JP2017531934A - Partially synchronized multi-side / tri-side survey method and system for position finding using RF - Google Patents

Partially synchronized multi-side / tri-side survey method and system for position finding using RF Download PDF

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Abstract

無線システム内の1つ以上のユーザ機器(UE)の場所を決定するためのシステム及び方法は、互いに密接に同期される2つ以上の共に位置するチャネルを有する場所管理ユニット経由で、基準信号を受信することと、受信された基準信号を利用して、1つ以上のUEの中の少なくとも1つのUEの場所を計算することと、を含むことができる。実施形態は、10ns以下の標準偏差でのマルチチャネル同期を含む。実施形態は、2つのLMUを含むことができ、各LMUが内部同期を有するか、または1つのLMUが信号と密接に同期される。A system and method for determining the location of one or more user equipments (UEs) in a wireless system includes a reference signal via a location management unit having two or more co-located channels that are closely synchronized with each other. Receiving and calculating a location of at least one UE among the one or more UEs using the received reference signal. Embodiments include multi-channel synchronization with a standard deviation of 10 ns or less. Embodiments can include two LMUs, where each LMU has internal synchronization or one LMU is closely synchronized with the signal.

Description

本実施形態は、無線通信及び無線ネットワークシステム、ならびにRTLS(実時間位置特定サービス)及びLTEベースの位置特定サービスを含む、物体の無線周波数(RF)ベースの識別、追跡、及び位置特定のためのシステムに関する。   This embodiment is for radio frequency (RF) based identification, tracking, and location of objects, including wireless communication and wireless network systems, and RTLS (Real Time Location Service) and LTE based location services. About the system.

関連出願の相互参照
本出願は、PARTIALLY SYNCHRONIZED MULTILATERATION/TRILATERATION METHOD AND SYSTEM FOR POSITIONAL FINDING USING RFと題される、2014年8月1日に出願された米国仮特許出願第62/032,371号の利益を主張し、また、MULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2012年8月3日に出願された米国特許出願第13/566,993号の一部継続でもあり、この米国特許出願は、MULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2011年8月3日に出願された米国仮出願第61/514,839号、MULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2011年11月2日に出願された米国仮出願第61/554,945号、MULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2012年3月30日に出願された米国仮出願第61/618,472号、及びMULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2012年6月20日に出願された米国仮出願第61/662,270号の、35U.S.C.§119(e)下での利益を主張し、それらは、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a US Provisional Patent Application No. 37, filed on August 1, 2014, entitled PARTIALLY SYNCHRONIZED MULTILATERATION / TRILATIONATION METHOD AND SYSTEM FOR POSITIONAL FINDING USING RF No. 62 US Patent Application No. 13 / 566,993, filed on August 3, 2012, which is also filed on August 3, 2012, entitled MULTI-PATH MITIGATION IN RANGING FINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUTION RF TECHNOLOGY Yes, this US patent application is MULTI-PATH MITIGATION IN RANGE FINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGY TECHNO TRADE TRACK Entitled US Provisional Application No. 61 / 554,945, filed November 2, 2011, MULTI-PATH MITIGATION IN RANGE FINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUTION RF TECHNOLOGY US Provisional Application No. 61 / 618,472, filed March 30, 2012, and MULTI-PATH MITIGATION IN RANGING FINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUTION RF TECHNOLOGY U.S. Provisional Application No. 61 / 662,270, 35U. S. C. Claim the benefits under §119 (e), which are hereby incorporated by reference in their entirety.

米国特許出願第13/566,993号は、MULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2011年5月17日に出願された米国特許出願第13/109,904号の一部継続であり、この米国特許出願は、METHODS AND SYSTEM FOR MULTI−PATH MITIGATION IN TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2011年1月18日に出願された米国特許出願第13/008,519号(現在では、2011年6月28日に発行された米国特許第7,969,311号)の継続であり、この米国特許出願は、METHODS AND SYSTEM FOR REDUCED ATTENUATION IN TRACKING OBJECTS USING RF TECHNOLOGYと題される、2009年7月14日に出願された米国特許出願第12/502,809号(現在では、2011年1月18日に発行された米国特許第7,872,583号)の一部継続であり、この米国特許出願は、METHODS AND SYSTEM FOR REDUCED ATTENUATION IN TRACKING OBJECTS USING RF TECHNOLOGYと題される、2006年12月14日に出願された米国特許出願第11/610,595号(現在では、2009年7月14日に発行された米国特許第7,561,048号)の継続であり、この米国特許出願は、METHOD AND SYSTEM FOR REDUCED ATTENUATION IN TRACKING OBJECTS USING MULTI−BAND RF TECHNOLOGYと題される、2005年12月15日に出願された米国仮特許出願第60/597,649号の、35U.S.C.§119(e)下での利益を主張し、それらは、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。   US Patent Application No. 13 / 566,993 is a US patent application filed on May 17, 2011 entitled MULTI-PATH MITIGATION IN RANGE FINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGY This US patent application is filed on January 18, 2011, filed on January 18, 2011, entitled METHODS AND SYSTEM FOR MULTI-PATH MITIGATION IN TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUTION RF TECHNOLOGY. / 008,519 (currently issued on June 28, 2011 No. 7,969,311), which is a US application filed on July 14, 2009 entitled METHODS AND SYSTEM FOR REDUCED ATTENUATION IN TRACKING OBJECTS USING RF TECHNOLOGY. No. 12 / 502,809 (currently US Pat. No. 7,872,583 issued Jan. 18, 2011), this US patent application is METHODS AND SYSTEM FOR US patent application Ser. No. 11 / 610,595, filed Dec. 14, 2006 (currently entitled REDUCED ATTENUATION IN TRACKING OBJECTS USING RF TECHNOLOGY) Is a continuation of U.S. Pat. No. 7,561,048 issued on Jul. 14, 2009), and this U.S. patent application is entitled “METHOD AND SYSTEM FOR REDUCED ATTENUTION IN TRACKING OBJECTS USING MULTI-BAND RF TECHNOLOGY”. US Provisional Patent Application No. 60 / 597,649, filed December 15, 2005, 35U. S. C. Claims the benefits under §119 (e), which are incorporated herein by reference in their entirety.

METHODS AND SYSTEM FOR REDUCED ATTENUATION IN TRACKING OBJECTS USING RF TECHNOLOGYと題される、2009年7月14日に出願された米国特許出願第12/502,809号はまた、METHODS AND SYSTEM FOR MULTI−PATH MITIGATION IN TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題される、2008年10月7日に出願された米国仮出願第61/103,270号の35U.S.C.§119(e)下での利益も主張し、それらは、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。   METHODS AND SYSTEM FOR REDUCED ATTENUATION IN TRACKING OBJECTS USING RF TECHNOLOGY, U.S. Patent Application No. 12 / 502,809, filed July 14, 2009, is also known as METHODS AND SYSTEM INT US Provisional Application No. 61 / 103,270, filed Oct. 7, 2008, entitled OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGY. S. C. We also claim benefits under §119 (e), which are incorporated herein by reference in their entirety.

物体の相対的または地理的位置の決定のためのRFベースの識別及び場所発見システムが、単一物体または物体のグループを追跡するために、ならびに個人を追跡するために一般に使用される。従来の場所発見システムは、開かれた、屋外環境における位置決定のために使用されている。RFベースの、全地球測位システム(GPS)/全地球航法衛星システム(GNSS)、及び補助GPS/GNSSが、典型的には使用される。しかしながら、従来の場所発見システムは、閉じられた(すなわち、屋内)環境、ならびに屋外において物体を位置特定するときの一定の不正確性に悩まされる。   RF-based identification and location discovery systems for determining the relative or geographical location of objects are commonly used to track single objects or groups of objects, as well as to track individuals. Conventional location systems are used for positioning in open, outdoor environments. RF-based Global Positioning System (GPS) / Global Navigation Satellite System (GNSS) and auxiliary GPS / GNSS are typically used. However, conventional location systems suffer from certain inaccuracies when locating objects in a closed (ie, indoor) environment as well as outdoors.

セルラー式無線通信システムは、屋内の、及びGPSにあまり適していない環境にあるユーザ機器(UE)位置を特定する様々な方法を提供する。最も正確な方法は、多辺測量/三辺測量法に基づく測位技法である。例えば、LTE(ロングタームエボリューション:Long Term Evolution)規格リリース(Release)9は、DL−OTDOA(ダウンリンクで観測される到着時間差:Downlink Observed Time Difference of Arrival)を規定し、リリース11は、多辺測量/三辺測量法の導関数であるU−TDOA(アップリンクでの到着時間差:Uplink Time Difference of Arrival)技法を規定する。   Cellular wireless communication systems provide various ways of locating user equipment (UE) locations in an indoor and in a less suitable environment for GPS. The most accurate method is a positioning technique based on multi-sided / triangular surveying. For example, LTE (Long Term Evolution) standard release (Release) 9 defines DL-OTDOA (arrival time difference observed in downlink: Downlink Observed Time Difference of Arrival). The U-TDOA (Uplink Time Difference of Arrival) technique, which is a derivative of the surveying / triangulation method, is defined.

時間同期誤差は位置特定の正確性に影響を及ぼすので、多辺測量/三辺測量ベースのシステムのための基本要件は、単一の共通基準時間に対するシステムの完全かつ精密な時間同期である。セルラー式ネットワークにおいて、DL−OTDOA及びU−TDOA位置特定方法はまた、DL−OTDOAの場合では、複数のアンテナからの伝送が時間同期されること、またはU−TDOAの場合では、複数の受信機が時間同期されることを要求する。   Since time synchronization errors affect location accuracy, the basic requirement for a multi-sided / triangulation-based system is a complete and precise time synchronization of the system to a single common reference time. In cellular networks, DL-OTDOA and U-TDOA location methods are also used in DL-OTDOA, where transmissions from multiple antennas are time-synchronized, or in U-TDOA, multiple receivers. Requires that they be time synchronized.

米国特許第7,561,048号明細書US Pat. No. 7,561,048 米国特許第5,525,967号明細書US Pat. No. 5,525,967 米国特許第7,872,583号明細書US Pat. No. 7,872,583 米国特許出願公開第2008/0285505号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0285505 国際公開2010/104436号公報International Publication No. 2010/104436 米国特許出願公開第2003/008156号明細書US Patent Application Publication No. 2003/008156 米国特許第7167456号明細書U.S. Pat. No. 7,167,456 米国特許出願公開第2010/0091826A1号明細書US Patent Application Publication No. 2010 / 0091826A1 米国特許出願公開第2011/0124347A1明細書US Patent Application Publication No. 2011 / 0124347A1 Specification 米国特許第7,969,311号明細書US Pat. No. 7,969,311 米国特許第8,305,215号明細書US Pat. No. 8,305,215 米国非仮出願第13/566,993号明細書US Non-Provisional Application No. 13 / 566,993

Ray H.Hashemi,William G.Bradley他,「MRI:the basics」,2003Ray H. Hashemi, William G .; Bradley et al., “MRI: the basics”, 2003. Dan Dobkin,「Indoor Propagation and Wavelength」,WJ Communications,V1.4 7/10/02Dan Dobkin, “Indoor Propagation and Wavelength”, WJ Communications, V1.4 7/10/02 Kei Sakaguchi et al., 「Influence of the Model Order Estimation Error in the ESPRIT Based High Resolution Techniques」Kei Sakaguchi et al. , "Influence of the Model Order Estimator Error in the ESPRIT Based High Resolution Techniques" Jakub Marek Borkowski,「Performance of Cell ID+RTT Hybrid Positioning Method for UMTS」Jakub Marek Borkowski, “Performance of Cell ID + RTT Hybrid Positioning Method for UMTS” Jim Zyren,「Overview of the 3GPP Long Term Evolution Physical Layer」,white paperJim Zyren, “Overview of the 3GPP Long Term Evolution Physical Layer”, white paper Tsung−Han Lin,et al.,「Microscopic Examination of an RSSI−Signature−Based Indoor Localization System」Tsung-Han Lin, et al. , “Microscopic Examination of an RSSI-Signature-Based Interior Localization System” Gunter Seeber,「Satellite Geodesy」,2003Gunter Seeber, “Satelite Geodesy”, 2003

LTE規格リリース9及びリリース11は、位置特定の目的のために時間同期の正確性を規定しておらず、これを無線/セルラー式サービスプロバイダに託している。一方、これらの規格は、レンジング(ranging)の正確性に制限をもたらす。例えば、10MHzのレンジング信号帯域幅を使用するとき、要件は、DL−OTDOAの場合には50メートルにおいて67%の信頼性であり、U−TDOAの場合には100メートルにおいて67%の信頼性である。   LTE Standard Release 9 and Release 11 do not specify time synchronization accuracy for location purposes, and leave this to the wireless / cellular service provider. On the other hand, these standards place limits on the accuracy of ranging. For example, when using a ranging signal bandwidth of 10 MHz, the requirement is 67% reliability at 50 meters for DL-OTDOA and 67% reliability at 100 meters for U-TDOA. is there.

上記した制限は、レンジング測定誤差と、精密同期の欠如によって引き起こされる誤差、例えば、時間同期誤差との組み合わせの結果である。関連するLTE試験仕様(3GPP TS36.133バージョン10.1.0リリース10)及び他の文書から、同期誤差が均一に分布されることを仮定して、時間同期誤差を推定することが可能である。1つのかかる推定は、200ns(ピークからピークまで100ns)になる。ボイスオーバーLTE(VoLTE)機能もまた、同期誤差が均一に分布されることを仮定して、セルラー式ネットワーク同期を150ナノ秒(ピークからピークまで75ns)まで下げることを要求することに留意されたい。したがって、以後、LTEネットワークの時間同期の正確性が150ns以内であることが仮定される。   The above limitations are the result of a combination of ranging measurement errors and errors caused by the lack of precision synchronization, eg, time synchronization errors. From the relevant LTE test specification (3GPP TS36.133 version 10.1.0 release 10) and other documents, it is possible to estimate the time synchronization error, assuming that the synchronization error is evenly distributed . One such estimate would be 200ns (100ns from peak to peak). Note that the Voice over LTE (VoLTE) function also requires cellular network synchronization to be reduced to 150 nanoseconds (75 ns from peak to peak), assuming that the synchronization error is evenly distributed. . Therefore, from now on, it is assumed that the accuracy of time synchronization of the LTE network is within 150 ns.

遠隔位置特定の正確性に関して、FCC指令のNG911は、50メートル及び100メートルの位置特定正確性要件を規定する。しかしながら、位置特定ベースのサービス(LBS)市場の場合、屋内の位置特定要件は、3メートルにおいて67%の信頼性と、はるかにより厳しい。そのようなものとして、150nsの時間同期誤差(43nsの標準偏差)によってもたらされるレンジング及び位置特定誤差は、3メートルのレンジング誤差(10nsの標準偏差)よりもはるかに大きい。   With regard to remote location accuracy, FCC Directive NG911 defines location accuracy requirements of 50 meters and 100 meters. However, for the location-based services (LBS) market, indoor location requirements are much more stringent, with 67% reliability at 3 meters. As such, the ranging and positioning error introduced by the 150 ns time synchronization error (43 ns standard deviation) is much greater than the 3 meter ranging error (10 ns standard deviation).

セルラー式ネットワークの時間同期は、義務的なFCC NG E911緊急時位置特定要件を満たすのに十分であり得るが、この同期正確性は、著しくより正確な位置特定を要求する、LBSまたはRTLSシステムユーザのニーズを満たさない。それゆえ、LBS及びRTLSを支援する目的のために、セルラー式/無線ネットワーク用の正確な時間同期の欠如によってもたらされる位置特定誤差を軽減するためのニーズが当分野において存在する。   Although cellular network time synchronization may be sufficient to meet the mandatory FCC NG E911 emergency location requirements, this synchronization accuracy is required for LBS or RTLS system users who require significantly more accurate location. Does not meet your needs. Therefore, for the purpose of supporting LBS and RTLS, there is a need in the art to mitigate location errors caused by the lack of accurate time synchronization for cellular / wireless networks.

本開示は、既存のシステムと関連する欠点のうちの1つ以上を実質的に取り除く実時間位置特定サービス(RTLS)システムを含む、物体の無線周波数(RF)ベースの識別、追跡、及び位置特定のための方法ならびにシステムに関する。本方法及びシステムは、部分的に(時間において)同期される受信機及び/または送信機を使用することができる。ある実施形態によれば、RFベースの追跡及び位置特定が、セルラー式ネットワークにおいて実現されるが、任意の無線システム及びRTLS環境においても実現され得る。提案されるシステムは、ソフトウェアで実現されるデジタル信号処理及びソフトウェア定義無線技術(SDR)を使用することができる。デジタル信号処理(DSP)も同様に使用され得る。   The present disclosure provides radio frequency (RF) -based identification, tracking, and location of objects, including a real-time location service (RTLS) system that substantially eliminates one or more of the disadvantages associated with existing systems. The present invention relates to a method and a system. The method and system may use a receiver and / or transmitter that is partially synchronized (in time). According to certain embodiments, RF-based tracking and localization is implemented in a cellular network, but can also be implemented in any wireless system and RTLS environment. The proposed system can use digital signal processing implemented in software and software defined radio technology (SDR). Digital signal processing (DSP) can be used as well.

本明細書に記載される1つのアプローチは、各クラスタ内で精密に時間同期される受信機及び/または送信機のクラスタを利用する一方で、クラスタ内時間同期は、正確性がかなり低い可能性があるか、または少しも要求されない可能性がある。本実施形態は、全ての無線システム/ネットワークにおいて使用され得、単信、半二重、及び全二重の動作モードを含むことができる。以下に記載される実施形態は、OFDM変調及び/またはその派生物を含む、様々な変調型を利用する無線ネットワークを用いて動作する。それゆえ、以下に記載される実施形態は、LTEネットワークを用いて動作し、また、他の無線システム/ネットワークに適用することができる。   While one approach described herein utilizes a cluster of receivers and / or transmitters that are precisely time synchronized within each cluster, intra-cluster time synchronization may be significantly less accurate. There may or may not be required at all. This embodiment may be used in all wireless systems / networks and may include simplex, half duplex, and full duplex operating modes. The embodiments described below operate with wireless networks that utilize various modulation types, including OFDM modulation and / or derivatives thereof. Therefore, the embodiments described below operate using an LTE network and can be applied to other wireless systems / networks.

一実施形態に記載されるように、3GPP LTEセルラー式ネットワーク上で実現されるRFベースの追跡及び位置特定は、精密に(時間を)同期される受信機及び/または送信機クラスタの恩恵をかなり受ける。提案されるシステムは、ソフトウェア及び/またはハードウェアで実現されるデジタル信号処理を使用することができる。   As described in one embodiment, RF-based tracking and localization implemented on a 3GPP LTE cellular network significantly benefits the benefits of a precisely (time-synchronized) receiver and / or transmitter cluster. receive. The proposed system can use digital signal processing implemented in software and / or hardware.

実施形態の更なる特徴及び利点は、後続する記載に規定され、その記載から部分的に明らかになるか、または実施形態の実施によって習得され得る。実施形態の利点は、本記述及び本発明の特許請求の範囲ならびに添付図面において詳細に指摘された構造によって実現及び達成される。   Additional features and advantages of the embodiments will be defined in the description that follows, and will be in part apparent from the description, or may be learned by practice of the embodiments. The advantages of the embodiments are realized and attained by the structure particularly pointed out in the written description and claims hereof as well as the appended drawings.

前述の一般的な記載及び以下の発明を実施するための形態の両方は、例示的かつ説明的であって、特許請求されるような実施形態の更なる説明を提供することを意図することが理解される。   Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the embodiments as claimed. Understood.

ある実施形態に従って、狭帯域幅レンジング信号周波数成分を例示する。FIG. 5 illustrates a narrow bandwidth ranging signal frequency component, according to an embodiment. FIG. ある実施形態に従って、狭帯域幅レンジング信号周波数成分を例示する。FIG. 5 illustrates a narrow bandwidth ranging signal frequency component, according to an embodiment. FIG. 例示的な広帯域幅レンジング信号周波数成分を例示する。2 illustrates an exemplary wide bandwidth ranging signal frequency component. ある実施形態に従って、RFモバイル追跡及び位置特定システムのマスタならびにスレーブユニットのブロック図を例示する。FIG. 3 illustrates a block diagram of a master and slave unit of an RF mobile tracking and location system, according to an embodiment. ある実施形態に従って、RFモバイル追跡及び位置特定システムのマスタならびにスレーブユニットのブロック図を例示する。FIG. 3 illustrates a block diagram of a master and slave unit of an RF mobile tracking and location system, according to an embodiment. ある実施形態に従って、RFモバイル追跡及び位置特定システムのマスタならびにスレーブユニットのブロック図を例示する。FIG. 3 illustrates a block diagram of a master and slave unit of an RF mobile tracking and location system, according to an embodiment. 合成された広帯域ベースバンドレンジング信号のある実施形態を例示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of a synthesized wideband baseband ranging signal. ある実施形態に従って、キャンセルによる信号先行波(precursor)の除去を例示する。FIG. 4 illustrates the removal of a signal precursor by cancellation, according to an embodiment. FIG. ある実施形態に従って、より少ないキャリアでの先行波キャンセルを例示する。Fig. 6 illustrates preceding wave cancellation with fewer carriers, according to an embodiment. 一方向伝達関数位相のある実施形態を例示する。3 illustrates an embodiment with a unidirectional transfer function phase. 位置特定方法のある実施形態を例示する。1 illustrates one embodiment of a location method. LTE基準信号マッピングを例示する。3 illustrates an LTE reference signal mapping. 強化型(enhanced)セルID+RTT位置特定技法のある実施形態を例示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of an enhanced cell ID + RTT location technique. OTDOA位置特定技法のある実施形態を例示する。3 illustrates one embodiment of an OTDOA location technique. ある実施形態に従って、オペレータのeNB設備に設置された時間観測ユニット(TMO)の動作を例示する。FIG. 4 illustrates the operation of a time observation unit (TMO) installed in an operator's eNB facility, according to an embodiment. 無線ネットワーク位置特定機器図のある実施形態を例示する。2 illustrates an embodiment of a wireless network location device diagram. 企業用途のための無線ネットワーク位置特定ダウンリンクエコシステムのある実施形態を例示する。Fig. 3 illustrates an embodiment of a wireless network location downlink ecosystem for enterprise use. ネットワークにわたる用途のための無線ネットワーク位置特定ダウンリンクエコシステムのある実施形態を例示する。FIG. 4 illustrates an embodiment of a wireless network location downlink ecosystem for use across a network. FIG. 企業用途のための無線ネットワーク位置特定アップリンクエコシステムのある実施形態を例示する。2 illustrates one embodiment of a wireless network location uplink ecosystem for enterprise use. ネットワークにわたる用途のための無線ネットワーク位置特定アップリンクエコシステムのある実施形態を例示する。1 illustrates one embodiment of a wireless network location uplink ecosystem for use across a network. 1つ以上のDAS及び/またはフェムト/スモールセルアンテナを含み得るUL−TDOA環境のある実施形態を例示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of a UL-TDOA environment that may include one or more DAS and / or femto / small cell antennas. DAS基地局及び/またはフェムト/スモールセルの代わりに使用され得る1つ以上のセルタワーを含み得る、図18のものに類似するUL−TDOAのある実施形態を例示する。19 illustrates an embodiment of UL-TDOA similar to that of FIG. 18 that may include one or more cell towers that may be used in place of a DAS base station and / or femto / small cell. セルレベル位置特定のある実施形態を例示する。Figure 3 illustrates an embodiment of cell level location. サービングセル及びセクタID位置特定のある実施形態を例示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of serving cell and sector ID location. E−CIDにAoA位置特定を足した実施形態を例示する。The embodiment which added AoA position specification to E-CID is illustrated. AoA位置特定のある実施形態を例示する。Figure 3 illustrates one embodiment of AoA location. 受信アンテナ間の大きく開いた及び近い距離を用いる、TDOAのある実施形態を例示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of TDOA using wide open and close distances between receive antennas. 3つのセクタ配備のある実施形態を例示する。2 illustrates an embodiment of a three sector deployment. アンテナポートマッピングのある実施形態を例示する。3 illustrates an embodiment of antenna port mapping. LTEリリース11U−TDOA位置特定技法のある実施形態を例示する。3 illustrates one embodiment of an LTE release 11U-TDOA location technique. マルチチャネル位置特定管理ユニット(LMU)の高レベルブロック図のある実施形態を例示する。FIG. 4 illustrates an embodiment of a high level block diagram of a multi-channel location management unit (LMU). 位置特定サーバを用いる無線/セルラー式ネットワークにおけるDL−OTDOA技法のある実施形態を例示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of DL-OTDOA technique in a wireless / cellular network using a location server. 位置特定サーバを有する無線/セルラー式ネットワークにおけるU−TDOA技法のある実施形態を例示する。Fig. 3 illustrates an embodiment of U-TDOA technique in a wireless / cellular network with a location server. ラックマウント筐体の描写のある実施形態を例示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of a depiction of a rack mount housing. ラックマウント筐体内にクラスタ化(一体化)された複数の単一チャネルLMUの高レベルブロック図のある実施形態を例示する。FIG. 6 illustrates an embodiment of a high level block diagram of multiple single channel LMUs clustered (integrated) in a rack mount enclosure. ラックマウント筐体(1対1のアンテナ接続/マッピング)内にクラスタ化(一体化)された一体型LMUを有する、複数のスモールセルの高レベルブロック図のある実施形態を例示する。FIG. 6 illustrates an embodiment of a high-level block diagram of multiple small cells with integrated LMUs clustered (integrated) in a rack mount enclosure (one-to-one antenna connection / mapping). 一体型LMU及びDASの高レベルブロック図のある実施形態を例示する。Figure 3 illustrates an embodiment of a high level block diagram of an integrated LMU and DAS. 一体型LMU及びWiFiインフラストラクチャの高レベルブロック図のある実施形態を例示する。FIG. 3 illustrates an embodiment of a high level block diagram of an integrated LMU and WiFi infrastructure.

実施形態の更なる理解をもたらすように含まれ、本明細書の一部分に組み込まれると共にそれを構成する、添付図面は、実施形態を例示し、その記載と共に実施形態の原理を説明するのに役立つ。   The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the embodiments, are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate the embodiments and, together with the description, serve to explain the principles of the embodiments. .

次に、本実施形態の好ましい実施形態に対して参照が詳細になされ、それらの実施例が、添付図面に例示される。   Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present embodiments, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

本実施形態は、RTLSを含む、物体のRFベースの識別、追跡、及び位置特定のための方法ならびにシステムに関する。ある実施形態によれば、本方法及びシステムは、狭帯域幅レンジング信号を利用する。実施形態は、VHF帯域において動作するが、HF、LF、及びVLF帯域、ならびにUHF帯域及びそれより高い周波数においてもまた使用され得る。それは、マルチパス軽減プロセッサを利用する。マルチパス軽減プロセッサの利用は、システムによって実現される追跡及び位置特定の正確性を増大させる。   This embodiment relates to a method and system for RF-based identification, tracking, and localization of objects, including RTLS. According to certain embodiments, the method and system utilize a narrow bandwidth ranging signal. Embodiments operate in the VHF band, but can also be used in the HF, LF, and VLF bands, as well as the UHF band and higher frequencies. It utilizes a multipath mitigation processor. The use of a multipath mitigation processor increases the tracking and localization accuracy achieved by the system.

実施形態は、ユーザが、複数の人間及び物体を追跡、位置特定、及び監視することを可能にする、小型で、携帯性の高いベースユニットを含む。各ユニットは、それ自体のIDを有する。各ユニットは、RF信号をそのIDと共にブロードキャストして、各ユニットは、リターン信号を送信し戻すことができ、その信号は、そのID、ならびに音声、データ、及び追加情報を含むことができる。各ユニットは、他のユニットから戻された信号を処理し、三角測量もしくは三辺測量法及び/または使用される他の方法に依存して、それらの相対的及び/または実際の場所を連続的に決定する。好ましい実施形態はまた、例えば、GPSデバイス、スマートホン、二方向無線機、及びPDAなどの製品と容易に一体化され得る。結果として生じる製品は、独立型デバイスの機能の全てを有すると同時に、既存の表示部、センサ(例えば、高度計、GPS、加速度計、及びコンパスなど)、ならびにそのホストの処理能力を活用する。例えば、本明細書に記載されるデバイス技術を用いるGPSデバイスは、マップ上にユーザの場所を提供することができるのみならず、グループの他のメンバーの場所をマッピングすることができる。   Embodiments include a small, highly portable base unit that allows a user to track, locate, and monitor multiple people and objects. Each unit has its own ID. Each unit broadcasts an RF signal with its ID, and each unit can send back a return signal, which can include its ID as well as voice, data, and additional information. Each unit processes the signals returned from the other units and, depending on the triangulation or triangulation method and / or other methods used, continuously their relative and / or actual location. To decide. Preferred embodiments can also be easily integrated with products such as, for example, GPS devices, smart phones, two-way radios, and PDAs. The resulting product has all of the capabilities of a stand-alone device while leveraging the existing display, sensors (eg, altimeter, GPS, accelerometer, and compass), and the processing power of its host. For example, a GPS device using the device technology described herein can not only provide a user's location on a map, but can also map the location of other members of the group.

FPGA実現形態に基づく好ましい実施形態のサイズは、約2×4×1インチ〜2×2×0.5インチであるか、または集積回路技術が向上するにつれて、それよりも小さくなる。使用される周波数に依存して、アンテナは、デバイスに一体化されるか、またはデバイス筐体から突き出る。ASIC(特定用途向け集積回路)ベース版型のデバイスは、FPGA及び他の電子構成要素の大部分の機能をユニットまたはタグ内に組み込むことができる。ASICベースの独立型製品は、1×0.5×0.5インチ以下のデバイスサイズを結果としてもたらす。アンテナサイズは、使用される周波数によって決定され、アンテナの部分は、筐体に一体化され得る。ASICベースの実施形態は、製品に一体化されるように設計され、チップセットから成り得るに過ぎない。マスタまたはタグユニット間に実質的な物理的サイズ差があるべきではない。   The preferred embodiment size based on FPGA implementation is about 2 × 4 × 1 inch to 2 × 2 × 0.5 inch or smaller as integrated circuit technology improves. Depending on the frequency used, the antenna is either integrated into the device or protrudes from the device housing. An ASIC (Application Specific Integrated Circuit) based version of the device can incorporate most of the functionality of the FPGA and other electronic components within the unit or tag. ASIC-based stand-alone products result in device sizes of 1 × 0.5 × 0.5 inches or less. The antenna size is determined by the frequency used and the portion of the antenna can be integrated into the housing. An ASIC-based embodiment is designed to be integrated into a product and can only consist of a chipset. There should be no substantial physical size difference between master or tag units.

デバイスは、マルチパス軽減アルゴリズムの処理のために複数の周波数範囲(帯域)において動作する標準的なシステム構成要素(既製の構成要素)を使用することができる。デジタル信号処理用のソフトウェア及びソフトウェアで定義される無線通信が、使用され得る。最小限のハードウェアと組み合わされる信号処理ソフトウェアは、ソフトウェアによって定義された波形を伝送及び受信した無線通信の組み立てを可能にする。   The device can use standard system components (off-the-shelf components) that operate in multiple frequency ranges (bands) for processing of multipath mitigation algorithms. Software for digital signal processing and wireless communications defined in software may be used. Signal processing software combined with minimal hardware allows for the assembly of wireless communications that transmit and receive waveforms defined by the software.

特許文献1は、狭帯域幅レンジング信号システムを開示し、それによって、狭帯域幅レンジング信号が、例えば、(低帯域幅チャネルのうちのいくつかは、数十キロヘルツに広がり得るものの)数キロヘルツのみの幅である音声チャネルを使用して、低帯域幅チャネルに適合するように設計される。これは、数百キロヘルツから数十メガヘルツ幅までのチャネルを使用する従来の場所発見システムとは対照的である。   U.S. Pat. No. 6,057,031 discloses a narrow bandwidth ranging signal system, whereby narrow bandwidth ranging signals can only be, for example, a few kilohertz (although some of the low bandwidth channels can span tens of kilohertz). Is designed to accommodate low bandwidth channels using a voice channel that is a wide bandwidth. This is in contrast to conventional location systems that use channels from hundreds of kilohertz to tens of megahertz wide.

この狭帯域幅レンジング信号システムの利点は、以下のとおりである。すなわち、1)低動作周波数/帯域において、従来の場所発見システムのレンジング信号帯域幅は、搬送(動作)周波数値を超える。それゆえ、かかるシステムは、HFを含む、LF/VLF及び他のより低い周波数帯域において配備されることができない。従来の場所発見システムとは異なり、特許文献1に記載された狭帯域幅レンジング信号システムは、そのレンジング信号帯域幅が搬送周波数値をはるかに下回るので、LF、VLF、及び他の帯域上で成功裏に配備され得る。2)例えば、最大UHF帯域まで、RFスペクトル(いくつかのVLF、LF、HF、及びVHF帯域)の下端において、FCCが許容可能チャネル帯域幅(12〜25kHz)を厳しく制限し、それは、従来のレンジング信号を使用不可能にさせるので、従来の場所発見システムは使用されることができない。従来の場所発見システムとは異なり、狭帯域幅レンジング信号システムのレンジング信号帯域幅は、FCC規制及び他の国際的なスペクトル規制機関に十分に準拠する。3)動作周波数/帯域とは独立して、狭帯域幅信号が、広帯域幅信号と比較して本質的に高いSNR(信号対雑音比)を有することは周知である(非特許文献1を参照)。これは、UHF帯域を含む、それが動作する周波数/帯域とは独立して、狭帯域幅レンジング信号場所発見システムの動作範囲を増大させる。   The advantages of this narrow bandwidth ranging signal system are as follows. That is, 1) At low operating frequencies / bands, the ranging signal bandwidth of a conventional location system exceeds the carrier (operating) frequency value. Therefore, such a system cannot be deployed in LF / VLF and other lower frequency bands, including HF. Unlike conventional location discovery systems, the narrow-bandwidth ranging signal system described in US Pat. No. 6,057,086 is successful on LF, VLF, and other bands because its ranging signal bandwidth is well below the carrier frequency value. Can be deployed on the back. 2) For example, at the lower end of the RF spectrum (some VLF, LF, HF, and VHF bands) up to the maximum UHF band, the FCC severely limits the allowable channel bandwidth (12-25 kHz) Conventional location systems cannot be used because they render the ranging signal unusable. Unlike conventional location discovery systems, the ranging signal bandwidth of narrow bandwidth ranging signal systems is fully compliant with FCC regulations and other international spectrum regulatory agencies. 3) It is well known that independent of the operating frequency / band, a narrow bandwidth signal has an inherently high SNR (signal to noise ratio) compared to a wide bandwidth signal (see Non-Patent Document 1). ). This increases the operating range of the narrow bandwidth ranging signal location discovery system, independent of the frequency / band in which it operates, including the UHF band.

それゆえ、従来の場所発見システムとは異なり、狭帯域幅レンジング信号場所発見システムは、マルチパス現象があまり顕著ではない、RFスペクトル、例えば、LF/VLF帯域に至るまで、VHF及びより低い周波数帯域の下端上で、配備され得る。同時に、狭帯域幅レンジング場所発見システムはまた、UHF帯域上及びそれ以上で配備され得、レンジング信号SNRを改良し、結果として、場所発見システムの動作範囲を増大する。   Therefore, unlike conventional location systems, narrow bandwidth ranging signal location systems are more sensitive to VHF and lower frequency bands up to the RF spectrum, e.g., LF / VLF bands, where multipath phenomena are less pronounced. Can be deployed on the lower end of the. At the same time, the narrow bandwidth ranging location discovery system can also be deployed on and above the UHF band, improving the ranging signal SNR and consequently increasing the operating range of the location discovery system.

マルチパス、例えば、RFエネルギー反射を最小限にするために、VLF/LF帯域上で動作することが望ましい。しかしながら、これらの周波数では、携帯型/モバイルアンテナの効率が非常に小さい(RF波長に対する小さなアンテナ長さ(サイズ)が原因で、約0.1%以下である)。加えて、これらの低周波数では、自然源及び人為源からの雑音レベルが、高周波数/帯域、例えばVHF上のものよりもかなり高い。これらの2つの現象は共に、場所発見システムの適用可能性、例えば、その動作範囲及び/または移動性/携帯性を制限し得る。したがって、動作範囲及び/または移動性/携帯性が非常に重要である一定用途の場合、より高いRF周波数/帯域、例えば、HF、VHF、UHF、及びUWBが使用され得る。   It is desirable to operate on the VLF / LF band to minimize multipath, eg, RF energy reflection. However, at these frequencies, the efficiency of the portable / mobile antenna is very small (below about 0.1% due to the small antenna length (size) relative to the RF wavelength). In addition, at these low frequencies, the noise levels from natural and anthropogenic sources are significantly higher than those on high frequencies / bands such as VHF. Both of these two phenomena can limit the applicability of a location discovery system, for example its range of operation and / or mobility / portability. Thus, for certain applications where operating range and / or mobility / portability are very important, higher RF frequencies / bands, such as HF, VHF, UHF, and UWB may be used.

VHF及びUHF帯域では、自然源及び人為源からの雑音レベルが、VLF、LF、及びHF帯域と比較して著しく低く、VHF及びHF周波数では、マルチパス現象(例えば、RFエネルギー反射)が、UHF及びより高い周波数におけるものほど厳しくない。また、VHFでは、アンテナ効率が、HF及びより低い周波数におけるものよりも著しく良く、VHFでは、RF貫通能力が、UHFにおけるものよりもかなり良い。それゆえ、VHF帯域は、良好な折衷案をモバイル/携帯型用途に提供する。一方、いくつかの特別な場合、例えば、VHF周波数(もしくはより低い周波数)が電離圏を貫通することができない(または偏向/屈折させられる)GPSでは、UHFが良い選択肢であり得る。しかしながら、いずれの場合(及び全ての場合/用途)において、狭帯域幅レンジング信号システムは、従来の広帯域幅レンジング信号場所発見システムよりも有利になる。   In the VHF and UHF bands, the noise level from natural and anthropogenic sources is significantly lower compared to the VLF, LF, and HF bands, and at VHF and HF frequencies, multipath phenomena (eg, RF energy reflection) And less severe than at higher frequencies. Also, with VHF, the antenna efficiency is significantly better than at HF and lower frequencies, and with VHF, the RF penetration capability is much better than at UHF. Therefore, the VHF band provides a good compromise for mobile / portable applications. On the other hand, UHF may be a good option in some special cases, for example in GPS where VHF frequencies (or lower frequencies) cannot penetrate (or be deflected / refracted) the ionosphere. However, in any case (and in all cases / applications), the narrow bandwidth ranging signal system is advantageous over the conventional wide bandwidth ranging signal location discovery system.

実際の用途(複数可)は、正確な技術仕様(例えば、電力、放射、帯域幅、及び動作周波数/帯域など)を決定する。狭帯域幅レンジングは、ユーザが、使用許諾を受信することもしくは使用許諾からの免除を受信すること、またはFCCに規定されるような使用許諾を得ていない帯域を使用することを可能にする。なぜなら、狭帯域レンジングは、FCCに規定される最も厳しい狭帯域幅、すなわち、6.25kHz、11.25kHz、12.5kHz、25kHz、及び50kHzを含む、多くの異なる帯域幅/周波数上の動作を可能にし、適切なセクションについての対応する技術的要件に準拠するからである。結果として、複数のFCCセクション及びかかるセクション内の免除が適用可能である。適用可能な主なFCC規制は、47CFR Part90−Private Land Mobile Radio Services、47CFR Part94 personal Radio Services、47CFR Part15−Radio Frequency Devicesである。(比較すると、この文脈における広帯域信号は、数百KHzから最大10〜20MHzまでである)   The actual application (s) will determine the exact technical specifications (eg, power, radiation, bandwidth, operating frequency / band, etc.). Narrow bandwidth ranging allows a user to receive a license or receive a license exemption, or to use a band that is not licensed as defined in the FCC. This is because narrowband ranging can operate over many different bandwidths / frequency, including the most stringent narrowband as defined by the FCC, ie 6.25 kHz, 11.25 kHz, 12.5 kHz, 25 kHz, and 50 kHz. Because it complies with the corresponding technical requirements for the appropriate section. As a result, multiple FCC sections and exemptions within such sections are applicable. The main applicable FCC regulations are 47CFR Part90-Private Land Mobile Radio Services, 47CFR Part94 personal Radio Services, 47CFR Part15-Radio Frequency Devices. (By comparison, wideband signals in this context are from a few hundred KHz up to 10-20 MHz)

典型的には、Part90及Part94について、VHF実現形態は、ユーザが、一定の免除(低電力無線通信サービスが一例である)下でデバイスを最大100mWまで動作させることを可能にする。一定用途の場合、VHF帯域において許容可能な伝送される電力が2〜5ワットである。900MHz(UHF帯域)の場合、それは1Wである。160kHz〜190kHz周波数(LF帯域)上で、許容可能な伝送される電力は、1ワットである。   Typically, for Part 90 and Part 94, the VHF implementation allows the user to operate the device up to 100 mW under certain exemptions (low power wireless communication service is an example). For certain applications, the allowable transmitted power in the VHF band is 2-5 watts. For 900 MHz (UHF band) it is 1W. On the 160 kHz to 190 kHz frequency (LF band), the allowable transmitted power is 1 watt.

狭帯域レンジングは、異なるスペクトル許容量のうちの全てではないが多くに準拠することができ、かつ正確なレンジングを可能にすると同時に、依然として、最も厳しい規制要件に準拠する。これは、FCCだけについてではなく、欧州、日本、及び韓国を含む世界全体にわたってスペクトルの使用を規制する他の国際機関についても、当てはまる。   Narrowband ranging can comply with many if not all of the different spectral tolerances and allows accurate ranging while still complying with the most stringent regulatory requirements. This applies not only to the FCC, but also to other international organizations that regulate spectrum use throughout the world, including Europe, Japan, and Korea.

以下は、使用される一般的な周波数のリストであり、典型的な電力使用量及び距離を用いて、タグは、実世界環境における別の読み取り機と通信することができる(非特許文献2を参照)。   The following is a list of common frequencies used, with typical power usage and distance, the tag can communicate with another reader in a real world environment (see Non-Patent Document 2). reference).

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915MHz 100mW 150フィート
2.4GHz 100mW 100フィート
5.6Ghz 100mW 75フィート
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915MHz 100mW 150ft 2.4GHz 100mW 100ft 5.6Ghz 100mW 75ft ―――――――――――――――――――――――――――――――――― -

提案されるシステムは、VHF周波数で動作し、RF信号を送信及び処理するためのプロプライエタリ方法を利用する。より具体的には、それは、DSP技法及びソフトウェアで定義される無線(SDR)を使用して、VHF周波数における狭帯域幅要件の制限を克服する。   The proposed system operates at the VHF frequency and utilizes a proprietary method for transmitting and processing RF signals. More specifically, it overcomes the limitations of narrow bandwidth requirements at VHF frequencies using DSP techniques and software defined radio (SDR).

より低い(VHF)周波数での動作は、散乱を削減し、かなり良好な壁貫通をもたらす。最終的な結果は、普通に使用される周波数を超える範囲で約10倍の増大である。例えば、プロトタイプの測定された範囲を、上記にリスト化したRFID技術のものと比較する。   Operation at lower (VHF) frequencies reduces scatter and results in a much better wall penetration. The net result is an increase of about 10 times over the commonly used frequencies. For example, compare the measured range of the prototype with that of the RFID technology listed above.

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216MHz 100mW 700フィート
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216MHz 100mW 700ft ――――――――――――――――――――――――――――――――――――――

狭帯域レンジング技法を利用すると、普通に使用される周波数の範囲が、著しく増大することになり、典型的な電力使用量及び距離を用いて、タグ通信範囲は、実世界環境における別の読み取り機と通信すること可能になる。   Utilizing narrowband ranging techniques significantly increases the range of commonly used frequencies, and with typical power usage and distance, tag coverage can be used by other readers in a real-world environment. It becomes possible to communicate with.

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から まで
915MHz 100mW 150フィート 500フィート
2.4GHz 100mW 100フィート 450フィート
5.6Ghz 100mW 75フィート 400フィート
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From 915MHz 100mW 150 feet 500 feet 2.4GHz 100mW 100 feet 450 feet 5.6Ghz 100mW 75 feet 400 feet ――――――――――――――――――――――――― ――――――――――

バッテリ消費は、設計、伝送される電力、及びデバイスのデューティサイクル、例えば、2つの連続する距離(場所)測定間の時間間隔と相関している。多くの用途において、デューティサイクルは、大きく、10X〜1000Xである。大きなデューティサイクル、例えば100Xを用いる用途では、100mWの電力を伝送するFPGAバージョンが、約3週間の稼働時間を有する。ASICベースのバージョンは、稼働時間を10倍だけ増大することが予想される。また、ASICは、本質的により低い雑音レベルを有する。それゆえ、ASICベースのバージョンはまた、約40%だけ動作範囲を増大し得る。   Battery consumption correlates with design, transmitted power, and device duty cycle, eg, the time interval between two consecutive distance (location) measurements. In many applications, the duty cycle is large, 10X to 1000X. For applications using a large duty cycle, eg 100X, an FPGA version carrying 100 mW of power has an uptime of about 3 weeks. The ASIC-based version is expected to increase uptime by a factor of ten. ASICs also have inherently lower noise levels. Therefore, the ASIC-based version can also increase the operating range by about 40%.

当業者は、実施形態が、システムの長い動作範囲に妥協しないものの、RFの厳しい環境(例えば、建物、都市回廊等)における場所発見の正確性を著しく増大させることを認識するであろう。   One skilled in the art will recognize that embodiments significantly increase the accuracy of location discovery in RF harsh environments (eg, buildings, urban corridors, etc.), while not compromising the long operating range of the system.

典型的には、追跡及び位置特定システムが、追跡−位置特定−ナビゲート方法を利用する。これらの方法は、到着時間(TOA)、到着時間差(DTOA)、ならびにTOA及びDTOAの組み合わせを含む。距離測定技法として到着時間(TOA)は、一般に、特許文献2に記載されている。TOA/DTOAベースのシステムは、RFレンジング信号の直接見通し線(DLOS:Direct−Line−Of−Site)飛行時間、例えば、時間遅延を測定し、それは、次いで、距離範囲に変換される。   Typically, tracking and locating systems utilize tracking-localization-navigation methods. These methods include time of arrival (TOA), time difference of arrival (DTOA), and a combination of TOA and DTOA. The time of arrival (TOA) as a distance measurement technique is generally described in US Pat. A TOA / DTOA based system measures the direct line-of-sight (DLOS) flight time, eg, time delay, of the RF ranging signal, which is then converted to a distance range.

RF反射(例えば、マルチパス)の場合では、様々な遅延時間を伴うRFレンジング信号の複数の複製が、DLOS RFレンジング信号の上に重畳させられる。狭帯域幅レンジング信号を使用する追跡−位置特定システムは、マルチパス軽減を用いずに、DLOS信号及び反射信号を区別することができない。結果として、これらの反射信号は、推定されるレンジング信号DLOS飛行時間において誤差を誘発し、それは、次いで、範囲推定の正確性に影響を及ぼす。   In the case of RF reflection (eg, multipath), multiple copies of the RF ranging signal with various delay times are superimposed on the DLOS RF ranging signal. Tracking-positioning systems that use narrow bandwidth ranging signals cannot distinguish between DLOS and reflected signals without multipath mitigation. As a result, these reflected signals induce errors in the estimated ranging signal DLOS flight time, which in turn affects the accuracy of the range estimation.

実施形態は、有利に、マルチパス軽減プロセッサを使用して、DLOS信号及び反射信号を分離する。それゆえ、実施形態は、推定されるレンジング信号DLOS飛行時間における誤差を著しく減らす。提案されるマルチパス軽減方法は、全てのRF帯域上で使用され得る。それはまた、広帯域幅レンジング信号場所発見システムと共に使用され得る。しかも、それは、拡散スペクトル技法、例えば、DSS(直接拡散スペクトル)及びFH(周波数ホッピング)などを含む、様々な変調/復調技法を支援することができる。   Embodiments advantageously use a multipath mitigation processor to separate DLOS and reflected signals. Therefore, embodiments significantly reduce errors in the estimated ranging signal DLOS flight time. The proposed multipath mitigation method can be used on all RF bands. It can also be used with a wide bandwidth ranging signal location discovery system. Moreover, it can support various modulation / demodulation techniques including spread spectrum techniques such as DSS (direct spread spectrum) and FH (frequency hopping).

それに加えて、雑音低減方法が、方法の正確性を更に改良するために適用されてもよい。これらの雑音低減方法は、限定されるものではないが、可干渉性加算、非干渉性加算、整合(Matched)フィルタリング、時間ダイバーシティ技法等を含むことができる。マルチパス干渉誤差の残りは、後処理技法、例えば、(例として、ビタビアルゴリズムのような)最尤推定、最小分散推定(カルマンフィルタ)等を適用することによって更に低減され得る。   In addition, noise reduction methods may be applied to further improve the accuracy of the method. These noise reduction methods can include, but are not limited to, coherent addition, incoherent addition, matched filtering, time diversity techniques, and the like. The remainder of the multipath interference error can be further reduced by applying post-processing techniques such as maximum likelihood estimation (such as the Viterbi algorithm as an example), minimum variance estimation (Kalman filter), and the like.

実施形態は、単信、半二重、及び全二重動作モードを用いるシステムにおいて使用され得る。全二重動作は、RF送受信機に関する複雑性、費用、及びロジスティクスの観点から非常に多くを要求し、それは、携帯型/モバイルデバイス実現形態におけるシステム動作範囲を制限する。半二重動作モードでは、(「マスタ」と称されることが多い)読み取り機及び(場合によっては、「スレーブ」または「対象」とも称される)タグが、マスタまたはスレーブが任意の所与の時間のみに伝送することを可能にするプロトコルによって制御される。   Embodiments may be used in systems that use simplex, half duplex, and full duplex operating modes. Full-duplex operation requires a great deal in terms of complexity, cost, and logistics associated with RF transceivers, which limits the system operating range in portable / mobile device implementations. In half-duplex mode of operation, a reader (often referred to as a “master”) and a tag (sometimes also referred to as a “slave” or “subject”), the master or slave is arbitrarily given. It is controlled by a protocol that allows transmission only during a certain time.

送信及び受信を交互にすることは、単一周波数が、距離測定において使用されることを可能にする。かかる配設は、全二重システムと比較して、システムの費用及び複雑性を減らす。単信動作モードは、概念的により単純であるが、レンジング信号シーケンスの開始を含む、マスタ及び対象ユニット(複数可)間の事象のより厳密な同期を要求する。   Alternating transmission and reception allows a single frequency to be used in distance measurements. Such an arrangement reduces the cost and complexity of the system compared to a full duplex system. Simplex mode of operation is conceptually simpler, but requires tighter synchronization of events between the master and target unit (s), including the start of a ranging signal sequence.

本実施形態では、狭帯域幅レンジング信号マルチパス軽減プロセッサが、レンジング信号帯域幅を増大させない。それは、異なる周波数成分を使用して、有利に、狭帯域幅レンジング信号の伝搬を可能にする。更なるレンジング信号処理が、超分解能スペクトル推定アルゴリズム(MUSIC、rootMUSIC、ESPRIT)及び/またはRELAXのような統計的アルゴリズムを利用することによって周波数領域において、あるいは合成レンジング信号を比較的大きな帯域幅と組み立てて、更なる処理をこの信号に適用することによって時間領域において、実行され得る。狭帯域幅レンジング信号の異なる周波数成分は、擬似乱数的に選択され得、それはまた、周波数において連続的であるかまたは間隔を離され得、それは、周波数において均一及び/または不均一な間隔を有することができる。   In this embodiment, the narrow bandwidth ranging signal multipath mitigation processor does not increase the ranging signal bandwidth. It advantageously allows the propagation of narrow bandwidth ranging signals using different frequency components. Further ranging signal processing assembles the synthesized ranging signal with a relatively large bandwidth in the frequency domain by utilizing a super-resolution spectral estimation algorithm (MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT) and / or statistical algorithms such as RELAX Thus, further processing can be performed in the time domain by applying this signal. Different frequency components of the narrow bandwidth ranging signal can be selected pseudo-randomly, which can also be continuous or spaced apart in frequency, which has uniform and / or non-uniform spacing in frequency be able to.

実施形態は、マルチパス軽減技術を拡張する。狭帯域レンジングのための信号モデルは、(この文書の他に導入されるように)複素指数であり、その複素指数の周波数は、その範囲に同類項を足したものによって定義された遅延に正比例し、その同類の遅延は、マルチパスに関連した時間遅延によって定義される。そのモデルは、信号構造の実際の実現形態、例えば、段階的周波数、線形周波数変調等とは独立している。   Embodiments extend multipath mitigation techniques. The signal model for narrowband ranging is a complex exponent (as introduced elsewhere in this document), and the frequency of that complex exponent is directly proportional to the delay defined by the range plus the like term. The similar delay is defined by the time delay associated with the multipath. The model is independent of the actual implementation of the signal structure, eg, stepped frequency, linear frequency modulation, etc.

直接パス及びマルチパス間の周波数分離は、名目上、極端に小さく、標準的な周波数領域処理は、直接パス範囲を推定するのに十分ではない。例えば、30メートル(100.07ナノ秒の遅延)の範囲における5MHz上での100KHzの段階的な率における段階的周波数レンジング信号は、0.062875ラジアン/秒の周波数を結果としてもたらす。35メートルのパス長でのマルチパス反射は、0.073355の周波数を結果としてもたらす。分離は、0.0104792である。50個のサンプル可観測量の周波数分解能は、0.12566Hzの固有の周波数分解能を有する。その結果として、反射されたパスからの直接パスの分離のために従来の周波数推定技法を使用して直接パス範囲を正確に推定することができない。   The frequency separation between the direct path and the multipath is nominally extremely small and standard frequency domain processing is not sufficient to estimate the direct path range. For example, a stepped frequency ranging signal at a step rate of 100 KHz over 5 MHz in the range of 30 meters (100.07 nanosecond delay) results in a frequency of 0.062875 radians / second. Multipath reflection with a path length of 35 meters results in a frequency of 0.073355. The separation is 0.0104792. The frequency resolution of the 50 sample observables has an inherent frequency resolution of 0.12566 Hz. As a result, the direct path range cannot be accurately estimated using conventional frequency estimation techniques for the separation of the direct path from the reflected path.

この制限を克服するために、実施形態は、部分空間分解高分解能スペクトル推定方法論及び多モードのクラスタ分析の実現形態の固有の組み合わせを使用する。部分空間分解技術は、観測されたデータの推定される共分散行列を2つの直交部分空間、雑音部分空間及び信号部分空間に分けることに頼る。部分空間分解方法論の裏にある理論は、雑音部分空間上への可観測量の投影が雑音のみから成り、信号部分空間上への可観測量の投影が信号のみから成ることである。   To overcome this limitation, embodiments use a unique combination of subspace-resolved high-resolution spectral estimation methodology and multimodal cluster analysis implementations. Subspace decomposition techniques rely on dividing the estimated covariance matrix of observed data into two orthogonal subspaces, a noise subspace, and a signal subspace. The theory behind the subspace decomposition methodology is that the observable projection onto the noise subspace consists only of noise and the observable projection onto the signal subspace consists only of signals.

超分解能スペクトル推定アルゴリズム及びRELAXアルゴリズムは、雑音の存在下で、スペクトル内の近くに位置する周波数(正弦波)を区別することができる。周波数は、調和関係にある必要はなく、デジタルフーリエ変換(DFT)とは異なり、信号モデルは、いかなる人工的な周期性も導入しない。所与の帯域幅について、これらのアルゴリズムは、フーリエ変換よりも著しく高い分解能を提供する。それゆえ、直接見通し線(DLOS)が、高い正確性で他のマルチパス(MP)と確実に区別され得る。同様に、人工的に作り出された合成広範囲帯域幅レンジング信号に、後に説明される閾値方法を適用することは、高い正確性でDLOSを他のパスと確実に区別することを可能にさせる。   The super-resolution spectral estimation algorithm and the RELAX algorithm can distinguish frequencies (sinusoidal waves) located close in the spectrum in the presence of noise. The frequencies do not have to be in a harmonic relationship, and unlike the digital Fourier transform (DFT), the signal model does not introduce any artificial periodicity. For a given bandwidth, these algorithms provide significantly higher resolution than the Fourier transform. Therefore, direct line of sight (DLOS) can be reliably distinguished from other multipaths (MP) with high accuracy. Similarly, applying the threshold method described below to an artificially created synthetic wide bandwidth ranging signal allows to reliably distinguish DLOS from other paths with high accuracy.

実施形態に従って、デジタル信号処理(DSP)が、マルチパス軽減プロセッサによって利用され得、DLOSを他のMPパスと確実に区別する。種々の超分解能アルゴリズム/技法が、スペクトル分析(スペクトル推定)技術において存在する。実施例は、部分空間ベースの方法、すなわち、複数の信号特徴付け(MUSIC:MUltiple SIgnal Characterization)アルゴリズムまたはRoot−MUSICアルゴリズム、回転不変性技法アルゴリズムによる信号パラメータの推定(ESPRIT)、ピサレンコ高調波分解(PHD)アルゴリズム、RELAXアルゴリズム等を含む。   According to an embodiment, digital signal processing (DSP) may be utilized by the multipath mitigation processor to reliably distinguish DLOS from other MP paths. Various super-resolution algorithms / techniques exist in spectral analysis (spectral estimation) techniques. Examples include subspace-based methods, ie, multiple signal characterization (MUSIC) algorithm or Root-MUSIC algorithm, signal parameter estimation (ESPRIT) with rotation invariant technique algorithm, Pisarenco harmonic decomposition ( PHD) algorithm, RELAX algorithm, etc.

上記の超分解能アルゴリズムは、アンテナに影響を及ぼす信号が十分に相関させられないという前提で動く。それゆえ、性能は、マルチパス伝搬において遭遇され得るような大いに相関させられる信号環境において激しく低下する。マルチパス軽減技法は、空間平滑化と呼ばれる前処理方式を含み得る。結果として、マルチパス軽減プロセスは、コンピュータ計算集約的になり得、複雑になり得、すなわち、システム実現形態の複雑性を増大させる。システムコンピュータ計算費用及び実現形態の複雑度が低いマルチパス軽減が、超分解能行列束(MP)アルゴリズムを使用することによって達成され得る。MPアルゴリズムは、非検索手順として分類される。したがって、それは、コンピュータ計算的にあまり複雑ではなく、他の超分解能アルゴリズムに使用される検索手順において遭遇される問題を解消する。その上、MPアルゴリズムは、相関のある信号に対して敏感ではなく、単一チャネル推定のみを要求し、また、可干渉性マルチパス成分と関連付けられた遅延を推定することもできる。   The above super-resolution algorithm works on the premise that the signal affecting the antenna cannot be sufficiently correlated. Therefore, performance is severely degraded in highly correlated signal environments that can be encountered in multipath propagation. Multipath mitigation techniques may include a pre-processing scheme called spatial smoothing. As a result, the multipath mitigation process can be computationally intensive and complex, i.e. increasing the complexity of the system implementation. Multipath mitigation with low system computer computational cost and implementation complexity can be achieved by using a super-resolution matrix bundle (MP) algorithm. The MP algorithm is classified as a non-search procedure. Therefore, it is less computationally complex and eliminates problems encountered in search procedures used for other super-resolution algorithms. Moreover, the MP algorithm is not sensitive to correlated signals, requires only a single channel estimate, and can estimate the delay associated with coherent multipath components.

上述した超分解能アルゴリズムの全てにおいて、入力(すなわち、受信)信号は、周波数の複素指数及びそれらの複素振幅の一次結合としてモデル化される。マルチパスの場合では、受信信号は、以下のとおりになる。   In all of the super-resolution algorithms described above, the input (ie, received) signal is modeled as a linear combination of frequency complex exponents and their complex amplitudes. In the case of multipath, the received signal is as follows.

Figure 2017531934
(1)
Figure 2017531934
(1)

ここで、

Figure 2017531934
は、伝送される信号であり,fは、動作周波数であり、Lは、マルチパス成分の数であり、
Figure 2017531934
及びτは、それぞれ、K番目のパスの複素減衰及び伝搬遅延である。マルチパス成分は、伝搬遅延が昇順に考慮されるように添え字を付される。結果として、このモデルでは、τが、DLOSパスの伝搬遅延を示す。明らかに、τ値は、全てのτのうちの最小値であるので、最も興味のあるものである。位相θは、通常、均一確率密度関数U(0,2π)を用いて1つの測定サイクルから別のサイクルまで無作為と仮定される。それゆえ、我々は、α=一定(すなわち、一定値)であることを仮定する。 here,
Figure 2017531934
Is the transmitted signal, f is the operating frequency, L is the number of multipath components,
Figure 2017531934
And τ K are the complex attenuation and propagation delay of the Kth path, respectively. Multipath components are subscripted so that propagation delays are considered in ascending order. As a result, in this model, τ 0 indicates the propagation delay of the DLOS path. Obviously, the τ 0 value is the most interesting because it is the smallest of all τ K. The phase θ K is usually assumed to be random from one measurement cycle to another using the uniform probability density function U (0,2π). Therefore, we assume that α K = constant (ie, constant value).

パラメータα及びτは、建物内及び建物の周りの人間ならびに機器の動きを反映する無作為の時変関数である。しかしながら、それらの変動率は、測定時間間隔と比較して非常に遅いので、これらのパラメータは、所与の測定サイクル内の時変確率変数として取り扱われ得る。 The parameters α K and τ K are random time-varying functions that reflect the movement of people and equipment in and around the building. However, their rate of variation is very slow compared to the measurement time interval, so these parameters can be treated as time-varying random variables within a given measurement cycle.

これらのパラメータの全ては、周波数に依存する。なぜなら、それらは、無線信号特性、例えば、透過及び反射係数などに関連するからである。しかしながら、実施形態では、動作周波数は、ごくわずかしか変化しない。それゆえ、上述したパラメータは、周波数に依存しないと仮定され得る。   All of these parameters are frequency dependent. Because they relate to radio signal characteristics, such as transmission and reflection coefficients. However, in the embodiment, the operating frequency changes only slightly. Therefore, it can be assumed that the parameters described above are frequency independent.

式(1)は、

Figure 2017531934
(2)
として周波数領域において表わされ得、ここで、A(f)は、受信信号の複素振幅であり、(2π×τ)は、超分解能アルゴリズムによって推定される人工的な「周波数」であり、動作周波数fは、独立変数であり、αは、K番目のパス振幅である。 Equation (1) is
Figure 2017531934
(2)
In the frequency domain, where A (f) is the complex amplitude of the received signal and (2π × τ K ) is an artificial “frequency” estimated by the super-resolution algorithm, The operating frequency f is an independent variable, and α K is the Kth path amplitude.

式(2)において、(2π×τ)の超分解能推定及び続いてτ値は、連続周波数に基づく。実際には、有限数の測定値が存在する。それゆえ、変数fは、連続的な変数ではなくて、むしろ不連続的なものになる。したがって、複素振幅A(f)は、以下のように計算され得る。 In equation (2), the super-resolution estimate of (2π × τ K ) and subsequently the τ K value is based on the continuous frequency. In practice, there are a finite number of measurements. Therefore, the variable f is not continuous but rather discontinuous. Thus, the complex amplitude A (f) can be calculated as follows:

Figure 2017531934
(3)
Figure 2017531934
(3)

ここで、

Figure 2017531934
は、不連続周波数fにおける不連続複素振幅推定(すなわち、測定値)である。 here,
Figure 2017531934
Is a discontinuous complex amplitude estimate (ie, measured value) at the discontinuous frequency f n .

式(3)において、

Figure 2017531934
は、周波数fの正弦波信号の振幅及び位相として、それがマルチパスチャネルを通って伝搬した後に、解釈され得る。全てのスペクトル推定ベースの超分解能アルゴリズムは、複素入力データ(すなわち、複素振幅)を要求することに留意する。 In equation (3),
Figure 2017531934
Can be interpreted as the amplitude and phase of a sinusoidal signal of frequency f n after it has propagated through the multipath channel. Note that all spectral estimation-based super-resolution algorithms require complex input data (ie, complex amplitude).

いくつかの場合では、実信号データ、例えば、

Figure 2017531934
を複素信号(例えば、分析信号)に変換することができる。例えば、かかる変換は、ヒルベルト変換または他の方法を使用することによって達成され得る。しかしながら、短距離の場合では、値τは非常に小さく、それは、非常に低い(2π×τ)「周波数」を結果としてもたらす。 In some cases, real signal data, for example
Figure 2017531934
Can be converted into a complex signal (eg, an analytic signal). For example, such a transformation can be achieved by using a Hilbert transform or other methods. However, in the short range case, the value τ 0 is very small, which results in a very low (2π × τ K ) “frequency”.

これらの低い「周波数」は、ヒルベルト変換(または他の方法)実現形態に関する問題を引き起こす。それに加えて、振幅値(例えば、

Figure 2017531934
)のみが使用される場合には、推定される周波数の数が、(2π×τ)「周波数」のみではなくて、それらの組み合わせもまた含む。概して、未知の周波数の数の増大は、超分解能アルゴリズムの正確性に影響を及ぼす。それゆえ、他のマルチパス(MP)のパスからのDLOSパスの信頼できる及び正確な分離は、複素振幅推定を要求する。 These low “frequencies” cause problems with the Hilbert transform (or other method) implementation. In addition, the amplitude value (for example,
Figure 2017531934
) Only is used, the number of frequencies estimated includes not only (2π × τ K ) “frequency”, but also combinations thereof. In general, increasing the number of unknown frequencies affects the accuracy of the super-resolution algorithm. Therefore, reliable and accurate separation of the DLOS path from other multipath (MP) paths requires complex amplitude estimation.

以下は、マルチパスの存在下で複素振幅

Figure 2017531934
を取得するタスクの間の方法及びマルチパス軽減プロセッサ動作の記載である。記載は、半二重動作モードに焦点を合わされるが、それは、全二重モードに容易に拡張され得ることに留意する。単信動作モードは、半二重モードのサブセットであるが、追加的な事象同期を要求する。 The following is the complex amplitude in the presence of multipath
Figure 2017531934
Description of the method and multipath mitigation processor operation during the task of obtaining Note that although the description focuses on half-duplex mode of operation, it can be easily extended to full-duplex mode. The simplex mode of operation is a subset of the half duplex mode but requires additional event synchronization.

半二重動作モードでは、(「マスタ」として称されることが多い)読み取り機及び(「スレーブ」もしくは「対象」としても称される)タグが、マスタまたはスレーブが、任意の所与の時間にのみ伝送することを可能にするプロトコルによって制御される。この動作モードでは、タグ(対象デバイス)が、応答機として機能する。タグは、読み取り機(マスタデバイス)からレンジング信号を受信し、それをメモリ内に記憶し、次いで、一定時間(遅延)後、信号を再送してマスタに戻す。   In half-duplex mode of operation, the reader (often referred to as “master”) and the tag (also referred to as “slave” or “subject”) can be used by the master or slave at any given time. Is controlled by a protocol that allows transmission only to In this operation mode, the tag (target device) functions as a responder. The tag receives the ranging signal from the reader (master device), stores it in memory, and then retransmits the signal back to the master after a certain time (delay).

レンジング信号の実施例は、図1及び図1Aに示される。例示的なレンジング信号は、連続的である異なる周波数成分を利用する。擬似ランダムを含む、周波数及び/もしくは時間において間隔を置かれた、または直交する等の他の波形がまた、レンジング信号帯域幅が狭いままである限り、使用され得る。図1では、全ての周波数成分についての期間Tが、レンジング信号狭帯域幅特性を取得するのに十分長い。 Examples of ranging signals are shown in FIGS. 1 and 1A. An exemplary ranging signal utilizes different frequency components that are continuous. Other waveforms, such as pseudorandom, spaced in frequency and / or time, or orthogonal, may also be used as long as the ranging signal bandwidth remains narrow. In FIG. 1, the period Tf for all frequency components is long enough to acquire the ranging signal narrow bandwidth characteristics.

異なる周波数成分を有するレンジング信号の別の変形が図2に示される。それは、個々の周波数を狭帯域にさせるために長い期間にわたって伝送される複数の周波数(f、f、f、f、f)を含む。かかる信号は、より効率的であるが、それは、広帯域幅内を占め、広帯域幅レンジング信号は、SNRに影響を及ぼし、それは、次いで、動作範囲を減らす。また、かかる広帯域幅レンジング信号は、VHF帯域/またはより低い周波数帯域に関するFCC要件に違反する。しかしながら、一定用途では、この広帯域幅レンジング信号が、既存の信号及び伝送プロトコルへのより容易な統合を可能にする。また、かかる信号は、追跡−位置特定時間を減らす。 Another variation of the ranging signal having different frequency components is shown in FIG. It includes multiple frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f n ) that are transmitted over a long period of time to narrow individual frequencies. Such a signal is more efficient, but it occupies within the wide bandwidth, and the wide bandwidth ranging signal affects the SNR, which in turn reduces the operating range. Such wide bandwidth ranging signals also violate FCC requirements for VHF bands / or lower frequency bands. However, in certain applications, this wide bandwidth ranging signal allows easier integration into existing signals and transmission protocols. Such signals also reduce tracking-location time.

これらの複数の周波数(f、f、f、f、f)バーストはまた、連続的及び/または擬似ランダムであってもよいし、周波数及び/または時間において間隔を置かれてもよいし、あるいは直交等であってもよい。 These multiple frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f n ) bursts may also be continuous and / or pseudo-random and spaced in frequency and / or time. Or it may be orthogonal or the like.

狭帯域レンジングモードは、広帯域レンジングと比較して、瞬時の広帯域レンジングの形態で正確性をもたらすと同時に、この正確性が実現され得る範囲を増大させる。固定された伝送電力では、狭帯域レンジング信号の受信機における(適切な信号帯域幅内の)SNRが、広帯域レンジング信号の受信機におけるSNRよりも大きいので、この性能が達成される。SNR利得は、広帯域レンジング信号の総帯域幅及び狭帯域レンジング信号の各チャネルの帯域幅の比率に匹敵する。これは、例えば、静止している及びゆっくり動いている対象、例えば、歩いているまたは走っている人間などのために、非常に急速なレンジングが要求されないときに、良好なトレードオフを提供する。   The narrowband ranging mode provides accuracy in the form of instantaneous wideband ranging compared to wideband ranging while at the same time increasing the range in which this accuracy can be achieved. With fixed transmit power, this performance is achieved because the SNR at the receiver of the narrowband ranging signal (within the appropriate signal bandwidth) is greater than the SNR at the receiver of the wideband ranging signal. The SNR gain is comparable to the ratio of the total bandwidth of the wideband ranging signal and the bandwidth of each channel of the narrowband ranging signal. This provides a good trade-off when very rapid ranging is not required, for example, for stationary and slowly moving objects such as walking or running humans.

マスタデバイス及びタグデバイスは、同一であり、マスタまたは応答機モードのいずれかにおいて動作することができる。全てのデバイスは、データ/遠隔制御通信チャネルを含む。デバイスは、情報を交換することができ、マスタデバイス(複数可)は、タグデバイスを遠隔に制御することができる。図1に描写されるこの例では、マスタ(すなわち、読み取り機)の動作の間に、マルチパス軽減プロセッサが、タグ(複数可)へのレンジング信号を発生させて、一定遅延後、マスタ/読み取り機が、タグ(複数可)から繰り返されたレンジング信号を受信する。   The master device and tag device are the same and can operate in either master or responder mode. All devices include a data / remote control communication channel. The devices can exchange information and the master device (s) can control the tag device remotely. In this example depicted in FIG. 1, during the operation of the master (ie, reader), the multipath mitigation processor generates a ranging signal to the tag (s), and after a certain delay, the master / read. The machine receives a repeated ranging signal from the tag (s).

その後、マスタのマルチパス軽減プロセッサは、受信されたレンジング信号を、マスタから最初に送信されたものと比較して、全ての周波数成分fについて振幅及び位相の形態における

Figure 2017531934
推定値を決定する。式(3)において、
Figure 2017531934
が、一方向レンジング信号トリップについて定義されることに留意する。実施形態では、レンジング信号が、ラウンドトリップを行う。換言すれば、それは、マスタ/読み取り機から対象/スレーブへの及び対象/スレーブからマスタ/読み取り機に戻る両方向に移動する。それゆえ、マスタに戻って受信される、このラウンドトリップ信号複素振幅は、以下のように計算され得る。 The master multipath mitigation processor then compares the received ranging signal with that originally transmitted from the master and in the form of amplitude and phase for all frequency components f n .
Figure 2017531934
Determine the estimate. In equation (3),
Figure 2017531934
Note that is defined for a one-way ranging signal trip. In an embodiment, the ranging signal performs a round trip. In other words, it moves in both directions from the master / reader to the subject / slave and back from the subject / slave to the master / reader. Therefore, this round trip signal complex amplitude received back to the master can be calculated as follows.

Figure 2017531934
(4)
Figure 2017531934
(4)

例えば、適合フィルタリング

Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
を含む、複素振幅ならびに位相値を推定するために利用可能な多くの技法が存在する。実施形態によれば、複素振幅決定は、マスタ及び/またはタグ受信機RSSI(受信信号強度インジケータ)値から導出される
Figure 2017531934
値に基づく。位相値
Figure 2017531934
は、読み取り機/マスタによって受信されて戻されたベースバンドレンジング信号位相と、元の(すなわち、読み取り機/マスタによって送信された)ベースバンドレンジング信号位相を比較することによって取得される。それに加えて、マスタ及びタグデバイスは、独立したクロックシステムを有するので、デバイス動作の詳細な説明は、位相推定誤差へのクロック正確性の影響の分析によって補われる。上記が示すように、一方向振幅
Figure 2017531934
値は、対象/スレーブデバイスから直接取得可能である。しかしながら、一方向位相
Figure 2017531934
値は、直接測定されることができない。 For example, adaptive filtering
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
There are many techniques available for estimating complex amplitude as well as phase values. According to an embodiment, the complex amplitude determination is derived from a master and / or tag receiver RSSI (Received Signal Strength Indicator) value.
Figure 2017531934
Based on value. Phase value
Figure 2017531934
Is obtained by comparing the baseband ranging signal phase received and returned by the reader / master with the original (ie, transmitted by the reader / master) baseband ranging signal phase. In addition, since the master and tag devices have independent clock systems, a detailed description of device operation is supplemented by an analysis of the impact of clock accuracy on phase estimation errors. As shown above, the unidirectional amplitude
Figure 2017531934
The value can be obtained directly from the target / slave device. However, one-way phase
Figure 2017531934
The value cannot be measured directly.

実施形態では、レンジングベースバンド信号が、図1に描写されているものと同じである。しかしながら、簡潔さの目的のために、本明細書では、レンジングベースバンド信号が、異なる周波数F及びFの余弦または正弦波の複数の周期をそれぞれ含有する2つの周波数成分のみから成ることが仮定される。F=fかつF=fであることに留意する。第1の周波数成分における周期数はLであり、第2の周波数成分における周期数はPである。Lは、Pに等しくてもよいし、またはPに等しくなくてもよいことに留意する。なぜなら、Tf=一定である場合、各周波数成分が異なる周期数を有し得るからである。また、各周波数成分間に時間の隔たりは存在せず、F及びFの両方が、ゼロに等しい初期位相から開始する。 In an embodiment, the ranging baseband signal is the same as depicted in FIG. However, for the sake of brevity, in this document, the ranging baseband signal will consist of only two frequency components, each containing multiple periods of cosine or sine waves of different frequencies F 1 and F 2. Assumed. Note that F 1 = f 1 and F 2 = f 2 . The number of periods in the first frequency component is L, and the number of periods in the second frequency component is P. Note that L may or may not be equal to P. This is because when Tf = constant, each frequency component can have a different number of periods. Also, there is no time gap between each frequency component, and both F 1 and F 2 start from an initial phase equal to zero.

図3A、3B及び3Cは、RFモバイル追跡及び位置特定システムのマスタまたはスレーブユニット(タグ)のブロック図を描写する。FOSCは、デバイスシステムクロック(図3Aにおける水晶発振器20)の周波数のことを言う。デバイス内で発生される全ての周波数は、このシステムクロック水晶発振器から発生される。以下の定義が使用される。すなわち、Mがマスタデバイス(ユニット)であり、AMがタグ(対象)デバイス(ユニット)である。タグデバイスは、応答機モードで動作しており、応答機(AM)ユニットとして称される。 3A, 3B and 3C depict block diagrams of a master or slave unit (tag) of an RF mobile tracking and location system. F OSC refers to the frequency of the device system clock (the crystal oscillator 20 in FIG. 3A). All frequencies generated in the device are generated from this system clock crystal oscillator. The following definitions are used: That is, M is a master device (unit), and AM is a tag (target) device (unit). The tag device operates in a responder mode and is referred to as an answering machine (AM) unit.

好ましい実施形態では、デバイスが、RFフロントエンド及びRFバックエンドの、ベースバンドならびにマルチパス軽減プロセッサから成る。RFバックエンドの、ベースバンド及びマルチパス軽減プロセッサが、FPGA150において実現される(図3B及び3Cを参照)。システムクロック発生器20(図3Aを参照)は、FOSC=20MHz
またはωOSC=2π×20×10において発振する。これは、理想的な周波数である。なぜなら、実際のデバイスでは、システムクロック周波数が、必ずしも、20MHzに等しくなく、すなわち、

Figure 2017531934
Figure 2017531934
であるからである。 In a preferred embodiment, the device consists of an RF front end and an RF back end, baseband and multipath mitigation processor. An RF backend, baseband and multipath mitigation processor is implemented in FPGA 150 (see FIGS. 3B and 3C). The system clock generator 20 (see FIG. 3A) has F OSC = 20 MHz
Or oscillates at ω OSC = 2π × 20 × 10 6 . This is an ideal frequency. Because in real devices the system clock frequency is not necessarily equal to 20 MHz, ie
Figure 2017531934
Figure 2017531934
Because.

Figure 2017531934
Figure 2017531934
Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
に留意する。
Figure 2017531934
Figure 2017531934
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
Keep in mind.

20MHz以外のFOSC周波数が、システム性能に何の影響も及ぼさずに使用され得ることに留意されたい。 Note that F OSC frequencies other than 20 MHz may be used without any impact on system performance.

ユニット(マスタ及びタグ)の電子構成は共に、同一であり、異なる動作モードが、ソフトウェアでプログラム可能である。ベースバンドレンジング信号は、マスタのFPGA150によってデジタル形態で発生される、ブロック155〜180(図2Bを参照)。それは、異なる周波数の余弦または正弦波の複数の周期をそれぞれ含有する2つの周波数成分から成る。始まりにおいて、t=0であり、マスタデバイス内のFPGA150(図3B)は、デジタルベースバンドレンジング信号をI/Q DAC120及び125経由でそのアップコンバータ50に出力する。FPGA150は、周波数Fで開始して、時間T後に、期間Tにわたって周波数Fを発生し始める。 The electronic configuration of the units (master and tag) are both the same, and different operating modes can be programmed with software. The baseband ranging signal is generated in digital form by the master FPGA 150, blocks 155-180 (see FIG. 2B). It consists of two frequency components, each containing multiple periods of cosine or sine waves of different frequencies. At the beginning, t = 0 and the FPGA 150 (FIG. 3B) in the master device outputs the digital baseband ranging signal to its upconverter 50 via I / Q DACs 120 and 125. The FPGA 150 starts at frequency F 1 and starts generating frequency F 2 over time period T 2 after time T 1 .

水晶発振器の周波数は、20MHzとは異なり得るので、FPGAによって発生される実際の周波数はFγ及びFγになる。また、時間TはTβになり、TはTβになる。また、T,T,F,Fは、Fγ*Tβ=F及びFγ*Tβ=Fであるようなものであり、ここで、F及びFの両方が整数であることが仮定される。それは、F及びFの初期位相がゼロに等しいことを意味する。 Since the frequency of the crystal oscillator can be different from 20 MHz, the actual frequencies generated by the FPGA are F 1 γ M and F 2 γ M. In addition, time T 1 becomes T 1 β M, T 2 becomes T 2 β M. Further, T 1, T 2, F 1, F 2 , such as the one at F 1 γ M * T 1 β M = F 1 T 1 and F 2 γ M * T 2 β M = F 2 T 2 Yes, where it is assumed that both F 1 T 1 and F 2 T 2 are integers. That means that the initial phase of F 1 and F 2 is equal to zero.

全ての周波数は、システム水晶発振器20クロックから発生されるので、マスタのベースバンドI/Q DAC(複数可)120及び125の出力は、以下のとおりである。

Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
ここで、
Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
は一定の係数である。同様に、周波数合成器25からの出力周波数TX_LO及びRX_LO(ミキサ50及び85のためのLO信号)は、一定の係数によって表現され得る。これらの一定の係数は、マスタ(M)及び応答機(AM)についても同じであり、違いは、各デバイスのシステム水晶発振器20のクロック周波数にある。 Since all frequencies are generated from the system crystal oscillator 20 clocks, the outputs of the master baseband I / Q DAC (s) 120 and 125 are as follows:
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
here,
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
Is a constant coefficient. Similarly, the output frequencies TX_LO and RX_LO (LO signals for the mixers 50 and 85) from the frequency synthesizer 25 can be represented by constant coefficients. These constant coefficients are the same for the master (M) and responder (AM), the difference being in the clock frequency of the system crystal oscillator 20 of each device.

マスタ(M)及び応答機(AM)は、半二重モードで動作する。マスタのRFフロントエンドは、マルチパス軽減プロセッサによって発生されたベースバンドレンジング信号を、直交アップコンバータ(すなわち、ミキサ)50を使用してアップコンバートして、このアップコンバートされた信号を伝送する。ベースバンド信号が伝送された後、マスタは、RFフロントエンドのTX/RXスイッチ15を使用して、TXからRXモードに切り換える。応答機は、信号を受信し、そのRFフロントエンドの(第1のIFを作り出す)ミキサ85及び(第2のIFを作り出す)ADC140を使用して受信信号をダウンコンバートし戻す。   The master (M) and responder (AM) operate in half duplex mode. The master RF front end upconverts the baseband ranging signal generated by the multipath mitigation processor using a quadrature upconverter (ie, mixer) 50 and transmits the upconverted signal. After the baseband signal is transmitted, the master switches from TX to RX mode using the TX / RX switch 15 of the RF front end. The transponder receives the signal and downconverts the received signal back using its RF front end mixer 85 (creating the first IF) and ADC 140 (creating the second IF).

その後、この第2のIF信号は、デジタルフィルタ190を使用して、応答機RFバックエンドのプロセッサにおいてデジタル式にフィルタリングされて、RFバックエンドの直交ミキサ200、デジタルI/Qフィルタ210及び230、デジタル直交発振器220、ならびに加算器270を使用してベースバンドレンジング信号に更にダウンコンバートされる。このベースバンドレンジング信号は、ラムデータバスコントローラ195及び制御論理180を使用して、応答機のメモリ170内に記憶される。   This second IF signal is then digitally filtered using a digital filter 190 in a responder RF back end processor to produce an RF back end quadrature mixer 200, digital I / Q filters 210 and 230, Digital quadrature oscillator 220, as well as adder 270, are used to further downconvert to a baseband ranging signal. This baseband ranging signal is stored in the responder's memory 170 using the Ram data bus controller 195 and control logic 180.

その後、応答機は、RFフロントエンドのスイッチ15を使用してRXからTXモードに切り換え、一定の遅延tRTX後に、記憶されたベースバンド信号の再送を始める。遅延は、AM(応答機)システムクロックにおいて測定されることに留意する。それゆえ、

Figure 2017531934
である。マスタは、応答機の伝送を受信して、そのRFバックエンドの直交ミキサ200、デジタルI及びQフィルタ210ならびに230、デジタル直交発振器220(図3Cを参照)を使用して、受信信号をベースバンド信号にダウンコンバートし戻す。 The transponder then switches from RX to TX mode using the switch 15 on the RF front end and starts retransmitting the stored baseband signal after a certain delay t RTX . Note that the delay is measured in the AM (responder) system clock. therefore,
Figure 2017531934
It is. The master receives the transponder transmission and uses its RF back-end quadrature mixer 200, digital I and Q filters 210 and 230, and digital quadrature oscillator 220 (see FIG. 3C) to baseband the received signal. Downconvert back to signal.

その後、マスタは、マルチパス軽減プロセッサ逆正接ブロック250及び位相比較ブロック255を使用して、受信された(すなわち、リカバリされた)ベースバンド信号におけるF及びF間の位相差を計算する。振幅値は、RFバックエンドのRSSIブロック240から導出される。 The master then uses multipath mitigation processor arctangent block 250 and phase comparison block 255 to calculate the phase difference between F 1 and F 2 in the received (ie, recovered) baseband signal. The amplitude value is derived from the RSS back block 240 of the RF back end.

推定正確性を改良するために、常に、ブロック240からの振幅推定及びブロック255からの位相差推定のSNRを改良することが望ましい。好ましい実施形態では、マルチパス軽減プロセッサが、レンジング信号周波数成分期間(T)にわたる多くの時間例について振幅及び位相差推定を計算する。これらの値は、平均化されるときに、SNRを改良する。SNRの改良は、√Nに比例する目的であり得、ここで、Nは、振幅及び位相差値が取られた(すなわち、決定された)ときのいくつかの実例である。 In order to improve the estimation accuracy, it is always desirable to improve the SNR of the amplitude estimation from block 240 and the phase difference estimation from block 255. In a preferred embodiment, the multipath mitigation processor calculates amplitude and phase difference estimates for many time examples over the ranging signal frequency component period (T f ). These values improve the SNR when averaged. The improvement in SNR may be an objective proportional to √N, where N is some example when amplitude and phase difference values are taken (ie, determined).

SNR改良への別のアプローチは、ある期間にわたって適合フィルタ技法を適用することによって振幅及び位相差値を決定することである。更なる別のアプローチは、受信された(すなわち、繰り返された)ベースバンドレンジング信号周波数成分の位相及び振幅を、それをサンプリングして、I/Q形式における元の(すなわち、マスタ/読み取り機によって送信された)ベースバンドレンジング信号周波数成分に対して周期T≦Tにわたって統合することによって、推定することである。統合は、I/Q形式における振幅及び位相の複数の実例を平均化するという効果がある。その後、位相及び振幅値は、I/Q形式から

Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
形式に変換され得る。 Another approach to SNR improvement is to determine amplitude and phase difference values by applying adaptive filter techniques over a period of time. Yet another approach is to sample the phase and amplitude of the received (ie, repeated) baseband ranging signal frequency components, and then sample the original (ie, by the master / reader) in I / Q format. Estimation by integrating over the period T ≦ T f over the transmitted (baseband) ranging signal frequency components. Integration has the effect of averaging multiple instances of amplitude and phase in I / Q format. After that, the phase and amplitude values are from I / Q format
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
Can be converted to a format.

t=0において、マスタのマルチパスプロセッサ制御下で、マスタベースバンドプロセッサ(FPGA150における両方)が、ベースバンドレンジングシーケンスを開始することを仮定する。   Assume that at t = 0, under master multipath processor control, the master baseband processor (both in FPGA 150) initiates a baseband ranging sequence.

Figure 2017531934
Figure 2017531934

ここで、T≧Tβである。 Here, T f ≧ T 1 β M.

マスタのDAC(複数可)120及び125出力における位相は、以下のとおりである。   The phases at the master DAC (s) 120 and 125 outputs are as follows:

Figure 2017531934
Figure 2017531934

DAC120及び125は、システムクロックに依存しない内部伝搬遅延

Figure 2017531934
を有することに留意する。 DACs 120 and 125 are internal propagation delays independent of the system clock.
Figure 2017531934
Note that

同様に、送信機回路構成要素15、30、40、及び50は、システムクロックに依存しない追加的な遅延

Figure 2017531934
をもたらす。 Similarly, transmitter circuit components 15, 30, 40, and 50 provide additional delay independent of the system clock.
Figure 2017531934
Bring.

結果として、マスタによって伝送されたRF信号の位相は、以下のように計算される。   As a result, the phase of the RF signal transmitted by the master is calculated as follows:

Figure 2017531934
Figure 2017531934

マスタ(M)からのRF信号は、マスタ及びタグ間のマルチパス現象と相関する位相シフトφMULTを経験する。 RF signal from the master (M) experience a phase shift phi MULT that correlates with multipath phenomenon between the master and tag.

φMULT値は、伝送される周波数、例えば、F及びFに依存する。応答機(AM)受信機のは、受信機のRF部分の制限された(すなわち、狭い)帯域幅が原因で、各パスを解明することができない。それゆえ、一定時間後、例えば、1マイクロ秒(約300メートルの飛行に相当)後、全ての反射信号が、受信機アンテナに到着したときに、以下の式を適用する。 The φ MULTI value depends on the transmitted frequency, eg F 1 and F 2 . An answering machine (AM) receiver cannot resolve each path due to the limited (ie, narrow) bandwidth of the RF portion of the receiver. Therefore, after a certain time, for example after 1 microsecond (corresponding to a flight of about 300 meters), when all the reflected signals arrive at the receiver antenna, the following formula applies:

Figure 2017531934
Figure 2017531934

第1のダウンコンバータ、要素85におけるAM(応答機)受信機において、出力、例えば、第1のIF、信号の位相は、以下のとおりである。   In the AM (responder) receiver in the first downconverter, element 85, the output, for example, the first IF, the phase of the signal is as follows.

Figure 2017531934
Figure 2017531934

受信機RF区分(要素15及び60〜85)における伝搬遅延

Figure 2017531934
は、システムクロックに依存しないことに留意する。RFフロントエンドのフィルタ及び増幅器(要素95〜110及び125)を通過した後、第1のIF信号は、RFバックエンドのADC140によってサンプリングされる。ADC140は、入力信号(例えば、第1のIF)をアンダーサンプリングしていることが仮定される。それゆえ、ADCはまた、第2のIFを作り出すダウンコンバータのように作動する。第1のIFフィルタ、増幅器、及びADCは、伝搬遅延時間を追加する。ADC出力(第2のIF)において、
Figure 2017531934
である。 Propagation delay in receiver RF section (elements 15 and 60-85)
Figure 2017531934
Note that does not depend on the system clock. After passing through the RF front end filter and amplifier (elements 95-110 and 125), the first IF signal is sampled by the RF back end ADC 140. It is assumed that the ADC 140 is undersampling the input signal (eg, the first IF). Therefore, the ADC also acts like a downconverter that creates a second IF. The first IF filter, amplifier, and ADC add propagation delay time. At the ADC output (second IF)
Figure 2017531934
It is.

FPGA150では、(ADC出力からの)第2のIF信号が、RFバックエンドのデジタルフィルタ190によってフィルタリングされ、第3のダウンコンバータ(すなわち、直交ミキサ200、デジタルフィルタ230及び210、ならびにデジタル直交発振器220)によって更にダウンコンバートされてベースバンドレンジング信号に戻され、加算器270において加算され、メモリ170内に記憶される。第3のダウンコンバータ出力(すなわち、直交ミキサ)において、

Figure 2017531934
である。 In the FPGA 150, the second IF signal (from the ADC output) is filtered by the RF back-end digital filter 190, and a third down converter (ie, quadrature mixer 200, digital filters 230 and 210, and digital quadrature oscillator 220). ) Is further converted back to the baseband ranging signal, added in the adder 270, and stored in the memory 170. At the third downconverter output (ie, quadrature mixer):
Figure 2017531934
It is.

FIR区分190における伝搬遅延

Figure 2017531934
は、システムクロックに依存しないことに留意する。 Propagation delay in FIR section 190
Figure 2017531934
Note that does not depend on the system clock.

RXからTXの遅延後、(メモリ170内に)記憶されたマスタ(M)からのベースバンドレンジング信号が再送される。RXからのTX遅延

Figure 2017531934
に留意する。 After a delay from RX to TX, the stored baseband ranging signal from master (M) is retransmitted (in memory 170). TX delay from RX
Figure 2017531934
Keep in mind.

Figure 2017531934
Figure 2017531934

Figure 2017531934
Figure 2017531934

応答機からの信号が、マスタ(M)の受信機アンテナに到着する時までに、応答機(AM)からのRF信号は、マルチパスと相関する別の位相シフトφMULTを経験する。上述したように、この位相シフトは、全ての反射信号がマスタの受信機アンテナに到着したときの一定期間後に起こる。 By the time the signal from the transponder arrives at the master (M) receiver antenna, the RF signal from the transponder (AM) experiences another phase shift φ MULT that correlates with multipath. As described above, this phase shift occurs after a period of time when all reflected signals arrive at the master receiver antenna.

Figure 2017531934
Figure 2017531934

Figure 2017531934
Figure 2017531934

マスタ受信機において、応答機からの信号は、応答機の受信機におけるものと同じダウンコンバージョンプロセスを経る。その結果は、マスタによって最初に送信されリカバリされたベースバンドレンジング信号である。   In the master receiver, the signal from the responder goes through the same down-conversion process as in the responder receiver. The result is a baseband ranging signal that was first transmitted and recovered by the master.

第1の周波数成分Fについて、

Figure 2017531934

である。 The first frequency component F 1,
Figure 2017531934

It is.

第2の周波数成分F2について、

Figure 2017531934

である。 For the second frequency component F2,
Figure 2017531934

It is.

置換、

Figure 2017531934

を行い、ここで、TD_M−AMは、マスタ(M)及び応答機(AM)回路を通る伝搬遅延である。 Replace,
Figure 2017531934

Where TD_M-AM is the propagation delay through the master (M) and responder (AM) circuit.

Figure 2017531934
Figure 2017531934

ここで、φBB_M−AM(0)は、ADC(複数可)を含む、マスタ(M)及び応答機(AM)周波数ミキサからの、時間t=0における、LO位相シフトである。
また、

Figure 2017531934
である。 Where φ BB_M-AM (0) is the LO phase shift at time t = 0 from the master (M) and transponder (AM) frequency mixer, including the ADC (s).
Also,
Figure 2017531934
It is.

第1の周波数成分F1について、

Figure 2017531934

である。 For the first frequency component F1,
Figure 2017531934

It is.

引き続き、第1の周波数成分F1について、

Figure 2017531934
である。 Subsequently, for the first frequency component F1,
Figure 2017531934
It is.

第2の周波数成分F2について、

Figure 2017531934
である。 For the second frequency component F2,
Figure 2017531934
It is.

引き続き、第2の周波数成分F2について、

Figure 2017531934
である。 Subsequently, for the second frequency component F2,
Figure 2017531934
It is.

更に、置換、

Figure 2017531934
を行い、ここで、αは一定である。 Furthermore, substitution,
Figure 2017531934
Where α is constant.

最終的な位相式は、

Figure 2017531934
(5)
である。 The final phase equation is
Figure 2017531934
(5)
It is.

式(5)から、

Figure 2017531934
となり、ここで、i=2、3、4・・・・・・・・・・・・・・、
Figure 2017531934
Figure 2017531934
に等しい。 From equation (5)
Figure 2017531934
Where i = 2, 3, 4,...
Figure 2017531934
Figure 2017531934
be equivalent to.

例えば、時間例t1及びt2における差

Figure 2017531934
は、
Figure 2017531934
となる。 For example, the difference in time examples t1 and t2
Figure 2017531934
Is
Figure 2017531934
It becomes.

Figure 2017531934
差を求めるために、我々は、TD_M−AMを知る必要がある。すなわち、
Figure 2017531934
Figure 2017531934
To find the difference, we need to know TD_M-AM . That is,
Figure 2017531934

ここで、TLB_M及びTLB_AMは、デバイスをループバックモードに置くことによって測定されるマスタ(M)及び応答機(AM)TXならびにRX回路を通る伝搬遅延である。マスタ及び応答機デバイスは、TLB_M及びTLB_AMを自動的に測定することができ、我々はまた、tRTX値を知っていることに留意する。 Where T LB_M and T LB_AM are propagation delays through the master (M) and responder (AM) TX and RX circuits measured by placing the device in loopback mode. Note that the master and transponder devices can automatically measure T LB_M and T LB_AM and we also know the t RTX value.

上記式及びtRTX値から、TD_M−AMが決定され得、その結果として、所与のt及びtについて

Figure 2017531934
値が、以下のように求められ得る。 From the above equation and t RTX value, TD_M-AM can be determined, so that for a given t 1 and t 2
Figure 2017531934
The value can be determined as follows.

Figure 2017531934
Figure 2017531934
(6)
Figure 2017531934
Figure 2017531934
(6)

または、β=βAM=1であることを仮定して、

Figure 2017531934
(6A)
となる。 Or, assuming β M = β AM = 1,
Figure 2017531934
(6A)
It becomes.

式(6)から、動作周波数(複数可)レンジング信号(複数可)において、複素振幅値が、戻されたベースバンドレンジング信号を処理することから求められ得ることが結論付けられ得る。   From equation (6), it can be concluded that at the operating frequency (s) ranging signal (s), complex amplitude values can be determined from processing the returned baseband ranging signal.

部分空間アルゴリズムは、一定の位相オフセットに対して敏感ではないので、初期位相値

Figure 2017531934
はゼロに等しいことが仮定され得る。必要に応じて、
Figure 2017531934
値(位相初期値)は、特許文献1に記載されるような狭帯域幅レンジング信号方法を使用して、TOA(到着時間)を決定することによって求められ得、その特許文献1は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。この方法は、レンジング信号のラウンドトリップ遅延を推定し、それは、
Figure 2017531934
に等しく、
Figure 2017531934
値が、以下の式から求められ得る。 Since the subspace algorithm is not sensitive to a constant phase offset, the initial phase value
Figure 2017531934
Can be assumed to be equal to zero. If necessary,
Figure 2017531934
The value (initial phase value) can be determined by determining TOA (time of arrival) using a narrow bandwidth ranging signal method as described in US Pat. Is incorporated herein by reference. This method estimates the round trip delay of the ranging signal, which is
Figure 2017531934
Equal to
Figure 2017531934
The value can be determined from the following equation:

Figure 2017531934
または、
Figure 2017531934
Figure 2017531934
Or
Figure 2017531934

好ましい実施形態では、戻されたベースバンドレンジング信号位相値

Figure 2017531934
が、マルチパスプロセッサの逆正接ブロック250によって計算される。SNRを改良するために、マルチパス軽減プロセッサの位相比較ブロック255が、式(6A)を使用して多くの実例n(n=2、3、4・・・・・・・・・・・・・・・)について、
Figure 2017531934
を計算し、次いで、それらを平均して、SNRを改良する。
Figure 2017531934
に留意する。 In a preferred embodiment, the returned baseband ranging signal phase value
Figure 2017531934
Is calculated by the arctangent block 250 of the multipath processor. To improve the SNR, the multipath mitigation processor phase comparison block 255 uses equation (6A) to generate a number of instances n (n = 2, 3, 4,... ···)about,
Figure 2017531934
Are then averaged to improve the SNR.
Figure 2017531934
Keep in mind.

式5及び6から、リカバリされた(すなわち、受信された)ベースバンドレンジング信号は、マスタによって送信された元のベースバンド信号と同じ周波数を有することが明白になる。それゆえ、マスタ(M)及び応答機(AM)システムクロックが異なり得るという事実に関わらず、周波数変換が存在しない。ベースバンド信号は、いくつかの周波数成分から成るので、各成分は、正弦波の複数の周期から成る。また、受信されたベースバンド信号の個々の周波数成分を、対応する元の(すなわち、マスタによって送信された)ベースバンド信号の個々の周波数成分と共にサンプリングすることによって、及び周期T≦Tにわたって結果として生じる信号を統合することによって、受信されたレンジング信号の位相及び振幅を推定することも可能である。 From equations 5 and 6, it becomes clear that the recovered (ie, received) baseband ranging signal has the same frequency as the original baseband signal transmitted by the master. Therefore, there is no frequency translation, despite the fact that the master (M) and responder (AM) system clocks can be different. Since the baseband signal consists of several frequency components, each component consists of multiple periods of a sine wave. Also, by sampling the individual frequency components of the received baseband signal along with the corresponding individual frequency components of the original (ie, transmitted by the master) and over the period T ≦ T f It is also possible to estimate the phase and amplitude of the received ranging signal by integrating the resulting signals.

この動作は、I/Q形式において受信されたレンジング信号の複素振幅値

Figure 2017531934
を生成する。マスタによって送信された各ベースバンド信号の個々の周波数成分は、TD_M−AMの時間だけシフトされる必要があることに留意する。統合動作は、(例えば、SNRを増大させる)振幅及び位相の複数の実例を平均するという効果をもたらす。位相及び振幅値は、I/Q形式から
Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
形式に変換され得ることに留意する。 This operation is based on the complex amplitude value of the ranging signal received in I / Q format.
Figure 2017531934
Is generated. Note that the individual frequency components of each baseband signal transmitted by the master need to be shifted by a time of TD_M-AM . The combined operation has the effect of averaging multiple instances of amplitude and phase (eg, increasing SNR). Phase and amplitude values from I / Q format
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
Note that it can be converted to a format.

サンプリング、T≦Tの周期にわたる統合、及びその後の、I/Q形式から

Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
形式への変換の本方法は、図3Cにおける位相比較ブロック255において実現され得る。それゆえ、ブロック255の設計及び実現形態に応じて、式(5)に基づく好ましい実施形態の方法か、またはこの欄に記載される代替の方法のいずれかが、使用され得る。 From sampling, integration over a period of T ≦ T f , and subsequent I / Q format
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
This method of conversion to form may be implemented in phase comparison block 255 in FIG. 3C. Thus, depending on the design and implementation of block 255, either the preferred embodiment method based on equation (5) or an alternative method described in this section may be used.

レンジング信号帯域幅は狭いけれども、周波数差f−fは、比較的大きく、例えば、約数メガヘルツであり得る。結果として、受信機の帯域幅は、f:fレンジング信号周波数成分の全てを通過させるのに十分広く保たれる必要がある。この受信機の広帯域幅は、SNRに影響を及ぼす。受信機の実効帯域幅を減らしてSNRを改良するために、受信されたレンジング信号ベースバンド周波数成分が、受信されたベースバンドレンジング信号の個々の周波数成分について調整されたデジタル狭帯域幅フィルタによって、FPGA150内のRFバックエンドのプロセッサによってフィルタリングされ得る。しかしながら、この多数のデジタルフィルタ(フィルタの数は、個々の周波数成分の数nに等しい)は、FPGAリソースへの更なる負担となり、その費用、サイズ、及び電力消費を増大させる。 Although the ranging signal bandwidth is narrow, the frequency difference f n −f 1 can be relatively large, for example, about several megahertz. As a result, the receiver bandwidth needs to be kept wide enough to pass all of the f 1 : f n ranging signal frequency components. The wide bandwidth of this receiver affects the SNR. In order to reduce the effective bandwidth of the receiver and improve the SNR, the received ranging signal baseband frequency components are adjusted by a digital narrow bandwidth filter adjusted for the individual frequency components of the received baseband ranging signal, It can be filtered by an RF back-end processor in FPGA 150. However, this large number of digital filters (the number of filters is equal to the number n of individual frequency components) places an additional burden on FPGA resources, increasing its cost, size and power consumption.

好ましい実施形態では、2つの狭帯域幅デジタルフィルタのみが使用される。すなわち、一方のフィルタが、常に、周波数成分fについて調整され、他方のフィルタが、全ての他の周波数成分、すなわちf:fについて調整され得る。レンジング信号の複数の実例が、マスタによって送信される。各実例は、2つの周波数f:f;f:f…;f:f;…;f:fのみから成る。類似の手法もまた可能である。 In the preferred embodiment, only two narrow bandwidth digital filters are used. That is, one filter can always be adjusted for the frequency component f 1 and the other filter can be adjusted for all other frequency components, ie f 2 : f n . Examples of ranging signals are transmitted by the master. Each example consists of only two frequencies f 1 : f 2 ; f 1 : f 3 ... F 1 : f i ;... F 1 : f n . Similar approaches are also possible.

また、ベースバンドレンジング信号成分を、周波数合成器の調整、例えば、KSYNの変更によって周波数成分の残りを発生する2つ(または1つ)のみに保つことも完全に可能であることに留意して頂きたい。アップコンバータ及びダウンコンバータミキサについてのLO信号が、直接デジタル合成(DDS)技術を使用して発生されることが望ましい。高VHF帯域周波数の場合、これは、送受信機/FPGAハードウェアへの所望されない負担をもたらし得る。しかしながら、より低い周波数の場合、これは、有用なアプローチである可能性がある。アナログ周波数合成器もまた使用され得るが、周波数が変更された後に安定させるために更なる時間がかかる可能性がある。また、アナログ合成器の場合では、同じ周波数における2つの測定が、アナログ合成器の周波数の変更後に起こり得る位相オフセットを解消するために行われる必要がある。 Note also that it is entirely possible to keep the baseband ranging signal components at only two (or one) that generate the remainder of the frequency components by adjusting the frequency synthesizer, eg, changing K SYN. I want you to. It is desirable that the LO signal for the upconverter and downconverter mixer be generated using direct digital synthesis (DDS) techniques. For high VHF band frequencies, this can result in an undesirable burden on the transceiver / FPGA hardware. However, for lower frequencies this may be a useful approach. An analog frequency synthesizer can also be used, but can take additional time to stabilize after the frequency is changed. Also, in the case of an analog synthesizer, two measurements at the same frequency need to be made to eliminate the phase offset that can occur after a change in the frequency of the analog synthesizer.

上記式において使用される実際のTD_M−AMは、マスタ(M)及び応答機(AM)システムクロックの両方において測定され、例えば、TLB_AM及びtRTXが、応答機(AM)クロックにおいて計数され、TLB_Mが、マスタ(M)クロックにおいて計数される。しかしながら、

Figure 2017531934
が計算されるとき、TLB_AM及びtRTXの両方が、マスタ(M)クロックにおいて測定(計数)される。これは、誤差
Figure 2017531934
(7)
をもたらす。 The actual TD_M-AM used in the above equation is measured in both the master (M) and responder (AM) system clocks, for example, T LB_AM and t RTX are counted in the responder (AM) clock. , T LB_M is counted in the master (M) clock. However,
Figure 2017531934
Both T LB_AM and t RTX are measured (counted) in the master (M) clock. This is an error
Figure 2017531934
(7)
Bring.

位相推定誤差(7)は、正確性に影響を及ぼす。したがって、この誤差を最小限にすることが必要である。β=βAMである場合、換言すれば、全てのマスタ(複数可)及び応答機(タグ)システムクロックが同期される場合には、時間tRTXからの寄与が除去される。 The phase estimation error (7) affects the accuracy. It is therefore necessary to minimize this error. If β M = β AM , in other words, if all master (s) and responder (tag) system clocks are synchronized, the contribution from time t RTX is removed.

好ましい実施形態では、マスタ及び応答機ユニット(デバイス)が、デバイスのいずれかとクロックを同期することができる。例えば、マスタデバイスは、基準として機能することができる。クロック同期は、遠隔制御通信チャネルを使用することによって達成され、それによって、FPGA150制御下で、温度補償水晶発振器TCXO20の周波数が調整される。周波数差は、選択された応答機デバイスが搬送信号を伝送している間に、マスタデバイスの加算器270の出力において測定される。   In a preferred embodiment, the master and responder unit (device) can synchronize clocks with any of the devices. For example, the master device can function as a reference. Clock synchronization is achieved by using a remote control communication channel, whereby the frequency of the temperature compensated crystal oscillator TCXO 20 is adjusted under FPGA 150 control. The frequency difference is measured at the output of the adder 270 of the master device while the selected transponder device is transmitting a carrier signal.

その後、マスタは、コマンドを応答機に送信して、TCXO周波数を増加/減少させる。この手順は、加算器270出力における周波数を最小限にすることによってより優れた正確性を達成するために数回繰り返されてもよい。理想的な場合では、加算器270出力における周波数がゼロに等しくなるべきであることに留意して頂きたい。代替の方法は、周波数差を測定して、応答機のTCXO周波数を調整することなく、推定された位相を訂正することである。   The master then sends a command to the responder to increase / decrease the TCXO frequency. This procedure may be repeated several times to achieve better accuracy by minimizing the frequency at the adder 270 output. Note that in the ideal case, the frequency at the adder 270 output should be equal to zero. An alternative method is to measure the frequency difference and correct the estimated phase without adjusting the TCXO frequency of the responder.

β−βAMが著しく低減され得るものの、β≠1である場合、位相推定誤差が存在する。この場合では、誤差の限界が、基準デバイス(通常、マスタ(M))クロック発生器の長期安定性に依存する。加えて、特に、現場の多数のユニットとのクロック同期のプロセスは、かなりの時間を取り得る。同期プロセスの間に、追跡−位置特定システムは、部分的または完全に動作不能になり、それは、システムの準備及び性能に悪影響を及ぼす。この場合では、応答機のTCXO周波数調整を要求しない上述の方法が好適である。 Although β MAM can be significantly reduced, if β M ≠ 1, there is a phase estimation error. In this case, the error limit depends on the long-term stability of the reference device (usually master (M)) clock generator. In addition, in particular, the process of clock synchronization with multiple units in the field can take a significant amount of time. During the synchronization process, the tracking-location system becomes partially or completely inoperable, which adversely affects system preparation and performance. In this case, the above-described method that does not require the TCXO frequency adjustment of the responder is preferable.

市販の(在庫のある)TCXO構成要素は、高度な正確性及び安定性を有する。具体的に、GPS商業用途のためのTCXO構成要素は、非常に正確である。これらのデバイスを用いると、位置特定正確性への位相誤差の影響は、頻繁なクロック同期を必要とせずに1メートルよりも少なくすることができる。   Commercial (in-stock) TCXO components have a high degree of accuracy and stability. Specifically, the TCXO component for GPS commercial applications is very accurate. With these devices, the effect of phase error on localization accuracy can be less than 1 meter without the need for frequent clock synchronization.

狭帯域幅レンジング信号マルチパス軽減プロセッサが、戻された狭帯域幅レンジング信号複素振幅

Figure 2017531934
を取得した後、更なる処理(すなわち、超分解能アルゴリズムの実行)が、ソフトウェアベースの構成要素において実現され、それは、マルチパス軽減プロセッサの一部分である。このソフトウェア構成要素は、FPGA150(図示しない)に埋め込まれるマスタ(読み取り機)ホストコンピュータCPU及び/またはマイクロプロセッサにおいて実現され得る。好ましい実施形態では、マルチパス軽減アルゴリズム(複数可)ソフトウェア構成要素が、マスタホストコンピュータCPUによって実行される。 Narrowband ranging signal multipath mitigation processor returns the narrowband ranging signal complex amplitude
Figure 2017531934
Further processing (ie, execution of the super-resolution algorithm) is implemented in a software-based component, which is part of the multipath mitigation processor. This software component may be implemented in a master (reader) host computer CPU and / or microprocessor embedded in an FPGA 150 (not shown). In the preferred embodiment, the multipath mitigation algorithm (s) software component is executed by the master host computer CPU.

超分解能アルゴリズム(複数可)は、(2π×τ)「周波数」、例えば、τ値の推定を生じさせる。最終ステップにおいて、マルチパス軽減プロセッサは、最小値を有するτ(すなわち、DLOS遅延時間)を選択する。 The super resolution algorithm (s) result in an estimate of (2π × τ K ) “frequency”, eg, τ K value. In the final step, the multipath mitigation processor selects τ (ie, DLOS delay time) having the minimum value.

レンジング信号狭帯域幅要件がある程度緩和される一定の場合では、DLOSパスが、(時間において)連続的なチャープを利用することによってMPパスから分離され得る。好ましい実施形態では、この連続的なチャープが、線形周波数変調(LFM)である。しかしながら、他のチャープ波形もまた使用されてもよい。   In certain cases where the ranging signal narrow bandwidth requirement is relaxed to some extent, the DLOS path can be separated from the MP path by utilizing a continuous chirp (in time). In the preferred embodiment, this continuous chirp is linear frequency modulation (LFM). However, other chirp waveforms may also be used.

マルチパス軽減プロセッサ制御下で、Bの帯域幅及びTの期間を有するチャープが伝送されることを仮定する。それは、毎秒

Figure 2017531934
ラジアンのチャープレートを与える。複数のチャープが、伝送されて、受信し戻される。チャープ信号は、デジタル式に発生され、各チャープは、同じ位相で開始されることに留意する。 Assume that a chirp with a bandwidth of B and a duration of T is transmitted under multipath mitigation processor control. Every second
Figure 2017531934
Give a radian char plate. Multiple chirps are transmitted and received back. Note that the chirp signal is generated digitally and each chirp starts at the same phase.

マルチパスプロセッサにおいて、それぞれの受信された単一チャープは、戻されたチャープが、興味のある領域の中間からになるように位置を調節される。   In a multipath processor, each received single chirp is aligned so that the returned chirp is from the middle of the region of interest.

チャープ波形式は、

Figure 2017531934
であり、ここで、ωは、0<t<Tの場合の初期周波数である。
単一遅延ラウンドトリップτ、例えば、マルチパスがない場合、戻された信号(cirp)は、s(t−τ)である。 The chirp waveform equation is
Figure 2017531934
Where ω 0 is the initial frequency when 0 <t <T.
If there is no single delay round trip τ, eg, multipath, the returned signal (cirp) is s (t−τ).

マルチパス軽減プロセッサは、次いで、最初に伝送されたチャープとの複素共役混合の実行によってs(t−τ)を「デランプ(deramp)」する。結果として生じる信号は、複素正弦波

Figure 2017531934
(8)
であり、
ここで、exp(−iwτ)は振幅であり、2βτは周波数であり、0≦t≦Tである。最後の項は位相であり、それは無視してよいことに留意する。 The multipath mitigation processor then “de-ramps” s (t−τ) by performing complex conjugate mixing with the originally transmitted chirp. The resulting signal is a complex sine wave
Figure 2017531934
(8)
And
Here, exp (−iw 0 τ k ) is the amplitude, 2βτ is the frequency, and 0 ≦ t ≦ T. Note that the last term is the phase, which can be ignored.

マルチパスの場合では、デランプされた複合信号が、複数の複素正弦波

Figure 2017531934
(9)
から成り、ここで、Lは、DLOSパスを含む、レンジング信号パスの数であり、0≦t≦Tである。 In the multipath case, the de-ramped composite signal consists of multiple complex sine waves.
Figure 2017531934
(9)
Where L is the number of ranging signal paths, including DLOS paths, where 0 ≦ t ≦ T.

複数のチャープが、伝送され、処理される。各チャープは、上記したように個々に取り扱われる/処理される。その後、マルチパス軽減プロセッサは、個々のチャープ処理の結果を組み立て、

Figure 2017531934
(10)
ここで、Nは、チャープの数であり、
Figure 2017531934
ρ=T+tdead、tdeadは、2つの連続的なチャープ間の不動作時間帯であり、2βτは、人工的な遅延「周波数」である。再び、最も興味のあるものは最低「周波数」であり、それは、DLOSパス遅延に対応する。 Multiple chirps are transmitted and processed. Each chirp is handled / processed individually as described above. The multipath mitigation processor then assembles the results of the individual chirp processes,
Figure 2017531934
(10)
Where N is the number of chirps,
Figure 2017531934
ρ = T + t dead , t dead is a dead time zone between two consecutive chirps, and 2βτ k is an artificial delay “frequency”. Again, what is most interesting is the lowest “frequency”, which corresponds to the DLOS path delay.

式(10)において、

Figure 2017531934
は、時間、すなわち、
Figure 2017531934
における複素正弦波の合計のN個のサンプルとして考えられ得る。それゆえ、サンプルの数は、複数のN、例えば、αN;α=1,2,…であり得る。 In equation (10),
Figure 2017531934
Is the time, ie
Figure 2017531934
Can be considered as a total of N samples of the complex sine wave at. Therefore, the number of samples can be a plurality of N, eg, αN; α = 1, 2,.

式(10)から、マルチパス軽減プロセッサは、更なる処理(すなわち、超分解能アルゴリズムの実行)において使用される時間領域においてαN個の複素振幅サンプルを生み出す。この更なる処理は、ソフトウェア構成要素において実現され、それは、マルチパス軽減プロセッサの一部分である。このソフトウェア構成要素は、マスタ(読み取り機)ホストコンピュータCPUによって、及び/またはFPGA150(図示しない)内に埋め込まれるマイクロプロセッサによって、あるいはその両方によって実行され得る。好ましい実施形態では、マルチパス軽減アルゴリズム(複数可)ソフトウェアが、マスタホストコンピュータCPUによって実行される。   From equation (10), the multipath mitigation processor produces αN complex amplitude samples in the time domain used in further processing (ie, execution of the super-resolution algorithm). This further processing is implemented in a software component, which is part of a multipath mitigation processor. This software component may be executed by a master (reader) host computer CPU and / or by a microprocessor embedded in FPGA 150 (not shown), or both. In the preferred embodiment, multipath mitigation algorithm (s) software is executed by the master host computer CPU.

超分解能アルゴリズム(複数可)は、2βτ「周波数」の推定、例えば、τ値を生み出す。最終ステップにおいて、マルチパス軽減プロセッサは、最小値を有するτ、すなわち、DLOS遅延時間を選択する。 The super-resolution algorithm (s) produces an estimate of 2βτ k “frequency”, eg, a τ K value. In the final step, the multipath mitigation processor selects τ with the minimum value, ie DLOS delay time.

超分解能アルゴリズムに対する代替として機能することができ、「閾値技法」と呼ばれる、特別処理方法の説明がなされる。換言すれば、それは、人工的に発生された合成広帯域幅レンジング信号を使用して、他のMPパスからDLOSパスを区別する際の信頼性及び正確性を強化するために使用される。   A special processing method is described that can serve as an alternative to the super-resolution algorithm and is called a “threshold technique”. In other words, it is used to enhance reliability and accuracy in distinguishing DLOS paths from other MP paths using artificially generated synthetic wideband ranging signals.

図1及び図1Aに示される周波数領域ベースバンドレンジング信号は、時間領域ベースバンド信号s(t)、すなわち、

Figure 2017531934
(11)
に変換され得る。s(t)は、周期1/Δtで周期的であること、及び任意の整数kについて、s(k/Δt)=2N+1であり、それは信号のピーク値であることが容易に実証される。ここで、図1及び図1Aにおいて、n=Nである。 The frequency domain baseband ranging signal shown in FIGS. 1 and 1A is a time domain baseband signal s (t), ie,
Figure 2017531934
(11)
Can be converted to It is readily demonstrated that s (t) is periodic with period 1 / Δt, and for any integer k, s (k / Δt) = 2N + 1, which is the peak value of the signal. Here, in FIG. 1 and FIG. 1A, n = N.

図4は、N=11及びΔf=250kHzである場合のs(t)の2つの周期を示す。信号は、1/Δf=4マイクロ秒によって分離された高さ2N+1=23の一連のパルスとして出現する。パルス間には、可変振幅及び2N個のゼロを有する正弦波形がある。信号の広帯域幅は、高いパルスの狭さに起因し得る。帯域幅が、ゼロの周波数からNΔf=2.75MHzに及ぶこともまた見られ得る。   FIG. 4 shows two periods of s (t) when N = 11 and Δf = 250 kHz. The signal appears as a series of pulses of height 2N + 1 = 23 separated by 1 / Δf = 4 microseconds. Between pulses is a sinusoidal waveform with variable amplitude and 2N zeros. The wide bandwidth of the signal can be attributed to the high pulse narrowness. It can also be seen that the bandwidth ranges from zero frequency to NΔf = 2.75 MHz.

好ましい実施形態に使用される閾値方法の基本的な考え方は、他のMPパスからDLOSパスを区別する際の、人工的に発生された合成広帯域幅レンジングの信頼性及び正確性を強化することである。閾値方法は、広帯域パルスの前縁の開始が受信機に到着したときを検出する。送信機及び受信機におけるフィルタリングが原因で、前縁は、瞬時に立ち上がらないが、滑らかに増加する傾斜で雑音無しで立ち上がる。前縁のTOAは、前縁が所定の閾値Tを超えるときを検出することによって測定される。   The basic idea of the threshold method used in the preferred embodiment is to enhance the reliability and accuracy of artificially generated synthetic wideband ranging in distinguishing DLOS paths from other MP paths. is there. The threshold method detects when the beginning of the leading edge of a broadband pulse arrives at the receiver. Due to filtering at the transmitter and receiver, the leading edge does not rise instantaneously, but rises without noise with a smoothly increasing slope. The leading edge TOA is measured by detecting when the leading edge exceeds a predetermined threshold T.

小さな閾値が望ましく、なぜなら、それは、より迅速に超えられることになり、パルスの真の開始と閾値超過との間の誤差遅延τが小さいからである。それゆえ、マルチパスに起因して到着する任意のパルス複製は、複製の開始がτよりも大きな遅延を有する場合に影響がない。しかしながら、雑音の存在は、閾値Tをどれほど小さくすることができるかについて制限を課す。遅延τを減らす1つの手法は、パルス自体の代わりに、受信されたパルスの導関数を使用することであり、なぜなら、導関数はより速く立ち上がるからである。二次導関数は、更に速い立ち上がりを有する。高次の導関数が使用され得るが、実際には、それらは、雑音レベルを容認できない値まで上げる可能性があり、それゆえ、閾値化された二次導関数が使用される。   A small threshold is desirable because it will be exceeded more quickly, and the error delay τ between the true start of the pulse and exceeding the threshold is small. Therefore, any pulse replication that arrives due to multipath has no effect if the start of replication has a delay greater than τ. However, the presence of noise imposes a limit on how small the threshold T can be made. One way to reduce the delay τ is to use the derivative of the received pulse instead of the pulse itself, because the derivative rises faster. The second derivative has a faster rise. Although higher order derivatives can be used, in practice they can raise the noise level to an unacceptable value, and therefore thresholded second derivatives are used.

図4に描写される2.75MHzの広範囲信号は、かなり広い帯域幅を有するが、それは、上述した方法によって範囲を測定するのに適していない。その方法は、伝送されたパルスがゼロの信号先行波をそれぞれ有することを要求する。しかしながら、パルス間の正弦波形が本質的にキャンセルされるように信号を修正することによってその目的を達成することができる。好ましい実施形態では、それは、高いパルス間の選択された区間上の信号にごく近い波形を構築して、次いで、元の信号からそれを減算することによって行われる。   The 2.75 MHz wide range signal depicted in FIG. 4 has a fairly wide bandwidth, but it is not suitable for measuring the range by the method described above. The method requires that the transmitted pulses each have a zero signal lead. However, its purpose can be achieved by modifying the signal so that the sinusoidal waveform between pulses is essentially canceled. In the preferred embodiment, it is done by constructing a waveform very close to the signal on the selected interval between high pulses and then subtracting it from the original signal.

その技法は、それを信号に適用することによって、図1に例示され得る。波形上に示される2つの黒点は、第1の2つのパルス間に中心を置かれた区間Iの終点である。区間Iの左右の終点は、最良の結果をもたらすために実験的に決定されており、それぞれ、以下にある。   The technique can be illustrated in FIG. 1 by applying it to the signal. The two black dots shown on the waveform are the end points of section I centered between the first two pulses. The left and right endpoints of interval I have been experimentally determined to give the best results, and are respectively:

Figure 2017531934
(12)
Figure 2017531934
(12)

この区間上で信号s(t)を本質的にキャンセルするが、区間の外側であまり害を及ぼさない関数g(t)を生成する試みが行われる。式(11)は、s(t)が1/sinπΔftによって変調される正弦波sinπ(2N+1)Δftであることを示すので、最初に、区間I上で1/sinπΔftにごく近い関数h(t)が見付けられ、次いで、g(t)を積として形成する。   An attempt is made to generate a function g (t) that essentially cancels the signal s (t) on this interval but does not cause much harm outside the interval. Equation (11) shows that s (t) is a sinusoidal sin π (2N + 1) Δft modulated by 1 / sin πΔft, so that first, a function h (t) very close to 1 / sin πΔft on interval I. Is then found and formed as a product of g (t).

Figure 2017531934
(13)
Figure 2017531934
(13)

h(t)は、以下の合計によって生成される。   h (t) is generated by the following sum.

Figure 2017531934
(14)
Figure 2017531934
(14)

ここで、

Figure 2017531934
(15)
であり、係数aは、区間I上で、最小二乗誤差を最小限にするように選択される。 here,
Figure 2017531934
(15)
And the coefficient a k is selected to minimize the least square error on interval I.

Figure 2017531934
(16)
Figure 2017531934
(16)

解は、aに関して偏導関数Jを取ることによって、及びそれらをゼロに等しく設定することによって、容易に取得される。結果は、M+1個の線型方程式系である。 Solutions are easily obtained by taking partial derivatives J with respect to a k and by setting them equal to zero. The result is an M + 1 linear equation system.

Figure 2017531934
(17)
Figure 2017531934
(17)

それは、aについて解かれ得、ここで、

Figure 2017531934
(18)
である。 It can be solved for a k , where
Figure 2017531934
(18)
It is.

次いで、

Figure 2017531934
(19) Then
Figure 2017531934
(19)

(12)によって与えられた関数φ(t)の定義を使用して、

Figure 2017531934
(20) Using the definition of the function φ k (t) given by (12),
Figure 2017531934
(20)

g(t)は、関数r(t)を得るようにs(t)から減算され、それは、区間I上でs(t)を本質的にキャンセルするべきである。付属物に示されるように、式(20)における加算についての上限Mに適した選択は、M=2N+1である。この値及び付属物からの結果を使用すると、

Figure 2017531934
(21) g (t) is subtracted from s (t) to obtain the function r (t), which should essentially cancel s (t) on interval I. As shown in the appendix, a suitable choice for the upper limit M for addition in equation (20) is M = 2N + 1. Using this value and the results from the attachment,
Figure 2017531934
(21)

ここで、
=1−(1/2)a2N+1
=2−(1/2)a2(N−k)+1 k=1,2,…,Nの場合
=−(1/2)a2(kーN)−1 k=N+1,N+2,…,2N+1の場合
c=−a
(22)
here,
b 0 = 1− (1/2) a 2N + 1
When b k = 2− (1/2) a 2 (N−k) +1 k = 1, 2,..., N b k = − (1/2) a 2 (k−N) −1 k = N + 1 , N + 2,..., 2N + 1, c = −a 0
(22)

式(17)から、(ゼロの周波数DC項を含む)2N+3の周波数の合計が、所望の信号r(t)を取得するために要求されることが分かる。図5は、図1に示される元の信号s(t)について結果として生じる信号r(t)を示し、ここで、N=11である。この場合では、r(t)の構築が、(DC項bを含む)25個のキャリアを要求する。 From equation (17) it can be seen that a sum of 2N + 3 frequencies (including the zero frequency DC term) is required to obtain the desired signal r (t). FIG. 5 shows the resulting signal r (t) for the original signal s (t) shown in FIG. 1, where N = 11. In this case, the construction of r (t) requests the 25 carriers (including DC term b 0).

上記に構築されるようなr(t)の重要な特徴は、以下のとおりである。   The key features of r (t) as constructed above are as follows.

1.最低周波数は、ゼロHzであり、最高周波数は、(14)から分かるように、(2N+1)Δf[Hz]である。それゆえ、総帯域幅は、(2N+1)Δf[Hz]である。   1. The lowest frequency is zero Hz, and the highest frequency is (2N + 1) Δf [Hz] as can be seen from (14). Therefore, the total bandwidth is (2N + 1) Δf [Hz].

2.全てのキャリアは、周波数(N+1/2)Δfに位置する正弦関数である、1つのキャリアを除いて、Δfだけ間隔を離された(DCを含む)余弦関数である。   2. All carriers are cosine functions (including DC) spaced apart by Δf, except for one carrier, which is a sine function located at frequency (N + 1/2) Δf.

3.元の信号s(t)は周期1/Δfを有するが、r(t)は、周期2/Δfを有する。s(t)の全周期である、r(t)の各周期の前半は、信号のキャンセルされた部分を含み、r(t)の周期の後半は、大振動部分である。それゆえ、先行波のキャンセルは、s(t)の1つおきの周期においてのみ起こる。   3. The original signal s (t) has a period 1 / Δf, while r (t) has a period 2 / Δf. The first half of each cycle of r (t), which is the entire cycle of s (t), includes the canceled portion of the signal, and the second half of the cycle of r (t) is the large vibration portion. Therefore, cancellation of the preceding wave occurs only in every other period of s (t).

これは、キャンセリング関数g(t)が実際には、1つおきの周期においてs(t)を強めるので、起こる。その理由は、g(t)が、s(t)の全てのピークにおいてその極性を逆にするのに対して、s(t)はそうではないことにある。3dBだけ処理利得を増加させるように、s(t)の全ての周期がキャンセルされる部分を含むようにする方法が、以下に記載される。   This occurs because the canceling function g (t) actually enhances s (t) in every other period. The reason is that g (t) reverses its polarity at every peak of s (t), whereas s (t) is not. A method for including a portion where all cycles of s (t) are canceled so as to increase the processing gain by 3 dB is described below.

4.s(t)のキャンセルされる部分の長さは、1/Δfの約80〜90%である。したがって、Δfは、この長さを、マルチパスに起因してr(t)の前のゼロではない部分から任意の残りの信号を除去するのに十分長くさせるように、十分小さくする必要がある。   4). The length of the portion of s (t) to be canceled is about 80 to 90% of 1 / Δf. Therefore, Δf needs to be small enough to make this length long enough to remove any remaining signal from the non-zero part before r (t) due to multipath. .

5.r(t)の各ゼロ部分の直後には、振動部分の第1のサイクルがある。好ましい実施形態では、上記したようなTOA測定方法において、このサイクルの前半が、TOA、具体的には、その立ち上がりの始まりを測定するために使用される。(主ピークと呼ばれる)この前半のサイクルのピーク値は、ほぼ同時点に位置するs(t)の対応するピークよりもある程度大きいことに注目されたい。前半のサイクルの幅は、NΔfに概ね逆比例する。   5. Immediately after each zero portion of r (t) is the first cycle of the vibrating portion. In a preferred embodiment, in the TOA measurement method as described above, the first half of this cycle is used to measure the TOA, specifically the beginning of its rise. Note that the peak value of this first half cycle (called the main peak) is somewhat larger than the corresponding peak of s (t) located at approximately the same point. The width of the first half cycle is approximately inversely proportional to NΔf.

6.大量の処理利得が、以下によって達成され得る。   6). A large amount of processing gain can be achieved by:

(a)r(t)は、周期2/Δfで周期的であるので、信号r(t)の繰返しを使用すること。また、追加的な3dBの処理利得が、後に記載される方法によって可能である。   (A) Since r (t) is periodic with period 2 / Δf, use repetition of signal r (t). Also, an additional 3 dB processing gain is possible by the method described later.

(b)狭帯域フィルタリング。2N+3のキャリアのそれぞれは、狭帯域信号であるので、信号の占有される帯域幅は、周波数の割り当てられた帯域全体にわたって広がる広帯域信号のものよりもかなり小さい。   (B) Narrowband filtering. Since each of the 2N + 3 carriers is a narrowband signal, the occupied bandwidth of the signal is significantly smaller than that of a wideband signal that spans the entire assigned band of frequencies.

図5に示される信号r(t)について、ここで、N=11かつΔf=250kHz、s(t)のキャンセルされる部分の長さは、約3.7マイクロ秒または1,110メートルである。これは、マルチパスに起因してr(t)の前のゼロではない部分から残りの信号を除去するのに十分過ぎる。主ピークは、約35の値を有し、先行波(すなわち、キャンセル)領域における最大の大きさは、約0.02であり、それは、主ピークの65dB下である。これは、上記したようなTOA測定閾値技法を使用して良好な性能を得るために望ましい。   For the signal r (t) shown in FIG. 5, where N = 11 and Δf = 250 kHz, the length of the canceled portion of s (t) is about 3.7 microseconds or 1,110 meters . This is more than enough to remove the remaining signal from the non-zero part before r (t) due to multipath. The main peak has a value of about 35, and the maximum magnitude in the preceding wave (ie, cancellation) region is about 0.02, which is 65 dB below the main peak. This is desirable to obtain good performance using the TOA measurement threshold technique as described above.

より少数のキャリアの使用が図6に描写され、それは、全部で2N+3=9のキャリアのみについて、Δf=850kHz、N=3、及びM=2N+1=7を使用して発生される信号を例示する。この場合では、信号の周期は、周期が8マイクロ秒である、図5における信号と比較すると2/Δf≒2.35マイクロ秒だけである。この実施例は、単位時間毎により多くの周期を有するので、より多くの処理利得が達成され得ることが予想され得る。   The use of fewer carriers is depicted in FIG. 6, which illustrates the signal generated using Δf = 850 kHz, N = 3, and M = 2N + 1 = 7 for only 2N + 3 = 9 carriers in all. . In this case, the period of the signal is only 2 / Δf≈2.35 microseconds compared to the signal in FIG. Since this embodiment has more cycles per unit time, it can be expected that more processing gain can be achieved.

しかしながら、より少数のキャリアが使用されるので、主ピークの振幅は、前の大きさの約1/3であり、それは、予想された余分な処理利得を解消する傾向がある。また、ゼロの信号先行波区分の長さは、より短い、約0.8マイクロ秒または240メートルである。これは、依然として、マルチパスに起因してr(t)の前のゼロではない部分から残りの信号を除去するのに十分なはずである。(2N+1)Δf=5.95MHzの総帯域幅は、前とほぼ同じであることと、主ピークの半分のサイクルの幅もまた、概ね同じであることと、に留意する。より少数のキャリアが使用されるので、各キャリアが受信機において狭帯域フィルタリングされるときに、いくつかの余分な処理利得が存在するはずである。その上、先行波(すなわち、キャンセル)領域における最大の大きさは、この際、主ピークの約75dB下になり、前の実施例から10dBの改良となる。   However, because fewer carriers are used, the main peak amplitude is about 1/3 of the previous magnitude, which tends to eliminate the expected extra processing gain. Also, the length of the zero signal lead wave segment is shorter, approximately 0.8 microseconds or 240 meters. This should still be sufficient to remove the remaining signal from the non-zero part before r (t) due to multipath. Note that the total bandwidth of (2N + 1) Δf = 5.95 MHz is approximately the same as before, and the width of half the main peak cycle is also approximately the same. Since fewer carriers are used, there should be some extra processing gain when each carrier is narrowband filtered at the receiver. In addition, the maximum magnitude in the preceding wave (ie, cancellation) region is now about 75 dB below the main peak, an improvement of 10 dB from the previous example.

RF周波数における伝送。ここまで、r(t)が、簡潔さの目的のために、ベースバンド信号として記載されている。しかしながら、それは、最大RFまで変換され得、伝送され得、受信され得、次いで、受信機においてベースバンド信号として再構成され得る。例示するために、添え字jを有するマルチパス伝搬パスのうちの1つを経由して移動するベースバンド信号r(t)における周波数成分ωのうちの1つに何が起こるかを考える(ラジアン/秒の周波数が、表記上の簡潔さのために使用される)。 Transmission at RF frequency. So far, r (t) has been described as a baseband signal for purposes of brevity. However, it can be converted up to maximum RF, transmitted, received, and then reconstructed as a baseband signal at the receiver. To illustrate, consider what happens to one of the frequency components ω k in the baseband signal r (t) traveling through one of the multipath propagation paths with the subscript j ( A frequency of radians / second is used for notational simplicity).

cosωt (送信機内のベースバントにおけるもの)
cos(ω+ω)t (最大RFまでの周波数ωだけ変換されたもの)
cos[(ω+ω)(t−τ)+φ] (受信機アンテナにおけるもの)
cos[ω(t−τ)+φ+θ] (ベースバンドまで周波数−ωだけ変換されたもの)
(23)
b k cosω k t (in the baseband in the transmitter)
b k cos (ω + ω k ) t (converted by frequency ω up to the maximum RF)
a j b k cos [(ω + ω k ) (t−τ j ) + φ j ] (in the receiver antenna)
a j b k cos [ω k (t−τ j ) + φ j + θ] (converted to the baseband by the frequency −ω)
(23)

ここで、送信機及び受信機が周波数同期されることが仮定される。パラメータbは、r(t)についての式(21)におけるk番目の係数である。パラメータτ及びφは、それぞれ、j番目の伝搬パスの(反射器の誘電特性に起因する)パス遅延及び位相シフトである。パラメータθは、受信機においてベースバンドへのダウンコンバートの際に起こる位相シフトである。類似の関数列が、式(21)の正弦成分について表わされ得る。 Here, it is assumed that the transmitter and receiver are frequency synchronized. Parameter b k is the k th coefficient in equation (21) for r (t). The parameters τ j and φ j are the path delay and phase shift (due to the dielectric properties of the reflector) of the j th propagation path, respectively. The parameter θ is a phase shift that occurs during down-conversion to baseband at the receiver. A similar function sequence can be expressed for the sine component of equation (21).

r(t)におけるゼロの信号先行波が、最大の著しい伝搬遅延よりも十分に大きい長さを有する限り、式(20)における最終ベースバンド信号は、依然として、ゼロの信号先行波を有することに留意するのが重要である。勿論、全てのパス(添え字j)上の全ての周波数成分(添え字k)が結合されるとき、受信機におけるベースバンド信号は、全ての位相シフトを含む、r(t)の歪んだ形になる。   As long as the zero signal lead in r (t) has a length sufficiently larger than the largest significant propagation delay, the final baseband signal in equation (20) will still have a zero signal lead. It is important to keep in mind. Of course, when all frequency components (subscript k) on all paths (subscript j) are combined, the baseband signal at the receiver contains the distorted form of r (t), including all phase shifts. become.

連続的なキャリア伝送及び信号再構築が、図1及び図1Aに例示される。送信機及び受信機が時間及び周波数同期され、2N+3の伝送されたキャリアが同時に伝送される必要はないことが仮定される。実施例として、そのベースバンド表現が図1A及び図6のものである信号の伝送を考える。   Continuous carrier transmission and signal reconstruction are illustrated in FIGS. 1 and 1A. It is assumed that the transmitter and receiver are time and frequency synchronized and that 2N + 3 transmitted carriers need not be transmitted simultaneously. As an example, consider the transmission of a signal whose baseband representation is that of FIGS. 1A and 6.

図6において、N=3であり、1ミリ秒について9個の周波数成分のそれぞれが連続的に伝送されると想定する。各周波数伝送についての開始及び終了時間は、受信機において既知であり、それゆえ、それは、各周波数成分のその受信を、それらのそれぞれの時間において連続的に開始及び終了することができる。信号伝搬時間は、1ミリ秒と比較して非常に短い(それは、通常、意図された用途において数マイクロ秒よりも少ない)ので、それぞれの受信された周波数成分の小さな部分は無視されるべきであり、受信機は、容易にそれを抜かすことができる。   In FIG. 6, it is assumed that N = 3 and that each of the nine frequency components is continuously transmitted for 1 millisecond. The start and end times for each frequency transmission are known at the receiver, so it can start and end its reception of each frequency component continuously at their respective times. Since the signal propagation time is very short compared to 1 millisecond (which is usually less than a few microseconds in the intended application), a small portion of each received frequency component should be ignored. Yes, the receiver can easily pull it out.

9個の周波数成分を受信するプロセス全体が、処理利得を増大させるために追加的な受信の9ミリ秒のブロックにおいて繰り返され得る。1秒の総受信時間では、処理利得のために利用可能な約111のかかる9ミリ秒のブロックが存在することになる。加えて、各ブロック内には、0.009/(2/Δf)≒383の主ピークから利用可能な追加的な処理利得が存在することになる。   The entire process of receiving 9 frequency components can be repeated in an additional 9-millisecond block of reception to increase processing gain. With a total reception time of 1 second, there will be about 111 such 9 millisecond blocks available for processing gain. In addition, there will be additional processing gain available in each block from the main peak of 0.009 / (2 / Δf) ≈383.

一般に、信号再構築は、非常に効率的に行われ得、全ての可能な処理利得を本質的に許可することは注目に値する。2N+3の受信された周波数のそれぞれについて、
1.その周波数に対応する一連の記憶されたベクトル(フェーザ)を形成するように、その周波数の各1ミリ秒の受信の位相及び振幅を測定する。
2.その周波数について記憶されたベクトルを平均する。
3.最終的に、2N+3の周波数について2N+3のベクトル平均を使用して、期間2/Δfを有するベースバンド信号の1周期を再構築し、その再構築を使用して、信号TOAを推定する。
In general, it is worth noting that signal reconstruction can be performed very efficiently and essentially allows all possible processing gains. For each of the 2N + 3 received frequencies,
1. The phase and amplitude of each 1 millisecond reception of that frequency is measured to form a series of stored vectors (phasors) corresponding to that frequency.
2. Average the stored vectors for that frequency.
3. Finally, 2N + 3 vector averages for 2N + 3 frequencies are used to reconstruct one period of the baseband signal with period 2 / Δf, and the reconstruction is used to estimate the signal TOA.

この方法は、1ミリ秒の伝送に限定されず、伝送の長さは、増加または減少されてもよい。しかしながら、全伝送についての合計時間は、受信機または送信機の任意の動きを止めるのに十分に短くなくてはならない。   This method is not limited to 1 millisecond transmission, and the length of the transmission may be increased or decreased. However, the total time for all transmissions must be short enough to stop any movement of the receiver or transmitter.

キャンセリング関数g(t)の極性を単に逆にすることによって、r(t)の交互の半分のサイクル上でキャンセルを得て、r(t)が以前に振動性であった場合にs(t)のピーク間のキャンセルが可能である。しかしながら、s(t)の全てのピーク間のキャンセルを得るために、関数g(t)及びその極性を逆にしたものが、受信機に適用される必要があり、これは、受信機における係数重み付けを含む。   Cancellation is obtained on alternating half cycles of r (t) by simply reversing the polarity of the canceling function g (t), and s (if r (t) was previously oscillatory Cancellation between the peaks of t) is possible. However, in order to obtain cancellation between all peaks in s (t), the function g (t) and its polarity reversed need to be applied to the receiver, which is a factor in the receiver Includes weighting.

受信機における係数重み付け。所望される場合、式(21)における係数bが、送信機におけるr(t)の構築のために使用され、その代わりに、受信機において導入されてもよい。これは、式(20)において信号のシーケンスを考えることによって容易に分かり、それにおいて、bが最初における代わりに最後のステップにおいて導入される場合、最終信号が同じである。雑音を無視すると、値は、以下のとおりである。 Coefficient weighting at the receiver. If desired, the coefficient b k in equation (21) may be used for the construction of r (t) at the transmitter, instead it may be introduced at the receiver. This is easily seen by considering the signal sequence in equation (20), where the final signal is the same if b k is introduced in the last step instead of in the first. Neglecting the noise, the values are:

cosωt (送信機内のベースバントにおけるもの)
cos(ω+ω)t (最大RFまでの周波数ωだけ変換されたもの)
cos[(ω+ω)(t−τ)+φ] (受信機アンテナにおけるもの)
cos[ω(t−τ)+φ+θ] (ベースバンドまで周波数−ωだけ変換されたもの)
cos[ω(t−τ)+φ+θ] (ベースバンドにおいて係数bkだけ重み付けされたもの)
(24)
cosω k t (in the baseband in the transmitter)
cos (ω + ω k ) t (converted by frequency ω up to the maximum RF)
a j cos [(ω + ω k ) (t−τ j ) + φ j ] (in the receiver antenna)
a j cos [ω k (t−τ j ) + φ j + θ] (converted by the frequency −ω up to the baseband)
a j b k cos [ω k (t−τ j ) + φ j + θ] (weighted by coefficient bk in baseband)
(24)

送信機は、次いで、同じ振幅で全ての周波数を伝送することができ、それは、その設計を単純にする。この方法はまた、各周波数において雑音を重み付け、その影響が考慮されるべきであることに留意されたい。係数重み付けが、使用可能な主ピークの2倍を得るようにg(t)の極性逆転をもたらすために、受信機において行われるべきであることにもまた留意されたい。   The transmitter can then transmit all frequencies with the same amplitude, which simplifies its design. Note that this method also weights the noise at each frequency and its effect should be considered. It should also be noted that coefficient weighting should be performed at the receiver to provide a polarity reversal of g (t) to obtain twice the usable main peak.

チャネル内の中心周波数へのΔfのスケーリング。VHFまたはより低い周波数におけるFCC要件を満たすために、一定のチャネル間隔を有するチャネル化伝送が要求される。VHF及びより低い周波数帯域(複数可)についての場合である、全体的な割り当てられた帯域と比較して小さい一定のチャネル間隔を有するチャネル化伝送帯域では、Δfへの小さな調整が、必要に応じて、元の設計値からの性能を実質的に変更せずに、全ての伝送される周波数がチャネル中心にあることを可能にする。前に提示されたベースバンド信号の2つの実施例では、全ての周波数成分が、複数のΔf/2であり、それゆえ、チャネル間隔がΔf/2を分割する場合、最低のRF伝送される周波数が、1つのチャネル内に中心を置かれ得、1つおきの周波数が、それらのチャネルの中心に位置し得る。   Scaling Δf to center frequency in the channel. In order to meet FCC requirements at VHF or lower frequencies, channelized transmission with constant channel spacing is required. For channeled transmission bands with a constant channel spacing that is small compared to the overall allocated band, as is the case for VHF and lower frequency band (s), a small adjustment to Δf is This allows all transmitted frequencies to be in the center of the channel without substantially changing the performance from the original design value. In the two examples of the baseband signal presented previously, all frequency components are multiple Δf / 2, and therefore the lowest RF transmitted frequency when the channel spacing divides Δf / 2. May be centered within one channel, and every other frequency may be centered on those channels.

いくつかの無線周波数(RF)ベースの識別では、追跡及び位置特定システムが、距離測定機能を行うことに加えて、マスタユニット及びタグユニットの両方がまた、音声、データ、及び制御通信機能を行う。同様に、好ましい実施形態では、マスタユニット及びタグの両方が、距離測定機能に加えて、音声、データ、及び制御通信機能を行う。   In some radio frequency (RF) -based identifications, in addition to the tracking and locating system performing distance measurement functions, both the master unit and tag unit also perform voice, data, and control communication functions. . Similarly, in the preferred embodiment, both the master unit and the tag perform voice, data, and control communication functions in addition to the distance measurement function.

好ましい実施形態によれば、レンジング信号(複数可)は、マルチパス軽減を含む、幅広い高度な信号処理技法に従う。しかしながら、これらの技法は、音声、データ、及び制御信号に適していない可能性がある。結果として、提案されるシステム(ならびに他の既存のシステム)の動作範囲は、確実に及び正確に距離を測定するその能力によってではなくて、音声及び/またはデータならびに/あるいは制御通信の間の範囲外であることによって、制限され得る。   According to a preferred embodiment, the ranging signal (s) are subject to a wide range of advanced signal processing techniques, including multipath mitigation. However, these techniques may not be suitable for voice, data, and control signals. As a result, the operating range of the proposed system (as well as other existing systems) is not the range between voice and / or data and / or control communication, but by its ability to measure distance reliably and accurately. Being outside can be limited.

他の無線周波数(RF)ベースの識別、追跡、及び位置特定システムでは、距離測定機能が、音声、データ、及び制御通信機能から分離される。これらのシステムにおいて、別個のRF送受信機が、音声、データ、及び制御通信機能を行うために使用される。このアプローチの欠点は、システムの費用、複雑性、サイズ等の増加である。   In other radio frequency (RF) based identification, tracking, and localization systems, distance measurement functions are separated from voice, data, and control communication functions. In these systems, separate RF transceivers are used to perform voice, data, and control communication functions. The disadvantage of this approach is an increase in system cost, complexity, size, etc.

上述した欠点を回避するために、好ましい実施形態では、狭帯域幅レンジング信号またはベースバンド狭帯域幅レンジング信号のいくつかの個々の周波数成分が、同一のデータ/制御信号を用いて及び音声の場合ではデジタル化された音声パケットデータを用いて変調される。受信機において、最高信号強度を有する個々の周波数成分が復調され、取得された情報信頼性が、情報冗長性を利用する「票決(voting」」または他の信号処理技法を行うことによって更に強化され得る。   In order to avoid the drawbacks mentioned above, in the preferred embodiment, several individual frequency components of a narrowband ranging signal or baseband narrowband ranging signal are used with the same data / control signal and in the case of speech. Is modulated using digitized voice packet data. At the receiver, the individual frequency components with the highest signal strength are demodulated, and the obtained information reliability is further enhanced by performing “voting” or other signal processing techniques that utilize information redundancy. obtain.

この方法は、複数のパスから入って来るRF信号が、DLOSパス及び互いと破壊的に結合され、それゆえ、受信信号強度及びそれと関連付けられたSNRを著しく低減する、「ヌル(null)」現象を回避することを可能にする。その上、かかる方法は、1組の周波数であって、その周波数において、複数のパスから入って来る信号が、DLOSパス及び互いと破壊的に結合され、それゆえ、受信信号強度及びそれと関連付けられたSNRを増大させる、周波数を見付けることを可能にする。   This method is a “null” phenomenon where RF signals coming from multiple paths are destructively coupled with the DLOS path and each other, thus significantly reducing the received signal strength and the SNR associated therewith. Makes it possible to avoid. Moreover, such a method is a set of frequencies at which the incoming signals from multiple paths are destructively coupled with the DLOS path and each other, and are therefore associated with the received signal strength and with it. It is possible to find frequencies that increase the SNR.

前述したように、スペクトル推定ベースの超分解能アルゴリズムは、一般に、同じモデル、すなわち、周波数の複素指数及びそれらの複素振幅の一次結合を使用する。この複素振幅は、上記式3によって与えられる。   As previously mentioned, spectral estimation-based super-resolution algorithms generally use the same model, ie, a linear exponential combination of frequencies and their complex amplitudes. This complex amplitude is given by Equation 3 above.

スペクトル推定ベースの超分解能アルゴリズムの全ては、複素指数の数、すなわち、マルチパスのパス数の事前知識を要求する。複素指数のこの数は、モデルサイズと呼ばれ、式1〜3に示されるようにマルチパス成分Lの数によって決定される。しかしながら、RF追跡−位置特定用途についての場合である、パス遅延を推定するとき、この情報は利用可能ではない。これは、別の次元、すなわち、モデルサイズの推定を、超分解能アルゴリズムによってスペクトル推定プロセスに追加する。   All of the spectral estimation based super-resolution algorithms require prior knowledge of the number of complex exponents, i.e. the number of multi-passes. This number of complex exponents is called the model size and is determined by the number of multipath components L as shown in equations 1-3. However, this information is not available when estimating path delay, which is the case for RF tracking-location applications. This adds another dimension, namely model size estimation, to the spectral estimation process by a super-resolution algorithm.

モデルサイズの過小推定の場合では、周波数推定の正確性が影響を受け、モデルサイズが過大推定される場合、アルゴリズムは、不要な、例えば、存在しない周波数を発生することが示されている(非特許文献3)。モデルサイズ推定の既存の方法、例えば、AIC(赤池情報量基準)、MDL(最小記述長)等は、信号(複素指数)間の相関関係に対して高い感度を有する。しかしながら、RFマルチパスの場合では、これは常である。更に、例えば、前向き−後向き平滑化アルゴリズムが適用された後、常に、相関関係の残量が存在する。   In the case of underestimation of the model size, the accuracy of frequency estimation is affected, and if the model size is overestimated, the algorithm has been shown to generate unwanted, eg nonexistent frequencies (non-existing) Patent Document 3). Existing methods of model size estimation, such as AIC (Akaike Information Criterion), MDL (Minimum Description Length), etc., have high sensitivity to correlation between signals (complex exponents). However, this is normal in the case of RF multipath. Further, there is always a residual amount of correlation, for example, after a forward-backward smoothing algorithm is applied.

非特許文献3の文書には、過大推定されたモデルを使用して、これらの信号電力(振幅)を推定することによって不要な周波数(信号)から実際の周波数(信号)を区別し、次いで、非常に低い電力を有する信号を拒否することが提案されている。この方法は、既存の方法を改良したものであるが、保証されない。発明者らは、非特許文献3の方法を実施して、より大きなモデルサイズを伴うより複雑な場合についてシミュレーションを行った。いくつかの場合では、不要な信号が、実際の信号振幅に非常に近い振幅を有し得ることが観測された。   The document of Non-Patent Document 3 uses an overestimated model to distinguish the actual frequency (signal) from the unwanted frequency (signal) by estimating these signal powers (amplitudes), then It has been proposed to reject signals with very low power. This method is an improvement over the existing method, but is not guaranteed. The inventors performed the method of Non-Patent Document 3 and performed a simulation for a more complicated case with a larger model size. In some cases, it has been observed that unwanted signals can have an amplitude very close to the actual signal amplitude.

スペクトル推定ベースの超分解能アルゴリズムの全ては、入って来る信号の複素振幅データを2つの部分空間、すなわち、雑音部分空間及び信号部分空間に分けることによって機能する。これらの部分空間が適切に定義される(分離される)場合には、モデルサイズは、信号部分空間サイズ(寸法)に等しい。   All of the spectral estimation-based super-resolution algorithms work by dividing the complex amplitude data of the incoming signal into two subspaces: a noise subspace and a signal subspace. If these subspaces are properly defined (separated), the model size is equal to the signal subspace size (dimension).

一実施形態では、モデルサイズ推定が、「F」統計を使用して達成される。例えば、ESPRITアルゴリズムの場合、(前向き/後向きの相関関係平滑化を用いて)共分散行列の推定の特異値分解が、昇順に並べられる。その後、分割が行われ、それによって、(n+1)の固有値が、n番目の固有値によって分割される。この率は、「F」確率変数である。最悪の場合は、(1,1)の自由度の「F」確率変数である。(1,1)の自由度を伴う「F」確率変数についての95%の信頼区間は、161である。その値を閾値として設定することは、モデルサイズを決定する。また、雑音部分空間について、固有値は、雑音電力の推定を表現することにも留意する。   In one embodiment, model size estimation is achieved using “F” statistics. For example, in the case of the ESPRIT algorithm, the singular value decomposition of the covariance matrix estimation is arranged in ascending order (using forward / backward correlation smoothing). Then, a division is performed, whereby (n + 1) eigenvalues are divided by the nth eigenvalue. This rate is the “F” random variable. The worst case is an “F” random variable with (1,1) degrees of freedom. The 95% confidence interval for the “F” random variable with (1,1) degrees of freedom is 161. Setting that value as a threshold determines the model size. Note also that for the noise subspace, the eigenvalue represents an estimate of the noise power.

「F」統計を固有値の率に適用するこの方法は、モデルサイズのより正確な推定方法である。「F」統計における他の自由度もまた、閾値計算及びその結果としてモデルサイズ推定のために使用され得ることに留意されたい。   This method of applying the “F” statistic to the eigenvalue rate is a more accurate method of estimating the model size. Note that other degrees of freedom in the “F” statistic can also be used for threshold calculation and consequently model size estimation.

それにも関わらず、いくつかの場合では、2つ以上の(時間において)非常に近くに間隔を置かれた信号が、実世界の測定不完全性が原因で、1つの信号に縮退し得る。結果として、上述した方法は、信号の数、すなわち、モデルサイズを過小推定する。モデルサイズの過小推定は、周波数推定の正確性を減らすので、一定の数を追加することによってモデルサイズを増加させることが賢明である。この数は、実験的に及び/またはシミュレーションから決定され得る。しかしながら、信号が近くに間隔を置かれないとき、モデルサイズは、過大推定される。   Nevertheless, in some cases, two or more closely spaced signals (in time) can degenerate into one signal due to real-world measurement imperfections. As a result, the method described above underestimates the number of signals, ie the model size. Since underestimation of the model size reduces the accuracy of frequency estimation, it is advisable to increase the model size by adding a certain number. This number can be determined experimentally and / or from simulation. However, when the signals are not closely spaced, the model size is overestimated.

かかる場合では、不要な、すなわち、存在しない周波数が出現し得る。前述したように、不要な信号検出のために信号振幅を使用することが、必ずしも機能するとは限らない。なぜなら、いくつかの場合では、不要な信号(複数可)が、実際の信号(複数可)振幅に非常に近い振幅を有することが観測されたからである。したがって、振幅弁別に加えて、フィルタが、不要な周波数を除去する可能性を改良するために実現され得る。   In such a case, unnecessary, that is, non-existing frequencies may appear. As mentioned above, using signal amplitude for unwanted signal detection does not always work. This is because in some cases it has been observed that the unwanted signal (s) has an amplitude very close to the actual signal (s) amplitude. Thus, in addition to amplitude discrimination, a filter can be implemented to improve the possibility of removing unwanted frequencies.

超分解能アルゴリズムによって推定される周波数は、人工的な周波数(式2)である。実際、これらの周波数は、マルチパス環境の個々のパス遅延である。結果として、負の周波数は存在しないはずであり、超分解能アルゴリズムによって作り出される全ての負の周波数は、拒否される不要な周波数である。   The frequency estimated by the super-resolution algorithm is an artificial frequency (Equation 2). In fact, these frequencies are individual path delays in a multipath environment. As a result, there should be no negative frequencies and all negative frequencies created by the super-resolution algorithm are unwanted frequencies that are rejected.

なおその上に、DLOS距離範囲は、超分解能方法とは異なる方法を使用して、測定の間に取得される複素振幅

Figure 2017531934
値から推定され得る。これらの方法は、より低い正確性を有するものの、このアプローチは、遅延、すなわち周波数を弁別するために使用される範囲を確立する。例えば、信号振幅
Figure 2017531934
が最大に近い、すなわち、ヌルを避ける、Δf間隔における
Figure 2017531934
の率は、DLOS遅延範囲を提供する。実際のDLOS遅延は、2時間以上またはそれ以下までであり得るが、これは、不要な結果を拒否するのに役立つ範囲を定義する。 Furthermore, the DLOS distance range is a complex amplitude obtained during the measurement using a method different from the super-resolution method.
Figure 2017531934
It can be estimated from the value. Although these methods have lower accuracy, this approach establishes the range used to discriminate delay, ie frequency. For example, signal amplitude
Figure 2017531934
Is close to the maximum, ie avoiding nulls, in Δf intervals
Figure 2017531934
The rate provides a DLOS delay range. The actual DLOS delay can be more than 2 hours or less, but this defines a range that helps to reject unwanted results.

実施形態では、レンジング信号が、ラウンドトリップを行う。換言すれば、それは、両方向に移動する、すなわち、マスタ/読み取り機から対象/スレーブに及び対象/スレーブからマスタ/読み取り機に戻る。   In an embodiment, the ranging signal performs a round trip. In other words, it moves in both directions, i.e. from the master / reader to the subject / slave and back from the subject / slave to the master / reader.

マスタは、音、すなわち、α×e−jωtを伝送する。ここで、ωは、動作帯域における動作周波数であり、αは、音信号振幅である。 The master transmits sound, ie α × e −jωt . Here, ω is the operating frequency in the operating band, and α is the sound signal amplitude.

対象の受信機において、受信信号(一方向)は、以下のとおりである。   In the target receiver, received signals (one direction) are as follows.

Figure 2017531934
(25)
Figure 2017531934
(25)

ここで、Nは、マルチパス環境における信号パスの数であり、K0及びτは、DLOS信号の振幅及び飛行時間であり、|K|=1、K>0、|Km≠0|≦1であり、Km≠0は、正または負であり得る。 Here, N is the number of signal paths in the multipath environment, K0 and τ 0 are the amplitude and time of flight of the DLOS signal, and | K 0 | = 1, K 0 > 0, | K m ≠ 0. | ≦ 1 and K m ≠ 0 can be positive or negative.

Figure 2017531934
(26)
Figure 2017531934
(26)

ここで、

Figure 2017531934
は、周波数領域における一方向マルチパスRFチャネル伝達関数であり、A(ω)≧0である。 here,
Figure 2017531934
Is a unidirectional multipath RF channel transfer function in the frequency domain, where A (ω) ≧ 0.

対象は、受信信号を再送する。   The target retransmits the received signal.

Figure 2017531934
(27)
Figure 2017531934
(27)

マスタ受信機において、ラウンドトリップ信号は、

Figure 2017531934
または、
Figure 2017531934
(28)
である。 At the master receiver, the round trip signal is
Figure 2017531934
Or
Figure 2017531934
(28)
It is.

一方、式(26)及び(28)から、

Figure 2017531934
(29) On the other hand, from the equations (26) and (28),
Figure 2017531934
(29)

ここで、

Figure 2017531934
は、周波数領域におけるラウンドトリップマルチパスRFチャネル伝達関数である。 here,
Figure 2017531934
Is the round trip multipath RF channel transfer function in the frequency domain.

式29から、ラウンドトリップマルチパスチャネルは、一方向チャネルマルチパスよりも多くの数のパスを有する。なぜなら、τ÷τパス遅延に加えて式

Figure 2017531934
は、これらのパス遅延の組み合わせ、例えば、τ+τ、τ+τ…、τ+τ、τ+τ,…等を含むからである。 From Equation 29, the round trip multipath channel has a greater number of paths than the unidirectional channel multipath. Because in addition to τ 0 ÷ τ N path delay
Figure 2017531934
This includes a combination of these path delays, for example, τ 0 + τ 1 , τ 0 + τ 2 ..., Τ 1 + τ 2 , τ 1 + τ 3 ,.

これらの組み合わせは、信号(複素指数)の数を劇的に増大させる。これゆえ、(時間において)非常に近くに間隔を置かれた信号の確率もまた、増大し、モデルサイズの著しい過小推定をもたらし得る。それゆえ、一方向マルチパスRFチャネル伝達関数を取得することが望ましい。   These combinations dramatically increase the number of signals (complex exponents). Hence, the probability of signals that are very closely spaced (in time) can also increase, leading to a significant underestimation of the model size. It is therefore desirable to obtain a one-way multipath RF channel transfer function.

好ましい実施形態では、一方向振幅値

Figure 2017531934
が、対象/スレーブデバイスから直接的に取得可能である。しかしながら、一方向位相値
Figure 2017531934
は、直接的に測定されることができない。ラウンドトリップ位相測定観測から一方向の位相を決定することが可能であり、すなわち、
Figure 2017531934
及び
Figure 2017531934
である。 In a preferred embodiment, the unidirectional amplitude value
Figure 2017531934
Can be obtained directly from the target / slave device. However, the one-way phase value
Figure 2017531934
Cannot be measured directly. It is possible to determine the phase in one direction from the round trip phase measurement observation, i.e.
Figure 2017531934
as well as
Figure 2017531934
It is.

しかしながら、ωの各値について、

Figure 2017531934
であるように、位相α(ω)の2つの値が存在する。 However, for each value of ω
Figure 2017531934
There are two values of phase α (ω).

この不明確さを解消する発明を実施するための形態は、以下に示される。レンジング信号の異なる周波数成分が互いに近い場合には、大部分について、一方向位相は、ラウンドトリップ位相を2で割ることによって見付けられ得る。例外は、位相は、小さな周波数ステップでさえも著しい変化を受け得る「ヌル」に近い領域を含む。「ヌル」現象は、複数のパスから入って来るRF信号が、DLOSパス及び互いと破壊的に結合している場合であり、それゆえ、受信信号強度及びそれと関連付けられたSNRを著しく低減することに留意する。   A mode for carrying out the invention to eliminate this ambiguity will be described below. If the different frequency components of the ranging signal are close to each other, for the most part, the unidirectional phase can be found by dividing the round trip phase by two. An exception is that the phase includes a region close to “null” that can undergo significant changes even at small frequency steps. The “null” phenomenon is when RF signals coming from multiple paths are destructively coupled with the DLOS path and each other, thus significantly reducing the received signal strength and its associated SNR. Keep in mind.

h(t)を通信チャネルの一方向インパルス応答とする。周波数領域における対応する伝達関数は、

Figure 2017531934
(30)
であり、
ここで、A(ω)≧0は大きさであり、α(ω)は、伝達関数の位相である。一方向インパルス応答が、それが受信されるのと同じチャネルを通して再送されて戻される場合、結果として生じる二方向伝達関数は、
Figure 2017531934
(31)
であり、
ここで、B(ω)≧0である。二方向伝達関数G(ω)は、いくつかの開いた周波数区間(ω,ω)内の全てのωについて、既知であると想定する。g(ω)を生成した(ω,ω)上で定義される一方向伝達関数H(ω)を決定することが可能である? Let h (t) be the one-way impulse response of the communication channel. The corresponding transfer function in the frequency domain is
Figure 2017531934
(30)
And
Here, A (ω) ≧ 0 is the magnitude, and α (ω) is the phase of the transfer function. If a one-way impulse response is retransmitted back through the same channel that it is received, the resulting two-way transfer function is
Figure 2017531934
(31)
And
Here, B (ω) ≧ 0. The two-way transfer function G (ω) is assumed to be known for all ω in several open frequency intervals (ω 1 , ω 2 ). Is it possible to determine the one-way transfer function H (ω) defined on (ω 1 , ω 2 ) that generated g (ω)?

二方向伝達関数の大きさは、一方向の大きさの二乗であるので、

Figure 2017531934
(32)
であることは明確である。 Since the magnitude of the two-way transfer function is the square of the magnitude in one direction,
Figure 2017531934
(32)
It is clear that

しかしながら、G(ω)の観測から一方向伝達関数の位相を見出す試みにおいて、状況は、より把握し難い。ωの各値について、

Figure 2017531934
(33)
であるように、位相α(ω)の2つの値が存在する。 However, in an attempt to find the phase of the one-way transfer function from the observation of G (ω), the situation is more difficult to grasp. For each value of ω
Figure 2017531934
(33)
There are two values of phase α (ω).

多数の異なる解が、それぞれの異なる周波数ωについて、2つの可能な位相値のうちの1つを選択することによって独立して生成され得る。   A number of different solutions can be independently generated for each different frequency ω by selecting one of the two possible phase values.

任意の一方向伝達関数が全ての周波数において連続的であることを仮定する、以下の定理は、この状況を解消するのに役立つ。   The following theorem, which assumes that any one-way transfer function is continuous at all frequencies, helps to resolve this situation.

定理1 Iを、二方向伝達関数

Figure 2017531934
のゼロを含まない周波数ωの開いた区間とする。
Figure 2017531934
をI上の連続関数とし、ここで、β(ω)=2γ(ω)である。次いで、J(ω)及び−J(ω)は、I上でG(ω)を生成する一方向伝達関数であり、他は存在しない。 Theorem 1 I is a two-way transfer function
Figure 2017531934
Of the frequency ω that does not include zero.
Figure 2017531934
Is a continuous function on I, where β (ω) = 2γ (ω). J (ω) and -J (ω) are then one-way transfer functions that produce G (ω) on I, and there are no others.

証明 一方向伝達関数についての解の1つは、関数

Figure 2017531934
であり、それは、I上で可微分であるので、I上で連続的であり、ここでβ(ω)=2α(ω)である。I上でG(ω)≠0であるので、H(ω)及びJ(ω)は、I上でゼロではない。次いで、
Figure 2017531934
(34) One solution for a proof one-way transfer function is the function
Figure 2017531934
Since it is differentiable on I, it is continuous on I, where β (ω) = 2α (ω). Since G (ω) ≠ 0 on I, H (ω) and J (ω) are not zero on I. Then
Figure 2017531934
(34)

H(ω)及びJ(ω)は、I上で連続的であり、かつゼロではないので、それらの比率は、I上で連続的であり、それゆえ、(34)の右辺は、I上で連続的である。条件β(ω)=2α(ω)=2γ(ω)は、各ω∈Iについて、α(ω)−γ(ω)が、0またはπのいずれかであることを暗示する。しかしながら、α(ω)−γ(ω)は、(34)の右辺に不連続性をもたらさずに、これらの2つの値間で転換することができない。それゆえ、全てのω∈Iについて、α(ω)−γ(ω)=0、または全てのω∈Iについて、α(ω)−γ(ω)=πのいずれかとなる。第1の場合では、J(ω)=H(ω)を得て、第2の場合では、J(ω)=−H(ω)を得る。   Since H (ω) and J (ω) are continuous on I and not zero, their ratio is continuous on I, so the right hand side of (34) is Is continuous. The condition β (ω) = 2α (ω) = 2γ (ω) implies that for each ω∈I, α (ω) −γ (ω) is either 0 or π. However, α (ω) −γ (ω) cannot be converted between these two values without introducing a discontinuity on the right hand side of (34). Therefore, α (ω) −γ (ω) = 0 for all ω∈I, or α (ω) −γ (ω) = π for all ω∈I. In the first case, J (ω) = H (ω) is obtained, and in the second case, J (ω) = − H (ω) is obtained.

この定理は、伝達関数

Figure 2017531934
のゼロを含まない任意の開いた区間I上で一方向解を得ることを証明する。我々は、関数
Figure 2017531934
を形成し、J(ω)を連続的にさせるようにβ(ω)=2γ(ω)を満たすγ(ω)の値を選択する。この特性を有する解、すなわち、H(ω)が存在することが知られているので、これを行うことは常に可能である。 This theorem is
Figure 2017531934
We prove that we get a one-way solution on any open interval I that does not contain any zeros. We function
Figure 2017531934
And γ (ω) satisfying β (ω) = 2γ (ω) is selected so that J (ω) is continuous. It is always possible to do this because it is known that there exists a solution with this characteristic, ie H (ω).

一方向解を見付けるための代替の手順は、以下の定理に基づく。   An alternative procedure for finding a one-way solution is based on the following theorem.

定理2

Figure 2017531934
を一方向伝達関数とし、IをH(ω)のゼロを含まない周波数ωの開いた区間とする。次いで、H(ω)の位相関数α(ω)は、I上で連続的である必要がある。 Theorem 2
Figure 2017531934
Is a one-way transfer function, and I is an open interval of frequency ω not including zero of H (ω). Then, the phase function α (ω) of H (ω) needs to be continuous on I.

証明 ωを区間I内の周波数とする。図7において、複素値H(ω)が、複素平面におけるある点として、及びH(ω)≠0という仮説によって、プロットされている。ε>0を任意の小さな実数とし、図7に示される2つの角度ε、ならびに2つの線OA及びOBにおいて中心を置かれると共にそれらに接する円を考える。仮定によって、H(ω)は、全てのωについて連続的である。それゆえ、ωがωに十分に近い場合、複素値H(ω)は円内にあり、

Figure 2017531934
であることが分かる。ε>0が任意に選択されたので、我々は、位相関数α(ω)がωにおいて連続的であるように、ω→ωの際にα(ω)→α(ω)であると結論付ける。 Let proof ω 0 be the frequency in interval I. In FIG. 7, the complex value H (ω 0 ) is plotted as a point in the complex plane and by the hypothesis that H (ω 0 ) ≠ 0. Let ε> 0 be any small real number and consider the two angles ε shown in FIG. 7 and a circle centered on and in contact with the two lines OA and OB. By assumption, H (ω) is continuous for all ω. Therefore, if ω is close enough to ω 0 , the complex value H (ω) is in the circle,
Figure 2017531934
It turns out that it is. Since epsilon> 0 is arbitrarily chosen, we, as the phase function alpha (omega) is continuous in omega 0, is α (ω) → α (ω 0) in the omega → omega 0 Conclude.

定理3 Iを、二方向伝達関数

Figure 2017531934
のゼロを含まない周波数ωの開いた区間とする。
Figure 2017531934
をI上の関数とし、ここで、β(ω)=2γ(ω)であり、γ(ω)はI上で連続的である。次いで、J(ω)及び−J(ω)は、I上でG(ω)を生成する一方向伝達関数であり、他は存在しない。 Theorem 3 I is the two-way transfer function
Figure 2017531934
Of the frequency ω that does not include zero.
Figure 2017531934
Is a function on I, where β (ω) = 2γ (ω), and γ (ω) is continuous on I. J (ω) and -J (ω) are then one-way transfer functions that produce G (ω) on I, and there are no others.

証明 この証明は、定理1の証明に類似する。我々は、一方向伝達関数についての解の1つは、関数

Figure 2017531934
であることを知っており、ここで、β(ω)=2α(ω)である。I上でG(ω)≠0であるので、H(ω)及びJ(ω)は、I上でゼロではない。次いで、
Figure 2017531934
(35) Proof This proof is similar to the proof of Theorem 1. We know that one of the solutions for the one-way transfer function is the function
Figure 2017531934
Where β (ω) = 2α (ω). Since G (ω) ≠ 0 on I, H (ω) and J (ω) are not zero on I. Then
Figure 2017531934
(35)

仮説によって、γ(ω)はI上で連続的であり、定理2によって、α(ω)もまた、I上で連続的である。それゆえ、α(ω)−γ(ω)は、I上で連続的である。条件β(ω)=2α(ω)=2γα(ω)は、各ω∈Iについて、α(ω)−γ(ω)が、0またはπのいずれかであることを暗示する。しかしながら、α(ω)−γ(ω)は、I上で不連続的にならずに、これらの2つの値間で転換することができない。それゆえ、全てのω∈Iについて、α(ω)−γ(ω)=0であるか、または全てのω∈Iについて、α(ω)−γ(ω)=πのいずれかとなる。第1の場合では、J(ω)=H(ω)を得て、第2の場合では、J(ω)=−H(ω)を得る。   By hypothesis, γ (ω) is continuous on I, and by Theorem 2, α (ω) is also continuous on I. Therefore, α (ω) −γ (ω) is continuous on I. The condition β (ω) = 2α (ω) = 2γα (ω) implies that for each ω∈I, α (ω) −γ (ω) is either 0 or π. However, α (ω) −γ (ω) is not discontinuous on I and cannot be converted between these two values. Therefore, α (ω) −γ (ω) = 0 for all ω∈I, or α (ω) −γ (ω) = π for all ω∈I. In the first case, J (ω) = H (ω) is obtained, and in the second case, J (ω) = − H (ω) is obtained.

定理3は、伝達関数

Figure 2017531934
のゼロを含まない任意の開いた区間I上で一方向解を得ることを我々に示し、我々は、単純に関数
Figure 2017531934
を形成し、位相関数γ(ω)を連続的にさせるようにβ(ω)=2γα(ω)を満たすγ(ω)の値を選択する。この特性を有する解、すなわちH(ω)が存在することが知られているので、常に、これを行うことが可能である。 Theorem 3 is the transfer function
Figure 2017531934
We show that we get a one-way solution over any open interval I that does not include zeros,
Figure 2017531934
And the value of γ (ω) satisfying β (ω) = 2γα (ω) is selected so that the phase function γ (ω) is continuous. Since it is known that there exists a solution with this characteristic, ie H (ω), this can always be done.

上記定理は、二方向関数G(ω)を発生させる2つの一方向伝達関数をどのように再構築するかを示すが、それらは、G(ω)のゼロを含まない周波数区間I上のみにおいて有用である。一般に、G(ω)は、ゼロを含み得る周波数区間(ω,ω)上で観測される。以下は、この問題を回避し得る方法であり、(ω,ω)においてG(ω)の有限数のゼロのみが存在すること、かつ一方向伝達関数が、(ω,ω)上の全ての次数の導関数を有し、それらの全てが、任意の所与の周波数ωにおいてゼロになるとは限らないことを仮定する。 The above theorem shows how to reconstruct two one-way transfer functions that generate a two-way function G (ω), but they are only in the frequency interval I that does not include zero of G (ω) Useful. In general, G (ω) is observed on a frequency interval (ω 1 , ω 2 ) that may include zero. The following is a method that can avoid this problem. In (ω 1 , ω 2 ), there is only a finite number of zeros of G (ω), and the one-way transfer function is (ω 1 , ω 2 ) Suppose we have derivatives of all the orders above, and not all of them will be zero at any given frequency ω.

H(ω)を区間(ω,ω)上でG(ω)を生成する一方向関数とし、G(ω)は、(ω,ω)上で少なくとも1つのゼロを有することを仮定する。G(ω)のゼロは、(ω,ω)を有限数の開いた隣接周波数区間J,J,・・・,Jに分離する。かかる各区間上で、解H(ω)または−H(ω)が、定理1または定理3のいずれかを使用して見付けられる。転換された解が(ω,ω)の全てにわたってH(ω)または−H(ω)のいずれかであるように、これらの解を「共に転換」する必要がある。これを行うために、我々は、サブ区間から次のサブ区間へと移動する際に、H(ω)から−H(ω)または−H(ω)からH(ω)に転換しないように、2つの隣接サブ区間内の解をどのように対にするかを知る必要がある。 Let H (ω) be a one-way function that generates G (ω) on the interval (ω 1 , ω 2 ), and that G (ω) has at least one zero on (ω 1 , ω 2 ). Assume. The zero of G (ω) separates (ω 1 , ω 2 ) into a finite number of open adjacent frequency intervals J 1 , J 2 ,..., J n . On each such interval, the solution H (ω) or -H (ω) is found using either Theorem 1 or Theorem 3. These solutions need to be “transformed together” so that the transformed solutions are either H (ω) or −H (ω) over all (ω 1 , ω 2 ). To do this, we do not switch from H (ω) to -H (ω) or -H (ω) to H (ω) when moving from one subsection to the next. We need to know how to pair the solutions in two adjacent subintervals.

第1の2つの開いた隣接サブ区間J及びJで開始する転換手順を例示する。これらのサブ区間は、G(ω)のゼロである周波数ωにおいて隣接する(勿論、ωは、いずれのサブ区間内にも含まれない)。一方向伝達関数の特性に関する我々の上記仮定によって、H(n)(ω)≠0であるように最小の正の整数nが存在する必要があり、ここで、上付き文字(n)は、n次導関数を示す。次いで、左からω→ωとしてJ内の我々の一方向解のn次導関数の極限値は、J内の我々の解がH(ω)または−H(ω)であるかどうかに従って、H(n)(ω)または−H(n)(ω)のいずれかになる。同様に、右からω→ωとして、J内の我々の一方向解のn次導関数の極限値は、J内の我々の解が、−H(ω)または−H(ω)であるかどうかに従って、H(n)(ω)または−H(n)(ω)のいずれかになる。H(n)(ω)≠0であるので、2つの極限値は、J及びJにおける解が共にH(ω)または共に−H(ω)である場合かつそうである場合にのみ、等しくなる。左及び右側の極限値が等しくない場合、我々は、サブ区間J内の解を反転する。そうではない場合には、反転しない。 Illustrate the first of the two open conversion procedure starts with adjacent subintervals J 1 and J 2 was. These sub-intervals are adjacent at a frequency ω 1 that is zero for G (ω) (of course, ω 1 is not included in any sub-interval). Due to our above assumption on the properties of the one-way transfer function, there must be a minimum positive integer n such that H (n)1 ) ≠ 0, where the superscript (n) is , N-th derivative. Then, whether the limit value of the n th derivative of our one-way solution in J 1 as omega → omega 1 from the left, our solution in J 1 is H (omega) or -H (omega) Accordingly, either H (n)1 ) or -H (n)1 ) is obtained. Similarly, as the omega → omega 1 from the right extreme value of n derivative of our one-way solution in J 2 is, that our solution in J 2, -H (ω) or -H (omega) Depending on whether or not, it is either H (n)1 ) or -H (n)1 ). Since H (n)1 ) ≠ 0, the two extreme values are only if and if the solutions at J 1 and J 2 are both H (ω) or both -H (ω). , Become equal. If extreme values of the left and right are not equal, it inverts the solution in subinterval J 2. If not, do not flip.

(必要に応じて)サブ区間J内の解を反転した後、我々は、サブ区間J及びJについて同一の手順を行い、(必要に応じて)サブ区間J内の解を反転する。このように続けると、我々は、区間(ω,ω)上で完全解を最終的に構築する。 After inverting the solution in sub-interval J 2 (if necessary), we perform the same procedure for sub-intervals J 2 and J 3 and (if necessary) invert the solution in sub-interval J 3 To do. Continuing in this way, we finally construct a complete solution on the interval (ω 1 , ω 2 ).

H(ω)の高次導関数が、上記再構築手順において要求されないことが望ましいであろう。なぜなら、それらは、雑音の存在下で正確にコンピュータ計算することが困難であるからである。この問題が起こる可能性は低い。なぜなら、G(ω)の任意のゼロにおいて、H(ω)の一次導関数はゼロではない可能性が非常に高く、そうでない場合、二次導関数がゼロではない可能性が非常に高いように考えられるからである。   It would be desirable that a higher order derivative of H (ω) is not required in the reconstruction procedure. This is because they are difficult to compute accurately in the presence of noise. This is unlikely to happen. Because at any zero of G (ω), the first derivative of H (ω) is very likely non-zero, otherwise the second derivative is very likely not zero. This is because it can be considered.

実用的な方式では、二方向伝達関数G(ω)が、不連続周波数において測定され、その周波数は、G(ω)のゼロに近い導関数のかなり正確なコンピュータ計算を可能にするために共に十分に近い必要がある。   In a practical scheme, the two-way transfer function G (ω) is measured at a discontinuous frequency, which is used together to allow a fairly accurate computer calculation of the derivative near zero of G (ω). It needs to be close enough.

RFベースの距離測定の場合、事前に知られた形状を有するレンジング信号の、近くに間隔を置かれた、重複する、及び雑音の入った未知数の反響を解消する必要がある。レンジング信号が狭帯域であることを仮定すると、周波数領域では、このRF現象は、各マルチパス成分毎の、ならびにパスの複素減衰及び伝搬遅延をそれぞれ伴う、いくつかの正弦波の合計として説明(モデル化)され得る。   For RF-based distance measurements, it is necessary to eliminate the closely spaced, overlapping, and noisy unknown echoes of ranging signals having a known shape. Assuming that the ranging signal is narrowband, in the frequency domain, this RF phenomenon is described as the sum of several sinusoids for each multipath component and with complex attenuation and propagation delay of the path, respectively ( Modeled).

上述した合計のフーリエ変換を行うことは、時間領域においてこのマルチパスモデルを表現する。この時間領域表現における時間及び周波数変数の役割を交換すると、このマルチパスモデルは、高調波信号スペクトルになり、それにおいて、パスの遅延伝搬が、高調波信号に変換される。   Performing the total Fourier transform described above represents this multipath model in the time domain. By exchanging the role of time and frequency variables in this time domain representation, the multipath model becomes a harmonic signal spectrum, where the delayed propagation of the path is converted into a harmonic signal.

超(高)分解能スペクトル推定方法は、スペクトル内の近くに位置する周波数を区別するように設計され、複数の高調波信号の個々の周波数、例えば、パス遅延を推定するために使用される。結果として、パス遅延が、正確に推定され得る。   Ultra (high) resolution spectral estimation methods are designed to distinguish frequencies that are located close in the spectrum and are used to estimate individual frequencies, eg, path delays, of multiple harmonic signals. As a result, the path delay can be accurately estimated.

超分解能スペクトル推定は、ベースバンドレンジング信号サンプルの共分散行列の固有構造及び共分散行列の固有特性を使用して、個々の周波数、例えば、パス遅延の根本的な推定に対する解決策を提供する。固有構造特性のうちの1つは、固有値が、結合され得、その結果として、直交雑音及び信号固有ベクトル、別名、部分空間に分割され得ることである。別の固有構造特性は、回転不変信号部分空間特性である。   Super-resolution spectral estimation uses the eigen structure of the covariance matrix of the baseband ranging signal samples and the eigen properties of the covariance matrix to provide a solution to the underlying estimation of individual frequencies, eg, path delay. One of the eigenstructure properties is that eigenvalues can be combined and consequently divided into orthogonal noise and signal eigenvectors, also known as subspaces. Another intrinsic structural property is a rotation invariant signal subspace property.

部分空間分解技術(MUSIC、rootMUSIC、ESPRIT等)は、観測されたデータの推定される共分散行列を2つの直交部分空間、雑音部分空間、及び信号部分空間に分けることに依存する。部分空間分解方法論の裏にある理論は、雑音部分空間上への可観測量の投影が雑音のみから成り、かつ信号部分空間上への可観測量の投影が信号のみから成ることである。   Subspace decomposition techniques (MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT, etc.) rely on dividing the estimated covariance matrix of observed data into two orthogonal subspaces, a noise subspace, and a signal subspace. The theory behind the subspace decomposition methodology is that the observable projection onto the noise subspace consists only of noise, and the observable projection onto the signal subspace consists only of signals.

スペクトル推定方法は、信号が狭帯域であり、高調波信号の数もまた既知であり、すなわち、信号部分空間のサイズが既知である必要があることを仮定する。信号部分空間のサイズは、モデルサイズとして呼ばれる。一般に、それは、詳しく知られることができず、環境が変化する際に、特に屋内で、急速に変化する可能性がある。任意の部分空間分解アルゴリズムを適用するときに最も困難な及び難解な問題のうちの1つは、存在する周波数成分の数として見なされ得る信号部分空間の次元であり、それは、直接パスを足したマルチパス反射数である。実世界の測定不完全性が原因で、常に、モデルサイズ推定における誤差が存在し、それは、次いで、周波数推定、すなわち、距離の正確性を損なうことを結果としてもたらす。   The spectral estimation method assumes that the signal is narrowband and the number of harmonic signals is also known, i.e. the size of the signal subspace needs to be known. The size of the signal subspace is called the model size. In general, it cannot be known in detail and can change rapidly when the environment changes, especially indoors. One of the most difficult and difficult problems when applying any subspace decomposition algorithm is the dimension of the signal subspace that can be viewed as the number of frequency components present, which adds the direct path Multipath reflection number. Due to real-world measurement imperfections, there is always an error in model size estimation, which then results in loss of frequency estimation, ie distance accuracy.

距離測定の正確性を改良するために、一実施形態は、部分空間分解高分解能推定の先端技術の方法論を発展させる6つの特徴を含む。遅延パス決定の不明確さを更に減らす異なる固有構造特性を使用することによって、個々の周波数を推定する2つ以上のアルゴリズムを組み合わせることが、含まれる。   In order to improve the accuracy of the distance measurement, one embodiment includes six features that develop a state-of-the-art methodology for subspace-resolved high-resolution estimation. Combining two or more algorithms that estimate individual frequencies by using different eigenstructure characteristics that further reduce the ambiguity of delay path determination is included.

Root Musicは、可観測量が雑音部分空間上へ投影されるときに、投影のエネルギーを最小限にする個々の周波数を見付ける。ESPRITアルゴリズムは、回転演算子から個々の周波数を決定する。その上、多くの点で、この演算は、可観測量が信号部分空間上へ投影されるときに、投影のエネルギーを最大限にする周波数を見付けるという点で、Musicの共役である。   Root Music finds individual frequencies that minimize the energy of projection when an observable is projected onto a noise subspace. The ESPRIT algorithm determines individual frequencies from the rotation operator. In addition, in many ways, this operation is Music's conjugate in that when an observable is projected onto the signal subspace, it finds a frequency that maximizes the energy of the projection.

モデルサイズは、これらのアルゴリズムの両方への鍵であり、実際には、例えば、屋内のレンジングなどにおいて見られるような、複素信号環境では、Music及びESPRITに最良の性能を提供するモデルサイズが、以下に記述される理由のために、一般に等しくない。   Model size is the key to both of these algorithms, and in practice, in complex signal environments, such as found in indoor ranging, the model size that provides the best performance for Music and ESPRIT is For reasons described below, they are generally not equal.

Musicの場合、「信号固有値」(第1種過誤)として分解の基本要素を識別し過ぎるくらい識別することが望ましい。これは、雑音部分空間上へ投影される信号エネルギーの量を最小限にして、正確性を改良する。ESPRITの場合、逆が真であり、すなわち、「雑音固有値」として分解の基本要素を識別し過ぎるくらい識別することが望ましい。これは、再び、第1種過誤である。これは、信号部分空間上へ投影されるエネルギーへの雑音の影響を最小限にする。したがって、Musicの場合のモデルサイズは、一般に、ESPRITの場合よりもある程度大きい。   In the case of Music, it is desirable to identify the basic elements of decomposition as “signal eigenvalues” (type 1 error). This minimizes the amount of signal energy projected onto the noise subspace and improves accuracy. In the case of ESPRIT, it is desirable that the reverse is true, i.e., to identify too much the fundamental elements of the decomposition as "noise eigenvalues". This is again a type 1 error. This minimizes the effect of noise on the energy projected onto the signal subspace. Therefore, the model size in the case of Music is generally somewhat larger than that in the case of ESPRIT.

第二に、複素信号環境では、強い反射、及び直接パスが実際にマルチパス反射のうちのいくつかよりもかなり弱い可能性のせいで、モデルサイズが、十分な統計的信頼性を持って推定することが困難である場合が生じる。この問題は、Music及びESPRITの両方について「ベース」モデルサイズを推定することによって、ならびにそれぞれについてベースモデルサイズによって定義されたモデルサイズの窓内でMusic及びESPRITを使用して可観測データを処理することによって対処される。これは、各測定についての複数の測定を結果としてもたらす。   Second, in complex signal environments, the model size is estimated with sufficient statistical reliability due to strong reflections and the possibility that the direct path is actually much weaker than some of the multipath reflections. It may be difficult to do. The problem is to process observable data using Music and ESPRIT by estimating the “base” model size for both Music and ESPRIT, and within the model size window defined by the base model size for each Is dealt with by. This results in multiple measurements for each measurement.

実施形態の第1の特徴は、モデルサイズを推定するためのF統計量の使用である(上記を参照)。第2の特徴は、Music及びESPRITについてのF統計量における異なる第1種過誤確率の使用である。これは、上述されるようにMusic及びESPRIT間の第1種過誤差を実現する。第3の特徴は、直接パスを検出する確率を最大限にするためのベースモデルサイズ及び窓の使用である。   The first feature of the embodiment is the use of the F statistic to estimate the model size (see above). The second feature is the use of different type 1 error probabilities in the F statistic for Music and ESPRIT. This realizes the first type over error between Music and ESPRIT as described above. The third feature is the use of a base model size and window to maximize the probability of detecting a direct path.

潜在的に急速に変化する物理的及び電子環境が原因で、全ての測定が、確固たる解答を提供するとは限らない。これは、確固たる範囲推定を提供するために複数の測定へのクラスタ分析を使用することによって対処される。実施形態の第4の特徴は、複数の測定の使用である。   Due to the potentially rapidly changing physical and electronic environment, not all measurements provide a solid answer. This is addressed by using cluster analysis on multiple measurements to provide a robust range estimate. A fourth feature of the embodiment is the use of multiple measurements.

複数の信号が存在するので、Music及びESPRIT実現形態の両方から複数のモデルサイズをそれぞれ使用して、複数の測定から結果として生じる複数の解答の確率分布は、多モードである。従来のクラスタ分析は、この適用に十分ではない。第5の特徴は、直接範囲及び反射されたマルチパス成分の同等範囲を推定するための多モードのクラスタ分析の展開である。第6の特徴は、クラスタ分析(範囲及び標準偏差、ならびに統計的に同一であるそれらの推定の組み合わせによって提供される範囲推定の統計量の分析である。これは、より正確な範囲推定を結果としてもたらす。   Since there are multiple signals, the probability distribution of the multiple results resulting from multiple measurements, using multiple model sizes from both the Music and ESPRIT implementations, respectively, is multimodal. Traditional cluster analysis is not sufficient for this application. The fifth feature is the development of multimodal cluster analysis to estimate the direct range and equivalent range of reflected multipath components. The sixth feature is the analysis of the statistics of the range estimation provided by cluster analysis (range and standard deviation, and combinations of those estimates that are statistically identical. This results in a more accurate range estimation. Bring as.

上述した方法はまた、広帯域幅レンジング信号場所発見システムにおいて使用され得る。   The method described above may also be used in a wide bandwidth ranging signal location discovery system.

式(20)を用いて開始する、閾値方法におけるr(t)の導出のために、我々は、

Figure 2017531934
(A1)
を取得する。 For the derivation of r (t) in the threshold method, starting with equation (20), we
Figure 2017531934
(A1)
To get.

ここで、三角関数恒等式

Figure 2017531934
が使用される。 Where trigonometric identities
Figure 2017531934
Is used.

を除外して、係数aは、偶数kの場合にゼロである。この理由は、区間I上で、我々が、h(t)で近似することを試みている関数1/sinπΔftは、Iの中心について偶数であるが、奇数k、k≠0の場合、基底関数sinkπΔftは、Iの中心について奇数であり、それゆえ、I上で1/sinπΔftに直交であることである。それゆえ、我々は、k=2n+1の置換を行うことができ、Mを奇数の正の整数とする。実際には、我々は、M=2N+1とする。この選択は、区間I内の振動のキャンセルの相当量を提供するために実験的に決定されている。 to the exclusion of a 0, the coefficient a k is zero in the case of an even number k. This is because, on interval I, the function 1 / sin πΔft we are trying to approximate with h (t) is even about the center of I, but if odd k, k ≠ 0, the basis function sinkπΔft is odd about the center of I and is therefore orthogonal to 1 / sinπΔft on I. Therefore, we can perform k = 2n + 1 permutations, and let M be an odd positive integer. In practice, we assume M = 2N + 1. This choice has been determined experimentally to provide a substantial amount of vibration cancellation within interval I.

Figure 2017531934
(A2)
Figure 2017531934
(A2)

ここで、我々は、第1の加算において置換k=N−n及び第2の加算において置換k=N+n+1を行い、

Figure 2017531934
(A3)
を取得する。 Here we perform the permutation k = N−n in the first addition and the permutation k = N + n + 1 in the second addition,
Figure 2017531934
(A3)
To get.

s(t)からg(t)の減算は、

Figure 2017531934
(A4)
を結果としてもたらす。 The subtraction of g (t) from s (t) is
Figure 2017531934
(A4)
As a result.

ここで、
=1−(1/2)a2N+1
=2−(1/2)a2(N−k)+1 k=1,2,…,Nの場合
=−(1/2)a2(kーN)−1 k=N+1,N+2,…,2N+1の場合
c=−a
(A5)
とする。
here,
b 0 = 1− (1/2) a 2N + 1
When b k = 2− (1/2) a 2 (N−k) +1 k = 1, 2,..., N b k = − (1/2) a 2 (k−N) −1 k = N + 1 , N + 2,..., 2N + 1, c = −a 0
(A5)
And

次いで、(A4)は、

Figure 2017531934
(A6)
として書かれ得る。 Then (A4) is
Figure 2017531934
(A6)
Can be written as

本実施形態は、関連技術の欠点のうちの1つ以上を実質的に取り除く無線通信及び他の無線ネットワークにおける測位/位置特定方法に関する。本実施形態は、有利に、特許文献3に記載されるマルチパス軽減プロセス、技法、及びアルゴリズムを利用することによって、複数の種類の無線ネットワークにおける追跡及び位置特定機能の正確性を改良する。これらの無線ネットワークは、無線パーソナルエリアネットワーク(WPGAN)、例えばZigBee及びBlue Tooth(登録商標)など、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)、例えばWiFi及びUWBなど、典型的には複数のWLANからなる無線メトロポリタンエリアネットワーク(WMAN)、主な実施例であるWiMax、無線ワイドエリアネットワーク(WAN)、例えばホワイトスペースTV帯域など、ならびに典型的には音声及びデータを伝送するために使用されるモバイルデバイスネットワーク(MDN)を含む。MDNは、典型的には、グローバルなモバイル通信システム(GSM(登録商標))及び個人通信サービス(PCS)規格に基づく。直近のMDNは、ロングタームエボリューション(LTE)規格に基づく。これらの無線ネットワークは、典型的には、基地局、デスクトップ、タブレット及びラップトップコンピュータ、ハンドセット、スマートホン、アクチュエータ、専用タグ、センサ、ならびに他の通信及びデータデバイス(一般に、これらのデバイスの全ては、「無線ネットワークデバイス」として称される)を含む、デバイスの組み合わせから成る。   This embodiment relates to a positioning / positioning method in wireless communications and other wireless networks that substantially eliminates one or more of the disadvantages of the related art. This embodiment advantageously improves the accuracy of tracking and locating functions in multiple types of wireless networks by utilizing the multipath mitigation processes, techniques, and algorithms described in US Pat. These wireless networks are wireless personal area networks (WPGAN) such as ZigBee and Blue Tooth (registered trademark), wireless local area networks (WLAN) such as WiFi and UWB, typically wireless metropolitans composed of multiple WLANs. Area network (WMAN), the main example WiMax, wireless wide area network (WAN), eg white space TV band, etc., and mobile device network (MDN) typically used to carry voice and data )including. MDN is typically based on the global mobile communication system (GSM) and personal communication service (PCS) standards. The latest MDN is based on the Long Term Evolution (LTE) standard. These wireless networks are typically base stations, desktops, tablets and laptop computers, handsets, smartphones, actuators, dedicated tags, sensors, and other communication and data devices (generally all of these devices are (Referred to as “wireless network devices”).

既存の位置特定及び測位情報の解決策は、GPS、AGPS、携帯電話タワー三角測量、及びWi−Fiを含む、複数の技術ならびにネットワークを使用する。この位置特定情報を導出するために使用される方法のうちのいくつかは、RF指紋採取、RSSI、及びTDOAを含む。現在のE911要件に許容可能であるが、既存の位置特定及びレンジング方法は、来たるべきE911要件ならびにLBS及び/またはRTLS適用要件、特に屋内及び都市環境を支援するために要求される信頼性ならびに正確性を有さない。   Existing location and positioning information solutions use multiple technologies and networks, including GPS, AGPS, mobile phone tower triangulation, and Wi-Fi. Some of the methods used to derive this location information include RF fingerprinting, RSSI, and TDOA. Although acceptable to the current E911 requirements, existing location and ranging methods are subject to upcoming E911 requirements and LBS and / or RTLS application requirements, particularly the reliability required to support indoor and urban environments and Not accurate.

特許文献3に記載された方法は、単一無線ネットワークまたは複数の無線ネットワークの組み合わせ内で対象デバイスを正確に位置特定及び追跡する能力を著しく改良する。実施形態は、DL−OTDOA(ダウンリンクOTDOA)、U−TDOA、UL−TDOA及び他のものを含む、強化型セル−IDならびにOTDOA(観測される到着時間差)を使用する無線ネットワークによって使用される追跡及び場所特定方法の既存の実現形態に対する著しい改良である。   The method described in U.S. Patent No. 6,057,836 significantly improves the ability to accurately locate and track a target device within a single wireless network or a combination of multiple wireless networks. Embodiments are used by wireless networks using enhanced cell-ID and OTDOA (observed time difference of arrival), including DL-OTDOA (downlink OTDOA), U-TDOA, UL-TDOA and others It is a significant improvement over existing implementations of tracking and location methods.

セルID場所技法は、特定のセクタカバレッジ範囲の正確性を伴うユーザ(UE−ユーザ機器)の位置の推定を可能にする。それゆえ、達成可能な正確性は、セル(基地局)セクタ化方式及びアンテナビーム幅に依存する。正確性を改良するために、強化型セルID技法は、eNBからのRTT(ラウンドトリップ時間)測定を加える。ここで、RTTは、ダウンリンクDPCH−専用物理チャネル、(DPDCH)/DPCCH:専用物理データチャネル/専用物理制御チャネル)フレームの伝送と、対応するアップリンク物理フレームの開始との間の差を構成することに留意する。この実例では、上述したフレーム(複数可)が、レンジング信号として機能する。この信号がeNBからUEまでどのくらい伝搬するかという情報に基づいて、eNBからの距離が計算され得る(図10を参照)。   The cell ID location technique allows estimation of the location of a user (UE-user equipment) with the accuracy of a specific sector coverage range. Therefore, the achievable accuracy depends on the cell (base station) sectorization scheme and antenna beam width. To improve accuracy, the enhanced cell ID technique adds an RTT (Round Trip Time) measurement from the eNB. Here, the RTT constitutes the difference between the transmission of the downlink DPCH-dedicated physical channel, (DPDCH) / DPCCH: dedicated physical data channel / dedicated physical control channel) and the start of the corresponding uplink physical frame Keep in mind that In this example, the frame (s) described above function as a ranging signal. The distance from the eNB may be calculated based on information on how much this signal propagates from the eNB to the UE (see FIG. 10).

観測される到着時間差(OTDOA)技法では、近隣基地局(eNB)から来る信号の到着時間が計算される。UE位置は、3つの基地局から信号が一旦受信されると、ハンドセット(UEベースの方法)においてまたはネットワーク(NTベースのUE支援型方法)において推定され得る。測定される信号は、CPICH(共通パイロットチャネル)である。信号の伝搬時間は、局所的に発生される複製に相関している。相関のピークは、測定された信号の伝搬の観測された時間を示す。2つの基地局間の到着時間差値は、双曲線を決定する。少なくとも3つの基準点が、2つの双曲線を定義するために必要である。UEの場所は、これらの2つの双曲線の交点にある(図11を参照)。   In the observed arrival time difference (OTDOA) technique, the arrival times of signals coming from neighboring base stations (eNBs) are calculated. The UE location can be estimated in the handset (UE-based method) or in the network (NT-based UE-assisted method) once signals are received from the three base stations. The signal to be measured is CPICH (Common Pilot Channel). Signal propagation time correlates with locally generated replication. The correlation peak indicates the observed time of propagation of the measured signal. The arrival time difference value between the two base stations determines the hyperbola. At least three reference points are required to define two hyperbolas. The location of the UE is at the intersection of these two hyperbolic curves (see FIG. 11).

非活動(idle)期間ダウンリンク(IPDL)は、OTDOAを更に強化する。OTDOA−IPDL技法は、通常のOTDOA時間測定が非活動期間に行われるのと同じ測定に基づき、それにおいて、サービングeNBは、その伝送を終えて、このセルのカバレッジ内のUEが、遠方のeNB(複数可)から来るパイロットを聴くことを可能にする。サービングeNBは、連続またはバーストモードにおいて非活動期間を提供する。連続モードでは、1つの非活動期間が、ダウンリンク物理フレーム(10ミリ秒)毎に挿入される。バーストモードでは、非活動期間が、擬似ランダムに発生する。更なる改良が、時間整合IPDL(TA−IPDL)によって取得される。時間整合は、共通非活動期間を作り出し、その間に、各基地局が、その伝送を終えるか、または共通パイロットを伝送する。パイロット信号測定は、非活動期間において行われる。DL OTDOA−IPDL方法を更に強化し得るいくつかの他の技法、例えば、累積仮想ブランキング(Cumulative Virtual Blanking)、UTDOA(アップリンクTDOA)等が存在する。これらの技法の全ては、他の(非サービング)eNB(複数可)を聴く能力を改良する。   The idle period downlink (IPDL) further enhances OTDOA. The OTDOA-IPDL technique is based on the same measurements that normal OTDOA time measurements are made during periods of inactivity, in which the serving eNB terminates its transmission and the UEs in the coverage of this cell are distant eNBs. Allows listening to pilots coming from (s). The serving eNB provides inactivity periods in continuous or burst mode. In continuous mode, one inactivity period is inserted every downlink physical frame (10 milliseconds). In the burst mode, the inactivity period occurs pseudo-randomly. Further improvements are obtained with time aligned IPDL (TA-IPDL). Time alignment creates a common inactivity period during which each base station terminates its transmission or transmits a common pilot. Pilot signal measurements are made during periods of inactivity. There are several other techniques that can further enhance the DL OTDOA-IPDL method, such as Cumulative Virtual Blanking, UTDOA (Uplink TDOA), and the like. All of these techniques improve the ability to listen to other (non-serving) eNB (s).

OTDOAベースの技法の1つの著しい欠点は、この方法が実行可能であるために、基地局タイミング関係が既知であるまたは測定(同期)される必要があることである。非同期型UMTSネットワークについて、3GPP規格は、このタイミングがどのようにリカバリされ得るかを提案する。しかしながら、ネットワークオペレータは、かかる解決策を実施していない。結果として、CPICH信号測定の代わりにRTT測定を使用する代替案が提案された(特許文献4、John Carlson et al.、SYSTEM AND METHOD FOR NETWORK TIMING RECOVERY IN COMMUNICATIONS NETWORKSを参照)。   One significant drawback of OTDOA-based techniques is that base station timing relationships need to be known or measured (synchronized) in order for this method to be feasible. For asynchronous UMTS networks, the 3GPP standard proposes how this timing can be recovered. However, network operators have not implemented such a solution. As a result, alternatives have been proposed that use RTT measurements instead of CPICH signal measurements (see US Pat. No. 6,047,049, John Carlson et al., SYSTEM AND METHOD FOR NETWORK TIMING RECOVERY IN COMMUNICATIONS NETWORKS).

上述した方法/技法の全ては、地上波信号到着時間及び/または到着時間差測定(RTT、CPICH等)に基づく。かかる測定に関する問題は、これらが、マルチパスによって激しく影響を及ぼされることである。これは、次いで、上述した方法/技法の位置特定/追跡正確性を著しく低下させる(非特許文献4を参照)。   All of the methods / techniques described above are based on terrestrial signal arrival times and / or arrival time difference measurements (RTT, CPICH, etc.). The problem with such measurements is that they are severely affected by multipath. This in turn significantly reduces the localization / tracking accuracy of the method / technique described above (see Non-Patent Document 4).

1つのマルチパス軽減技法は、eNB(複数可)または無線基地局(RBS)の超過数からの検出/測定を使用する。最小数は3であるが、マルチパス軽減の場合、要求されるRBSの数は、少なくとも6〜8にある(特許文献5、METHOD AND ARRANGEMENT FOR DL−OTDOA (DOWNLINK OBSERVED TIME DIFFERENCE OF ARRIVAL)POSITIONING IN A LTE(LONG TERM EVOLUTION)WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEMを参照)。しかしながら、UEがこの多数のeNB(複数可)から聴く確率は、3つのeNB(複数可)からよりもかなり低い。これは、多数のRBS(eNB)を用いると、UEから遠く離れたいくつかのものが存在し、これらのRBS(複数可)からの受信信号が、UE受信機感度レベルを下回り得るか、または受信信号が、低いSNRを有するからである。   One multipath mitigation technique uses detection / measurement from the excess of eNB (s) or radio base stations (RBS). The minimum number is 3, but in the case of multipath mitigation, the number of RBSs required is at least 6-8 (US Pat. A LTE (LONG TERM EVOLUTION) WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM). However, the probability that the UE will hear from this multiple eNB (s) is much lower than from three eNBs (s). This is because, with a large number of RBSs (eNBs), there are some far away from the UE, and the received signal from these RBS (s) may be below the UE receiver sensitivity level, or This is because the received signal has a low SNR.

RF反射(例えば、マルチパス)の場合では、様々な遅延時間を有するRF信号の複数の複製が、DLOS(直接見通し線)信号の上に重畳させられる。RTT測定を含む、様々なセルID及びOTDOA方法/技法に使用されるCPICH、アップリンクDPCCH/DPDCH、及び他の信号は、限定された帯域幅のものであるので、DLOS信号及び反射信号は、適切なマルチパス処理/軽減無しで区別されることができず、その上、このマルチパス処理無しでは、これらの反射信号は、RTT測定を含む、推定される到着時間差(TDOA)及び到着時間(TOA)測定において誤差を誘発する。   In the case of RF reflection (eg multipath), multiple copies of the RF signal with various delay times are superimposed on the DLOS (Direct Line of Sight) signal. Since the CPICH, uplink DPCCH / DPDCH, and other signals used for various cell IDs and OTDOA methods / techniques, including RTT measurements, are of limited bandwidth, DLOS signals and reflected signals are Without proper multipath processing / mitigation, and without this multipath processing, these reflected signals can be estimated to include estimated time difference of arrival (TDOA) and arrival time (including RTT measurements). TOA) Induces errors in the measurement.

例えば、3G TS25.515v.3.0.0(199−10)規格は、RTTを「…ダウンリンクDPCHフレーム(信号)の伝送と、UEからの対応するアップリンクDPCCH/DPDCHフレーム(信号)の開始(第1の有意のパス)の受信との間の差」として定義する。規格は、何がこの「第1の有意のパス」を構成するかを定義していない。規格は、「第1の有意のパスの定義が、更なる推敲を必要とする」ことを注記し続ける。例えば、厳しいマルチパス環境では、それは、一般的な出来事であり、それによって、第1の有意のパスであるDLOS信号が、1つ以上の反射信号(複数可)と比較して激しく減衰される(10dB〜20dB)。「第1の有意のパス」が、信号強度の測定によって決定される場合、それは、反射信号(複数可)のうちの1つであり得、DLOS信号ではない可能性がある。これは、誤ったTOA/DTOA/RTT測定(複数可)及び位置特定正確性を損なうことを結果としてもたらす。 For example, 3G TS25.515v. The 3.0.0 (199-10) standard defines RTT as "... downlink DPCH frame (signal) transmission and start of corresponding uplink DPCCH / DPDCH frame (signal) from UE (first significant Defined as the "difference between receipt of path)". The standard does not define what constitutes this “first significant path”. The standard continues to note that “the definition of the first significant path requires further refinement”. For example, in a harsh multipath environment, it is a common occurrence whereby the first significant path DLOS signal is severely attenuated compared to one or more reflected signal (s). (10 dB to 20 dB). If the “first significant path” is determined by signal strength measurement, it may be one of the reflected signal (s) and not the DLOS signal. This results in a loss of incorrect TOA / DTOA / RTT measurement (s) and localization accuracy.

従来の無線ネットワーク世代では、位置特定正確性がまた、位置特定方法によって使用されるフレーム(信号)、すなわち、RTT、CPCIH、及び他の信号の低いサンプリングレートによって影響を受けていた。現在の第3の及び以下の無線ネットワーク世代は、かなり高いサンプリングレートを有する。結果として、これらのネットワークでは、位置特定正確性の現実の影響は、地上波RF伝搬現象(マルチパス)に由来する。   In conventional wireless network generations, location accuracy was also affected by the low sampling rate of the frames (signals) used by the location method, ie, RTT, CPCIH, and other signals. The current third and following wireless network generations have fairly high sampling rates. As a result, in these networks, the real impact of location accuracy comes from the terrestrial RF propagation phenomenon (multipath).

実施形態は、単信、半二重、及び全二重動作モードを含む、基準及び/もしくはパイロット信号、ならびに/または同期信号を利用する全ての無線ネットワークにおいて使用され得る。例えば、実施形態は、OFDM変調及び/またはその導関数を利用する無線ネットワークを用いて動作する。それゆえ、実施形態は、LTEネットワークを用いて動作する。   Embodiments may be used in all wireless networks that utilize reference and / or pilot signals and / or synchronization signals, including simplex, half-duplex, and full-duplex modes of operation. For example, embodiments operate using a wireless network that utilizes OFDM modulation and / or its derivatives. Therefore, the embodiment operates using an LTE network.

それは、WiMax、WiFi、及びホワイトスペースを含む、他の無線ネットワークにもまた適用可能である。基準及び/もしくはパイロットまたは同期信号を使用しない他の無線ネットワークは、特許文献3に記載されるような以下の種類の代替の変調実施形態、すなわち、1)特許文献3に記載されるようにフレームの一部分が、レンジング信号/レンジング信号要素の専用である場合、2)レンジング信号要素(特許文献3)が伝送/受信信号フレーム(複数可)に埋め込まれる場合、及び3)(特許文献3に記載された)レンジング信号要素が、データと共に埋め込まれる場合のうちの1つ以上を利用してもよい。   It is also applicable to other wireless networks including WiMax, WiFi, and white space. Other wireless networks that do not use the reference and / or pilot or synchronization signal include the following types of alternative modulation embodiments as described in US Pat. Is dedicated to the ranging signal / ranging signal element, 2) the ranging signal element (Patent Document 3) is embedded in the transmission / reception signal frame (s), and 3) (described in Patent Document 3). One or more of the ranging signal elements) embedded with the data may be utilized.

これらの代替の実施形態は、特許文献3に記載されたマルチパス軽減プロセッサ及びマルチパス軽減技法/アルゴリズムを利用し、単信、半二重、及び全二重の全動作モードにおいて使用され得る。   These alternative embodiments utilize the multipath mitigation processor and multipath mitigation techniques / algorithms described in U.S. Patent No. 6,057,836 and can be used in full operation modes of simplex, half duplex and full duplex.

また、複数の無線ネットワークが、同時に、好適な及び/または代替の実施形態を利用する可能性もある。実施例として、スマートホンが、複数のネットワーク上で同時に動作する能力を有するブルートゥース(登録商標)、WiFi、GSM(登録商標)、及びLTE機能を有し得る。アプリケーション要求及び/またはネットワーク利用可能性に依存して、異なる無線ネットワークが、測位/位置特定情報を提供するために利用され得る。   Multiple wireless networks may also utilize preferred and / or alternative embodiments at the same time. As an example, a smartphone may have Bluetooth, WiFi, GSM, and LTE capabilities that have the ability to operate simultaneously on multiple networks. Depending on application requirements and / or network availability, different wireless networks may be utilized to provide positioning / location information.

提案される実施形態方法及びシステムは、無線ネットワーク基準/パイロット及び/または同期信号を活用する。なおその上に、基準/パイロット信号/同期信号測定は、RTT(ラウンドトリップ時間)測定またはシステムタイミングと組み合わされてもよい。ある実施形態によれば、RFベースの追跡及び位置特定が、3GPP LTEセルラー式ネットワーク上で実現されるが、他の無線ネットワーク、例えば、種々の信号技法を利用するWiMax、Wi−Fi、LTE、センサネットワーク上などでもまた実現され得る。例示的な実施形態及び上述した代替の実施形態の両方が、特許文献3に記載されるマルチパス軽減方法/技法及びアルゴリズムを利用する。提案されるシステムは、ソフトウェアで実現されるデジタル信号処理を使用することができる。   The proposed embodiment methods and systems exploit the radio network reference / pilot and / or synchronization signal. Furthermore, the reference / pilot signal / synchronization signal measurement may be combined with RTT (round trip time) measurement or system timing. According to certain embodiments, RF-based tracking and location is implemented on a 3GPP LTE cellular network, but other wireless networks, eg, WiMax, Wi-Fi, LTE, utilizing various signaling techniques, It can also be realized on a sensor network or the like. Both the exemplary embodiment and the alternative embodiments described above utilize the multipath mitigation methods / techniques and algorithms described in US Pat. The proposed system can use digital signal processing implemented in software.

実施形態のシステムは、ユーザ機器(UE)、例えば、携帯電話またはスマートホン、ハードウェア/ソフトウェアのみならず、基地局(ノードB)/強化型基地局(eNB)ハードウェア/ソフトウェアを活用する。基地局は、一般に、供給線によってアンテナに接続される小屋またはキャビネット内の送信機及び受信機から成る。これらの基地局は、マイクロセル、ピコセル、マクロセル、アンブレラセル、携帯電話タワー、ルータ、及びフェムトセルを含む。結果として、UEデバイス及びシステム全体に対してわずかな増分費用が存在するかまたは増分費用が存在しない。同時に、位置特定正確性が、著しく改良される。   The system of the embodiment utilizes base station (Node B) / enhanced base station (eNB) hardware / software as well as user equipment (UE), eg, mobile phone or smart phone, hardware / software. A base station generally consists of a transmitter and receiver in a shed or cabinet connected to an antenna by a supply line. These base stations include micro cells, pico cells, macro cells, umbrella cells, mobile phone towers, routers, and femto cells. As a result, there is a slight incremental cost or no incremental cost for the entire UE device and system. At the same time, the localization accuracy is significantly improved.

正確性の改良は、本実施形態及び特許文献3によって提供されるマルチパス軽減から生じる。実施形態は、マルチパス軽減アルゴリズム、ネットワーク基準/パイロット及び/または同期信号、ならびにネットワークノード(eNB)を使用する。これらには、RTT(ラウンド時間トリップ)測定が補足され得る。マルチパス軽減アルゴリズムは、UE及び/もしくは基地局(eNB)、またはUE及びeNBの両方において実現される。   The improvement in accuracy results from the multipath mitigation provided by this embodiment and US Pat. Embodiments use multipath mitigation algorithms, network reference / pilot and / or synchronization signals, and network nodes (eNBs). These can be supplemented with RTT (round time trip) measurements. The multipath mitigation algorithm is implemented in the UE and / or base station (eNB) or both the UE and eNB.

実施形態は、1つ以上の反射信号と比較してDLOS信号が著しく減衰される(10dB〜20dBより低い)ときでさえも、DLOS信号及び反射信号の分離を可能にするマルチパス軽減プロセッサ/アルゴリズム(特許文献3を参照)を有利に使用する。それゆえ、実施形態は、推定されたレンジング信号DLOS飛行時間、ならびにその結果としてTOA、RTT、及びDTOA測定における誤差を著しく低減する。提案されるマルチパス軽減及びDLOS区別(認識)方法は、全てのRF帯域及び無線システム/ネットワーク上で使用され得る。更に、それは、スペクトル拡散技法、例えば、DSS(直接スペクトル拡散:Direct Spread Spectrum)及びFH(周波数ホッピング)などを含む、様々な変調/復調技法を支援することができる。   Embodiments provide a multipath mitigation processor / algorithm that allows separation of DLOS and reflected signals even when the DLOS signal is significantly attenuated (less than 10 dB to 20 dB) compared to one or more reflected signals. (See US Pat. No. 6,057,099) is advantageously used. Therefore, the embodiment significantly reduces the estimated ranging signal DLOS time of flight, and consequently errors in TOA, RTT, and DTOA measurements. The proposed multipath mitigation and DLOS differentiation (recognition) method can be used on all RF bands and wireless systems / networks. In addition, it can support various modulation / demodulation techniques including spread spectrum techniques such as DSS (Direct Spread Spectrum) and FH (Frequency Hopping).

それに加えて、雑音低減方法は、方法の正確性を更に改良するために適用され得る。これらの雑音低減方法は、限定されるものではないが、可干渉性加算、非干渉性加算、適合フィルタリング、時間ダイバーシティ技法等を含むことができる。マルチパス干渉誤差の残りは、後処理技法、例えば、最尤推定(例えば、ビタビアルゴリズム)、最小分散推定(カルマンフィルタ)等を適用することによって、更に低減され得る。   In addition, noise reduction methods can be applied to further improve the accuracy of the method. These noise reduction methods can include, but are not limited to, coherent addition, incoherent addition, adaptive filtering, time diversity techniques, and the like. The remainder of the multipath interference error can be further reduced by applying post-processing techniques such as maximum likelihood estimation (eg, Viterbi algorithm), minimum variance estimation (Kalman filter), and the like.

本実施形態では、マルチパス軽減プロセッサ及びマルチパス軽減技法/アルゴリズムが、RTT、CPCIH、及び他の信号及び/またはフレームを変えない。本実施形態は、チャネル応答/推定を取得するために使用される無線ネットワーク基準、パイロット、及び/または同期信号を活用する。発明は、UE及び/またはeNBによって生じられるチャネル推定統計量を使用する(特許文献6及び特許文献7、Iwamatsu et al.、APPARATUS FOR ESTIMATING PROPAGATION PATH CHARACTERISTICSを参照)。   In this embodiment, the multipath mitigation processor and multipath mitigation techniques / algorithms do not change the RTT, CPCIH, and other signals and / or frames. This embodiment takes advantage of the radio network reference, pilot, and / or synchronization signal used to obtain the channel response / estimation. The invention uses channel estimation statistics generated by UEs and / or eNBs (see US Pat. Nos. 6,099,086 and 5,836, Iwamatsu et al., APPARATUS FOR ESTIMATING PROPAGATION PATH CHARACTERISTICS).

LTEネットワークは、あらゆるダウンリンク及びアップリンクサブフレームにおいて伝送される特有の(非データ)基準/パイロット及び/または同期s信号(既知の信号)を使用し、セル帯域幅全体に及び得る。簡潔さのために、以後、基準/パイロット及び同期信号を基準信号と称する。LTE基準信号の実施例は、図9にある(これらの信号は、LTEリソース要素の間に点在している)。図2から、基準信号(シンボル)が、6個のサブキャリア置きに伝送される。更に、基準信号(シンボル)は、時間及び周波数の両方においてずらされる。全体で、基準信号は、3個のサブキャリア置きにカバーしている。   An LTE network may use the unique (non-data) reference / pilot and / or synchronous s signal (known signal) transmitted in every downlink and uplink subframe and span the entire cell bandwidth. For the sake of brevity, the reference / pilot and synchronization signals are hereinafter referred to as reference signals. Examples of LTE reference signals are in FIG. 9 (these signals are interspersed between LTE resource elements). From FIG. 2, a reference signal (symbol) is transmitted every six subcarriers. Furthermore, the reference signal (symbol) is shifted in both time and frequency. In total, the reference signal covers every third subcarrier.

これらの基準信号は、UEによる初期セル検索、ダウンリンク信号強度測定、スケジューリング、及びハンドオーバ等において使用される。可干渉性復調用のチャネル推定(応答決定)のためのUEに特有の基準信号が、基準信号に含まれる。UEに特有の基準信号に加えて、他の基準信号もまた、チャネル推定目的のために使用され得る(Chen et al.、特許文献8を参照)。   These reference signals are used in initial cell search, downlink signal strength measurement, scheduling, handover, etc. by the UE. A reference signal specific to the UE for channel estimation (response determination) for coherent demodulation is included in the reference signal. In addition to UE-specific reference signals, other reference signals may also be used for channel estimation purposes (see Chen et al., US Pat.

LTEは、OFDM(直交周波数分割多重)変調(技法)を利用する。LTEでは、マルチパスによって引き起こされるISI(符号間干渉)が、各OFDMシンボルの始まりにおいてサイクリックプレフィックス(CP)の挿入によって対処される。CPは、前のOFDMシンボルの遅延された反射信号が、次のOFDMシンボルに到達する前に消滅するように十分な遅延をもたらす。   LTE utilizes OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation (technique). In LTE, ISI (intersymbol interference) caused by multipath is addressed by inserting a cyclic prefix (CP) at the beginning of each OFDM symbol. The CP introduces sufficient delay so that the delayed reflected signal of the previous OFDM symbol disappears before reaching the next OFDM symbol.

OFDMシンボルは、複数の非常に密接に間隔を置かれたサブキャリアから成る。OFDMシンボルの内側では(マルチパスによって引き起こされる)現在のシンボルの時間をずらされた複製が、キャリア間干渉(ICI)を結果としてもたらす。LTEでは、ICIが、マルチパスチャネル応答の決定によって、及び受信機におけるチャネル応答の訂正によって対処(軽減)される。   An OFDM symbol consists of a plurality of very closely spaced subcarriers. Inside the OFDM symbol, a time-shifted copy of the current symbol (caused by multipath) results in inter-carrier interference (ICI). In LTE, ICI is addressed (reduced) by determining the multipath channel response and by correcting the channel response at the receiver.

LTEでは、マルチパスチャネル応答(推定)が、基準シンボルを運ぶサブキャリアから受信機においてコンピュータ計算される。補間法が、残りのサブキャリア上のチャネル応答を推定するために使用される。チャネル応答は、チャネル振幅及び位相の形態で計算(推定)される。チャネル応答が(既知の基準信号の周期的な伝送によって)一旦決定されると、マルチパスによって引き起こされるチャネル歪みが、サブキャリア単位で振幅及び位相シフトを適用することによって軽減される(非特許文献5を参照)。   In LTE, the multipath channel response (estimation) is computed at the receiver from the subcarriers carrying the reference symbols. An interpolation method is used to estimate the channel response on the remaining subcarriers. The channel response is calculated (estimated) in the form of channel amplitude and phase. Once the channel response is determined (by periodic transmission of a known reference signal), the channel distortion caused by multipath is mitigated by applying amplitude and phase shifts on a subcarrier basis (non-patent literature). 5).

LTEマルチパス軽減は、(サイクリックプレフィックスの挿入によって)ISI及びICIを除去するように、ただし、反射信号からDLOS信号を分離しないように設計される。例えば、現在のシンボルの時間をずらされた複製は、それぞれの変調されたサブキャリア信号をやがて拡散させ、それゆえ、ICIを引き起こす。上述したLTE技法を使用するマルチパスチャネル応答の訂正は、変調されたサブキャリア信号をやがて減らすが、この種の訂正は、(OFDMシンボルの内側に)結果として生じる変調されたサブキャリア信号がDLOS信号であることを保証しない。DLOS変調されたサブキャリア信号が、遅延された反射信号(複数可)と比較して著しく減衰される場合、結果として生じる出力信号は、遅延された反射信号(複数可)となり、DLOS信号が失われる。   LTE multipath mitigation is designed to remove ISI and ICI (by inserting a cyclic prefix), but not to separate the DLOS signal from the reflected signal. For example, a time-shifted copy of the current symbol will eventually spread each modulated subcarrier signal, thus causing ICI. Correction of the multipath channel response using the LTE technique described above will eventually reduce the modulated subcarrier signal, but this type of correction will cause the resulting modulated subcarrier signal to be DLOS (inside the OFDM symbol). Do not guarantee that the signal. If the DLOS modulated subcarrier signal is significantly attenuated compared to the delayed reflected signal (s), the resulting output signal is the delayed reflected signal (s) and the DLOS signal is lost. Is called.

LTEに準拠した受信機では、更なる信号処理が、DFT(デジタルフーリエ変換)を含む。DFT技法(複数可)は、信号及び/またはチャネル帯域幅に反比例する時間よりも長いあるいはそれに等しい時間について遅延される信号(複数可)の複製のみを解消(除去)することができることは周知である。この方法の正確性は、効率的なデータ転送に適している可能性があるが、厳しいマルチパス環境における精密な距離測定のために十分に正確ではない。例えば、30メートルの正確性を達成するために、信号及び受信機チャネル帯域幅は、十メガヘルツ(1/10MHz=100ns)よりも大きくまたはそれに等しくするべきである。より良い正確性のために、信号及び受信機チャネル帯域幅は、3メートルの場合、より広範囲の、百メガヘルツであるべきである。   In an LTE compliant receiver, further signal processing includes DFT (Digital Fourier Transform). It is well known that DFT technique (s) can only eliminate (remove) duplication of signal (s) delayed for a time longer than or equal to time inversely proportional to the signal and / or channel bandwidth. is there. The accuracy of this method may be suitable for efficient data transfer, but is not accurate enough for precise distance measurements in harsh multipath environments. For example, to achieve 30 meter accuracy, the signal and receiver channel bandwidth should be greater than or equal to 10 megahertz (1/10 MHz = 100 ns). For better accuracy, the signal and receiver channel bandwidth should be broader, 100 megahertz for 3 meters.

しかしながら、RTT測定を含む、様々なセルID及びOTDOA方法/技法において使用されるCPICH、アップリンクDPCCH/DPDCH、及び他の信号、ならびにLTE受信信号サブキャリアは、十メガヘルツよりも著しく低い帯域幅を有する。結果として、(LTEにおいて)現在利用される方法/技法は、100メートルの範囲において位置特定誤差を生じる。   However, CPICH, uplink DPCCH / DPDCH, and other signals used in various cell ID and OTDOA methods / techniques, including RTT measurements, and LTE received signal subcarriers have significantly lower bandwidth than 10 megahertz. Have. As a result, currently utilized methods / techniques (in LTE) result in localization errors in the 100 meter range.

上記制限を克服するために、実施形態は、部分空間分解高分解能スペクトル推定方法論及び多モードのクラスタ分析の実現形態の固有の組み合わせを使用する。特許文献3に記載されるこの分析ならびに関連したマルチパス軽減方法/技法及びアルゴリズムは、他の反射信号パスからのDLOSパスの信頼できる及び正確な分離を可能にする。   To overcome the above limitations, embodiments use a unique combination of subspace-resolved high resolution spectral estimation methodology and multimodal cluster analysis implementations. This analysis and the related multipath mitigation methods / techniques and algorithms described in US Pat. No. 6,057,097 allow for reliable and accurate separation of DLOS paths from other reflected signal paths.

LTEに使用される方法/技法と比較して、厳しいマルチパス環境では、この方法/技法及びアルゴリズム(特許文献3)は、他のマルチパス(MP)のパスからのDLOSパスの信頼できる及び正確な分離によって、距離測定において20倍〜50倍の正確性の改良を達成する。   Compared to the methods / techniques used for LTE, in harsh multipath environments, this method / technique and algorithm (US Pat. Through the separation, an accuracy improvement of 20 to 50 times in the distance measurement is achieved.

特許文献3に記載される方法/技法及びアルゴリズムは、レンジング信号複素振幅推定を要求する。したがって、チャネル推定(応答決定)のために使用されるLTE基準信号ならびに(パイロット及び/または同期信号を含む他の基準信号はまた、特許文献3に記載される方法/技法及びアルゴリズムにおいてレンジング信号として解釈され得る。この場合では、レンジング信号複素振幅が、振幅及び位相の形態でLTE受信機によって計算(推定)されるチャネル応答である。換言すれば、LTE受信機によって計算(推定)されるチャネル応答統計量は、特許文献3に記載される方法/技法及びアルゴリズムによって要求される複素振幅情報を提供することができる。   The method / technique and algorithm described in US Pat. Thus, LTE reference signals used for channel estimation (response determination) and other reference signals (including pilot and / or synchronization signals) are also used as ranging signals in the method / technique and algorithm described in US Pat. In this case, the ranging signal complex amplitude is the channel response calculated (estimated) by the LTE receiver in the form of amplitude and phase, in other words, the channel calculated (estimated) by the LTE receiver. The response statistic can provide the complex amplitude information required by the method / technique and algorithm described in US Pat.

マルチパスを伴わない理想的な開放空間RF伝搬環境では、受信信号(レンジング信号)の位相変化、例えば、チャネル応答位相が、信号の周波数に正比例する(直線)。かかる環境におけるRF信号飛行時間(伝搬遅延)は、周波数に対する位相依存性の一次導関数をコンピュータ計算することによって、周波数に対する位相依存性から直接的にコンピュータ計算され得る。結果は、伝搬遅延定数である。   In an ideal open space RF propagation environment without multipath, the phase change of the received signal (ranging signal), for example, the channel response phase is directly proportional to the frequency of the signal (straight line). The RF signal flight time (propagation delay) in such an environment can be computed directly from the phase dependence on frequency by computing the first derivative of the phase dependence on frequency. The result is a propagation delay constant.

この理想的な環境では、初期(または任意の)周波数における絶対位相値は重要ではなく、なぜなら、導関数は、位相絶対値によって影響を受けないからである。   In this ideal environment, the absolute phase value at the initial (or any) frequency is not important because the derivative is not affected by the phase absolute value.

厳しいマルチパス環境では、受信信号の周波数に対する位相変化が、複雑な曲線(非直線)であり、一次導関数は、他の反射信号パスからのDLOSパスの正確な分離のために使用され得る情報を提供しない。これは、特許文献3に記載されるマルチパス軽減プロセッサ及び方法(複数可)/技法ならびにアルゴリズムを利用する理由である。   In a harsh multipath environment, the phase change with frequency of the received signal is a complex curve (non-linear) and the first derivative is information that can be used for accurate separation of the DLOS path from other reflected signal paths. Do not provide. This is why the multipath mitigation processor and method (s) / techniques and algorithms described in US Pat.

所与の無線ネットワーク/システムにおいて達成される位相及び周波数同期(位相可干渉性)が非常に良好である場合には、特許文献3に記載されるマルチパス軽減プロセッサ及び方法(複数可)/技法ならびにアルゴリズムは、他の反射信号パスからDLOSパスを正確に分離して、このDLOSパス長(飛行時間)を決定する。   If the phase and frequency synchronization (phase coherence) achieved in a given wireless network / system is very good, the multipath mitigation processor and method (s) / technique described in US Pat. As well, the algorithm accurately separates the DLOS path from other reflected signal paths and determines this DLOS path length (time of flight).

この位相可干渉性ネットワーク/システムでは、追加測定が要求されない。換言すれば、一方向レンジング(単信レンジング)が実現され得る。   In this phase coherent network / system, no additional measurements are required. In other words, unidirectional ranging can be realized.

しかしながら、所与の無線ネットワーク/システムにおいて達成される同期(位相可干渉性)の度合いが十分に正確ではない場合には、厳しいマルチパス環境において、受信信号の周波数に対する位相及び振幅変化が、2つ以上の異なる場所(距離)において行われる測定に非常に類似し得る。この現象は、受信信号のDLOS距離(飛行時間)決定における不明確さへと導き得る。   However, if the degree of synchronization (phase coherence) achieved in a given wireless network / system is not sufficiently accurate, in a severe multipath environment, the phase and amplitude change with respect to the frequency of the received signal is 2 It can be very similar to measurements made at two or more different locations (distances). This phenomenon can lead to ambiguity in determining the DLOS distance (time of flight) of the received signal.

この不明確さを解消するために、少なくとも1つの周波数について実際の(絶対)位相値を知ることが必要である。   In order to eliminate this ambiguity, it is necessary to know the actual (absolute) phase value for at least one frequency.

しかしながら、LTE受信機によってコンピュータ計算される周波数に対する振幅及び位相依存性は、実際の位相値を含まない。なぜなら、全ての振幅及び位相値は、例えば、互いに対して、ダウンリンク/アップリンク基準信号からコンピュータ計算されるからである。それゆえ、LTE受信機によって計算(推定)されるチャネル応答の振幅及び位相は、少なくとも1つの周波数(サブキャリア周波数)における実際の位相値を必要とする。   However, the amplitude and phase dependence on the frequency computed by the LTE receiver does not include the actual phase value. This is because all amplitude and phase values are computed from the downlink / uplink reference signal, for example with respect to each other. Therefore, the amplitude and phase of the channel response calculated (estimated) by the LTE receiver requires an actual phase value at at least one frequency (subcarrier frequency).

LTEでは、この実際の位相値が、1つ以上のRTT測定(複数可)、TOA測定から、または、1つ以上の受信された基準信号のタイムスタンピングから、但し、1)eNBによってこれらの信号を伝送するこれらのタイムスタンプがまた、受信機において既知であり(または逆もまた同じであり)、2)受信機及びeNBクロックが、時間内にうまく同期され、及び/または3)多辺測量技法を使用することによって、決定され得る。   In LTE, this actual phase value is derived from one or more RTT measurement (s), TOA measurements, or from time stamping of one or more received reference signals, but 1) these signals by the eNB These time stamps that transmit are also known at the receiver (or vice versa), 2) the receiver and eNB clock are well synchronized in time, and / or 3) multi-sided surveying It can be determined by using techniques.

上記方法の全ては、1つ以上の基準信号の飛行時間値を提供する。これらの基準信号の飛行時間値及び周波数から、1つ以上の周波数における実際の位相値が計算され得る。   All of the above methods provide time-of-flight values for one or more reference signals. From the time-of-flight values and frequencies of these reference signals, actual phase values at one or more frequencies can be calculated.

本実施形態は、特許文献3に記載されるマルチパス軽減プロセッサ、方法(複数可)/技法、及びアルゴリズムを、1)LTE UE及び/もしくはeNB受信機によってコンピュータ計算される周波数に対する振幅及び位相依存性、または2)LTE UE及び/もしくはeNB受信機によってコンピュータ計算される周波数に対する振幅及び位相依存性と、RTT及び/もしくはTOAを経て取得される1つ以上の周波数についての実際の位相値(複数可)の組み合わせ、ならびに/あるいはタイムスタンピング測定と組み合わせることによって、厳しいマルチパス環境における高度に正確なDLOS距離決定/位置特定を達成する。   This embodiment provides a multipath mitigation processor, method (s) / technique and algorithm as described in US Pat. 2) Amplitude and phase dependence on the frequency computed by the LTE UE and / or eNB receiver and the actual phase value (s) for one or more frequencies obtained via RTT and / or TOA Possible) and / or in combination with time stamping measurements to achieve highly accurate DLOS distance determination / location in harsh multipath environments.

これらの場合では、実際の位相値(複数可)が、マルチパスによって影響を受ける。しかしながら、これは、特許文献3に記載される方法/技法及びアルゴリズムの性能に影響を及ぼさない。   In these cases, the actual phase value (s) is affected by the multipath. However, this does not affect the performance of the method / technique and algorithm described in US Pat.

DL−OTDOA、U−TDOA、UL−TDOA等を含む、LTE RTT/TOA/TDOA/OTDOAでは、測定が、5メートルの分解能で実行され得る。RTT測定は、専用の接続の間に実行される。それゆえ、複数の同時測定が、UEがハンドオーバ状態にあるとき、及びUEが測定を周期的に収集してUEに報告し戻す時に可能であり、その間に、DPCHフレームが、UE及び異なるネットワーク(基地局)間で交換される。RTTに類似して、TOA測定は、信号の飛行時間(伝搬遅延)を提供するが、TOA測定は、同時に行われることができない(非特許文献4)。   In LTE RTT / TOA / TDOA / OTDOA, including DL-OTDOA, U-TDOA, UL-TDOA, etc., measurements can be performed with a resolution of 5 meters. RTT measurements are performed during a dedicated connection. Therefore, multiple simultaneous measurements are possible when the UE is in a handover state and when the UE periodically collects measurements and reports back to the UE, during which the DPCH frame is transmitted to the UE and different networks ( Exchanged between base stations). Similar to RTT, TOA measurements provide the time of flight (propagation delay) of signals, but TOA measurements cannot be performed simultaneously (Non-Patent Document 4).

平面上のUEを位置特定するために、DLOS距離が、少なくとも3つのeNB(複数可)から/に対して決定される必要がある。三次元空間においてUEを位置特定するために、4つのeNB(複数可)から/に対して最低でも4つのDLOS距離が、(少なくとも1つのeNBが同一平面上にないことを仮定して)決定される必要がある。   In order to locate the UE on the plane, the DLOS distance needs to be determined from / to at least three eNB (s). At least four DLOS distances to / from four eNB (s) are determined (assuming at least one eNB is not in the same plane) to locate the UE in three-dimensional space Need to be done.

UE測位方法の実施例は、図1に示される。   An example of a UE positioning method is shown in FIG.

非常に良好な同期の場合では、RTT測定が要求されない。   In the case of very good synchronization, no RTT measurement is required.

同期の度合いが十分に正確ではない場合には、OTDOA、セルID+RTT、及び他のもの、例えば、AOA(到着角)及び他の方法とのその組み合わせのような方法が、UE位置特定のために使用され得る。   If the degree of synchronization is not accurate enough, methods such as OTDOA, cell ID + RTT, and others such as AOA (angle of arrival) and its combination with other methods may be used for UE location. Can be used.

セルID+RTT追跡−位置特定方法の正確性は、マルチパス(RTT測定)及びeNB(基地局)アンテナビーム幅によって影響を受ける。基地局のアンテナビーム幅は、33〜65度にある。これらの広いビーム幅は、都市圏において50〜150メートルの位置特定誤差を結果としてもたらす(非特許文献4)。厳しいマルチパス環境において、現在のLTE RTT距離測定平均誤差が約100メートルであることを考えると、LTEセルID+RTT方法によって現在利用される全予想平均位置特定誤差は、約150メートルである。   The accuracy of the cell ID + RTT tracking-location method is affected by multipath (RTT measurement) and eNB (base station) antenna beamwidth. The antenna beam width of the base station is 33 to 65 degrees. These wide beam widths result in a positioning error of 50-150 meters in the metropolitan area (non-patent document 4). Given the current LTE RTT distance measurement average error of about 100 meters in a harsh multipath environment, the total expected average location error currently utilized by the LTE cell ID + RTT method is about 150 meters.

実施形態のうちの1つは、AOA方法に基づくUE位置特定であり、それによって、UEからの1つ以上の基準信号が、UE位置特定目的のために使用される。それは、DLOS AOAを決定するためのAOA決定デバイス場所を含む。デバイスは、基地局と共に位置し得る及び/または基地局場所から独立した別の1つ以上の場所に設置され得る。これらの場所の座標は、推定上、既知である。変更は、UE側で要求されない。   One of the embodiments is UE location based on the AOA method, whereby one or more reference signals from the UE are used for UE location purposes. It includes an AOA determination device location for determining the DLOS AOA. The device may be located with the base station and / or installed at another one or more locations independent of the base station location. The coordinates of these locations are known by estimation. No change is required on the UE side.

このデバイスは、小さなアンテナアレイを含み、特許文献3に記載される同じマルチパス軽減プロセッサ、方法(複数可)/技法、及びアルゴリズムの変形に基づく。この1つの可能な実施形態は、UEユニットからのDLOS RFエネルギーのAOAの精密な決定(非常に狭いビーム幅)という利点を有する。   This device includes a small antenna array and is based on a variation of the same multipath mitigation processor, method (s) / technique, and algorithm described in US Pat. This one possible embodiment has the advantage of precise determination (very narrow beam width) of the AOA of DLOS RF energy from the UE unit.

1つの他の選択肢では、この追加されるデバイスは、受信専用デバイスである。結果として、そのサイズ/重量及び費用は、非常に低い。   In one other option, the added device is a receive-only device. As a result, its size / weight and cost are very low.

正確なDLOS距離測定が取得される実施形態と、正確なDLOS AOA決定が行われ得る実施形態との組み合わせは、セルID+RTT追跡−位置特定方法精度を大幅に、10倍以上改良する。このアプローチの別の利点は、UE場所が、単一タワーを用いていつでも決定され得ることである(UEをソフトハンドオーバモードに置くことを要求しない)。正確な場所の確定は、単一タワーを用いて取得され得るので、複数のセルタワーを同期する必要性がない。DLOS AOAを決定する別の選択肢は、既存のeNBアンテナアレイ及びeNB機器を使用することである。この選択肢は、改良されたセルID+RTT方法の実現形態の費用を更に低くし得る。しかしながら、eNBアンテナは、位置特定用途のために設計されないので、測位正確性は、低下させられる可能性がある。また、ネットワークオペレータは、基地局(ソフトウェア/ハードウェア)において要求された変更を実施しようとしない可能性がある。   The combination of the embodiment in which accurate DLOS distance measurements are obtained and the embodiment in which accurate DLOS AOA determination can be made significantly improves the cell ID + RTT tracking-location method accuracy by more than 10 times. Another advantage of this approach is that the UE location can be determined at any time using a single tower (does not require placing the UE in soft handover mode). Since the exact location can be obtained using a single tower, there is no need to synchronize multiple cell towers. Another option for determining the DLOS AOA is to use an existing eNB antenna array and eNB equipment. This option may further reduce the cost of implementation of the improved cell ID + RTT method. However, since eNB antennas are not designed for location applications, positioning accuracy can be reduced. Also, the network operator may not attempt to implement the requested changes at the base station (software / hardware).

LTE(進化型ユニバーサル地上波無線通信アクセス(E−UTRA)、物理チャネル及び変調、3GPP TS36.211リリース9技術仕様)では、測位基準信号(PRS)が追加された。これらの信号は、DL−OTDA(ダウンリンクOTDOA)測位のためにUEによって使用される。また、このリリース9は、eNB(複数可)が同期されることを要求する。それゆえ、OTDOA方法についての最後の障害を取り除く(上記段落274を参照)。PRSは、複数のeNBのUEにおけるUEの可聴性を改良する。リリース9は、eNB同期正確性を指定しなかったことに留意する(いくつかの提案では、100ns)。   In LTE (Evolved Universal Terrestrial Radio Communication Access (E-UTRA), Physical Channel and Modulation, 3GPP TS 36.211 Release 9 Technical Specification), a positioning reference signal (PRS) has been added. These signals are used by the UE for DL-OTDA (downlink OTDOA) positioning. This release 9 also requires that the eNB (s) be synchronized. Therefore, the last obstacle to the OTDOA method is removed (see paragraph 274 above). PRS improves UE audibility in multiple eNB UEs. Note that Release 9 did not specify eNB synchronization accuracy (in some proposals, 100 ns).

U−TDOA/UL−TDOAは、研究段階にあり、2011に規格化される。   U-TDOA / UL-TDOA is in the research stage and is standardized to 2011.

(リリース9における)DL−OTDOA方法は、特許文献9(Method and Apparatus for UE positioning in LTE networks、Chen,at al.)に詳述されている。リリース9DL−OTDOAは、マルチパスに悩まされる。マルチパス軽減のうちのいくつかは、PRS信号帯域幅の増大によって達成され得る。しかしながら、その代償は、スケジューリング複雑性の増大及びUE位置確定間のより長い時間である。その上、限定された動作帯域幅、例えば10MHzを用いるネットワークの場合、最良の可能な正確性は100メートルであり、Chen、表1を参照。   The DL-OTDOA method (in Release 9) is described in detail in U.S. Pat. No. 5,849,097 (Method and Apparatus for UE positioning in LTE networks, Chen, at al.). Release 9 DL-OTDOA suffers from multipath. Some of the multipath mitigation can be achieved by increasing the PRS signal bandwidth. However, the price is a longer time between increased scheduling complexity and UE location determination. Moreover, for a network using a limited operating bandwidth, eg 10 MHz, the best possible accuracy is 100 meters, see Chen, Table 1.

上記数字は最良の可能な場合である。他の場合、特に、反射信号(複数可)強度と比較してDLOS信号強度が著しく低い(10〜20dB)ときに、著しく大きな(2倍〜4倍の)上述した位置特定/レンジング誤差を結果としてもたらす。   The above numbers are the best possible case. In other cases, particularly when the DLOS signal strength is significantly lower (10-20 dB) compared to the reflected signal (s) strength, the above mentioned localization / ranging errors result (2-4 times). Bring as.

本明細書に記載される実施形態は、背景技術の欄に記載されたChen et al.のリリース9DL−OTDOA方法及びUL−PRS方法によって達成される性能を超える、所与の信号帯域幅について最大50倍までのレンジング/位置特定正確性の改良を可能にする。それゆえ、本明細書に記載される方法の実施形態をリリース9PRS処理に適用することは、全ての可能な場合の95%において3メートルまたはそれよりも良い方に至るまで位置特定誤差を低減させる。加えて、この正確性の増加は、スケジューリング複雑性及びUE位置確定間の時間を減らす。   The embodiments described herein are described in Chen et al. Enables up to 50 times the ranging / positioning accuracy improvement for a given signal bandwidth beyond the performance achieved by the release 9DL-OTDOA and UL-PRS methods. Therefore, applying the method embodiments described herein to Release 9 PRS processing reduces localization errors to 3 meters or better in 95% of all possible cases . In addition, this increase in accuracy reduces scheduling complexity and time between UE location determinations.

本明細書に記載される実施形態を用いると、OTDOA方法のための更なる改良が可能である。例えば、サービングセルに対するレンジングが、他のサービングセルの信号から決定され得、それゆえ、近隣セルの可聴性を改良し、UE位置確定間の時間を含むスケジューリング複雑性を減らす。   With the embodiments described herein, further improvements for the OTDOA method are possible. For example, ranging for a serving cell can be determined from the signals of other serving cells, thus improving the audibility of neighboring cells and reducing scheduling complexity, including time between UE location determinations.

実施形態はまた、(背景技術に記載される)Chen et al.からU−TDOA方法及びUL−TDOAの正確性が、最大50時間まで改良されることを可能にする。実施形態をChenのUL−TDOAの変形に適用すると、全ての可能な場合の95%において3メートルまたはそれよりも良い方に至るまで位置特定誤差を低減する。その上、この正確性の増加は、スケジューリング複雑性及びUE位置確定間の時間を更に減らす。   Embodiments are also described in Chen et al. (Described in the background art). The accuracy of U-TDOA method and UL-TDOA can be improved up to 50 hours. Applying the embodiment to Chen's UL-TDOA variant reduces localization errors to 3 meters or better in 95% of all possible cases. Moreover, this increased accuracy further reduces scheduling complexity and time between UE location determinations.

再度、本実施形態を用いると、ChenのUL−TDOA方法の正確性が、最大50倍まで改良され得る。それゆえ、本実施形態をChenのU−TDOA変形に適用することは、位置特定誤差を全ての可能な場合の95%における3メートルまたはそれよりも良い方に至るまで低減する。その上、この正確性の増加は、スケジューリング複雑性及びUE位置確定間の時間を更に減らす。   Again, using this embodiment, the accuracy of Chen's UL-TDOA method can be improved up to 50 times. Therefore, applying this embodiment to Chen's U-TDOA deformation reduces the localization error to 3 meters or better in 95% of all possible cases. Moreover, this increased accuracy further reduces scheduling complexity and time between UE location determinations.

上述したDL−TDOA及びU−TDOA/UL−TDOA方法は、一方向測定(レンジング)に頼る。本実施形態及び事実上全ての他のレンジング技術は、一方向レンジングのプロセスに使用されるPRS及び/または他の信号が、周波数及び位相可干渉性であることを要求する。LTEのようなOFDMベースのシステムは、周波数可干渉性である。しかしながら、UEユニット及びeNB(複数可)は、数ナノ秒に対して、UTCのような共通ソースによって位相または時間同期されず、例えば、ランダム位相加算器が存在する。   The DL-TDOA and U-TDOA / UL-TDOA methods described above rely on unidirectional measurements (ranging). This embodiment and virtually all other ranging techniques require that the PRS and / or other signals used in the one-way ranging process be frequency and phase coherent. OFDM-based systems such as LTE are frequency coherent. However, the UE unit and eNB (s) are not phase or time synchronized by a common source such as UTC for a few nanoseconds, for example there is a random phase adder.

レンジング正確性に影響を及ぼす位相可干渉性を回避するために、マルチパスプロセッサの実施形態は、レンジング信号(複数可)間の異なる位相、例えば、基準信号、個々の成分(サブキャリア)を計算する。これは、ランダム位相項加算器を除去する。   To avoid phase coherence that affects ranging accuracy, multipath processor embodiments calculate different phases between ranging signal (s), eg, reference signal, individual components (subcarriers). To do. This eliminates the random phase term adder.

Chen et al.の考察において上記で特定されたように、本明細書に記載される実施形態の適用は、Chen et al.によって達成される性能と比較して屋内環境における著しい正確性の改良を結果としてもたらす。例えば、Chen、et al.によれば、DL−OTDOA及び/またはU−TDOA/UL−TDOAは、主として屋外環境用であり、屋内(建物、構内等)では、DL−OTDOA及びU−TDOA技術は、うまく動作しない可能性がある。屋内で普通に利用される分散型アンテナシステム(DAS)を含み、それによって、各アンテナが固有IDを有さない、いくつかの理由が記される(Chen、#161〜164を参照)。]   Chen et al. As identified above in the discussion of the application of the embodiments described herein, Chen et al. Results in a significant accuracy improvement in indoor environments compared to the performance achieved by See, for example, Chen, et al. According to, DL-OTDOA and / or U-TDOA / UL-TDOA are mainly for outdoor environments, and DL-OTDOA and U-TDOA technologies may not work well indoors (buildings, premises, etc.) There is. Several reasons are noted, including distributed antenna systems (DAS) commonly used indoors, so that each antenna does not have a unique ID (see Chen, # 161-164). ]

以下に記載される実施形態は、OFDM変調及び/またはその導関数、ならびに基準/パイロット/及びまたは同期信号を利用する無線ネットワークを用いて動作する。それゆえ、以下に記載される実施形態は、LTEネットワークを用いて動作し、それはまた、基準/パイロット/及び/または同期信号を用いるあるいは用いない、他の種類の変調を含む、他の無線システムならびに他の無線ネットワークに適用可能である。   The embodiments described below operate with a wireless network that utilizes OFDM modulation and / or derivatives thereof, and reference / pilot / and / or synchronization signals. Thus, the embodiments described below operate with an LTE network, which also includes other types of modulation, with or without reference / pilot / and / or synchronization signals. As well as other wireless networks.

本明細書に記載されるアプローチはまた、WiMax、WiFi、及びホワイトスペースを含む、他の無線ネットワークに適用可能である。基準/パイロット及び/または同期信号を使用しない他の無線ネットワークは、特許文献3に記載されるような以下の種類の代替の変調実施形態、すなわち、1)フレームの一部分が、レンジング信号/レンジング信号要素の専用である場合、2)レンジング信号要素が、伝送/受信信号フレーム(複数可)に埋め込まれる場合、及び3)レンジング信号要素が、データと共に埋め込まれる場合のうちの1つ以上を利用し得る。   The approach described herein is also applicable to other wireless networks, including WiMax, WiFi, and white space. Other wireless networks that do not use reference / pilot and / or synchronization signals include the following types of alternative modulation embodiments as described in US Pat. Use one or more of: 2) the ranging signal element is embedded in the transmit / receive signal frame (s), and 3) the ranging signal element is embedded with data. obtain.

本明細書に記載される(また、特許文献10及び特許文献11に記載される)マルチパス軽減範囲推定アルゴリズムの実施形態は、マルチパス反射に信号の直接パス(DLOS)を足したものから構成された集合で範囲の推定を提供することによって機能する。   Embodiments of the multipath mitigation range estimation algorithm described in this specification (also described in Patent Document 10 and Patent Document 11) are composed of multipath reflection plus direct signal path (DLOS). It works by providing a range estimate on the given set.

LTE DASシステムは、モバイル受信機(UE)に対する様々な時間オフセットにおいて見られる同じ信号の複数の複製を作り出す。遅延は、アンテナ及びモバイル受信機の幾何学的関係を一意的に決定するために使用される。受信機によって見られる信号は、複数のDASアンテナからのオフセット信号の合計からの主「マルチパス」成分結果を除いて、マルチパス環境によって見られるものに類似する。   The LTE DAS system creates multiple copies of the same signal seen at various time offsets for the mobile receiver (UE). The delay is used to uniquely determine the geometric relationship between the antenna and the mobile receiver. The signal seen by the receiver is similar to that seen by the multipath environment, except for the main “multipath” component result from the sum of the offset signals from multiple DAS antennas.

受信機によって見られる信号集合は、この場合では、主マルチパス成分が伝統的なマルチパスではないことを除いて、利用するように設計される信号集合実施形態の種類と同一である。本マルチパス軽減プロセッサ(アルゴリズム)は、DLOS及び各パス、例えば、反射(式1〜3及び関連記載を参照)の減衰ならびに伝搬遅延を決定することができる。マルチパスは、分散的なRFチャネル(環境)が原因で存在し得るが、この信号集合における主マルチパス成分は、複数のアンテナからの伝送と関連付けられる。本マルチパスアルゴリズムの実施形態は、これらのマルチパス成分を推定し、受信機に対するDASアンテナの範囲を分離し、及び範囲データを(ソフトウェアにおいて実現される)位置特定プロセッサに提供することができる。アンテナ配置の幾何学的配列に依存して、この解決策は、X、Y及びX、Y、Zの両方の場所座標を提供することができる。   The signal set seen by the receiver is in this case identical to the type of signal set embodiment that is designed to utilize, except that the main multipath component is not traditional multipath. The present multipath mitigation processor (algorithm) can determine the attenuation and propagation delay of DLOS and each path, eg, reflections (see Equations 1-3 and related descriptions). Multipath may exist due to the distributed RF channel (environment), but the main multipath component in this signal set is associated with transmissions from multiple antennas. Embodiments of the present multipath algorithm can estimate these multipath components, isolate the DAS antenna range for the receiver, and provide range data to a location processor (implemented in software). Depending on the geometry of the antenna arrangement, this solution can provide both X, Y and X, Y, Z location coordinates.

結果として、本実施形態は、ハードウェア及び/または新たなネットワーク信号(複数可)の追加を要求しない。その上、測位正確性が、1)マルチパスを軽減すること、及び2)アクティブDASの場合では、測位誤差の下限が、劇的に低減され得、例えば、約50メートルから約3メートルに削減することなどによって、著しく改良され得る。   As a result, this embodiment does not require the addition of hardware and / or new network signal (s). In addition, positioning accuracy can be dramatically reduced by 1) reducing multipath, and 2) in the case of active DAS, eg, from about 50 meters to about 3 meters. Can be significantly improved.

DASの各アンテナの位置(場所)が既知であることが仮定される。各アンテナの(または他のアンテナに対する)信号伝搬遅延がまた、決定される(既知である)必要がある。   It is assumed that the position (location) of each antenna of the DAS is known. The signal propagation delay of each antenna (or relative to other antennas) also needs to be determined (known).

アクティブDASシステムの場合、信号伝搬遅延は、折返し技法を使用して、自動的に決定され得、それによって、既知の信号がラウンドトリップに送られ、このラウンドトリップ時間が測定される。この折返し技法はまた、温度、経時的等による信号伝搬遅延変化(ドリフト)を除去する。   For active DAS systems, the signal propagation delay can be determined automatically using a folding technique, whereby a known signal is sent in a round trip and this round trip time is measured. This folding technique also removes signal propagation delay changes (drift) due to temperature, time, etc.

複数のマクロセル及び関連アンテナを使用して、ピコセル及びマイクロセルは、追加基準点を提供することによって分解能を更に強化する。複数のアンテナからの複数の複製の信号集合における個々の範囲推定の上記した実施形態は、以下の2つの手法での信号伝送構造への変更によって更に強化され得る。第1に、各アンテナからの伝送を時間多重化することである。第2のアプローチは、アンテナのそれぞれについて周波数多重化することである。両方の強化を使用すると、時間及び周波数多重化が、同時に、システムのレンジング及び位置特定の正確性を更に改良する。別のアプローチは、伝搬遅延を各アンテナに追加することである。遅延値は、特定のDAS環境(チャネル)において遅延拡散を超えるほど十分長いように選択されるが、更なる遅延によって引き起こされるマルチパスが、ISI(符号間干渉)を結果としてもたらさないように、サイクリックプレフィックス(CP)長よりも小さい。   Using multiple macrocells and associated antennas, picocells and microcells further enhance resolution by providing additional reference points. The above described embodiments of individual range estimation in multiple replica signal sets from multiple antennas can be further enhanced by changes to the signal transmission structure in the following two ways. First, the transmission from each antenna is time-multiplexed. The second approach is frequency multiplexing for each of the antennas. Using both enhancements, time and frequency multiplexing simultaneously further improves the ranging and localization accuracy of the system. Another approach is to add a propagation delay to each antenna. The delay value is chosen to be long enough to exceed the delay spread in a particular DAS environment (channel), but so that the multipath caused by the additional delay does not result in ISI (intersymbol interference), It is smaller than the cyclic prefix (CP) length.

各アンテナについての固有IDまたは固有識別子の追加は、結果として生じる解決策の効率を上げる。例えば、それは、プロセッサが、アンテナのそれぞれからの信号から範囲の全てを推定する必要性を無くす。   The addition of a unique ID or unique identifier for each antenna increases the efficiency of the resulting solution. For example, it eliminates the need for the processor to estimate all of the range from the signal from each of the antennas.

LTEダウンリンクを利用する一実施形態では、パイロット及びまたは同期信号(複数可)サブキャリアを含む、1つ以上の基準信号(複数可)サブキャリアが、サブキャリア位相及び振幅を決定するために使用され、そのキャリア位相及び振幅は、次いで、マルチパス干渉軽減と、範囲ベースの場所可観測量ならびに的外れな点を編集して削除するための多辺測量及び場所整合性アルゴリズムを使用する位置特定推定の発生のために、マルチパスプロセッサに適用される。   In one embodiment utilizing an LTE downlink, one or more reference signal (s) subcarriers, including pilot and / or synchronization signal (s) subcarriers, are used to determine subcarrier phase and amplitude. The carrier phase and amplitude is then estimated using multi-path interference mitigation and multi-edge survey and location consistency algorithms to edit and remove range-based location observables and off-target points. Applied to a multipath processor.

別の実施形態は、LTEアップリンク信号がまた、ベースに対するモバイルデバイス、基準信号を含み、それはまた、基準サブキャリアを含むという事実を活用する。事実、周波数帯域をアップリンクデバイスに割り当てるためにネットワークによって使用される全面的な探測モードから、基準サブキャリアが、チャネルインパルス応答を発生し、アップリンク信号等の復調を助けるために使用されるモードまでのこれらのサブキャリアを含む、2つ以上のモードが存在する。また、リリース9に追加されるDL PRSと同様に、追加のUL基準信号が、来たるべき及び将来の標準的なリリースにおいて追加され得る。この実施形態では、アップリンク信号が、位相に対する同じ範囲、範囲に関連した可観測量を発生させるためのマルチパス軽減処理を使用して複数のベースユニット(eNB)によって処理される。この実施形態では、場所整合性アルゴリズムが、的外れな可観測点を編集して位置特定推定を発生させるために、多辺測量アルゴリズムによって確立されるように使用される。   Another embodiment takes advantage of the fact that the LTE uplink signal also includes a mobile device relative to the base, a reference signal, which also includes a reference subcarrier. In fact, from the full search mode used by the network to allocate frequency bands to uplink devices, the mode in which the reference subcarrier is used to generate a channel impulse response and help demodulate uplink signals, etc. There are two or more modes, including up to these subcarriers. Also, similar to the DL PRS added in Release 9, additional UL reference signals may be added in upcoming and future standard releases. In this embodiment, uplink signals are processed by multiple base units (eNBs) using a multipath mitigation process to generate the same range for phase, an observable associated with the range. In this embodiment, a location consistency algorithm is used as established by the multi-sided survey algorithm to edit off-observable points and generate location estimates.

更に別の実施形態、LTEダウンリンク及びLTEアップリンクの両方の(パイロット及び/または同期を含む)関連する1つ以上の基準サブキャリアが収集され、位相マッピングに対する範囲が適用され、マルチパス軽減が適用され、範囲に関連付けられた可観測量が推定される。これらのデータは、次いで、多辺測量アルゴリズム及び場所整合性アルゴリズムを使用して場所についてのより確固たる組の可観測量を提供するような手法で合わされる。利点は、ダウンリンク及びアップリンクの2つの異なる周波数帯域の故に、またはシステム可干渉性を改良するTDD(時間分割二重化)の場合では、正確性の改良を結果としてもたらす冗長性になる。   In yet another embodiment, one or more reference subcarriers (including pilot and / or synchronization) associated with both LTE downlink and LTE uplink are collected, a range for phase mapping is applied, and multipath mitigation is achieved. Applied and the observable associated with the range is estimated. These data are then combined in such a way as to provide a more robust set of observables for the location using multi-sided surveying and location consistency algorithms. The advantage is redundancy resulting in improved accuracy due to two different frequency bands in the downlink and uplink, or in the case of TDD (Time Division Duplexing) which improves system coherence.

複数のアンテナがマイクロセルから同じダウンリンク信号を伝送するDAS(分散型アンテナシステム)環境では、場所整合性アルゴリズム(複数可)が、(パイロット及び/または同期を含む)基準信号(複数可)サブキャリアからマルチパス軽減処理によって発生された可観測量からDASアンテナの範囲を分離するように、ならびに複数のDASエミッタ(アンテナ)範囲から場所推定を取得するように、拡張される。   In a DAS (Distributed Antenna System) environment in which multiple antennas transmit the same downlink signal from a microcell, the location matching algorithm (s) is sub-standard (including pilot and / or synchronization) sub-signal (s) sub It is extended to separate the DAS antenna range from the observables generated by the multipath mitigation process from the carrier, and to obtain location estimates from multiple DAS emitter (antenna) ranges.

DASシステム(環境)では、正確な場所推定を取得することが、個々のアンテナからの信号パスが高い正確性で解明され得る場合にのみ可能であり、それによって、パス誤差が、アンテナ間の距離のごくわずかのみ(10メートルのまたはそれより良い正確性)となる。全ての既存の技法/方法は、厳しいマルチパス環境においてかかる正確性を提供することができない(複数のDASアンテナからの信号が、誘発された厳しいマルチパスとして出現する)ので、既存の技法/方法は、DAS環境において場所整合性アルゴリズム(複数可)及びこの位置特定方法/技法の上述した拡張をうまく利用することができない。   In a DAS system (environment), obtaining an accurate location estimate is only possible if the signal paths from the individual antennas can be solved with high accuracy, so that the path error is the distance between the antennas. Is very small (accuracy of 10 meters or better). All existing techniques / methods cannot provide such accuracy in harsh multipath environments (signals from multiple DAS antennas appear as induced harsh multipath), so existing techniques / methods Cannot successfully utilize the above-mentioned extensions of the location consistency algorithm (s) and this location method / technique in a DAS environment.

特許文献3に記載される、物体識別及び場所発見のための不可視性追跡(InvisiTrack)マルチパス軽減方法ならびにシステムが、信号位相マッピングに対する範囲、マルチパス干渉軽減、及びプロセスに適用され、LTEダウンリンク、アップリンク、及び/またはその両方(ダウンリンクとアップリンク)の1つ以上の基準信号(複数可)サブキャリアを利用して、かつ場所推定を発生させるために多辺測量及び場所整合性を使用して、範囲ベースの場所可観測量を発生させる。   InvisiTrack multipath mitigation method and system for object identification and location discovery described in US Pat. No. 6,057,038 is applied to range, multipath interference mitigation, and process for signal phase mapping, LTE downlink Multi-edge surveying and location consistency using one or more reference signal (s) subcarriers in the uplink, and / or both (downlink and uplink) and to generate location estimates Use to generate range-based location observables.

上記実施形態の全てにおいて、三辺測量測位アルゴリズムがまた、利用されてもよい。   In all of the above embodiments, a trilateration positioning algorithm may also be utilized.

DL−OTDOA位置特定が、LTEリリース9、すなわち、進化型ユニバーサル地上波無線通信アクセス(E−UTRA)、物理チャネル及び変調、3GPP TS36.211リリース9技術仕様に指定された。しかしながら、それは、無線オペレータ(キャリア)によって実施されていない。その一方で、ダウンリンク位置特定は、既存の物理層測定操作(複数可)を使用することによって、現在の、例えば、未修正の、LTEネットワーク環境内で実現され得る。   DL-OTDOA location has been specified in LTE Release 9, Evolution Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Physical Channel and Modulation, 3GPP TS 36.211 Release 9 technical specification. However, it has not been implemented by a wireless operator (carrier). On the other hand, downlink location can be achieved in a current, eg, unmodified, LTE network environment by using existing physical layer measurement operation (s).

LTEでは、UE及びeNBが、無線通信特徴の物理層測定を行うことを要求される。測定定義は、3GPP TS36.214に指定されている。これらの測定は、周期的に行われ、上位層に報告され、同一周波数内及び異周波数間ハンドオーバ、異なる無線通信間アクセス技術(インターRAT)ハンドオーバ、タイミング測定を含む、種々の目的、ならびにRRM(無線通信リソース管理)の支援における他の目的のために使用される。   In LTE, the UE and eNB are required to perform physical layer measurements of radio communication features. The measurement definition is specified in 3GPP TS 36.214. These measurements are made periodically and reported to higher layers for various purposes, including intra-frequency and inter-frequency handovers, different inter-radio access technology (inter-RAT) handovers, timing measurements, and RRM ( Used for other purposes in support of (radio communication resource management).

例えば、RSRP(基準信号受信電力)は、セル特有の基準信号を全帯域幅上で運ぶ全てのリソース要素の電力の平均である。   For example, RSRP (reference signal received power) is the average of the power of all resource elements that carry a cell-specific reference signal over the entire bandwidth.

別の実施例は、追加情報を提供するRSRQ(基準信号受信品質)測定である(RSRQは、信号強度のみならず干渉レベルを組み合わせる)。   Another example is an RSRQ (reference signal received quality) measurement that provides additional information (RSRQ combines not only signal strength but also interference level).

LTEネットワークは、UEに(サービングeNBに対する)eNB近隣リストを提供する。ネットワーク知識構成に基づいて、(サービング)eNode(ノード)Bは、UEに近隣eNBの識別子等を提供する。UEは、次いで、それが受信することができる近隣の信号品質を測定する。UEは、eNodeBに結果を報告し戻す。UEはまた、サービングeNBの信号品質も測定することに留意する。   The LTE network provides the UE with an eNB neighbor list (relative to the serving eNB). Based on the network knowledge configuration, the (serving) eNode (node) B provides the neighbor eNB identifiers etc. to the UE. The UE then measures the neighbor signal quality that it can receive. The UE reports the result back to the eNodeB. Note that the UE also measures the signal quality of the serving eNB.

仕様によれば、RSRPは、考慮される測定周波数帯域幅内でセル特有の基準信号を運ぶリソース要素の電力寄与(単位[W])についての線形平均として定義される。RSRPを決定するためにUEによって使用される測定帯域幅は、対応する測定正確性要件が満たされる必要があるという制限を伴うUE実現形態に委ねられる。   According to the specification, RSRP is defined as a linear average over the power contribution (in units [W]) of resource elements carrying cell-specific reference signals within the considered measurement frequency bandwidth. The measurement bandwidth used by the UE to determine RSRP is left to the UE implementation with the limitation that the corresponding measurement accuracy requirements need to be met.

測定帯域幅正確性要件を考慮すると、この帯域幅は、かなり大きく、RSRP測定において使用されるセル特有の基準信号は、これらの基準信号サブキャリア位相及び振幅を決定するために更に処理され得、その位相及び振幅は、次いで、マルチパス干渉軽減及び範囲ベースの場所可観測量の発生のためにマルチパスプロセッサに適用される。加えて、RSRP測定において使用される他の基準信号、例えばSSS(二次同期信号)もまた使用され得る。   Given the measurement bandwidth accuracy requirements, this bandwidth is quite large, and cell-specific reference signals used in RSRP measurements can be further processed to determine these reference signal subcarrier phases and amplitudes, That phase and amplitude is then applied to the multipath processor for multipath interference mitigation and range-based location observable generation. In addition, other reference signals used in RSRP measurements, such as SSS (secondary synchronization signal) may also be used.

その後、3つ以上のセルからの範囲可観測量に基づいて、場所確定が、多辺測量及び場所整合性アルゴリズムを使用して推定され得る。   Then, based on the range observables from more than two cells, location determination can be estimated using multi-sided surveys and location consistency algorithms.

前述したように、RF指紋採取データベース不安定性のいくつかの原因が存在するが、主な原因のうちの1つは、マルチパスである(RF署名は、マルチパスに対して非常に敏感である)。結果として、RF指紋採取方法(複数可)/技術の位置特定正確性は、垂直方向の不確定性、すなわち、デバイスのZ−高さ及び/またはアンテナ配向に依存する100%未満の変動性を含む、マルチパス動力学、すなわち、経時的な変化、環境(例えば天候)、人間及び/または物体の動きによって大きく影響を受ける(非特許文献6を参照)。   As mentioned above, there are several causes of RF fingerprinting database instability, but one of the main causes is multi-pass (RF signatures are very sensitive to multi-pass). ). As a result, the localization accuracy of the RF fingerprinting method (s) / technology results in vertical uncertainty, ie, variability of less than 100% depending on the Z-height and / or antenna orientation of the device Including multipath dynamics, i.e., changes over time, environment (e.g., weather), human and / or object movement (see Non-Patent Document 6).

本実施形態は、著しく減衰されたDLOSを含む、個々のパスを見付ける及び特徴付ける機能(マルチパスプロセッサ)という理由で、RF指紋採取の位置特定正確性を著しく改良することができる。結果として、場所確定についてのRF指紋採取決定には、実時間マルチパス分布情報が補足され得る。   This embodiment can significantly improve the location accuracy of RF fingerprinting because of the ability to locate and characterize individual paths (multi-pass processor), including significantly attenuated DLOS. As a result, the RF fingerprint acquisition decision for location determination can be supplemented with real-time multipath distribution information.

上述したように、位置特定確定は、時間における位置基準同期を要求する。無線ネットワークでは、これらの位置基準は、アクセス点、マクロ/ミニ/ピコ及びフェムトセルのみならず、いわゆるスモールセル(eNB)を含んでもよい。しかしながら、無線オペレータは、正確な位置確定に必要とされる同期正確性を実施しない。例えば、LTEの場合では、規格は、FDD(周波数分割二重化)ネットワークのためにeNB(複数可)間の時間同期を要求しない。LTE TDD(時間分割二重化)の場合、この時間同期正確性は、+/−1.5マイクロ秒の限界値にある。これは、400以上メートルの位置特定不確定性に等しい。要求されないものの、LTE FDDネットワークもまた同期されるが、(1.5マイクロ秒よりも)更に長い限界値を使用する。   As described above, location determination requires location reference synchronization in time. In a wireless network, these location references may include so-called small cells (eNBs) as well as access points, macro / mini / pico and femto cells. However, the wireless operator does not implement the synchronization accuracy required for accurate position determination. For example, in the case of LTE, the standard does not require time synchronization between eNB (s) for an FDD (Frequency Division Duplex) network. In the case of LTE TDD (Time Division Duplexing), this time synchronization accuracy is at the limit of +/− 1.5 microseconds. This is equivalent to a location uncertainty of over 400 meters. Although not required, the LTE FDD network is also synchronized, but uses a longer limit (more than 1.5 microseconds).

無線LTEオペレータは、周波数及び時間においてeNB(複数可)を同期するためにGPS/GNSS信号を使用している。LTEeNBは、非常に正確なキャリア周波数、すなわち、マクロ/ミニセルの場合、0.05ppm、他の種類のセルの場合、わずかに正確性の低い(0.1〜0.25ppm)を維持する必要があることに留意する。GPS/GNSS信号はまた、(位置特定のために)要求された時間同期の正確性を10ナノ秒よりも良くすることができ得る。しかしながら、ネットワークオペレータ及びネットワーク機器製造業者は、パケット移送/、例えば、NTP(ネットワーク時間プロトコル)及び/またはPTP(高精度時間プロトコル)、例えばIEEE1588v2PTPを利用することによるインターネット/イーサネット(登録商標)のネットワーキング時間同期を好んで、GPS/GNSSユニットと関連付けられた費用を削減することを試みている。   Wireless LTE operators are using GPS / GNSS signals to synchronize eNB (s) in frequency and time. The LTE eNB needs to maintain a very accurate carrier frequency, ie 0.05 ppm for macro / minicells and slightly less accurate (0.1-0.25 ppm) for other types of cells. Keep in mind that there are. The GPS / GNSS signal may also be able to improve the accuracy of the requested time synchronization (for location) better than 10 nanoseconds. However, network operators and network equipment manufacturers may use packet transport / Internet / Ethernet® networking, for example, by utilizing NTP (Network Time Protocol) and / or PTP (High Precision Time Protocol), eg, IEEE 1588v2 PTP. In favor of time synchronization, it attempts to reduce the costs associated with GPS / GNSS units.

IPネットワークベースの同期は、最低限の周波数及び時間要件を満たす可能性を有するが、位置確定のために必要とされるGPS/GNSS精度に欠ける。   IP network-based synchronization has the potential to meet minimum frequency and time requirements, but lacks the GPS / GNSS accuracy required for position determination.

本明細書に記載されるアプローチは、GPS/GNSS信号と、eNB及び/もしくはAP、または他の無線ネットワーク機器によって発生された信号と、に基づく。それはまた、IPネットワーキング同期信号及びプロトコルと、eNB及び/もしくはAP、または他の無線ネットワーク機器によって発生された信号と、に基づき得る。このアプローチはまた、WiMax、WiFi、及びホワイトスペースを含む、他の無線ネットワークに適用可能である。   The approach described herein is based on GPS / GNSS signals and signals generated by eNBs and / or APs or other wireless network equipment. It may also be based on IP networking synchronization signals and protocols and signals generated by eNBs and / or APs or other wireless network equipment. This approach is also applicable to other wireless networks, including WiMax, WiFi, and white space.

eNB信号は、オペレータのeNB設備(図12)に設置された時間観測ユニット(TMO)によって受信される。TMOはまた、外部同期源入力を含む。   The eNB signal is received by a time observation unit (TMO) installed in the operator's eNB facility (FIG. 12). The TMO also includes an external synchronization source input.

eNB信号は、TMOによって処理され、外部同期源入力と同期されるクロックを使用してタイムスタンプされる。   The eNB signal is processed by the TMO and time stamped using a clock that is synchronized with the external synchronization source input.

外部同期源は、GPS/GNSS及び/またはインターネット/イーサネット(登録商標)ネットワーキング、例えばPTPもしくはNTP等からであり得る。   The external synchronization source can be from GPS / GNSS and / or Internet / Ethernet networking, such as PTP or NTP.

タイムスタンプされた処理信号、例えば、LTEフレーム開始(特に他のネットワークでは、他の信号であり得る)はまた、全てのeNBのデータベースを生成、維持、及び更新する中央TMOサーバに対するインターネット/イーサネット(登録商標)バックホール経由で送信される、eNB(セル)場所及び/またはセルIDも含む。   Time-stamped processing signals, eg, LTE frame start (which may be other signals, especially in other networks) are also Internet / Ethernet (to the central TMO server that creates, maintains and updates the database of all eNBs ( (Registered trademark) The eNB (cell) location and / or cell ID transmitted via the backhaul is also included.

場所確定をレンジング及び取得するプロセスに関係のあるUE及び/またはeNB(複数可)は、TMOサーバにクワイヤし、サーバは、関係のあるeNB(複数可)間の時間同期オフセットを戻す。これらの時間同期オフセットは、場所確定を取得して場所確定を調整するプロセスに関係のあるUE及び/またはeNB(複数可)によって使用される。   The UE and / or eNB (s) involved in the process of ranging and obtaining the location fix quies to the TMO server, which returns the time synchronization offset between the relevant eNB (s). These time synchronization offsets are used by the UE and / or eNB (s) involved in the process of obtaining location fix and adjusting location fix.

その代わりに、場所確定計算及び調整は、レンジングするプロセスに関係のあるUE及び/またはeNB(複数可)がまた、取得されたレンジング情報をTMOサーバに供給するときに、TMOサーバによって実行されてもよい。TMOサーバは、次いで、正確な(調整された)位置(場所決定)確定を戻す。   Instead, location determination calculations and adjustments are performed by the TMO server when the UE and / or eNB (s) involved in the ranging process also provide the obtained ranging information to the TMO server. Also good. The TMO server then returns an accurate (coordinated) position (location determination) fix.

2つ以上のセルeNB機器が共に位置する場合、単一TMOが、全てのeNB(複数可)からの信号を処理してタイムスタンプすることができる。   If two or more cell eNB devices are co-located, a single TMO can process and time stamp signals from all eNB (s).

RTT(ラウンド時間トリップ)測定(レンジング)は、位置特定のために使用され得る。欠点は、RTTレンジングが、位置特定正確性に劇的に影響を及ぼすマルチパスにさらされることである。   RTT (Round Time Trip) measurement (ranging) can be used for localization. The disadvantage is that RTT ranging is exposed to multipath that dramatically affects the location accuracy.

一方、RTT位置特定は、一般に、(時間における)位置基準同期、及びLTEの場合では特にeNBを要求しない。   On the other hand, RTT location generally does not require an eNB specifically in the case of location-based synchronization (in time) and LTE.

同時に、無線ネットワークのパイロット基準及び/または他の信号を用いで動作するときに、特許文献3に記載されるマルチパス軽減プロセッサ、方法(複数可)/技法、及びアルゴリズムは、RTT信号(複数可)のためにチャネル応答を決定すること、例えば、RTT信号(複数可)が通過しているマルチパスチャネルを識別することができる。これは、実際のDLOS時間が決定されるようなRTT測定の訂正を可能にする。   At the same time, the multipath mitigation processor, method (s) / technique, and algorithm described in US Pat. ) For example, the multipath channel through which the RTT signal (s) are passing can be identified. This allows correction of the RTT measurement such that the actual DLOS time is determined.

既知のDLOS時間を用いると、eNBまたは時間における位置基準同期の必要性無しに、三辺測量及び/または類似の位置特定方法を使用して場所確定を取得することが可能になる。   With a known DLOS time, it is possible to obtain location determination using triangulation and / or similar location methods without the need for location-based synchronization in the eNB or time.

適所にあるTMO及びTMOサーバにも関わらず、不可視性追跡の技術統合は、マクロ/ミニ/ピコ及びスモールセルならびに/またはUE(携帯電話)の変更を要求する。これらの変更は、SW/FW(ソフトウェア/ファームウェア)に対してのみ限定されるが、それは、既存のインフラストラクチャを改造するために多くの労力を要する。また、いくつかの場合では、ネットワークオペレータ及び/またはUE/携帯電話製造業者/供給業者が、機器修正に反抗する。UEは、無線ネットワークユーザ機器であることに留意する。   Despite the TMO and TMO server in place, invisible tracking technology integration requires macro / mini / pico and small cell and / or UE (cell phone) changes. These changes are limited only to SW / FW (software / firmware), but it requires a lot of effort to retrofit the existing infrastructure. Also, in some cases, network operators and / or UE / cell phone manufacturers / suppliers are rebellious against equipment modifications. Note that the UE is a radio network user equipment.

このSW/FW変更は、TMO及びTMOサーバ機能が不可視性追跡の位置特定技術を支援するように拡張される場合、完全に回避され得る。換言すれば、以下に記載される別の実施形態は、無線ネットワーク信号を用いて動作するが、無線ネットワーク機器/インフラストラクチャの修正を要求しない。それゆえ、以下に記載される実施形態は、LTEネットワークを用いて動作し、それはまた、Wi−Fiを含む、他の無線システム/ネットワークにも適用可能である。   This SW / FW change can be completely avoided if the TMO and TMO server functions are extended to support invisibility tracking location techniques. In other words, another embodiment described below operates with wireless network signals but does not require modification of the wireless network equipment / infrastructure. Therefore, the embodiments described below operate with an LTE network, which is also applicable to other wireless systems / networks, including Wi-Fi.

本質的に、この実施形態は、場所確定を取得するために無線ネットワーク信号を使用する並列無線位置特定インフラストラクチャを作り出す。   In essence, this embodiment creates a parallel wireless location infrastructure that uses wireless network signals to obtain location fixes.

TMO及びTMOサーバと同様に、不可視性追跡の位置特定インフラストラクチャは、1つ以上の無線ネットワーク信号取得ユニット(NSAU)と、NSAU(複数可)からデータを収集してそれを分析し、範囲及び場所を決定し、それを例えば電話/UE ID及び場所の表に瞬時に変換する、1つ以上の位置特定サーバユニット(LSU)と、から成る。LSUは、ネットワークのAPI経由で無線ネットワークに対してインターフェースを取る。   Similar to the TMO and TMO server, the invisibility tracking location infrastructure collects data from one or more radio network signal acquisition unit (NSAU) and NSAU (s) and analyzes it, And one or more location server units (LSUs) that determine the location and instantly convert it to, for example, a phone / UE ID and location table. The LSU interfaces to the wireless network via the network API.

複数のこれらのユニットは、大型インフラストラクチャ内の様々な場所に配備され得る。NSAU(複数可)が可干渉性タイミングを有する場合、より良好な正確性を与える全てについての結果が使用され得る。   A plurality of these units can be deployed at various locations within the large infrastructure. If NSAU (s) have coherency timing, the results for all that give better accuracy can be used.

可干渉性タイミングは、GPSクロック及び/または他の安定したクロック源から得られ得る。   Coherency timing may be obtained from a GPS clock and / or other stable clock source.

NSAUは、LAN(ローカルエリアネットワーク)、メトロエリアネットワーク(MAN)、及び/またはインターネット経由でLSUと通信する。   The NSAU communicates with the LSU via a LAN (Local Area Network), Metro Area Network (MAN), and / or the Internet.

いくつかの設置/実例では、NSAU及びLSUが、単一ユニットに結合/一体化され得る。   In some installations / examples, NSAU and LSU may be combined / integrated into a single unit.

LTEまたは他の無線ネットワークを使用して位置特定サービスを支援するために、送信機は、厳しい許容差内で同期されるクロック及び事象であることを要求される。通常、これは、GPSの1PPS信号に固定することによって達成される。これは、3ナノ秒1シグマ内までのローカルエリアにおけるタイミング同期を結果としてもたらす。   In order to support location services using LTE or other wireless networks, transmitters are required to be clocks and events that are synchronized within tight tolerances. This is usually accomplished by locking in a GPS 1PPS signal. This results in timing synchronization in the local area up to within 3 ns / sigma.

しかしながら、この種の同期が実用的ではない場合の多くの実例が存在する。この本実施形態は、遅延補償値を位置特定プロセスに提供するために、ダウンリンク送信機間の時間オフセット推定及び時間オフセットの追跡を提供し、それゆえ、あたかも送信機が同期されたクロック及び事象であるかのように、位置特定プロセスが処理され得る。これは、既知の先験的なアンテナ場所を有する(任意の位置特定サービスのために要求される)伝送アンテナ及び受信機の事前知識によって達成される。同期ユニットと呼ばれるこの受信機は、ダウンリンク送信機の全てからのデータ及び所与の場所のその知識を収集し、事前に選択されたベースアンテナからオフセットタイミングを計算する。これらのオフセットは、ダウンリンク送信機にクロックドリフトを補償する追跡アルゴリズムの使用を通して、システムによって追跡される。受信データから擬似範囲を導出する処理は、(特許文献3に記載される)不可視性追跡マルチパス軽減アルゴリズムを利用することに留意する。それゆえ、同期は、マルチパスによって影響を受けない。   However, there are many instances where this type of synchronization is not practical. This embodiment provides time offset estimation and tracking of time offsets between downlink transmitters to provide delay compensation values to the location process, so it is as if the transmitters were synchronized clocks and events. The localization process can be processed as if This is achieved by prior knowledge of a transmission antenna and receiver (required for any location service) with a known a priori antenna location. This receiver, called a synchronization unit, collects data from all of the downlink transmitters and its knowledge of a given location and calculates the offset timing from a preselected base antenna. These offsets are tracked by the system through the use of a tracking algorithm that compensates for clock drift in the downlink transmitter. Note that the process of deriving the pseudo range from the received data uses an invisibility tracking multipath mitigation algorithm (described in US Pat. Therefore, synchronization is not affected by multipath.

これらのオフセットデータは、各ダウンリンク送信機からのデータを適切に整合させるために位置特定プロセッサ(位置特定サーバ、LSU)によって使用され、その結果、それは、同期された送信機によって発生されているように見える。時間正確性は、最良の1−PPS追跡と互換性があり、3メートルの場所正確性(1シグマ)をサポートする。   These offset data are used by the location processor (location server, LSU) to properly align the data from each downlink transmitter so that it is generated by the synchronized transmitter looks like. Time accuracy is compatible with the best 1-PPS tracking and supports 3 meter location accuracy (1 sigma).

同期受信機及び/または受信機のアンテナは、最良性能のために最適なGDOPに基づいて位置付けられる。大型設置では、複数の同期受信機が、ネットワーク全体を通して同等の3ns1シグマ同期オフセットを提供するために利用され得る。同期受信機(複数可)を利用することによって、ダウンリンク送信機の同期のための要件が省かれる。   Synchronous receivers and / or receiver antennas are positioned based on the optimal GDOP for best performance. In large installations, multiple synchronization receivers can be utilized to provide an equivalent 3ns1 sigma synchronization offset throughout the network. By utilizing synchronous receiver (s), the requirement for downlink transmitter synchronization is eliminated.

同期受信機ユニットは、NSAU及び/またはLSUと通信する独立型ユニットとすることができる。その代わりに、この同期受信機は、NSAUと一体化されてもよい。   The synchronous receiver unit may be a stand-alone unit that communicates with the NSAU and / or LSU. Alternatively, this synchronous receiver may be integrated with NSAU.

例示的な無線ネットワーク位置特定機器図が、図13に描写される。   An exemplary wireless network location device diagram is depicted in FIG.

LTE信号を利用する、顧客ネットワーク投資ではない、完全に自律型のシステムの実施形態は、以下のモードにおいて動作する。
1.アップリンクモードは、位置特定の目的のために無線ネットワークアップリンク(UL)信号を使用する(図16及び17)。
2.ダウンリンクモードは、位置特定の目的のために無線ネットワークダウンリンク(DL)信号を使用する(図14及び15)。
3.二方向モード−は、位置特定のためにUL及びDL信号の両方を使用する。
アップリンクモードでは、複数のアンテナが、1つ以上のNSAUに接続される。これらのアンテナ場所は、無線ネットワークアンテナから独立しており、NSAU(複数可)アンテナ場所が、GDOP(幾何学的な精度の低下)を最小限にするように選択される。
Embodiments of fully autonomous systems that utilize LTE signals and are not customer network investments operate in the following modes:
1. Uplink mode uses radio network uplink (UL) signals for location purposes (FIGS. 16 and 17).
2. Downlink mode uses radio network downlink (DL) signals for location purposes (FIGS. 14 and 15).
3. The bi-directional mode uses both UL and DL signals for location.
In uplink mode, multiple antennas are connected to one or more NSAUs. These antenna locations are independent of the radio network antenna, and NSAU (s) antenna locations are selected to minimize GDOP (decrease in geometric accuracy).

UE/携帯電話デバイスからのネットワークのRF信号は、NSAU(複数可)アンテナによって収集され、NSAU(複数可)によって処理され、興味のある全ての信号のうちの1つ以上の実例の捕獲に適している時間間隔の間に処理されたネットワークのRF信号のタイムスタンプされたサンプルを作り出す。   The RF signal of the network from the UE / cell phone device is collected by the NSAU antenna (s) and processed by the NSAU antenna (s), suitable for capturing one or more instances of all signals of interest Producing time-stamped samples of the processed network RF signal during a given time interval.

任意選択的に、NSAUはまた、追加情報を取得するために、例えばUE/電話ID等を決定するために、ダウンリンク信号のプロセス及びタイムスタンプされたサンプルを受信する。   Optionally, the NSAU also receives the downlink signal process and time-stamped samples to obtain additional information, eg, to determine a UE / phone ID, etc.

捕獲されたタイムスタンプされたサンプルから、各UE/携帯電話ID(複数可)と関連付けられた興味のあるタイムスタンプされた無線ネットワーク信号と共に、UE/携帯電話デバイス識別番号(ID)が決定(取得)される。この動作は、NSAUまたはLSUのいずれかによって行われ得る。   From the captured time-stamped samples, the UE / cell phone device identification number (ID) is determined (obtained) along with the time-stamped radio network signal of interest associated with each UE / cell phone ID (s). ) This operation can be performed by either NSAU or LSU.

NSAUは、データをLSUに周期的に供給する。スケジュールされていないデータが1つ以上のUE/携帯電話ID(複数可)に必要とされる場合には、LSUは、追加データを要求する。   NSAU periodically supplies data to the LSU. If unscheduled data is needed for one or more UE / cell phone ID (s), the LSU requests additional data.

変更/修正は、ULモード動作の場合、無線ネットワークインフラストラクチャ及び/または既存のUE/携帯電話において必要とされない。   Changes / modifications are not required in the radio network infrastructure and / or existing UE / cell phone for UL mode operation.

ダウンリンク(DL)モードでは、不可視性追跡を使用可能なUEが要求される。また、携帯電話FWは、電話が場所確定を取得するために使用される場合、修正される必要がある。   In downlink (DL) mode, a UE that can use invisibility tracking is required. Also, the mobile phone FW needs to be modified if the phone is used to obtain location confirmation.

いくつかの実例では、オペレータが、ベースバンド信号をBBU(複数可)(ベースバンドユニット)から利用可能にさせ得る。かかる場合では、NSAU(複数可)はまた、RF無線ネットワーク信号の代わりに、これらの利用可能なベースバンド無線ネットワーク信号を処理することができる。   In some instances, an operator may make a baseband signal available from BBU (s) (baseband unit). In such a case, NSAU (s) can also process these available baseband wireless network signals instead of RF wireless network signals.

DLモードでは、UE/携帯電話IDを1つ以上の無線ネットワーク信号と関連付ける必要性はない。なぜなら、これらの信号はUE/携帯電話において処理されるか、またはUE/携帯電話が、処理されたネットワークのRF信号のタイムスタンプされたサンプルを周期的に生成し、これらをLSUに送信し、LSUが、結果(複数可)をUE/携帯電話に送信し戻すからである。   In DL mode, there is no need to associate a UE / cell phone ID with one or more radio network signals. Because these signals are processed at the UE / cell phone, or the UE / cell phone periodically generates time-stamped samples of the processed network RF signals and sends them to the LSU, This is because the LSU sends the result (s) back to the UE / cell phone.

DLモードでは、NSAUは、処理されたRFまたはベースバンド(利用可能な場合)無線ネットワーク信号を処理してタイムスタンプする。捕獲されたタイムスタンプされたサンプルから、ネットワークアンテナと関連付けられた無線ネットワーク信号DLフレーム開始が、決定(取得)され、これらのフレーム開始間の差(オフセット)が計算される。この動作は、NSAUまたはLSUのいずれかによって実行され得る。ネットワークアンテナについてのフレーム開始オフセットは、LSU上に記憶される。   In DL mode, NSAU processes and timestamps the processed RF or baseband (if available) radio network signal. From the captured time-stamped samples, the radio network signal DL frame start associated with the network antenna is determined (acquired) and the difference (offset) between these frame starts is calculated. This operation may be performed by either NSAU or LSU. The frame start offset for the network antenna is stored on the LSU.

DLモードでは、デバイスが不可視性追跡技術を使用してそれ自体の場所確定を処理/決定する場合には、ネットワークアンテナのフレーム開始オフセットが、LSUからUE/電話デバイスに送信される。そうではなくて、UE/携帯電話デバイスが、処理されネットワークのRF信号のタイムスタンプされたサンプルをLSUに周期的に送信するとき、LSUは、デバイスの場所確定を決定し、場所確定データをデバイスに送信し戻す。   In DL mode, the frame start offset of the network antenna is sent from the LSU to the UE / telephone device if the device processes / determines its own location fix using invisibility tracking techniques. Rather, when the UE / cell phone device periodically sends a processed and time-stamped sample of the RF signal of the network to the LSU, the LSU determines the location of the device and sends the location confirmation data to the device. Send back to.

DLモードでは、無線ネットワークRF信号が、1つ以上の無線ネットワークアンテナから来る。結果の正確性に影響を及ぼすマルチパスを回避するために、RF信号が、アンテナまたは無線ネットワーク機器へのアンテナ接続から見付け出されなくてはならない。   In DL mode, the radio network RF signal comes from one or more radio network antennas. In order to avoid multipath affecting the accuracy of the results, the RF signal must be found from the antenna or antenna connection to the wireless network equipment.

二方向モードは、UL及びDL動作の両方からの場所確定の決定を包含する。これは、位置特定正確性の更なる改良を可能にする。   The bi-directional mode includes the determination of location determination from both UL and DL operations. This allows for further improvements in location accuracy.

いくつかの企業セットアップは、1つ以上の遠隔無線通信ヘッド(RRH)を供給する1つ以上のBBUであって、各RRHが、次いで、複数のアンテナに同じIDを供給する、1つ以上のBBUを使用する。かかる環境では、無線ネットワーク構成に依存して、ネットワークアンテナのDLモードフレーム開始オフセットの決定が、要求されない可能性がある。これは、単一BBUセットアップのみならず複数のBBUを含み、それによって、各BBUのアンテナが、一定のゾーンに割り当てられ、隣接ゾーンのカバレッジが、重複している。   Some enterprise setups are one or more BBUs that supply one or more remote radio communication heads (RRHs), each RRH then supplying the same ID to multiple antennas. Use BBU. In such an environment, depending on the wireless network configuration, the determination of the DL mode frame start offset of the network antenna may not be required. This includes not only a single BBU setup, but also multiple BBUs, whereby each BBU's antenna is assigned to a certain zone and the coverage of adjacent zones is overlapping.

一方、構成であって、それによって、複数のBBUから供給されるアンテナが同じゾーン内でインターリーブされる構成は、ネットワークアンテナのDLモードフレーム開始オフセットの決定を要求する。   On the other hand, a configuration in which antennas supplied from multiple BBUs are interleaved in the same zone requires the determination of the DL mode frame start offset of the network antenna.

DAS環境におけるDL動作モードでは、複数のアンテナが、同じIDを共有してもよい。   In DL operating mode in a DAS environment, multiple antennas may share the same ID.

本実施形態では、場所整合性アルゴリズム(複数可)が、(パイロット及び/または同期を含む)基準信号(複数可)サブキャリアからのマルチパス軽減処理によって発生された可観測量からDASアンテナの範囲を分離するように、ならびに複数のDASエミッタ(アンテナ)範囲から場所推定を取得するように、拡張/開発される。   In this embodiment, the location consistency algorithm (s) is determined by the range of DAS antennas from observables generated by multipath mitigation processing from reference signal (s) subcarriers (including pilot and / or synchronization) As well as to obtain location estimates from multiple DAS emitter (antenna) ranges.

しかしながら、これらの整合性アルゴリズムは、同じIDを発するアンテナの数に限界がある。以下によって、同じIDを発するアンテナの数を削減することができる。
1.所与のカバレッジゾーンインターリーブの場合、セクタ化されたBBUの異なるセクタから供給されるアンテナ(BBUは、最大6つまでのセクタをサポートすることができる)
2.所与のカバレッジゾーンインターリーブの場合、セクタ化されたBBUの異なるセクタから供給されるアンテナ及び異なるBBUから供給されるアンテナ
3.伝搬遅延要素を各アンテナに追加すること。遅延値は、特定のDAS環境(チャネル)において遅延拡散を超えるのに十分大きいように、ただし、追加遅延によって引き起こされるマルチパスがISI(符号間干渉)を結果としてもたらさないように、サイクリックプレフィックス(CP)長よりも小さいように選択される。1つ以上のアンテナのための固有遅延IDの追加は、同じIDを発するアンテナの数を更に削減する。
However, these consistency algorithms are limited in the number of antennas that emit the same ID. The number of antennas that emit the same ID can be reduced by the following.
1. For a given coverage zone interleaving, antennas supplied from different sectors of a sectorized BBU (BBU can support up to 6 sectors)
2. 2. For a given coverage zone interleaving, antennas fed from different sectors of a sectorized BBU and antennas fed from different BBUs. Add a propagation delay element to each antenna. The cyclic prefix is such that the delay value is large enough to exceed the delay spread in a particular DAS environment (channel), but that the multipath caused by the additional delay does not result in ISI (intersymbol interference). It is selected to be smaller than (CP) length. Adding unique delay IDs for one or more antennas further reduces the number of antennas that emit the same ID.

ある実施形態では、顧客ネットワーク投資を伴わない自律型システムが提案され得る。そのような実施形態では、システムが、LTE帯域以外の帯域上で動作することができる。例えば、ISM(産業科学及び医療用)帯域ならびに/またはホワイトスペース帯域は、LTEサービスが利用可能ではない場所において使用され得る。   In some embodiments, an autonomous system without customer network investment may be proposed. In such embodiments, the system can operate on a band other than the LTE band. For example, the ISM (Industrial Science and Medical) band and / or the white space band may be used in places where LTE services are not available.

実施形態はまた、マクロ/ミニ/ピコ/フェムトステーション(複数可)及び/またはUE(携帯電話)機器と一体化され得る。一体化は、顧客ネットワーク投資を要求し得るが、それは、諸経費を削減することができ、かつTCO(総所有コスト)を劇的に改善することができる。   Embodiments may also be integrated with macro / mini / pico / femto station (s) and / or UE (cell phone) equipment. Integration can require customer network investment, which can reduce overhead and dramatically improve TCO (total cost of ownership).

本明細書に上述したように、PRSは、ダウンリンクで観測される到着時間差(DL−OTDOA)測位のためにUEによって使用され得る。近隣基地局(eNB)の同期に関して、3GPP TS36.305(E−UTRANにおけるユーザ機器(UE)測位のステージ(Stage)2機能的仕様)が、UEに対する転送タイミングを規定し、そのタイミングは、候補セル(例えば、近隣セル)のeノードBサービスに関連する。3GPP TS36.305はまた、測定目的のために候補セルの物理セルID(PCI)及びグローバルセルID(GCI)を規定する。   As described hereinabove, PRS may be used by the UE for time-of-arrival difference (DL-OTDOA) positioning observed on the downlink. Regarding the synchronization of neighboring base stations (eNBs), 3GPP TS36.305 (Stage 2 functional specification of user equipment (UE) positioning in E-UTRAN) defines the transfer timing for the UE, and the timing is a candidate Related to eNode B service of a cell (eg, a neighboring cell). 3GPP TS 36.305 also defines the physical cell ID (PCI) and global cell ID (GCI) of candidate cells for measurement purposes.

3GPP TS36.305によれば、この情報は、E−MLC(強化型サービングモバイル位置特定センター)サーバから届けられる。TS36.305は、上述したタイミング正確性を規定していないことに留意する。   According to 3GPP TS 36.305, this information is delivered from an E-MLC (Enhanced Serving Mobile Location Center) server. Note that TS 36.305 does not specify the timing accuracy described above.

更に、3GPP TS36.305は、UEが、基準信号時間差(RSTD)測定を含むダウンリンク測定をE−MLCに戻すものとすることを規定する。   In addition, 3GPP TS 36.305 specifies that the UE shall return downlink measurements, including reference signal time difference (RSTD) measurements, to E-MLC.

RSTDは、一対のeNB間で行われる測定である(TS36.214進化型ユニバーサル地上波無線通信アクセス(E−UTRA)、物理層測定、リリース9を参照)。測定は、近隣セルjから受信されたサブフレーム及びサービングセルiの対応するサブフレーム間の相対的タイミング差として定義される。測位基準信号が、これらの測定を行うために使用される。結果は、位置を計算する位置特定サーバに報告し戻される。   RSTD is a measurement performed between a pair of eNBs (see TS36.214 Evolutionary Universal Terrestrial Radio Communication Access (E-UTRA), Physical Layer Measurement, Release 9). A measurement is defined as the relative timing difference between the subframe received from neighbor cell j and the corresponding subframe of serving cell i. A positioning reference signal is used to make these measurements. The result is reported back to the location server that calculates the location.

ある実施形態では、ハイブリッド方法が、新たに導入されたPRS及び既存の基準信号の両方に適応するように定義され得る。換言すれば、ハイブリッド方法は、PRSと共に、他の基準信号(例えば、セルもしくはノードに特有の基準信号(CRS))と共に、または両方の信号の種類と共に、使用/動作することができる。   In certain embodiments, a hybrid method may be defined to accommodate both newly introduced PRS and existing reference signals. In other words, the hybrid method can be used / operated with PRS, with other reference signals (eg, cell or node specific reference signal (CRS)), or with both signal types.

かかるハイブリッド方法は、ネットワークオペレータ(複数可)が、状況またはネットワークパラメータに依存して動作モードを動的に選択することを可能にするという利点をもたらす。例えば、PRSは、CRSより良好な可聴性を有するが、データスループットにおいて最大7%までの低減を結果としてもたらし得る。一方、CRS信号は、少しのスループット低減ももたらさない。それに加えて、CRS信号は、全ての以前のLTEリリース、例えばリリース8以下と後方互換性がある。そのように、ハイブリッド方法は、ネットワークオペレータに可聴性、スループット、及び互換性間でトレードオフするまたはバランスを取る能力を提供する。   Such a hybrid method provides the advantage of allowing the network operator (s) to dynamically select an operating mode depending on the situation or network parameters. For example, PRS has better audibility than CRS, but can result in up to a 7% reduction in data throughput. On the other hand, CRS signals do not bring any throughput reduction. In addition, the CRS signal is backward compatible with all previous LTE releases, eg release 8 and below. As such, the hybrid method provides network operators with the ability to trade off or balance between audibility, throughput, and compatibility.

ロングタームエボリューション(LTE)実現形態では、(セルまたは無線ノードによって発生され、本明細書において「ノード」と称される)LTEダウンリンクベースバンド信号が、一般に、ダウンリンクフレームに結合される。かかる信号を検出及び受信するための受信機は、複数の(2つ以上の)セルまたはノードからダウンリンクフレームを検出し得る。各ダウンリンクフレームは、複数のCRSまたは基準信号を含む。ダウンリンク(DL)フレームでは、これらの基準信号が、時間及び周波数において事前に決定された位置を有し、例えば、所与のフレームにおけるフレーム開始及び各CRS間に決定論的な時間オフセットが存在する。   In long term evolution (LTE) implementations, LTE downlink baseband signals (generated by a cell or radio node and referred to herein as a “node”) are typically combined into a downlink frame. A receiver for detecting and receiving such signals may detect downlink frames from multiple (two or more) cells or nodes. Each downlink frame includes a plurality of CRS or reference signals. In downlink (DL) frames, these reference signals have a predetermined position in time and frequency, eg, there is a deterministic time offset between the frame start and each CRS in a given frame To do.

更に、各CRSは、特殊符号を用いて変調される。変調及び符号もまた事前に決定される。CRS変調は、全ノードについて同じであるが、符号(シード:seed)は、ノードのID(識別)番号によって決定される。   Furthermore, each CRS is modulated using a special code. Modulation and code are also predetermined. The CRS modulation is the same for all nodes, but the code (seed) is determined by the ID (identification) number of the node.

結果として、ノードID(複数可)を知ることによって、基準信号のスペクトルにおいて、各ノード(セル)から各フレームについてのフレーム開始時間の経過場所を推定することができる。そうするために、異なるノードから全DL信号についてフレーム開始時間またはフレーム開始をまず決定することが必要である。例えば、ある実施形態では、受信されたDLベースバンド信号を、(検出器及び/またはマルチパス軽減プロセッサによって内部に発生された)符号変調されたCRSの既知の複製と相関付けることによって、様々なノードから全CRSシーケンスまたは他の基準信号を見付けることができ、更に、この情報を用いて、全ての観測可能なノードの粗い場所フレーム開始を見付けることができる。ある実施形態では、検出器がまた、CRSを復調/復号し、次いで、復調/復号されたCRSをCRSに割り当てられるベースバンドサブキャリアと相関付けてもよい。   As a result, by knowing the node ID (s), it is possible to estimate the elapsed location of the frame start time for each frame from each node (cell) in the spectrum of the reference signal. To do so, it is necessary to first determine the frame start time or frame start for all DL signals from different nodes. For example, in one embodiment, by correlating a received DL baseband signal with a known replica of a code modulated CRS (generated internally by a detector and / or multipath mitigation processor), the various The entire CRS sequence or other reference signal can be found from the node, and this information can be used to find the coarse location frame start of all observable nodes. In certain embodiments, the detector may also demodulate / decode the CRS and then correlate the demodulated / decoded CRS with the baseband subcarriers assigned to the CRS.

同時に、ある実施形態では、CRSがまた、マルチパス軽減プロセッサによってレンジング信号として使用されてもよい。したがって、粗いフレーム開始を見付けることに加えて、検出器の相関付けプロセスがまた、フレーム内の他の信号(例えばペイロードなど)から、それらの信号を変調するために使用された符号を使用して、CRSを分離することができる。その後、これらの分離されたCRS、及び関連付けられたフレーム開始が、レンジングのためにマルチパス軽減プロセッサに転送される。   At the same time, in some embodiments, CRS may also be used as a ranging signal by a multipath mitigation processor. Thus, in addition to finding a coarse frame start, the detector correlation process also uses the codes used to modulate those signals from other signals in the frame (eg, payload, etc.) , CRS can be separated. These separated CRS and associated frame start are then forwarded to the multipath mitigation processor for ranging.

類似のアプローチが、アップリンクモードにおいて使用され得、それによって、異なるノード受信機間のタイミングオフセットが決定され得る。   A similar approach can be used in the uplink mode, whereby timing offsets between different node receivers can be determined.

ダウンリンク実施形態では、ネットワークと通信する1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡及び位置特定するためのシステムが、ネットワークと通信する2つ以上のノードから複数の信号を受信するように構成されたユーザ機器受信機であって、複数の信号が、複数の信号を伝送する2つ以上のノードの各ノードの識別によって決定された符号を用いて変調され、ユーザ機器受信機が、識別に基づいて複数の信号から基準信号を検出及び分離するように構成された検出器を含む、ユーザ機器受信機と、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡及び位置特定するために各ノードからのレンジング信号として基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。   In a downlink embodiment, a system for tracking and locating one or more wireless network devices in communication with a network is configured to receive a plurality of signals from two or more nodes in communication with the network. A device receiver, wherein a plurality of signals are modulated using a code determined by identification of each of two or more nodes transmitting the plurality of signals, and a plurality of user equipment receivers are based on the identification A reference signal as a ranging signal from each node for tracking and locating a user equipment receiver and one or more wireless network devices, including a detector configured to detect and separate the reference signal from the signal of And a processor configured to use.

実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、基準信号を含むフレームに結合され、検出器が、各ノードからフレーム開始の経過場所を推定するように更に構成される。   In an embodiment, multiple signals from each node of two or more nodes are combined into a frame that includes a reference signal, and a detector is further configured to estimate the elapsed location of the frame start from each node.

実施形態では、検出器が、基準信号をかかる基準信号の既知の複製と相関付けることによって、経過場所を推定するように更に構成される。   In an embodiment, the detector is further configured to estimate the elapsed location by correlating the reference signal with a known replica of such reference signal.

実施形態では、検出器が、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように更に構成され、検出器が、2つ以上のノードの各ノードについて基準信号を分離するように更に構成される。   In an embodiment, the detector is further configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the detector is further configured to separate the reference signal for each node of the two or more nodes. Is done.

実施形態では、プロセッサが、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサであり、マルチパス軽減プロセッサが、経過場所及び分離された基準信号を受信して、各ノードからのレンジング信号の相対的到着時間を推定するように構成される。   In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor, and the multipath mitigation processor receives the elapsed location and the separated reference signal to estimate the relative arrival time of the ranging signal from each node. Configured as follows.

実施形態では、プロセッサが、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサである。   In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor.

実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、あるフレーム内にあり、検出器が、各ノードからのフレーム開始の経過場所を推定するように更に構成され、検出器が、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように構成され、検出器が、2つ以上のノードの各ノードについて基準信号を分離するように更に構成され、検出器が、各ノードについての経過場所及び分離された基準信号をマルチパス軽減プロセッサに渡すように構成され、マルチパス軽減プロセッサが、経過場所及び分離された基準信号を受信して、各ノードからのレンジング信号の相対的到着時間を推定するように構成される。   In an embodiment, a plurality of signals from each of two or more nodes are in a frame, and the detector is further configured to estimate the elapsed location of the frame start from each node, the detector , Configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, the detector further configured to separate the reference signal for each node of the two or more nodes, And the separated reference signal is passed to a multipath mitigation processor, wherein the multipath mitigation processor receives the elapse location and the separated reference signal and compares the ranging signal from each node Configured to estimate arrival time.

実施形態では、システムは、ノード受信機が1つ以上の無線ネットワークデバイスからデバイス信号を受信するように構成されたアップリンク実施形態を更に備え、デバイス信号が、デバイス信号を伝送する1つ以上の無線ネットワークデバイスの各無線ネットワークデバイスのデバイス識別によって決定されたデバイス符号を用いて変調され、ノード受信機が、デバイス識別に基づいてデバイス信号からデバイス基準信号を検出及び分離するように構成されたデバイス検出器を含み、第2のプロセッサが、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡及び位置特定するために各無線ネットワークデバイスからデバイス基準信号をレンジング信号として使用するように構成される。   In an embodiment, the system further comprises an uplink embodiment in which the node receiver is configured to receive device signals from one or more wireless network devices, wherein the device signals transmit one or more device signals. A device that is modulated with a device code determined by a device identification of each wireless network device of the wireless network device, and wherein the node receiver is configured to detect and separate a device reference signal from the device signal based on the device identification A detector, including a detector, is configured to use a device reference signal as a ranging signal from each wireless network device to track and locate one or more wireless network devices.

ある実施形態では、ネットワークと通信する1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡及び位置特定するためのシステムが、ネットワークと通信する2つ以上のノードから複数の信号を受信するように構成されたユーザ機器受信機であって、複数の信号が、複数の信号を伝送する2つ以上のノードの各ノードの識別によって決定された符号を用いて変調される、ユーザ機器受信機と、識別に基づいて複数の信号から基準信号を検出及び分離するように、ならびに1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡及び位置特定するために各ノードからのレンジング信号として基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。   In certain embodiments, a user equipment configured to receive a plurality of signals from two or more nodes in communication with a network in a system for tracking and locating one or more wireless network devices in communication with the network. A receiver, wherein a plurality of signals are modulated using a code determined by identification of each node of two or more nodes transmitting the plurality of signals, and a plurality of users based on the identification A processor configured to detect and separate a reference signal from a plurality of signals and to use the reference signal as a ranging signal from each node to track and locate one or more wireless network devices; Prepare.

実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、基準信号を含むフレームに結合され、プロセッサが、各ノードからフレーム開始の経過場所を推定するように更に構成される。   In an embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are combined into a frame that includes a reference signal, and the processor is further configured to estimate the elapsed location of the frame start from each node.

実施形態では、プロセッサが、基準信号をその基準信号の既知の複製と相関付けることによって経過場所を推定するように更に構成される。   In an embodiment, the processor is further configured to estimate the elapsed location by correlating the reference signal with a known replica of the reference signal.

実施形態では、プロセッサが、経過場所及び分離された基準信号に基づいて、各ノードからレンジング信号の相対的到着時間を推定するように更に構成される。   In an embodiment, the processor is further configured to estimate the relative arrival time of the ranging signal from each node based on the elapsed location and the separated reference signal.

実施形態では、プロセッサが、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように更に構成され、プロセッサが、2つ以上のノードの各ノードについて基準信号を分離するように更に構成される。   In an embodiment, the processor is further configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the processor is further configured to separate the reference signal for each node of the two or more nodes. .

実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、あるフレーム内にあり、プロセッサが、基準信号をその基準信号の既知の複製と相関付けることによって、各ノードからフレーム開始の経過場所を推定するように更に構成され、プロセッサが、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように、及び2つ以上のノードの各ノードについて基準信号を分離するように更に構成され、プロセッサが、経過場所及び分離された基準信号に基づいて、各ノードからレンジング信号の相対的到着時間を推定するように更に構成される。   In an embodiment, multiple signals from each node of two or more nodes are in a frame, and the processor correlates the reference signal with a known replica of the reference signal to initiate a frame start from each node. Further configured to estimate an elapsed location, and further configured to separate the reference signal for each node of the two or more nodes, and for the processor to separate the reference signal from any other signal in the frame And the processor is further configured to estimate a relative arrival time of the ranging signal from each node based on the elapsed location and the separated reference signal.

ある実施形態では、ネットワークと通信する1つ以上の無線ネットワークデバイスの追跡及び位置特定のためのシステムが、ネットワークと通信する2つ以上のノードから複数の信号を受信するように構成された検出器であって、複数の信号が、複数の信号を伝送する2つ以上のノードの各ノードの識別によって決定された符号を用いて変調され、識別に基づいて複数の信号から基準信号を検出及び分離するように構成された、検出器と、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡及び位置特定するために各ノードからのレンジング信号として基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。   In certain embodiments, a detector for tracking and locating one or more wireless network devices in communication with a network is configured to receive a plurality of signals from two or more nodes in communication with the network. A plurality of signals are modulated using a code determined by identification of each of two or more nodes transmitting the plurality of signals, and a reference signal is detected and separated from the plurality of signals based on the identification A detector configured to, and a processor configured to use the reference signal as a ranging signal from each node to track and locate one or more wireless network devices.

実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、基準信号を含むフレームに結合され、検出器が、各ノードからフレーム開始の経過場所を推定するように更に構成される。   In an embodiment, multiple signals from each node of two or more nodes are combined into a frame that includes a reference signal, and a detector is further configured to estimate the elapsed location of the frame start from each node.

実施形態では、検出器が、基準信号をかかる基準信号の既知の複製と相関付けることによって経過場所を推定するように更に構成される。   In an embodiment, the detector is further configured to estimate the elapsed location by correlating the reference signal with a known replica of such reference signal.

実施形態では、検出器が、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように更に構成され、検出器が、2つ以上のノードの各ノードについて基準信号を分離するように更に構成される。   In an embodiment, the detector is further configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the detector is further configured to separate the reference signal for each node of the two or more nodes. Is done.

実施形態では、プロセッサが、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサであり、マルチパス軽減プロセッサが、経過場所及び分離された基準信号を受信して、各ノードからのレンジング信号の相対的到着時間を推定するように構成される。   In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor, and the multipath mitigation processor receives the elapsed location and the separated reference signal to estimate the relative arrival time of the ranging signal from each node. Configured as follows.

実施形態では、プロセッサが、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサである。   In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor.

実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、あるフレーム内にあり、検出器が、各ノードからのフレーム開始の経過場所を推定するように更に構成され、検出器が、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように構成され、検出器が、2つ以上のノードの各ノードについて基準信号を分離するように更に構成され、検出器が、各ノードについての経過場所及び分離された基準信号をマルチパス軽減プロセッサに渡すように構成され、マルチパス軽減プロセッサが、経過場所及び分離された基準信号を受信して、各ノードからのレンジング信号の相対的到着時間を推定するように構成される。   In an embodiment, a plurality of signals from each of two or more nodes are in a frame, and the detector is further configured to estimate the elapsed location of the frame start from each node, the detector , Configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, the detector further configured to separate the reference signal for each node of the two or more nodes, And the separated reference signal is passed to a multipath mitigation processor, wherein the multipath mitigation processor receives the elapse location and the separated reference signal and compares the ranging signal from each node Configured to estimate arrival time.

ある実施形態では、ネットワークと通信する1つ以上の無線デバイスを追跡及び位置特定するためのシステムが、1つ以上の無線ネットワークデバイスからデバイス信号を受信するように構成されたノード受信機であって、デバイス信号が、デバイス信号を伝送する1つ以上の無線ネットワークデバイスの各無線ネットワークデバイスのデバイス識別によって決定されたデバイス符号を用いて変調され、ノード受信機が、デバイス識別に基づいてデバイス信号からデバイス基準信号を検出及び分離するように構成されたデバイス検出器を含む、ノード受信機と、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡及び位置特定するために、各無線ネットワークデバイスからのレンジング信号としてデバイス基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。   In an embodiment, a system for tracking and locating one or more wireless devices communicating with a network is a node receiver configured to receive device signals from one or more wireless network devices. The device signal is modulated using a device code determined by the device identification of each wireless network device of the one or more wireless network devices transmitting the device signal, and the node receiver determines from the device signal based on the device identification A device as a ranging signal from each wireless network device to track and locate the node receiver and one or more wireless network devices, including a device detector configured to detect and separate device reference signals A professional configured to use the reference signal Tsu provided support and, the.

なおその上に、ハイブリッド方法は、LTE UE測位アーキテクチャに対して透過的であり得る。例えば、ハイブリッド方法は、3GPP TS36.305フレームワークにおいて動作することができる。   Furthermore, the hybrid method may be transparent to the LTE UE positioning architecture. For example, the hybrid method can operate in the 3GPP TS36.305 framework.

ある実施形態では、RSTDが測定され得、3GPP TS36.305に従って、UEからE−SMLCに転送され得る。   In an embodiment, RSTD may be measured and forwarded from UE to E-SMLC according to 3GPP TS 36.305.

UL−TDOA(U−TDOA)は、現在、研究段階にあり、来たるべきリリース11に規格化されることが予想される。   UL-TDOA (U-TDOA) is currently in the research stage and is expected to be standardized to the forthcoming release 11.

UL−TDOA(アップリンク)の実施形態が、本明細書に上記され、また図16及び17に示される。本明細書において以下に記載される図18及び19は、UL−TDOAの代替の実施形態例を提供する。   An embodiment of UL-TDOA (uplink) is described above in this specification and is shown in FIGS. FIGS. 18 and 19 described herein below provide an alternative example embodiment of UL-TDOA.

図18は、1つ以上のDAS及び/またはフェムト/スモールセルアンテナを含み得る環境を表わす。この実施形態例では、各NSAUが、単一アンテナを装備している。描写されるように、少なくとも3つのNSAUが要求される。しかしながら、各UEは、少なくとも3つのNSAUによって「聴かれる」必要があるので、追加のNSAUが、可聴性を改良するために追加され得る。   FIG. 18 represents an environment that may include one or more DAS and / or femto / small cell antennas. In this example embodiment, each NSAU is equipped with a single antenna. As depicted, at least three NSAUs are required. However, since each UE needs to be “listened” by at least three NSAUs, additional NSAUs can be added to improve audibility.

なおその上に、NSAU(複数可)は、受信機として構成され得る。例えば、各NSAUは、無線で情報を受信するが、その情報を伝送しない。動作中、各NSAUは、UEから無線アップリンクネットワーク信号をリッスンすることができる。UEのそれぞれは、携帯電話、タグ、及び/または別のUEデバイスであり得る。   Moreover, NSAU (s) can be configured as a receiver. For example, each NSAU receives information wirelessly but does not transmit that information. In operation, each NSAU can listen for radio uplink network signals from the UE. Each of the UEs can be a mobile phone, a tag, and / or another UE device.

その上、NSAUは、インターフェース、例えば、有線サービスまたはLANなど上で位置特定サーバユニット(LSU)と通信するように構成され得る。次いで、LSUは、無線またはLTEネットワークと通信することができる。通信は、ネットワークAPI経由であり得、ここで、LSUは、例えば、LTEネットワークのE−SMLCと通信することができ、有線サービス、例えばLAN及び/またはWANなどを使用することができる。   Moreover, the NSAU can be configured to communicate with a location server unit (LSU) over an interface, such as a wired service or a LAN. The LSU can then communicate with the radio or LTE network. The communication can be via a network API, where the LSU can communicate, for example, with an LTE network E-SMLC and can use a wired service, such as a LAN and / or WAN.

任意選択的に、LSUはまた、DAS基地局(複数可)及び/またはフェムト/スモールセルと直接的に通信してもよい。この通信は、同じまたは修正されたネットワークAPIを使用することができる。   Optionally, the LSU may also communicate directly with the DAS base station (s) and / or femto / small cells. This communication can use the same or modified network API.

この実施形態では、サウンディング(Sounding)基準信号(SRS)が、位置特定目的のために使用され得る。しかしながら、他の信号もまた、利用されてもよい。   In this embodiment, a sounding reference signal (SRS) may be used for location purposes. However, other signals may also be utilized.

NSAUは、UEアップリンク伝送信号をデジタル形態、例えばI/Qサンプルに変換することができ、いくつかの変換された信号を、タイムスタンプを用いてLSUに周期的に送信することができる。   The NSAU can convert the UE uplink transmission signal into digital form, eg, I / Q samples, and can periodically send several converted signals to the LSU using time stamps.

DAS基地局(複数可)及び/またはフェムト/スモールセルは、以下のデータのうちの1つまたは全てをLSUに渡すことができる。
1)SRS、I/Qサンプル、及びタイムスタンプ、
2)供給されたUEのIDのリスト、ならびに
3)UEのIDを有するUE毎のSRSスケジュールであって、SRSスケジューリング要求コンフィグ(Config)情報及びSRS−UL−コンフィグ情報を含む、SRSスケジュール。
The DAS base station (s) and / or femto / small cell may pass one or all of the following data to the LSU.
1) SRS, I / Q sample, and timestamp,
2) List of supplied UE IDs, and 3) SRS schedule for each UE having UE ID, including SRS scheduling request configuration (Config) information and SRS-UL-config information.

LSUに渡される情報は、上述の情報によって限定されない可能性がある。それは、各UEデバイスアップリンク信号、例えばUE SRSなどを各UEのIDと相関付けるのに必要な任意の情報を含むことができる。   The information passed to the LSU may not be limited by the above information. It can include any information necessary to correlate each UE device uplink signal, eg, UE SRS, etc. with each UE's ID.

LSU機能は、レンジング計算及びUEの場所確定の取得を含み得る。これらの決定/計算は、NSAU、DASベースステーション、及び/またはフェムト/スモールセルからLSUに渡される情報に基づき得る。   LSU functions may include ranging calculations and obtaining UE location fix. These decisions / calculations may be based on information passed from the NSAU, DAS base station, and / or femto / small cell to the LSU.

LSUはまた、NSAUからLSUに渡される利用可能なダウンリンク伝送情報からタイミングオフセットを決定してもよい。   The LSU may also determine the timing offset from available downlink transmission information passed from the NSAU to the LSU.

次いで、LSUは、無線またはLTEネットワークにUE場所確定ならびに他の計算及びデータを提供することができる。かかる情報は、ネットワークAPI経由で通信され得る。   The LSU may then provide UE location determination and other calculations and data to the radio or LTE network. Such information can be communicated via a network API.

同期目的のために、各NSAUは、ダウンリンク信号のサンプルを受信、処理、及びタイムスタンプしてもよい。各NSAUはまた、タイムスタンプ(複数可)を含む、いくつかのかかるサンプルをLSUに周期的に送信してもよい。   For synchronization purposes, each NSAU may receive, process, and timestamp a sample of the downlink signal. Each NSAU may also periodically send several such samples to the LSU, including the time stamp (s).

更に、各NSAUは、外部信号(複数可)との同期のために構成された入力を含んでもよい。   In addition, each NSAU may include an input configured for synchronization with an external signal (s).

図19は、UL−TDOAの別の実施形態を描写する。図18の下で描写される構成要素に加えて、この実施形態の環境は、DAS基地局及び/またはフェムト/スモールセルの代わりに使用され得る1つ以上のセルタワーを含み得る。1つ以上のセルタワーからのデータは、UEの場所確定を取得するために使用され得る。   FIG. 19 depicts another embodiment of UL-TDOA. In addition to the components depicted under FIG. 18, the environment of this embodiment may include one or more cell towers that may be used in place of DAS base stations and / or femto / small cells. Data from one or more cell towers may be used to obtain UE location fix.

そのように、この実施形態の利点は、単一セルタワー(eNB)のみを用いる場所確定を取得することを含む。加えて、この実施形態は、1つ以上のeNBがDAS基地局及び/またはフェムト/スモールセルと交換できることを除いて、図18の下で記載されたものと類似の様態で動作するように構成され得る。   As such, the advantages of this embodiment include obtaining a location fix using only a single cell tower (eNB). In addition, this embodiment is configured to operate in a manner similar to that described below in FIG. 18, except that one or more eNBs can be exchanged with DAS base stations and / or femto / small cells. Can be done.

UEのアップリンク位置特定の1つの方法は、セル識別方法(CID)である。基本的なCID方法では、UE位置が、セルレベルで決定され得る。この方法は、純粋にネットワークベースのものである。結果として、UE、例えば、ハンドセットは、それが追跡されているという事実に気付かない。これは比較的単純な方法であるが、位置特定の不確定性がセル直径に等しいので、それは正確性に欠ける。例えば、図20に例示されるように、サービングセルタワー2004のセル直径2002内のハンドセット2000のいずれも、それらが同じ場所にないにも関わらず、実質的に同じ場所を有する。CID方法の正確性は、サービングセクタ識別(セクタID)知識と組み合わされるときに改良され得る。例えば、図21に例示されるように、セクタID2100は、セル直径2002の他のセクタにおける他のハンドセット2000とは異なる場所を有することが知られているいくつかのハンドセット2104を含むセル直径2002内の区分2102を識別する。   One method of UE uplink location is the cell identification method (CID). In the basic CID method, the UE location can be determined at the cell level. This method is purely network based. As a result, the UE, eg, the handset, is unaware of the fact that it is being tracked. This is a relatively simple method, but it lacks accuracy because the localization uncertainty is equal to the cell diameter. For example, as illustrated in FIG. 20, any of the handsets 2000 within the cell diameter 2002 of the serving cell tower 2004 have substantially the same location even though they are not in the same location. The accuracy of the CID method can be improved when combined with serving sector identification (sector ID) knowledge. For example, as illustrated in FIG. 21, sector ID 2100 includes a number of handsets 2104 that are known to have different locations than other handsets 2000 in other sectors of cell diameter 2002. Are identified.

CID方法に対する更なる強化は、強化型セルID(E−CID)方法を通して可能であり得、それは、更なる改善点を上記した基本的なCID方法に提供する。1つの強化は、どのくらいUEがeNB(ネットワークノード)から遠く離れているかを計算するためにタイミング測定を使用する。この距離は、ラウンドトリップ時間(RTT)の半分、またはLTEにおけるタイミングアドバンス(TA)(LTE TA)に光速を掛けたものとして計算され得る。UEが接続される場合には、RTTまたはTAが、距離推定のために使用され得る。この場合では、(サービングeNBコマンド直後に)サービングセルタワーまたはセクタ及びUEの両方が、Rxサブフレーム及びTxサブフレーム間のタイミング差を測定する。UEは、その測定をeNBに(また、eNB制御下で)報告する。LTEリリース9は、ランダムアクセス手順の間にPRACHプリアンブルを受信することから推定されるタイミングアドバンスに頼るTAタイプ2測定を追加することに留意されたい。PRACH(物理/パケットランダムアクセスチャネル)プリアンブルは、追跡されているUEから応答が受信されないときに、1つのPRACHランピング(ramping)サイクルの間に送信されるプリアンブルの最大数を規定する。LTEタイプ1TA測定は、以下のように、RTT測定に等しい。
RTT=TA(タイプ1)=eNB(Rx−Tx)+UE(Rx−Tx)
eNBの座標及びサービングセルタワーアンテナの高さの知識を用いて、UEの位置が、ネットワークによって計算され得る。
Further enhancements to the CID method may be possible through the enhanced cell ID (E-CID) method, which provides further improvements to the basic CID method described above. One enhancement uses timing measurements to calculate how far the UE is from the eNB (network node). This distance can be calculated as half the round trip time (RTT) or the timing advance (TA) in LTE (LTE TA) multiplied by the speed of light. If the UE is connected, RTT or TA may be used for distance estimation. In this case, both the serving cell tower or sector and the UE (immediately after the serving eNB command) measure the timing difference between the Rx and Tx subframes. The UE reports the measurement to the eNB (and also under eNB control). Note that LTE Release 9 adds a TA type 2 measurement that relies on timing advance estimated from receiving the PRACH preamble during the random access procedure. The PRACH (Physical / Packet Random Access Channel) preamble defines the maximum number of preambles transmitted during one PRACH ramping cycle when no response is received from the tracked UE. The LTE type 1TA measurement is equivalent to the RTT measurement as follows.
RTT = TA (type 1) = eNB (Rx−Tx) + UE (Rx−Tx)
Using the knowledge of the eNB coordinates and the serving cell tower antenna height, the UE location may be calculated by the network.

しかしながら、一次元では、位置特定正確性が、セクタ幅及びサービングセルタワーからの距離に依存し、他の次元では、誤差が、TA(RTT)測定正確性に依存するので、E−CID位置特定方法は、依然として限定される。セクタ幅は、ネットワークトポロジと共に変動し、伝搬現象、具体的にはマルチパスによって影響を受ける。セクタ正確性推定は、200メートルから500メートルを超えて変動する。LTE TA測定分解能は4Tsであり、それは、39メートルの最大誤差に相当する。しかしながら、LTE TA測定における実際の誤差は、較正不正確及び伝搬現象(マルチパス)に起因して更に大きく、200メートルほどに達し得る。   However, in one dimension, the localization accuracy depends on the sector width and the distance from the serving cell tower, and in the other dimension, the error depends on the TA (RTT) measurement accuracy, so the E-CID localization method. Are still limited. The sector width varies with the network topology and is affected by propagation phenomena, specifically multipath. Sector accuracy estimates vary from 200 meters to over 500 meters. The LTE TA measurement resolution is 4Ts, which corresponds to a maximum error of 39 meters. However, the actual error in LTE TA measurements is even greater due to calibration inaccuracies and propagation phenomena (multipath) and can reach as much as 200 meters.

図22に例示されるように、E−CID方法は、到着角(AoA)として既知の特徴の追加を用いて更に改良され得る。ENBは、方向であって、その方向からUEが、均等に間隔を置かれたアンテナ要素2200の線形アレイを使用して伝送している方向を推定する。典型的には、基準信号がAoA決定のために使用される。基準信号が、2つの隣接アンテナ要素2200においてUEから受信されるとき、基準信号が、図23に示されるように、AoA、キャリア周波数、及び要素間隔に依存する量だけ、相回転され得る。AoAは、各eNBがアンテナアレイ/適応アンテナを装備することを要求する。それはまた、マルチパス及びトポロジ変動にさらされる。それにも関わらず、精巧なアンテナアレイは、セクタ2100の幅2202を著しく削減することができ、それは、良好な位置特定正確性へと導き得る。その上、図23に例示されるように、2つ以上のサービングセルタワー2300(方向性アンテナアレイを装備するeNBの基地局)が、ハンドセットAoA決定を行うために使用され得る場合には、正確性が大幅に改良され得る。そのような場合では、正確性は、依然として、マルチパス/伝搬現象にさらされる。   As illustrated in FIG. 22, the E-CID method can be further improved with the addition of a feature known as angle of arrival (AoA). The ENB estimates the direction from which the UE is transmitting using a linear array of evenly spaced antenna elements 2200. Typically, a reference signal is used for AoA determination. When a reference signal is received from a UE at two adjacent antenna elements 2200, the reference signal may be phase rotated by an amount that depends on AoA, carrier frequency, and element spacing, as shown in FIG. AoA requires each eNB to be equipped with an antenna array / adaptive antenna. It is also exposed to multipath and topology variations. Nevertheless, an elaborate antenna array can significantly reduce the width 2202 of the sector 2100, which can lead to good location accuracy. Moreover, as illustrated in FIG. 23, if more than one serving cell tower 2300 (eNB base station equipped with a directional antenna array) can be used to make a handset AoA decision, Can be greatly improved. In such cases, accuracy is still exposed to multipath / propagation phenomena.

アンテナアレイ/適応アンテナを複数のLTE帯域上でネットワーク全体にわたって配備することは、資本、時間、保守等の観点から途方もない努力を要求する。結果として、アンテナアレイ/適応アンテナは、UE位置特定の目的のために配備されていない。他のアプローチ、例えば、信号強度に基づく方法などは、大幅な正確性の改良をもたらさない。1つのかかる信号強度アプローチは指紋採取であり、それは、膨大で、(時間において)連続的に変化する指紋採取データベース、例えば、大資本を生成して連続的に更新すること、及び大幅な正確性の改良なしで出費を再発生させることを要求する。その上、指紋採取は、UEに基づく技術であり、それによって、UE位置は、UEアプリケーションレベルでのUEの支援なしで決定されることができない。   Deploying antenna arrays / adaptive antennas across multiple networks over multiple LTE bands requires tremendous effort from a capital, time, maintenance, etc. perspective. As a result, the antenna array / adaptive antenna is not deployed for UE location purposes. Other approaches, such as methods based on signal strength, do not provide significant accuracy improvements. One such signal strength approach is fingerprint acquisition, which is vast and continuously changing (in time) a fingerprint acquisition database, eg, generating large capital and continuously updating, and great accuracy Require that expenses be regenerated without improvement. Moreover, fingerprinting is a UE based technology, whereby the UE location cannot be determined without UE assistance at the UE application level.

他のアップリンク位置特定方法の限定に対する解決策は、アンテナアレイ/適応アンテナの必要性なしでのAoA機能の使用を含む。かかる実施形態は、AoA決定のためにTDOA(到着時間差)位置特定技法を利用してもよく、それは、複数の受信機におけるソースからの信号の到着時間における差の推定に基づき得る。時間差推定の個々の値は、UEと通信する2つの受信機間の双曲線を定義する。受信アンテナ間の距離がエミッタ(ハンドセット)が位置している距離に対して小さいときには、TDOAが、センサ(受信機のアンテナ)の基線及びエミッタからの入射RFエネルギー間の角度に等しい。基線及び真北間の角度が既知である場合には、方位線(LOB)及び/またはAoAが決定され得る。   Solutions to other uplink location method limitations include the use of AoA functionality without the need for an antenna array / adaptive antenna. Such embodiments may utilize a TDOA (Time of Arrival Difference) location technique for AoA determination, which may be based on an estimate of the difference in the arrival times of signals from sources at multiple receivers. The individual values of the time difference estimate define a hyperbola between two receivers communicating with the UE. When the distance between the receiving antennas is small relative to the distance at which the emitter (handset) is located, the TDOA is equal to the angle between the baseline of the sensor (receiver antenna) and the incident RF energy from the emitter. If the angle between the baseline and true north is known, the bearing line (LOB) and / or AoA can be determined.

TDOAまたはLOB(AoAとしても既知である)のいずれかを使用する一般的な位置特定方法は既知であるが、TDOA基準点は、かかる技法の正確性を許容可能にさせるには互いに近すぎるので、TDOA位置特定方法は、LOBを決定するために使用されていない。むしろ、LOBは、通常、方向性アンテナ及び/またはビームフォーミングアンテナを使用して決定される。しかしながら、本明細書に記載される超分解能方法は、LOB決定のためにTDOAを使用する一方で、劇的に正確性を改良することを可能にする。更に、本明細書に記載される基準信号処理技法を用いないと、例えば、非サービングセクタ及び/またはアンテナによって、サービングセクタの外側のUEから来る基準信号を「聴く」こと、例えば、検出することができない可能性がある。本明細書に記載される分解能及び処理機能を用いないと、少なくとも2つの基準点、例えば、2つ以上のセクタ及び/またはアンテナ)が必要とされるので、LOB決定のためにTDOAを利用することができない可能性がある。同様に、UEは、サービングセクタ以外から、例えば、非サービングセクタ及び/またはアンテナからUEに来る基準信号を検出することができない可能性がある。   Common location methods using either TDOA or LOB (also known as AoA) are known, but TDOA reference points are too close to each other to make the accuracy of such a technique acceptable. The TDOA location method is not used to determine the LOB. Rather, the LOB is usually determined using a directional antenna and / or a beamforming antenna. However, the super-resolution method described herein makes it possible to dramatically improve accuracy while using TDOA for LOB determination. Furthermore, without using the reference signal processing techniques described herein, “listening”, eg, detecting, a reference signal coming from a UE outside the serving sector, eg, by a non-serving sector and / or antenna. May not be possible. Without using the resolution and processing functions described herein, at least two reference points, eg, two or more sectors and / or antennas) are required, so use TDOA for LOB determination. It may not be possible. Similarly, the UE may not be able to detect a reference signal coming to the UE from outside the serving sector, eg, from a non-serving sector and / or antenna.

例えば、図24には、2つのアンテナ分離シナリオ、すなわち、大きく開いた分離及び近い(小さな)分離が例示される。両シナリオにおいて、双曲線2400及び入射線2402は、ハンドセット2000の場所において交差しているが、アンテナ2404分離が大きく開いている場合には、これは、より急な角度で発生し、それは、次いで、位置特定誤差を実質的に低減する。同時に、アンテナ2404が互いに近い場合には、双曲線2400が、RFエネルギーの入射線2402またはLOB/AoAと交換可能になる。   For example, FIG. 24 illustrates two antenna separation scenarios: wide open separation and close (small) separation. In both scenarios, the hyperbola 2400 and the incident line 2402 intersect at the location of the handset 2000, but if the antenna 2404 separation is wide open, this occurs at a steeper angle, which then Substantially reduce location error. At the same time, if the antennas 2404 are close to each other, the hyperbola 2400 can be exchanged for an RF energy incident line 2402 or LOB / AoA.

以下に規定される式は、エミッタからの入射RFエネルギーを決定するために使用され得、ここで、2つのアンテナ(センサ)間のRFエネルギーの到着時間における時間差は、

Figure 2017531934
によって与えられ、
ここで、
Δtは、秒単位の、時間差であり、
xは、メートル単位の、2つのセンサ間の距離であり、
Θは、度単位の、センサの基線及び入射RF波間の角度であり、
cは、光速である。 The equation defined below can be used to determine the incident RF energy from the emitter, where the time difference in the arrival time of the RF energy between the two antennas (sensors) is
Figure 2017531934
Given by
here,
Δt is the time difference in seconds;
x is the distance between two sensors in meters,
Θ is the angle between the sensor baseline and the incident RF wave in degrees;
c is the speed of light.

いくつかの位置特定手法は、(1)2つ以上のサービングセル間のTDOA測定(多辺測量)が利用可能である、例えば、大きく開いた分離であるとき、(2)TDOA測定が、1つ以上のサービングセルにおける2つ以上のセクタのみから、例えば、小さなアンテナ分離、かかるLOB/AoAのみからであるとき、(3)手法(2)及び(3)の組み合わせ、ならびに(4)TA測定及び手法(1)〜(3)の組み合わせ、例えば、改良されE−CIDを含む、TDOA位置特定実施形態の使用を通して利用可能である。   Some location techniques are (1) TDOA measurements (multi-sided survey) between two or more serving cells are available, eg, when there is a wide open separation, (2) TDOA measurement is one From only two or more sectors in the above serving cell, eg, from small antenna separation, such LOB / AoA only, (3) combination of methods (2) and (3), and (4) TA measurement and method Available through the use of a combination of (1)-(3), eg, a TDOA location embodiment that includes an improved E-CID.

以下に更に説明されるように、近くに位置付けられたアンテナの場合では、TDOA位置特定実施形態は、2つ以上のアンテナからの信号が同じセルタワーからのものであるときに、方位線を使用し得る。これらの信号は、受信された複合信号において検出され得る。各セクタ及び/またはアンテナのタワーの場所ならびに方位角を知ることによって、方位線及び/またはAoAが、位置特定プロセスにおいて計算及び利用され得る。LOB/AoA正確性は、マルチパス、雑音(SNR)等によって影響を受け得る。しかしながら、この影響は、上記した進歩的な信号処理及びマルチパス軽減処理技法によって軽減され得、それは、超分解能技術に基づき得る。かかる進歩的な信号処理は、限定されるものではないが、信号相関/相関付け、フィルタリング、平均化、同期平均化、及び他の方法/技法を含む。   As will be described further below, in the case of nearby antennas, the TDOA localization embodiment uses azimuth lines when signals from two or more antennas are from the same cell tower. obtain. These signals can be detected in the received composite signal. By knowing the location and azimuth angle of each sector and / or antenna tower, the azimuth line and / or AoA can be calculated and utilized in the location process. LOB / AoA accuracy can be affected by multipath, noise (SNR), and the like. However, this effect can be mitigated by the advanced signal processing and multipath mitigation processing techniques described above, which can be based on super-resolution techniques. Such advanced signal processing includes, but is not limited to, signal correlation / correlation, filtering, averaging, synchronous averaging, and other methods / techniques.

サービングセルタワー2500は、典型的には、図25に例示されるように、複数のセクタから成り、それらは、3つのセクタ(セクタA、セクタB、及びセクタC)構成を示す。例示される3つのセクタ配備は、セクタ毎に1つ以上のアンテナ2502を含み得る。単一セクタ、例えば、セクタAなどは、ハンドセット伝送がセクタAの主ローブ内にある(主ローブの中心は、セクタ方位角と合致する)ので、UE(ハンドセット)の管理下にあり得る。同時に、ハンドセット伝送は、セクタB及びCの主ローブの外側、例えば、アンテナの副ローブの中に属する。それゆえ、ハンドセット信号は、依然として、セクタB及びCの出力信号スペクトルに存在するが、セクタBまたはセクタCの主ローブに位置する他のハンドセット(複数可)からの信号に対して著しく減衰される。それにも関わらず、上記及び下記のように、進歩した信号処理の使用を通して、レンジング信号上で十分な処理利得を取得し、それらを近隣セクタの副ローブ、例えば、セクタB及びセクタCの副ローブなどから検出可能にさせることができる。ネットワークベースの位置特定目的のために、LTEアップリンクSRS(サウンディング基準信号)が、レンジング信号として利用されてもよい。   The serving cell tower 2500 typically consists of a plurality of sectors, as illustrated in FIG. 25, which shows a three-sector (sector A, sector B, and sector C) configuration. The illustrated three sector deployment may include one or more antennas 2502 per sector. A single sector, such as sector A, may be under the control of the UE (handset) because the handset transmission is within sector A's main lobe (the center of the main lobe coincides with the sector azimuth). At the same time, the handset transmission belongs outside the main lobes of sectors B and C, for example in the antenna side lobes. Therefore, the handset signal is still present in the output signal spectrum of sectors B and C, but is significantly attenuated relative to signals from other handset (s) located in the main lobe of sector B or sector C. . Nevertheless, as described above and below, through the use of advanced signal processing, sufficient processing gain is obtained on the ranging signal, and these are then used as side lobes of neighboring sectors, eg, sector B and sector C side lobes. And so on. For network-based location purposes, LTE uplink SRS (Sounding Reference Signal) may be used as the ranging signal.

換言すれば、UEアップリンク基準信号は、近隣セクタ(複数可)アンテナの副ローブ内にあり得るが、本明細書に記載される基準信号処理方法による処理利得は、2つ(またはそれ以上)のセクタアンテナ間のTDOAの計算を可能にするのに十分であり得る。この実施形態の正確性は、上記したマルチパス軽減処理アルゴリズムによって著しく強化され得る。それゆえ、LTE TAタイミングによって計算される環状部と交差するLOB/AOAは、約20メートル×100メートルの誤差楕円内までUE場所を提供し得る。   In other words, the UE uplink reference signal may be in the sidelobe of the neighboring sector (s) antenna, but the processing gain according to the reference signal processing method described herein is 2 (or more). May be sufficient to allow calculation of TDOA between multiple sector antennas. The accuracy of this embodiment can be significantly enhanced by the multipath mitigation processing algorithm described above. Therefore, a LOB / AOA that intersects the annulus calculated by LTE TA timing can provide a UE location within an error ellipse of approximately 20 meters x 100 meters.

更なる位置特定誤差低減は、UEが2つ以上のLTEタワーによって聴かれ得るときに達成され得、それは、上記した処理利得及びマルチパス軽減技術を用いる可能性が極めて高い。かかる場合では、TDOA双曲線及び1つ以上のLOB/AoA線の交差が、(2つのセクタセルタワーの場合)30×20メートルの誤差楕円を結果としてもたらし得る。各セルタワーが3つ以上のセクタをサポートする場合には、誤差楕円は、10〜15メートルに至るまで更に減らされ得る。UEが3つ以上のeNBの(セルタワー)によって聴かれる場合には、5〜10メートルの正確性が達成され得る。高価値エリア、例えば、モール、オフィスパーク、及び同様の場所などでは、追加的なスモールセルまたはパッシブリスニングデバイスが、必要なカバレッジを生み出すために使用されてもよい。   Further location error reduction can be achieved when the UE can be heard by more than one LTE tower, which is very likely to use the processing gain and multipath mitigation techniques described above. In such a case, the intersection of the TDOA hyperbola and one or more LOB / AoA lines can result in a 30 × 20 meter error ellipse (in the case of two sector cell towers). If each cell tower supports more than two sectors, the error ellipse can be further reduced down to 10-15 meters. If the UE is heard by more than two eNBs (cell towers), accuracy of 5-10 meters can be achieved. In high value areas such as malls, office parks, and similar locations, additional small cells or passive listening devices may be used to generate the necessary coverage.

前述したように、セルタワー2500の上記各セクタは、1つ以上のアンテナ2502を含み得る。典型的な設置では、所与のセクタについて、各アンテナからの信号が、セクタの受信機入力において結合される。結果として、位置特定目的のために、2つ以上のセクタアンテナが、複合方向性パターン、方位角、及び高度を有する単一アンテナとして見られ得る。仮想アンテナ複合方向性ならびにその(主ローブの)方位角及び高度がまた、セクタ自体に割り当てられ得る。   As described above, each sector of the cell tower 2500 may include one or more antennas 2502. In a typical installation, for a given sector, the signals from each antenna are combined at the sector's receiver input. As a result, for location purposes, two or more sector antennas can be viewed as a single antenna with a composite directional pattern, azimuth, and altitude. The virtual antenna composite directionality and its (main lobe) azimuth and altitude can also be assigned to the sector itself.

ある実施形態では、各サービングセルタワー及び近隣サービングセルタワーの全てのセクタからの(デジタル形式にある)受信信号が、場所決定のために位置特定サーバユニット(LSU)に送信される。また、それぞれの供給されたUE毎のSRSスケジュール及びTA測定が、各サービングセルタワーから各サービングセクタによってLSUに提供される。各サービングセルタワー及び各近隣セルタワー場の所座標、各仮想(複合)セクタアンテナの方位角及び高度を有するタワー毎のセクタの数、ならびにセルタワーにおける各セクタ位置が既知であると仮定して、LSUは、サービングセルタワー及び/または近隣セルタワーに対する各UE位置を決定し得る。上述した情報の全ては、1つ以上の規格化またはプロプライエタリインターフェースを使用して、有線ネットワーク、例えばLAN、WAN等を通して送信され得る。LSUはまた、規格化インターフェース及び/またはネットワークキャリアの定義されたインターフェース/APIを使用して無線ネットワークインフラストラクチャとインターフェースを取ってもよい。場所決定はまた、ネットワークノード及びLSU間で分配されてもよいし、またはネットワークノードにおいて単独で行われてもよい。   In one embodiment, received signals (in digital form) from all sectors of each serving cell tower and neighboring serving cell towers are sent to a location server unit (LSU) for location determination. Also, the SRS schedule and TA measurement for each supplied UE is provided to the LSU by each serving sector from each serving cell tower. Assuming that the coordinates of each serving cell tower and each neighboring cell tower field, the azimuth and altitude of each virtual (composite) sector antenna, the number of sectors per tower, and the position of each sector in the cell tower are known, the LSU is , Each UE location for the serving cell tower and / or neighboring cell towers may be determined. All of the information described above can be transmitted over a wired network, such as a LAN, WAN, etc., using one or more standardized or proprietary interfaces. The LSU may also interface with the wireless network infrastructure using a standardized interface and / or a network carrier defined interface / API. The location determination may also be distributed between the network node and the LSU, or may be performed alone at the network node.

ある実施形態では、場所決定が、UEにおいて行われてもよいし、またはUE及びLSUまたはネットワークノード間で分配されてもよい。かかる場合では、UEは、標準的なネットワーキングプロトコル/インターフェースを使用して無線で通信し得る。更に、場所決定が、UE、LSU、及び/もしくはネットワークノードの組み合わせを通して行われ得、またはLSU機能が、SUPLサーバ、E−SMLCサーバ、及び/またはLCS(位置特定(LoCation)サービス)システム内に実現され(埋め込まれ)得、それらは、次いで、LSUの代わりに使用され得る。   In certain embodiments, location determination may be performed at the UE or may be distributed between the UE and the LSU or network node. In such a case, the UE may communicate wirelessly using standard networking protocols / interfaces. Further, location determination may be performed through a combination of UE, LSU, and / or network nodes, or LSU functionality may be in a SUPL server, E-SMLC server, and / or LCS (Location Service) system. Can be implemented (embedded) and they can then be used instead of LSU.

ダウンリンク(DL)位置特定方法の実施形態は、上記したアップリンク(UL)位置特定実施形態に相反する。DL実施形態では、セクタが、セクタの受信された方向性、方位角、及び高度に適合する伝送パターン、方位角、及び高度を有する送信機になり得る。アップリンク実施形態とは異なり、DL実施形態では、UEが、典型的には、単一受信アンテナを有する。それゆえ、UEのために、RF波入射を決定するために使用され得るセンサ基線が存在しない。しかしながら、UEは、異なるセクタ間のTDOA(複数可)及び、その結果として、セクタ間の双曲線(複数可)(多辺測量)を決定することができ、同じセルタワーのセクタは互いに近いので、双曲線は、図24に関して上記したように、RFエネルギー入射線またはLOB/AoAと交換可能になる。LOB/AoAの正確性は、マルチパス、雑音(SNR)等によって影響を受け得るが、この影響は、上記した超分解能技術に基づく、進歩した信号処理及びマルチパス軽減処理の使用を通して軽減され得る。   The embodiment of the downlink (DL) location method is contrary to the above-described uplink (UL) location embodiment. In a DL embodiment, a sector can be a transmitter having a transmission pattern, azimuth, and altitude that matches the received directionality, azimuth, and altitude of the sector. Unlike the uplink embodiment, in the DL embodiment, the UE typically has a single receive antenna. Therefore, there is no sensor baseline for the UE that can be used to determine RF wave incidence. However, the UE can determine the TDOA (s) between different sectors and, consequently, the hyperbola (s) (multilateral survey) between the sectors, since the sectors of the same cell tower are close to each other, so the hyperbola Can be exchanged for RF energy incident lines or LOB / AoA, as described above with respect to FIG. The accuracy of LOB / AoA can be affected by multipath, noise (SNR), etc., which can be mitigated through the use of advanced signal processing and multipath mitigation processing based on the super-resolution techniques described above. .

上記したように、UE DL位置特定は、RF波入射角が上記式から決定されることができないことを除いて、UEアップリンク位置特定に類似する手法で達成され得る。代わりに、多辺測量技法が、各サービングセルタワーについてLOB/AoAを決定するために使用されてもよい。   As noted above, UE DL location can be achieved in a manner similar to UE uplink location, except that the RF wave incident angle cannot be determined from the above equation. Alternatively, multi-sided survey techniques may be used to determine LOB / AoA for each serving cell tower.

UE DL位置特定実施形態はまた、基準信号を利用する。DLの場合では、かかるネットワークベースの位置特定のための1つのアプローチが、LTEセル特有基準信号(CRS)をレンジング信号として利用することであり得る。また、LTEリリース9に導入された位置基準信号(PRS)が使用されてもよい。それゆえ、位置特定は、CRSのみ、PRSのみ、またはCRS及びPRSの両方を使用して行われ得る。   The UE DL location embodiment also utilizes a reference signal. In the case of DL, one approach for such network-based location may be to utilize LTE cell specific reference signals (CRS) as ranging signals. Further, a position reference signal (PRS) introduced in LTE release 9 may be used. Therefore, location can be done using CRS only, PRS only, or both CRS and PRS.

UEアップリンク位置特定実施形態のように、UEダウンリンク位置特定実施形態の場合、デジタル形式でUE受信信号のスナップショットが、処理のためにLSUに送信されてもよい。UEはまた、TA測定を取得し得、それらをLSUに提供する。任意選択的に、それぞれ供給されたUE毎のTA測定が、各サービングセルタワー(ネットワークノード)から各サービングセクタによってLSUに提供されてもよい。前述したように、各サービングセルタワー及び各近隣セルタワーの場所座標、各セクタ伝送パターン方位角及び高度を有するタワー毎のセクタの数、ならびにタワーにおける各セクタ位置が既知であることを仮定して、LSUは、サービングセルタワー及び/または近隣セルタワーに対する各UE位置を決定し得る。実施形態では、場所決定が、UEにおいて行われてもよいし、またはUE及びLSUもしくはネットワークノード間で分配されてもよい。実施形態では、全ての場所決定が、LSUまたはネットワークノードにおいて行われ得るか、またはそれらの2つの間で分配され得る。   For UE downlink location embodiments, such as UE uplink location embodiments, a snapshot of the UE received signal in digital form may be sent to the LSU for processing. The UE may also obtain TA measurements and provide them to the LSU. Optionally, a TA measurement for each supplied UE may be provided to the LSU by each serving sector from each serving cell tower (network node). As mentioned above, assuming that the location coordinates of each serving cell tower and each neighboring cell tower, the number of sectors per tower with each sector transmission pattern azimuth and altitude, and the position of each sector in the tower are known, May determine each UE location relative to the serving cell tower and / or neighboring cell towers. In embodiments, location determination may be performed at the UE or distributed between the UE and the LSU or network node. In embodiments, all location determinations can be made at the LSU or network node, or can be distributed between the two.

UEは、標準的な無線プロトコル/インターフェースを使用して測定結果及び他の情報を無線で通信/受信する。LSU及びネットワークノード(複数可)間の情報交換は、プロプライエタリ及び/または1つ以上の規格化インターフェースを使用して、有線ネットワーク、例えばLAN、WAN等を通してもよい。LSUは、規格化インターフェース及び/またはネットワークキャリアの定義されたインターフェース/APIを使用して無線ネットワークインフラストラクチャとインターフェースを取ってもよい。場所決定はまた、ネットワークノード及びLSU間で分配されてもよいし、またはネットワークノードにおいて単独で行われてもよい。   The UE communicates / receives measurement results and other information over the air using standard wireless protocols / interfaces. Information exchange between the LSU and the network node (s) may be through a wired network, such as a LAN, WAN, etc., using proprietary and / or one or more standardized interfaces. The LSU may interface with the wireless network infrastructure using a standardized interface and / or a network carrier defined interface / API. The location determination may also be distributed between the network node and the LSU, or may be performed alone at the network node.

上記したUE DL位置特定実施形態の場合、アンテナポートマッピング情報がまた、場所を決定するために使用され得る。3GPP TS36.211LTE規格が、DLについてのアンテナポートを定義する。別個の基準信号(パイロット信号)が、各アンテナポートについてのLTE規格において定義される。それゆえ、DL信号はまた、アンテナポート情報を運ぶ。この情報は、PDSCH(物理ダウンリンク共有チャネル)に含まれる。PDSCHは、以下のアンテナポート、すなわち、0、0及び1、0、1、2、及び3)、または5を使用する。これらの論理アンテナポートは、図26に例示されるように、物理伝送アンテナに割り当てられる(マッピングされる)。結果として、このアンテナポート情報は、アンテナ識別(アンテナID)のために使用され得る。   For the UE DL location embodiment described above, antenna port mapping information may also be used to determine the location. The 3GPP TS 36.211 LTE standard defines antenna ports for DL. A separate reference signal (pilot signal) is defined in the LTE standard for each antenna port. Therefore, the DL signal also carries antenna port information. This information is included in PDSCH (Physical Downlink Shared Channel). The PDSCH uses the following antenna ports: 0, 0 and 1, 0, 1, 2, and 3) or 5. These logical antenna ports are assigned (mapped) to physical transmission antennas as illustrated in FIG. As a result, this antenna port information can be used for antenna identification (antenna ID).

例えば、アンテナポートマッピング情報は、(アンテナ場所が既知であることを仮定して)アンテナ間のRF波入射及び双曲線(複数可)(多辺測量)を決定するために使用され得る。場所決定が行われる場所に応じて、アンテナマッピング情報が、LSUもしくはUE、またはネットワークノードに利用可能である必要がある。アンテナポートは、異なる時間スロット及び異なるリソース要素内にCRS信号を配置することによって示されることに留意されたい。1つのCRS信号のみが、DLアンテナポート毎に伝送される。   For example, antenna port mapping information can be used to determine RF wave incidence and hyperbola (s) (multilateral survey) between antennas (assuming the antenna location is known). Depending on where the location determination is made, antenna mapping information needs to be available to the LSU or UE or network node. Note that antenna ports are indicated by placing CRS signals in different time slots and different resource elements. Only one CRS signal is transmitted per DL antenna port.

eNBまたはネットワークノードにおけるMIMO(複数入力複数出力)配備の場合には、受信機(複数可)が、所与のUEからの到着時間差を決定することができ得る。アンテナの場所を含む、受信機(複数可)マッピング、例えば、MIMOマッピングに対するアンテナの知識を用いると、アンテナに対するRF波入射(LOB/AoA)及び所与のeNBアンテナについての双曲線(複数可)(多辺測量)を決定することもできる。同様に、UEにおいて、UE受信機(複数可)は、2つ以上のeNBまたはネットワークノード、及びMIMOアンテナからの到着時間差(複数可)を決定することができる。eNBアンテナの場所及びアンテナマッピングの知識を用いると、アンテナからのRF波入射(LOB/AoA)及び所与のeNBアンテナについての双曲線(複数可)(多辺測量)を決定することが可能になる。場所決定が行われる場所に依存して、アンテナマッピング情報は、LSUもしくはUE、またはネットワークノードに対して利用可能である必要がある。   In the case of MIMO (multiple input multiple output) deployment at an eNB or network node, the receiver (s) may be able to determine the arrival time difference from a given UE. Using antenna knowledge for receiver (s) mapping, eg, MIMO mapping, including antenna location, RF wave incidence (LOB / AoA) for the antenna and hyperbolic (s) for a given eNB antenna ( Multi-side surveying) can also be determined. Similarly, at the UE, the UE receiver (s) can determine the arrival time difference (s) from two or more eNBs or network nodes and MIMO antennas. With knowledge of the location of the eNB antenna and antenna mapping, it is possible to determine the RF wave incidence (LOB / AoA) from the antenna and the hyperbola (s) (multilateral survey) for a given eNB antenna . Depending on where the location determination is made, the antenna mapping information needs to be available to the LSU or UE, or the network node.

MIMOの部分集合、例えば、単一入力複数出力(SIMO)、単一出力複数入力(SOMI)、単一入力単一出力(SISO)等である他の構成が存在する。これらの構成の全ては、位置特定目的のためにアンテナポートマッピング及び/またはMIMOアンテナマッピング情報によって定義/決定され得る。   Other configurations exist that are a subset of MIMO, eg, single input multiple output (SIMO), single output multiple input (SOMI), single input single output (SISO), and the like. All of these configurations may be defined / determined by antenna port mapping and / or MIMO antenna mapping information for location purposes.

ある態様では、本実施形態が、RTLSを含む、物体のRFベースの識別、追跡、及び位置特定のための方法ならびにシステムに関する。一実施形態によれば、方法及びシステムは、各クラスタ内で、時間において精密に、例えば10nsまたはそれより良い範囲内で、同期された受信機及び/または送信機の地理的に分散されたクラスタを利用するが、クラスタ間の時間同期は、かなり正確ではないまたは少しも要求されない可能性がある。10nsのまたはそれより良い精密な同期時間が、ある特定の実施形態に関して記載されるが、正確な位置特定を達成するために要求された所定の同期時間は、利用されている機器に依存することに留意するのが重要である。例えば、いくつかの無線システム機器について、3mの正確性が、正確な場所決定のために要求される場合、所定の時間は、10nsであるまたはそれより良い必要があり得るが、他の無線システム機器では、50mの場所の正確性は、十分過ぎる可能性がある。それゆえ、所定の時間は、無線システムのための所望の場所正確性に基づく。開示される方法及びシステムは、追跡及び位置特定DL−OTDOAならびにU−TDOA技法の既存の実現形態に対する著しい改良であり、それは、地理的に分散された独立型(個々の)送信機及び/または受信機に頼る。   In certain aspects, the present embodiments relate to methods and systems for RF-based identification, tracking, and localization of objects, including RTLS. According to one embodiment, the method and system is a geographically distributed cluster of synchronized receivers and / or transmitters within each cluster, precisely in time, eg within 10 ns or better. However, time synchronization between clusters may not be fairly accurate or required at all. Although a precise synchronization time of 10 ns or better is described for a particular embodiment, the predetermined synchronization time required to achieve accurate localization depends on the equipment being utilized. It is important to keep in mind. For example, for some wireless system equipment, if 3m accuracy is required for accurate location determination, the predetermined time may need to be 10ns or better, but other wireless systems In the instrument, the accuracy of the 50m location may be too good. Thus, the predetermined time is based on the desired location accuracy for the wireless system. The disclosed method and system is a significant improvement over existing implementations of tracking and locating DL-OTDOA and U-TDOA techniques, which include geographically distributed stand-alone (individual) transmitters and / or Rely on the receiver.

例えば、DL−OTDOA技法では、近隣基地局(eNB)から来る信号間の相対的タイミング差が計算され、UE位置が、UE支援を用いるまたは用いないUE(ハンドセット)を有するネットワークにおいて、あるいはネットワーク支援(SUPLベースのみでのコントロールプレーンもしくはユーザプレーン)を用いるまたはネットワーク支援を用いないUE(ハンドセット)において推定され得る。DL−OTDOAでは、3つ以上の基地局からの信号が一旦受信されると、UEは、一対の基地局から来る信号間の相対的タイミング差を測定して、双曲線の位置線(LOP)を作り出す。少なくとも3つの基準点(直線に属していない基地局)が、2つの双曲線を定義するために必要である。UEの場所(位置確定)は、これらの2つの双曲線の交点にある(図11を参照)。UEの位置確定は、基地局のRFエミッタの(アンテナ)場所に関連する。ある実施例として、LPP(LTE測位プロトコル、リリース9)を使用するとき、DL−OTDOA位置特定は、UE支援型であり、E−SMLC(進化型サービングモバイル位置特定センター)は、サーバベースである。   For example, in the DL-OTDOA technique, the relative timing difference between signals coming from neighboring base stations (eNBs) is calculated and the UE location is in a network with UEs (handsets) with or without UE assistance or network assistance. It can be estimated in a UE (handset) with (SUPL-based only control plane or user plane) or without network assistance. In DL-OTDOA, once signals from more than two base stations are received, the UE measures the relative timing difference between the signals coming from a pair of base stations and determines the hyperbolic position line (LOP). produce. At least three reference points (base stations that do not belong to a straight line) are required to define two hyperbolas. The UE location (position fix) is at the intersection of these two hyperbolic curves (see FIG. 11). The UE location is related to the (antenna) location of the base station RF emitter. As an example, when using LPP (LTE Positioning Protocol, Release 9), DL-OTDOA location is UE assisted and E-SMLC (Evolved Serving Mobile Location Center) is server based. .

U−TDOA技法は、DL−OTDOAに類似するが、役割は逆にされる。ここで、近隣場所管理ユニット(LMU)が、UE(ハンドセット)から来るアップリンク信号の相対的到着時間を計算して、UEの位置が、UEの支援なしでネットワークにおいて推定され得る。それゆえ、U−TDOAは、LMU支援型であり、E−SMLC(進化型サービングモバイル位置特定センター)は、サーバベースである。3つ以上のLMUからの相対的到着時間値が一旦利用可能になると、ネットワークのE−SMLCサーバは、UEの双曲線の位置線(LOP)及び場所(位置確定)を作り出す(図27を参照)。UEの位置確定は、LMUアンテナ場所に関連する。ある態様では、DL−OTDOAとは異なり、U−TDOAの場合ではeNBの(基地局の)時間同期は必要ではなく、LMU(複数可)のみが、位置特定目的のために高精度の時間同期を必要とする。ある実施例として、LMUは、本質的に、コンピュータ計算機能を有する受信機である。更なる実施例として、LMU受信機が、SDR(ソフトウェア定義無線通信)技術を利用する。更なる実施例では、LMUが、スモールセル、マクロセル、または単に受信だけする特殊用途スモールセル型デバイスであってもよい。   The U-TDOA technique is similar to DL-OTDOA, but the roles are reversed. Here, a neighbor location management unit (LMU) calculates the relative arrival time of uplink signals coming from the UE (handset), and the location of the UE can be estimated in the network without the assistance of the UE. Therefore, U-TDOA is LMU assisted and E-SMLC (Evolved Serving Mobile Location Center) is server based. Once the relative time-of-arrival values from more than two LMUs are available, the network E-SMLC server creates a hyperbolic location line (LOP) and location (location fix) for the UE (see FIG. 27). . UE location is related to LMU antenna location. In one aspect, unlike DL-OTDOA, in the case of U-TDOA, the eNB's (base station) time synchronization is not required, and only the LMU (s) are highly accurate time synchronization for location purposes. Need. As an example, the LMU is essentially a receiver with computer computing capabilities. As a further example, the LMU receiver utilizes SDR (Software Defined Radio Communication) technology. In further embodiments, the LMU may be a small cell, a macro cell, or a special purpose small cell type device that simply receives.

実現形態に関係なく、ネットワークによって準備されるように、特定のUEについてのSRSの場所の相関付けが、UEの識別及び位置特定を可能にする。SRSの位置特定は、ネットワークレベルにおいて、またはローカルセクタ、例えば、建物についてのDAS、スモールセル、もしくは特定のエリアを扱うスモールセル及びマクロセルの組み合わせなど内で行われてもよい。UEについてのSRSの場所が先験的に既知ではない場合、解決策は、カバーエリアを通してUEの場所を相関付けることができ得る。そのような相関付けは、UEが移動した場所の履歴を示す。いくつかの状況では、ネットワークが、SRSが特定のUEについて位置する場所の指示を提供しない場合でさえも、UEの場所を決定することが望ましい場合がある。UEの場所は、既知点に対するUEの場所または近傍を決定することによってSRSと相関付けられ得、それによって、UEを、それが伝送しているSRSと相関付ける。かかる位置特定は、他の場所/近傍の解明、例えばWi−Fi及びブルートゥース(登録商標)などを通して達成され得る。ユーザはまた、場所の解明に対してそれらのUEを識別するために、UEアプリケーション経由でまたは所定の場所まで歩くことによって、それらの場所を識別し得る。   Regardless of the implementation, the SRS location correlation for a particular UE allows the UE to be identified and located as prepared by the network. SRS location may be performed at the network level or within a local sector, eg, DAS for buildings, small cells, or a combination of small cells and macro cells that handle a particular area. If the SRS location for the UE is not known a priori, the solution may be able to correlate the UE location through the coverage area. Such correlation indicates a history of where the UE has moved. In some situations, it may be desirable to determine the location of a UE even when the network does not provide an indication of where the SRS is located for a particular UE. The UE location may be correlated with the SRS by determining the UE location or proximity to a known point, thereby correlating the UE with the SRS it is transmitting. Such localization can be accomplished through other location / neighbor resolution, such as Wi-Fi and Bluetooth. The user may also identify their location via the UE application or by walking to a predetermined location to identify their UE for location resolution.

図11及び27には、マクロ基地局のみが示される。また、図27は、LMUが、基地局と共に位置していることを描写する。これらの描写は、有効な選択肢であるが、LTE規格は、LMU配置が多辺測量/三辺測量要件を満たす限り、LMUが配置され得る場所を規定しない。   11 and 27 show only the macro base station. FIG. 27 also depicts that the LMU is located with the base station. Although these depictions are valid choices, the LTE standard does not define where an LMU can be placed as long as the LMU placement meets multi-sided / triangulation requirements.

ある態様では、屋内環境についての一般的な配備が、DAS(分散型アンテナシステム)及び/またはスモールセルであり、それらは、RFと高度に一体化された安価な基地局である。LMU(複数可)は、屋内及び/または構内型環境内にも同様に配置され得、例えば、U−TDOAが、DAS及び/またはスモールセル環境内で使用され得る。別の態様では、U−TDOAベースの正確な屋内位置特定が、例えば、DAS及び/またはスモールセルを配備する必要性無しで、屋内に位置付けられたLMU及び外側に位置付けられたマクロセルの組み合わせを用いて達成され得るか、あるいは削減された数のスモールセルを有し得る。それゆえ、LMUは、DAS及び/またはスモールセルが存在してまたは存在せずに、配備され得る。更なる態様では、LMUは、DAS及び/またはスモールセルが存在してまたは存在せずに、セルラー式信号増幅器/ブースタが使用される環境内に配置され得る。   In one aspect, common deployments for indoor environments are DAS (Distributed Antenna System) and / or small cells, which are inexpensive base stations that are highly integrated with RF. The LMU (s) can be similarly located in indoor and / or indoor environments, for example, U-TDOA can be used in DAS and / or small cell environments. In another aspect, U-TDOA-based accurate indoor localization uses a combination of indoor-positioned LMUs and externally-positioned macro cells, for example, without the need to deploy DAS and / or small cells. Or may have a reduced number of small cells. Therefore, the LMU can be deployed with or without DAS and / or small cells. In a further aspect, the LMU may be placed in an environment where a cellular signal amplifier / booster is used, with or without DAS and / or small cells.

LTEリリース11はまた、単一ユニットへのLMU及びeNBの一体化を意図する。しかしながら、これは、特に、屋内及び/または他のGPS/GNSS拒否環境において、個々のスモールセルeNBが地理的に分散される場合に、無線/セルラー式サービスプロバイダが満たす準備のできていない、スモールセル間の時間同期要件に更なる負担をかける。   LTE Release 11 also contemplates the integration of LMU and eNB into a single unit. However, this is a small, not ready for radio / cellular service provider to meet, especially when the individual small cell eNBs are geographically distributed in indoor and / or other GPS / GNSS rejected environments. Further burden the time synchronization requirements between cells.

DASシステムは、地理的に分散されたマクロ/ミニ/スモールセル/LMUよりもかなり高い度合い(精度)まで本質的に時間同期される。DL−DTOAの解決策を使用すると、DAS環境において、時間同期問題を緩和するが、DAS環境では、複数のアンテナが、同じセルID(識別番号)を有する同じダウンリンク信号を伝送するように、単一基地局が、多数の分散型アンテナを扱う。結果として、異なるIDを有する信号を発生する識別可能な近隣セル(アンテナ)が存在しないので、伝統的なDL−OTDOAアプローチは失敗する。それにも関わらず、特許文献3に記載されるようなマルチパス軽減プロセッサ及びマルチパス軽減技法/アルゴリズムを利用するときに、DL−OTDOA技法を使用すること、ならびに2012年8月3日に出願され、MULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGYと題された特許文献12に記載されるような場所整合性アルゴリズム(複数可)の使用を拡張することができ、それらは、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。しかしながら、これらの整合性アルゴリズムは、同じIDを有する信号(複数可)を発するアンテナの数に限界がある。1つの解決策は、同じIDを発するアンテナの数を削減すること、例えば、多数のDASアンテナを異なるIDを有する2つ以上の時間同期されたクラスタに分配することである。かかる配設は、システム費用を増やし(基地局の数を増やし)、かつハンドセット/UEに上述した技術をサポートすることを要求する。   The DAS system is essentially time synchronized to a much higher degree (accuracy) than the geographically distributed macro / mini / small cell / LMU. Using the DL-DTOA solution alleviates the time synchronization problem in a DAS environment, but in a DAS environment, multiple antennas transmit the same downlink signal with the same cell ID (identification number). A single base station handles multiple distributed antennas. As a result, the traditional DL-OTDOA approach fails because there are no identifiable neighboring cells (antennas) that generate signals with different IDs. Nevertheless, when utilizing a multipath mitigation processor and multipath mitigation technique / algorithm as described in US Pat. , They can extend the use of the location integrity algorithm (s) as described in US Pat. The entirety of which is incorporated herein by reference. However, these consistency algorithms are limited in the number of antennas that emit signal (s) with the same ID. One solution is to reduce the number of antennas that emit the same ID, for example, distributing multiple DAS antennas to two or more time-synchronized clusters with different IDs. Such an arrangement increases system costs (increasing the number of base stations) and requires the handset / UE to support the techniques described above.

DAS環境内でU−TDOAを利用することはまた、LMUユニットの追加/設置に関連する費用を追加する。しかしながら、UE(ハンドセット)に対する変更は何も必要とされず、基地局ソフトウェアのみが、U−TDOA機能をサポートするようにアップグレードされる必要がある。また、複数のLMUをDASシステムと(に)一体化することができる。したがって、LMUを用いるU−TDOA方法の使用は、屋内で、構内環境において、及び他のGPS/GNSSの厳しい、地理的に限定された環境において利用されるときに多くの利点がある。   Utilizing U-TDOA within a DAS environment also adds costs associated with adding / installing LMU units. However, no changes to the UE (handset) are required and only the base station software needs to be upgraded to support U-TDOA functionality. Also, multiple LMUs can be integrated with the DAS system. Thus, the use of U-TDOA methods with LMUs has many advantages when utilized indoors, in campus environments, and in other GPS / GNSS severe, geographically limited environments.

地理的に分散された複数の基地局及び/またはスモールセルならびに/あるいは屋内及び他のGPS/GNSS拒否環境におけるLMUの中での精密な時間同期は、マクロセル及び/または屋外のマクロセル、例えば、GPS/GNSSフレンドリな環境において使用されるLMU機器の時間同期よりも複雑である。これは、屋外環境におけるマクロセルが、高置される及び戸外にあるアンテナを有するからである。結果として、GPS/GNSS信号(複数可)品質は、非常に良好であり、マクロセルアンテナ伝送及び/またはLMU受信機は、十分に大きなエリアにわたって、GPS/GNSSを使用して非常に高い正確性、すなわち、標準偏差10nsまで同期され得る。   Precise time synchronization within geographically distributed base stations and / or small cells and / or LMUs in indoor and other GPS / GNSS rejection environments can be achieved with macrocells and / or outdoor macrocells, eg, GPS / More complex than time synchronization of LMU devices used in a GNSS friendly environment. This is because macrocells in outdoor environments have antennas that are elevated and outdoors. As a result, the quality of the GPS / GNSS signal (s) is very good, and the macrocell antenna transmission and / or LMU receiver uses a very high accuracy using GPS / GNSS over a sufficiently large area, That is, it can be synchronized to a standard deviation of 10 ns.

ある態様では、屋内及び他のGPS/GNSS拒否環境のために、複数の分散された基地局及び/またはスモールセル/LMUの間での時間同期が、多くの基地局ならびに/あるいはスモールセル及び/またはLMUによって共有される同期信号を生成する外部同期源を使用することによって達成される。この同期信号は、GPS/GNSS、例えば、1PPS信号、及び/またはインターネット/イーサネット(登録商標)ネットワーキング、例えばPTPもしくはNTP等から導出され得る。後者は、低費用の解決策であるが、それは、正確な位置特定のために要求された時間同期精度を提供することができず、GPS/GNSSから導出された外部同期信号(複数可)は、より精密な、20nsに至る標準偏差であるが、追加的なハードウェア及び設置要件、例えば、これらの信号の配線をつなぐことを要求し、より複雑で/高価である。また、基地局及び/またはスモールセルハードウェア/低レベルファームウェアに対する変更が、外部同期信号をより高いレベルの精度に適応するために必要とされ得る。更に、20nsの標準偏差は、3メートルの要件、例えば、約10nsの標準偏差を満たすのに十分に正確ではない。   In some aspects, time synchronization between multiple distributed base stations and / or small cells / LMUs for many indoor stations and / or small cells and / or for indoor and other GPS / GNSS rejection environments. Or by using an external synchronization source that generates a synchronization signal shared by the LMU. This synchronization signal may be derived from GPS / GNSS, eg 1PPS signal, and / or Internet / Ethernet networking, eg PTP or NTP. The latter is a low cost solution, but it cannot provide the time synchronization accuracy required for accurate location, and the external synchronization signal (s) derived from GPS / GNSS is More accurate, standard deviations up to 20 ns, but requires additional hardware and installation requirements, such as wiring these signals, and is more complex / expensive. Also, changes to the base station and / or small cell hardware / low level firmware may be required to adapt the external synchronization signal to a higher level of accuracy. Furthermore, the standard deviation of 20 ns is not accurate enough to meet the 3 meter requirement, eg, the standard deviation of about 10 ns.

上述した限定を克服するために、図28のマルチチャネルLMU高レベルブロック図によって例示されるように、一実施形態は、複数の受信アンテナ2802及び信号チャネル2804を有するLMUデバイス2800を使用する。ある実施例として、1つ以上の信号チャネル2804が、信号処理構成要素、例えばRFE(RFフロントエンド)2806、RFダウンコンバータ2808、及び/またはアップリンク位置特定プロセッサ2810などを含むことができる。他の構成要素及び構成が使用されてもよい。ある態様では、信号チャネル2804が、LMUデバイス2800内に共に位置し、密接に時間同期される(例えば、約3ns〜約10nsの標準偏差)。別の実施例では、各LMU信号チャネル2804からのアンテナ2802が、(例えば、DASと同様に)地理的に分散される。更なる実施例として、外部時間同期構成要素(例えば、GPS/GNSS、インターネット/イーサネット(登録商標)等)が、LMUデバイス2800と通信し得る。精密な時間同期は、いくつかの地理的に分散されたデバイスの密接な同期を試みることによるものよりもデバイス(例えば、LMUデバイス2800)の内側でより容易に達成される。   To overcome the above limitations, one embodiment uses an LMU device 2800 having multiple receive antennas 2802 and signal channels 2804, as illustrated by the multi-channel LMU high level block diagram of FIG. As an example, one or more signal channels 2804 may include signal processing components, such as RFE (RF Front End) 2806, RF downconverter 2808, and / or uplink location processor 2810. Other components and configurations may be used. In an aspect, the signal channels 2804 are co-located within the LMU device 2800 and are closely time synchronized (eg, standard deviation from about 3 ns to about 10 ns). In another embodiment, antennas 2802 from each LMU signal channel 2804 are geographically distributed (eg, similar to DAS). As a further example, an external time synchronization component (eg, GPS / GNSS, Internet / Ethernet, etc.) may communicate with LMU device 2800. Precise time synchronization is more easily achieved inside a device (eg, LMU device 2800) than by attempting close synchronization of several geographically dispersed devices.

ある実施例として、2つ以上のマルチチャネルLMU(例えば、LMUデバイス2800)が配備されるとき、これらのLMU間の時間同期は、低費用及び低複雑性アプローチが(外部源信号を使用して)いくつかの分散型マルチチャネルLMUを同期するために使用され得るように緩和され得る。例えば、インターネット/イーサネット(登録商標)ネットワーキング同期が使用され得るか、または共通センサ(デバイス)が、異なるマルチチャネルLMU間のタイミング同期を提供するように配備され得る。   As an example, when two or more multi-channel LMUs (eg, LMU device 2800) are deployed, time synchronization between these LMUs is a low cost and low complexity approach (using external source signals). It can be relaxed so that it can be used to synchronize several distributed multi-channel LMUs. For example, Internet / Ethernet network synchronization can be used, or a common sensor (device) can be deployed to provide timing synchronization between different multi-channel LMUs.

一方、マルチチャネルLMUアプローチは、位置確定を決定する際に使用され得る双曲線の位置線(LOP)の数を減らすが、時間同期の改良は、この不足分(以下の説明及び実施例を参照)を克服する。   On the other hand, the multi-channel LMU approach reduces the number of hyperbolic position lines (LOP) that can be used in determining position fix, but the improvement in time synchronization is this shortage (see description and examples below). Overcome.

多辺測量/三辺測量法を使用すると、UE測位正確性は、2つの要因、すなわち、マクロセルタワー/スモールセル/LMUの幾何学的配設に起因する幾何学的な精度の低下(GDOP)、及び単一レンジング

Figure 2017531934
測定の正確性(非特許文献7を参照)と相関している。すなわち、
Figure 2017531934
When using multi-sided / triangular surveying, UE positioning accuracy is reduced by two factors: geometric cell tower / small cell / LMU geometrical arrangement (GDOP) And single ranging
Figure 2017531934
Correlation with measurement accuracy (see Non-Patent Document 7). That is,
Figure 2017531934

GDOPは、伝送アンテナ(DL−OTDOAの場合)または受信アンテナ(U−TDOAの場合)の地理的分散と相関している。規則的に配置されたアンテナの場合では、二次元GDOP推定が、2/√Nに等しい(H.B.LEE、ACCURACY LIMITATIONS OF HYPERBOLIC MULTILATERATION SYSTEMS、1973)。ここで、セルラー式ネットワークの場合、Nは、UE(DL−OTDOAの場合)によって「可聴な」エミッタ(マクロセルタワー/スモールセル/DASアンテナ)の数、またはUEアップリンク伝送(U−TDOAの場合)を「聴く」ことができるLMU/LMU受信チャネルの数である。したがって、UE位置誤差の標準偏差は、以下のように計算され得る。   The GDOP correlates with the geographical variance of the transmitting antenna (for DL-OTDOA) or receiving antenna (for U-TDOA). In the case of regularly arranged antennas, the two-dimensional GDOP estimate is equal to 2 / √N (H. B. LEE, ACCURACY LIMITATIONS OF HYPERBOLIC MULTILATION SYSTEMS, 1973). Here, in the case of a cellular network, N is the number of “audible” emitters (macro cell tower / small cell / DAS antenna) by the UE (in case of DL-OTDOA), or UE uplink transmission (in case of U-TDOA) ) Is the number of LMU / LMU receive channels. Thus, the standard deviation of the UE position error can be calculated as follows:

Figure 2017531934
Figure 2017531934

8つの地理的に(屋内に)分散された(規則的に配置された)単一受信チャネルLMUは、UEアップリンク伝送を検出しており、これらのLMUが、1PPS信号(例えば、20nsの標準偏差)によって同期されることを仮定する。この場合、N=8であり、UE位置確定のために使用され得る7つの独立したLOPが存在する。更に、レンジング誤差標準偏差、σが3メートル(約10ns)であり、次いで、単一レンジング測定の正確性は、

Figure 2017531934
(6.7メートル)
であり、ここで、σSYNCが、外部時間同期信号標準偏差(20ns)であることを仮定する。この場合(N=8)では、単一レンジング測定及びUE位置誤差の標準偏差σPOSが、4.74メートルに等しい。 Eight geographically (indoor) distributed (regularly arranged) single receive channel LMUs are detecting UE uplink transmissions, and these LMUs detect 1 PPS signals (eg, 20 ns standard) It is assumed that they are synchronized by deviation). In this case, N = 8 and there are 7 independent LOPs that can be used for UE location determination. Furthermore, the ranging error standard deviation, σ R is 3 meters (about 10 ns), and then the accuracy of a single ranging measurement is
Figure 2017531934
(6.7 meters)
Where σ SYNC is assumed to be the external time synchronization signal standard deviation (20 ns). In this case (N = 8), the standard deviation σ POS of the single ranging measurement and UE position error is equal to 4.74 meters.

ある実施例として、規則的に配置された分散型アンテナを有する、2つの、4つの受信チャネルLMU(例えば、マルチチャネルLMUデバイス2800)が、UEアップリンク伝送を検出している場合には、各LMUが、1組の3つの密接に時間同期されたLOP(例えば、約3nsの標準偏差)を生じさせ、3つの独立したLOPの場合、N=4である。この場合では、それぞれ3.12メートルの標準偏差誤差σPOSを有する、2つのUE位置確定が発生される。平均化及び/または他の手段/方法によってこれらの2つの位置確定を組み合わせることは、UE位置確定誤差を更に低減する。1つの推定は、誤差の低減がUE位置確定の数の平方根に比例することである。本開示では、この数が2に等しく、最終的なUE位置確定誤差σPOS_FINALは、2.21メートルであり、3.12/√2として取得される。 As an example, if two four receive channel LMUs (eg, multi-channel LMU device 2800) with distributed antennas regularly arranged are detecting UE uplink transmissions, each The LMU produces a set of three closely time-synchronized LOPs (eg, a standard deviation of about 3 ns), with N = 4 for three independent LOPs. In this case, two UE location fixes are generated, each with a standard deviation error σ POS of 3.12 meters. Combining these two position fixes by averaging and / or other means / methods further reduces UE position fix errors. One estimate is that the error reduction is proportional to the square root of the number of UE location fixes. In this disclosure, this number is equal to 2, and the final UE location fix error σ POS_FINAL is 2.21 meters, which is obtained as 3.12 / √2.

ある態様では、いくつかのマルチチャネルLMU(例えば、LMUデバイス2800)が、これらのマルチチャネルLMU間の緩和された同期を伴って、屋内及び他のGPS/GNSS拒否環境のために使用され得る。ある実施例として、マルチチャネルLMUデバイス内で、LMUは、密接に同期され得る(例えば、約3ns〜約10nsの標準偏差)。別の実施形態は、いくつかの単一チャネルスモールセル/LMU及び/または一体型LMUデバイス電子機器を有する(LMU機能がeNBに埋め込まれる)スモールセルが、ラックマウント筐体(図31、図32、及び図33)及び/またはキャビネット、例えば、19インチのラック内にクラスタ化され得る(例えば、一体化され得る、共に位置し得る等)という事実を活用する。各単一チャネルデバイスアンテナは、DASにおけるように、地理的に分散され得る。クラスタ内のデバイスは、密接に時間同期され得る(例えば、10ns以下の標準偏差)。複数のラックマウント筐体が、通信要件、例えばVoLTE毎に同期され得、それによって、低費用及び低複雑性のアプローチが使用され得る。ラックマウント筐体/キャビネットの内側にクラスタ化(一体化)されたいくつかのデバイス間の精密な(厳格な)時間同期が、いくつかの地理的に分散されたデバイスを密接に時間同期する場合よりも、より容易に達成され、費用が少ない。   In certain aspects, several multi-channel LMUs (eg, LMU device 2800) may be used for indoor and other GPS / GNSS rejection environments with relaxed synchronization between these multi-channel LMUs. As an example, within a multi-channel LMU device, LMUs can be closely synchronized (eg, standard deviation from about 3 ns to about 10 ns). Another embodiment is that a small cell with several single channel small cells / LMUs and / or integrated LMU device electronics (LMU functionality embedded in the eNB) is mounted in a rack mount enclosure (FIGS. 31, 32). And FIG. 33) and / or take advantage of the fact that it can be clustered (eg, integrated, co-located, etc.) in a cabinet, eg, a 19 inch rack. Each single channel device antenna may be geographically distributed, as in DAS. Devices in the cluster can be closely time synchronized (eg, standard deviation of 10 ns or less). Multiple rack mount enclosures can be synchronized per communication requirement, eg, VoLTE, so that a low cost and low complexity approach can be used. When precise (strict) time synchronization between several devices clustered (integrated) inside a rack mount enclosure / cabinet closely time synchronizes several geographically dispersed devices Easier to achieve and less expensive.

別の態様では、複数のLMUが、図34に例示されるようにDASシステムと(に)一体化され得る。ある実施例として、LMU受信機が、各DASアンテナによって発生された受信信号(複数可)を共有する、例えば、DASアンテナを共有することができる。これらの受信信号の実際の分布は、DAS実現形態、すなわち、アクティブDAS対パッシブDASに依存する。しかしながら、LMU及びDAS一体型の実施形態は、各DASアンテナによって発生された受信信号(複数可)をLMU受信機チャネルと共有することと、各DASアンテナ座標を対応するLMU/LMU受信機チャネルと適合させる(相関させる)暦を生成することと、を必要とする。再び、クラスタ化のアプローチ及び/またはマルチチャネルLMU(複数可)の利用は、LMU及びDASの一体化に好ましい手法である。   In another aspect, multiple LMUs may be integrated with the DAS system as illustrated in FIG. As an example, LMU receivers may share the received signal (s) generated by each DAS antenna, eg, share a DAS antenna. The actual distribution of these received signals depends on the DAS implementation, ie active DAS vs. passive DAS. However, the LMU and DAS integrated embodiment shares the received signal (s) generated by each DAS antenna with the LMU receiver channel, and each DAS antenna coordinate with the corresponding LMU / LMU receiver channel Generating a calendar to be adapted (correlated). Again, the clustering approach and / or the use of multi-channel LMU (s) is the preferred approach for LMU and DAS integration.

また、類似の態様では、LMU受信機チャネルを有する各スモールセルアンテナによって発生された受信信号(複数可)を共有することができる。ここで、スモールセルの時間同期は緩和され得、例えば、位置特定要件を満たす必要はなく、一方で、LMU/LMUチャネルは、高精度の時間同期を要求する。クラスタ化のアプローチ及び/またはマルチチャネルLMU(複数可)の利用は、かかる選択肢のためのLMU(複数可)に好ましい手法である。   Also, in a similar manner, the received signal (s) generated by each small cell antenna having an LMU receiver channel can be shared. Here, the time synchronization of the small cells can be relaxed, for example, it is not necessary to satisfy the location requirement, while the LMU / LMU channel requires highly accurate time synchronization. A clustering approach and / or the use of multi-channel LMU (s) is the preferred approach for LMU (s) for such options.

LMU及びeNBの単一ユニットへの一体化は、独立型eNB及びLMUデバイスの組み合わせよりも費用の利点がある。しかしながら、一体型LMU及びeNB受信機とは異なり、独立型LMU受信チャネルは、UEからのデータペイロードを処理する必要がない。なおその上に、UEアップリンクレンジング信号(LTEの場合では、SRS、サウンディング基準信号)は、繰返し可能であり、(サービングセルに対して)時間同期されるので、各独立型LMU受信チャネルは、2つ以上のアンテナをサポートし得(それらと時間多重化され得)、例えば2つ以上のスモールセルを扱うことができる。これは、次いで、(スモールセル/DAS及び/または他のU−TDOA位置特定環境において)LMUの数を減らすことができ、システムの費用を削減できる(図28も参照)。   The integration of LMU and eNB into a single unit has cost advantages over the combination of stand-alone eNB and LMU devices. However, unlike the integrated LMU and eNB receiver, the independent LMU reception channel does not need to process the data payload from the UE. Furthermore, since the UE uplink ranging signal (SRS, sounding reference signal in the case of LTE) is repeatable and time-synchronized (with respect to the serving cell), each independent LMU reception channel is 2 More than one antenna may be supported (and may be time multiplexed with them), eg, more than one small cell can be handled. This can then reduce the number of LMUs (in a small cell / DAS and / or other U-TDOA location environment) and reduce the cost of the system (see also FIG. 28).

無線/セルラー式ネットワークE−SMLCサーバが、DL−OTDOA及び/またはU−TDOA技法のために要求される機能に欠けている場合、この機能は、UE及び/またはLMUと通信することができる位置特定サービスサーバならびに無線/セルラー式ネットワークインフラストラクチャ及び/または位置特定サーバによって実行され得る(図29及び図30を参照)。他の構成が使用されてもよい。   If the wireless / cellular network E-SMLC server lacks the functionality required for DL-OTDOA and / or U-TDOA techniques, this functionality can communicate with the UE and / or LMU. It may be performed by a specific service server and a wireless / cellular network infrastructure and / or location server (see FIGS. 29 and 30). Other configurations may be used.

別の態様では、1つ以上のLMUデバイス(例えば、LMU2802)が、例えば、図35に例示されるように、WiFiインフラストラクチャを用いて配備され得る。その代わりに、リスニングデバイスが、WiFiインフラストラクチャと同じ様態においてLMUアンテナを監視するために使用され得る。そのように、LMUデバイス及び/またはLMUにサービス提供するチャネルアンテナが、1つ以上のWiFi/リスニングデバイス3500、例えば、1つ以上のWiFiアクセス点(AP)などと共に位置し得る。ある実施例として、WiFiデバイス3500が、地理的に分散され得る。   In another aspect, one or more LMU devices (eg, LMU 2802) may be deployed using a WiFi infrastructure, for example, as illustrated in FIG. Instead, the listening device can be used to monitor the LMU antenna in the same manner as the WiFi infrastructure. As such, an LMU device and / or a channel antenna serving the LMU may be located with one or more WiFi / listening devices 3500, such as one or more WiFi access points (APs) and the like. As an example, WiFi devices 3500 can be geographically distributed.

一実施形態では、WiFiデバイス3500が電源に接続され得る。1つ以上のLMUデバイスまたはチャネルのRFアナログ部分3502(例えば、回路)は、RFアナログ部分3502がWiFiデバイス3500と電源を共有するように、LMUアンテナと一体化され得る(図35を参照)。ある実施例として、LMUデバイスまたはチャネルのRFアナログ部分3502は、ケーブル経由でアップリンク位置特定プロセッサ回路(例えば、アップリンク位置特定プロセッサ2810)に接続され得、それは、ベースバンド信号処理を含むことができる。更なる実施例として、RFアナログ部分3502及びベースバンド回路間には、アンテナと相互接続ケーブルの間に信号増幅が存在し得るので、かかる実施形態は、信号対雑音比(SNR)の改良を容易にする。その上、RFアナログ部分3502は、受信信号を(例えば、ベースバンドに至るまで)ダウンコンバートすることができ、ベースバンド信号周波数は、アンテナにおける受信信号よりもいくらか小さな大きさであるので、ケーブル要件が緩和され得る。ケーブル要件のかかる緩和は、接続費用の低減になり得、伝送距離を著しく増加させることができる。   In one embodiment, the WiFi device 3500 may be connected to a power source. The RF analog portion 3502 (eg, circuit) of one or more LMU devices or channels may be integrated with the LMU antenna such that the RF analog portion 3502 shares power with the WiFi device 3500 (see FIG. 35). As an example, the RF analog portion 3502 of the LMU device or channel may be connected to an uplink location processor circuit (eg, uplink location processor 2810) via a cable, which may include baseband signal processing. it can. As a further example, such an embodiment facilitates improved signal-to-noise ratio (SNR) because there may be signal amplification between the RF analog portion 3502 and the baseband circuit between the antenna and the interconnect cable. To. In addition, the RF analog portion 3502 can downconvert the received signal (eg, down to baseband), and the baseband signal frequency is somewhat smaller than the received signal at the antenna, so cable requirements Can be relaxed. Such relaxation of cable requirements can result in reduced connection costs and can significantly increase transmission distance.

レンジング信号は、SRSのみに限定されず、MIMO、CRS(セル特有基準信号)等を含む他の基準信号を利用することができることが理解される。   It is understood that the ranging signal is not limited to SRS alone, and other reference signals including MIMO, CRS (cell specific reference signal), etc. can be used.

それゆえ、システム及び方法の異なる実施形態を記載したが、記載された方法及び装置の一定の利点が実現されていることが、当業者に明らかなはずである。特に、物体を追跡及び位置特定するためのシステムが、非常に小さな費用増分においてFGPAまたはASIC及び標準的な信号処理ソフトウェア/ハードウェアの組み合わせを使用して組み立てられ得ることが当業者によって認識されるはずである。かかるシステムは、種々の用途、例えば、屋内または屋外環境における、厳しい及び不利な環境等における人間の位置特定において有用である。   Thus, although different embodiments of the system and method have been described, it should be apparent to those skilled in the art that certain advantages of the described method and apparatus have been realized. In particular, those skilled in the art will recognize that a system for tracking and locating objects can be assembled using FGPA or ASIC and standard signal processing software / hardware combinations in very small cost increments. It should be. Such systems are useful in various applications, such as human localization in harsh and unfavorable environments, such as indoor or outdoor environments.

また、様々な修正、適合、及びそれらの代替の実施形態が、本発明の範囲及び趣旨内でなされ得ることも認識されるはずである。   It should also be appreciated that various modifications, adaptations, and alternative embodiments thereof may be made within the scope and spirit of the invention.

Claims (37)

無線システム内の1つ以上のユーザ機器(UE)の場所を決定するための方法であって、
2つ以上の共に位置するチャネル経由で基準信号を受信することと、
前記無線システムについての場所の所望の正確性に基づいて、所定時間以下の標準偏差内で前記2つ以上の共に位置するチャネルのタイミングを同期することと、
前記受信された基準信号を利用して、前記1つ以上のUEの中の少なくとも1つのUEの前記場所を計算することと、を含む、方法。
A method for determining the location of one or more user equipments (UEs) in a wireless system comprising:
Receiving a reference signal via two or more co-located channels;
Synchronizing the timing of the two or more co-located channels within a standard deviation of a predetermined time or less based on the desired location accuracy for the wireless system;
Calculating the location of at least one UE among the one or more UEs using the received reference signal.
前記受信された基準信号を受信及び処理するように構成されたマルチパス軽減プロセッサを利用することを更に含み、前記マルチパス軽減プロセッサが、高分解能スペクトル推定分析を利用して、前記受信された基準信号と関連付けられた空間的不明確さを減らし、前記高分解能スペクトル推定が、前記受信された基準信号のいくつかの周波数成分についてのモデルサイズを推定することと、前記周波数成分の複数の人工的な周波数の分布に基づいて、前記少なくとも1つのUEの前記場所を計算することと、を含む、請求項1に記載の方法。   Further comprising utilizing a multipath mitigation processor configured to receive and process the received reference signal, wherein the multipath mitigation processor utilizes high resolution spectral estimation analysis. Reducing the spatial ambiguity associated with the signal, wherein the high resolution spectral estimation estimates a model size for several frequency components of the received reference signal, and a plurality of artificial components of the frequency component Calculating the location of the at least one UE based on a distribution of different frequencies. 前記高分解能スペクトル推定分析が、1つ以上の高分解能スペクトル推定アルゴリズムを利用する、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the high resolution spectral estimation analysis utilizes one or more high resolution spectral estimation algorithms. 前記1つ以上の高分解能スペクトル推定アルゴリズムが、行列束アルゴリズムを含む、請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein the one or more high resolution spectral estimation algorithms comprise a matrix bundle algorithm. 前記2つ以上の共に位置するチャネルのそれぞれが、場所管理ユニットカードまたはスモールセルを備える、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein each of the two or more co-located channels comprises a location management unit card or a small cell. 前記所定時間が、約3ns〜約10nsの間にある、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the predetermined time is between about 3 ns and about 10 ns. 前記受信された基準信号が、アップリンク基準信号、ダウンリンク基準信号、分散型アンテナシステム基準信号、またはそれらの組み合わせである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the received reference signal is an uplink reference signal, a downlink reference signal, a distributed antenna system reference signal, or a combination thereof. 前記無線システムが、1つ以上のノードを含み、前記1つ以上のノードのそれぞれが、少なくとも1つのセクタを含み、各ノードのセクタが、位置特定サーバユニット(LSU)と通信するように構成され、前記利用するステップが、前記LSU、または前記1つ以上のノード及び前記LSUの組み合わせによって行われる、請求項1に記載の方法。   The wireless system includes one or more nodes, each of the one or more nodes includes at least one sector, and the sector of each node is configured to communicate with a location server unit (LSU). The method of claim 1, wherein the utilizing step is performed by the LSU or a combination of the one or more nodes and the LSU. 前記無線システムが、1つ以上のノードを含み、前記1つ以上のノードのそれぞれが、少なくとも1つのセクタを含み、各ノードのセクタが、位置特定サーバユニット(LSU)と通信するように構成され、前記利用するステップが、前記1つ以上のUE、前記LSU、前記1つ以上のノード、またはそれらの組み合わせによって行われる、請求項1に記載の方法。   The wireless system includes one or more nodes, each of the one or more nodes includes at least one sector, and the sector of each node is configured to communicate with a location server unit (LSU). The method of claim 1, wherein the utilizing step is performed by the one or more UEs, the LSU, the one or more nodes, or a combination thereof. 前記1つ以上のUEが、前記LSUと通信するように構成される、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the one or more UEs are configured to communicate with the LSU. 前記1つ以上のUE、前記LSU、前記1つ以上のノード、またはそれらの組み合わせが、各UEの前記場所を計算するためのマルチパス軽減及び基準信号処理を支援するように構成される、請求項10に記載の方法。   The one or more UEs, the LSU, the one or more nodes, or combinations thereof are configured to support multipath mitigation and reference signal processing to calculate the location of each UE. Item 11. The method according to Item 10. 前記無線システムが、ネットワークSUPLサーバ、E−SMLCサーバ、LCS(LoCation Services:位置特定サービス)システム、またはそれらの組み合わせにおいて、LSUの機能性を含むように構成される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the wireless system is configured to include LSU functionality in a network SUPL server, E-SMLC server, LCS (Location Services) system, or a combination thereof. . 前記無線システムが、LSU及び1つ以上のノードを含み、前記LSUが、前記無線システムの前記1つ以上のノード及びネットワークインフラストラクチャとインターフェースを取るように構成される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the wireless system includes an LSU and one or more nodes, wherein the LSU is configured to interface with the one or more nodes and network infrastructure of the wireless system. . 前記利用するステップが、1つ以上の位置線(LOP)を利用することを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the utilizing step comprises utilizing one or more position lines (LOPs). 前記基準信号が、地理的に分散されたアンテナから受信される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the reference signal is received from geographically distributed antennas. 無線システム内の1つ以上のユーザ機器(UE)の場所を決定するための方法であって、
2つ以上の共に位置するチャネルを有する第1の場所管理ユニット経由で基準信号を受信することと、
前記無線システムについての場所の所望の正確性に基づいて、第1の所定時間以下の第1の標準偏差内で前記2つ以上の共に位置するチャネルのタイミングを同期することと、
2つ以上の共に位置するチャネルを有する第2の場所管理ユニット経由で基準信号を受信することと、
前記無線システムについての前記場所の前記所望の正確性に基づいて、第2の所定時間以下の第2の標準偏差内で前記第2の場所管理ユニットの前記共に位置するチャネルのタイミングを同期することと、
前記第1の場所管理ユニットから前記受信された基準信号及び前記第2の場所管理ユニットから前記受信された基準信号を利用して、前記1つ以上のUEの中の少なくとも1つのUEの前記場所を計算することと、を含む、方法。
A method for determining the location of one or more user equipments (UEs) in a wireless system comprising:
Receiving a reference signal via a first location management unit having two or more co-located channels;
Synchronizing the timing of the two or more co-located channels within a first standard deviation of a first predetermined time or less based on a desired location accuracy for the wireless system;
Receiving a reference signal via a second location management unit having two or more co-located channels;
Synchronizing the timing of the co-located channels of the second location management unit within a second standard deviation of a second predetermined time or less based on the desired accuracy of the location for the wireless system. When,
The location of at least one UE in the one or more UEs using the received reference signal from the first location management unit and the received reference signal from the second location management unit. Calculating a method.
前記第1の場所管理ユニット及び前記第2の場所管理ユニットから前記基準信号を受信及び処理するように構成されたマルチパス軽減プロセッサを利用することを更に含み、前記マルチパス軽減プロセッサが、高分解能スペクトル推定分析を利用して、前記第1の場所管理ユニット及び前記第2の場所管理ユニットの前記受信された基準信号と関連付けられた空間的不明確さを減らし、前記高分解能スペクトル推定が、前記第1の場所管理ユニット及び前記第2の場所管理ユニットの前記受信された基準信号のいくつかの周波数成分についてのモデルサイズを推定することと、前記周波数成分の複数の人工的な周波数の分布に基づいて、前記少なくとも1つのUEの前記場所を計算することとを含む、請求項16に記載の方法。   Further comprising utilizing a multipath mitigation processor configured to receive and process the reference signal from the first location management unit and the second location management unit, the multipath mitigation processor comprising a high resolution Spectral estimation analysis is utilized to reduce spatial ambiguity associated with the received reference signal of the first location management unit and the second location management unit, and the high resolution spectral estimation is Estimating a model size for several frequency components of the received reference signal of the first location management unit and the second location management unit; and distributing a plurality of artificial frequencies of the frequency components 17. The method of claim 16, comprising calculating the location of the at least one UE based on. 前記高分解能スペクトル推定分析が、1つ以上の高分解能スペクトル推定アルゴリズムを利用する、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the high resolution spectral estimation analysis utilizes one or more high resolution spectral estimation algorithms. 前記1つ以上の高分解能スペクトル推定アルゴリズムが、行列束アルゴリズムを含む、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the one or more high resolution spectral estimation algorithms comprise a matrix bundle algorithm. 前記第1の所定時間及び前記第2の所定時間が、約3ns〜約10nsの間にある、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the first predetermined time and the second predetermined time are between about 3 ns and about 10 ns. 前記第2の所定時間が、約3ns〜約10nsの間にある、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the second predetermined time is between about 3 ns and about 10 ns. 前記受信された基準信号が、アップリンク基準信号、ダウンリンク基準信号、分散型アンテナシステム基準信号、またはそれらの組み合わせである、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the received reference signal is an uplink reference signal, a downlink reference signal, a distributed antenna system reference signal, or a combination thereof. 前記利用するステップが、1つ以上の位置線(LOP)を利用することを含む、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the utilizing step comprises utilizing one or more position lines (LOPs). 前記第1の場所管理ユニットが、地理的に分散されたアンテナから基準信号を受信する、請求項16に記載の方法。   The method according to claim 16, wherein the first location management unit receives a reference signal from geographically distributed antennas. 前記第2の場所管理ユニットが、地理的に分散されたアンテナから基準信号を受信する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the second location management unit receives a reference signal from geographically dispersed antennas. 前記第1の所定時間及び前記第2の所定時間が、約10nsを超える、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the first predetermined time and the second predetermined time are greater than about 10 ns. 無線システム内の1つ以上のユーザ機器(UE)の場所を決定するための方法であって、
互いに密接に時間同期される2つ以上の共に位置するチャネルを有する場所管理ユニット経由で、基準信号を受信することと、
前記受信された基準信号を利用して、前記1つ以上のUEの中の少なくとも1つのUEの場所を計算することと、を含む、方法。
A method for determining the location of one or more user equipments (UEs) in a wireless system comprising:
Receiving a reference signal via a location management unit having two or more co-located channels that are closely time synchronized with each other;
Computing the location of at least one UE among the one or more UEs using the received reference signal.
前記2つ以上の共に位置するチャネルのそれぞれが、場所管理ユニットカードまたはスモールセルを備える、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein each of the two or more co-located channels comprises a location management unit card or a small cell. 前記2つ以上の共に位置するチャネルのそれぞれが、同じラックマウントシステムと一体化される、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein each of the two or more co-located channels is integrated with the same rack mounting system. 前記共に位置するチャネルが、前記無線システムについての前記場所の所望の正確性に基づいて、所定時間の標準偏差内で同期される、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the co-located channels are synchronized within a standard deviation of a predetermined time based on a desired accuracy of the location for the wireless system. 前記所定時間が、約3ns〜約10nsの間にある、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the predetermined time is between about 3 ns and about 10 ns. 前記利用するステップが、1つ以上の位置線(LOP)を利用することを含む、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the utilizing step comprises utilizing one or more position lines (LOPs). 前記基準信号が、地理的に分散されたアンテナから受信される、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the reference signal is received from geographically distributed antennas. 前記基準信号が、前記2つ以上の共に位置するチャネルと通信するアンテナの共有グループから受信される、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the reference signal is received from a shared group of antennas communicating with the two or more co-located channels. 前記場所管理ユニットまたは前記場所管理ユニットにサービス提供するアンテナが、WiFiデバイスと共に位置する、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the location management unit or an antenna serving the location management unit is located with a WiFi device. 前記場所管理ユニットが、前記WiFiデバイスと電源を共有する、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the location management unit shares a power source with the WiFi device. 前記場所管理ユニットにサービス提供する前記アンテナが、前記WiFiデバイスと電源を共有する、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the antenna serving the location management unit shares a power source with the WiFi device.
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