後、第２信号を生成し始める時までの遅延時間、第２信号の時間長さ、及び上記で計算されたＭＡＰ１１０と目標デバイス１２０との間の距離ｄ０を用いてＳＡＰ１３０と目標デバイスとの間の距離ｄ１を計算することができる。距離ｄ１は＜数式３＞により計算できる。
【００５０】
【数３】
0005717919.tif 000004
【００５１】
ここで、ｔ１１は上記第２時間長さを意味する。
【００５２】
一方、各々の時間長さをクロック周期でカウンティングした回数として表現すれば、＜数式３＞は＜数式４＞のように表現される。
【００５３】
【数４】
0005717919.tif 000005
【００５４】
ここで、Ｎ１はＳＡＰ１３０が自身のクロックを使用して上記第２時間長さｔ１１の間クロックカウンティングした回数、Ｄ０１はＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間の距離を表す。
【００５５】
一方、＜数式２＞を＜数式４＞に代入すれば、ＳＡＰ１３０と目標デバイスとの間の距離ｄ１は＜数式５＞の通りであることが分かる。
【００５６】
【数５】
0005717919.tif 000006
【００５７】
＜数式５＞を見ると、ＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離は、ＭＡＰ１１０が第１信号を送信した時点から第２信号を受信した時点までの第１時間長さ（Ｔ０１またはＮ０）、ＳＡＰ１３０が第１信号を受信した時点から第２信号を受信した時点までの第２時間長さ（ｔ１１またはＮ１）、目標デバイス１２０が第１信号を受信した後、第２信号を生成する時までの遅延時間（ＴｇａｐまたはＭｇａｐ）、第２信号の時間長さ（Ｔ０またはＭ０）、及びＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間の距離（Ｄ０１）に基づいて計算できることが分かる。
【００５８】
したがって、ＭＡＰ１１０が第１信号を送信した時点から第２信号を受信した時点までの時間長さ、ＳＡＰ１３０が第１信号を受信した時点から第２信号を受信した時点までの時間長さ測定すれば、目標デバイスでの上記遅延時間、目標デバイス１２０が生成する第２信号の時間長さ、及びＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間の距離を知っているという前提下に、ＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離が求められるようになる。
【００５９】
一方、以上で説明した実施形態において、ＭＡＰ１１０、目標デバイス１２０、及びＳＡＰ１３０の各々の実際クロック周波数は公称クロック周波数と異なることがある。したがって、クロック周波数の偏差が発生した場合、＜数式２＞、＜数式４＞、及び＜数式５＞を適用して距離を求める時、そのクロック周波数偏差による距離測定誤差が発生することがある。このようなクロック周波数偏差による距離測定誤差は、以下に説明する第２実施形態を通じて補償できる。
【００６０】
図４は、本発明の第２実施形態に従う距離測定方法を説明するための例示図である。
【００６１】
第１実施形態では第２信号の任意の一部分の受信時点のみを測定したが、第２実施形態では第２信号の更に他の部分の受信時点をさらに測定して距離計算に用いる。
【００６２】
ＭＡＰ１１０の信号生成部１１２は、第１信号４２を生成して送受信部１１６を通じてエアーインターフェースに伝播する。この際、ＭＡＰ１１０の信号生成部１１２は第１信号の送信が終了した時点（ｔＥＮＤＯ）をチェックして信号感知部１１４に伝達する。
【００６３】
ＭＡＰ１１０から転送された第１信号４２は、飛行時間ｔ０経過後に、目標デバイス１２０により受信される。
【００６４】
目標デバイス１２０の送受信部１２６により受信された第１信号４２ａは信号感知部１２４に伝えられて、信号感知部１２４は第１信号の受信終了時点（ｔＥＮＤＴ）を検出して、これをディレイ部１２８に伝達する。
【００６５】
ディレイ部１２８は、第１信号の受信終了時点（ｔＥＮＤＴ）から予め設定された遅延時間（Ｔｇａｐ）を待った後、遅延時間が終了した時点を信号生成部１２２に伝達する。
【００６６】
信号生成部１２２は、遅延時間が終了した時点から始めて第２信号を生成し、生成された第２信号を、送受信部１２６を通じてエアーインターフェースに伝播する。
【００６７】
目標デバイス１２０により転送された第２信号は、飛行時間Ｔ０を経過した後に、ＭＡＰ１１０で受信され、ＭＡＰ１１０は送受信部１１６を通じて受信された第２信号を信号感知部１１４に伝達する。
【００６８】
ＭＡＰ１１０の信号感知部１１４は、第２信号の第１部分４４ａの受信終了時点（ｔＡ０）及び第２部分４６ａの受信終了時点（ｔＢ０）を各々チェックする。そして、第１信号４２を送信した時点（ｔＥＮＤＯ）から第２信号の第１部分４４ａを受信した時点（ｔＡ０）までの第１時間長さと第１部分４４ａを受信した時点（ｔＡ０）から第２部分４６ａを受信した時点（ｔＢ０）までの第３時間長さを測定する。
【００６９】
第１時間長さと第３時間長さが測定されれば、この測定値と、第２信号の第１部分及び第２部分の時間長さ、及び目標デバイスが第１信号を受信した後、第２信号を生成し始める時までの遅延時間を用いて、ＭＡＰ１１０と目標デバイスとの間の距離ｄ０を計算する。距離ｄ０は＜数式６＞により計算できる。
【００７０】
【数６】
0005717919.tif 000007
【００７１】
ここで、Ｍ１は第２信号の第１部分の時間長さを生成することに使われたクロック回数、Ｍ２は第２信号の第２部分の時間長さを生成することに使われたクロック回数、Ｍｇａｐは上記遅延時間の生成に使われたクロック回数、Ｎ０１はＭＡＰ１１０が自身のクロックを使用して第１時間長さの間クロックカウンティングした回数、Ｎ０２はＭＡＰ１１０が自身のクロックを使用して第３時間長さの間クロックカウンティングした回数、ｃは媒質での信号の伝達速度、ＴＣＬＫは公称クロック周期を表す。
【００７２】
一方、ＳＡＰ１３０はＭＡＰ１１０及び目標デバイス１２０が各々転送した第１信号及び第２信号を受信してその受信終了時点をチェックする。
【００７３】
即ち、ＳＡＰ１３０はＭＡＰ１１０が転送した第１信号４２を飛行時間Ｔ０１経過後に受信すれば、その受信された信号４２ｂを、送受信部１３６を通じて信号感知部１３４に伝達する。信号感知部１３４は、受信された第１信号４２ｂの受信終了時点（ｔＥＮＤ１）をチェックする。また、ＳＡＰ１３０は目標デバイス１２０が転送した第２信号を飛行時間ｔ１経過後に受信すれば、受信した第２信号の第１部分４４ｂの受信終了時点（ｔＡ１）と第２部分４６ｂの受信終了時点（ｔＢ１）をチェックする。そして、第１信号４２ｂを受信した時点（ｔＥＮＤ１）から第２信号の第１部分４４ｂを受信した時点（ｔＡ１）までの第２時間長さと第１部分４４ｂを受信した時点（ｔＡ１）から第２部分４６ｂを受信した時点（ｔＢ１）までの第４時間長さを測定する。
【００７４】
第２時間長さと第４時間長さが測定されれば、この測定値と、目標デバイスが第１信号を受信した後、第２信号を生成する時までの遅延時間、第２信号の第１部分及び第２部分の各々の時間長さを用いてＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離ｄ１を計算することができる。距離ｄ１の計算には＜数式７＞が利用できる。
【００７５】
【数７】
0005717919.tif 000008
【００７６】
ここで、Ｎ１１はＳＡＰ１３０が自身のクロック周期を使用して上記第２時間長さの間クロックカウンティングした回数、Ｎ１２はＳＡＰ１３０が自身のクロック周期を使用して上記第４時間長さの間クロックカウンティングした回数、Ｄ０１はＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間の距離を表す。
【００７７】
一方、＜数式６＞を＜数式７＞に代入すれば、ＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離ｄ１は＜数式８＞のように表現される。
【００７８】
【数８】
0005717919.tif 000009
【００７９】
＜数式８＞を見ると、ＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離は、ＭＡＰ１１０が第１信号を送信した時点から第２信号の第１部分を受信した時点までの第１時間長さ（Ｎ０１）と第２信号の第１部分を受信した時点から第２部分を受信した時点までの第３時間長さ（Ｎ０２）、ＳＡＰ１３０が第１信号を受信した時点から第２信号の第１部分を受信した時点までの第２時間長さ（Ｎ１１）と第２信号の第１部分を受信した時点から第２部分を受信した時点までの第４時間長さ（Ｎ１２）、目標デバイス１２０が第１信号を受信した時点から第２信号を生成し始める時点までの遅延時間（Ｍｇａｐ）、第２信号の第１部分及び第２部分の各々の時間長さ（Ｍ１、Ｍ２）、及びＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間の距離（Ｄ０１）に基づいて計算できることが分かる。
【００８０】
したがって、ＭＡＰ１１０が第１信号を送信した時点から第２信号の第１部分を受信した時点までの時間長さ、及び第２信号の第１部分を受信した時点から第２部分を受信した時点までの時間長さと、ＳＡＰ１３０が第１信号を受信した時点から第２信号の第１部分を受信した時点までの時間長さ、及び第２信号の第１部分を受信した時点から第２部分を受信した時点までの時間長さを利用すれば、目標デバイスでの上記遅延時間、目標デバイス１２０が生成する第２信号の第１部分及び第２部分の各々の時間長さ、及びＭＡＰ１１０とＳＡＰ１３０との間の距離を知っているという前提下に、ＳＡＰ１３０と目標デバイス１２０との間の距離が求められるようになる。
【００８１】
また、このような方式による場合、各デバイス（ＭＡＰ、目標デバイス、ＳＡＰ）の間のクロック周波数偏差による距離測定誤差を補償することができる。
【００８２】
ＭＡＰ１１０と目標デバイス１２０との間の距離を求める場合を例として説明すれば、公称クロック周期ＴＣＬＫに対し、ＭＡＰ１１０の実際クロック周期をＴＣＬＫ１目標デバイス１２０の実際クロック周期をＴＣＬＫ２とし、ＴＣＬＫとＴＣＬＫ１との間の偏差比率を（１＋ｅ１）、ＴＣＬＫとＴＣＬＫ２との間の偏差比率を（１＋ｅ２）と仮定する時、次の＜数式９＞のような関係が成立する。ここで、ＴＣＬＫは公称クロック周期として予め知っている定数値であり、ｅ１とｅ２は未知数である。
【００８３】
【数９】
0005717919.tif 000010
【００８４】
一方、＜数式６＞でＭＡＰ１１０が測定したＮ０１とＮ０２値はＭＡＰ１１０の自身の実際クロック周期であるＴＣＬＫ１として測定され、Ｍｇａｐ、Ｍ１、Ｍ２の時間長さは目標デバイス１２０の実際クロック周期であるＴＣＬＫ２として生成されたので、＜数式１０＞の関係が成立する。
【００８５】
【数１０】
0005717919.tif 000011
【００８６】
ここで、ＴｏＦはＭＡＰ１１０と目標デバイス１２０との間の信号飛行時間を意味し、図４でＴ０に該当する値である。
【００８７】
＜数式１０＞を＜数式６＞に代入し、＜数式９＞を適用して整理すれば、ＭＡＰ１１０と目標デバイス１２０との間の距離は＜数式１１＞の通りである。
【００８８】
【数１１】
0005717919.tif 000012
【００８９】
ＭＡＰ１１０と目標デバイス１２０との間の実際の空間的な距離（Spatial Distance）値はｃ＊ＴｏＦであるので、＜数式９＞の結果と比較した時、（１＋ｅ１）比率の距離誤差が発生することが分かり、これは第１送受信機の実際クロック周期ＴＣＬＫ１と公称クロック周期ＴＣＬＫとの間の偏差比率と同一であることが分かる。即ち、送受信機の実際クロック周期（または、周波数）に偏差が発生しても、距離測定誤差が実際クロック周期（または、周波数）の偏差比率以上に拡大されないことが分かる。
【００９０】
一方、第２信号全体の受信が完了した一時点のみを測定する実施形態の場合、Ｍ０＝Ｍ１＋Ｍ２、Ｎ０＝Ｎ０１＋Ｎ０２であるので、＜数式９＞と＜数式１０＞を＜数式２＞に適用すれば、＜数式１２＞の通りである。
【００９１】
【数１２】
0005717919.tif 000013
【００９２】
＜数式９＞と比較した時、＜数式１０＞の場合、２番目の項だけの距離測定誤差が追加で発生することが分かる。即ち、２つデバイスの間のクロック周波数の偏差が発生した時、距離測定誤差はそのクロック周波数の偏差比率より格段に大きくなることが分かる。
【００９３】
即ち、本発明の第２実施形態による場合、第１実施形態よりクロック周波数偏差による距離測定誤差が格段に減少することが分かる。
【００９４】
以上、説明した本発明の第２実施形態では、第２信号の第１部分の受信時点と第２部分の受信時点を測定して、即ち、第２信号の任意の２つ部分の受信時点を測定して距離を計算することを例として説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。例えば、第２信号の任意の３部分の受信時点を測定する場合、例えば、図２で、時点Ａ、時点Ｃ、及び時点Ｎを測定する場合には、Ｔ１時間長さの部分とＴ４＋……＋Ｔｎの時間長さ部分を用いて距離を計算することができ、この場合にも第２信号の任意の２つ部分の受信時点を測定して距離を計算する方式と同一な原理が適用できる。
【００９５】
一方、距離測定技術で時間測定誤差を誘発する要因には送受信機の間のクロック偏差の他にも送受信機の具現時に使用した回路素子の内在時間遅延（Intrinsic Time Delay）がありうる。内在時間遅延は、回路に使用した線路の距離が、ＰＷＢ（Printed Wiring Board）パターンの距離が、インダクター（Inductor）、キャパシタ（Capacitor）、及びディジタル信号のクロック遅延などの要因により発生できる。内在時間遅延は送受信機の設計時、未反映された時間遅延であるので、これを補償すれば、より正確な距離測定が可能である。
【００９６】
このために、図１で信号感知部１１４、１２４、１３４に内在時間遅延値にＭｃａｌを入力して時間遅延修正（Time Delay Calibration）機能を遂行するようにすることができる。
【００９７】
例えば、上記内在時間遅延値を特定環境条件下で計測器を用いて測定し、その測定値をＭｃａｌ値として信号感知部１１４、１２４、１３４に入力する。この際、目標デバイス１２０の信号感知部１２４では入力されたＭｃａｌ値をディレイ部１２８に伝達して目標としたＭｇａｐ遅延時間に追加的に発生した内在時間遅延Ｍｃａｌだけを縮小遅延させる方法により時間遅延修正（Time Delay Calibration）機能を具現することができる。また、ＭＡＰ１１０及びＳＡＰ１３０の信号感知部１１４、１３４では、Ｎ０１、Ｎ０２、Ｎｉ１、Ｎｉ２などの値を出力する過程で実際の時間遅延値に比べて追加的に発生した内在時間遅延Ｍｃａｌ値だけを出力値から差し引きした後に出力する方法により時間遅延修正（Time Delay Calibration）機能を遂行することができる。
【００９８】
一方、内在時間遅延は、周辺温度（Ambient Temperature）の変化、動作電圧（Supply Voltage）の変化、及び経年（Aging）変化などの個別あるいは混合された影響により、その値が変動することもできる。したがって、このような環境変化に従う時間遅延変動値を計測器で測定して、これをテーブル化して格納し、環境変化に従う時間遅延変動値を推定して、推定されたＭｃａｌ値を入力する方法により自動補正（Automatic Correction）機能を遂行するようにすることもできる。
【００９９】
一方、時間測定誤差を誘発する更に他の要因の１つは、回路をディジタルに具現する場合、経過時間測定に使用する単位時間（Unit Time）値の影響である。第１信号及び第２信号の生成、そして第１時間長さから４時間長さの測定に使用する単位時間値はRanging正確度に直接影響を及ぼすようになる。例えば、図３で、第１時間長さ（Ｎ０）は２つ時点（ＭＡＰが第１信号を送信した時点と第２信号を受信した時点）の間の時間長さをＴＣＬＫ１にカウントして測定すれば整数値が出力されるが、厳密には２つ時点の間の時間長さをＴＣＬＫ１値に割れば整数（Integer）と小数（Fraction Number）部分に分けられる。ＴＣＬＫ１にカウントした整数部分のみ使用すれば、小数部分だけのRanging測定誤差が発生し、最大ＴＣＬＫ１だけの誤差が発生する。
【０１００】
図５は、クロックの周期ＴＣＬＫ値が単位時間（Unit Time）ＴＵＮＩＴ値と同一な場合に対する例示図である。
【０１０１】
信号５１はクロック波形であり、ＴＣＬＫはクロックの公称周期（Nominal Clock Period）値である。要求される距離測定正確度（Required Ranging Precision）を実現するためには時間分解度（Time Resolution）であるＴＲＥＳＯＬ値よりＴＵＮＩＴ値が小さくなければならない。即ち、
0005717919.tif 000014
を満たす周期のクロックを使用すれば、小数部分だけの測定誤差が発生しても測定誤差の大きさがＴＲＥＳＯＬより少なくなるので、要求される距離測定分解度を実現することができる。
【０１０２】
例えば、距離測定のために要求される正確度がＴＲＥＳＯＬ＝１／３ｅ８＝３．３３ｎｓｅｃであれば、ＴＣＬＫ値が３．３３ｎｓｅｃより少ない値を有するクロック、即ち、３００ＭＨｚ以上周波数のクロックを使用すればよい。
【０１０３】
但し、上記の例題のように、３００ＭＨｚ以上のクロック周波数を使用すれば、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）、及びディジタル回路の電力消耗などにより具現上の困難性が発生できる。
【０１０４】
したがって、要求される距離測定正確度（Ranging Precision）の実現のために要求される時間分解度値よりＴＵＮＩＴ値を少なくする方法として、インターポレーション（Interpolation）方法を使用することもできる。インターポレーションを使用すれば、信号を生成するか、受信信号の到着時間を測定する時、クロックの周期を任意の整数に等分した等価時間分解度（Equivalent Time Resolution）を具現することができる。
【０１０５】
本発明の実施形態では、上記任意の整数をインターポレーションの等分整数（Division Integer）と定義し、その値をＭＩＮＴとして表現した。等分整数ＭＩＮＴは任意の整数値を指定して使用することができ、ディジタル方式の場合は、２の乗数、即ち２、４、８、１６、...、を使用すれば、具現が容易である。
【０１０６】
図６は、クロックの周期値ＴＣＬＫが単位時間ＴＵＮＩＴのＭＩＮＴ倍の場合を説明する例示図である。図５はＭＩＮＴが１の場合であり、図６はＭＩＮＴが４の場合である。
【０１０７】
信号を生成するか、受信信号の到着時間を測定する時、要求される精度の単位時間を得るためにインターポレーションを使用する。信号６１はクロック波形であり、ＴＣＬＫはクロックの公称周期である。ＴＵＮＩＴはインターポレーションを使用してＴＣＬＫを等分整数ＭＩＮＴで割って得た単位時間値を表したものである。ＴＣＬＫをＭＩＮＴで割って得たＴＵＮＩＴが要求される時間分解度（Required Time Resolution）値ＴＲＥＳＯＬより小さければ、即ち、
0005717919.tif 000015
の関係を満たすようにすれば、低い周波数のクロックでも要求される距離測定分解度を実現することができる。
【０１０８】
以上、説明したインターポレーション技法を適用する場合、距離測定に使用する＜数式２＞、＜数式４＞から＜数式８＞は、各々＜数式１３＞から＜数式１８＞のように一般化できる。
【０１０９】
【数１３】
0005717919.tif 000016
【０１１０】
【数１４】
0005717919.tif 000017
【０１１１】
【数１５】
0005717919.tif 000018
【０１１２】
【数１６】
0005717919.tif 000019
【０１１３】
【数１７】
0005717919.tif 000020
【０１１４】
【数１８】
0005717919.tif 000021
【０１１５】
＜数式１３＞から＜数式１８＞で、ＤＣＬＫ＝ｃ＊（ＴＣＬＫ／ＭＩＮＴ）である。
【０１１６】
また、上記の数式で、Ｎ０、Ｎ０１、及びＮ０２は、ＭＡＰ１１０が自身のクロック周期をインターポレーション等分整数ＭＩＮＴで割った単位時間を使用してカウンティングを遂行したカウンティング回数であり、Ｎ１、Ｎ１１、及びＮ１２は、ＳＡＰ１３０が自身のクロック周期をＭＩＮＴで割った単位時間を使用してカウンティングを遂行したカウンティング回数である。
【０１１７】
以下、前述した距離測定方法を用いた目標デバイスの測位方法について説明する。
【０１１８】
図７は、本発明の実施形態に従う測位システムの構造を示す図である。
【０１１９】
本発明の実施形態に従う測位システムは、ＭＡＰ７１０、目標デバイス７２０、ＳＡＰ７３０、及び位置サーバ７４０を含むことができ、目標デバイス７２０に対する測位のために１つのＭＡＰ７１０、少なくとも１つのＳＡＰ７３０、及び位置サーバ７４０が関与することができる。位置サーバ７４０は、ＭＡＰ７１０及びＳＡＰ７３０と多様な通信経路、例えば、無線経路、有線経路、インターネット７５０などの接続経路などを通じて連結できる。
【０１２０】
説明の便宜のために、以下では、図８を参照して、目標デバイスに対する位置決定のために２つのＳＡＰが関与することと説明するか、これは本発明の範囲を限定しようとするものでないことを明確にし、ＳＡＰの個数は必要によって１つ以上に定めることができる。
【０１２１】
まず、ＭＡＰ７１０は第１信号を生成して送信する。
【０１２２】
目標デバイス７２０は、第１信号を受信すれば、それに対する応答として一定遅延時間を経過した後に第２信号を生成して送信する。
【０１２３】
目標デバイス７２０から転送された第２信号を受信したＭＡＰ７１０は、第１信号を送信した時点から第２信号の第１部分を受信した時点までの第１時間長さを測定する。ここで、第２信号の第１部分を受信した時点とは、図２に示すように、第２信号の一部が受信された時点ＡやＢなどであることがあり、または第２信号の全部の受信が完了した時点Ｎであることもある。
【０１２４】
一方、第１のＳＡＰ７３０−１と第２のＳＡＰ７３０−２は、各々ＭＡＰ７１０から転送された第１信号と目標デバイス７２０から転送された第２信号を各々受信し、第１信号を受信した時点から第２信号の第１部分を受信した時点までの第２時間長さを測定する。
【０１２５】
位置サーバ７４０は、ＭＡＰ７１０、第１のＳＡＰ７３０−１、及び第２のＳＡＰ７３０−２の各々が測定した測定値時間長さ及び目標デバイス７２０が第１信号を受信した後、第２信号を生成し始める時までの遅延時間、第２信号の第１部分の時間長さに基づいて目標デバイス７２０の位置を決める。
【０１２６】
位置サーバ７４０が目標デバイス７２０の位置を決める方法をより具体的に説明すれば、ＭＡＰ７１０が測定した第１時間長さと、目標デバイス７２０による第１信号を受信時点から第２信号の開始時点までの遅延時間及び第２信号の第１部分の時間長さを用いてＭＡＰ７１０と目標デバイス７２０との間の距離ｄ０を計算する。距離ｄ０は前述したように計算することができ、例えば、＜数式１＞、＜数式２＞、及び＜数式１３＞のうち、いずれか１つにより計算できる。
【０１２７】
また、位置サーバ７４０はＳＡＰ７３０−１、７３０−２が測定した第２時間長さと目標デバイス７２０による第１信号の受信時点から第２信号の開始時点までの遅延時間及び第２信号の第１部分の時間長さを用いてＳＡＰ７３０−１、７３０−２の各々から目標デバイス７２０までの距離ｄｉを計算する。ｄｉでインデックスｉはＳＡＰを識別するために使われて、ｉ＝１は第１のＳＡＰ７３０−１を、ｉ＝２は第２のＳＡＰ７３０−２を意味する。距離ｄｉは前述したように計算することができ、例えば、以下の＜数式１９＞を用いることができる。
【０１２８】
【数１９】
0005717919.tif 000022
【０１２９】
ここで、Ｎｉはｉ番目のＳＡＰが自身のクロック周期をインターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して上記第２時間長さの間カウンティングした回数、ＤＯｉはＭＡＰ７１０とｉ番目のＳＡＰとの間の距離を表す。
【０１３０】
ＡＰから目標デバイスまでの距離が計算されれば、位置サーバ７４０は計算された距離と各ＡＰの位置情報を用いて三辺測量（Trilateration）計算法などにより目標デバイス７２０の位置を決める。
【０１３１】
一方、各デバイス（ＭＡＰ、ＳＡＰ、目標デバイス）の間のクロック周波数偏差による測位誤差を減らすために、ＭＡＰ７１０とＳＡＰ７３０−１、７３０−２で第２信号の任意の２つ部分の受信時点をチェックする方式を使用することもできる。
【０１３２】
具体的に説明すると、ＭＡＰ７１０は第１信号の送信時点から第２信号の第１部分の受信時点までの第１時間長さの以外に第２信号の第１部分を受信した受信時点から第２信号の第２部分を受信した受信時点までの第３時間長さを測定する。そして、ＭＡＰ７１０自身のクロック周期をインターポレーション等分整数（１以上の整数）で割った単位時間を使用して第１時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０１と第３時間長さの間カウンティングした回数Ｎ０２を得る。
【０１３３】
各々のＳＡＰ７３０−１、７３０−２も第１信号の受信時点から第２信号の第１部分の受信時点までの第２時間長さの以外に第２信号の第１部分の受信時点から第２信号の第２部分の受信時点までの第４時間長さを測定する。そして、ＳＡＰ７３０−１、７３０−２自身のクロック周期をインターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して第２時間長さの間カウンティングした回数Ｎｉ１と第４時間長さの間カウンティングした回数Ｎｉ２を得る。
【０１３４】
位置サーバ７４０は、ＭＡＰ７１０によるカウンティングした回数Ｎ０１とＮ０２に基づいてＭＡＰ７１０と目標デバイス７２０との間の距離ｄ０を計算する。距離ｄ０は前述したように計算することができ、例えば、＜数式６＞または＜数式１６＞を用いて計算することができる。
【０１３５】
また、位置サーバ７４０はＳＡＰ７３０−１、７３０−２によるカウンティングした回数Ｎｉ１及びＮｉ２に基づいてＳＡＰ７３０−１、７３０−２の各々から目標デバイス７２０までの距離ｄｉを計算する。距離ｄｉは前述したような方式により計算することができ、例えば、以下の＜数式２０＞を用いて計算することができる。
【０１３６】
【数２０】
0005717919.tif 000023
【０１３７】
ここで、Ｎｉ１とＮｉ２は各々ｉ番目のＳＡＰが自身のクロック周期をインターポレーション等分整数で割った単位時間を使用して上記第２時間長さと第４時間長さの間カウンティングした回数を意味する。
【０１３８】
距離ｄ０及びｄｉが計算されれば、位置サーバ７４０はＡＰの各々の位置情報を用いて目標デバイス７２０の位置を決めることができるようになる。
【０１３９】
上記の実施形態では２つのＳＡＰを用いることと説明したが、本発明の範囲がこれに限定されるものではなく、例えば３個以上のＳＡＰが使われることもでき、この場合、多辺測量（Multilateration）計算法などにより目標デバイス７２０の位置を決めることもできる。また、場合によっては目標デバイスの測位のために１つのＳＡＰのみ使われることもできる。例えば、ＳＡＰと目標デバイスとの間の距離とＭＡＰと目標デバイスとの間の距離が計算される。この場合、ＡＰの位置を中心にして測定された距離を半径とする円を描けば２つの交点が生成されるが、目標デバイスはこの２つの交点のうち、いずれか一個所に位置するようになる。ところで、仮にいずれか一交点の位置が、目標デバイスが位置できない場所の場合には、更に他のＳＡＰと目標デバイスとの間の距離を測定することなく、目標デバイスの位置を決めることができる。
【０１４０】
以上、説明した本発明の実施形態に従う測位方法は、目標デバイスがブリンク（Blink）信号の送信のみを遂行し、ＡＰはそのブリンク信号の受信のみを遂行するＴＤｏＡ方式と対照的に、目標デバイスとＭＡＰが各々１回の信号送信及び受信のみを遂行し、ＳＡＰはその２つの信号の受信のみを遂行する方式により目標デバイスの位置を決める特徴を有する。
【０１４１】
従来のＴＤｏＡでは、ＡＰ及び目標デバイスの相互間にクロック周波数及び位相同期を必要とするが、本発明の実施形態に従う測位方法はＡＰの間のクロック同期を必要としないので、全体的なシステム構造が簡単になる。また、ＡＰと目標デバイスとの間に各々４回の信号を要求する従来のＲＴ−ＴｏＡ方式と比較して、本発明の実施形態に従う測位方法は、ＭＡＰと目標デバイスとの間に単に２回の信号のみを必要とするので、エアーインターフェースの負荷を減らすことができる。また、第２信号の任意の２つ部分の時点を測定する第２実施形態に従う場合、クロック周波数の偏差によって発生する測位誤差まで減らすことができるという長所がある。
【０１４２】
一方、本発明の実施形態に従う測位システムは、ＳＡＰとＭＡＰとの間に役割を互いに交換する機能を含むこともできる。即ち、既存のＭＡＰを新規ＳＡＰに、そして既存のＳＡＰを新規ＭＡＰに役割を再整備することで、測位システムに柔軟性を与えることもできる。
【０１４３】
一方、ＭＡＰ７１０が生成して転送する第１信号は、ＭＡＰ識別情報、目標デバイス識別情報、目標デバイス識別情報別順序番号（Sequence Number）、現在時刻情報、及び目標デバイス識別情報別に割り当てられた次回の覚める時刻（Wake-up Time）情報のうち、少なくとも１つ以上を含むことができる。
【０１４４】
ここで、ＭＡＰ識別情報は目標デバイスとＳＡＰが第１信号がどこから来た信号なのかを識別できるようにするために、第１信号に含まれることができる。
【０１４５】
目標デバイス識別情報は、多いデバイスのうち、距離測定の対象になる目標デバイスがどれなのかを目標デバイス及びＳＡＰが認知できるようにするために、第１信号に含まれることができる。即ち、第１信号を受信する多数の目標デバイスは自身が予め格納している識別情報と第１信号に含まれた目標デバイス識別情報とを比較して、一致する場合、自身が呼び出された目標デバイスであることを認知し、第２信号を生成して転送し、一致しない場合には、第１信号を無視して第２信号を転送しなくなる。
【０１４６】
目標デバイス識別情報別順序番号は、全てのＡＰが特定目標デバイスに対する識別番号と順序番号を測定情報と一束（Bundle）に位置サーバに伝達するようにするために使われることができる。全てのＡＰが目標デバイスに対する第１信号と第２信号から測定した情報を位置サーバに伝達する過程に情報伝達経路の通信状況によって位置サーバに到着する時点が各々異なることがある。目標デバイスに対する第１信号は、一定の時間間隔を置いて繰り返して送信できるので、ＡＰから位置サーバに伝えられる同一目標デバイスに対する情報が伝達時点の差によって情報到着の順序がずれることがある。第１信号に目標デバイスの識別番号と順序番号を含めて、識別番号を含んだ第１信号の送信時毎に該当識別番号の順序番号を他の値に更新（Update）して送信するようになれば、目標デバイスの識別番号と順序番号を用いて測定値を区分してより分けることができる。例えば、順序番号を０から２５５の間の数字を毎度異なる値に更新して与えて、毎１秒毎に測定情報を位置サーバに伝達する場合、通信経路別測定情報到着時間の差が２５６秒以下であれば、測定情報到着時間の差によるデータ集合における誤りを防止することができる。
【０１４７】
より具体的に説明すると、ＭＡＰ７１０とＳＡＰ７３０−１、７３０−２が第１信号に含まれた目標デバイスの識別情報及び順序番号と共に、測定した時間長さ値を位置サーバ７４０に転送すれば、位置サーバ７４０は目標デバイスの識別情報及び順序番号を用いて受信した時間長さ値を分類して管理し、同一な識別情報及び順序番号に分類された経過時間値のみを用いて距離を計算する。したがって、通信経路別時間遅延差によって、ＭＡＰ７１０とＳＡＰ７３０−１、７３０−２が順次に送る測定値等の到着順序がずれても距離計算及び位置測定の誤りを防止することができる。
【０１４８】
一方、次回の覚める時刻情報は、目標デバイス７２０の電力消耗を減らすための目的として第１信号に含まれることができる。即ち、低電力睡眠モードにいた目標デバイス７２０は、次回の覚める時刻情報を用いて第１信号の送信が始まる直前に低電力睡眠モードから目覚めて動作モードに切換した後、第１信号を受信し、第２信号の送信を完了した以後に、また睡眠モードに切換できる。即ち、目標デバイスは次回の覚める時刻情報を用いて睡眠モードと動作モードを切換することによって、電力消耗を減らすことができる。
【０１４９】
一方、ＭＡＰ７１０は自身のＲＴＣ（Real Time Clock）を用いて時刻基準（Time Reference）信号を生成して、目標デバイスまたはＳＡＰに送信することによって、目標デバイスまたはＳＡＰがその時刻基準信号を用いて自身のＲＴＣを調整することによって、ＭＡＰ７１０のＲＴＣと一致させるようにすることもできる。
【０１５０】
また、ＭＡＰ７１０は通信領域の内に１つ以上の目標デバイスが存在する場合、その目標デバイスに対する呼び出し順序を定めて呼び出して、全体目標デバイスに対する呼び出しが仕上げされれば、また呼び出す過程を繰り返すこともできる。この方法によりＭＡＰの通信領域の内の全ての目標デバイスに対する位置値を順序によって衝突無しで連続して決めることができる。
【０１５１】
一方、本発明の実施形態に従う測位方法は、目標デバイス７２０とＭＡＰ７１０との間に通信のための初期化動作を遂行することができる。ここで、初期化動作は目標デバイスが電源を最初にオン（On）した場合、目標デバイスがどの１つのＭＡＰの通信領域から他のＭＡＰの通信領域に移動した場合、目標デバイスの目覚める時刻とＭＡＰの呼び出し時刻（第１信号を転送する時刻）が一致しない時などの場合に遂行できる。
【０１５２】
初期化動作は、次の方法により遂行できる。
【０１５３】
まず、目標デバイスが睡眠モードから目覚めて動作モードに切換した後、自身の識別情報を含む接近信号（Access Signal）を送信し、接近信号の送信を終了した後、予め設定されたタイムアウト（Time-out）期間の間ＭＡＰから制御信号を待機する。
【０１５４】
タイムアウト期間の内にいずれか１つにＭＡＰから制御信号を受信すれば、制御信号に含まれた現在時刻情報及び次回の覚める時刻情報を用いて目標デバイス自身のＲＴＣ及び次回の覚める時刻を設定することによって、初期化を完了する。
【０１５５】
しかしながら、タイムアウト期間の内に如何なる制御信号も受信できなければ、動作モードから睡眠モードに切換し、予め設定された休眠時間間隔（Recess Time Interval）の以後にまた動作モードに切換して接近信号を送信する過程を繰り返す。
【０１５６】
一方、目標デバイスから接近信号を受信した少なくとも１つ以上のＭＡＰは、自身のＭＡＰ識別情報、接近信号を転送した目標デバイスの識別情報、及び受信信号の品質情報を位置サーバに転送する。
【０１５７】
位置サーバは、受信信号の品質情報を用いて上記少なくとも１つ以上のＭＡＰのうち、目標デバイスとの通信に適合した最適ＭＡＰを選定し、その選定結果をその最適ＭＡＰに通報する。
【０１５８】
最適ＭＡＰは選定結果の通報を受けた後に、また目標デバイスから接近信号を受信すれば、現在時刻情報と次回の覚める時刻情報を含む制御信号を目標デバイスに転送することによって、目標デバイスが自身と通信を遂行することができる状態になるように初期化する。
【０１５９】
一方、本発明の実施形態に従う測位方法は、目標デバイスの周囲に複数のＭＡＰが存在する場合、複数のＭＡＰのうち、目標デバイスとの通信を遂行する最適ＭＡＰを選定する過程を含むこともできる。
【０１６０】
例えば、複数のＭＡＰが目標デバイスが生成して転送する第２信号を受信すれば、自身の識別情報、目標デバイスの識別情報、及び受信信号の品質情報を位置サーバに転送する。ここで、目標デバイスの識別情報は目標デバイスが転送する第２信号から抽出されて位置サーバに転送できる。
【０１６１】
位置サーバは、受信信号の品質情報を用いて目標デバイスとの通信に適合した最適ＭＡＰを選定し、その選定結果を選ばれた最適ＭＡＰに通報する。
【０１６２】
選定結果の通報を受けた最適ＭＡＰは、目標デバイスに第１信号を転送して、前述した測位過程を遂行するようになる。
【０１６３】
このような最適ＭＡＰ選定過程を通じて目標デバイスは通信に最も適合したＭＡＰと測位過程を遂行するようになるので、目標デバイスが移動する中にも測位正確度が持続的に維持できるという長所がある。
【０１６４】
図９は、本発明の実施形態に従う測位方式と従来のＴＤｏＡ測位方式との性能を比較／分析したグラフである。図９（Ａ）は従来のＴＤｏＡ測位方式の性能を示すグラフであり、図９（Ｂ）は本発明の実施形態に従う測位方式の性能を示すグラフである。
【０１６５】
性能比較のために総４個のＡＰを使用した。与えられたＡＰの座標は、次の通りである。
−ＡＰ０またはＭＡＰの座標：（−５０−ｊ５０）ｍ
−ＡＰ１またはＳＡＰ１の座標（＋５０−ｊ５０）ｍ
−ＡＰ２またはＳＡＰ２の座標（＋５０＋ｊ５０）ｍ
−ＡＰ３またはＳＡＰ３の座標（−５０＋ｊ５０）ｍ
【０１６６】
位置決定システムの効果的な性能分析のために、ＡＰと目標デバイスとの間の距離測定誤差としてランダム測定誤差０．３ｍ ｒｍｓを付加した。目標デバイスの位置を［−１００−ｊ＊８０、−１００−ｊ＊６０、−１００−ｊ＊４０、−１００−ｊ＊２０、−１００−ｊ＊０、−６６＋ｊ＊０、−３３＋ｊ＊０、０＋ｊ＊０、２５＋ｊ＊０、５０＋ｊ＊８、７０＋ｊ＊２０、８５＋ｊ＊３５、１００＋ｊ＊５０］の順に移動させながら各位置で目標デバイスの位置を３０回測定し、測定された位置を点として表示した。
【０１６７】
ＴＤｏＡ方式の位置決定正確度を分析した結果、図面符号９０１から見るように、４個のＡＰから構成されたセルの内部に目標デバイスが位置する場合の位置決定値の誤差は到着時間測定誤差値の以内に安定しているが、図面符号９０２のように、セルの外部に目標が位置する場合、セルの外部での目標デバイスの位置によって位置決定値の誤差が到着時間測定誤差値の数〜数十倍まで拡大される傾向を表して非常に不安定であった。図９で、目標デバイスがセルの内部から外部に遠ざかるほど毎測位毎の位置決定値の間に変動が徐々に甚だしくなって測位正確度が落ちることを確認することができる。
【０１６８】
一方、本発明の実施形態に従う位置決定値の正確度を分析した結果、図面符号９０３のように、４個のＡＰから構成されたセルの内部に目標デバイスが位置する場合と、図面符号９０４のように、セルの外部に目標デバイスが位置する場合両方とも誤差範囲が距離測定誤差値の大きさ以内に安定していることを確認することができる。
【０１６９】
以上、本発明の実施形態を構成する全ての構成要素が１つに結合されるか、結合されて動作することと説明されたとして、本発明が必ずこのような実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の目的範囲内であれば、その全ての構成要素が１つ以上に選択的に結合して動作することもできる。また、その全ての構成要素が各々１つの独立的なハードウェアで具現できるが、各構成要素のその一部または全部が選択的に組み合わせられて１つまたは複数個のハードウェアで組み合わせられた一部または全部の機能を遂行するプログラムモジュールを有するコンピュータプログラムとして具現されることもできる。そのコンピュータプログラムを構成するコード及びコードセグメントは本発明の技術分野の当業者により容易に推論できるものである。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータにより読取できる格納媒体（Computer Readable Media）に格納されてコンピュータにより読取及び実行されることによって、本発明の実施形態を具現することができる。コンピュータプログラムの格納媒体としては、磁気記録媒体、光記録媒体、キャリアウェーブ媒体などが含まれることができる。
【０１７０】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【０１７１】
本特許出願は、２０１１年０４月２９日付で韓国に出願した特許出願番号第１０−２０１１−００４１１８３号に対し、米国特許法１１９（ａ）条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ａ））により優先権を主張すれば、その全ての内容は参考文献として本特許出願に併合される。併せて、本特許出願は、米国以外の国家に対しても上記と同一な理由により優先権を主張すれば、その全ての内容は参考文献として本特許出願に併合される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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