표제지
목차
요약 5
I. 서론 11
II. 연구 배경 및 연구 필요성 13
1. 연구 배경 13
1) 위치인식 기술 13
2) 실내 위치 인식 기술 15
3) 위치 인식 기반 서비스 19
2. 기존 기술의 한계점 및 연구의 필요성 22
1) 기존 기술의 한계점 22
2) 연구의 필요성 22
3. 소결론 23
III. 조명통신 및 카메라 기반 실내 위치 인식 기술 연구 25
1. 연구 목적 25
2. 조명통신 정밀도 향상 알고리즘 개발 25
1) KD-Tree 알고리즘을 이용한 위치인식 기술 25
2) 고 정밀 Positioning Sequence기반의 정밀도 향상 알고리즘 연구 26
3. 이미지 센서 기반의 위치인식 알고리즘 설계 29
1) 단말기 위치기반의 조명통신 위치인식 알고리즘 29
2) 조명통신-TDOA 기반의 위치 측정 알고리즘 33
3) 조명통신을 이용한 TDOA방식의 위치 측정 알고리즘 33
4) 실내 위치인식 기반의 정밀도 향상 알고리즘 개발 34
5) 정밀도 향상을 위한 LED 이미지 기반 Fusion형 위치인식 기술 40
4. LED 기반 위치인식 정밀도 향상 기법 45
1) 고정밀 positioning sequence 기반 LED-ID 전송구조 제시 47
2) LED 패턴을 활용한 LED-ID 용 전송구조 제시 49
5. 소결론 52
IV. 조명통신 기반 위치정보 전송 및 카메라 위치인식 기술 53
1. 연구목적 53
2. 조명통신 기반 Coarse Localization 정보 전송 기술 53
1) 고정밀 위치정보 송신을 위한 ZCD코드 연구 54
2) Coarse Localization 위치정보 전송기술 연구 64
3. 카메라 이미지센서 기반 정밀 위치인식 기술 66
1) DB Matching기법을 적용한 위치인식 기술 연구 67
2) Smart Device Flash를 활용한 위치인식 기술 69
3) Rolling Shutter 기법을 활용한 위치인식 기술 73
4. 소결론 75
V. 조명통신 및 이미지 센서 융합 실내 위치인식 시스템 구현 76
1. 연구 목적 76
2. 실내 위치인식 실험 및 시뮬레이션 78
1) KD-Tree 기반의 Positioning 기법을 활용한 시뮬레이션 78
2) 위치정보 및 부가데이터 워터마킹 레벨에 따른 OOK 신호 BER 성능분석 82
3) 부가 전송 데이터의 전송을 위한 실험 및 기능 점검 83
4) OFDM신호의 송수신 성능에 대한 연구 90
5) OFDM + 부가 정보 신호의 송수신 성능에 대한 연구 98
6) Rolling Shutter효과를 이용한 카메라 이미지센서 송수신 성능 실험 112
3. LED와 이미지센서 기반 위치인식 실험 115
1) LED-Pseudolite기반 Down light 환경을 고려한 DER(Detection error rate)성능 분석 115
2) LED 이미지 기반 Fusion형 위치인식 개발 116
4. 위치인식 시스템 실험 결과 및 고찰 119
1) 이미지센서와 LED의 실제 거리 위치인식 오차 성능 분석 119
5. 소결론 121
VI. 결론 122
참고문헌 124
Abstract 126
Table 2-1. LBS관련 서비스 및 산업 발전 동향 21
Table 3-1. 위치인식 실험에 쓰인 이미지 센서의 보정 결과 44
Table 4-1. 이진 ZCD코드들의 총 코드수 57
Table 4-2. Bipolar형태의 ZCD코드와 Unipolar 형태의 ZCD코드의 상호 변환과정 63
Table 5-1. 실험 파라미터 81
Table 5-2. 채널 시뮬레이션 파라미터 116
Table 5-3. LED와 이미지센서 기반 위치인식 실험 파라미터 118
Table 5-4. 이동거리별 측정된 평균오차 및 표준편차 120
Fig. 2-1. 스마트폰의 위치 인식 방법 13
Fig. 2-2. 퀄컴의 iZatTM 서비스 설명 14
Fig. 2-3. 국내 위치 인식 기술 적용의 예 16
Fig. 2-4. Google의 위치 인식 기술의 예 16
Fig. 2-5. Apple의 iBeacon서비스의 예 17
Fig. 2-6. 브로드컴의 BCM43462를 이용한 위치 인식 서비스의 예 18
Fig. 2-7. 퀄컴의 Gimbal을 이용한 위치인식 서비스의 예 18
Fig. 2-8. 전시 환경에서 위치 기반 서비스 적용의 예 20
Fig. 2-9. 위치기반 서비스의 18가지 어플리케이션 21
Fig. 3-1. 시뮬레이션을 통한 전역 위치인식 결과 26
Fig. 3-2. M-ary SS 코드 및 LED-ID 시스템 기반 송수신기 27
Fig. 3-3. LED 태그의 구조 28
Fig. 3-4. ZCD 코드를 이용한 LED-ID 시스템 BER 28
Fig. 3-5. LED ID 시스템 BER을 이용한 Kasami 코드 29
Fig. 3-6. 이동 추정 메시지 교환 과정 30
Fig. 3-7. 특성화 곡선 산출 예 31
Fig. 3-8. TDOA를 이용한 위치 결정 33
Fig. 3-9. 2차원 실내 격자 LED 통신 환경 36
Fig. 3-10. 3차원 실내 격자 LED 통신 환경 37
Fig. 3-11. 실내 채널에서의 지연 확산 특성 40
Fig. 3-12. 기본 카메라 모델 42
Fig. 3-13. 각 체커보드의 캡처 사진들의 코너 추출 과정 44
Fig. 3-14. 실내 위치기반 채널 46
Fig. 3-15. 사용자 위치에 따른 채널 환경 평면도 47
Fig. 3-16. 사용자 위치에 따른 채널 환경 공간도 47
Fig. 3-17. LED 통신 및 Watermarking 이용 47
Fig. 3-18. Watermarking을 이용한 부가정보 검출 48
Fig. 3-19. Watermarking을 이용한 LED-ID 송신부 구조 48
Fig. 3-20. Watermarking을 이용한 LED-ID 수신부 구조 49
Fig. 3-21. LED-Pseudolite의 개념 및 위치정보 표출과 식별 50
Fig. 3-22. LED기반 정보표현방식을 고려한 다양한 형태의 LED-Pseudolite 구성 51
Fig. 4-1. LED조명통신 기반 위치정보 송수신 개념도 54
Fig. 4-2. Bipolar ZCD Code(code a)의 ACF 58
Fig. 4-3. Bipolar ZCD Code(code b)의 ACF 58
Fig. 4-4. Bipolar ZCD Code(code a, code b)의 CCF 59
Fig. 4-5. (32,12,0,0) ZCD Code(code a)의 ACF성능 60
Fig. 4-6. (32,16,1,1) ZCD Code(code b)의 ACF성능 60
Fig. 4-7. 32Chip ZCD Code(code a, code b)의 CCF성능 61
Fig. 4-8. (32,2,0,0) ZCD Code (code a)의 ACF 61
Fig. 4-9. (32,2,0,0) ZCD Code (code b)의 ACF 62
Fig. 4-10. (32,2,0,0) ZCD Code (code a, code b)의 CCF 62
Fig. 4-11. ZCD code를 적용한 조명통신 기반 위치정보 송수신 기술 64
Fig. 4-12. 조명통신 기반 위치정보 송신 및 카메라 위치인식 기술 개념도 65
Fig. 4-13. LED와 이미지센서 기반 실내 위치인식 실험 구성도 66
Fig. 4-14. LED와 이미지센서 기반 정밀성 향상을 위한 위치인식 개념도 67
Fig. 4-15. LED와 이미지센서를 이용한 DB matching 알고리즘 68
Fig. 4-16. 특정영역 분별용 DB Maching 알고리즘 순서도 68
Fig. 4-17. 스마트 디바이스 기반 LED-ID Communication System 구성도 69
Fig. 4-18. QR code & LED 사이니지 70
Fig. 4-19. Colorcode 적용사례 71
Fig. 4-20. Colorcode 기술의 구성도 72
Fig. 4-21. Colored MATRIX Board 구성도 72
Fig. 4-22. Colored LED Board 구동 사진 73
Fig. 4-23. OCC 동작 개요 74
Fig. 5-1. 조명통신 및 이미지 센서 융합 실내 위치인식 시스템 구성도 76
Fig. 5-2. 조명통신이 가능한 LED조명 구성도 77
Fig. 5-3. 조명통신 및 이미지 센서 융합 실내 위치인식 시스템의 순서도 78
Fig. 5-4. KD-Tree 탐색 알고리즘의 예 79
Fig. 5-5. 간섭완화 특성을 가진 고효율 Optical correlator 시뮬레이터 80
Fig. 5-6. Matched Filter를 통과한 ZCD positioning sequence 80
Fig. 5-7. Matched Filter를 통과한 sinc function positioning sequence 81
Fig. 5-8. LED-ID 통신기반의 OOC확산코드인 watermarking 레벨값에 따른 BER성능 82
Fig. 5-9. LED-ID 통신기반의 ZCD확산코드인 watermarking 레벨값에 따른 BER성능 83
Fig. 5-10. 부가 정보 신호 전송을 위한 실험환경 84
Fig. 5-11. 조명통신통신을 위한 HW구성도 84
Fig. 5-12. 실험에 사용된 LED 송신부 85
Fig. 5-13. 실험에 사용된 PD 수신부 85
Fig. 5-14. NI-DAQ 장비 86
Fig. 5-15. 부가 정보 데이터 신호 87
Fig. 5-16. PD로부터 수신된 신호 87
Fig. 5-17. Correlation 88
Fig. 5-18. LabView를 이용한 부가 정보 데이터 송신부 구현 89
Fig. 5-19. LabView를 이용한 부가 정보 데이터 수신부 구현 90
Fig. 5-20. OFDM 신호 송수신 시스템 구성도 91
Fig. 5-21. BPSK 변조 데이터 92
Fig. 5-22. CP를 적용한 OFDM (실수부+허수부) 신호 92
Fig. 5-23. PD로부터 받은 OFDM신호 93
Fig. 5-24. OFDM신호 FFT 실수부 데이터 93
Fig. 5-25. OFDM 원 신호 복원 94
Fig. 5-26. BPSK 변조 데이터 95
Fig. 5-27. OFDM (실수부 + 허수부) 신호 95
Fig. 5-28. PD로 수신된 OFDM(실수부 + 허수부) 신호 96
Fig. 5-29. FFT과정을 거친 OFDM 실수부 데이터 96
Fig. 5-30. 복원된 데이터 97
Fig. 5-31. LabView Transmitter 97
Fig. 5-32. LabView Receiver 98
Fig. 5-33. OFDM + 부가 정보 신호의 송수신 시스템 구성도 99
Fig. 5-34. OFDM + 부가 정보 신호 송수신 실험 구성도 (OFDM신호 측면) 100
Fig. 5-35. OFDM + 부가 정보 신호 송수신 실험 구성도 (부가 정보 신호 측면) 100
Fig. 5-36. Osilloscope 신호 파형 101
Fig. 5-37. 부가 정보 신호 102
Fig. 5-38. OFDM(Real+Image) 신호 103
Fig. 5-39. OFDM + 부가 정보 신호 103
Fig. 5-40. PD로 수신된 OFDM + 부가 정보 신호 104
Fig. 5-41. DownSampling된 OFDM + 부가 정보 신호 105
Fig. 5-42. Correlation 105
Fig. 5-43. 복원한 부가 정보 데이터 106
Fig. 5-44. 부가 정보 신호를 제거한 OFDM신호 107
Fig. 5-45. FFT과정을 거친 OFDM신호 107
Fig. 5-46. Threshold를 적용한 OFDM 복원 데이터 108
Fig. 5-47. LabView Transmitter 109
Fig. 5-48. LabView Receiver (부가 정보 신호) 109
Fig. 5-49. LabView Receiver (OFDM신호) 110
Fig. 5-50. OFDM + 부가 정보 신호 BER 성능 분석 111
Fig. 5-51. OFDM + 부가 정보 신호 DER 성능 분석 111
Fig. 5-52. 카메라 이미지센서 송수신 성능 실험 환경 112
Fig. 5-53. LED조명의 Rolling Shutter 이미지(200Hz) 113
Fig. 5-54. LED조명의 Rolling Shutter 이미지(Gray Scale) 113
Fig. 5-55. 위치정보데이터 복원 시뮬레이션 결과 114
Fig. 5-56. LED 채널 모델링 구조(평면도) 115
Fig. 5-57. LED와 이미지센서 기반 실내 위치인식 실험 구성도 117
Fig. 5-58. Local, Area 시나리오를 이용한 LED 위치인식 결과화면 118
Fig. 5-59. LED 실제거리 기준 대비 각 cm이동시 횟수별 오차값 119
Fig. 5-60. LED 실제거리 기준 대비 각 cm별 오차 평균값 및 표준편차 120