KR100831556B1 - Method of correction NOLS error for wireless positioning system - Google Patents
Method of correction NOLS error for wireless positioning system Download PDFInfo
- Publication number
- KR100831556B1 KR100831556B1 KR1020010082955A KR20010082955A KR100831556B1 KR 100831556 B1 KR100831556 B1 KR 100831556B1 KR 1020010082955 A KR1020010082955 A KR 1020010082955A KR 20010082955 A KR20010082955 A KR 20010082955A KR 100831556 B1 KR100831556 B1 KR 100831556B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- path
- invisible
- invisible path
- positioning system
- error
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/0205—Details
- G01S5/021—Calibration, monitoring or correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/0273—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves using multipath or indirect path propagation signals in position determination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/46—Indirect determination of position data
- G01S2013/462—Indirect determination of position data using multipath signals
- G01S2013/464—Indirect determination of position data using multipath signals using only the non-line-of-sight signal(s), e.g. to enable survey of scene 'behind' the target only the indirect signal is evaluated
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은 무선 측위 시스템을 위한 비가시경로 오차 보정 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.The present invention relates to an invisible path error correction method for a wireless positioning system and a computer readable recording medium storing a program for realizing the method.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
본 발명은, 무선통신환경에서 단말기의 위치를 결정할 때 발생하는 전파의 비가시경로 전파로 인한 측위 오차를 개선하여 측위 정확도를 향상시키기 위한 무선 측위 시스템을 위한 비가시경로 오차 보정 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.The present invention provides an invisible path error correction method and method for a wireless positioning system for improving the positioning accuracy by improving the positioning error due to the invisible path of the radio wave generated when determining the position of the terminal in a wireless communication environment. To provide a computer-readable recording medium that records a program for realization.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은, 무선 측위 시스템에 적용되는 비가시경로 오차 보정 방법에 있어서, 비가시경로 전파로 인해 오차가 포함된 것으로 가정할 수 있는 수신 신호들에 대해, 2차 모멘트(moments)를 구하여 기존 산란 모델의 이론적인 값들과 비교하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 비교 결과에 따라, 가시경로 거리값과 산란 모델의 매개변수 값을 구하는 제 2 단계; 및 상기 구해진 값들을 바탕으로, 공지의 위치 결정 방법을 통해 비가시경로에 의한 오차를 개선하여, 단말기의 위치를 결정하는 제 3 단계를 포함함.According to the present invention, in the invisible path error correction method applied to a wireless positioning system, the existing moments are obtained by obtaining second moments for received signals that may be assumed to include errors due to invisible path propagation. A first step of comparing the theoretical values of the model; A second step of obtaining a visible path distance value and a parameter value of a scattering model according to the comparison result of the first step; And a third step of determining a position of the terminal by improving an error due to an invisible path through a known positioning method based on the obtained values.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
본 발명은 무선 측위 시스템 등에 이용됨.The present invention is used in a wireless positioning system and the like.
무선 측위 시스템, 비가시경로 오차, TOA 추정치, 지연 확산, MVMA 알고리즘, 가중치 알고리즘Wireless positioning system, invisible path error, TOA estimate, delay spread, MVMA algorithm, weighting algorithm
Description
도 1 은 본 발명이 적용되는 측위 서비스 시스템의 구성 예시도.1 is an exemplary configuration of a positioning service system to which the present invention is applied.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 참 거리와 기지국간의 거리를 나타낸 셀 배치도.2 is a cell arrangement diagram illustrating a distance between a true distance and a base station in an invisible path error correction method according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 전파에 의한 오차를 포함한 측정된 거리 원을 나타낸 예시도.3 is an exemplary view showing a measured distance circle including an error due to invisible path propagation according to an embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 셀 반경이 5Km인 경우의 성능 비교 그래프.4 is a performance comparison graph when the cell radius of the invisible path error correction method according to an embodiment of the present invention 5Km.
도 5 및 도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 셀 반경이 2Km인 경우의 성능 비교 그래프.5 and 6 are graphs comparing the performance when the cell radius is 2Km in the invisible path error correction method according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 셀 반경이 1Km인 경우의 성능 비교 그래프.7 and 8 are graphs comparing performance when the cell radius is 1Km in the invisible path error correction method according to an embodiment of the present invention.
도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 원형 산란체 모델에서 기지국 및 단말기와 산란체의 위치를 나타낸 예시도.9 is an exemplary view showing the position of the base station, the terminal and the scatterer in the circular scatterer model of the invisible path error correction method according to another embodiment of the present invention.
도 10 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 디스 크형 산란체 모델에서 기지국 및 단말기와 산란체의 위치를 나타낸 예시도.10 is an exemplary view showing the positions of the base station, the terminal and the scatterer in the disk-type scatterer model of the invisible path error correction method according to another embodiment of the present invention.
도 11 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 가우시안 산란체 모델에서 기지국 및 단말기와 산란체의 위치를 나타낸 예시도.FIG. 11 is an exemplary diagram illustrating the positions of a base station, a terminal, and a scatterer in a Gaussian scatterer model of an invisible path error correction method according to another embodiment of the present invention. FIG.
도 12a 및 도 12b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법에서 수신된 원형 산란체 모델 및 디스크형 산란체 모델을 나타낸 예시도.12A and 12B are exemplary views illustrating a circular scatterer model and a disk-shaped scatterer model received in an invisible path error correction method according to another embodiment of the present invention.
도 13 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 ROS 알고리즘에 대한 성능 비교 그래프.13 is a performance comparison graph for the ROS algorithm in the invisible path error correction method according to another embodiment of the present invention.
도 14 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 DOS 알고리즘에 대한 성능 비교 그래프.14 is a performance comparison graph of the DOS algorithm of the invisible path error correction method according to another embodiment of the present invention.
도 15 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 가우시안(Gaussian) 알고리즘에 대한 성능 비교 그래프.
15 is a performance comparison graph for a Gaussian algorithm among invisible path error correction methods according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : 이동국(MS) 12 : 기지국(BTS)11 mobile station (MS) 12 base station (BTS)
13 : 제어국(BSC) 14 : 위치 관련 서비스 서버13: control station (BSC) 14: location-related service server
15 : 데이터베이스
15: database
본 발명은 현재 사용중인 무선가입자망(WLL), 광대역무선가입자망(B-WLL), 이동전화망(Cellular), 개인휴대통신망(PCS), 외국에서 사용중인 타 이동전화망, 현재 유럽방식과 북미방식으로 표준화가 추진되고 있는 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000), UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service) 등과 같은 차세대 이동통신망(IMT-2000) 등을 포함하는 무선통신시스템에서 단말기의 위치를 결정하는 무선 측위에 있어 비가시경로 전파에 의한 무선 측위 오차를 개선하여 측위 정확도를 향상시키기 위한 비가시경로 오차 보정 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.The present invention is the wireless subscriber network (WLL), broadband wireless subscriber network (B-WLL), mobile telephone network (Cellular), personal mobile communication network (PCS), other mobile telephone networks currently in use, European and North American methods To determine the location of a terminal in a wireless communication system including a next generation mobile communication network (IMT-2000) such as International Mobile Telecommunication-2000 (IMT-2000), Universal Mobile Telecommunication Service (UMTS), etc. The present invention relates to an invisible path error correction method for improving the positioning accuracy by improving the radio positioning error due to the invisible path propagation, and a computer-readable recording medium recording a program for realizing the method.
즉, 본 발명은 CDMA(Code Division Multiple Access) 이동통신망을 포함하는 무선통신망에서 단말기의 위치를 결정하는 무선 측위 시스템에 존재하는 다양한 측위 오차 요인을 제거하여 측위 정확도를 향상시키기 위한 기술에 속하며, 일반적인 측위 오차 요인과 이를 해결하기 위한 기술은 다음과 같다.That is, the present invention belongs to a technique for improving positioning accuracy by eliminating various positioning error factors present in a wireless positioning system for determining a position of a terminal in a wireless communication network including a code division multiple access (CDMA) mobile communication network. The positioning error factors and techniques for solving them are as follows.
1) 다중 경로 오차1) multipath error
도심에서 다중경로에 의한 오차는 전파의 도달 각(AOA : Angle Of Arrival)이나 신호의 세기를 측정하여 측위하는 시스템에서는 가장 큰 오차 요인이 된다. 또한, 도달시간(TOA : Time Of Arrival)이나 도달시간차(TDOA : Time Difference Of Arrival) 방법을 쓰는 시간을 기반으로 하는 측위 시스템에서 다중경로는 정확한 TOA나 TDOA 측정값을 추정하는데 오차를 유발한다. 상호상관을 이용하여 측정값을 추정하는 전통적인 지연 추정기(delay estimator)는 다중 경로에 의해서 영향을 받는데, 특히 다중 경로 신호와 직접 도착한 신호의 차가 1칩(chip) 이내일 때 많은 영향을 받는다. 이와 같은 다중 경로에 의한 오차를 줄이기 위해 "root-MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)나 TLS-ESPRIT(Total Least Square - Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)"와 같은 초고분해능 기술을 사용하여 전통적인 지연 추정기에서 검출하지 못하는 다중 경로 성분을 검출한다.In the city center, the error caused by multipath is the biggest error factor in the system of measuring the angle of arrival (AOA) or the signal strength. In addition, multipaths in time-based positioning systems using Time of Arrival (TOA) or Time Difference Of Arrival (TDOA) methods cause errors in estimating accurate TOA or TDOA measurements. Traditional delay estimators, which use cross-correlation to estimate measurements, are affected by multipaths, especially when the difference between the multipath signal and the signal that arrives directly is within 1 chip. To reduce this multipath error, traditional delay estimators use very high resolution techniques such as "root-MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) or TLS-ESPRIT (Total Least Square-Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)". Detect multipath components not detected.
2) 수신능력(hearability) 문제2) hearability problems
N 차원상에서 TDOA를 이용하여 이동국의 위치를 추정하기 위해서는 적어도 N+1개의 서로 다른 위치의 기지국과 이동국 사이의 거리의 차 또는 시간 차가 필요하다. 즉, 2차원 평면상에서의 CDMA 이동통신망을 이용한 무선 측위는 이동국과 3개 이상의 서로 다른 위치의 기지국 사이의 시간차를 추정해야지 가능하다. 그러므로 다른 기지국과의 시간 지연의 차이의 추정 능력이 중요한 인자로 작용하게 되며, 이것을 수신능력(hearability)이라고 한다. CDMA 이동통신망은 간섭 제한적인 시스템이다. 따라서 CDMA 이동통신망은 가입자 용량을 극대화시키는 동시에 사용자에게 좋은 품질의 서비스를 제공하기 위하여 셀들을 격리해야 하므로 홈(home) 셀에 속한 이동국과 다른 셀과의 링크(link)는 더욱 어려워진다. 또한, 홈(home) 셀의 강한 기지국 송신신호는 다른 셀의 미약한 송신신호에 강한 간섭신호로 작용하여 수신능력(hearability)을 악화시켜 다른 기지국과의 시간 지연의 차의 추정 오차를 증가시킨다. 이를 해결하기 위하여, 홈(home) 셀 기지국의 송신신호를 순간적으로 정지시켜 다른 기지국의 수신능력(hearability)을 확보하는 IPDL(Idle Period Downlink)이나 단말기에서 수신한 홈(home) 셀 기지국 신호를 제거해서 수신능력(hearability)을 확보하는 간섭 제거 기술 등이 있다.In order to estimate the position of the mobile station using TDOA on the N dimension, a distance or time difference between the base station and the mobile station of at least N + 1 different positions is required. That is, wireless positioning using a CDMA mobile communication network on a two-dimensional plane is possible only by estimating the time difference between a mobile station and a base station at three or more different positions. Therefore, the ability of estimating the difference in time delay from other base stations acts as an important factor, which is called the hearing capability. CDMA mobile communication networks are interference limited systems. Therefore, the CDMA mobile communication network has to isolate the cells in order to maximize the subscriber capacity and provide good quality service to the user. Therefore, the link between the mobile station belonging to the home cell and other cells becomes more difficult. In addition, a strong base station transmission signal of a home cell acts as a strong interference signal to a weak transmission signal of another cell, thereby deteriorating a reception ability, thereby increasing an estimation error of a difference in time delay from another base station. In order to solve this problem, the transmission signal of the home cell base station is temporarily stopped to remove the idle period downlink (IPDL) or the home cell base station signal received from the terminal to secure the reception capability of another base station. Therefore, there is an interference cancellation technology that secures hearing capability.
3) 기지국 간의 시각 동기 오차3) time synchronization error between base stations
기지국 간의 시각 동기 오차는 바로 단말기의 위치 오차로 연결된다. GPS(Global Positioning System)는 위성들 간의 시각을 10-11 정도로 정확도를 유지하고 있으므로, GPS를 이용하여 기지국 간의 시각 동기를 유지하면 이에 의한 측위 오차 요인을 3cm이내로 낮게 할 수 있다.The time synchronization error between base stations is directly connected to the position error of the terminal. Since the GPS (Global Positioning System) maintains the accuracy of the time between satellites about 10 -11 , it is possible to lower the positioning error factor by less than 3cm by maintaining the time synchronization between the base stations using the GPS.
4) 비가시경로 오차4) Invisible path error
가시경로 신호 성분이 없이 수신된 신호는 반사되고 회절되어 가시경로 신호 성분이 통과한 직접 경로 길이보다 더욱 긴 경로를 거치게 된다. 이는 다중경로가 없는 환경에서 초고분해능 기술을 사용한다 하더라도 TOA와 TDOA를 이용한 무선 측위 시스템의 정확성을 크게 감소시킨다. GSM(Global System for Mobile Telecommunication) 시스템에서의 측정 결과에 따르면, 도심에서의 비가시선(NLOS : Non Line Of Site) 전파에 의한 통계적인 오차는 400~700m에 이른다. 전파 환경의 영향을 받는 CDMA 시스템도 위와 같은 결과에 예외일 수는 없다.A signal received without the visible path signal component is reflected and diffracted to follow a path that is longer than the direct path length through which the visible path signal component passes. This greatly reduces the accuracy of wireless positioning systems using TOA and TDOA, even with ultra-high resolution technology in a multipath-free environment. According to the measurement results in the Global System for Mobile Telecommunication (GSM) system, statistical errors due to non line of site (NLOS) propagation in the city range from 400 to 700 m. CDMA systems affected by the propagation environment are not an exception to this result.
그러나 이러한 NLOS 전파는 TOA나 TDOA 측정값에서 바이어스(bias) 성분을 갖게 되며, 측위 알고리즘만으로는 해결할 수 없는 문제이다. 즉, 기존의 측위 알고리즘들은 기지국과 단말기 사이에 가시경로 성분이 있는 경우에만 정확한 위치를 추정할 수 있으므로, 비가시경로의 측정값에 의한 단말기의 위치는 실제 위치로부터 멀리 벗어나 있다. 비가시경로 오차를 줄이기 위한 방법으로 비가시경로 신호 성분에 가중치를 줄여서 측위 알고리즘을 계산하는 것이 있다. 각각 의사거리 측정값에 가중치를 두어 최소 자승법으로 계산한다.However, such NLOS propagation has a bias component in TOA or TDOA measurements, which cannot be solved by the positioning algorithm alone. That is, the existing positioning algorithms can estimate the exact position only when there is a visible path component between the base station and the terminal, so that the position of the terminal by the measured value of the invisible path is far from the actual position. One way to reduce the invisible path error is to calculate the location algorithm by reducing the weight of the invisible path signal components. Each pseudo distance measurement is weighted to calculate the least squares method.
따라서 상기한 바와 같은 측위 오차 요인 중 가장 큰 오차 요인으로 작용하는 비가시경로 오차에 의한 측위 성능 저하 문제를 해결하기 위한 방안이 필수적으로 요구된다.Therefore, a method for solving the problem of deterioration of positioning performance due to invisible path error that acts as the largest error factor among the above-described positioning error factors is required.
일반적으로, 위치를 결정하는 기술은 다음의 망 기반, 단말기 기반, 전용망 기반, 기타 기술 등으로 분류할 수 있다.In general, the location determining technology may be classified into the following network-based, terminal-based, dedicated network-based, and other technologies.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 위치를 결정하는 기술에 대해 보다 상세히 설명한다.Techniques for determining location will be described in more detail to aid in the understanding of the present invention.
우선, 망 기반의 기술에 대해 살펴보면, 이는 이동통신망을 구성하는 기지국을 이용하여 위치를 결정하는 방법으로, 이에 필요한 매개변수로는 전파의 도달 각(AOA), 도달 시간(TOA), 도달 시간차(TDOA), 진폭, 위상, 신호세기 등에 의한 방법으로 분류할 수 있다. 이러한 매개변수에 대해 위치에 대한 계산을 망측에서 수행하는 경우를 망 기반의 기술이라 하며, 매개변수는 기지국에서 수신하는 경우와 단말기에서 수신하여 이를 망 측으로 전달하는 방법으로 분류할 수 있다.First of all, the network-based technology is a method of determining a location using a base station constituting a mobile communication network. The necessary parameters are the angle of arrival of radio waves (AOA), time of arrival (TOA) and time difference of arrival ( TDOA), amplitude, phase, signal strength, and the like. The calculation of the location of these parameters in the network side is called a network-based technology, and the parameters can be classified into a case of receiving at the base station and a method of receiving at the terminal and transferring them to the network side.
망 기반의 기술을 이용하는 경우, 별도의 장비없이 기존 단말기의 변경없이 위치를 결정할 수 있다.When using a network-based technology, the location can be determined without changing the existing terminal without additional equipment.
미국의 연방통신위원회(FCC)의 의무사항에는 "2001년 10월 1일"까지 무선 E911(Enhanced 911) 서비스에 대해 망 기반 기술은 반경 100m 이내의 오차로 위치 결정이 가능하도록 하고 있다. The Federal Communications Commission (FCC) mandate of the US states that by October 1, 2001, network-based technologies will be able to locate within a 100-meter radius for wireless E911 (Enhanced 911) services.
다음으로, 단말 기반의 기술에 대해 살펴보면, 이는 위치측정시스템(GPS : Global Positioning System) 기반의 기술이라고도 할 수 있다. 즉, 단말기에 내장한 GPS 모듈에 의해 수신한 GPS 위성의 신호 정보를 이용하여 자신의 위치를 결정하는 방법으로, GPS 모듈에 의해 자신의 위치를 결정하기만 하는 방법과 GPS 모듈을 내장한 단말기와 GPS 위성에 대한 정보를 갖고 있는 망측 장비와의 데이터 송수신을 통해 위치를 결정하는 방법 등이 있다.Next, referring to the terminal-based technology, it may be referred to as a technology based on the Global Positioning System (GPS). That is, a method of determining one's own location by using signal information of GPS satellites received by a GPS module built in a terminal, a method of determining one's own location by a GPS module, a terminal having a built-in GPS module, There is a method of determining the location by transmitting and receiving data with the network equipment that has information about the GPS satellites.
외장형 GPS를 이용하는 경우, GPS를 별도로 구매하여야 하므로 비용이 소요되고, 단말기 크기가 커져 휴대하기가 불편하게 된다.In the case of using an external GPS, since GPS must be purchased separately, cost is increased and the size of the terminal becomes large, making it difficult to carry.
한편, 전용망 기반의 기술에 대해 살펴보면, 이는 위치 확인을 위한 전용망을 이용하는 기술로, 일반적인 무선통신시스템과 다른 주파수를 사용한다. 예를 들면, 미국의 LMS(location and monitoring) 대역의 전용망을 이용하는 방식을 들 수 있으며, 위치 결정을 위해 별도의 신호를 사용한다. 이는 일종의 도로 표지(Signpost) 방식으로 지능형교통시스템(ITS : Intelligent Transport System)의 노변 기지국도 이 범주에 포함된다고 할 수 있다.On the other hand, when looking at the technology based on the dedicated network, which is a technology using a dedicated network for positioning, and uses a different frequency than the general wireless communication system. For example, a dedicated network in the US LMS (location and monitoring) band is used, and a separate signal is used for location determination. This is a kind of road sign, and roadside base stations of the Intelligent Transport System (ITS) are also included in this category.
전용망 기반의 기술은 위치 확인을 위해 별도의 망을 구축하여야 하므로 경제성이 부족한 것이 일반적이다. 반면에, 특정 응용을 위해 신호도 별도로 설계하여 일부 지역에 설치하는 경우, 높은 정확도를 얻을 수 있다.Dedicated network-based technology generally lacks economic feasibility because a separate network must be constructed for location verification. On the other hand, high accuracy can be achieved if the signal is also designed for a specific application and installed in some areas.
이상과 같은 방법 외에, 망 기반의 기술과 유사하게 망에서 단말기에서 송신한 신호를 수신하여 위치를 결정하는 기술로 무선카메라(RadioCamera) 기술이 있다.In addition to the above-described methods, there is a radio camera technology that determines a location by receiving a signal transmitted from a terminal in a network similar to the network-based technology.
무선카메라(RadioCamera) 기술은 특정 지역에 대해 미리 알고 있는 무선 신호 형태와 현재 사용자의 무선 신호 형태의 지문(Fingerprint)을 비교하여 위치를 알아내는 방식이다. 이 기술은 다중경로를 통해 수신되는 사용자 신호와 이미 구축되어 있는 무선신호 전파에 대한 데이터베이스를 이용하여 사용자 자신의 위치 요구와 관계없이 연속적으로 위치 측정이 가능하다.RadioCamera technology finds a location by comparing a fingerprint of a wireless signal form of the current user with a wireless signal form known in advance for a specific region. The technology uses a database of user signals received via multipath and radio signal propagation that is already established to enable continuous location measurements regardless of the user's own location requirements.
이외에, 특별한 위치 확인 기술을 사용하지는 않으나, 기지국 또는 기지국 영역내의 섹터의 식별자(ID : Identifier)에 의해 위치를 확인하는 방법이다. 즉, 디지털 셀룰라 이동통신시스템이나 PCS 시스템에서 서비스받고 있는 기지국 또는 기지국 영역내의 섹터 ID에 의해 자신의 위치를 확인할 수 있다. 그러나 셀룰라 이동통신시스템이나 PCS에서의 기지국 또는 기지국 영역내의 섹터 크기는 다양하므로 위치에 대한 정확도도 편차가 심하게 된다.In addition, although no special positioning technique is used, the positioning is performed by an identifier (ID) of a base station or a sector in the base station area. That is, it is possible to identify its own location by the sector ID in the base station or the base station area which is served by the digital cellular mobile communication system or the PCS system. However, since the size of a sector in a base station or a base station area in a cellular mobile communication system or a PCS varies, the accuracy of the position varies greatly.
또한, 망 기반과 단말기 기반 두 방식의 장점을 이용하는 하이브리드 방식이 최근 활발하게 연구되고 있다.In addition, hybrid schemes using the advantages of both network-based and terminal-based schemes have been actively studied in recent years.
이러한 기술들 중 본 발명은 일반적인 이동통신망에서 망 기반과 단말기 기반 두 방식이 결합된 방식에도 적용이 가능하나, 특히 단말기가 수신된 신호를 이용하여 직접 위치 계산을 하거나 수신된 신호를 망측으로 전달하여 계산하도록 하는 방식에 적합하다. 즉, CDMA 망의 임의의 위치에서 단말기가 자신의 위치 결정을 위해 필요한 순방향 파일롯 신호 3개 이상을 동시에 수신하였다고 가정할 때, 이 신호들은 비가시경로 전파에 의한 오차를 포함하고 있으므로 이때 발생하는 오차를 개선하기 위한 기술이다.Among these technologies, the present invention can be applied to a scheme in which both network-based and terminal-based schemes are combined in a general mobile communication network. In particular, the terminal can directly calculate the position using the received signal or transfer the received signal to the network side. Ideal for calculations. In other words, assuming that the terminal simultaneously receives three or more forward pilot signals necessary for its location determination at any position in the CDMA network, these signals include errors due to invisible path propagation. To improve the technology.
현재 이동통신망을 이용한 무선측위시스템의 비가시경로에 의한 오차 개선 알고리즘으로 몇 가지 방식이 제안되고 있다.At present, several methods have been proposed as error improvement algorithms by invisible path of wireless positioning system using mobile communication network.
첫 번째 방법은, 단말기와 가시경로/비가시경로에 있는 기지국을 구분하기 위해 수신 신호의 분산(variance)을 이용하는 방법이 있다. 즉, 비가시경로 전파를 포함하는 신호는 가시경로 전파에 의한 신호보다 큰 분산을 가지므로 분산에 의해 가시경로/비가시경로 신호를 구분한다. 비가시경로에 있는 기지국으로부터의 신호를 가시경로로부터 신호로 재구성하기 위해 칼만 필터 기술을 이용한다. 이 방법은 가시경로/비가시경로 기지국을 구분하기 위해 사전에 분산을 알아야 하며, 신호 재구성을 위해 계속적인 신호 수신이 필요하다는 문제점이 있다.The first method is to use the variance of the received signal to distinguish the base station from the terminal and the visible path / invisible path. That is, since the signal including the invisible path propagation has a larger dispersion than the signal due to the visible path propagation, the visible path / invisible path signal is divided by the dispersion. Kalman filter technology is used to reconstruct a signal from a base station in an invisible path from a visible path to a signal. This method needs to know the variance in advance in order to distinguish the visible path / invisible path base station, and there is a problem that continuous signal reception is required for signal reconstruction.
두 번째 방법은, 이동중인 단말기로부터 수신된 신호들을 가시경로 신호에 가깝게 재구성하는 방법이다. 이 방법은 단말기가 이동 중이어야 하며, 또한 잡음 및 비가시경로 신호에 대한 통계 특성을 사전에 알아야 한다.The second method is to reconstruct the signals received from the mobile terminal close to the visible path signal. This method requires the terminal to be mobile and also knows the statistical characteristics of the noise and invisible path signals in advance.
세 번째 방법은, 나머지(residual)에 가중치(weight)를 주는 방법이다. 기지국으로부터 수신되는 신호들에 대해 여러 개의 부집합(subset)을 만들어 추정값들을 만들고, 이 값들을 이용하여 나머지에 따라 서로 다른 가중치를 주어 평균값을 산출한다. 나머지가 비가시경로 기지국을 구분하는 파라미터 역할을 하고 가중치가 비가시경로에 의한 오차를 개선하는 역할을 한다. 이 방법은 기지국으로부터 수신되는 신호가 4~5개 이상인 경우에만 동작할 수 있다.The third method is to give weight to the rest. Estimates are made by making several subsets of signals received from the base station, and using these values, different weights are calculated according to the rest to calculate an average value. The rest serves as a parameter for distinguishing the invisible path base station, and the weight serves to improve the error due to the invisible path. This method can only operate when there are 4 to 5 or more signals received from the base station.
유사한 가중치 방법으로는 AOA를 이용하는 것으로, 추정을 하기 위해 여러 신호가 수신되어야 한다. 또 다른 방법으로 여러 개의 기지국 신호 중 한 개의 신호만 비가시경로로부터 수신된다고 가정하여 위치 추정을 하는 방법도 제시되고 이다.A similar weighting method uses AOA, which requires several signals to be estimated. As another method, a method of estimating the position assuming that only one signal among a plurality of base station signals is received from an invisible path is also proposed.
이외에도 다양한 방법이 비가시경로에 있는 기지국으로부터 수신되는 신호에 의한 측위 오차를 개선하기 위해 제안되고 있으나, 알고리즘이 동작하기 위한 가정이 실제적이지 못한 것이 대부분이라 할 수 있다. 즉, 수신능력(Hearability) 문제로 인해 실제 단말기에서 수신할 수 있는 신호의 수가 3개 이상을 넘기가 어려운 것이 현실이나 4~5개 이상의 신호가 수신되는 것을 가정하거나, 단말기가 이동중이라는 가정을 하여 정지 또는 보행자 속도로 이동중인 경우에는 알고리즘이 동작하기 어려운 문제점을 있다.In addition, various methods have been proposed to improve the positioning error due to the signal received from the base station in the invisible path, but it can be said that the assumption for the algorithm to operate is not practical. That is, it is difficult for the actual terminal to exceed three or more signals due to the problem of Hearability, or it is assumed that four to five or more signals are received, or that the terminal is moving. The algorithm is difficult to operate when moving at a stationary or pedestrian speed.
한편, 셀룰라, PCS 및 IMT-2000 등 CDMA 이동통신망에서 국내의 경우 국토가 좁고 가입자 수가 많아 셀의 크기가 대부분 피코, 마이크로 셀로 구성된다. 이 경우 무선 측위 시스템을 구현할 때 가입자와 측위를 위해 필요한 인접 3개의 기지국간에는 가시경로가 확보되지 않는 경우가 대부분이다. 이는 매크로셀 환경에서도 그러하다. 일반적으로, 무선 측위에 있어 위치 결정은 가시경로로부터 수신된 신호를 가정하여 이루어지는데, 무선 측위의 일반적인 환경에서 수신되어야 할 3개 이상의 신호 모두에서 가시경로를 확보하는 것은 매우 어려운 실정이다. 따라서 수신되는 신호에는 비가시경로 오차가 포함되어 있고 이로 인해 측위 오차가 발생한다.On the other hand, in the CDMA mobile communication networks such as cellular, PCS and IMT-2000, the domestic territory is narrow and the number of subscribers is large, and the cell size is mostly composed of pico and micro cells. In this case, when a wireless positioning system is implemented, a visible path is not secured between a subscriber and three adjacent base stations necessary for positioning. This is true even in a macrocell environment. In general, in the wireless positioning, positioning is performed by assuming a signal received from the visible path, and it is very difficult to secure the visible path in all three or more signals to be received in the general environment of the wireless positioning. Therefore, the received signal includes an invisible path error, which causes a positioning error.
따라서 현재의 기술 분야에서는 이와 같이 무선 측위에 있어 수신되는 신호에 언제나 포함되어 있는 것으로 가정할 수 있는 비가시경로에 의한 오차로 인해 발생하는 측위 오차를 개선하기 위한 방안이 필수적으로 요구된다.Therefore, in the current technical field, a method for improving the positioning error caused by the error due to the invisible path, which can be assumed to be always included in the received signal in the radio positioning, is essential.
본 발명은, 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 무선통신환경에서 단말기의 위치를 결정할 때 발생하는 전파의 비가시경로 전파로 인한 측위 오차를 개선하여 측위 정확도를 향상시키기 위한 무선 측위 시스템을 위한 비가시경로 오차 보정 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to meet the requirements as described above, and to improve the positioning accuracy by improving the positioning error due to the invisible path of the radio wave generated when determining the position of the terminal in a wireless communication environment An object of the present invention is to provide an invisible path error correction method for a system and a computer readable recording medium recording a program for realizing the method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선 측위 시스템에 적용되는 비가시경로 오차 보정 방법에 있어서, 비가시경로 전파로 인한 오차가 포함된 것으로 가정할 수 있는 각각의 수신 신호에 대해, 제한조건을 만들고 최적화 과정을 통해 가중치 값을 구하는 제 1 단계; 및 상기 구한 가중치 값을 바탕으로, 공지의 위치 결정 방법을 통해 비가시경로에 의한 오차를 개선하여, 단말기의 위치를 결정하는 제 2 단계를 포함한다.The present invention for achieving the above object, in the invisible path error correction method applied to the wireless positioning system, for each received signal that can be assumed to include the error due to the invisible path propagation, the constraint condition Creating and obtaining a weight value through an optimization process; And a second step of determining a position of the terminal by improving an error due to an invisible path through a known positioning method based on the obtained weight value.
또한, 본 발명은, 무선 측위 시스템에 적용되는 비가시경로 오차 보정 방법에 있어서, 비가시경로 전파로 인해 오차가 포함된 것으로 가정할 수 있는 수신 신호들에 대해, 2차 모멘트(moments)를 구하여 기존 산란 모델의 이론적인 값들과 비교하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 비교 결과에 따라, 가시경로 거리값과 산란 모델의 매개변수 값을 구하는 제 2 단계; 및 상기 구해진 값들을 바탕으로, 공지의 위치 결정 방법을 통해 비가시경로에 의한 오차를 개선하여, 단말기의 위치를 결정하는 제 3 단계를 포함한다.In addition, the present invention, in the invisible path error correction method applied to the wireless positioning system, by obtaining the second moment (moments) for the received signals that can be assumed to include the error due to the invisible path propagation A first step of comparing the theoretical values of the existing scattering model; A second step of obtaining a visible path distance value and a parameter value of a scattering model according to the comparison result of the first step; And a third step of determining a position of the terminal by improving an error due to an invisible path through a known positioning method based on the obtained values.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 무선 측위 시스템에, 비가시경로 전파로 인한 오차가 포함된 것으로 가정할 수 있는 각각의 수신 신호에 대해, 제한조건을 만들고 최적화 과정을 통해 가중치 값을 구하는 제 1 기능; 및 상기 구한 가중치 값을 바탕으로, 공지의 위치 결정 방법을 통해 비가시경로에 의한 오차를 개선하여, 단말기의 위치를 결정하는 제 2 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.In addition, the present invention provides a system for creating a constraint and obtaining a weight value through an optimization process for each received signal that can be assumed to include an error due to invisible path propagation in a wireless positioning system having a processor. 1 function; And a computer readable recording medium having recorded thereon a program for realizing a second function of determining a position of a terminal by correcting an error due to an invisible path through a known positioning method based on the obtained weight value. to provide.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 무선 측위 시스템에, 비가시경로 전파로 인해 오차가 포함된 것으로 가정할 수 있는 수신 신호들에 대해, 2차 모멘트(moments)를 구하여 기존 산란 모델의 이론적인 값들과 비교하는 제 1 기능; 상기 제 1 기능에서의 비교 결과에 따라, 가시경로 거리값과 산란 모델의 매개변수 값을 구하는 제 2 기능; 및 상기 구해진 값들을 바탕으로, 공지의 위치 결정 방법을 통해 비가시경로에 의한 오차를 개선하여, 단말기의 위치를 결정하는 제 3 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.In addition, the present invention, in the wireless positioning system having a processor, for the received signals that can be assumed to include an error due to the invisible path propagation, the second moment (moments) to obtain the theoretical of the existing scattering model A first function of comparing with values; A second function of obtaining a visible path distance value and a parameter value of a scattering model according to a comparison result in the first function; And a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for realizing a third function of determining a position of a terminal by improving an error due to an invisible path through a known positioning method based on the obtained values. do.
본 발명은 CDMA 이동통신망에서 무선 단말기의 위치를 결정하는 무선 측위 시스템의 구현에 필요한 측위 정확도 향상을 위한 기법으로서, 도심 전파환경에서 빈번히 일어나는 비가시경로 전파의 TOA 추정 오차에 의한 측위 성능 저하를 해결하기 위한 기술이다.The present invention is a technique for improving the positioning accuracy required for the implementation of a wireless positioning system for determining the position of a wireless terminal in a CDMA mobile communication network, and solves the positioning performance degradation caused by the TOA estimation error of the invisible path radio wave which occurs frequently in the urban radio environment. It is a technique for doing.
따라서 본 발명에서는 무선통신환경에서 단말기의 위치를 결정할 때 발생하는 전파의 비가시경로 전파로 인한 측위 오차를 개선하기 위한 무선 측위 시스템을 위한 비가시경로 오차 보정 방법으로, 일실시예로 CDMA 이동통신망에서 무선 단말기 위치 결정 시, 비가시경로 전파에 의한 측위 오차를 개선하여 측위 정확도를 향상시키는 방법을 제시하였으며, 다른 실시예로 산란 모델을 기초로 확률통계 이론의 모멘트를 이용하여 추론값과 측정값을 활용하는 MVMA를 이용하여 측위 정확도를 향상시키는 방법을 제시하였다.Accordingly, in the present invention, an invisible path error correction method for a wireless positioning system for improving a positioning error due to invisible path propagation of a radio wave generated when determining a location of a terminal in a wireless communication environment. In this paper, we propose a method to improve the positioning accuracy by improving the positioning error due to the invisible path propagation in the wireless terminal.In another embodiment, the inference value and the measured value using the moment of the probability statistics theory based on the scattering model We propose a method to improve the positioning accuracy using MVMA.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명이 적용되는 측위 서비스 시스템의 구성 예시도로서, 도면에서 "11"은 이동국(MS : Mobile Station), "12" 기지국(BTS : Base station Transceiver Subsystem), "13"은 제어국(BSC : Base Station Controller), "14"는 위치관련서비스(LCS : LoCation Service) 서버, 그리고 "15"는 지리정보체계(GIS : Geographic Information System) 데이터베이스(DB)를 각각 나타낸다.FIG. 1 is an exemplary configuration diagram of a positioning service system to which the present invention is applied. In the drawing, "11" is a mobile station (MS), "12" base station (BTS), and "13" is a control station. (BSC: Base Station Controller), "14" represents a Location Service (LCS) server, and "15" represents a Geographic Information System (GIS) database (DB), respectively.
CDMA 이동통신시스템 환경은 당해 분야에서 이미 주지된 기술에 지나지 아니하므로 여기에서는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the CDMA mobile communication system environment is only known in the art, detailed description thereof will be omitted here.
이동국(MS)(11)은 임의의 기지국(12)의 범위 내에 있고, 이동국(11)의 정보는 기지국(12)과 이를 제어하는 제어국(13)을 거쳐 CDMA망의 교환국(MSC)에 전송되며, 교환국으로부터 전송되는 정보는 제어국(13) 및 기지국(12)을 거쳐 이동국(11)으로 전송된다.The mobile station (MS) 11 is within the range of any
이동국(11)은 사용자가 소지하고 이동하면서 통신할 수 있는 단말기이다.The
기지국(BTS)(12)은 이동국(11)을 제어국(13)에 접속시키며, 디지털 채널 장치(DCU : Digital Channel Unit), 시간/주파수 제어 장치(TCU : Timing/Frequency Control Unit), 무선 주파수 장치(RFU : Radio Frequency Unit)로 이루어지며, 광역 측위 시스템(GPS : Global Positioning System)이 추가적으로 포함될 수 있다.The base station (BTS) 12 connects the
그리고 기지국(12)은 이동국(11)과 무선을 통해 통신하고, 제어국(13)과 유선으로 통신을 수행하는 유무선 변환 기능을 수행한다.The
제어국(BSC)(13)은 기지국(12)을 교환국에 접속시켜 기지국(12)간의 연결을 조정하며, 기지국(12)과 교환국(14)간의 통신을 위한 신호처리 기능을 한다.The control station (BSC) 13 connects the
그리고 교환국은 제어국(13)과 접속하여 이동국(11)의 통화설정 및 해제 기능 등을 수행하고, 호처리 및 부가서비스 관련 각종 기능을 수행한다.The exchange station connects with the
이제, 위치 확인 기술을 위한 각 구성요소들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.Now, look at the function of each component for the positioning technology as follows.
기지국(12)은 이동국(11)과 무선을 통해 통신하고, 제어국(13)과 유선으로 통신을 수행하는 유무선 변환 기능을 수행한다. 이때, 무선을 통해 이동국(11)으로부터 위치확인신호를 넘겨받아 유선을 통해 제어국(13)으로 전달하고, 확인된 위치에 따른 발신호의 과금 등급을 이동국(11)으로 전달한다.The
제어국(BSC)(13)은 기지국(12)을 CDMA 이동통신망에 접속시켜 기지국(12) 간의 연결을 조정하며, 기지국(12)과 CDMA 이동통신망 간의 통신을 위한 신호처리 기능을 한다. 이때, CDMA 이동통신망을 통해 위치결정을 위한 관련 정보를 위치관련 서비스 서버(14)로 전달한다.The control station (BSC) 13 connects the
위치관련 서비스 서버(14)는 제어국(13)의 위치확인 요청을 받아 GIS DB(15)를 검색하고, 검색된 결과를 CDMA 이동통신망을 통해 제어국(13)으로 전달한다.The
이동국(11)은 기지국(12)으로부터 전달받은 위치에 따른 과금 등급 데이터를 화면에 표시한다.The
이제, 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법에 대한 동작 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.Now, an operation process for an invisible path error correction method according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명은, 상기에서 언급한 문제점들을 개선하기 위하여 다음과 같은 특징을 가지며, 이동통신망에서 발생하는 비가시경로 전파에 의한 오차를 개선하는 알고리즘을 제안한다.The present invention has the following features to improve the above-mentioned problems, and proposes an algorithm for improving the error due to the invisible path propagation generated in the mobile communication network.
첫째, 기지국으로부터 수신되는 신호는 가시경로/비가시경로로부터 수신되는지 여부에 대한 사전 정보를 필요로 하지 않는다.First, the signal received from the base station does not require prior information as to whether it is received from the visible path / invisible path.
둘째, 비가시경로로부터 수신되는 신호에 대한 통계값들이 필요없다.Second, no statistics are needed for the signal received from the invisible path.
셋째, 연속적인 신호의 수신이 필요 없다.Third, there is no need for continuous signal reception.
넷째, 4~5개 이상의 신호가 수신되어야 할 필요가 없다(3개의 신호로 오차 개선을 할 수 있음).Fourth, no more than four or five signals need to be received (three signals can improve error).
일반적으로, i번째 기지국과 단말기 사이의 거리 식(range equation)은 다음의 [수학식 1]과 같다.
In general, the range equation between the i-th base station and the terminal is as shown in Equation 1 below.
상기 [수학식 1]의 거리 식에는 일반적으로 이동통신 채널의 특성으로 인한 비가시경로 전파에 의한 오차가 포함되어 있으며, 오차가 포함되어 있는 거리를 참 거리(true range) l
i 와의 관계로 표시하면 다음의 [수학식 2]와 같이 표시할 수 있다.
In general, the distance equation of Equation 1 includes an error due to the invisible path propagation due to the characteristics of the mobile communication channel, and displays the distance including the error in relation to the true range l i . If it can be expressed as shown in the following [Equation 2].
여기서, 비가시경로 전파에 대해 의 값을 갖는다. 상기 [수학식 2]를 상기 [수학식 1]에 대입하고 양 변을 제곱하면 하기의 [수학식 3]과 같다.Here, about invisible path propagation Has the value of. Substituting [Equation 2] into [Equation 1] and squared both sides is shown in [Equation 3].
수식 전개를 용이하게 하기 위해 변수들을 다음의 [수학식 4]와 같이 정의한다. Variables are defined as shown in [Equation 4] to facilitate the expression development.
본 발명은 값들을 구하여 기지국으로부터 수신된 신호를 가시경로 거리를 전파한 수식으로 나타낼 수 있도록 하여 위치를 추정하는 것이다. 이렇게 하여 비가시경로 전파에 의한 오차를 개선한 단말기 위치를 구할 수 있게 된다.The present invention By estimating the values, the position of the signal received from the base station can be represented by the equation of propagation of the visible path distance. In this way, it is possible to obtain the terminal position which has improved the error due to the invisible path propagation.
값들을 구하기 위해 필요한 파라미터 값들 간의 관계를 구하기 위해 도 2와 같은 일반적인 셀 배치에 상황을 고려하면, 참 거리(true range)와 비가시경로에 의한 거리의 관계를 알 수 있다. 도 2에서 로 표시할 수 있으므로, 이 식에서 양변을 제곱하고 삼각함수의 관계식(trigonometric relationship)들을 이용하면 하기의 [수학식 5]와 같다. Considering the situation in the general cell arrangement as shown in FIG. 2 to obtain the relationship between the parameter values necessary to obtain the values, it is possible to know the relationship between the true range and the distance due to the invisible path. In Figure 2 Since both sides are squared in this equation and trigonometric relationships of trigonometric functions are used, Equation 5 below.
도 2로부터 다음의 [수학식 6]을 구할 수 있고, 이 식들을 상기의 [수학식 5]에 대입하여 로 나누어 정규화하면 다음의 [수학식 7]을 구할 수 있다.From
상기의 [수학식 4]와 같이 를 정의하였으므로 상기의 [수학식 7]로부터 에 대한 제한 식을 다음의 [수학식 8]과 같이 구할 수 있다.As shown in [Equation 4] above Since it is defined above from [Equation 7] The limiting equation for can be obtained as in
여기서, 상기의 [수학식 8]을 행렬 형태로 쓰면 다음의 [수학식 9]와 같다.
Here, when
여기서, 이고,here, ego,
, 와 같이 나타낼 수 있다. , Can be expressed as:
를 구하기 위해 또 다른 제약조건(constraints)을 구하면 다음과 같다. To find another constraint (constraints) to obtain
도 3을 예로 들면, 비가시경로 오차는 언제나 양의 값을 가지므로, 측정된 거리는 참 거리보다 크고, 단말기의 위치는 각 원이 중복하여 만나는 지역에 나타나게 된다(U, V, W로 쌓여 있는 지역). 만일, BS2가 가시경로이고 수신되는 신호에 의한 거리가 참 거리라고 가정하면, BS1으로부터의 참 거리가 보다 작으면 BS1과 BS2로부터의 거리에 따른 원은 교차하지 않는다. 참 거리에 의한 원은 한 점에서 교차하여야 하므로 이러한 상황은 불가능하다. 따라서 BS1에서의 비가시경로 오차 는 보다 클 수 없다. 같은 방법으로 하면 는 보다 클 수 없다. 따라서 에 대한 상한(upper bound)은 다음의 [수학식 10]과 같다.For example, since the invisible path error always has a positive value, the measured distance is larger than the true distance, and the position of the terminal appears in an area where each circle overlaps (U, V, and W). area). If BS 2 is a visible path and the distance by the received signal is true, then the true distance from BS 1 If it is smaller, the circles along the distance from BS 1 and BS 2 do not intersect. This situation is not possible because the circle by the true distance must intersect at one point. Therefore, invisible path error in BS 1 Is Cannot be greater than In the same way Is Cannot be greater than therefore The upper bound on is given by Equation 10 below.
같은 방법으로 와 에 대한 상한을 구하면 다음의 [수학식 11]과 같다.In the same way Wow The upper limit for is given by
그런데, 이므로 이 된다. 따라서 이 가질 수 있는 최소값은 다음의 [수학식 12]와 같이 주어진다.By the way, Because of Becomes therefore The minimum value it can have is given by
도 3으로부터 이므로, 하기의 [수학식 13]과 같이 구할 수 있고 에 에 대해 동일하게 하한(lower bound)을 구하면 하기의 [수학식 14]와 같다.From FIG. 3 Therefore, it can be obtained as shown in
따라서 구하고자 하는 에 대한 하한은 다음의 [수학식 15]와 같이 나타낼 수 있다.So you want to save The lower limit for may be expressed as in
한편, 실제 단말기 위치 결정은 이러한 하한 등과 같은 제약조건 하에서의 최적화 문제라 볼 수 있다. 즉, 도 3에서 수신된 신호에 의한 단말기 위치 범위는 점 U, V, W내에 존재하게 되고, 최적화하여야 할 비용 함수(cost function)는 각 거리 원 교차로 이루어지는 점 U, V, W로 이루어지는 부분이다. 점 U, V, W의 좌표를 각각 라고 하면 최적화하여야 할 비용 함수는 하기의 [수학식 16]과 같이 표시할 수 있다.On the other hand, the actual terminal position determination can be seen as an optimization problem under such constraints. That is, the terminal position range based on the signal received in FIG. 3 exists within points U, V, and W, and a cost function to be optimized is a portion consisting of points U, V, and W formed at intersections of distances. . Coordinates of points U, V, and W, respectively. In this case, the cost function to be optimized may be expressed as in Equation 16 below.
참 거리(true range : 단말기 위치)를 구하기 위해 상기의 [수학식 4]를 상기의 [수학식 3]에 대입하여 다시 정리하면 다음의 [수학식 17]과 같다.
Substituting
상기의 [수학식 17]을 LLOP(Linear Line of Position) 알고리즘에 의해 정리하면, 와 같이 쓸 수 있고, 이를 행렬 형태로 다시 쓰면 다음의 [수학식 18]과 같다.[Equation 17] can be summarized by the LLOP (Linear Line of Position) algorithm, It can be written as
여기서, 와 같이 쓸 수 있다. 따라서 단말기 위치는 [수학식 19]를 통해 다음과 같이 구할 수 있다.here, Can be written as: Therefore, the location of the terminal can be obtained as follows through Equation 19.
상기의 [수학식 19]를 비용 함수인 상기의 [수학식 16]에 대입하여 의 함수로 쓰면 하기의 [수학식 20]과 같다.Substituting Equation 19 above into Equation 16 as a cost function When written as a function of [Equation 20].
여기서, here,
이고, 이다. 이 식을 행렬 형태로 다시 쓰면 하기의 [수학식 21]과 같다. ego, to be. If this equation is rewritten in matrix form, Equation 21 is used.
여기서, 과 같이 나타낼 수 있다. here, It can be expressed as
최종적으로 구하고자 하는 단말기 위치를 나타내는 최적화된 벡터를 위한 수식은 다음의 [수학식 22]와 같이 나타낼 수 있다.
The equation for the optimized vector representing the terminal position to be finally obtained can be expressed as Equation 22 below.
여기서, 이다. here, to be.
따라서 구하고자 하는 최적화된 벡터 는 상기의 [수학식 22]로 주어지는 제한조건 하에서 와 같이 구해진다. 구해진 벡터에서 를 상기의 [수학식 19]에 대입하여 단말기 위치를 구할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법에 대한 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 셀 반경이 5Km인 경우의 성능 비교 그래프로서, 가중치 알고리즘(Weighted Algorithm)이 본 발명에 따른 알고리즘에 의한 성능이고, 비가중치 알고리즘(Unweighted Algorithm)은 일반적인 경우의 성능으로, 상기 도 4에서는 LLOP 알고리즘을 사용한 것이다.Therefore, the optimized vector you want to find Under the constraints given by Equation 22 above Obtained as From the obtained vector The position of the terminal can be obtained by substituting [Equation 19] above. As described above, referring to simulation results of the method for compensating the invisible path error according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 4 compares the performance when the cell radius is 5 km in the invisible path error compensating method according to another embodiment of the present invention. As a graph, a weighted algorithm is performance by the algorithm according to the present invention, and an unweighted algorithm is performance in a general case, and the LLOP algorithm is used in FIG. 4.
그리고 도 5 및 도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 셀 반경이 2Km인 경우의 성능 비교 그래프로서, 상기 도 6의 경우가 비가시경로 오차가 상기 도 5보다 큰 경우를 나타낸 것이다. 따라서 비가시경로 오차가 클수록 제안한 가중치 알고리즘(Weighted Algorithm)의 오차 개선 성능이 우수함이 잘 나타나 있다.5 and 6 are graphs comparing performance when the cell radius is 2Km in the invisible path error correction method according to an exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 6, the invisible path error is larger than that in FIG. 5. The case is shown. Therefore, the larger the invisible path error, the better the error improvement performance of the proposed weighted algorithm.
또한, 도 7 및 도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 셀 반경이 1Km인 경우의 성능 비교 그래프로서, 상기 도 8의 경우가 비가시경로 오차가 상기 도 7보다 큰 경우를 나타낸 것이다. 따라서 비가시경로 오차가 클수록 제안한 가중치 알고리즘의 오차 개선 성능이 우수함이 잘 나타나 있다. 그러나 셀 반경이 작아짐에 따라 성능 개선 정도도 작아짐을 잘 알 수 있다.7 and 8 are graphs comparing performance when the cell radius is 1 Km in the invisible path error correction method according to an embodiment of the present invention. Large case is shown. Therefore, the larger the invisible path error, the better the error improvement performance of the proposed weighting algorithm. However, it can be seen that as the cell radius decreases, the degree of performance improvement also decreases.
한편, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 MVMA를 이용한 비가시경로 오차 보정 방법에 대한 동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.Meanwhile, an operation process for an invisible path error correction method using MVMA among the invisible path error correction methods according to another embodiment of the present invention will be described below.
본 발명은, 이동통신망에서 발생하는 비가시경로 전파에 의한 오차를 개선하기 위해 MVMA(Mean and Variance Matching Algorithm)를 이용한다. 이 기술은 일반적으로 사용되고 있는 산란 모델을 무선측위에 응용하여, 수신된 신호의 2차 모멘트인 평균 및 분산을 측정된 값으로부터의 평균 및 분산과 비교하여 이의 차가 0에 수렴하도록 한다. 이때 구해지는 가시경로 신호의 거리를 일반적인 위치결정 알고리즘에 적용하여 비가시경로 오차가 개선된 단말기의 위치를 결정한다.The present invention uses Mean and Variance Matching Algorithm (MVMA) to improve errors caused by invisible path propagation in a mobile communication network. This technique applies a commonly used scattering model to radiolocation so that the difference converges to zero by comparing the mean and variance, the second moment of the received signal, with the mean and variance from the measured values. At this time, the distance of the visible path signal obtained is applied to a general positioning algorithm to determine the position of the terminal having improved invisible path error.
본 알고리즘은 기존 알고리즘에 대해 다음과 같은 특징을 갖는다.This algorithm has the following features with respect to the existing algorithm.
첫째, 수신되는 신호가 측위를 위한 최소한의 신호인 3개인 경우에도 적용 가능하다.First, it is also applicable to the case where three received signals are the minimum signals for positioning.
둘째, 모든 단말기 상태(정지, 보행속도, 이동 등)에도 적용 가능하다.Second, it can be applied to all terminal states (stopping, walking speed, movement, etc.).
셋째, 단말기에서 기지국 방향(forward link) 및 기지국에서 단말기 방향(reverse link)으로의 측위 모두에 적용 가능하다.Third, it is applicable to both positioning from the base station in the forward link and the base station in the reverse link.
넷째, 비가시경로로부터 수신되는 신호에 대한 사전 통계 값이 없이도 적용 가능하다.Fourth, it can be applied even without prior statistical values for the signal received from the invisible path.
다섯째, 연속적인 신호의 수신 없이도 적용이 가능하다.Fifth, it can be applied without receiving continuous signal.
여섯째, 수신되는 신호의 가시경로/비가시경로 사전 정보 없이도 적용이 가능하다.Sixth, it is possible to apply without the visible path / invisible path prior information of the received signal.
따라서 본 발명에 따른 MVMA를 이용한 비가시경로 오차 보정 방법에 대한 동작 과정을 살펴보기로 한다.Therefore, the operation of the invisible path error correction method using the MVMA according to the present invention will be described.
1) 산란 모델1) Scattering Model
무선측위 알고리즘의 성능 검증 및 비교를 위해 표준화 기관에서 사용되는 일반적인 채널 모델은 산란 모델(Scattering Model)로, 대표적으로 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)의 CODIT(CDMA testbed) 모델을 예를 들 수 있다.A typical channel model used by a standardization institution for performance verification and comparison of radiolocation algorithms is a scattering model, for example, a CDMA testbed (CODIT) model of a universal mobile telecommunication system (UMTS).
산란체(scatterer)의 위치는 단말기 위치에 따라 달라지지만, 산란체의 위치를 나타내는 일반적인 모델들이 있다. 이 모델들은 원형 산란체(ROS : Ring Of Scatterers), 디스크형 산란체(DOS : Disk Of Scatterers) 및 가우시안 산란체(Gaussian Scattering) 모델이다. Although the position of the scatterer depends on the terminal location, there are general models representing the position of the scatterer. These models are the Ring Of Scatterers (ROS), Disk Of Scatterers (DOS) and Gaussian Scattering (DOS) models.
이 모델들은 단말기에서 수신된 (기지국으로부터의) 신호로부터 평균과 분산을 구하고, 이를 바탕으로 비가시경로 오차가 제거된 참 거리(true range) R
i 를 구해 최종적으로 단말기 위치를 계산하는데 활용될 수 있다. 일반적으로, i번째 기지국과 단말기 사이의 거리 식(range equation)은 다음의 [수학식 27]과 같이 나타낸다.
These models obtain the mean and variance from the signals received from the terminal (from the base station), and then use them to calculate the true range R i from which the invisible path error is eliminated and finally to calculate the terminal position. have. In general, the range equation between the i- th base station and the terminal is expressed as Equation 27 below.
상기의 [수학식 23]의 거리 식에는 일반적으로 이동통신 채널의 특성으로 인한 비가시경로 전파에 의한 오차가 포함되어 있으며, 오차가 포함되어 있는 거리l
i 를 참 거리와의 관계로 표시하면 다음의 [수학식 24]와 같이 나타낼 수 있다.
In general, the distance equation of Equation 23 includes an error due to propagation of the invisible path due to the characteristics of the mobile communication channel, and when the distance l i including the error is expressed as a relationship with the true distance, It can be expressed as in Equation 24 below.
여기서, 비가시경로 전파에 대해 의 값을 갖는다.Here, about invisible path propagation Has the value of.
가) 원형 산란체 모델(Ring of Scatterers Model)A) Ring of Scatterers Model
원형 산란체 모델에서 산란체들은 도 9와 같이 단말기를 중심으로 반경 r
DOS 인 원 상에 위치한다. 단말기에서 수신되는 신호의 도래각 θ에 대한 분포는 하기의 [수학식 25]와 같이 [0, 2] 범위에서 균일 분포(uniform distribution)를 갖는다.
In the circular scatterer model, the scatterers are located on a circle having a radius r DOS around the terminal as shown in FIG. 9. Distribution of the angle of arrival θ of the signal received at the terminal has a uniform distribution (uniform distribution) in the range [0, 2] as shown in Equation 25 below.
i번째 기지국과 단말기간의 참 거리(true range)를 Ri 라 하고, 실제 전파된 거리(수신된 신호에 의한 거리)를 li 라 하면, 비가시경로 전파에 의한 오차는 로 나타낼 수 있다. 도 9로부터 코사인(cosine) 법칙을 이용하여 θ와 수신된 거리간의 관계를 수식으로 나타내면 다음의 [수학식 26]과 같다. If the true range between the i th base station and the terminal is R i , and the actual propagated distance (the distance from the received signal) is l i , the error due to the invisible path propagation is It can be represented as. Using the cosine law from FIG. 9, the relationship between θ and the received distance is expressed by the following Equation (26).
상기의 [수학식 26]에 를 대입하여 θ를 비가시경로 오차 의 함수로 정리하면 하기의 [수학식 27]과 같다.In [Equation 26] above By substituting the error ratio in the θ pm When summarized as a function of [Equation 27].
측정된 거리의 확률밀도함수(PDF : Probability Density Function)는 하기의 [수학식 28]과 같이 나타낼 수 있으며, θ를 대입하여 정리하면 하기의 [수학식 29]와 같이 나타낼 수 있다.Probability Density Function (PDF: Probability Density Function) of the measured distance can be represented by Equation 28 below, and by substituting θ , the equation can be expressed by Equation 29 below.
같은 방법으로 비가시경로 성분 함수로 표시하면 하기의 [수학식 30]과 같다.
In the same manner, the invisible path component function is expressed by Equation 30 below.
나) 디스크형 산란체 모델(disk of Scatterers Model)B) disk of Scatterers Model
이 모델에서 산란체들은 도 10과 같이 단말기 위치를 중심으로 고정된 반지름이 R
d 인 원형 디스크위에 위치한다. 단말기로부터 산란체까지의 거리 r
DOS 는 [0, R
d ] 범위에서 균일하게 분포되어 있고 단말기로의 신호 도래각 θ는 [0, 2π] 범위에서 균일 분포를 갖는다. 도 10으로부터 하기의 [수학식 31]과 같이 나타낼 수 있다.
In this model, the scatterers are located on a circular disk with a fixed radius R d around the terminal position as shown in FIG. 10. The distance r DOS from the terminal to the scatterer is uniformly distributed in the range [0, R d ], and the signal arrival angle θ to the terminal has a uniform distribution in the range [0, 2π]. 10 can be expressed as in Equation 31 below.
이를 측정된 신호 li 의 함수로 나타내기 위해 (x,y)를 (li , φ)의 함수로 변환하면 결합 확률밀도함수(joint PDF)는 하기의 [수학식 32]와 같이 나타낼 수 있다.In order to represent this as a function of the measured signal l i , converting ( x, y ) to a function of ( l i , φ ), the joint probability density function (joint PDF) can be expressed as Equation 32 below. .
상기의 [수학식 32]로부터 구하고자 하는 확률밀도함수 p
DOS(l
i )를 구하기 위해 상기 [수학식 31]에서 자코비안(Jacobian)의 절대값(determinant)을 구하고 하기의 [수학식 33] 내지 [수학식 35]와 같이 대입하여 정리한 후, 하기의 [수학식 36]과 같이 φ에 대해 적분한다.
In order to calculate the probability density function p DOS ( l i ) to be obtained from Equation 32, the absolute value of Jacobian is calculated in Equation 31, and Equation 33 After substituting and arranging as shown in [Equation 35], and integrating with [ phi ] as shown in [Equation 36] below.
여기서, φ (1), φ (2)는 하기의 [수학식 37] 및 [수학식 38]과 같다.Here, φ (1) and φ (2) are the same as in the following Equations 37 and 38.
최종적으로 구하고자 하는 p DOS(li )는 하기의 [수학식 39]와 같이 나타낼 수 있다.Finally, p DOS ( l i ) to be obtained may be expressed as in Equation 39 below.
여기서, 이고, here, ego,
이다. to be.
다) 가우시안 산란체 모델(Gaussian Scattering Model)C) Gaussian Scattering Model
가우시안 산란체 모델에서는 원형 산란체나 디스크형 산란체 모델에서 산란 환경이 원이나 디스크의 반지름에 의해 결정되는 것과 달리 가우시안 분포의 표준 편차(standard deviation) 에 의해 결정된다.In the Gaussian scatterer model, the standard deviation of the Gaussian distribution is different from the circular or disc-shaped scatterer model, whereas the scattering environment is determined by the radius of the circle or disk. Determined by
도 11은 가우시안 산란체 모델을 설명한다. 최종적으로 l
i 에 대한 PDF를 구하기 위해, 도 11에서 산란체 위치의 PDF를 표시하면 하기의 [수학식 40]과 같다.
11 illustrates a Gaussian scatterer model. Finally, in order to obtain a PDF for l i , when the PDF of the scatterer position is displayed in FIG. 11, Equation 40 is as follows.
여기서, 이다. 가우시안 산란체 모델의 PDF를 x, y의 함수가 아닌 rgaus s, θ의 함수로 나타내기 위해 자코비안 J를 이용하여 나타내면 하기의 [수학식 41]과 같다. here, to be. In order to express the PDF of the Gaussian scatterer model as a function of r gaus s and θ , not as a function of x and y, it is represented by Equation 41 below.
자코비안 J를 상기의 [수학식 41]에 대입하여 정리하면 r
gaus
s와 θ
의 결합 PDF는 하기의 [수학식 42]와 같다.
Substituting Jacobian J into the above Equation 41, the combined PDF of r gaus s and θ is represented by
상기의 [수학식 42]로부터 P
gauss
(l
i
)을 구하기 위해 pgauss를 l
i 와 다른 변수의 함수로 나타낸다. 도 11에서 코사인(cosine) 법칙에 의해, (l
i
-r
gauss
)
2 는 하기의 [수학식 43]과 같고, r
gauss 는 하기의 [수학식 44]와 같이 정리할 수 있다.
To obtain P gauss (l i ) from
li 와 θ의 결합 PDF는 하기의 [수학식 45]로 나타낼 수 있으므로, 이를 구하면 하기의 [수학식 46]과 같다. Since the combined PDF of l i and θ can be represented by Equation 45 below, this is given by Equation 46 below.
l i 의 최저의(marginal) PDF는 상기의 [수학식 46]을 θ에 대해 적분하여 구하나 닫혀진 형태(closed-form)의 해가 존재하지 않으므로, 하기의 [수학식 47]과 같이 θ에 대해 하기의 [수학식 47]과 같은 수치해석적 합(numerical summation)을 구한다.
lowest (marginal) PDF of l i is for θ, such as do not harm the guhana closed form (closed-form) by integrating the equation 46] of the above for θ is present, [Equation 47] below The numerical summation is calculated as shown in Equation 47 below.
2) MVMA(Mean and Variance Matching Algorithm)2) Mean and Variance Matching Algorithm (MVMA)
본 발명은 기지국으로부터 단말기로의 방향(순방향 : forward link)과 단말기로부터 기지국으로의 방향(역방향 : reverse link)으로의 측위 모두에 적용 가능하나, 본 설명에서는 편의상 기지국으로부터 단말기로 송신되는 신호에 대한 측위 즉 단말기에서 수신되는 신호에 대해서만 설명하기로 한다.The present invention can be applied to both the direction from the base station to the terminal (forward link) and the positioning from the terminal to the base station (reverse link: reverse link), but in the present description, for a signal transmitted from the base station to the terminal for convenience. Only the signal received from the positioning, i.e., the terminal, will be described.
본 발명의 실제 적용 예는 도 12a 및 도 12b와 같다.Actual application examples of the present invention are shown in Figure 12a and 12b.
도 12a에서 기지국 BSj로부터 송신된 신호가 다중경로 전파전파를 통해 단말기에 수신되는 i번째 TOA(Time of Arrival)를 l ji 로 나타내었으며, 이때 원의 반경은 r RO S로 나타내었다. 도 12b에서도 l ji 는 기지국 BSj로부터 송신된 신호가 다중경로 전파전파를 통해 단말기에 수신되는 i번째 TOA를 나타내며, 이 때 R d 는 산란체 디스크의 반경을 나타낸다. 도 12a 및 도 12b에서 TOA의 분포 형태는 각 모델에서 점선으로 TOA 프로파일에 나타내었다. 도 12a 및 도 12b에서 산란체 모델의 확률 분포 는 TOA에 대한 것이며, 수신 신호의 세기 또는 진폭에 대한 것과는 관련되지 않는다. 가우시안 산란체 모델에 대한 것도 도 12a 및 도 12b와 유사하게 구할 수 있다. In FIG. 12a, the i th time of arrival (TOA) received by the terminal through the multipath propagation signal transmitted from the base station BS j is represented by l ji, and the radius of the circle is represented by r RO S. In FIG. 12B, l ji denotes the i th TOA in which the signal transmitted from the base station BS j is received by the terminal through multipath propagation, and R d denotes the radius of the scatterer disk. 12A and 12B, the distribution form of TOA is shown in the TOA profile as a dotted line in each model. The probability distribution of the scatterer model in FIGS. 12A and 12B is for the TOA and is not related to the strength or amplitude of the received signal. A Gaussian scatterer model can also be obtained similarly to FIGS. 12A and 12B.
앞 절에서 구한 산란체 모델에 대한 PDF를 바탕으로 구하고자 하는 기지국과 단말기 간의 참(또는 가시경로) 거리 Ri 와 산란체의 반경을 구하기로 한다. 산란체의 반경을 간단히 표시하기 위해 이를 r로 나타내기로 하며, 하기의 [수학식 48]과 같다.Based on the PDF of the scatterer model obtained in the previous section, the true (or visible path) distance R i between the base station and the terminal to be calculated and the radius of the scatterer are determined. In order to simply indicate the radius of the scatterer, it is represented by r, and is represented by Equation 48 below.
MVMA에서 2차 모멘트(moments)에 대한 표현은 측정된 TOA 값들로부터 계산된 모멘트들과 동일하여야 하므로, 이를 바탕으로 구하고자 하는 R i 와 r을 구하게 된다. Since the representation of the second moments in MVMA should be the same as the moments calculated from the measured TOA values, R i and r are calculated based on this.
도 12a 및 도 12b로부터 기지국으로부터 수신된 비가시경로 전파에 의한 오차가 포함된 신호의 평균(mean)은 하기의 [수학식 49]와 같고, 측정된 분산(variance)은 하기의 [수학식 50]과 같으며, 확률 통계이론으로부터 평균은 하기의 [수학식 51]과 같고, 분산은 하기의 [수학식 52]와 같다.
The mean of a signal including an error due to the invisible path propagation received from the base station from FIGS. 12A and 12B is represented by Equation 49 below, and the measured variance is represented by
그런데, 원형 산란체 모델은 두 값에 대해 "closed-form" 해를 구할 수 있으나, 디스크형 산란체 모델과 가우시안 모델은 "closed-form" 해를 구할 수 없다. 따라서 "closed-form" 해를 구할 수 없는 모델은 다른 수학적 기법을 이용하여 해를 구하게 된다.However, the circular scatterer model can obtain a "closed-form" solution for both values, but the disk-shaped scatterer model and the Gaussian model cannot obtain the "closed-form" solution. Thus, a model that cannot obtain a "closed-form" solution may be solved using other mathematical techniques.
이와 같이, MVMA를 통해 Ri 와 r을 구한 후, 이를 LLOP(Linear Line of Position)나 최소 제곱(least square), 테일러 급수(Taylor series) 방법 등을 통해 단말기 위치를 구하게 된다.As described above, after R i and r are obtained through MVMA, the terminal location is obtained through a linear line of position (LLOP), least square, Taylor series, and the like.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 ROS 알고리즘에 대한 성능 비교 그래프로서, 모든 산란체 수의 경우에 대해 MVMA 알고리즘의 성능이 우수함을 나타내었고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 DOS 알고리즘에 대한 성능 비교 그래프로서, 산란체 반경이 약 200m보다 큰 경우 모든 산란체 수의 경우에 대해 MVMA 알고리즘의 성능이 우수함을 나타내었으며, 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가시경로 오차 보정 방법 중 가우시안(Gaussian) 알고리즘에 대한 성능 비교 그래프로서, 가우시안 환경에 적용된 MVMA 알고리즘의 성능이 우수함을 나타내었다.FIG. 13 is a performance comparison graph of the ROS algorithm among the invisible path error correction methods according to another embodiment of the present invention, and shows that the performance of the MVMA algorithm is excellent for all scatterer numbers, and FIG. 14 is the present invention. As a graph comparing the performance of the DOS algorithm among the invisible path error correction methods according to another embodiment of the present invention, when the scatterer radius is larger than about 200 m, the performance of the MVMA algorithm is excellent for all the scatterer numbers. 15 is a performance comparison graph for a Gaussian algorithm among the invisible path error correction methods according to another embodiment of the present invention, and shows that the performance of the MVMA algorithm applied to the Gaussian environment is excellent.
가)원형 산란체 모델에 대한 MVMA(MVMA for the ROS Model)A) MVMA for the ROS Model
상기의 [수학식 51]을 원형 산란체 모델에 적용하면, 하기의 [수학식 53]과 같고, 이를 부분 적분(integration by parts)하고 하기의 [수학식 54]를 이용하여 전개하면, 하기의 [수학식 55]와 같이 추정된 평균 값을 구할 수 있다.When the above Equation 51 is applied to the circular scatterer model, it is the same as Equation 53 below, which is integrated by parts and developed using Equation 54 below. The estimated average value can be obtained as shown in Equation 55.
같은 방법으로 분산을 구하면 하기의 [수학식 56]과 같다.
When the variance is obtained in the same manner, Equation 56 is used.
여기서, Ri 와 rDOS 를 구하기 위해 상기의 [수학식 55]와 [수학식 56]의 평균과 분산을 측정된 TOA 프로파일로부터의 평균과 분산과 같도록 하여야 한다. 그러나 이 식들은 비선형 방정식이므로, 직접 해를 구하는 것은 쉽지 않다. 따라서 평균과 분산에 있어 계산된 값과 측정된 값의 차를 이용하도록 한다. 즉, 과 에 대해 스티페스트 디센트(steepest descent) 방법과 같은 기울기(gradient) 알고리즘을 이용하여 Ri 와 rDOS 를 구한다. 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 57]과 같다.Here, in order to obtain R i and r DOS , the mean and the variance of Equations 55 and 56 must be equal to the mean and the variance from the measured TOA profile. However, since these equations are nonlinear equations, direct solutions are not easy. Therefore, we use the difference between the calculated and measured values in the mean and variance. In other words, and R i and r DOS are calculated using a gradient algorithm such as the steepest descent method. This is represented by the following formula (57).
여기서, β는 알고리즘을 수렴하게 하기 위해 조절하는 스텝 크기(step-size)이다.Where β is the step-size to adjust to converge the algorithm.
스티페스트 디센트(Steepest descent) 알고리즘은 Ri 와 rDOS 에 대한 해에 수렴할 때까지 계속 수행된다. R1 , R2 , R3 를 구하면 LLOP, 최소 제곱(east square) 등의 방법에 의한 단말기의 위치를 구할 수 있다.The steepest descent algorithm continues to run until it converges to the solutions for R i and r DOS . When R 1 , R 2 , and R 3 are obtained, the position of the terminal can be obtained by a method such as LLOP and least squares.
나) 디스크형 산란체 모델에 대한 MVMA(MVMA for the DOS Model)B) MVMA for the DOS Model
상기의 [수학식 39]의 N(li)와 D(li)로부터 디스크형 산란체 모델의 PDF는 lj , Rj 와 Rd 의 함수이다. 따라서 측정된 TOA의 평균과 분산은 Rj 와 Rd 의 함수이다. Rj 와 Rd 를 구하기 위해 MVMA를 이용하는데 있어, 평균과 분산에 대한 "closed-form" 식을 구할 수 없으므로 하기의 [수학식 58] 및 [수학식 59]와 같이 lj 를 작은 구간으로 나누어 적분하여 구한다.PDF of the disk-shaped scatterer model from N (l i ) and D (l i ) in Equation 39 is a function of l j , R j, and R d . Therefore, the average and the variance of the measured TOA are a function of R j and R d . In using MVMA to find R j and R d , the "closed-form" equation for mean and variance cannot be obtained, so l j is divided into smaller intervals as shown in Equations 58 and 59 below. Integrate to find.
여기서, Δn은 l j 를 나눈 작은 구간을 의미하며, 라이만(Riemann) 합을 위해 사용되는 구간이 된다.Here, Δ n means a small interval obtained by dividing l j and is a interval used for the Rimann sum.
Rj 와 Rd 는 상기의 [수학식 58] 및 [수학식 59]와 측정된 값으로부터의 평균과 분산을 같게 놓아 구하게 된다. 즉, Rj 와 Rd 는 측정된 값의 평균과 분산 μ DOS,j 와 σ DOS,j 를 상기의 [수학식 58] 및 [수학식 59]의 차에 의해 하기의 [수학식 60]과 같이 구할 수 있다. R j and R d are obtained by equalizing the average and the variance from the measured values with Equations 58 and 59 above. In other words, R j and R d is the average of the measured values and the variance μ DOS, j and σ DOS, j by the difference between the equation (58) and [Equation 59] You can get it together.
그러나 상기의 [수학식 60]에 대한 "closed-form" 표현이 존재하지 않으므로 해를 구하기 위해 Rj 와 Rd 에서 최소값을 갖는 오차 평면(error surface)을 구성한다. 오차 평면은 하기의 [수학식 61]과 같이 구성된다.However, since the "closed-form" expression for Equation 60 does not exist, an error surface having minimum values in R j and R d is formed to solve the solution. The error plane is configured as in Equation 61 below.
상기의 [수학식 61]에서 오차 평면의 최소값(minimum)은 각 항이 0일 때, 즉 일 때 구할 수 있다.In Equation 61, the minimum value of the error plane is that when each term is 0, that is, Can be obtained when
오차 평면에서 분산을 사용하지 않고 표준 편차를 사용하는 이유는 분산이 평균보다 크기가 커서 전체적인 최소화 과정(minimization process)을 주도할(dominate) 수 있기 때문이다.The reason for using the standard deviation instead of the variance in the error plane is that the variance is larger than the mean, which can dominate the overall minimization process.
그런데, 평균과 분산에 대해 해를 수치해석적으로(numerically) 구하여야 하므로, 마찬가지로 오차 평면도 수치해석적으로 구하여야 한다. 이 경우 최소값을 구하기 위해 심플렉스(simplex) 방법인 네들러 미드(Nedler-Mead) 알고리즘을 사용 할 수 있다. 이러한 최소값을 구할 수 있는 알고리즘을 통해 R i 를 구한 후, 이를 LLOP, 최소 제곱(least square) 등 일반적인 위치결정 알고리즘에 적용하여 단말기의 위치를 결정할 수 있다.However, since the solution must be obtained numerically for the mean and the variance, the error plan must be obtained numerically as well. In this case, the Nedler-Mead algorithm, which is a simplex method, can be used to find the minimum value. After obtaining R i through an algorithm that can obtain the minimum value, the location of the terminal can be determined by applying it to general positioning algorithms such as LLOP and least square.
다) 가우시안 모델에 대한 MVMA(MVMA for the Gaussian Model)C) MVMA for the Gaussian Model
MVMA를 가우시안 모델에 적용할 때 Pgauss(li)에 대한 PDF는 상기의 [수학식 47]로 주어진다. 측정된 신호에 대해 평균과 분산을 구하기 위해 적분을 수행하면 하기의 [수학식 62] 및 [수학식 63]과 같다.When MVMA is applied to a Gaussian model, the PDF for P gauss (l i ) is given by Equation 47 above. When the integration is performed to find the average and the variance of the measured signal, Equations 62 and 63 are used.
여기서, Δn은 "Riemann" 합의 스텝 크기를 나타내며, 적분의 최대값(maximum limit)은 이론적으로 셀 반경보다 큰 값을 가질 수 있으나, 논리적이고 실제적인 측면을 고려하여 편의상 2Rj 로 하였다. 상기의 [수학식 47]을 상기의 [수학식 62] 및 [수학식 63]에 대입하여 풀면 그 결과는 하기의 [수학식 64] 및 [수학식 65]와 같다.Here, Δ n represents the step size of the “Riemann” summation, and the maximum limit of the integral may theoretically have a value larger than the cell radius, but is set to 2 R j for convenience in consideration of logical and practical aspects. Solving the above [Equation 47] by substituting the above [Equation 62] and [Equation 63], the result is the same as [Equation 64] and [Equation 65].
가우시안 모델에 대한 MVMA에서도 디스크형 산란체 모델에 대한 MVMA와 같이 상기 [수학식 64] 및 [수학식 65]를 측정된 신호의 평균 및 분산과 비교(match)하여 Rj 와 σ g 를 구한다. 이 경우에도 "closed-form" 해가 존재하지 않으므로 수치해석적으로 해를 구하며, 디스크형 산란체 모델에 MVMA에서와 같이 오차 평면을 형성하여 구한다. 네들러 미드(Nedler-Mead) 알고리즘이 적용될 수 있으며, Rj 와 σ g 를 구한 후 LLOP, 최소 제곱(least square) 등의 방법에 의해 단말기의 위치를 결정할 수 있다.In the MVMA for the Gaussian model, the equations (64) and (65) are matched with the mean and the variance of the measured signals, as in the MVMA for the disc-shaped scatterer model, to obtain R j and σ g . Even in this case, since the "closed-form" solution does not exist, the solution is solved numerically, and the error plane is formed in the disk scatterer model as in the MVMA. The Nedler-Mead algorithm may be applied, and the position of the terminal may be determined by a method such as LLOP and least square after obtaining R j and σ g .
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.The method of the present invention as described above may be implemented as a program and stored in a computer-readable recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.).
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기한 바와 같은 본 발명은, 셀룰라, PCS 및 IMT-2000 등 CDMA 방식을 포함하는 이동통신망에서 무선 측위 시스템을 구현할 때, 가장 큰 측위 오차로 작용하던 도심과 같은 복잡한 전파환경에서 자주 일어나는 비가시경로 오차를 해결하여 정확도를 향상시킴으로써, 정밀한 해상도를 요구하는 측위 서비스를 가능하게 하고, 측위 서비스 가능 영역을 확대하여 현재 유선전화를 통해 받고 있는 위치 관련 서비스와 같은 수준의 서비스를 이동 중에도 받을 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention implements a wireless positioning system in a mobile communication network including a CDMA scheme such as cellular, PCS, and IMT-2000. By improving the accuracy by resolving errors, it enables positioning services requiring precise resolution, and expands the coverage service area so that users can receive the same level of service as they are currently receiving through landline while on the go. It works.
따라서 본 발명은 이러한 환경에서 무선 단말기의 위치를 확인하여 다양한 서비스를 제공함에 있어, 수신 신호에 포함된 비가시경로 전파전파에 의한 무선측위 오차를 개선하여 정확도 높은 서비스 제공이 가능하다. 즉, 사용자 측면에서는 낮선 지역에서의 여행 정보 안내, 차량 추적, 위치정보 서비스, 위치기반 광고 등 다양한 위치 관련 서비스를 제공받음에 있어, 단말기 위치를 정확히 알 수 있으므로 실제 단말기 위치로부터 원하는 거리 이내의 정보만을 정확히 사용자에게 주고 받을 수 있으므로 서비스 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention can provide a variety of services by identifying the location of the wireless terminal in such an environment, it is possible to provide a high-accuracy service by improving the radio positioning error due to the invisible path radio waves included in the received signal. That is, from the user's point of view, various location-related services, such as travel information guidance, vehicle tracking, location information service, location-based advertising, etc. in a low-level area, can be accurately known to the terminal location, so that information within a desired distance from the actual terminal location can be obtained. Since only the user can correctly send and receive, there is an effect of improving the quality of service.
또한, 본 발명은, 새로 도입될 IMT-2000 시스템에서도 비가시경로에 의한 오차를 개선함으로써 LCS(location service) 또는 LBS(location based service)의 정확도를 향상시켜 다양한 서비스의 제공이 가능하게 하고, 이외에도 단말기 위치의 정확도가 증가함에 따라 시스템 및 망 측면에서는 필요한 정보만을 주고받을 수 있는 것이 가능하게 되어 무선 측위 서비스를 위한 과도한 시스템 설치와 불필요한 무선 자원의 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention improves the accuracy of the location service (LCS) or location based service (LCS) by improving the error due to the invisible path in the newly introduced IMT-2000 system, and provides various services. As the accuracy of the terminal location increases, only necessary information can be transmitted and received in terms of systems and networks, thereby preventing excessive system installation and unnecessary waste of radio resources for radio location services.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020010082955A KR100831556B1 (en) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | Method of correction NOLS error for wireless positioning system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020010082955A KR100831556B1 (en) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | Method of correction NOLS error for wireless positioning system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20030052838A KR20030052838A (en) | 2003-06-27 |
KR100831556B1 true KR100831556B1 (en) | 2008-05-21 |
Family
ID=29577580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020010082955A KR100831556B1 (en) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | Method of correction NOLS error for wireless positioning system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100831556B1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100541342B1 (en) * | 2002-10-15 | 2006-01-10 | 주식회사 엠에스피테크놀로지 | Method of getting position tracking chip delay of mobile stations |
US8971913B2 (en) | 2003-06-27 | 2015-03-03 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for wireless network hybrid positioning |
US8483717B2 (en) | 2003-06-27 | 2013-07-09 | Qualcomm Incorporated | Local area network assisted positioning |
US7319878B2 (en) | 2004-06-18 | 2008-01-15 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for determining location of a base station using a plurality of mobile stations in a wireless mobile network |
US7257413B2 (en) | 2005-08-24 | 2007-08-14 | Qualcomm Incorporated | Dynamic location almanac for wireless base stations |
RU2390791C2 (en) | 2005-11-07 | 2010-05-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Positioning for wlan and other wireless networks |
KR100780217B1 (en) * | 2006-07-18 | 2007-11-27 | 삼성전기주식회사 | Location detecting method |
US9226257B2 (en) | 2006-11-04 | 2015-12-29 | Qualcomm Incorporated | Positioning for WLANs and other wireless networks |
US11336361B2 (en) | 2019-10-24 | 2022-05-17 | Sony Group Corporation | Millimeter-wave non-line of sight analysis |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5974329A (en) * | 1997-09-29 | 1999-10-26 | Rutgers University | Method and system for mobile location estimation |
KR20000048709A (en) * | 1996-09-27 | 2000-07-25 | 루트거스 유니버시티 | Method and system for mobile location estimation |
KR20000051546A (en) * | 1999-01-23 | 2000-08-16 | 윤종용 | Method for tracking a location of mobile telephone in mobile telecommunication network |
KR20010064743A (en) * | 1999-12-18 | 2001-07-11 | 이계철 | Method for locating position in wireless communication system |
US6266014B1 (en) * | 1998-10-09 | 2001-07-24 | Cell-Loc Inc. | Methods and apparatus to position a mobile receiver using downlink signals part IV |
US6282426B1 (en) * | 1999-06-08 | 2001-08-28 | Nokia Mobile Phones Limited | Method, and associated apparatus, for determining geographic positioning of a wireless communication station operable in a non-ideal propagation environment |
-
2001
- 2001-12-21 KR KR1020010082955A patent/KR100831556B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000048709A (en) * | 1996-09-27 | 2000-07-25 | 루트거스 유니버시티 | Method and system for mobile location estimation |
US5974329A (en) * | 1997-09-29 | 1999-10-26 | Rutgers University | Method and system for mobile location estimation |
US6266014B1 (en) * | 1998-10-09 | 2001-07-24 | Cell-Loc Inc. | Methods and apparatus to position a mobile receiver using downlink signals part IV |
KR20000051546A (en) * | 1999-01-23 | 2000-08-16 | 윤종용 | Method for tracking a location of mobile telephone in mobile telecommunication network |
US6282426B1 (en) * | 1999-06-08 | 2001-08-28 | Nokia Mobile Phones Limited | Method, and associated apparatus, for determining geographic positioning of a wireless communication station operable in a non-ideal propagation environment |
KR20010064743A (en) * | 1999-12-18 | 2001-07-11 | 이계철 | Method for locating position in wireless communication system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20030052838A (en) | 2003-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7065368B2 (en) | Method for correcting NLOS error in wireless positioning system | |
Caffery | Wireless location in CDMA cellular radio systems | |
US9594149B2 (en) | Fingerprinting with radio channel related information | |
EP2119284B1 (en) | Method and arrangement for enhanced cell identification and cell positioning | |
Deng et al. | An AOA assisted TOA positioning system | |
Kos et al. | Mobile user positioning in GSM/UMTS cellular networks | |
KR20000062548A (en) | Method for combining multiple measurements to determine the position of a mobile transceiver | |
MXPA05001519A (en) | Area based position determination for terminals in a wireless network. | |
EP1285552A1 (en) | Method to calculate true round trip propagation delay and user equipment location in wcdma/utran | |
AU2001237678A1 (en) | Method to calculate true round trip propagation delay and user equipment location in WCDMA/UTRAN | |
JP2005509136A (en) | Mobile station location estimation method and apparatus | |
US7231216B2 (en) | Mobile positioning using intergrated ad-hoc network | |
KR100831556B1 (en) | Method of correction NOLS error for wireless positioning system | |
KR20140086321A (en) | Method and apparatus for tracking position using ad hoc network and mobile telecommunication system for the same | |
KR100622218B1 (en) | Apparatus and method for location determination by single cell in mobile communication system | |
EP1137305A1 (en) | Method and system for locating mobile stations in a mobile communication network | |
CA2377996C (en) | Location of a mobile station in a telecommunication system | |
Kbar et al. | Mobile station location based on hybrid of signal strength and time of arrival | |
KR100775284B1 (en) | Method of correction NOLS error for wireless positioning system | |
Khalel | Position location techniques in wireless communication systems | |
KR100625431B1 (en) | Apparatus and method for position location in wireless communication network | |
Juurakko et al. | Database correlation method with error correction for emergency location | |
Ismail et al. | Connected users localization in LTE networks | |
KR20010064885A (en) | Wireless location service using TDOA method | |
Jonsson et al. | Estimated accuracy of location in mobile networks using E-OTD |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130430 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140508 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |