KR100737516B1 - Method and system for estimating the position of a mobile device - Google Patents

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Abstract

모바일 디바이스의 위치를 추정하는 방법으로서, 위치 결정 정보를 수집하는 단계와; 위치 추정을 제공하기 위하여 다수의 서로 다른 방법들 중 적어도 하나를 선택하는 단계와; 그리고 적어도 하나의 선택된 위치 결정 방법에 기초한 위치 추정을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.  CLAIMS 1. A method of estimating a location of a mobile device, comprising: collecting location information; Selecting at least one of a number of different methods to provide a location estimate; And providing a position estimate based on the at least one selected position determination method.

Description

모바일 디바이스의 위치 추정을 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING THE POSITION OF A MOBILE DEVICE}METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING THE POSITION OF A MOBILE DEVICE}

본 발명은 위치 결정 방법에 관한 것으로, 특히 무선 커뮤니케이션 네트워크에서 기지국의 위치를 결정하는 전반적인 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a location determination method, and more particularly to an overall method of determining the location of a base station in a wireless communication network.

무선 셀룰라 커뮤니케이션 네트워크들은 알려져 있다. 이러한 네트워크들에 있어서, 상기 네트워크에 의해 커버되는 영역은 다수의 셀들로 구분된다. 상기 각 셀들은 송수신기지국과 연관된다. 상기 송수신기지국은 상기 셀들에 위치한 모바일 디바이스들과 통신하기 위하여 배열된다. 상기 모바일 디바이스들은 임의의 적합한 형태를 취할 수 있으며, 일반적으로 이동 전화기들이다.  Wireless cellular communication networks are known. In such networks, the area covered by the network is divided into a number of cells. Each of these cells is associated with a transceiver base station. The transceiver station is arranged to communicate with mobile devices located in the cells. The mobile devices can take any suitable form and are generally mobile telephones.

이동 전화기들의 효율적이고 정확한 포지셔닝의 필요성이 증대되고 있다. 미국에서, 네트워크 오퍼레이터들은 비상 통화를 위한 이동 가입자들의 위치를 제공할 수 있어야 한다. 유사한 제안들은 현재 유럽에서 고려되고 있다. 부가적으로, 추적 서비스들(즉, 상기 언급한 비상 서비스, 사람들 위치, 가치있는 자산들 위치 등), 찾기/안내 서비스들(옐로우 페이지들, 방향 제시기들, 인터레스트 위치기의 포인트 등과 같은 근접 서비스들) 및 공지 서비스들(지정된 광고들, 트래픽 알림들, 날씨 알림들, 버스/기차 위치, 안내된 여행들 등)과 같은 상업적인 서비스들이 현재 제안되고 있다. The need for efficient and accurate positioning of mobile phones is increasing. In the United States, network operators must be able to provide the location of mobile subscribers for emergency calls. Similar proposals are currently being considered in Europe. Additionally, such as tracking services (ie, emergency services, people location, valuable assets location, etc. mentioned above), search / guidance services (yellow pages, direction indicators, points of interest locator, etc.) Commercial services such as proximity services) and announcement services (designated advertisements, traffic alerts, weather alerts, bus / train location, guided tours, etc.) are currently being proposed.

GSM(이동 통신을 위한 글로벌 시스템) 표준에 있어서, 셀 신원 및 타이밍 진보, 도착 시간, 시차 관측 강화(enhanced observed time differenc:E-OTD) 및 GPS(단독 GSP 또는 보조 GPS로서의 글로벌 위치 시스템 기술)를 토대로 한 네가지 포지셔닝 방법들이 포함되어 왔다.In the GSM (Global System for Mobile Communications) standard, cell identity and timing advances, arrival times, enhanced observed time differenc (E-OTD) and GPS (global positioning system technology as standalone GSP or assisted GPS) Four positioning methods based on this have been included.

상기 도착 시간 방법은 표준 소프트웨어로 핸드셋을 위치시킬 수 있으나, 모든 기지국에서 위치 측정 유닛들과 같은 새로운 네트워크 요소들의 설치를 요구한다. 상기 시차 관측 강화 방법은, 둘 내지 다섯 송수신기지국들마다 위치 관리 유닛들의 설치와 핸드셋에서의 소프트웨어 수정을 요구한다. 상기 보조 GSP 방법은, 핸드셋으로의 GPS 수신기 통합 외에도 GSP 수신기 및 가능한 위치 측정 유닛의 설치를 요구한다. 모든 이러한 방법들은 새로운 네트워크 요소의 도입 또는 서빙 모바일 위치 센터 SMLC라 불리는 위치 계산에 응답할 수 있는 대응 기능을 요구한다. The time of arrival method can locate the handset with standard software, but requires the installation of new network elements, such as position measuring units, at all base stations. The parallax observation enhancement method requires installation of location management units and software modification in the handset for every two to five transceiver stations. The auxiliary GSP method requires the installation of a GSP receiver and a possible position measuring unit in addition to the integration of the GPS receiver into the handset. All these methods require the introduction of a new network element or a corresponding function capable of responding to a location calculation called a serving mobile location center SMLC.

필수적인 소프트웨어 또는 하드웨어를 포함하지 않는 핸드셋을 구비하는 것들을 포함하는 모든 사용자들에 대한 위치 서비스들의 시간적인 전개는, 셀룰라 네트워크들에서 이미 이용가능한 측정들이 사용될 수 있는 것을 요구한다. 이러한 기술들은, 이용 가능한 좀 더 정확하고 정교한 위치 기술들을 기다리는 동안 최소한의 추가 비용으로 위치 기반 서비스 제공을 시작하기 위하여 그 기술들이 오퍼레이터들 및 서비스 제공자들을 허용할 때 중요하다. 기술적인 관점에서, 시차 관측 강화와 같은 기술 및 보조 GPS가 전부 이용가능할 때, 네트워크 기반 소프트웨어 솔루션은 새로운 표준 솔루션들이 실패하거나 또는 요구된 정확성이 그러한 방법과 교합될 수 있을 때, 여전히 백업 방법으로 요구될 수 있다. 네트워크 기반 소프트웨어 기술들은 또한, 그러한 알고리즘들 수렴의 정확성 또는 속도의 향상을 위해 표준 솔루션 중 하나를 구현하는데 사용되는 알고리즘에 대한 초기 추론으로 사용될 수 있다. The temporal deployment of location services for all users, including those with handsets that do not include the necessary software or hardware, requires that measurements already available in cellular networks can be used. These techniques are important when they allow operators and service providers to start providing location based services at minimal additional cost while waiting for more accurate and sophisticated location techniques available. From a technical point of view, when technology and auxiliary GPS, such as parallax observation enhancement, are all available, network-based software solutions still require a backup method when new standard solutions fail or the required accuracy can be combined with such a method. Can be. Network-based software techniques can also be used as an initial inference about the algorithms used to implement one of the standard solutions for improving the accuracy or speed of convergence of such algorithms.

본 발명의 제 1 양상에 따르면, 모바일 디바이스의 위치 측정에 제공되는 방법은, 위치 결정 정보를 수집하는 단계; 위치 추정을 제공하기 위한 다수의 서로 다른 위치 결정 방법들 중 적어도 하나를 선택하는 단계; 그리고 적어도 하나의 선택된 위치 결정 방법을 토대로 한 위치 추정을 제공하는 단계를 포함한다. According to a first aspect of the invention, a method provided for position measurement of a mobile device comprises: collecting position determination information; Selecting at least one of a plurality of different location determination methods for providing a location estimate; And providing a position estimate based on the at least one selected position determination method.

본 발명의 제 2 양상에 따르면, 모바일 디바이스의 위치 추정을 위한 시스템은, 위치 결정 정보 수집을 위한 수단들; 위치 추정을 제공하기 위한 다수의 서로 다른 위치 결정 방법들 중 적어도 하나를 선택하기 위한 수단들; 그리고 적어도 하나의 선택된 위치 결정 방법을 토대로 한 위치 추정을 제공하는 수단들을 포함한다. According to a second aspect of the present invention, a system for position estimation of a mobile device includes: means for collecting position information; Means for selecting at least one of a number of different location determination methods for providing a location estimate; And means for providing a position estimate based on the at least one selected positioning method.

본 발명의 정확한 이해를 위하여 그리고 본 발명이 어떻게 효과적으로 수행될 수 있는 지에 대하여, 오직 첨부된 도면들만을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT For a precise understanding of the present invention and how the present invention can be effectively performed, only the accompanying drawings will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선 셀룰라 네트워크를 도시한다.1 illustrates a wireless cellular network to which an embodiment of the present invention may be applied.

도 2는 도 1에 도시된 무선 셀룰라 네트워크에서 3개의 송수신기지국에 의해 제공되는 모바일 디바이스를 도시한다.FIG. 2 illustrates a mobile device provided by three transceiver stations in the wireless cellular network shown in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 무선 셀룰라 네트워크에서 송수신기지국 및 모바일 디바이스의 지형적인 표시를 도시한다. 3 shows a topographical representation of a transceiver station and mobile device in the wireless cellular network shown in FIG. 1.

도 4는 도 1에 도시된 송수신기에서 안테나 이득의 일 실시예를 도시한다. 4 illustrates one embodiment of antenna gain in the transceiver shown in FIG.

도 5는 도 4에 도시된 송수신기에서 안테나 이득의 또 다른 예시를 도시한다. 5 shows another example of antenna gain in the transceiver shown in FIG. 4.

도 6은 도 1에 도시된 송수신기에서 발견된 바와 같은 대략적인 방사 패턴을 도시한다. 6 shows an approximate radiation pattern as found in the transceiver shown in FIG. 1.

도 7은 도 1에 도시된 모델링된 무선 셀룰라 네트워크들에 대한 오쿠무라-하타 경로 손실 그래프를 도시한다.FIG. 7 shows an Okumura-Hatta Path Loss Graph for the modeled wireless cellular networks shown in FIG. 1.

도 8은 도 1에 도시된 무선 네트워크에서 서빙 셀을 위한 위치 추정의 신뢰 지역에 대한 지형적인 특정을 도시한다. FIG. 8 illustrates topographical specification for a trusted region of location estimation for a serving cell in the wireless network shown in FIG. 1.

도 9는 연속적인 셀의 셀 신원에 의해 제공되는 위치 추정의 신뢰 지역을 도시한다. 9 illustrates a confidence region of position estimation provided by cell identity of consecutive cells.

도 10은 도 1에 도시된 무선 셀룰라 네트워크에서 셀 커버리지의 지형적인 표시를 도시한다. FIG. 10 shows a topographic indication of cell coverage in the wireless cellular network shown in FIG. 1.

도 11은 도 1에 도시된 무선 셀룰라 네트워크에서 경로 손실/감쇄의 다양한 수치들에 대한 위치 추정의 확률 밀도 함수의 연속적인 플롯을 도시한다. FIG. 11 shows a continuous plot of the probability density function of the position estimate for various values of path loss / decay in the wireless cellular network shown in FIG. 1.

도 12는 도 1에 도시된 무선 셀룰라 네트워크에서 경로 손실/감쇄에 대한 Ii0의 플롯을 도시한다.FIG. 12 shows a plot of I i0 for path loss / attenuation in the wireless cellular network shown in FIG. 1.

도 13은 도 1에 도시된 무선 셀룰라 네트워크에서 셀의 서빙 영역의 예시를 도시한다.FIG. 13 shows an example of a serving area of a cell in the wireless cellular network shown in FIG. 1.

도 14는 상수 TA 수치로부터 발생된 위치 추정에 대한 원형 크라운 신뢰 지역을 도시한다. 14 shows a circular crown confidence area for position estimates generated from constant TA values.

도 15는 도 14에 도시된 위치 측정에 대한 신뢰 지역의 더욱 지형적인 도면을 도시한다. FIG. 15 shows a more topographical view of the confidence zone for the position measurement shown in FIG. 14.

도 16은 CI 위치 측정에서 신뢰 지역을 계산하는데 사용되는 지형을 도시한다. 16 illustrates the terrain used to calculate the confidence area in CI location measurements.

도 17은 본 발명의 실시예에 있어서 위치 추정을 제공하는 단계를 상세히 설명하는 흐름도를 도시한다. 17 shows a flowchart detailing the steps for providing position estimation in an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 무선 텔레커뮤니케이션 네트워크(2)를 개략적으로 보여주는 도 1을 참조하여 설명한다. 상기 네트워크에 의해 커버되는 영역은 셀들(4)로 구분된다. 각 셀과 연관된 것은 기지국(6)이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 일반적으로 기지국(6)은 송수신기지국(BTS)으로 언급될 수 있다. 상기 기지국(6)은 무선 연결을 통해 사용자 설비(8)와 통신할 수 있도록 배열된다. 상기 사용자 설비는 일반적으로 이동 전화기, 컴퓨터, 개인용 휴대정보 단말기(PDA) 또는 이와 같은 모바일 디바이스이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 사용자 설비는 또 한 일반적으로 이동 단말기(MS)라 언급될 수 있다. A description will be given with reference to FIG. 1 which schematically shows a wireless telecommunication network 2 to which embodiments of the invention may be applied. The area covered by the network is divided into cells 4. Associated with each cell is the base station 6. In another embodiment of the present invention, base station 6 may generally be referred to as a transceiver base station (BTS). The base station 6 is arranged to be able to communicate with the user equipment 8 via a wireless connection. The user equipment is generally a mobile phone, a computer, a personal digital assistant (PDA) or a mobile device such as this. In another embodiment of the invention, the user equipment may also be referred to generally as a mobile terminal (MS).

본 발명의 실시예들은 이동 단말기(MS)의 위치 및 연관된 신뢰 지역을 추정하도록 구성된다. 상기 신뢰 지역은 이동 단말기(MS)가 주어진 확률로 위치되도록 예측될 수 있는 영역이다. 즉, 이동 단말기(MS)의 추정된 위치는 계산될 수 있으나 그 추정은 100% 정확하지 않을 것이다. 상기 신뢰 지역은, 이동 단말기(MS)가 위치됨을 상당히 확신할 수 있는 영역을 정의한다. Embodiments of the present invention are configured to estimate the location of the mobile terminal MS and the associated confidence area. The trusted area is an area in which the mobile terminal MS can be predicted to be located at a given probability. That is, the estimated position of the mobile terminal MS can be calculated but the estimate will not be 100% accurate. The trusted zone defines an area in which the mobile terminal MS can be quite certain that it is located.

본 발명의 실시예들은 이하에서 더 상세하게 설명될 다수의 위치 결정 알고리즘을 결합하도록 구성된다.Embodiments of the present invention are configured to combine multiple positioning algorithms, which will be described in more detail below.

본 발명의 실시예들에서 사용된 위치 결정 알고리즘들은 셀 신원(CI), 타이밍 진보(TA) 및 수신 신호 세기(RX) 측정들을 사용한다. Positioning algorithms used in embodiments of the present invention use cell identity (CI), timing advance (TA) and received signal strength (RX) measurements.

바람직한 실시예들은 세가지 알고리즘 타입들을 사용한다:Preferred embodiments use three algorithm types:

1)셀 신원을 기초로 한 알고리즘들. 이들은 CI 알고리즘들로 언급된다;1) Algorithms based on cell identity. These are referred to as CI algorithms;

2)셀 신원 및 타이밍 진보 정보에 기초한 알고리즘들. 이들은 CI+TA 알고리즘들로 언급된다; 그리고2) Algorithms based on cell identity and timing advance information. These are referred to as CI + TA algorithms; And

3)셀 신원 및 수신 신호 세기 측정에 기초한 알고리즘들. 이들은 CI+RX 알고리즘으로 언급된다.3) Algorithms based on cell identity and received signal strength measurements. These are referred to as CI + RX algorithms.

이러한 서로 다른 알고리즘들은 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 편의상 이러한 알고리즘들은 두 개의 카테고리들로 나누어진다. 첫번째는 CI+RX 알고리즘들을 포함하고, 두번째는 알고리즘의 다른 두 타입, 즉 CI와 CI+TA 알고리즘을 포함한다. These different algorithms will be described in more detail below. For convenience, these algorithms fall into two categories. The first includes CI + RX algorithms, the second includes two other types of algorithms: CI and CI + TA algorithms.

몇몇 네트워크들에서, 예를 들어 GSM 네트워크, 셀 신원, 타이밍 진보 및 수신 신호 세기 데이터가 이미 이용가능하고 다른 목적들을 위해 사용된다는 것이 인식되어야 한다. 이는, 적어도 몇몇 알고리즘들이 기존의 핸드셋에 임의의 수정을 요구함 없이 구현될 수 있다는 것을 의미한다. In some networks, it should be appreciated, for example, that the GSM network, cell identity, timing advance and received signal strength data are already available and used for other purposes. This means that at least some algorithms can be implemented without requiring any modification to the existing handset.

본 발명의 실시예에서 사용되는 상기 위치 결정 알고리즘들은, 구해야 할 특정 연립 방정식들의 집합을 요구한다. 상기 측정의 통계적인 가정에 의존하는 상기 연립 방정식들은 미지수들에 있어서 비선형 또는 선형이 될 수 있다. 만약 연립 방정식들이 선형이라면 폐쇄형의 솔루션이 존재하는 반면, 상기 방정식이 비선형이라면 반복적인 방법이 솔루션을 찾기 위해 적용되어야 한다. 폐쇄형 알고리즘들은 반복적인 알고리즘보다 계산하기에 수월하다. The positioning algorithms used in the embodiments of the present invention require a specific set of simultaneous equations to be found. The simultaneous equations, which depend on the statistical assumptions of the measurement, can be nonlinear or linear in unknowns. If the simultaneous equations are linear, there is a closed solution, whereas if the equations are nonlinear then an iterative method must be applied to find the solution. Closed algorithms are easier to compute than iterative algorithms.

CI+RX 알고리즘들CI + RX Algorithms

셀 신원 및 수신 신호 세기에 기초한 알고리즘들의 계층이 이제 설명될 것이다. The layer of algorithms based on cell identity and received signal strength will now be described.

수신 신호 세기에 기초한 위치 추정의 원리를 도시하는 도 2를 참조하여 설명한다. 수신 신호 레벨들은 서빙 송수신기지국(BTS)(6)(이동 단말기(MS)가 연관된 송수신기지국(BTS)) 및 6개의 가장 강력한 이웃 송수신기지국들로부터의 수신 신호 세기 레벨들의 측정들이다. 물론 다른 개수의 송수신기지국이 사용될 수 있다. 이러한 측정들은 이동 단말기(MS)(8)에 의해 수행되고, 이동 단말기(MS)가 전용 모드에 있을 때 네트워크의 고정된 부분에 기록된다. 휴지 모드에서, 모바일 디바이스(10)는 베스트 서버 즉, 보류 접속된 송수신기지국(BTS) 및 6개의 가장 강력한 이 웃 송수신기지국들로부터 수신 신호 레벨을 측정한다. 그러나, 임의의 송수신기지국과 어떠한 연결도 없기 때문에 이러한 측정들은 네트워크의 고정된 부분에 보고되지 않을 수 있다. The following describes the principle of position estimation based on the received signal strength with reference to FIG. Receive signal levels are measurements of received signal strength levels from the serving transceiver station (BTS) 6 (transceiver station (BTS) with which the mobile terminal MS is associated) and the six most powerful neighboring transceiver stations. Of course, other numbers of transceiver base stations may be used. These measurements are performed by the mobile terminal (MS) 8 and recorded in a fixed part of the network when the mobile terminal (MS) is in dedicated mode. In the idle mode, mobile device 10 measures the received signal level from the best server, namely the pending connected transceiver base station (BTS) and the six most powerful neighbor transceiver stations. However, since there is no connection with any transceiver station, these measurements may not be reported to a fixed part of the network.

모바일 디바이스에 의해 수신된 레벨 또는 수신된 신호가 겪는 더 정밀한 감쇄는 모바일 디바이스와 연관된 송수신기지국의 상호 위치에 의존한다. 이어서, 다중 송수신기지국에서 수신된 신호 레벨은 모바일 디바이스의 위치를 추정하기 위해 결합될 수 있다. The more precise attenuation experienced by the level or signal received by the mobile device depends on the mutual location of the transceiver station associated with the mobile device. The signal levels received at the multiple transceiver bases may then be combined to estimate the location of the mobile device.

본 발명의 실시예들은 네트워크 기반 소프트웨어 솔루션(NBSS)의 계층에 속한다. 특히, 이 섹션에서 설명된 본 발명의 실시예들은, 신호 레벨 측정의 사용에 기초하고, 커버리지 예측 맵들이 이용가능하지 않는 애플리케이션에 초점을 맞춘다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 커버리지 예측 맵들이 이용가능한 곳에서 사용될 수 있다. 커버리지 예측 맵들은, 모바일 디바이스 위치가 예측된 신호 세기들의 수치가 실제로 측정된 레벨들에 가장 잘 매치되는 커버리지 맵의 위치로서 측정되는 몇몇 방법들에 사용된다.Embodiments of the invention belong to the layer of a network-based software solution (NBSS). In particular, the embodiments of the invention described in this section are based on the use of signal level measurements and focus on applications where coverage prediction maps are not available. However, embodiments of the present invention may be used where coverage prediction maps are available. Coverage prediction maps are used in some methods where the mobile device location is measured as the location of the coverage map where the numerical value of the predicted signal strengths best matches the actually measured levels.

여기서 설명된 알고리즘들을 구현하기 위해 필요한 상기 측정/정보는 다음과 같은 네트워크 형성 파라미터들로 분리될 수 있다: 기지국 좌표들; 섹터화된 셀들의 경우 섹터 지향 및 기본 송수신기 안테나 방사 패턴들; 그리고 최대 송수신기지국 다운링크 전송 전력 및 모바일 디바이스에 의해 수신된 신호들의 레벨과 같은 측정들. 그 데이터에 부가하여, 위치될 모바일 디바이스들과의 포지셔닝 절차에 사용되는 송수신기지국 상호 위치에 대한 레벨 측정들을 링크시킬 적절한 모델들의 지식이 요구된다. 이것들은 이하에서 더 상세히 논의될 것이다. The measurement / information necessary to implement the algorithms described herein may be separated into the following network formation parameters: base station coordinates; Sector-oriented and basic transceiver antenna radiation patterns for sectorized cells; And measurements such as the maximum transceiver station downlink transmit power and the level of signals received by the mobile device. In addition to that data, knowledge of the appropriate models is needed to link the level measurements for the transceiver station inter-location used in the positioning procedure with the mobile devices to be located. These will be discussed in more detail below.

여기서, 상기 약술된 위치 결정 방법들은 특정 기능이 그것의 최소값을 가지는 위치에서 모바일 디바이스 좌표들을 추정한다. 상기 기능은 모바일 디바이스에 의해 수신되고, 연관된 송수신기지국에 의해 전송되는 신호에 의해 겪는 감쇄의 추정들인 레벨 관측을 결합하는 것에 의해 획득된다. 레벨 관측들은, 모바일 디바이스에 의해 수신된 레벨들(모바일 디바이스와 각 송수신기지국 사이에서의 상호적인 각도 위치에 의존적인)송수신기지국 안테나 방사 패턴들의 분배, (모바일 디바이스와 각 송수신 기지국 사이의 거리에 의존적인)경로 손실 및 송수신기지국 전송 전력, 케이블 손실, 안테나 손실 등과 같은 다른 상수 인자들을 추출하는 것에 의해 추정된다. Here, the location determination methods outlined above estimate mobile device coordinates at a location where a particular function has its minimum value. The function is obtained by combining level observations, which are received by the mobile device and estimates of the attenuation experienced by the signal transmitted by the associated transceiver station. Level observations are the distribution of levels received by the mobile device (depending on the mutual angular position between the mobile device and each transceiver station) and the distribution of the transceiver station antenna radiation patterns, and dependent on the distance between the mobile device and each transmit / receive base station. I) by estimating other constant factors such as path loss and transceiver station transmit power, cable loss, antenna loss, and so on.

명백하게, 상기 알고리즘에 의해 제공되는 결과들의 정확성은 이용가능한 정보의 정확성에 의존한다. 상기 결과의 정확성은 안테네 방사 패턴들의 정확한 정의들과 미세하게 조정된 전달 모델들을 포함하는 것에 의해 향상될 수 있다. 원칙적으로 이러한 모델들은, 분석적인 형식으로 표현될 필요는 없으나, 도착 송수신기지국 각도에 특정 모바일 디바이스가 주어질 때, 안테나 이득이 회복될 수 있는 룩업 테이블 형식으로서 위치 결정 알고리즘에 포함될 수 있다. 그러나, 이러한 추가적인 사항에 대해서는 본 발명의 실시예에서 생략될 수 있다. Clearly, the accuracy of the results provided by the algorithm depends on the accuracy of the information available. The accuracy of the results can be improved by including precise definitions of the antenna radiation patterns and finely tuned delivery models. These models, in principle, need not be represented in an analytical fashion, but can be included in the positioning algorithm as a lookup table format where the antenna gain can be restored when a particular mobile device is given to the destination transceiver station angle. However, such additional matters may be omitted in embodiments of the present invention.

송수신기지국 좌표들, 섹터 정보, 안테나 방사 패턴들 및 다른 조정가능한 파라미터들과 같은 네트워크 정보가 지속적으로 업데이트 되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서, 신호 레벨 측정들을 표현하기 위해 사용되 는 모델들은, 바람직하게는 자동적인 방법으로, 무선 환경에서의 변화에 지속적으로 적응될 수 있다. 이를 수행하기 위한 하나의 방법은, 수집된 특정 측정 세트와 대응하는 실제 수량들 간의 통계적인 비교에 기초한 상기 모델들을 조정하기 위한 것이다. 그러나, 이 방법은 실제 수량을 계산하기 위하여 그리고, 이를 상기 측정과 비교하기 위하여 알려지는 모바일 디바이스의 정확한 위치를 요구한다. 상기 측정 모델들이 유도된 오프라인일 때, 상기 모바일 디바이스와 상호배치된 GSP(Global Positioning System) 수신기로 레벨 측정 및 모바일 디바이스 위치 결정 정보를 동시에 수집하여, 드라이브 테스트들이 수행될 수 있다. 예를 들어, 측정 모델 결정을 온라인으로 허용하는 추정된 관측 시간 차이, 도착 기술 또는 보조 GPS 위치 추정을 사용하는 좀더 정확한 위치 기술을 제공하도록 구현된 다른 기술들이 될 수 있다. It is desirable that network information such as transceiver base station coordinates, sector information, antenna radiation patterns, and other adjustable parameters be constantly updated. In preferred embodiments of the present invention, the models used to represent signal level measurements can be continuously adapted to changes in the wireless environment, preferably in an automatic way. One way to do this is to adjust the models based on a statistical comparison between the particular set of measurements collected and the corresponding actual quantities. However, this method requires the exact location of the known mobile device to calculate the actual quantity and to compare it with the measurement. When the measurement models are derived offline, drive tests may be performed by simultaneously collecting level measurement and mobile device positioning information with a Global Positioning System (GSP) receiver co-located with the mobile device. For example, other techniques may be implemented to provide more accurate location techniques using estimated observation time differences, arrival techniques, or assisted GPS location estimation that allows measurement model determinations online.

이하에서 설명된 알고리즘들은, 레벨 측정들로부터 관측 세트를 처리하여 모바일 디바이스의 좌표들을 추정하기 위한 최대 가망성 원리의 애플리케이션들이다. 서로 다른 최대 가망성 접근들이 착수된다. The algorithms described below are applications of the principle of maximum likelihood for processing observation sets from level measurements to estimate coordinates of a mobile device. Different maximum likelihood approaches are undertaken.

상기 위치 결정 알고리즘들은 연관된 모든 기지국들에 동일하도록 가정된 슬로우 페이딩 변화 σu 2와 함께, 모바일 디바이스 좌표들, x 및 y를 추정하기 위하여 신호 레벨 측정들을 사용한다. The location determination algorithms use signal level measurements to estimate mobile device coordinates, x and y, with a slow fading change σ u 2 that is assumed to be the same for all associated base stations.

본 발명의 실시예에서 설명된 바와 같이, 상기 알고리즘들에 의해 요구된 입력 데이터는 모바일 디바이스(MS), 네트워크 파라미터들 및 적절한 경로-손실 법칙 즉, 무선 전송 특성들에 대한 적절한 모델에 의해 수집된 신호 세기 측정을 포함한다. As described in the embodiment of the present invention, the input data required by the algorithms is collected by a mobile device (MS), network parameters and an appropriate model for the proper path-loss law, ie wireless transmission characteristics. Signal strength measurements.

데시벨로 측정된 N 송수신 기지국(BTS's)으로부터 MS에 의해 수신된 신호들의 평균 전력, Pi r:Average power of signals received by the MS from N transmit / receive base stations (BTS's) measured in decibels, P i r :

(1)(One)

미터로 측정된 N BTS's의 좌표들, (xi, yi):Coordinates of N BTS's measured in meters, (x i , y i ):

Figure 112005011470349-pct00001
Figure 112005011470349-pct00001

x 방향에서 반시계방향으로 라디안으로 측정된 (섹터화된 셀들의 경우에 있어서)N 송수신기지국들(BTS's) 섹터들의 방위, φi B:Azimuth of N transceiver base stations (BTS's) sectors (in the case of sectorized cells) measured in radians counterclockwise in the x direction, φ i B :

Figure 112005011470349-pct00002
Figure 112005011470349-pct00002

데시벨로 측정된 N BTS's로부터의 최대 방사 전력:Maximum radiated power from N BTS's measured in decibels:

Figure 112005011470349-pct00003
Figure 112005011470349-pct00003

최대 방사 전력, Pi t,max는 최대 이득의 방향으로 i번째 BTS 안테나의 출력에서 최대 전력을 표시한다. 이는, 모두 데시벨로 측정된 전송 전력 Pi t, BTS 전송 안테나의 최대 이득, Gi t , max, 안테나 손실, 케이블 손실 등을 포함한다. 수학적인 모 델을 단순화하기 위하여, Pi t,max는 또한 MS 수신 안테나의 최대 이득, Gi r , max를 포함한다. The maximum radiated power, P i t, max , represents the maximum power at the output of the ith BTS antenna in the direction of maximum gain. This includes the transmit power P i t , the maximum gain of the BTS transmit antenna, G i t , max , antenna loss, cable loss, etc. all measured in decibels. To simplify the mathematical model, P i t, max also includes the maximum gains of the MS receive antennas, G i r , max .

i번째 BTS(i=1,...,N)에 대하여 결합된 전송-수신 안테나 패턴은 데시벨로:The combined transmit-receive antenna pattern for the i th BTS (i = 1, ..., N) is decibel:

Figure 112005011470349-pct00004
Figure 112005011470349-pct00004

상기 결합된 방사 패턴, APi tri(x, y))는 BTS 지역에 설치된 안테나 및 핸드셋에 설치된 안테나에 의해 제시된 이득을 나타낸다. 상기 이득은 그러한 안테나들의 상호적인 방위에 의존한다. 상기 방정식에 의해 표현되는 실시예에 있어서, φM은 MS에 설치된 안테나의 방위이고, φi B는 i번째 BTS에 설치된 안테나의 방위이며, ψi(x, y)는 i번째 BTS에 의해 전송되고 모바일 디바이스(MS)에 의해 수신된 신호의 도착 각도이며, x 방향에서 반시계방향으로 라디안으로 측정된다(도 3에 도시).The combined radiation pattern, AP i tri (x, y)), represents the gain presented by the antenna installed in the BTS region and the antenna installed in the handset. The gain depends on the mutual orientation of such antennas. In the embodiment represented by the above equation, φ M is the orientation of the antenna installed in the MS, φ i B is the orientation of the antenna installed in the i-th BTS, and ψ i (x, y) is transmitted by the i-th BTS And the angle of arrival of the signal received by the mobile device MS, measured in radians counterclockwise in the x direction (shown in FIG. 3).

Figure 112005011470349-pct00005
Figure 112005011470349-pct00005

상기 결합된 방사 패턴 APi tr은 상기 MS 좌표들 (x, y)의 함수이다. 이는, i번째 BTS에 설치된 전송 안테나의 방사 패턴 APi t(θ)와, 모바일 디바이스(MS)에 설치된 안테나의 방사 패턴 APr(θ)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, MS의 안테나 는 전방향적이고, 그러한 안테나의 방위는 알려지지 않는다; 따라서 APr(θ)=0dB이고 φM=0rad이다. The combined radiation pattern AP i tr is a function of the MS coordinates (x, y). This includes the radiation pattern AP i t (θ) of the transmission antenna installed in the i-th BTS and the radiation pattern AP r (θ) of the antenna installed in the mobile device MS. In an embodiment of the present invention, the antenna of the MS is omnidirectional and the orientation of such antenna is unknown; Thus AP r (θ) = 0dB and φ M = 0rad.

데시벨로 측정된 MS와 i번째 BTS 간의 전달에 관한 경로-손실 법칙:Path-loss law for transfer between MS and i-th BTS measured in decibels:

Figure 112005011470349-pct00006
Figure 112005011470349-pct00006

상기 경로-손실 PLi(di(x, y))는 그것이 전송 안테나로부터 더 멀리 전송할 때 i번째 BTS에 의해 전송된 신호에 의한 감쇄를 나타낸다. 이는, MS 좌표에 차례로 의존하는 MS와 상기 i번째 BTS간의 거리 함수 di로 표현된다.The path-loss PL i (d i (x, y)) represents an attenuation by the signal transmitted by the i th BTS when it transmits further away from the transmit antenna. This is represented by the distance function d i between the MS and the i-th BTS, which in turn depend on MS coordinates.

Figure 112005011470349-pct00007
Figure 112005011470349-pct00007

상기 위치 결정 알고리즘의 출력은 다음을 포함한다:The output of the positioning algorithm includes:

미터로의 상기 MS 위치의 추정인:Estimate of the MS location in meters:

Figure 112005011470349-pct00008
Figure 112005011470349-pct00008

데시벨로의 로그-정규 슬로우 페이딩 분산의 추정인:Estimate of log-normal slow fading variance in decibels:

Figure 112005011470349-pct00009
Figure 112005011470349-pct00009

앞서 언급한 바와 같이, 상기 알고리즘들은 최대 가망성 추정 원리를 적용한다. 이들은 모바일 디바이스(MS) 위치와 특정 스칼라 함수들을 최소화하는 것에 의해 슬로우 페이딩의 분산을 추정한다. 상기 함수는 (이동 단말기 및 각 송수신기지국 사이에 상호 각 위치에 의존적인)송수신기지국 안테나 방사 패턴들 및 (이동 단말기와 송수신 기지국들 간의 거리에 의존적인)경로 손실로 결정되는 레벨 관측들- 여기서, 상기 레벨 관측들은 대응하는 예측 수량들을 가지는 모바일 디바이스(MS)에 의해 수신된 신호에 의하여 겪는 감쇄의 측정들이다-을 결합하는 것에 의해 획득된다. 특정 비용 함수를 최소화하는 것에 의하여, (비용 함수는 최적화 문제들의 설명을 위한 수학들에서 일반적으로 적용되는 항이다.) 상기 알고리즘들은 관측된 감쇄와 예측된 감쇄와의 차이를 전체적으로 최소화시키는 알려지지 않은 파라미터들의 수치를 찾는다. 상기 비용 함수는 모바일 디바이스(MS)의 위치 추정에 있어서 예측된 에러들의 측정이다. 따라서, 상기 비용 함수를 최소화하는 것에 의하여, 예측된 위치 에러 또한 최소화된다. 본 발명의 실시예들은 무선 환경의 가정된 특성들에 의존하는 하기 알고리즘들을 사용한다. As mentioned above, the algorithms apply the principle of maximum likelihood estimation. They estimate the variance of slow fading by minimizing mobile device (MS) location and certain scalar functions. The function includes level observations determined by the transceiver base station antenna radiation patterns (depending on each position between the mobile terminal and each transceiver station) and the path loss (depending on the distance between the mobile terminal and the base transceiver station), where The level observations are obtained by combining the measurements of attenuation experienced by the signal received by the mobile device MS with corresponding prediction quantities. By minimizing a particular cost function (the cost function is a term generally applied in the mathematics for the explanation of optimization problems). The algorithms are unknown parameters that overall minimize the difference between the observed and predicted attenuation. Find the figures. The cost function is a measure of the predicted errors in the position estimation of the mobile device MS. Thus, by minimizing the cost function, the predicted position error is also minimized. Embodiments of the present invention use the following algorithms that depend on the assumed characteristics of the wireless environment.

본 발명의 실시예들은, 무선 환경이 상관된 슬로우 페이딩 특성들을 포함한다고 가정되고, 상기 슬로우 페이딩이 동일한 분산 통계들을 가진다고 가정되는 곳에서 제1알고리즘 A를 수행한다. 즉, 각 송수신기지국(BTS)에 의해 전송되는 모바일 디바이스(MS) 신호는 유사하나 동일하지 않은 특성들을 가진다. 이 가정의 타입은 송수신기지국들(BTS)과 모바일 디바이스 사이의 전송 경로들이 유사한 곳에서 정확하다. Embodiments of the present invention perform a first algorithm A where it is assumed that the wireless environment includes correlated slow fading characteristics and where the slow fading is assumed to have the same distribution statistics. That is, the mobile device (MS) signal transmitted by each transceiver base station (BTS) has similar but not identical characteristics. This type of assumption is accurate where the transmission paths between the transceiver stations (BTS) and the mobile device are similar.

알고리즘 A: 레벨 관측들로 상호연관된 슬로우 페이딩 및 동일한 분산을 가정하는 최대 가망성 추정 Algorithm A: Maximum likelihood estimation assuming the same variance and slow fading correlated with level observations

1. i번째 측정된 수신 전력, Pi r로부터 i번째 BTS에 의하여 방사된 최대 전 력 Pi t,max를 추출함으로써 i번째 레벨 관측, Li를 계산하면:Calculate the i level observation, L i by extracting the maximum power P i t, max radiated by the i th BTS from the i measured received power, P i r :

Figure 112005011470349-pct00010
Figure 112005011470349-pct00010

Li는 상기 MS로 전달하는 동안 i번째 BTS에 의해 전송된 신호에 의해 겪는 총 감쇄이다. 상기 총 감쇄는 경로-손실, BTS 안테나 및 MS 안테나에 의해 도입되는 이득, 무선 채널의 변동 등에 의존한다. L i is the total attenuation experienced by the signal transmitted by the i th BTS during delivery to the MS. The total attenuation depends on the path-loss, the gain introduced by the BTS antenna and the MS antenna, the variation of the wireless channel, and the like.

2. 벡터 L로 N BTS's로부터의 레벨 관측들을 적재하면:2. Loading the level observations from N BTS's into vector L:

Figure 112005011470349-pct00011
Figure 112005011470349-pct00011

3. 최소화 문제의 해를 구하면:3. Solve the minimization problem:

Figure 112005011470349-pct00012
Figure 112005011470349-pct00012

여기서, 상기 비용 함수 F(x,y;σu 2)는 다음과 같이 정의된다:Here, the cost function F (x, y; σ u 2 ) is defined as:

Figure 112005011470349-pct00013
Figure 112005011470349-pct00013

그리고And

Figure 112005011470349-pct00014
Figure 112005011470349-pct00014

Figure 112005011470349-pct00015
Figure 112005011470349-pct00015

Figure 112005011470349-pct00016
Figure 112005011470349-pct00016

ρu i,j(x, y)는 BTSi 및 BTSj에서 MS로 전달하는 신호에 영향을 미치는 슬로우 페이딩의 교차상관이다. ρ u i, j (x, y) is BTS i And cross-correlation of slow fading affecting the signal from BTS j to MS.

본 발명의 실시예들은, 무선 환경이 비상관된 페이딩 특성을 포함한다고 가정되고, 상기 슬로우 페이딩은 동일한 분산 통계들을 가진다고 가정되는 곳에서 제2알고리즘 B를 수행한다. 즉, 각 송수신기지국(BTS)에 의해 모바일 디바이스(MS)로 전송되는 신호는 연관되지 않는 특성들을 가진다. 이 가정 타입은, 송수신기지국들(BTS)과 모바일 디바이스(MS) 사이의 전송 경로들이 유사한 구성요소를 포함하지 않은 곳에서 정확하다. Embodiments of the present invention assume that the wireless environment includes uncorrelated fading characteristics, and the slow fading performs the second algorithm B where it is assumed to have the same distribution statistics. That is, the signal transmitted by each transceiver base station (BTS) to the mobile device (MS) has properties that are not related. This hypothesis type is accurate where the transmission paths between the transceiver base stations (BTS) and the mobile device (MS) do not contain similar components.

알고리즘 B: 레벨 관측들로 비상관 슬로우 페이딩 및 동일 분산을 가정하는 최대 가망성 추정.Algorithm B: Maximum likelihood estimation assuming uncorrelated slow fading and covariance with level observations.

1. i번째 측정된 수신 전력, Pi r로부터 i번째 BTS에 의하여 방사된 최대 전력 Pi t,max를 추출함으로써 i번째 레벨 관측을 계산하면:Calculate the i-th level observation by extracting the maximum power P i t, max radiated by the i-th BTS from the i-th measured received power, P i r :

Figure 112005011470349-pct00017
Figure 112005011470349-pct00017

2. 벡터 L로 N BTS's로부터의 레벨 관측들을 적재하면:2. Loading the level observations from N BTS's into vector L:

Figure 112005011470349-pct00018
Figure 112005011470349-pct00018

3. 최소화 문제의 해를 구하면:3. Solve the minimization problem:

Figure 112005011470349-pct00019
Figure 112005011470349-pct00019

여기서, 상기 비용 함수 F(x,y)는 다음과 같이 정의된다:Here, the cost function F (x, y) is defined as:

Figure 112005011470349-pct00020
Figure 112005011470349-pct00020

그리고 Dxy는 x 및 y 존재의 도메인이다. Dxy에 대한 몇몇 가능한 정의들은 이후에 주어진다. And D xy is the domain of the existence of x and y. Some possible definitions of D xy are given later.

4. 다음과 같이

Figure 112005011470349-pct00021
가 계산된다:4. As follows
Figure 112005011470349-pct00021
Is calculated:

Figure 112005011470349-pct00022
Figure 112005011470349-pct00022

상기 비용 함수의 정의에서 알고리즘 B는 알고리즘 A와 상이하다. 두 BTS's에 의해 전송되는 신호들에 영향을 미치는 슬로우 페이딩에 대한 서로 다른 모델은 서로 다른 정의에 기초한다. 알고리즘 A에서 상기 페이딩이 상관되는 것으로 가정되는 반면, 알고리즘 B에서 상기 페이딩이 비상관되는 것으로 가정된다; 그 결과, 알고리즘 B의 비용 함수의 정의가 보다 간단해진다. Algorithm B is different from algorithm A in the definition of the cost function. Different models for slow fading that affect the signals transmitted by two BTS's are based on different definitions. It is assumed in algorithm A that the fading is correlated, while in algorithm B it is assumed that the fading is uncorrelated; As a result, the definition of the cost function of algorithm B becomes simpler.

본 발명의 실시예들은, 무선 환경이 비상관 슬로우 페이딩 특성들을 포함하고, 상기 슬로우 페이딩은 동일한 분산 통계들을 가진다고 가정되는 곳에서 제3알고리즘 C를 수행한다. 즉, 각 송수신기지국(BTS)에 의해 상기 모바일 디바이스(MS)로 전송되는 신호는 연관되지 않는 특성들을 가진다. 이 가정 타입은, 송수신기지 국(BTS) 및 모바일 디바이스(MS)가 유사한 구성요소들을 포함하지 않은 곳에서 정확하다. Embodiments of the present invention perform a third algorithm C where the wireless environment includes uncorrelated slow fading characteristics, where the slow fading is assumed to have the same distribution statistics. That is, the signal transmitted by each transceiver base station (BTS) to the mobile device (MS) has unrelated characteristics. This hypothesis type is accurate where the transceiver base station (BTS) and mobile device (MS) do not contain similar components.

알고리즘 C: 레벨 차이 관측으로 비상관 슬로우 페이딩 및 동일 분산을 가정한 최대 가망성 추정. Algorithm C: Maximum likelihood estimation assuming uncorrelated slow fading and equal variance with level difference observations.

1. i번째 측정된 수신 전력, P i r 로부터 i번째 BTS에 의하여 방사된 최대 전력 Pi t,max를 추출함으로써 i번째 레벨 관측을 계산하면:Calculate the i-th level observation by extracting the maximum power P i t, max radiated by the i-th BTS from the i-th measured received power, P i r :

Figure 112005011470349-pct00023
Figure 112005011470349-pct00023

2. 기준으로서 얻어진 레벨 관측 L1으로부터 j번째 레벨 관측을 추출하여 j번째 레벨 차이 관측을 계산하면:2. By extracting the j-th level observation from the level observation L 1 obtained as a reference, and calculating the j-th level difference observation:

Figure 112005011470349-pct00024
Figure 112005011470349-pct00024

3. 벡터 D에서 레벨 관측들의 N-1개 차이를 적재하면: 3. Loading N-1 differences of level observations in vector D:

Figure 112005011470349-pct00025
Figure 112005011470349-pct00025

4. 최소화 문제를 풀면:4. Solve the minimization problem:

Figure 112005011470349-pct00026
Figure 112005011470349-pct00026

여기서here

Figure 112005011470349-pct00027
Figure 112005011470349-pct00027

그리고And

Figure 112005011470349-pct00028
Figure 112005011470349-pct00028

Dxy는 x 및 y 존재의 도메인이다. Dxy를 선택하기 위한 몇몇 가능한 정의들은 이하에서 주어진다. D xy is the domain of x and y presence. Some possible definitions for selecting D xy are given below.

5. 다음과 같이

Figure 112005011470349-pct00029
이 계산된다.5. As follows
Figure 112005011470349-pct00029
This is calculated.

Figure 112005011470349-pct00030
Figure 112005011470349-pct00030

알고리즘 C는 관측들의 정의에서, 결과적으로는 비용 함수의 정의에서 알고리즘 A 및 B와 다르다. 알고리즘 C에서 고려되는 상기 관측들은, 서로 다른 두 BTS's에 의해 전송되고 상기 MS에 의해 수신되는 신호에 의해 겪는 감쇄에 있어서 차이가 있다. 더욱이, 알고리즘 C를 단순화하기 위하여, 두 BTS's에 의해 전송되는 신호들에 영향을 미치는 슬로우 페이딩 프로세스들은 알고리즘 B에서와 같이 비상관적이고, 아날로그적이라고 가정된다. Algorithm C differs from algorithms A and B in the definition of observations and consequently in the definition of the cost function. The observations considered in Algorithm C differ in the attenuation experienced by the signal transmitted by the two different BTS's and received by the MS. Moreover, to simplify Algorithm C, slow fading processes affecting the signals transmitted by both BTS's are assumed to be uncorrelated and analogous as in Algorithm B.

상기 설명된 알고리즘 A, B 및 C는 비선형 알고리즘들이다. Algorithms A, B and C described above are nonlinear algorithms.

상기 위치 결정 알고리즘들은 이하에서 더 상세하게 설명된다. The positioning algorithms are described in more detail below.

도 3은 상기 문제의 기본 지형을 도시한다. 도 3은 모바일 디바이스(MS)(8) 및 i번째 송수신기지국(BTS)(6)을 포함한다. 상기 MS(8) 및 BTS(6)는 데카르트 좌표 시스템(301)에 의해 정의되는 지역에 존재한다. 모든 각도들은 반시계 방향으로 x축으로부터 정의되는 것과 같이 정의된다. i번째 BTS(6)는 (xi,yi)로서 정의되는 포인트에 위치되고, φi B로 정의되는 각도에서 최대 이득 방향(303)으로 방송하고 수신하기 위해 배열된다. 상기 모바일 디바이스 MS(8)는 포인트(x,y)에 위치되고, 또한 각도 φM에서 최대 이득 방향(305)로 전송하고 수신하기 위하여 배열된다. 상기 MS(8)는 길이 di(x,y)를 포함하는 라인(307) 및 각도 ψi(x,y)에 의해 i번째 BTS와 연관되어 배치된다. 본 발명의 더 구체화된 실시예에 있어서, 데카르트 시스템으로의 대안적인 좌표 시스템이 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 극 기준 시스템은 래디컬 좌표로 정의된 MS와 BTSi 사이 거리, di 및 각도 좌표로 정의된 모바일 디바이스에 의해 수신된 신호의 도착 각도, ψi를 가지는 BTSi 에 집중시킨다. 3 shows the basic terrain of the problem. 3 includes a mobile device (MS) 8 and an i-th transceiver base station (BTS) 6. The MS 8 and BTS 6 are in the area defined by the Cartesian coordinate system 301. All angles are defined as defined from the x-axis in the counterclockwise direction. The i-th BTS 6 is located at a point defined as (x i , y i ) and arranged to broadcast and receive in the maximum gain direction 303 at an angle defined by φ i B. The mobile device MS 8 is located at point (x, y) and is also arranged to transmit and receive in the maximum gain direction 305 at an angle φ M. The MS 8 is arranged in association with the i-th BTS by a line 307 comprising a length d i (x, y) and an angle ψ i (x, y). In a more specific embodiment of the present invention, an alternative coordinate system to the Cartesian system is used. In another embodiment of the present invention, the polar reference system comprises MS and BTS i defined in radical coordinates. Distance, d i And a BTS i having an arrival angle, ψ i , of the signal received by the mobile device defined in angular coordinates. Focus on

상기 모바일 디바이스(MS)와 i번째 송수신기지국(BTS)간의 거리는 방정식(30)에 따라 정의된다. The distance between the mobile device MS and the ith transceiver base station BTS is defined according to equation (30).

Figure 112005011470349-pct00031
Figure 112005011470349-pct00031

상기 i번째 BTS에 의해 전송되고 상기 모바일 디바이스(MS)에 의해 수신된 신호의 도착 각도는 방정식(31)에 따라 정의된다.The arrival angle of the signal transmitted by the i-th BTS and received by the mobile device MS is defined according to equation (31).

Figure 112005011470349-pct00032
Figure 112005011470349-pct00032

x,y(데카르트) 와 di, ψi(래디컬) 좌표들 사이의 변환은 후술할 공식들에 의해서 완성된다. The conversion between x, y (Cartesian) and d i , ψ i (radical) coordinates is completed by the formulas described below.

Figure 112005011470349-pct00033
Figure 112005011470349-pct00033

상기 실시예에서 설명된 바와 같이 상기 위치 결정 알고리즘들은 특정 레벨 관측들을 프로세싱하여 상기 MS 위치를 추정한다. 그러한 관측들은 상기 MS에 의해 수행되는 신호 강도 측정들로부터 획득된다. 이 구역은 상기 MS에 의해 수행되는 신호 강도 측정들의 모델로부터 레벨 관측들에 대한 모델을 유도한다. 그러한 측정들은, 정의에 의한 수신 신호들의 평균 전력의 추정들이다. 특정 좌표 (x,y)에서 모바일 디바이스에 의해 i번째 기지국으로부터 수신되는 평균 전력을 계산하기 위한 일반적인 모델은 다음과 같다(모든 수량들은 dB로 나타낸다):As described in the above embodiment, the location determination algorithms process specific level observations to estimate the MS location. Such observations are obtained from signal strength measurements performed by the MS. This zone derives a model for level observations from the model of signal strength measurements performed by the MS. Such measurements are estimates of the average power of the received signals by definition. The general model for calculating the average power received by the mobile device from the i < th > base station at a specific coordinate (x, y) is as follows (all quantities are in dB):

Figure 112005011470349-pct00034
Figure 112005011470349-pct00034

여기서,here,

Pi r(x,y)는 위치 (x,y)에서 상기 MS에 의해 수신된 신호의 전력이다;P i r (x, y) is the power of the signal received by the MS at the location (x, y);

Pi t는 BTS 전송 전력이다;P i t is the BTS transmit power;

Gi r(x,y)는 i번째 BTS의 방향에서의 MS 안테나 이득이다;G i r (x, y) is the MS antenna gain in the direction of the i th BTS;

Gi t(x,y)는 MS의 방향으로의 i번째 BTS의 안테나 이득이다.G i t (x, y) is the antenna gain of the i th BTS in the direction of the MS.

PLi(x,y)는 MS와 BTS 사이의 전달 경로에 의해 결정되는 경로-손실이다;PL i (x, y) is the path-loss determined by the transfer path between the MS and the BTS;

상기 용어 "손실들i"는 안테나 공급기, 케이블, 듀플렉스, 분배기 등에 의한 손실들을 고려한다. The term "losses i " takes into account losses by antenna feeder, cable, duplex, splitter, and the like.

ui(x,y)는 i번째 BTS에 의해 전송되는 신호에 영향을 미치는 셰도우 페이딩이다. 이는 일반적으로 표준 편차 σi u로 로그-정규 분포(즉, 데시벨로 측정된 ui(x,y)는 가우시안 랜덤 변수이다)를 가지는 랜덤 변수로서 모델된다. σi u에 대한 전형적인 수치는 5부터 10데시벨까지의 범위이다:u i (x, y) is the shadow fading that affects the signal transmitted by the i th BTS. It is generally modeled as a random variable with a log-normal distribution (ie u i (x, y) measured in decibels is a Gaussian random variable) with a standard deviation σ i u . Typical values for σ i u range from 5 to 10 decibels:

Figure 112005011470349-pct00035
Figure 112005011470349-pct00035

방정식(33)은 관측된 레벨(또는 수신된 레벨 RXLEV) 측정들로부터 유도된 관측들에 의하여 모바일들을 위치시키는 기술을 연구하기 위한 시작 포인트이다. 이는, 일반적으로 안테나 방사 패턴들, 경로 손실 및 랜덤 변동들과 같은 전달에 영향을 미치는 몇몇 파라미터들의 도입을 허용하기에 일반적인 충분한 모델이다.Equation 33 is the starting point for studying a technique for positioning mobiles by observations derived from observed level (or received level RXLEV) measurements. This is generally a general enough model to allow the introduction of some parameters that affect the transmission, such as antenna radiation patterns, path loss and random variations.

안테나 이득들은 일반적으로, 안테나가 전송기와 연결될 때 상기 안테나에 의해 방사되는 전력의 각도 분포를 설명하는 각도 θ의 함수로써 분석적으로 표현된다. 방향성 안테나들의 경우에 있어서, 최대 이득의 방향은 방향 θ=0에 의해 식별된다:Antenna gains are generally represented analytically as a function of angle θ describing the angular distribution of power radiated by the antenna when the antenna is connected with the transmitter. In the case of directional antennas, the direction of maximum gain is identified by direction θ = 0:

Figure 112005011470349-pct00036
Figure 112005011470349-pct00036

상기 안테나 이득 G(θ)는 최대 안테나 이득 Gmax와 방사된 전력의 각도 분포 를 설명하는 방사 패턴 AP(θ)를 정의하는 상수 항의 합으로 분리될 수 있다. The antenna gain G (θ) may be separated by a sum of a constant term defining a radiation pattern AP (θ) that describes an angular distribution of radiated power with the maximum antenna gain G max .

Figure 112005011470349-pct00037
Figure 112005011470349-pct00037

도 4는 본 발명의 실시예에서 사용되는 안테나에 대한 안테나 이득의 그래프를 도시한다. 도 4의 그래프는 안테나 이득 G(θ)를 표현하는 y축과 최대 이득의 각도로부터의 방위를 표현하는 x축을 포함한다. 상기 안테나 이득은 θ=0 라인에 대하여 대칭적이다. 상기 안테나 이득 그래프는 메인 로브(또는 빔)(401) 및 메인 로브의 각 사이드인 4개의 사이드 로브들(또는 빔들)(403, 405, 407, 409)을 포함한다. 상기 메인 로브(401)는 θ=0에 중심을 갖는 최대 이득 Gm을 포함한다. 상기 메인 로브 안테나 이득은 θ=0의 제로 사이드로 급격하게 감소한다. 상기 사이드 로브들(403, 405, 407, 409)은 더 작은 최대 이득을 포함하고, 제1사이드 로브(403)(메인 로브(401)에 바로 근접한 사이드 로브)가 제2사이드 로브(405)(제1사이드 로브(403) 및 제3사이드 로브(407)에 근접한 사이드 로브)보다 더 큰 최대 이득록 가지도록 정렬된다. 상기 제2사이드 로브(405)는 차례로 제3사이드 로브(407)(제2사이드 로브(405)와 제4사이드 로브(409)에 근접한 사이드 로브)보다 더 큰 최대 전력을 가지고, 제3사이드 로브(407)는 제4사이드 로브(제3사이드 로브(407)에 근접한 사이드 로브)보다 더 큰 최대 이득을 가진다. 4 shows a graph of antenna gain for an antenna used in an embodiment of the invention. The graph of FIG. 4 includes a y-axis representing the antenna gain G (θ) and an x-axis representing the orientation from the angle of maximum gain. The antenna gain is symmetrical about the θ = 0 line. The antenna gain graph includes a main lobe (or beam) 401 and four side lobes (or beams) 403, 405, 407, 409 that are each side of the main lobe. The main lobe 401 includes a maximum gain G m centered at θ = 0. The main lobe antenna gain rapidly decreases to the zero side of θ = 0. The side lobes 403, 405, 407, 409 include a smaller maximum gain, and the first side lobe 403 (side lobe immediately adjacent to the main lobe 401) is the second side lobe 405 ( And a maximum gain lock greater than the first side lobe 403 and the side lobe close to the third side lobe 407. The second side lobe 405 in turn has a greater maximum power than the third side lobe 407 (side lobes close to the second side lobe 405 and the fourth side lobe 409), and the third side lobe 407 has a greater maximum gain than the fourth side lobe (the side lobe close to the third side lobe 407).

안테나 방사 패턴들의 분석적인 표현들이 이용가능하지 않을 때, 근사값이 요구된다.When analytical representations of antenna radiation patterns are not available, an approximation is required.

(도 3에 도시된 바와 같이)BTS 안테나의 방위 φi B는 최대 전력이 방사된 방 향을 상술한다. 이는, 주어진 (x,y) MS 좌표, ψi(x,y)(예컨대, BTS가 상기 MS를 "보는" 각도)가 계산될 수 있고 다음과 같이 표현될 수 있는 MS로의 전송 이득을 다운링크할 수 있다는 것을 의미한다.The orientation φ i B of the BTS antenna (as shown in FIG. 3) details the direction in which the maximum power is radiated. This downlinks the transmission gain to the MS, where a given (x, y) MS coordinate, ψ i (x, y) (eg, the angle at which the BTS “sees” the MS) can be calculated and expressed as It means you can do it.

Figure 112005011470349-pct00038
Figure 112005011470349-pct00038

원칙적으로, 만약 MS가 방향성 안테나를 구비하고 상기 안테나의 방위가 알려진다면, 아날로그적인 공식은 상기 MS 측면에서 수신 안테나의 이득을 설명하기 위하여 사용될 수 있다. In principle, if the MS has a directional antenna and the orientation of the antenna is known, an analog formula can be used to account for the gain of the receiving antenna on the MS side.

Figure 112005011470349-pct00039
Figure 112005011470349-pct00039

비록 모바일 디바이스들이 방향성 안테나를 구비하더라도, 상기 MS 안테나의 방위가 알려진다고 가정하는 것은 실질적이지 않다; 따라서 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 MS 안테나 방사 패턴은 후술할 제한을 부과하여 평균 전방향 패턴으로 모델될 수 있다. Although mobile devices have a directional antenna, it is not practical to assume that the orientation of the MS antenna is known; Therefore, in another embodiment of the present invention, the MS antenna radiation pattern may be modeled as an average omnidirectional pattern by imposing limitations to be described later.

Figure 112005011470349-pct00040
Figure 112005011470349-pct00040

(33)에서 (36)과 (37)의 치환은, 수신된 전력에 대하여 다음과 같은 컴팩트한 표현을 나타난다. Substitutions of (33) to (36) and (37) give the following compact representation of the received power.

Figure 112005011470349-pct00041
Figure 112005011470349-pct00041

여기서 부수적인 정의들 Pi t,max 및 APi tr은 이전에 방정식 (4) 및 (5)에서 개별적으로 정의되어 왔다. Incidental definitions P i t, max and AP i tr have been previously defined separately in equations (4) and (5).

방정식(33)에서 경로-손실 PLi에 대한 몇몇 분석적인 표현들은 과학 문헌에서 제안되어 왔다. 사실, 이러한 용어는, 셀룰라 오퍼레이터들이 그들의 네트워크들을 설계하는 것을 기초로 하는 전송 손실 예측 모델들에 기반을 둔다. 기지국에서 모바일로의 신호 이동에 의해 겪는 감쇄를 정확하게 계산하기 위하여, 또한 환경의 지형학 및 형태학 정보를 포함하는 정밀하게 조정된 예측 모델이 고려되어야 한다. 그러나, 지형 맵들이 이용가능하지 않을 때, 단순화된 모델들이 사용되어야 한다. 그러한 이용가능한 전달 모델들은 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 본 발명의 실시예에서의 전달 모델은, 도착 각도(AOA)로부터 의존성이 없는 MS에서 BTS로의 거리 함수로써 경로 손실이다. Some analytical representations of path-loss PL i in equation (33) have been proposed in the scientific literature. In fact, this term is based on transmission loss prediction models based on cellular operators designing their networks. In order to accurately calculate the attenuation experienced by the signal movement from the base station to the mobile, a precisely tuned prediction model, including topographic and morphological information of the environment, must also be considered. However, when terrain maps are not available, simplified models should be used. Such available transfer models are known in the art and the transfer model in an embodiment of the present invention is a path loss as a function of distance from the arrival angle (AOA) to the MS to BTS.

Figure 112005011470349-pct00042
Figure 112005011470349-pct00042

기억해야 할 상기 고려사항으로, 특정 좌표 (x,y)에서 모바일 디바이스(MS)에 의해 i번째 기지국 Pi r로부터 수신된 평균 전력은 다음과 같이 표현될 수 있다. With the locations considered to remember, given coordinates (x, y), the average power received from the i-th base station i P r by a mobile device (MS) in a can be expressed as follows.

Figure 112005011470349-pct00043
Figure 112005011470349-pct00043

여기서 이전의 정의들은; i번째 송수신기지국으로부터의 최대 방사 전력 Pi t,max[방정식(4)], 결합된 전송-수신 안테나 패턴 APi tr[방정식(5)], 모바일 디바이스(MS)와 i번째 송수신기지국(BTS) 간의 경로 손실 PLi[방정식(7)] 및 i번째 BTS에 의해 전송되는 신호에 영향을 미치는 로그-정규 셰도우 페이딩 ui[방정식(34)]은 보유한다(모든 수량들은 dB로 나타낸다):Where the previous definitions are; Maximum radiated power from the ith transceiver station P i t, max [equation (4)], combined transmit-receive antenna pattern AP i tr [equation (5)], mobile device (MS) and ith transceiver station (BTS) Path loss PL i [equation (7)] and log-normal shadow fading u i [equation (34)] affecting the signal transmitted by the i th BTS (all quantities are in dB):

방정식(41)에 의해 설명된 상기 모델로부터 이동시킬 때, 모바일 무선 네트워크에서 레벨 측정으로부터 유도될 수 있고, 본 발명의 실시예에서 사용된 바와 같이 MS 위치 목적들에 사용될 수 있는 상기 관측들을 통계적으로 특징짓고 유도한다. When moving from the model described by equation 41, the observations that can be derived from level measurements in a mobile wireless network and can be used for MS location purposes as used in embodiments of the present invention are statistically determined. Characterize and induce.

알고리즘 A, B 및 C에서 위치 목적들에 대한 본 발명의 실시예에서 사용된 바와 같이, 하나의 측정 또는 관측은 모바일에 의해 수신된 평균 전력 Pi r과 i번째 BTS에 의해 방사된 최대 전력 Pi t,max간의 차이이다.As used in the embodiment of the present invention for location purposes in algorithms A, B and C, one measurement or observation is the average power P i r received by the mobile and the maximum power P radiated by the ith BTS i is the difference between t and max .

Figure 112005011470349-pct00044
Figure 112005011470349-pct00044

이 정의는 MS 위치-독립 정보가 차이 Pi r-Pi t,max에 기반을 둔다는 것과 최대 방사 전력 Pi t,max가 네트워크 형상에 주어진 계산하기 쉬운 합리적인 파라미터라는 사실에 의해 정당화된다. This definition is justified by the fact that the MS position-independent information is based on the difference P i r -P i t, max and that the maximum radiated power P i t, max is a reasonable parameter that is easy to calculate given the network shape.

전달 모델(41)에 따르면, ui(x,y)의 확률적 특성 때문에 Li(di(x,y),ψi(x,y))는 랜덤 변수이다. ui(x,y)가 가우시안 랜덤 변수이기 때문에, Li(di(x,y),ψi(x,y)) 또한 가우시안 랜덤 변수이다. According to the transfer model 41, L i (d i (x, y), ψ i (x, y)) is a random variable because of the probabilistic nature of u i (x, y). Since u i (x, y) is a Gaussian random variable, L i (d i (x, y), ψ i (x, y)) is also a Gaussian random variable.

Figure 112005011470349-pct00045
Figure 112005011470349-pct00045

평균값 μi L(x,y) 및 표준 편차 σi L(x,y)는 다음과 같이 유도될 수 있다.The mean value μ i L (x, y) and the standard deviation σ i L (x, y) can be derived as follows.

Li(x,y)의 평균값은The average value of L i (x, y) is

Figure 112005011470349-pct00046
Figure 112005011470349-pct00046

Li(x,y)의 분산은The variance of L i (x, y) is

Figure 112005011470349-pct00047
Figure 112005011470349-pct00047

i번째 관측의 평균값 및 표준 편차는 상기 MS 좌표들(x,y)에 의존한다. x 및 y 좌표에 의해 조절되는 Li의 확률 밀도 함수(pdf)는 다음과 같이 표현될 수 있다.The mean value and standard deviation of the i th observation depend on the MS coordinates (x, y). The probability density function (pdf) of L i adjusted by the x and y coordinates can be expressed as follows.

Figure 112005011470349-pct00048
Figure 112005011470349-pct00048

MS 위치 추정 목적들을 위한 본 발명의 실시예에 있어서, 서로 다른 BTS's로부터의 레벨 관측들이 사용된다. 이런 이유로, 두 레벨 관측의 공분산은 중요하다. 상기 두 레벨의 공분산은 차례로, 서로 다른 BTS's로부터의 신호 전달에 영향을 미치는 슬로우 페이딩 프로세스들의 교차상관에 의존한다. 종종 상기 슬로우 페이딩 프로세스들은 비상관적으로 고려된다. 그러나, 알려진 바와 같이 특정 상관은 서로 다른 BTS's에서 전송된 신호들 간에 존재한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서, 다음과 같이 정의된 슬로우 페이딩의 교차상관에 대한 모델을 사용한다.In an embodiment of the present invention for MS location estimation purposes, level observations from different BTS's are used. For this reason, the covariance of two level observations is important. The two levels of covariance, in turn, depend on the cross-correlation of slow fading processes that affect signal transmission from different BTS's. Often the slow fading processes are considered uncorrelated. However, as is known, certain correlations exist between signals transmitted at different BTS's. Therefore, in the embodiment of the present invention, a model for cross correlation of slow fading is defined as follows.

Figure 112005011470349-pct00049
Figure 112005011470349-pct00049

따라서, Li(x,y) 및 Lj(x,y)의 공분산은 다음과 같이 보여질 수 있다(x 및 y는 표시의 편의를 위해 무시될 수 있다). Thus, the covariance of L i (x, y) and L j (x, y) can be seen as follows (x and y can be ignored for ease of display).

Figure 112005011470349-pct00050
Figure 112005011470349-pct00050

다중 BTS's, BTS's1,...,BTSN으로부터의 레벨 측정들은, 상기 MS 위치를 측정하기 위한 본 발명의 추가적인 실시예에서 수집되고 사용될 수 있다. 방정식(42)에서 보여진 바와 같이 단일 레벨 측정들은 관측들의 N×1 벡터, L로 적재될 수 있다. Level measurements from multiple BTS's, BTS's 1 , ..., BTS N may be collected and used in a further embodiment of the present invention for measuring the MS position. As shown in equation 42, single-level measurements can be loaded into the N × 1 vector of observations, L.

Figure 112005011470349-pct00051
Figure 112005011470349-pct00051

이는 다변량의 가우시안 분포를 가진다.It has a multivariate Gaussian distribution.

Figure 112005011470349-pct00052
Figure 112005011470349-pct00052

본 발명의 실시예에서 평균값 및 L의 공분산 매트릭스는 이전 방정식들로부터의 결과들을 사용하여 쉽게 계산될 수 있다. In an embodiment of the present invention the covariance matrix of the mean value and L can be easily calculated using the results from the previous equations.

L(x,y)의 평균값은 다음과 같이 쓰여질 수 있다.The average value of L (x, y) can be written as

Figure 112005011470349-pct00053
Figure 112005011470349-pct00053

L(x,y)의 공분산 매트릭스는 다음과 같이 쓰여질 수 있다. The covariance matrix of L (x, y) can be written as

Figure 112005011470349-pct00054
Figure 112005011470349-pct00054

RL(x,y)의 일반적인 요소는 다음과 같다(방정식(28)을 본다)The general elements of R L (x, y) are as follows (see equation (28)):

Figure 112005011470349-pct00055
Figure 112005011470349-pct00055

따라서, x 및 y에 의해 조정되는 L의 확률 밀도 함수는 방정식(54)에서와 같이 쓰여질 수 있다(여기서,

Figure 112005011470349-pct00056
는 공분산 매트릭스 RL(x,y)의 행렬식을 나타낸다.)Thus, the probability density function of L adjusted by x and y can be written as in equation (54), where
Figure 112005011470349-pct00056
Denotes the determinant of covariance matrix R L (x, y).)

Figure 112005011470349-pct00057
Figure 112005011470349-pct00057

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 하나의 단순화한 가정은 동일한 변수를 가질 때 서로 다른 BTS's로부터 슬로우 페이딩을 고려함으로써 만들어질 수 있다:In a further embodiment of the present invention, one simplified assumption can be made by considering slow fading from different BTS's when they have the same variable:

Figure 112005011470349-pct00058
Figure 112005011470349-pct00058

이 가정은 상기 전달이 단일 통신 환경에서 발생하는 곳에서 정확한다. 즉, 통신 환경이 일관적이고 유사한 곳에서 그러하다. 따라서, 서로 다른 BTS's에 영향을 미치는 슬로우 페이딩은 통계학적으로 동일한 속성들을 가진다. 모든 슬로우 페이딩 링크들에 대한 동일한 공분산의 가정은, 공분산 매트릭스 RL(x,y)의 수정된 구조를 초래한다. 상기 공분산 매트릭스의 구조는 (모든 BTS's에 공통된)상기 슬로우 페이딩 분산 σu 2와 위치 의존적인 교차상관 ρu i,j(x,y)에 의존적인 매트릭스 rL(x,y) 간의 곱이 된다. This assumption is correct where the transfer occurs in a single communication environment. That is, where the communication environment is consistent and similar. Thus, slow fading affecting different BTS's has statistically identical properties. The same covariance assumption for all slow fading links results in a modified structure of the covariance matrix R L (x, y). The structure of the covariance matrix is the product of the slow fading variance σ u 2 (common to all BTS's) and the matrix r L (x, y) dependent on the position dependent cross-correlation ρ u i, j (x, y).

Figure 112005011470349-pct00059
Figure 112005011470349-pct00059

Figure 112005011470349-pct00060
Figure 112005011470349-pct00060

상기 정의된 가정을 사용하여, 방정식(54)에서 x 및 y에 의해 조정되는 L의 확률 밀도 함수는 다음과 같이 쓰여질 수 있다.Using the assumptions defined above, the probability density function of L adjusted by x and y in equation 54 can be written as

Figure 112005011470349-pct00061
Figure 112005011470349-pct00061

추가적인 실시예에서, 상기 슬로우 페이딩 프로세스들은 동일한 변수들을 가지기 위하여 뿐만 아니라 비상관적이 되기 위하여 가정된다. 그러한 실시예에 있어서, rL(x,y)는 MS 좌표들에 독립적인 N×N 식별 매트릭스가 된다. In a further embodiment, the slow fading processes are assumed to be uncorrelated as well as to have the same variables. In such an embodiment, r L (x, y) is an N × N identification matrix that is independent of MS coordinates.

Figure 112005011470349-pct00062
Figure 112005011470349-pct00062

그리고 상기 확률 밀도 함수(58)는 다음과 같이 변경된다. And the probability density function 58 is changed as follows.

Figure 112005011470349-pct00063
Figure 112005011470349-pct00063

여기서(방정식(51) 및 (54)를 본다), Where (see equations (51) and (54)),

Figure 112005011470349-pct00064
Figure 112005011470349-pct00064

레벨 차이 관측에 관한 모델Model for Level Difference Observation

방정식(42)에 의해 정의된 i번째 레벨 관측 Li는, i번째 BTS에 의해 전송된 신호에 대하여 상기 MS에 의해 측정된 레벨로부터 얻어진다. 본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 관측들은 기준으로서 얻어진 하나의 BTS로부터 상기 모바일 디바이스들에 의해 측정된 레벨과 또 다른 BTS로부터 모바일 디바이스에 의해 측정된 레벨 간의 차이로부터 유도될 수 있다. The i th level observation L i defined by equation 42 is obtained from the level measured by the MS for the signal transmitted by the i th BTS. In a further embodiment of the invention, the observations may be derived from the difference between the level measured by the mobile devices from one BTS obtained as a reference and the level measured by the mobile device from another BTS.

레벨들의 차이를 사용하는 것은 완전한 레벨 측정들에 있어서 알려지지 않은 공통 성향들을 제거하는데 도움을 준다. 상기 논의된 것들에 유사하게 근접하기 위하여, 이하에서 레벨 차이 측정의 통계적인 특성화를 보여준다. Using the difference in levels helps to eliminate unknown common propensities in complete level measurements. To approach similarly those discussed above, the statistical characterization of the level difference measurement is shown below.

레벨 관측에서의 차이는 (42)에서 정의된 바와 같이 i번째 BTS부터의 레벨 관측과 (이하에서 인덱스 i=1로 정의되는)기준 BTS부터의 레벨 관측 간의 차이로서, 본 발명의 추가적인 실시예에서 정의된다.The difference in level observation is the difference between the level observation from the i-th BTS as defined in (42) and the level observation from the reference BTS (hereinafter defined as index i = 1), in a further embodiment of the present invention. Is defined.

Figure 112005011470349-pct00065
Figure 112005011470349-pct00065

Di는 로그-정규 페이딩의 확률적 특성으로 인한 가우시안 변수이다. D i is a Gaussian variable due to the stochastic nature of log-normal fading.

Figure 112005011470349-pct00066
Figure 112005011470349-pct00066

Di(x,y)의 평균값 및 공분산은 다음과 같이 유도될 수 있다. The mean value and covariance of D i (x, y) can be derived as follows.

상기 Di(x,y)의 평균값은The average value of D i (x, y) is

Figure 112005011470349-pct00067
Figure 112005011470349-pct00067

상기 Di(x,y) 및 Dj(x,y)의 공분산Covariance of D i (x, y) and D j (x, y)

한 쌍의 레벨 차이 관측들 간의 공분산은, 위치 결정 알고리즘이 결합된 다중 레벨 차이 측정들을 사용하기 때문에 본 발명의 실시예에서 요구된다. Di(x,y)와 Dj(x,y) 사이의 일반적인 공분산 정의는(x 및 y는 기수법을 단순화하기 위하여 무시된다):Covariance between a pair of level difference observations is required in an embodiment of the present invention because the location algorithm uses combined multi level difference measurements. The general covariance definition between D i (x, y) and D j (x, y) is ignored (x and y are ignored to simplify the notation):

Figure 112005011470349-pct00068
Figure 112005011470349-pct00068

i=j가 i번째 차이 관측의 변수일 때 결과적인 상기 항 (σi D)2는:When i = j is a variable of the i-th difference observation, the resulting term (σ i D ) 2 is:

Figure 112005011470349-pct00069
Figure 112005011470349-pct00069

여기서, ρ1,i u는 방정식(47)에 정의된 BTS1 및 BTSi로부터의 전달에 영향을 미치는 슬로우 페이딩 간의 교차상관이다. Where ρ 1, i u is the cross-correlation between slow fading affecting transfer from BTS 1 and BTS i defined in equation (47).

i≠j에 대한 항은 다음과 같이 계산될 수 있다.The term for i ≠ j can be calculated as follows.

Figure 112005011470349-pct00070
Figure 112005011470349-pct00070

따라서, 본 발명의 실시예에서 두 레벨 차이 관측들 간의 공분산은 다음과 같이 정리될 수 있다.Therefore, in an embodiment of the present invention, the covariance between two level difference observations can be summarized as follows.

Figure 112005011470349-pct00071
Figure 112005011470349-pct00071

x 및 y에 의해 조정되는 Di의 확률 밀도 함수는 다음과 같이 표현될 수 있다. The probability density function of D i adjusted by x and y can be expressed as follows.

Figure 112005011470349-pct00072
Figure 112005011470349-pct00072

다중 BTS's, BTS1,...,BTSN부터의 측정들은 MS 위치를 추정하기 위해 수집되고 사용될 수 있다. 본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 레벨 차이 관측들은 관측들의 (N-1)×1 벡터 D로 적재될 수 있다.Measurements from multiple BTS's, BTS 1 , ..., BTS N can be collected and used to estimate the MS location. In a further embodiment of the invention, the level difference observations may be loaded with (N-1) × 1 vector D of observations.

Figure 112005011470349-pct00073
Figure 112005011470349-pct00073

이는 다변량의 가우시안 분포를 가진다.It has a multivariate Gaussian distribution.

Figure 112005011470349-pct00074
Figure 112005011470349-pct00074

D의 평균값 및 공분산는 상기 정의된 결과들로부터 쉽게 계산될 수 있다.The mean value and covariance of D can be easily calculated from the results defined above.

D(x,y)의 평균값Average of D (x, y)

Figure 112005011470349-pct00075
Figure 112005011470349-pct00075

D(x,y)의 공분산 매트릭스Covariance matrix of D (x, y)

Figure 112005011470349-pct00076
Figure 112005011470349-pct00076

RD(x,y)의 일반적인 요소(방정식(68)을 본다).General elements of R D (x, y) (see equation (68)).

Figure 112005011470349-pct00077
Figure 112005011470349-pct00077

x 및 y에 의해 조정된 D의 후술할 확률 밀도 함수의 결과는 다음과 같다.The result of the following probability density function of D adjusted by x and y is as follows.

Figure 112005011470349-pct00078
Figure 112005011470349-pct00078

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 서로 다른 BTS's로부터의 슬로우 페이딩은 동일한 분산을 가진다고 가정된다.In a further embodiment of the invention, slow fading from different BTS's is assumed to have the same variance.

Figure 112005011470349-pct00079
Figure 112005011470349-pct00079

공분산 매트릭스 RD(x,y)의 요소들은 다음과 같이 된다.The elements of the covariance matrix R D (x, y) are

Figure 112005011470349-pct00080
Figure 112005011470349-pct00080

더욱이, 본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 만약 슬로우 페이딩 프로세스들이 비상관적이라면, i≠j일 때 i,j≠1이고 ρu i,j=0이기 때문에 방정식(77)에서 ρu 1 ,iu 1,j이다; 따라서 RD의 일반적인 요소는 다음과 같이 된다.Furthermore, in a further embodiment of the present invention, if slow fading processes are uncorrelated, ρ u 1 , i in equation (77) because i, j ≠ 1 and ρ u i, j = 0 when i ≠ j. = ρ u 1, j ; Thus, the general element of R D becomes

Figure 112005011470349-pct00081
Figure 112005011470349-pct00081

상기 공분산 매트릭스는 다음과 같이 쓰여질 수 있다.The covariance matrix can be written as follows.

Figure 112005011470349-pct00082
Figure 112005011470349-pct00082

여기서 Ⅰ와 1은 두 (N-1)×(N-1) 매트릭스이다.Where I and 1 are two (N-1) × (N-1) matrices.

Figure 112005011470349-pct00083
Figure 112005011470349-pct00083

비상관적이고 동일한 변수를 가지는 슬로우 페이딩의 가정을 사용하여, 확률 밀도 함수(pdf)(75)는 다음과 같이 쓰여질 수 있다. Using the assumption of slow fading that is uncorrelated and has the same variable, the probability density function (pdf) 75 can be written as follows.

Figure 112005011470349-pct00084
Figure 112005011470349-pct00084

매트릭스 rD의 행렬식 및 그것의 역행렬은 명백하게 계산될 수 있다.The determinant of matrix r D and its inverse can be computed explicitly.

Figure 112005011470349-pct00085
Figure 112005011470349-pct00085

정의들 (70) 및 (72)와 (81)에서 지수의 인수에서 얻어지는 rD -1의 표현을 치환하여, 다음과 같은 결과를 얻는다. By substituting the representation of r D -1 obtained from the argument of the exponent in definitions 70 and 72 and 81, the following results are obtained.

Figure 112005011470349-pct00086
Figure 112005011470349-pct00086

본 발명의 실시예에서 사용되는 위치 결정 알고리즘들은, 상기에서 정의된 레벨 및 레벨 차이 관측에 대한 최대 가망성(ML) 원리의 애플리케이션들이다. 앞서 논의된 바와 같이 최대 가망성 원리는 추정 이론에서 널리 사용되는 방법이다. 상 기 최대 가망성 원리의 간결한 검토는 다음과 같다. Positioning algorithms used in the embodiment of the present invention are applications of the maximum likelihood (ML) principle for level and level difference observations defined above. As discussed above, the maximum likelihood principle is a widely used method in estimation theory. A brief review of the maximum likelihood principle follows.

만약 x∈D가 특정 도메인 D에 정의된 알려지지 않은 랜덤 파라미터라면, y는 관측된 랜덤 파라미터이다. 상기 최대 가망성(ML)의 원리는 x 및 y의 결합된 확률 밀도 함수(pdf)를 최대화하여 x의 추정을 제공한다. If x ∈ D is an unknown random parameter defined in a particular domain D, y is the observed random parameter. The principle of maximum likelihood (ML) maximizes the combined probability density function (pdf) of x and y to provide an estimate of x.

Figure 112005011470349-pct00087
Figure 112005011470349-pct00087

상기 ML 추정들은 f(x,y), Λ(x)=lnf(x,y)의 특성 알고리즘을 최대화하여 계산될 수 있다; 일반적으로 로그-가망성 함수로 언급될 수 있다:The ML estimates can be calculated by maximizing the characteristic algorithm of f (x, y), Λ (x) = lnf (x, y); In general, it can be referred to as a log-likelihood function:

Figure 112005011470349-pct00088
Figure 112005011470349-pct00088

f(x,y)를 미지수 x, f(y│x) 및 미지수 x에 대한 이전 확률 밀도 함수 f(x)가 주어진 관측의 사후 확률 밀도 함수 y의 곱으로서 즉, 제1미지수 x의 확률 밀도 함수 f(x)는 제1미지수 x에 조건적인 관측 y의 확률 밀도 함수, f(y|x)에 의해 곱해진다. 로그-가망성 함수의 유사한 확장은 Λ(x)=ln f(y|x)+ln f(x)가 된다. 두 경우에 있어서, 상기 ML 추정들은 후술할 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에서 계산될 수 있다.f (x, y) is the product of the posterior probability density function y of the observation given the unknown x, f (y│x) and the previous probability density function f (x) for the unknown x, that is, the probability density of the first unknown x The function f (x) is multiplied by the first unknown x by the probability density function f (y | x) of the conditional observation y. A similar extension of the log-likelihood function is Λ (x) = ln f (y | x) + ln f (x). In both cases, the ML estimates can be calculated in an embodiment of the present invention to solve the problem described below.

Figure 112005011470349-pct00089
Figure 112005011470349-pct00089

미지수 x에 대한 이전의 확률 밀도 함수가 이용가능하지 않다면, f(x)는 무시될 수 있고(또는 동등하게, x는 도메인 D에 균일하게 분포될 수 있도록 가정될 수 있다), 방정식(87)에 보여진 방정식(86)의 단순화된 형식을 초래한다. If the previous probability density function for unknown x is not available, f (x) can be ignored (or equally, x can be assumed to be uniformly distributed in domain D), and equation (87) This results in a simplified form of equation (86) shown in.

Figure 112005011470349-pct00090
Figure 112005011470349-pct00090

신호 레벨 측정들을 가지는 MS 위치의 문맥에 있어서, 상기 관측 y는 (49)에 정의된 레벨 관측들의 벡터이거나In the context of an MS location with signal level measurements, the observation y is a vector of level observations defined in (49) or

Figure 112005011470349-pct00091
Figure 112005011470349-pct00091

또는 (70)에서 정의된 레벨 차이 관측 D의 벡터이다.Or a vector of level difference observation D defined at 70.

Figure 112005011470349-pct00092
Figure 112005011470349-pct00092

추정된 x가 되기 위한 파라미터는 본 발명의 실시예에서 슬로우 페이딩의 추정된 분산 σu 2와 함께 추정된 MS 좌표들 (x,y)를 포함한다.The parameter to be an estimated x includes estimated MS coordinates (x, y) with an estimated variance σ u 2 of slow fading in an embodiment of the invention.

Figure 112005011470349-pct00093
Figure 112005011470349-pct00093

레벨 관측들 L 및 레벨 차이 관측들 D 모드는 다변량 가우시안 랜덤 변수들로서 모델될 수 있다고 상기에서 보여진다. 그러한 환경들에서, 상기 ML 기준(84)은 좀더 단순화될 수 있다. 만약 미지수 파라미터 x에 의해 조정된 관측 y∈RM ×1은 M-변량 가우시안 랜덤 변수이고 상관 매트릭스 Ry∈RM ×M이라면, x에 의해 조정된 관측 y의 확률 밀도 함수는 It is shown above that the level observations L and the level difference observations D mode can be modeled as multivariate Gaussian random variables. In such circumstances, the ML criterion 84 may be simplified further. If the observation y∈R M × 1 adjusted by the unknown parameter x is the M-variable Gaussian random variable and the correlation matrix R y ∈R M × M, then the probability density function of the observation y adjusted by x is

Figure 112005011470349-pct00094
Figure 112005011470349-pct00094

여기서 x부터의 Ry 및 my의 의존성은 명백히 나타내진다. fy |x(y|x)는Here the dependence of R y and m y from x is clearly shown. f y | x (y | x) is

Figure 112005011470349-pct00095
Figure 112005011470349-pct00095

그리고 x의 ML 추정은 다음과 같이 ML 기준(89)에 따라 계산될 수 있다. And the ML estimate of x can be calculated according to ML criteria 89 as follows.

Figure 112005011470349-pct00096
Figure 112005011470349-pct00096

따라서, 레벨 관측들 및 레벨 차이 관측들이 상기에서 유도된 가우시안 통계 모델을 따를 때, 방정식(93)은 MS 위치 추정에 대한 ML 기준을 제공한다. 단순성을 위하여, 후술한 예시는 서로 다른 BTS's로부터의 슬로우 페이딩 분산이 동일하다고 가정되는 경우에 제한된다(상기 관측들에 대한 통계적인 모델들은 상기에서 설명된다).Thus, when level observations and level difference observations follow the Gaussian statistical model derived above, equation 93 provides an ML criterion for MS location estimation. For simplicity, the examples described below are limited when the slow fading variances from different BTS's are assumed to be the same (statistic models for the observations are described above).

N 레벨 관측들이 고려되고, 슬로우 페이딩의 분산이 모든 관측들에 대하여 동일하다고 가정될 때, 가우시안 미지수에 대한 ML 기준(93)은 본 발명의 실시예에 있어서 y, my(x), Ry(x) 및 M에 대한 후술할 정의에 따른다. When N level observations are considered and the variance of slow fading is assumed to be the same for all observations, the ML criterion 93 for the Gaussian unknown is y, m y (x), R y in the embodiment of the present invention. Follow the definitions below for (x) and M.

Figure 112005011470349-pct00097
Figure 112005011470349-pct00097

여기서,

Figure 112005011470349-pct00098
및 RL(x,y)은 레벨 관측 L의 공분산 매트릭스이다. 따라서 x, y 및 σu 2를 추정하기 위한 ML 기준은:here,
Figure 112005011470349-pct00098
And R L (x, y) is the covariance matrix of the level observations L. Thus, the ML criteria for estimating x, y and σ u 2 are:

Figure 112005011470349-pct00099
Figure 112005011470349-pct00099

N 레벨 관측들이 고려되고, 상기 슬로우 페이딩이 모든 관측들에 대하여 동 일한 분산과 비상관적이라고 가정될 때, 가우시안 미지수에 대한 ML 기준(93)은 본 발명의 실시예에 있어서 y, my(x), Ry(x) 및 M에 대한 후술할 정의를 따른다. When N level observations are considered and the slow fading is assumed to be uncorrelated with the same variance for all observations, the ML criterion 93 for the Gaussian unknown is y, m y (x ), R y (x) and M are defined below.

Figure 112005011470349-pct00100
Figure 112005011470349-pct00100

x, y 및 σu 2를 추정하기 위한 ML 기준은:The ML criteria for estimating x, y and σ u 2 are:

Figure 112005011470349-pct00101
Figure 112005011470349-pct00101

또는 방정식 61에 주어진 ∥L-mL∥의 수치들을 삽입하는 것에 의해 아날로그적으로 될 수 있다. Or analogously by inserting the values of L-mL given in equation 61.

Figure 112005011470349-pct00102
Figure 112005011470349-pct00102

본 발명의 실시예에 있어서, σu 2은 개별적으로 추정될 수 있다. 고정된 x 및 y에 대하여, 이러한 σu 2의 추정은 함수

Figure 112005011470349-pct00103
의 (엄밀히 양수의)최소값을 찾는 것과 동일하다. σu 2의 추정값은 다음과 같다. In an embodiment of the present invention, sigma u 2 can be estimated separately. For fixed x and y, this estimate of σ u 2 is a function
Figure 112005011470349-pct00103
Equivalent to finding the (strictly positive) minimum of. The estimated value of σ u 2 is

Figure 112005011470349-pct00104
Figure 112005011470349-pct00104

본 발명의 실시예에 있어서 x 및 y의 ML 추정은 후술할 최소화 문제를 해결하여 찾아질 수 있다. In the embodiment of the present invention, ML estimation of x and y can be found by solving the minimization problem described later.

Figure 112005011470349-pct00105
Figure 112005011470349-pct00105

여기서, Dxy는 x 및 y 존재의 도메인이다. Where D xy is the domain of x and y present.

상기 도메인 Dxy는 본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 예컨대, 네트워크 기반 소프트웨어 솔루션(Network Based Software Solutions:NBSS's)의 구현에 이용가능한 임의의 부가적인 위치 결정 정보를 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 만약 서빙 BTS의 셀 신원이 알려진다면, 본 발명의 실시예에서 Dxy는 그러한 BTS에 의해 제공되는 지형적인 지역으로서 정의될 수 있다. 만약 부가적으로 타이밍 진보 또한 이용가능하다면, 추가적인 실시예에 있어서 Dxy는 주어진 CI에 의해 식별되는 BTS의 서빙 영역의 교차점에 의해 결정되는 지형적인 지역으로서 정의될 수 있다. 추가적인 실시예에 있어서, 예컨대, 본 기술분야에서 알려진 기술들을 사용하여 서빙 BTS 좌표에 원점을 가지고 TA 수치에 따라 결정되는 내부/외부 반지름을 가지는 Dxy는 원형 크라운 또는 링으로 정의될 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 예를 들어 CI 및 TA를 따라 x 및 y의 도메인을 제한하는 것은 두가지 장점을 가진다: 첫째는 TA 정보가 음함수로 고려되는 것이다; 두번째는 최소화 알고리즘의 수렴이 더 빠르게 이루어지는 것이다. The domain D xy may be determined in any further embodiment of the invention using, for example, any additional location information available for the implementation of Network Based Software Solutions (NBSS's). For example, if the cell identity of the serving BTS is known, in an embodiment of the present invention, D xy may be defined as the geographic area provided by such BTS. If additionally timing advances are also available, in further embodiments D xy may be defined as a topographic area determined by the intersection of the serving areas of the BTS identified by a given CI. In a further embodiment, D xy , having an origin in the serving BTS coordinates and having an inner / outer radius determined according to the TA value, for example using techniques known in the art, can be defined as a circular crown or ring. In an embodiment of the invention, for example, restricting the domains of x and y along CI and TA has two advantages: first, TA information is considered an implicit function; Second, convergence of the minimization algorithm is faster.

N-1 레벨 차이 관측들이 고려되고 슬로우 페이딩이 모든 관측들에 대해 동일한 분산과 비상관적이라고 가정될 때, 가우시안 미지수에 대한 ML 기준(93)은 후술할 y, my(x), Ry(x) 및 M에 대한 정의에 적용된다:When N-1 level difference observations are considered and slow fading is assumed to be the same variance and uncorrelation for all observations, the ML criterion 93 for the Gaussian unknown is y, m y (x), R y ( applies to the definitions of x) and M:

Figure 112005011470349-pct00106
Figure 112005011470349-pct00106

여기서, rD는 후술할 (MS 좌표에 독립적인)(N-1)×(N-1) 매트릭스이다.Here, r D is a (N-1) × (N-1) matrix (independent of MS coordinates) to be described later.

Figure 112005011470349-pct00107
Figure 112005011470349-pct00107

x, y 및 σu 2를 추정하기 위한 ML 기준은 상기 결과(83)를 이용하여 유도될 수 있다. ML criteria for estimating x, y and σ u 2 can be derived using the result 83.

Figure 112005011470349-pct00108
Figure 112005011470349-pct00108

여기서here

Figure 112005011470349-pct00109
Figure 112005011470349-pct00109

그리고And

Figure 112005011470349-pct00110
Figure 112005011470349-pct00110

Dxy는 x 및 y 존재의 도메인이다. Dxy에 대한 몇몇 가능한 정의들은 후에 주어진다. D xy is the domain of x and y presence. Some possible definitions for D xy are given later.

예컨대 수치들 CI 및 TA에 따라 x 및 y의 도메인을 제한하는 것은 두가지 장점을 가진다: 첫째는 TA 정보가 음함수로 고려된다는 것이다; 두번째는 최소화 알고리즘의 수렴이 더 빠르게 이루어진다는 것이다. For example, limiting the domain of x and y according to the values CI and TA has two advantages: first, the TA information is considered an implicit function; The second is that convergence of the minimization algorithm is faster.

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, ML 기준의 대안적인 해석이 존재한다. 미지수 x 및 관측 z의 결합 확률 밀도 함수 f(x,y)는 조건부 확률 밀도 함수 f(x|z) 및 상기 관측의 여유 확률 밀도 함수의 곱으로 쓰여질 수 있다. 로그-가망성 함수는 Λ(x)=lnf(x|z)+lnf(z)로 쓰여질 수 있고, ML 추정은 후술할 문제를 풀기 위하여 계산될 수 있다. In a further embodiment of the invention, there is an alternative interpretation of the ML criteria. The combined probability density function f (x, y) of the unknown x and the observation z can be written as the product of the conditional probability density function f (x | z) and the marginal probability density function of the observation. The log-likelihood function can be written as Λ (x) = lnf (x | z) + lnf (z), and the ML estimate can be calculated to solve the problem to be described later.

Figure 112005011470349-pct00111
Figure 112005011470349-pct00111

제2동일성은 f(z)가 x에 의존적이지 않기 때문에 유지된다. 만약 x의 최대 가망성 추정이 도메인 D 내부에 있다면, 이는 후술할 방정식의 근으로서 계산될 수 있다.The second identity is maintained because f (z) is not dependent on x. If the maximum likelihood estimate of x is inside domain D, it can be calculated as the root of the equation to be described later.

Figure 112005011470349-pct00112
Figure 112005011470349-pct00112

본 발명의 추가적인 실시예에서 사용되는 위치 결정 방법은, 관측 z가 서빙 BTS로부터 CI 및 TA 정보와, 연관된 모든 BTS's로부터 CI's 및 RXLEV's (수신된 레벨) 수치들을 포함하고, x가 상기 MS의 미지수 좌표를 포함하는 곳에서 (106)에서 정의된 바와 같이 최대 가망성 기준을 기초로 한다. The method of positioning used in a further embodiment of the invention, wherein the observation z includes CI and TA information from the serving BTS, CI's and RXLEV's (received levels) values from all associated BTS's, and x is the unknown coordinate of the MS. Based on maximum likelihood criteria as defined at 106 where

Figure 112005011470349-pct00113
Figure 112005011470349-pct00113

위치 서비스 애플리케이션에 있어서, 특정 셀의 CI 지식은 BTS 안테나의 지형적인 좌표뿐만 아니라 안테나 방위, 셀 폭, 전송 전력 등과 같이 알려진 다른 파라미터들도 포함한다. In a location service application, the CI knowledge of a particular cell includes not only the geographical coordinates of the BTS antenna, but also other known parameters such as antenna orientation, cell width, transmit power, and the like.

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, MS 좌표들의 ML 추정은 후술할 최소화 문제를 해결함으로써 결정된다. In a further embodiment of the present invention, ML estimation of MS coordinates is determined by solving the minimization problem described below.

Figure 112005011470349-pct00114
Figure 112005011470349-pct00114

또는, 대안적으로, 후술한 연립 방정식들의 도메인 D 내에서 근들을 계산함으로써 결정된다. Or, alternatively, it is determined by calculating the roots in domain D of the simultaneous equations described below.

Figure 112005011470349-pct00115
Figure 112005011470349-pct00115

ML 원리를 적용하기 위하여, 상기 표현된 형식에 있어서, 솔루션 D의 도메인 및 조건부 확률 밀도 함수 f(x,y|z)는 결정될 필요가 있다. 이들은 이하에서 설명된다. In order to apply the ML principle, in the form expressed above, the domain and conditional probability density function f (x, y | z) of solution D needs to be determined. These are described below.

D는 위치 결정 방법들이 솔루션 x=[x,y]T에 대한 문서 룩에서 설명된 도메인이다. (109)에서 D는 핸드셋이 가능하게 위치될 수 있는 지역에서 몇몇 기존 정보 를 이용하여 정의될 수 있다. 몇몇 확률들이 존재한다: 본 발명의 실시예에서 사용되는 그러한 4가지 방법들은 이하에서 설명된다. D is the domain where the location determination methods are described in the document look for solution x = [x, y] T. At 109, D may be defined using some existing information in the area where the handset may be located. There are several probabilities: four such methods used in embodiments of the present invention are described below.

1. 서빙 셀의 셀 신원(CI)로부터 결정된 D1.D determined from the cell identity (CI) of the serving cell

이 경우에 있어서, D는 핸드셋이 가장 적합하게 위치된 서빙 셀에 연결되는 지형적인 지역을 나타낸다. 따라서, D는 서빙 셀 CI 정보에 기초한 위치 추정과 연관된 신뢰 지역으로 정의될 수 있다. 그러한 신뢰 지역을 결정하기 위한 방법은 이하에서 상세히 설명된다. 도 8은 그러한 신뢰 지역을 도시한다. 상기 신뢰 지역은 동일하지 않은 두 반지름의, 서클 구획들(801, 803) 사이 영역에서의 차이를 포함한다. 공통 원점(805)과 공통 호 각도(807)를 가지는 상기 두 구획들(801, 803)은 후술할 파라미터들의 세트로 정의된다: 원점(805)은 좌표(x0,y0), 내부 반지름 R1, 불특정 반지름 R2, 방위 각도(809)α 및 포함 각도(807) β를 가지는 포인트에 위치한다. In this case, D represents the topographic area where the handset is connected to the serving cell in which it is most suitably located. Thus, D may be defined as a trusted region associated with a location estimate based on serving cell CI information. The method for determining such trust zones is described in detail below. 8 illustrates such a trust zone. The confidence zone includes the difference in the area between the circle compartments 801, 803 of two radii that are not equal. The two compartments 801, 803 having a common origin 805 and a common arc angle 807 are defined by a set of parameters to be described later: origin 805 is coordinate (x 0 , y 0 ), inner radius R 1 , at an unspecified radius R 2 , azimuth angle 809 α and inclusion angle 807 β.

2. 서빙 셀의 셀 신원(CI) 및 타이밍 진보(TA)로부터 결정된 D.2. D. determined from cell identity (CI) and timing advance (TA) of the serving cell.

도 8에 도시된 바와 같이 신뢰 지역의 파라미터들을 정의하기 위한 방법은, 서빙 BTS로부터 CI 및 TA 정보가 이용가능할 때 (특히, TA는 반지름 R1 및 R2에 영향을 미친다) 서빙 셀로부터의 TA가 이용가능할 때, D는 종국적으로 이후에 셀 구획화를 무시하여 제공된 방법으로 결정될 수 있다(즉, α=0 그리고 β=2π로 가정한다) As shown in FIG. 8, a method for defining parameters of a trusted area is used by a TA from a serving cell when CI and TA information is available from the serving BTS (in particular, the TA affects the radius R1 and R2). When possible, D can eventually be determined in the manner provided by ignoring cell partitioning later (ie, assuming α = 0 and β = 2π).

3. 위치 계산에 연관된 모든 셀들의 셀 신원(CI)부터 결정된 D. 3. D. determined from the cell identity (CI) of all cells involved in the position calculation.

상기 위치 추정에 연관된 BTS's의 좌표들은 MS가 위치되는 지형적인 지역의 표시를 그들 자신에게 제공한다. 따라서, D는 예컨대, 상기 위치 계산에 연관된 최외각의 BTS's의 좌표에 꼭지점을 가지는 볼록 다각형에 의하여 정의될 수 있다. 상기 개념은 도 9에 도시된다. 도 9는 4개의 BTS's(901, 903, 905, 907)에 의해 정의되는 D의 경계로 6개의 송수신기지국(BTS)을 도시하며, 그에 따라 4변형(909) 및 D 지역 경계(909) 내에 위치된 두 BTS's(911, 913)를 정의하는 것을 도시한다.The coordinates of the BTS's associated with the location estimate provide themselves with an indication of the geographical area in which the MS is located. Thus, D may be defined, for example, by a convex polygon having a vertex at the coordinates of the outermost BTS's associated with the position calculation. The concept is shown in FIG. FIG. 9 shows six transceiver base stations (BTSs) at the boundaries of D defined by four BTS's 901, 903, 905, 907, and are thus located within quadrilateral 909 and D region boundary 909. FIG. To define two BTS's 911, 913.

4. 수렴 예측 맵들로부터 결정된 D 4. D determined from convergence prediction maps

위치 추정의 신뢰 지역을 결정하기 위하여 출원 PCT/EP01/01147에서 제안된 동일한 기준을 따르면, 서빙 그리고/또는 이웃 셀들에 대한 수렴 예측 맵들은 D를 결정하는데 사용될 수 있다. 만약 상기 서빙 BTS로부터 TA 정보가 이용가능하다면, (도 8에 도시된 바와 같이)내부 반지름 R1 및 외부 반지름 R1+R2로 상기 서빙 BTS 좌표에 중심을 가지는 원형 크라운은 D를 결정하는 수렴 맵에 부가적으로 사용될 수 있다. 도 8은 상기 영역 차이로서 이 영역을 도시한다.According to the same criteria proposed in application PCT / EP01 / 01147 to determine the confidence region of the position estimate, convergence prediction maps for serving and / or neighboring cells can be used to determine D. If TA information is available from the serving BTS, the circular crown centered on the serving BTS coordinates as inner radius R 1 and outer radius R 1 + R 2 (as shown in FIG. 8) converges to determine D. Can be used in addition to the map. 8 shows this area as the area difference.

확률 밀도 함수 f(x,y|z)에 대한 표현들Representations for the probability density function f (x, y | z)

확률 밀도 함수 f(x,y|z)에 대한 몇몇 표현들은 이하에서 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 관측 z는 수신 레벨 관측(RXLEV)에서 기인한 정보를 포함한다. Some representations for the probability density function f (x, y | z) are described in detail below. In an embodiment of the present invention, observation z includes information resulting from reception level observation (RXLEV).

주어진 후술할 정의들:Given below definitions:

● N은 MS 좌표들을 추정하는데 사용되는 수신 레벨 관측(RXLEV's)의 개수이 다. N is the number of reception level observations (RXLEV's) used to estimate the MS coordinates.

● P1 r,...,PN r은 연관된 N BTS's로부터 MS에 의해 측정된 수신 레벨 관측(RXLEV's)으로, 데시벨로 표현된다. P 1 r , ..., P N r are reception level observations (RXLEV's) measured by the MS from the associated N BTS's, expressed in decibels.

P1 t ,max,...,PN t ,max는 데시벨로 측정된 N BTS's로부터의 최대 방사 전력 수치이다. i번째 최대 방사 전력 Pi t,max는 최대 이득 방향으로 i번째 안테나의 출력에서의 최대 전력을 나타낸다. 방정식(4)에서 정의된 바와 같이 상기 수치 Pi t,max는 전송 전력 Pi t, BTS 전송 안테나의 최대 이득 Gi t,max, 안테나 손실, 케이블 손실 등을 포함한다; 모두 dB로 측정된다. 연관된 각 N BTS's에 의해 전송되는 신호들에 의해 겪는 총 (양수의)감쇄는 상기 MS로 전달되는 동안 데시벨로 다음과 같이 표현될 수 있다.P 1 t , max , ..., P N t , max are the maximum radiated power values from N BTS's measured in decibels. The i th maximum radiated power P i t, max represents the maximum power at the output of the i th antenna in the maximum gain direction. As defined in equation (4), the numerical value P i t, max includes the transmit power P i t , the maximum gain G i t, max of the BTS transmit antenna, antenna loss, cable loss, and the like; All are measured in dB. The total (positive) attenuation experienced by the signals transmitted by each of the associated N BTS's can be expressed in decibels during delivery to the MS as follows.

Figure 112005011470349-pct00116
Figure 112005011470349-pct00116

상기 벡터 z=[z1,...,zN]T는 MS 위치가 기준(109) 및 (110)에 따라 추정된다는 것에 기초한 관측을 표현한다. 따라서, 인터레스트의 확률 밀도 함수는 다음과 같다.The vector z = [z 1 , ..., z N ] T represents an observation based on that the MS location is estimated according to criteria 109 and 110. Therefore, the probability density function of the interest is

Figure 112005011470349-pct00117
Figure 112005011470349-pct00117

베이즈 정리를 이용하여, f(x,y|z)는 다음과 같이 표현될 수 있다:Using Bayes' theorem, f (x, y | z) can be expressed as:

Figure 112005011470349-pct00118
Figure 112005011470349-pct00118

(113)에서 필요한 f(z|x,y)는, 소위 다중 레벨 관측 L=[L1,...,LN]T이 본 문서에 정의된 -z에 대응하는 상기 구역으로부터의 결과를 사용하여 계산될 수 있다. f(z|x,y)=fL|x,y(-L|x,y)에 대한 가장 일반적인 표현은, F (z | x, y), which is required at (113), gives the result from the region where so-called multilevel observation L = [L 1 , ..., L N ] T corresponds to -z as defined in this document. Can be calculated using The most common expression for f (z | x, y) = f L | x, y (-L | x, y) is

Figure 112005011470349-pct00119
Figure 112005011470349-pct00119

여기서 Rz(x,y)=E{zzT}-mzmz T=RL(x,y)가 z의 공분산 매트릭스일 때, mZ(x,y)=E{z}=[PL1(d1(x,y)+AP1 tr1(x,y),...,PLN(dN(x,y))+APN trN(x,y))]T=-mL(x,y)은 z(x,y)의 평균값이고, PLi(di(x,y)) 및 APi tri(x,y))는 결합된 전송-수신 안테나 패턴과 i번째 BTS에 의해 전송된 신호와 연관된 경로-손실이고, 각

Figure 112005011470349-pct00120
는 동일 신호의 도착 각도(AOA)이고,
Figure 112005011470349-pct00121
는 MS와 i번째 BTS 사이의 거리이며, (x1,y1),...,(xN,yN)은 연관된 N BTS's의 x,y 좌표들이다. 임의의 다른 이전 정보 없이, 상기 MS 좌표는 D에 균일하게 분포된다고 가정될 수 있다. 이 가정은 후술한 바와 같이 정의된 x 및 y의 결합 확률 밀도 함수를 야기한다:Where R z (x, y) = E {zz T } -m z m z T = R L (x, y) is a covariance matrix of z, m Z (x, y) = E {z} = [ PL 1 (d 1 (x, y) + AP 1 tr1 (x, y), ..., PL N (d N (x, y)) + AP N trN (x, y) )] T = -m L (x, y) is the mean of z (x, y), and PL i (d i (x, y)) and AP i tri (x, y)) are combined Path-loss associated with the transmit-receive antenna pattern and the signal transmitted by the ith BTS, each
Figure 112005011470349-pct00120
Is the arrival angle of the same signal (AOA),
Figure 112005011470349-pct00121
Is the distance between the MS and the i th BTS, and (x 1 , y 1 ), ..., (x N , y N ) are the x, y coordinates of the associated N BTS's. Without any other previous information, the MS coordinates can be assumed to be uniformly distributed in D. This assumption leads to a combined probability density function of x and y defined as follows:

Figure 112005011470349-pct00122
Figure 112005011470349-pct00122

여기서 M(D)는 D의 사이즈이고, D는 앞서 설명된 방법들 중 하나를 사용하여 결정될 수 있다. Where M (D) is the size of D, and D may be determined using one of the methods described above.

(113)에 있어서 (115)의 치환은 f(x,y|z)에 대하여 다음과 같은 표현을 야기한다.Substitution of (115) in (113) causes the following expression for f (x, y | z).

Figure 112005011470349-pct00123
Figure 112005011470349-pct00123

이는 (112)를 사용하여 계산될 수 있다. This can be calculated using 112.

실질적인 구현에 있어서, 최소화 문제(109)에서 (116)을 사용하는 것은 매우 어렵다. 이러한 이유로, f(x,y|z)에 대한 대안적인 근사 정의들이 결정될 필요가 있다. f(x,y|z)는 각 단일 측정 감쇄에 의해 조정된 확률 밀도 함수들의 곱으로서 쓰여질 수 있다. f(x,y|z1),...,f(x,y|zN):In practical implementations, it is very difficult to use 116 in the minimization problem 109. For this reason, alternative approximation definitions for f (x, y | z) need to be determined. f (x, y | z) can be written as the product of the probability density functions adjusted by each single measurement attenuation. f (x, y | z 1 ), ..., f (x, y | z N ):

Figure 112005011470349-pct00124
Figure 112005011470349-pct00124

(117)에 있어서 i번째 확률 밀도 함수는, i번째 셀로부터 측정된 감쇄 zi가주어진 (x,y)의 가망성을 표현한다. i번재 BTS로부터 MS에 의해 수신된 신호가 감쇄 zi를 겪을 때, 물리적으로 f(x,y|zi)는 MS의 공간적인 분포를 표현한다. 이하에서 설명된 본 발명의 일 실시예는, x,y 좌표들이 한 지역에 균일하게 분포되고, 관 측 zi 및/또는 i번째 셀의 무선 수렴 특성들에 의해 정의되는 방식으로 f(x,y|zi)를 정의한다. 또한 이하에서 설명된 본 발명의 추가적인 실시예는, 상기 핸드셋이 BTS 위치로부터 각도적으로 균일하게 분포된다고 가정되나 방사적으로 균일하게 분포되지 않는다고 가정기 때문에, 핸드셋이 균일하게 분포된다고 가정하지 않으나 대신에 i번째 셀이 전방향성이라고 가정된다. In 117, the i th probability density function represents the likelihood of (x, y) given the attenuation z i measured from the i th cell. When the signal received by the MS from the i th BTS undergoes attenuation z i , physically f (x, y | z i ) represents the spatial distribution of the MS. One embodiment of the present invention described below is defined by f (x, y) in such a way that the x, y coordinates are uniformly distributed in an area and defined by the radio convergence characteristics of the observed z i and / or i th cell. y | z i ) Further embodiments of the present invention described below do not assume that the handset is uniformly distributed because it is assumed that the handset is angularly uniformly distributed from the BTS position but not radially uniformly. It is assumed that the i th cell is omni-directional.

f(x,y|zi): 지역 Di를 걸쳐 균일한 분포f (x, y | z i ): uniform distribution over area D i

상기 MS가 i번째 셀에 연관된 특정 지역 Di에 균일하게 분포된다고 가정될 때, f(x,y|zi)는 다음과 같이 표현된다.Assuming that the MS is uniformly distributed in the specific region D i associated with the i th cell, f (x, y | z i ) is expressed as

Figure 112005011470349-pct00125
Figure 112005011470349-pct00125

여기서 M(Di)는 지역 Di의 사이즈이다. 몇몇 확률들이 Di를 결정하기 위하여 존재한다. Where M (D i ) is the size of region D i . Some probabilities exist to determine D i .

1. 커버리지 맵들로부터의 Di 1. D i from coverage maps

만약 커버리지 예측 툴들에 의해 발생된 커버리지가 이용가능하다면, (118)의 Di는 i번째 셀의 가청 영역 Hi로서 정의될 수 있다. 상기 가청 영역은 상기 MS 감도 레벨인 신호 세기로 i번째 BTS에 의해 방사된 신호들이 핸드셋에 도달하는 지형적인 지역을 식별한다. If is generated by the coverage prediction tools coverage if available, D i of 118 may be defined as the audible range H i of the i-th cell. The audible region identifies the topographic region where signals emitted by the i < th > BTS reach the handset at the signal strength, which is the MS sensitivity level.

상기 정의(118)는 단지 i번째 BTS의 신원만을 고려하고, 실제 관측된 감쇄는 사용하지 않는다. 본 발명의 추가적인 실시예는 측정된 감쇄를 포함하여 f(x,y|zi)의 정의를 재조정하고, i번째 BTS에 의해 방사된 신호들이 i번째 BTS로부터 관측된 감쇄로 MS에 도달하는 지형적인 지역을 식별하는 i번째 셀의 커버리지 영역 Ni로 상기 가청 영역을 대체하는 것이다. 실질적인 관점에서, 단일 수치 대신에 감쇄에 대한 수치들의 범위를 고려하는 것이 유익할 수 있다; zi±Δzi를 예로 들면, 감쇄의 랜덤 변동 Δzi를 고려하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, f(x,y|zz)는 Ni에 의해 대체된 Hi로 (118)에서와 같이 동일한 정의를 가진다. The definition 118 only considers the identity of the i th BTS and does not use the actual observed attenuation. A further embodiment of the invention readjusts the definition of f (x, y | z i ), including the measured attenuation, and the topography in which signals emitted by the i th BTS arrive at the MS with the attenuation observed from the i th BTS. It replaces the audible area with the coverage area N i of the i-th cell identifying the in area. In practical terms, it may be beneficial to consider a range of values for attenuation instead of a single value; e. z i Δz i ± example, it is preferable to take into account the random variations in the attenuation Δz i. In this case, f (x, y | z z ) has the same definition as in 118 with H i replaced by N i .

2. Di에 대한 분석적인 표현들2. Analytical Expressions for D i

커버리지 맵들 없이, (118)에서 Di는 다수의 분석적인 함수들로 표현될 수 있다. 하나의 확률은 도 10에 도시된 바와 같이 발생된 구획으로서 Di를 정의하는 것이다. 도 10은 i번째 BTS (xi, yi)의 좌표(1003)에 주어진 원점, 섹터 셀 방위(1005) φi, 두번재 각도 폭의 섹터 폭(1007) 및 (전방) 반지름(1011) Ri F를 가지는 원의 구획(1001)에 의해 정의되는 영역으로서 Di에 의해 정의되는 영역을 도시한다. 상기 정의된 영역은 또한 동일한 원점(1003) 및 (후방) 반지름(1013) Ri B를 가지는 더 작은 원의 영역(1009) 내부에 포함된다. 따라서 영역 Di는 다음과 같이 정의될 수 있다:Without coverage maps, at i can be represented by a number of analytic functions. One probability is to define D i as the generated compartment as shown in FIG. 10. FIG. 10 shows the origin given in coordinates 1003 of i th BTS (x i , y i ), sector cell orientation 1005 φ i , sector width 1007 of second angular width and (forward) radius 1011 R. An area defined by D i is shown as an area defined by a circle section 1001 having i F. The defined area is also contained within the area 1009 of a smaller circle having the same origin 1003 and (rear) radius 1013 R i B. Thus, the area D i can be defined as:

Figure 112005011470349-pct00126
Figure 112005011470349-pct00126

여기서,

Figure 112005011470349-pct00127
는 i번째 BTS에 의해 전송되는 신호의 도착 각도이다. here,
Figure 112005011470349-pct00127
Is the arrival angle of the signal transmitted by the i th BTS.

Di에 대한 정의(119)를 가지며, (118)의 M(Di)는 (Ri F)2Δφi+(π-Δφi)(Ri B)2이다. 가장 일반적인 정의에 있어서, Δφi=π이고 Ri B=0으로 설정함으로써 Di는 섹터 셀을 나타내나, 전방향 셀을 나타낼 수는 없다. Has a definition 119 for D i , and M (D i ) in 118 is (R i F ) 2 Δφ i + (π−Δφ i ) (R i B ) 2 . In the most general definition, by setting Δφ i = π and R i B = 0, D i represents a sector cell, but not an omni-directional cell.

본 발명의 대안적인 실시예에 있어서, Di는 좌표들의 기준점 (xi R, yi R)에 중심을 가지고 세미-축들 σx,i 및 σy,i를 가지는 타원으로서 정의될 수 있다:In an alternative embodiment of the invention, D i may be defined as an ellipse having a center at the reference point of coordinates (x i R , y i R ) and having semi-axes σ x, i and σ y, i :

Figure 112005011470349-pct00128
Figure 112005011470349-pct00128

Di에 대한 정의(120)를 가지며, (118)의 f(x,y|zi)는 일정한 높이

Figure 112005011470349-pct00129
및 타원적인 기반을 가지는 3차원 원통이다. 일반적인 타원적인 정의는 만들어진 섹터 셀들의 커버리지에 대한 근사를 허용하나, 전방향 셀들에 적용될 수는 없다.(i번째 BTS 좌표에 원점 (xR i,yR i)을, (120)에서 σx,iy,i=Ri F를 설 정함으로써, Di는 Δφi=π이고 Ri B=0에 대하여 (119)로 얻어진 것과 동일하다.)Has a definition 120 for D i , and f (x, y | z i ) in (118) is a constant height
Figure 112005011470349-pct00129
And a three-dimensional cylinder with an elliptic base. The general elliptic definition allows an approximation of the coverage of the created sector cells, but cannot be applied to omni-directional cells (origin (x R i , y R i ) at the i th BTS coordinate, and σ x at (120). By setting i = σ y, i = R i F , D i is Δφ i = π and is the same as that obtained in (119) for R i B = 0.)

f(x,y|z): 전방향 셀들에 대한 불균일 분포f (x, y | z): Non-uniform distribution for omnidirectional cells

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)는 MS와 i번째 BTS 사이의 거리 di와, 동일한 BTS부터의 도착 각도 ψi(x,y)의 결합 확률 밀도 함수 f(dii|zi)로부터 다음과 같이 계산될 수 있다. In a further embodiment of the invention, the probability density function f (x, y | z i ) is the combined probability of the distance d i between the MS and the i th BTS and the arrival angle ψ i (x, y) from the same BTS. From the density function f (d i , ψ i | z i ) it can be calculated as follows.

Figure 112005011470349-pct00130
Figure 112005011470349-pct00130

여기서here

Figure 112005011470349-pct00131
Figure 112005011470349-pct00131

후술한 예시에 있어서, 전방향 셀의 경우가 고려된다. 이 예시에 있어서, MS 각도 좌표 ψi는 래디컬 좌표 di에 독립적이고 지역 [-π,π]에 대하여 균일하게 분포된 것으로 가정될 수 있다. 세가지 가정들을 사용하여, f(dii|zi)에 대하여 후술할 단순화된 표현이 정의될 수 있다. In the example described below, the case of the omnidirectional cell is considered. In this example, the MS angular coordinates ψ i can be assumed to be independent of the radical coordinates d i and evenly distributed over the area [−π, π]. Using three assumptions, a simplified representation can be defined below for f (d i , ψ i | z i ).

Figure 112005011470349-pct00132
Figure 112005011470349-pct00132

엄격하게 말해서, i번째 관측된 감쇄 zi는 일반적으로 MS와 i번째 BTS 사이의 거리에 의존할 뿐만 아니라 MS의 방향으로 전송 안테나의 이득에 의존한다. 만 약 상기 셀들이 여기에 가정된 바와 같이 전방향적이라면, 상기 안테나 이득 분포는 무시될 수 있는데, 이는 BTS 안테나가 모든 방향에서 균일하게 방사하고 상기 감쇄가 단지 MS-BTS 거리의 함수로서 고려될 수 있기 때문이다. 이점에서, i번째 감쇄 zi는, 단지 MS와 i번째 BTS 사이의 거리에 의존적인 i번째의 소위 경로-손실 PLi(di)와 동일하다:Strictly speaking, the i-th observed attenuation z i generally depends not only on the distance between the MS and the i-th BTS but also on the gain of the transmitting antenna in the direction of the MS. If the cells are omnidirectional as assumed here, the antenna gain distribution can be ignored, which means that the BTS antenna radiates uniformly in all directions and the attenuation can only be considered as a function of the MS-BTS distance. Because there is. In this respect, the i th attenuation z i is equal to the i th so-called path-loss PL i (d i ), which depends only on the distance between the MS and the i th BTS:

Figure 112005011470349-pct00133
Figure 112005011470349-pct00133

따라서 요약하자면, 전방향 셀들을 가지는 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)는 (121)에 (122), (123) 및 (124)를 삽입하여 다음과 같이 얻어질 수 있다. Thus, in summary, the probability density function f (x, y | z i ) with omni-directional cells can be obtained by inserting (122), (123) and (124) into (121) as follows.

Figure 112005011470349-pct00134
Figure 112005011470349-pct00134

이는, 내부 및 외부 환경에서 평균 수신 신호 전력이 전송기와 수신기 간의 거리를 가지고 대수적으로 감소하는 실험적이고 이론적인 연구들에서 보여져왔다; 따라서 거리 d≥do에서의 경로-손실은 데시벨로 다음과 같이 표현될 수 있다.This has been shown in experimental and theoretical studies in which the average received signal power in the internal and external environment decreases logarithmically with the distance between the transmitter and receiver; Thus, the path-loss at distance d≥d o can be expressed in decibels as

Figure 112005011470349-pct00135
Figure 112005011470349-pct00135

여기서, n은 환경-의존적인 전달 지수이고, do는 "기준 거리에 근접"이며, PL(do)는 전송기로부터의 거리 do에서 겪는 평균 경로-손실이다. 자유 공간에서 n의 수치는 2이나, 그 수치 n은 장애물들의 밀도가 증가할 때 커진다. 테이블 1은 서로 다른 환경에서의 전형적인 경로-손실 지수들을 열거한다. Where n is the environment-dependent transfer index, d o is “close to the reference distance” and PL (d o ) is the average path-loss experienced at the distance d o from the transmitter. In free space, the value of n is 2, but the value n increases as the density of obstacles increases. Table 1 lists typical path-loss indices in different environments.

테이블1Table 1

환경Environment 전달 지수, nTransfer index, n 자유 공간 도시 지역 셀룰라 무선 셰도우 도시 지역 셀룰라 무선 시야의 빌딩 라인에서 빌딩에서 차단된 공장에서 차단된Free space urban area cellular wireless shadow urban area cellular wireless 2 2.7÷3.5 3÷5 1.6÷1.8 4÷6 2÷32 2.7 ÷ 3.5 3 ÷ 5 1.6 ÷ 1.8 4 ÷ 6 2 ÷ 3

do는 또한 상기 환경 기반으로 선택되어야 한다. 셀들이 클 때, do는 일반적으로 1km로 설정된다; 마이크로-셀들의 경우에 있어서, 상기 "기준 거리에 근접"은 일반적으로 더 작다(이는 1m에서 100m까지 변화할 수 있다). 따라서 PL(do)는 실험적인 데이터를 사용하여 본 발명의 실시예에서 계산된다. 이것이 불가능할 때, PL(do)는 자유 공간 경로 손실 법칙을 사용하여 추가적인 실시예에서 추정될 수 있다; 만약 do가 상기 전송기에 충분히 근접하다면, 자유 공간에서 전달의 이상적인 조건은 다음과 같이 가정될 수 있다(λ=c/f는 신호 파장이고, c는 빛의 속도이며, f는 주파수이다):

Figure 112005011470349-pct00136
d o should also be chosen based on the environment. When the cells are large, d o is generally set to 1 km; In the case of micro-cells, the "close to reference distance" is generally smaller (which can vary from 1m to 100m). Thus PL (d o ) is calculated in the embodiment of the present invention using experimental data. When this is not possible, PL (do) can be estimated in further embodiments using the free space path loss law; If d o is close enough to the transmitter, the ideal condition of propagation in free space can be assumed (λ = c / f is the signal wavelength, c is the speed of light, f is the frequency):
Figure 112005011470349-pct00136

상기 모델(126)에 있어서, u는 i번째 셀에 의하여 전송되는 신호에 영향을 미치는 셰도우 페이딩을 나타낸다. 이것은 일반적으로 표준 편차 σu로 로그-정규 분포를 가지는 랜덤 변수로서 모델된다(즉, dB로 측정된 u는 가우시안 랜덤 변수이다:u~N(0,σu)). σu에 대한 전형적인 수치들은 5내지 10 데시벨 범위를 가진다.In the model 126, u represents shadow fading that affects the signal transmitted by the i < th > cell. It is generally modeled as a random variable with a log-normal distribution with a standard deviation σ u (ie, measured in dB is a Gaussian random variable: u ~ N (0, σ u )). Typical values for σ u range from 5 to 10 decibels.

정의하면,If you define it,

Figure 112005011470349-pct00137
Figure 112005011470349-pct00137

상기 모델(126)은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다.The model 126 can be rewritten as follows.

Figure 112005011470349-pct00138
Figure 112005011470349-pct00138

(128)에 따르는 경로-손실에 대하여 잘 알려진 모델은 오쿠무라-하타 모델이며, 여기서 d는 킬로미터로 측정된 MS와 BTS 간의 거리이고, A 및 B는 신호 주파수 f, 기지국 유효 안테나 높이 hB, 모바일 단말기 안테나 높이 hm 및 ("큰 도시" 또는 "작은/중간 도시" 중 어느 하나인)도시 타입의 함수들이다. 상기 오쿠무라-하타 모델은 do=1km, A=PL(do)이고 B=10n로 제공되는 공식(126)과 밀접하다. A well known model for path-loss according to (128) is the Okumura-Hatta model, where d is the distance between MS and BTS measured in kilometers, A and B are signal frequency f, base station effective antenna height h B , Mobile terminal antenna height h m and city type functions (either "big city" or "small / middle city"). The Okumura-Hatta model is close to the formula 126 given by d o = 1 km, A = PL (d o ) and B = 10n.

주어진 경로-손실 PL에 대하여, 상기 거리 d≥d0은 다음과 같은 표현을 가진다. For a given path-loss PL, the distance d≥d 0 has the following expression.

Figure 112005011470349-pct00139
Figure 112005011470349-pct00139

주어진 경로-손실 수치 및 로그-정규 슬로우 페이딩의 가정을 사용하는 것에 대하여, d의 확률 밀도 함수(129)는 알려진 랜덤 변수 변환 기술로 계산될 수 있다:For using a given path-loss figure and the assumption of log-normal slow fading, the probability density function 129 of d can be calculated with a known random variable transformation technique:

Figure 112005011470349-pct00140
Figure 112005011470349-pct00140

여기서 C(d0)는

Figure 112005011470349-pct00141
을 위해 도입된 정규화된 인자이다. Where C (d 0 ) is
Figure 112005011470349-pct00141
Normalized argument introduced for

Figure 112005011470349-pct00142
Figure 112005011470349-pct00142

(125)에 (130)을 삽입하여, i번째 전방향 셀((124)를 참조)로부터의 주어진 관측 감쇄에 대한 x 및 y의 확률 밀도 함수는 다음과 같다:By inserting (130) into (125), the probability density functions of x and y for a given observed attenuation from the i th omnidirectional cell (see 124) are:

Figure 112005011470349-pct00143
Figure 112005011470349-pct00143

Figure 112005011470349-pct00144
에 대하여 유효하다.
Figure 112005011470349-pct00144
Valid against.

도 11은 감쇄 zi=PLi의 서로 다른 수치들에 대하여 방정식(132)를 사용한 확률 밀도 함수들 f(x,y|z)의 연속적인 플롯을 도시한다. 도 11은 확률 밀도 함수가 i번째 BTS 좌표들을 통해 수직축 주변에서 순환적인 대칭성을 가진다는 것을 보여준다. FIG. 11 shows a continuous plot of probability density functions f (x, y | z) using equation 132 for different values of attenuation z i = PL i . FIG. 11 shows that the probability density function has circular symmetry around the vertical axis through the i th BTS coordinates.

경로-손실이 증가함에 따라 확률 밀도 함수가 분산되는 것이 보여질 수 있다. 감쇄의 낮은 수치에서, 확률 밀도 함수 커브들은 i번째 BTS에 근접하고, i번째 BTS로부터의 거리가 증가함에 따라 0으로 급격하게 떨어지는 피크를 만곡시킨다. 감쇄의 더 높은 수치들에 있어서, 상기 확률 밀도 함수 커브들의 피크는 i번째 BTS 좌표들로부터 더 멀리 이동한다. 감쇄의 수치가 증가할 때, 상기 분포는 평평해진다-즉, 상기 피크 확률 밀도 함수 수치는 더 작으나, 상기 확률 밀도 함수의 증가 및 감소 비율은 더 낮다. 이러한 분산은, 감쇄의 더 높은 레벨에서 핸드셋들의 확률이 상기 BTS 위치 증가보다 더 멀다는 제안을 생성한다.It can be seen that the probability density function is dispersed as the path-loss increases. At low values of attenuation, the probability density function curves approach the i-th BTS and curve the peak falling sharply to zero as the distance from the i-th BTS increases. For higher values of attenuation, the peaks of the probability density function curves move further away from the i th BTS coordinates. As the value of attenuation increases, the distribution becomes flat—ie, the peak probability density function value is smaller, but the rate of increase and decrease of the probability density function is lower. This variance produces a proposal that at higher levels of attenuation the probability of handsets is farther than the BTS location increase.

f(x,y|zi): 전방향 셀들에 대한 경험적인 가우시안 분포f (x, y | z i ): empirical Gaussian distribution for omnidirectional cells

본 발명에 실시예에 있어서, 상기 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)(132)는 다음과 같이 정의된 2변수 가우시안 확률 밀도 함수에 의해 근사된다:In an embodiment of the present invention, the probability density function f (x, y | z i ) 132 is approximated by a two-variable Gaussian probability density function defined as:

Figure 112005011470349-pct00145
Figure 112005011470349-pct00145

여기서here

Figure 112005011470349-pct00146
Figure 112005011470349-pct00146

Figure 112005011470349-pct00147
Figure 112005011470349-pct00147

Figure 112005011470349-pct00148
Figure 112005011470349-pct00148

(133)에서 가우시안 확률 밀도 함수를 유도하기 위하여, m과 R(좀더 정확하게, 그것의 행렬식 |R|와 그것의 역행렬 R-1)이 결정되어야 한다. (132)에서 정의된 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)를 가지는 x 및 y의 평균값들은 다음과 같다는 것을 알 수 있다. To derive a Gaussian probability density function at (133), m and R (more precisely, its determinant | R | and its inverse R- 1 ) must be determined. It can be seen that the mean values of x and y with the probability density function f (x, y | z i ) defined at 132 are as follows.

Figure 112005011470349-pct00149
Figure 112005011470349-pct00149

따라서, therefore,

Figure 112005011470349-pct00150
Figure 112005011470349-pct00150

(136)의 상관 매트릭스 R에 대한 표현을 얻기 위하여, 상기 예측된 수치들 E{x2|zi}, E{y2|zi} 및 E{xy|zi}는 계산될 필요가 있다. In order to obtain a representation for the correlation matrix R of 136, the predicted values E {x 2 | z i }, E {y 2 | z i } and E {xy | z i } need to be calculated. .

E{x2|zi}의 분석적인 표현은 다음과 같이 얻어질 수 있다(다음의 제2방정식은 극 좌표들에서 적분을 풀기 위하여 얻어진다:

Figure 112005011470349-pct00151
;
Figure 112005011470349-pct00152
;The analytical representation of E {x 2 | z i } can be obtained as follows (the following second equation is obtained to solve the integral at the polar coordinates:
Figure 112005011470349-pct00151
;
Figure 112005011470349-pct00152
;

Figure 112005011470349-pct00153
Figure 112005011470349-pct00153

여기서,

Figure 112005011470349-pct00154
와 Ii는 각각 상기 제1 및 제3 적분들 나타낸다. here,
Figure 112005011470349-pct00154
And I i represent the first and third integrations, respectively.

Figure 112005011470349-pct00155
Figure 112005011470349-pct00155

상보적인 에러 함수에 대하여 후술할 정의가 사용된다The following definitions are used for the complementary error functions.

Figure 112005011470349-pct00156
Figure 112005011470349-pct00156

아주 유사한 전개로, E{y2|zi}가 후술할 표현을 가진다는 것이 증명될 수 있다:In a very similar development, it can be proved that E {y 2 | z i } has the expression described below:

Figure 112005011470349-pct00157
Figure 112005011470349-pct00157

결국, 상관 항 E{xy|zi}의 분석적인 표현이 얻어질 수 있다:Eventually, an analytic representation of the correlation term E {xy | z i } can be obtained:

Figure 112005011470349-pct00158
Figure 112005011470349-pct00158

방정식(136)에서 주어진 R에 대한 정의에 있어서 결과들 (139), (142) 및 (143)을 사용할 때, 후술할 R은 다음과 같은 결과를 얻는다.When using results 139, 142, and 143 in the definition for a given R in equation 136, R, which will be described below, obtains the following result.

Figure 112005011470349-pct00159
Figure 112005011470349-pct00159

R의 행렬식은

Figure 112005011470349-pct00160
이고 그것의 역행렬은 다음과 같다.The determinant of R is
Figure 112005011470349-pct00160
And its inverse is

Figure 112005011470349-pct00161
Figure 112005011470349-pct00161

상기 결론들로, 방정식(139)에 보여진 바와 같이 가우시안 확률 밀도 함수를 다음과 같이 정의하는 것이 가능하다: With the above conclusions, it is possible to define a Gaussian probability density function as shown in equation 139 as follows:

Figure 112005011470349-pct00162
Figure 112005011470349-pct00162

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 경로-손실 모델(128)의 사용은 근접 거리(예:d<d0) 이하의 거리로 확장되거나 또는, 대안적으로 상기 함수들이 잘 동작하도록 유지되고 d가 0으로 갈 때 확률 밀도 함수가 0이 되려는 경향이 있도록 근 접 거리가 d0→0이 되는 경향을 만든다. 리미트 d0→0일 때, 항

Figure 112005011470349-pct00163
는 1이 되려 한다(실제로, (0.5)erf{c(-∞)}=1), Ci(d0)→1, 그리고In a further embodiment of the present invention, the use of the path-loss model 128 is extended to a distance less than or equal to a distance (e.g., d <d 0 ), or alternatively the functions are maintained to work well and d is When we go to zero, we create a tendency for the proximity to be d 0 → 0 so that the probability density function tends to be zero. When limit d 0 → 0, term
Figure 112005011470349-pct00163
Is going to be 1 (actually, (0.5) erf {c (-∞)} = 1), C i (d 0 ) → 1, and

Figure 112005011470349-pct00164
Figure 112005011470349-pct00164

여기서here

Figure 112005011470349-pct00165
Figure 112005011470349-pct00165

d0→0에 대한 상기 결과를 (133)에 삽입할 때, 후술할 대략적인 가우시안 확률 밀도 함수는 다음의 결과를 얻는다. When inserting the above result for d 0 → 0 into 133, the approximate Gaussian probability density function, which will be described later, obtains the following result.

Figure 112005011470349-pct00166
Figure 112005011470349-pct00166

도 12에서, 경로-손실/감쇄 함수 zi로서 Ii0의 역할이 도시된다. 도 12는 110 내지 145dB의 경로 손실/감쇄 zi에 대하여 0부터 8까지 범위의 Ii0 그래프를 도시한다. 상기 그래프 플롯은, zi=110dB에서 0보다 약간 높은 Ii0를 가지며 초기에 천천히 증가하나 zi가 140dB을 통과할 때 급속하게 증가하는 지수적 타입의 플롯과 유사하다. 12, the route - the role of I i0 is shown as a loss / attenuation function z i. Figure 12 shows a graph in the range from I i0 path loss / attenuation with respect to the z i 0 of 110 to 145dB 8. The graph plot is, z i = i0 I have a slightly higher than zero in 110dB is similar to that of the exponential type is a slow increase in the initial i z increases rapidly as it passes through the 140dB plot.

f(x,y|zi): 전방향 셀들에 대한 비균일 분포f (x, y | z i ): nonuniform distribution for omnidirectional cells

추가적인 실시예에 있어서, 상기 위치 결정 알고리즘들은 전방향 셀에서 비균일 확률 밀도 함수에 적용될 수 있다. 방정식(117)으로부터 상기 항들의 알고리즘들을 취함으로써, 상기 최소화 문제는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다.In a further embodiment, the positioning algorithms may be applied to a non-uniform probability density function in the omni cell. By taking the algorithms of the terms from equation 117, the minimization problem can be rewritten as follows.

Figure 112005011470349-pct00167
Figure 112005011470349-pct00167

또는, 대안적으로Or, alternatively

Figure 112005011470349-pct00168
Figure 112005011470349-pct00168

상기 언급한 바와 같이, 방정식(138)은 대수 경로-손실 모델(128)에 기초한 전방향 셀들에 의해 생성될 수 있는 환경에서 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)를 정의한다. 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)의 정의를 사용하여, 후술할 부분 미분들에 대한 표현들은 다음과 같이 알려질 수 있다.As mentioned above, equation 138 defines a probability density function f (x, y | z i ) in an environment that can be generated by omnidirectional cells based on a logarithmic path-loss model 128. Using the definition of the probability density function f (x, y | z i ), the representations for the partial derivatives to be described later can be known as follows.

Figure 112005011470349-pct00169
Figure 112005011470349-pct00169

여기서here

Figure 112005011470349-pct00170
Figure 112005011470349-pct00170

따라서 상기 MS 위치는 본 발명의 추가적인 실시예에서 반복적으로 후술할 비선형 연립방정식들의 세트를 풀어 추정될 수 있다. Thus, the MS position can be estimated by solving a set of nonlinear simultaneous equations to be repeated later in further embodiments of the present invention.

Figure 112005011470349-pct00171
Figure 112005011470349-pct00171

방정식(154)은 비선형 알고리즘인 알고리즘 D를 정의한다. Equation 154 defines Algorithm D, which is a nonlinear algorithm.

f(x,y|zi): 전방향 셀들에 대한 경험적인 가우시안 분포f (x, y | z i ): empirical Gaussian distribution for omnidirectional cells

상기 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)에 대한 초기 두 가우시안 근사값들이 정의된다. 제1근사값은 방정식(146)에서 fG(x,y|zi)로 제공된다. 그러한 표현을 사용함으로써, 후술할 부분적인 미분들은 다음과 같은 결과를 얻는다. The first two Gaussian approximations for the probability density function f (x, y | z i ) are defined. The first approximation is given by f G (x, y | z i ) in equation (146). By using such a representation, the partial derivatives described below yield the following result.

Figure 112005011470349-pct00172
Figure 112005011470349-pct00172

여기서 R의 행렬식이

Figure 112005011470349-pct00173
로 주어진다. 따라서 상기 MS 위치는 본 발명의 실시예에서 반복적으로 후술할 비선형 연립방정식들의 세트를 풀어 추정될 수 있다. Where R's determinant
Figure 112005011470349-pct00173
Is given by Therefore, the MS position can be estimated by solving a set of nonlinear simultaneous equations to be repeatedly described later in the embodiment of the present invention.

Figure 112005011470349-pct00174
Figure 112005011470349-pct00174

방정식(156)은 비선형 반복적인 알고리즘인 알고리즘 E를 정의한다. 이 섹션 에서 주어진 확률 밀도 함수 f(x,y|zi)에 대한 제2근사값은 방정식(149)에서 fG0(x,y|zi)이다. 이 확률 밀도 함수는 조건 d0→0으로 제한하는 제1 가우시안 근사값 fG(x,y|zi)의 리미트로서 얻어진다. 그러한 표현을 이용하여, 상기 문제는 확연하게 단순화된다; 실제로 후술할 부분 미분은 다음과 같은 결과를 얻는다:Equation 156 defines Algorithm E, a nonlinear iterative algorithm. The second approximation for the probability density function f (x, y | z i ) given in this section is f G0 (x, y | z i ) in equation (149). This probability density function is obtained as a limit of the first Gaussian approximation f G (x, y | z i ) that limits to the condition d 0 → 0. Using such a representation, the problem is significantly simplified; In fact, the partial derivatives described below yield the following results:

Figure 112005011470349-pct00175
Figure 112005011470349-pct00175

여기서 μx,i=xi, μy,i=yi이고 (148)에서 정의된 Ii0는 i번째 감쇄 zi에 의존한다. 상기 결과로, 상기 MS 위치 추정은 본 발명의 실시예에서 하기와 같은 폐쇄형으로 계산될 수 있다. Where μ x, i = x i , μ y, i = y i and I i0 defined at (148) depends on the i th attenuation z i . As a result of this, the MS position estimate can be calculated as closed in the embodiment of the present invention as follows.

Figure 112005011470349-pct00176
Figure 112005011470349-pct00176

방정식(158)은 폐쇄형 해를 가지는 선형 알고리즘인 알고리즘 F를 정의한다. Equation 158 defines algorithm F, which is a linear algorithm with a closed solution.

폐쇄형 방식의 확장들Closed extensions

방정식(100)에 의해 정의되고 본 발명의 실시예에서 사용되는 알고리즘에서, 추정된 x(그리고 각 y) MS 좌표는, 그 신호가 MS에 의해 수신되는 x(그리고 각 y) BTS 좌표들의 가중된 평균으로서 얻어진다. 이 알고리즘은 후술할 공식에 의해 확 장될 수 있다.In the algorithm defined by equation 100 and used in the embodiments of the present invention, the estimated x (and angular y) MS coordinates are weighted of the x (and angular y) BTS coordinates whose signal is received by the MS. Obtained as an average. This algorithm can be extended by the formula described below.

Figure 112005011470349-pct00177
Figure 112005011470349-pct00177

여기서 w1,...,wN은 연관된 N BTS's의 각각에 할당된 적절한 가중치들이다. Where w 1 , ..., w N are appropriate weights assigned to each of the associated N BTS's.

알고리즘(158)에서의 가중치들은 상기 항들 I10,...,IN0의 역수로서 계산된다. 감쇄가 증가할 때 가중치가 감소하는 방식으로 계산되는 가중치들은, 도 11에서 보여질 수 있다. MS에 근접한 BTS's에 의해 전송된 신호들은 모바일 디바이스로부터 더 멀리 떨어진 BTS's에 의해 전송된 신호들보다 더 적은 감쇄를 겪도록 제안하는 것이 가능하다. 이 제안은 일반화된 폐쇄형 알고리즘(159)에서의 가중치들이, i번째 BTS로부터 수신된 신호의 감쇄가 적다면 wi가 높고, 그 역도 적용되는 방식으로 정의되는 규칙을 부과하여 고려될 수 있다. The weights in algorithm 158 are calculated as the inverse of the terms I 10 , ..., I NO . The weights, calculated in such a way that the weight decreases as the attenuation increases, can be seen in FIG. 11. It is possible to suggest that signals transmitted by BTS's proximate to the MS experience less attenuation than signals transmitted by BTS's further away from the mobile device. This proposal may be considered by imposing a rule where the weights in the generalized closed algorithm 159 are defined in such a way that w i is high if the attenuation of the signal received from the i th BTS is small and vice versa.

Figure 112005011470349-pct00178
Figure 112005011470349-pct00178

이하에서 본 발명의 추가적인 실시예에서 사용되는 상기 제안된 기준에 따라 가중치들 w1,...,wN에 대한 세 가지 경험적인 정의들을 후술한다.The following three empirical definitions for the weights w 1 , ..., w N in accordance with the proposed criterion used in further embodiments of the invention are described below.

1. 가중치들의 정의1. Definition of Weights

상기 규칙들을 반영한 가중치들의 제1정의는 i번째 BTS에 의해 전송된 신호에 의해 겪는 감쇄의 역수로서 i번째 가중치를 정의하는 것을 포함한다.The first definition of the weights reflecting the rules includes defining the i th weight as the inverse of the attenuation experienced by the signal transmitted by the i th BTS.

Figure 112005011470349-pct00179
Figure 112005011470349-pct00179

이 가중치들의 정의는 실험적인 측정을 사용하여 결정되는 보조 변수 파라미터들의 도입에 의하여 본 발명의 추가적인 실시예에서 더 강화된다.The definition of these weights is further enhanced in a further embodiment of the present invention by the introduction of auxiliary variable parameters that are determined using experimental measurements.

2. 가중치들의 정의2. Definition of weights

본 발명의 실시예에서 사용되는 i번재 가중치에 대한 추가적인 정의는 i번째 관측 감쇄 zi로부터 얻어진 MS와 i번째 BTS 사이에서 추정된 거리

Figure 112005011470349-pct00180
의 역수를 사용하는 것이다. An additional definition of the i th weight used in the embodiment of the present invention is the estimated distance between the MS and the i th BTS obtained from the i th observation attenuation z i .
Figure 112005011470349-pct00180
Is to use the inverse of.

Figure 112005011470349-pct00181
Figure 112005011470349-pct00181

MS에 의해 수신된 신호(그리고 감쇄)의 레벨은 MS와 BTS 사이의 거리뿐만 아니라 그 방향으로의 전송 안테나의 이득에 의존한다. 그러나, 만약 위치 계산에 연관된 N BTS's가 전방향성이라면, BTS 안테나들의 기여도는 무시될 수 있고, 감쇄는 오직 MS-BTS 거리에 대한 함수가 되기 위해 고려될 수 있다. 이 근사값에 대하여, i번째 감쇄 zi는 i번째 경로-손실 PLi(di)와 동일하고, 단지 MS와 i번째 BTS 사이의 거리

Figure 112005011470349-pct00182
에 의존적이다:The level of signal (and attenuation) received by the MS depends on the distance between the MS and the BTS as well as the gain of the transmit antenna in that direction. However, if the N BTS's involved in the position calculation are omni-directional, then the contributions of the BTS antennas can be ignored and the attenuation can only be considered to be a function of the MS-BTS distance. For this approximation, the i th attenuation z i is equal to the i th path-loss PL i (d i ), only the distance between the MS and the i th BTS
Figure 112005011470349-pct00182
Depends on:

Figure 112005011470349-pct00183
Figure 112005011470349-pct00183

모델(128)에서 슬로우-페이딩을 무시할 때, (162)에서 주어진 바와 같이 가중치에 대한 후술할 표현은 다음을 생성한다.When ignoring slow-fading in model 128, the following expression for weights, as given at 162, produces the following.

Figure 112005011470349-pct00184
Figure 112005011470349-pct00184

추가적인 대안은 (164)에서 정의되는 가중치들이 실험적 측정들을 일치되도록 조정될 때 발견될 수 있다. 이하에서 설명되는 두 관측들은 발견될 더 정확한 가중치들을 생성하기 위하여 만들어질 수 있다. An additional alternative may be found when the weights defined at 164 are adjusted to match the experimental measurements. The two observations described below can be made to produce more accurate weights to be found.

MS 좌표들이 (162)에 의해 주어진 가중치들을 가지고 (159)를 사용하여 추정되기 때문에, 상기 거리들의 절대값은 반드시 필요하지는 않다. 방정식(159)에서 정의된 알고리즘에서, 단지 비율

Figure 112005011470349-pct00185
은 위치 추정에 기여한다. 이는, 만약 동일 상대 오류가 위치 계산에서 사용되는 각 거리를 추정에서 만들어진다면, 결과적인 위치 추정은 영향받지 않는다는 것을 의미한다. 상기 자동 오류 취소 인자는 외부에서 내부로 또는 도시의 개방 영역에서 좁은 도시 협곡으로 가는 것은 위치 정확성에 지대한 영향을 미쳐서는 안된다는 것을 의미한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 에러 취소 인자는 위치 추정의 정확성을 향상시키고, 고도로 최적화되고 파라미터화된 경로-손실 모델을 사용할 필요를 최소화시킨다. Since the MS coordinates are estimated using 159 with the weights given by 162, the absolute value of the distances is not necessarily necessary. In the algorithm defined in equation (159), only the ratio
Figure 112005011470349-pct00185
Contributes to the position estimate. This means that if the same relative error is made in the estimation of each distance used in the position calculation, the resulting position estimate is not affected. The automatic error cancellation factor means that going from outside to inside or from an open area of the city to a narrow urban canyon should not have a significant impact on location accuracy. In an embodiment of the invention, the error cancellation factor improves the accuracy of the position estimate and minimizes the need to use a highly optimized and parameterized path-loss model.

알고리즘(159)과 가중치들(164)을 사용하는 위치 추정 계산에 대하여, 단지 수신된 신호 세기의 함수로서 그 거리의 함수적인 행동이 요구된다. 단순화된 예로서, 만약 기지국 안테나 높이, 중심 주파수, 최대 방사 전력이 위치 계산에 사용되는 각 BTS와 동일하다면, 대부분의 오쿠무라-하타 경로 손실 모델의 항들은 취소될 것이고, 위치 계산에 사용되는 결과적인 가중치들은 가중치들이 방정식(165)에 의 해 발견될 수 있도록 단순화된다. For position estimation calculations using algorithm 159 and weights 164, only a functional behavior of that distance is required as a function of received signal strength. As a simplified example, if the base station antenna height, center frequency, and maximum radiated power are equal to each BTS used for position calculation, most of the Okumura-Hatta path loss model terms will be canceled and the result used for position calculation Typical weights are simplified such that the weights can be found by equation (165).

Figure 112005011470349-pct00186
Figure 112005011470349-pct00186

3. 가중치들의 정의3. Definition of weights

본 발명의 추가적인 실시예는 실험적으로 가중치 wi 와 감쇄 zi 사이의 함수적인 관계를 결정한다. 정확한 MS 위치를 참조하는데 사용되는 GPS 좌표들에 대응하는 충분한 양의 수신 레벨(RXLEV) 측정들을 수집하고, 이 정보로부터 역좌표 문제를 해결하는 것이 가능하다: 만약 MS 좌표들이 방정식(159)에서 알려진다면, 가중치 w1,...,wN은 추정된 MS 좌표들과 정확한 MS 좌표들 간의 오류를 최소화하여 감쇄의 함수로서 결정될 수 있다. 이러한 접근은 실험적인 측정들이 이용 불가능한 곳에서 실패한다. A further embodiment of the present invention experimentally determines the functional relationship between weights w i and attenuation z i . It is possible to collect a sufficient amount of reception level (RXLEV) measurements corresponding to the GPS coordinates used to refer to the correct MS location, and to solve the inverse coordinate problem from this information: if the MS coordinates are known in equation (159) If so, the weights w 1 , ..., w N can be determined as a function of attenuation to minimize the error between the estimated MS coordinates and the correct MS coordinates. This approach fails where experimental measurements are not available.

상기 설명된 위치 결정 방법들은 전방향 셀들로부터 만들어지는 네트워크에 적용되며, 여기서, BTS's 전송 안테나들은 모든 방향에서 등방성으로 방사한다. 섹터 셀들에 있어서, 상기 가정들은 단지 MS가 메인 로브 지역(MLR)에 위치될 때 근사값 오류의 합리적인 레벨을 유지하는 모든 전방향 셀 환경에서 만들어진다. 반면, 모바일 디바이스가 그 지역에 있을 때, BTS (방향성) 안테나의 메인 빔에 의하여 방사된다. 60°의 반 전력 빔 폭(HPBW)을 가지는 전송 안테나를 구비한 섹터 셀은, BTS 안테나가 향하는 방향에 대하여 각도적으로 대략 ±60도 확장되는 MLR을 가진다. The positioning methods described above apply to a network made from omni-directional cells, where the BTS's transmit antennas radiate isotropically in all directions. For sector cells, the assumptions are made only in all omnidirectional cell environments that maintain a reasonable level of approximate error when the MS is located in the main lobe region (MLR). On the other hand, when the mobile device is in that area, it is radiated by the main beam of the BTS (directional) antenna. A sector cell with a transmit antenna having a half power beam width (HPBW) of 60 ° has an MLR extending approximately ± 60 degrees at an angle with respect to the direction in which the BTS antenna is directed.

본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 만약 MS에 의해 수신된 수치들의 총 개수를 넘어서는 위치 계산에 연관된 N BTS's가 전송 안테나들의 메인 빔을 가지는 MS를 방사하는 것들이라면 방정식 (154),(156),(158) 및 (159)에 정의된 알고리즘들이 적용된다. In a further embodiment of the invention, equations (154), (156), if the N BTS's associated with the position calculation beyond the total number of values received by the MS radiate the MS with the main beam of transmit antennas, The algorithms defined in 158 and 159 apply.

불행하게도, MS가 단일 BTS 수신 수치로부터 특정 BTS의 MLR에 있는지 여부를 결정하는 것을 가능하지 않는데, 이는 MS의 위치가 요구되는 이 정보를 얻기 위함이다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, MS가 서로 다른 상호 위치된 섹테 셀들로부터 수신된 레벨들(RXLEVs)을 측정하고 비교할 때 MS가 특정 섹터 셀의 MLR에 있다면, 낮은 오류율을 가지도록 결정하는 것이 가능하다. 이 경우에 있어서, 상호 위치된 섹터 셀들의 BTS 안테나들이 서로 다른 방위를 가질 때, MS는 그 신호가 셀의 상호-위치된 섹터 셀들 사이에서 최저 감쇄를 겪는 MLR에 위치하기 쉽다.Unfortunately, it is not possible to determine whether the MS is in the MLR of a particular BTS from a single BTS received value, to obtain this information where the MS's location is required. However, in an embodiment of the present invention, it is possible to determine to have a low error rate if the MS is in the MLR of a particular sector cell when the MS measures and compares the levels (RXLEVs) received from different interlocated sector cells. Do. In this case, when the BTS antennas of the co-located sector cells have different orientations, the MS is likely to be located in the MLR where the signal suffers the lowest attenuation between the co-located sector cells of the cell.

상기 방법에 의해 수집된 지식을 가지고, 만약 위치 계산에 연관된 N BTS's가 후술할 절차에 따라 MS에 의해 측정되는 것들 외에서 선택된다면, 전방향 셀들의 사용으로부터 발견된 근사값들은 정확하다(예: 본 발명의 실시예들은 방정식 (154),(156),(158) 및 (159)에서 정의된 알고리즘들에 적용할 수 있다). With the knowledge collected by the method, if the N BTS's involved in the position calculation are selected other than those measured by the MS according to the procedure described below, the approximations found from the use of omni-directional cells are accurate (eg, the present invention). Embodiments may apply to the algorithms defined in equations (154), (156), (158), and (159).

1. MS에 의해 측정된 모든 전방향 셀들을 선택한다.1. Select all omni cells measured by MS.

2. 모든 섹터 셀들을 선택하며, 여기서, 어떠한 상호-위치된 셀들도 동시에 MS에 의해 측정되지 않는다.2. Select all sector cells, where no inter-located cells are measured by the MS at the same time.

3. 상호-위치된 섹터 셀들 외에서 최저 감쇄를 가지는 섹터 셀을 선택하며, 여기서 상호-위치된 셀들은 MS에 의해 탐지된다. 3. Select the sector cell with the lowest attenuation outside of the inter-located sector cells, where the inter-located cells are detected by the MS.

만약 하나 이상의 버려진 상호-위치된 셀들이 특정 범위(소위 5dB)에 의한 양에 의해 선택된 셀들과 다른 수신된 레벨 수치 감쇄를 생산한다면, 이러한 상호-위치된 셀들을 선택하고 본 발명의 실시예 또는 본 발명의 추가적인 실시예에서 감쇄 평균은 모든 선택된 상호위치된 셀들의 감쇄 수치들을 사용한다. If one or more discarded inter-located cells produce a received level numerical attenuation that differs from the cells selected by the amount by a certain range (so-called 5 dB), select such inter-located cells and select an embodiment or present invention. In a further embodiment of the invention the attenuation average uses the attenuation values of all selected interlocated cells.

CI 및 CI+TA 기반 알고리즘들CI and CI + TA based algorithms

이러한 알고리즘들은 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다. 이러한 알고리즘들은 선형적이고 오직 서빙 셀 정보에 의존한다. 이들 위치 추정 및 위치 추정에 대한 신뢰 지역을 전달한다. These algorithms will be described in more detail below. These algorithms are linear and only rely on serving cell information. Passes these location estimates and confidence regions for location estimates.

이러한 알고리즘들은 커버리지 또는 분석적으로 정의된 가청 영역을 가지는 일반화된 섹터 셀 또는 실질적인 측정에 의하여 제공될 때 동작하기 모바일 디바이스들을 동작시키기 위하여 고려된다. 상기 일반화된 셀은 도 5에 도시된 실질적인 안테나 이득에 의해 보여진 바와 같이 전송 및 수신에 대한 BTS 안테나 각도 이득에 의해 제공되는 효과의 단순화이다. These algorithms are contemplated for operating mobile devices to operate when provided by a general measurement or generalized sector cell having coverage or analytically defined audible areas. The generalized cell is a simplification of the effect provided by the BTS antenna angular gain for transmission and reception as shown by the substantial antenna gain shown in FIG.

이전에 설명되고 도 10에 보여진 바와 같이, 상기 일반화된 셀은 x축으로부터 각도에서 섹터 방위 φ, 섹터 각도 폭 Δφ, 섹터 전방 반지름 RF 및 섹터 후방 반지름 RB를 포함하는 연속적인 파라미터들에 의해 정의된다. As previously described and shown in FIG. 10, the generalized cell is characterized by successive parameters including sector orientation φ, sector angular width Δφ, sector front radius R F and sector rear radius R B at an angle from the x-axis. Is defined.

일반화된 섹터를 정의하는 파라미터들은 커버리지 맵들 또는 커버리지 예측 툴들로부터 발견될 수 있다. 상기 방법에 의해 요구되는 입력 정보는 서빙 BTS의 셀 신원(CI), 서빙 BTS 좌표들과 서빙 셀의 맵을 포함한다. Parameters defining the generalized sector can be found from coverage maps or coverage prediction tools. The input information required by the method includes a cell identity (CI) of the serving BTS, serving BTS coordinates and a map of the serving cell.

셀들의 커버리지 맵들로부터 일반화된 셀 파라미터들을 계산하기 위하여 수 행되는 단계들은 다음을 포함한다:The steps performed to calculate generalized cell parameters from the coverage maps of cells include:

1. CI를 사용하여 서빙 BTS의 좌표를 선택한다: xs, ys.1. Use CI to select the coordinates of the serving BTS: x s , y s .

서빙 셀의 CI가 주어질 때, 상기 셀의 x-y 좌표들은 CI, (xs,ys)에 의해 식별되고, BTS 좌표들의 데이터베이스로부터 회복된다. Given a CI of a serving cell, the xy coordinates of the cell are identified by CI, (x s , y s ) and recovered from a database of BTS coordinates.

2. 서빙 셀 맵을 선택한다:S2. Select the serving cell map: S

이전 단계에서 아날로그적으로, 상기 CI는 현재 CI에 대응하는 서빙 맵 S를 선택하는데 사용된다. S는 BTS 형성 파라미터, 3차원 지역 맵들, 조정된 전달 모델들 등과 같은 정보들의 큰 세트를 사용하는 네트워크 계획 툴에 의해 전형적으로 결정되고, 서빙 영역을 결정하기 위하여 상기 네트워크에서 다른 BTS's의 존재를 고려한다. Analogously in the previous step, the CI is used to select the serving map S corresponding to the current CI. S is typically determined by a network planning tool using a large set of information such as BTS formation parameters, three-dimensional regional maps, coordinated delivery models, etc., taking into account the presence of other BTS's in the network to determine the serving area. do.

상기 서빙 맵은 CI에 의해 식별되는 셀이 제공하는 지형적인 지역을 나타낸다. 임의적인 x-y 데카르트 시스템에서, S는 상기 지역을 영역 (Δx)×(Δy)의 요소들로 나누고 그 중앙의 좌표에 의해 각 요소를 나타냄으로써 획득될 수 있다. The serving map represents the geographic area provided by the cell identified by the CI. In an optional x-y Cartesian system, S can be obtained by dividing the region into elements of region (Δx) × (Δy) and representing each element by its central coordinate.

Figure 112005011470349-pct00187
Figure 112005011470349-pct00187

상기 좌표들 (xn,yn)은 상기 셀이 제공하는 영역 (Δx)×(Δy)의 n번째 픽셀의 중심을 나타낸다. The coordinates (x n , y n ) represent the centers of the nth pixel of the region Δx × Δy provided by the cell.

서빙 영역의 예시는 도 13에 도시된다. 도 13은 송수신 기지국(BTS)(1301), 메인 커버리지 영역(1303) 및 마이너 커버리지 영역(1305)을 도시한다. 송수신기지국(1301)은 메인 커버리지 영역(1303) 내에 있다. 더 작은 커버리지 영역들(1305) 은 메인 커버리지 영역(1303)의 에지들에 근접하나 접촉하지 않도록 위치된다. 모든 커버리지 영역은 그리드 시스템(1307)에 의해 다수의 요소들(1309)로 나누어진다. BTS에 의존적인 모든 커버리지 영역의 총합은 BTS에 대한 서빙 영역으로 알려진다. An example of the serving area is shown in FIG. 13. 13 illustrates a base transceiver station (BTS) 1301, a main coverage area 1303, and a minor coverage area 1305. The transceiver base station 1301 is in the main coverage area 1303. The smaller coverage areas 1305 are positioned to be close to but not in contact with the edges of the main coverage area 1303. All coverage areas are divided into a number of elements 1309 by grid system 1307. The sum of all coverage areas dependent on the BTS is known as the serving area for the BTS.

3. 다수 서빙 맵의 중심 좌표를 결정한다: xmc,ymc 3. Determine the center coordinates of the multiple serving maps: x mc , y mc

서빙 셀의 다수 중심의 (x,y) 좌표들은 다음과 같이 형식적으로 정의된다:The (x, y) coordinates of the multiple centers of the serving cell are defined formally as follows:

Figure 112005011470349-pct00188
Figure 112005011470349-pct00188

여기서 M(S)는 서빙 맵의 영역이다.Where M (S) is the area of the serving map.

Figure 112005011470349-pct00189
Figure 112005011470349-pct00189

방정식(166)에 정의된 분리된 요소들을 사용함으로써, 다수 중심 좌표들은 다음과 같이 계산될 수 있다:By using separate elements defined in equation (166), multiple center coordinates can be calculated as follows:

Figure 112005011470349-pct00190
Figure 112005011470349-pct00190

4. 좌표들 (xs,ys)의 서빙 BTS에서 시작된 극 기준 시스템(ρii)에서 바람직한 추정들이 계산되기 훨씬 쉽다. 이 극 좌표 시스템에 있어서, ρi는 BTS로부터의 포인트 (xi,yi)의 거리이고, θi는 x축으로부터 반시계방향으로 측정된 각도이다. 4. Preferred estimates are much easier to calculate in the pole reference system ρ i , θ i starting at the serving BTS of the coordinates (x s , y s ). In this polar coordinate system, ρ i is the distance of the point (x i , y i ) from the BTS, and θ i is the angle measured counterclockwise from the x axis.

Figure 112005011470349-pct00191
Figure 112005011470349-pct00191

극 기준 시스템에 있어서, 서빙 맵은 포인트들의 세트로 표현된다. In the pole reference system, the serving map is represented by a set of points.

Figure 112005011470349-pct00192
Figure 112005011470349-pct00192

5. 전체 서빙 맵에 대한 메인 방향의 결정:θmc 5. Determination of the Main Direction for the Entire Serving Map: θ mc

메인 방향 θmc는 서빙 섹터의 방위각 φs의 표시를 제공한다. 이 각도는 셀의 커버리지 영역 요소들의 각도 좌표를 정규화하기 위하여 기준 방향으로 사용된다. θmc는 BTS 좌표들로부터 셀의 다수 중심들의 방위로서 근사될 수 있다. The main direction θ mc provides an indication of the azimuth angle φ s of the serving sector. This angle is used as the reference direction to normalize the angular coordinates of the coverage area elements of the cell. [theta] mc can be approximated as the orientation of the multiple centers of the cell from the BTS coordinates.

극 기준 시스템(ρ,θ)에 있어서, 서빙 영역의 다수 중심은 다음과 같은 좌표들(ρmcmc)를 가진다.In the pole reference system ρ, θ, the majority center of the serving area has the following coordinates ρ mc , θ mc .

Figure 112005011470349-pct00193
Figure 112005011470349-pct00193

6. 상기 추정들의 실제 계산을 더 단순화 하기 위하여, 새로운 극 기준 시스템은 0과 2π 각도들이 가장 중요한 서빙 영역으로부터 가능한 먼 것과 같은 방식으로 회전된다. 상기 회전 후, 추정에 필요한 모든 것들이 알려진 단순 정렬 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.6. To further simplify the actual calculation of the estimates, the new pole reference system is rotated in such a way that the 0 and 2π angles are as far as possible from the most important serving area. After the rotation, everything needed for estimation can be calculated using known simple alignment algorithms.

각도 좌표 θm을 가지는 m번째 픽셀의 회전은 다음과 같이 정의된다:The rotation of the mth pixel with angular coordinates θ m is defined as:

Figure 112005011470349-pct00194
Figure 112005011470349-pct00194

여기서here

Figure 112005011470349-pct00195
Figure 112005011470349-pct00195

상기 결과 δm's은 0<δm<2π 범위 내에 있다. 메인 방향 θmc에 가장 근접한 방향 δm

Figure 112005011470349-pct00196
와 연관되고, θmc에서 가장 먼 방향은
Figure 112005011470349-pct00197
Figure 112005011470349-pct00198
와 연관된다. The result δ m 's is in the range 0 <δ m <2π. The direction δ m closest to the main direction θ mc is
Figure 112005011470349-pct00196
Associated with, the direction farthest from θ mc is
Figure 112005011470349-pct00197
And
Figure 112005011470349-pct00198
Associated with

다음 단계는 서빙 BTS로부터 증가하는 거리의 순서로 상기 포인트를 정리하는 것이다:The next step is to organize the points in order of increasing distance from the serving BTS:

Figure 112005011470349-pct00199
Figure 112005011470349-pct00199

상기 위치에서 상기 서빙 맵은 포인트들의 정렬된 세트에 의해 표현된다. The serving map at the location is represented by an ordered set of points.

Figure 112005011470349-pct00200
Figure 112005011470349-pct00200

7. 전방 반지름 RF의 결정7. Determination of forward radius R F

Figure 112005011470349-pct00201
Figure 112005011470349-pct00201

여기서 [●]는 (모든 숫자들이 다음 양의 정수로 향하도록 끌어 모으는 알려진 실링 오퍼레이션을 사용하여) 양의 무한대로 향하는 가장 가까운 정수에 ●을 둥글게 하며, γ'는 RF보다 작은 서빙 BTS로부터의 거리를 가지기 위하여 세트 Spolar에서 바람직한 포인트의 분수를 결정한다. 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 파라미터 γ'에 대한 좋은 수치는 0.95와 0.98 사이이다. Where [●] rounds ● to the nearest integer to positive infinity (using a known sealing operation that pulls all numbers towards the next positive integer), where γ 'is from the serving BTS smaller than R F. Determine the fraction of the desired point in the set S polar to have a distance. In some embodiments of the invention, a good value for said parameter γ 'is between 0.95 and 0.98.

8. 후방 반지름(RB), 서빙 BTS로부터의 거리의 함수(φs(d))로서의 방위 및 서빙 BTS로부터의 거리의 함수(Δφs(d))로서 각도 폭을 결정한다.8. Determine the angular width as the rear radius R B , the orientation as a function of the distance from the serving BTS φ s (d) and the function of the distance from the serving BTS (Δφ s (d)).

먼저 도 14에 도시된 원형 크라운의 파라미터를 결정하는 것이 도움이 된다. 도 14는 공통 원점(1401)을 가지는 두 동심원들 사이의 영역에서의 차이에 의해 정의되는 상수 타이밍 진보(TA) 지역을 도시한다. 반지름 R1(1407)을 가지는 제1원(1403)과 반지름 R1+R2를 가지는 제2원(1405)이 있다. It is helpful first to determine the parameters of the circular crown shown in FIG. 14 shows a constant timing advance (TA) area defined by the difference in the area between two concentric circles with a common origin 1401. There is a first circle 1403 having a radius R 1 1407 and a second circle 1405 having a radius R 1 + R 2 .

극 기준 시스템에 있어서 크라운에 대한 수학적인 정의들은 다음과 같다:The mathematical definitions of the crown in the pole reference system are:

Figure 112005011470349-pct00202
Figure 112005011470349-pct00202

여기서 Rinf는 내부 반지름이고 Rsup은 외부 반지름이다. 도 14에서 도시된 예시에 있어서, 제1원 반지름(1407)은 R1=Rinf이고, 제2원 반지름은 R1+R2=Rsup.Where R inf is the inner radius and R sup is the outer radius. In the example shown in FIG. 14, the first circle radius 1407 is R 1 = R inf and the second circle radius is R 1 + R 2 = R sup .

따라서, 이 크라운은 포인트들의 세트로 표현된다. Thus, this crown is represented by a set of points.

Figure 112005011470349-pct00203
Figure 112005011470349-pct00203

9. 후방 반지름(RB)을 결정하기 위하여 후술한 단계들은 다음과 같다:9. The steps described below to determine the rear radius R B are as follows:

(a)세트i=0(a) set i = 0

(b)방정식(179)에서 정의된 크라운에서 포인트들의 수는 Rinf=iㆍΔ 및 Rsup=(i+2)ㆍΔ를 사용하여 계산되고, 여기서 Δ는 x 및 y 방향에서 디지털화된 요소들의 거리이다. (b) The number of points in the crown defined in equation (179) is calculated using R inf = i.Δ and R sup = (i + 2) · Δ, where Δ is a digitized element in the x and y directions Street

(c)만약 서빙 영역이 거리 Rsup에서 전방향성이 있다면, 크라운에 Nideal=π(R2 sup-R2 inf)/Δ2 포인트들이 근사적으로 있다. 만약 Scrown, Ncrown에서 실제 포인트들 의 수가 γ'Nideal보다 작다면, 서빙 영역은 더 이상 전방향성으로 고려되지 않는다. γ'<1.0의 수치는 0.75가 되는 좋은 수치 경험을 토대로 한다. 만약 서빙 영역이 전방향성으로 고려되지 않는다면, 후방 반지름은 RB=Rsup이 되도록 선택된다. (c) If the serving region is omnidirectional at a distance R sup , then there are approximately N ideal = π (R 2 sup- R 2 inf ) / Δ 2 points in the crown. If the number of actual points in the S crown , N crown is smaller than γ'N ideal , the serving area is no longer considered omnidirectional. The value of γ '<1.0 is based on a good numerical experience of 0.75. If the serving area is not considered omnidirectional, the rear radius is chosen to be R B = R sup .

(d)만약 서빙 영역이 거리 Rsup에서 전방향성으로 고려될 수 있다면, 세트 i=i+1이고 (b)로 가며, 그렇지 않으면 후방 반지름의 추정이 준비된다. (d) If the serving area can be considered omnidirectional at distance R sup , then set i = i + 1 and go to (b), otherwise an estimate of the rear radius is prepared.

10. 방위 φs(d)를 결정하기 위하여, 원형 크라운에서의 각도들은 증가하는 또는 감소하는 각도의 순서로 정렬된다. 10. In order to determine the orientation φ s (d), the angles in the circular crown are arranged in order of increasing or decreasing angle.

Figure 112005011470349-pct00204
Figure 112005011470349-pct00204

크라운의 정의로부터 Rint=d-2Δ이고 Rsup=d+2Δ이다. 따라서 φs(d)에 대한 추정은 각도들의 중간값이고 그것은 다음과 같이 얻어진다.From the definition of the crown R int = d-2Δ and R sup = d + 2Δ. Thus the estimate for φ s (d) is the median of the angles and it is obtained as follows.

Figure 112005011470349-pct00205
Figure 112005011470349-pct00205

11. 서빙 BTS로부터의 거리의 함수로서 각도 폭 Δφs(d)는 φs(d)에 대해 사용된 바와 같이 원형 크라운에서 포인트들의 동일한 정렬 세트를 사용하여 계산된다. 각도 폭 Δφs(d)는 다음과 같이 계산된다:11. The angular width Δφ s (d) as a function of distance from the serving BTS is calculated using the same alignment set of points in the circular crown as used for φ s (d). The angular width Δφ s (d) is calculated as follows:

Figure 112005011470349-pct00206
Figure 112005011470349-pct00206

12. 마지막 단계로서, Δφs(d)와 φs(d)를 원점의 좌표 기준 시스템으로 되돌려 회전시킬 필요가 있다. 이는 획득된 수치에 θR를 단순히 추가하는 것이로 이 행된다. 12. As a final step, it is necessary to rotate Δφ s (d) and φ s (d) back to the origin coordinate reference system. This is done by simply adding θ R to the obtained numerical values.

커버리지 맵들이 이용 불가능한 곳에서, 이하에 나타낸 방법으로 셀 전방 반지름 RF와 셀 후방 반지름 RB를 분석적으로 추정하는 것이 가능하다. Where coverage maps are not available, it is possible to analytically estimate the cell front radius R F and the cell rear radius R B in the manner shown below.

앞서 설명된 바와 같이, 방정식(33)에 의한 것과 같은 평균 수신 전력 PR은, 모바일 디바이스에 의한 거리 d에 의하여, 서빙 BTS로부터 다음과 같이 표현될 수 있다:As described above, the average received power P R , such as by equation 33, can be expressed from the serving BTS by the distance d by the mobile device as follows:

Figure 112005011470349-pct00207
Figure 112005011470349-pct00207

상기 BTS는 알려진 전송 전력 PT를 전송하며 MS의 방향으로 서빙 BTS에 설치된 안테나의 이득은 G이다. PL(d)는 서빙 BTS로부터 MS로 전달할 때 신호 전력에 영향을 미치는 경로-손실이다. 상기 방정식(126) 내지 (129)에 사용된 것과 같은 수용된 모델은 거리 d로 대수적으로 증가하는 경로-손실을 가정한다:The BTS transmits a known transmit power P T and the gain of the antenna installed in the serving BTS in the direction of the MS is G. PL (d) is the path-loss that affects the signal power when transferring from the serving BTS to the MS. Accepted models, such as those used in equations 126-129 above, assume path-loss that increases logarithmically with distance d:

Figure 112005011470349-pct00208
Figure 112005011470349-pct00208

섹터 전방 반지름은, MS에 의해 수신된 평균 전력 PR이 셀 에지들을 정의하는 특정 문턱 Pth R보다 큰 거리로서 정의된다. 가능한 셰도우 페이딩의 효과는 셰도우 페이드 마진 FMσ을 포함하여 허용된다.(모든 수량들은 대수적인 유닛들이다.)The sector forward radius is defined as the distance at which the average power P R received by the MS is greater than a particular threshold P th R defining the cell edges. Possible shadow fading effects are allowed, including the shadow fade margin FM σ (all quantities are algebraic units).

Figure 112005011470349-pct00209
Figure 112005011470349-pct00209

로그-정규 슬로우 페이딩의 가정하에, 페이드 마진은 FMσ=zσ로서 정의될 수 있고, 여기서 σ는 슬로우 페이딩의 표준 편차이고 z는

Figure 112005011470349-pct00210
가 반지름 추정의 신뢰성인 것과 같다. Under the assumption of log-normal slow fading, the fade margin can be defined as FM σ = zσ, where σ is the standard deviation of slow fading and z is
Figure 112005011470349-pct00210
Equals the reliability of the radius estimate.

방정식들(183) 및 (185)에 따라 전방 셀 반지름은 킬로미터로 다음과 같이 표현될 수 있다.According to equations 183 and 185 the front cell radius can be expressed in kilometers as follows.

Figure 112005011470349-pct00211
Figure 112005011470349-pct00211

여기서 Gm은 dB로 나타낸 최대 안테나 이득이다. Where G m is the maximum antenna gain in dB.

섹터 후방 반지름은 서빙 BTS 위치에 설치된 안테나의 방사 패턴의 정보를 포함하여 전방 반지름으로부터 계산될 수 있다. 도 5는 도 4의 주석을 붙인 버전을 도시하며, 각도(angle)에 대하여 데시벨로 나타낸 안테나 이득의 플롯은 각도들로 측정된다. 각도 θ=0에 대해 대칭적인 안테나 이득은 메인 로브(501)과 4개의 사이드 로브들(503, 505, 507, 509)을 포함한다. 상기 메인 로브(501)는 θ=0일 때의 Gm의 최대값이며 아울러 사이드 로브들(503, 505, 507, 509)의 어느 하나도 ρGm보다 더 큰 이득을 갖지 않는다. ρ는 최대 방사 방향으로의 안테나 이득 Gm과 메인 로브의 외부 방향으로의 안테나 이득 사이의 최대 이득인 최대 후방대 전방 비율이다. 셀 전방 반지름 RF가 메인 로브 방향으로의 최대 이득 Gm과 관련되고, 셀 후방 반지름 RB가 메인 로브 ρGm의 외부 방향으로의 최대 이득과 관련된다. The sector back radius can be calculated from the front radius including information of the radiation pattern of the antenna installed at the serving BTS location. FIG. 5 shows an annotated version of FIG. 4, where the plot of antenna gain in decibels relative to angle is measured in degrees. The antenna gain symmetrical with respect to angle θ = 0 includes the main lobe 501 and four side lobes 503, 505, 507, 509. The main lobe 501 is θ = 0 and a maximum value of G m as well as the time of none does not have a larger gain than ρG m of the side lobes (503, 505, 507, 509). ρ is the maximum rear-to-front ratio, the maximum gain between the antenna gain G m in the maximum radial direction and the antenna gain in the outward direction of the main lobe. The cell front radius R F is associated with a maximum gain G m of the main lobe direction, the cell back radius RB is associated with a maximum gain in the outward direction of the main lobe ρG m.

단순한 전달 모델(183)과 후술할 개략적인 안테나 이득 G(θ)의 근사값은 데 시벨로 다음과 같다.(Gm=10log(gm))An approximation of the simple propagation model 183 and the approximate antenna gain G (θ) described below is given in decibels (G m = 10 log (g m )):

Figure 112005011470349-pct00212
Figure 112005011470349-pct00212

후술할 RB에 대한 상한값을 다음과 같이 쓸 수 있다:The upper limit for R B , described below, can be written as:

Figure 112005011470349-pct00213
Figure 112005011470349-pct00213

GSM900을 사용한 전형적인 수치들은 Pτ=50dBm, Pth R=-95dBm이다. 30미터 BTS 높이에 대하여, 변수들에 대한 전형적인 수치들은 A=124.5 그리고 B=35.7이다. 모바일 무선 환경에서, σ는 종종 8dB로 가정된다. 이 예시에 대하여, BTS 안테나는 HPBW 65도, 후방대 전방 비율 -18dB(ρ=0.0158) 그리고 최대 이득 12dB을 가진다. 이러한 수치들과 함께 z=0.675에 대하여 공식(186) 및 (188)은 RF=5.7425 킬로미터 및

Figure 112005011470349-pct00214
미터를 부여한다. Typical values using the GSM900 are P τ = 50 dBm and P th R = -95 dBm. For a 30 meter BTS height, typical values for the variables are A = 124.5 and B = 35.7. In a mobile wireless environment, σ is often assumed to be 8 dB. For this example, the BTS antenna has an HPBW 65 degrees, a rear-to-front ratio of -18 dB (ρ = 0.0158) and a maximum gain of 12 dB. With these values, for z = 0.675, the formulas (186) and (188) yield R F = 5.7425 kilometers and
Figure 112005011470349-pct00214
Give the meter.

보여진 예시들로부터, 도 10에 도시된 바와 같은 섹터의 표현은 실제 셀 커버리지에 미흡하게 근사될 수 있는 것이 명백하다. 특히, ΔφS는 일반적으로 너무 커서 BTS 좌표로부터 먼 지역에서 섹터 폭을 표현할 수 없다. 추정에서 상기 부정확성을 개선하기 위하여, 서빙 BTS로부터의 거리의 함수 Δφs(d)로서 서빙 섹터 폭을 정의하는 것이 가능하다. 이를 고려해볼 때, 위치 결정 알고리즘에서 명백히 서빙 영역의 외부에 놓인 지역을 무시하는 것이 가능하다. 이는 BTS 위치로부터의 거 리 함수 φs(d)가 되도록 가정될 수 있는 섹터 방향 φs에 대해 동일하게 적용한다. From the examples shown, it is clear that the representation of the sector as shown in FIG. 10 can be approximated poorly to actual cell coverage. In particular, Δφ S is generally too large to represent the sector width in an area far from the BTS coordinates. In order to improve the inaccuracy in the estimation, it is possible to define the serving sector width as a function Δφ s (d) of the distance from the serving BTS. In view of this, it is possible in the positioning algorithm to ignore an area that is clearly outside of the serving area. This applies equally to the sector direction φ s which can be assumed to be the distance function φ s (d) from the BTS position.

(결국 거리 d에 의존적인)RF, RB, φs 및 φs(d)가 단순화된 서빙 셀의 경계들의 분석적인 추정을 다음과 같이 생성한다:R F , R B , φ s and φ s (d), which in turn depend on the distance d, generate an analytical estimate of the boundaries of the serving cell as follows:

Figure 112005011470349-pct00215
Figure 112005011470349-pct00215

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 일반화된 셀 파라미터들의 추정들은 모바일 디바이스(MS)의 위치를 추정하기 위하여 사용된다. 본 발명의 실시예에서 사용된 알고리즘은 맵-보조 CI-TA 위치 결정 알고리즘에 대비되는 클래식 CI-TA 위치 결정 알고리즘으로서 언급된다. In an embodiment of the invention, the estimates of the generalized cell parameters are used to estimate the position of the mobile device MS. The algorithm used in the embodiment of the present invention is referred to as the classic CI-TA positioning algorithm as opposed to the map-assisted CI-TA positioning algorithm.

이전에 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 사용된 상기 알고리즘에 대한 입력 파라미터들은 (이용가능하다면) CI, TA 및 위치 추정의 신뢰 계수 ξ이다. 또한 이전에 설명된 바와 같이, 계산의 출력은 위치 추정 및 신뢰 지역(예컨대, 실제 MS 위치가 신뢰 각도 ξ내에 위치된 내부의 지형적인 지역)이다. 상기 위치 계산의 결과는 만약 상기 셀이 섹터화되거나 또는 전방향성일 때 서로 다르다.As previously described, the input parameters for the algorithm used in the embodiment of the present invention are the confidence coefficient ξ of CI, TA and position estimate (if available). Also as previously described, the output of the calculation is a position estimate and a confidence region (eg, an internal topographic region where the actual MS position is located within the confidence angle ξ). The result of the position calculation is different if the cell is sectored or omni-directional.

이하에서 설명된 본 발명의 실시예들은 CI 및 TA가 이용가능할 때 이러한 결과들을 제공할 수 있고, 더 나아가 이하에서 설명된 추가적인 실시예들 역시 단지CI가 이용가능할 때 결과들을 제공한다. Embodiments of the invention described below may provide these results when CI and TA are available, and further embodiments described below also provide results only when CI is available.

만약 서빙 셀이 섹터화된다면, 위치 추정은 MS대 서빙 BTS 거리

Figure 112005011470349-pct00216
의 추정 및 서빙 BTS 위치로부터의 MS의 각도 좌표
Figure 112005011470349-pct00217
의 추정과 함께 서빙 BTS 좌표들 xs 및 ys를 조합하여 계산된다:If the serving cell is sectorized, the position estimate is MS to serving BTS distance
Figure 112005011470349-pct00216
MS coordinates from the estimated and serving BTS locations of
Figure 112005011470349-pct00217
Is calculated by combining the serving BTS coordinates x s and y s with an estimate of:

Figure 112005011470349-pct00218
Figure 112005011470349-pct00218

Figure 112005011470349-pct00219
Figure 112005011470349-pct00220
는 각각 이하에서 설명되는 추정된 거리 및 각도이다.
Figure 112005011470349-pct00219
And
Figure 112005011470349-pct00220
Are estimated distances and angles, respectively, described below.

TA 정보를 부여하여, 이하에서 설명된 상기 방법은 MS와 서빙 BTS 사이의 거리 추정과, 기지국이 신뢰 γ를 가지고 위치될 수 있는 BTS 좌표들에 중심을 가지는 원형 크라운(C)의 반지름을 결정하기 위해 사용될 수 있다. Given the TA information, the method described below is used to estimate the distance between the MS and the serving BTS and to determine the radius of the circular crown C centered on the BTS coordinates at which the base station can be located with confidence γ. Can be used for

상기 거리 추정

Figure 112005011470349-pct00221
가 실제 거리 d의 50번째 백분위(또는 중간값)로서 계산된다. 즉,
Figure 112005011470349-pct00222
는 다음과 같다.The distance estimation
Figure 112005011470349-pct00221
Is calculated as the 50th percentile (or median) of the actual distance d. In other words,
Figure 112005011470349-pct00222
Is as follows.

Figure 112005011470349-pct00223
Figure 112005011470349-pct00223

d의 평균과 같은

Figure 112005011470349-pct00224
에 대한 다른 아날로그적인 정의들이 가능하다. 여기서 기준에 통합되는 유럽 특허 출원 번호 102251에 설명된 결과들을 사용할 때 중간 추정 거리는 다음과 같다. same as d
Figure 112005011470349-pct00224
Other analog definitions of are possible. Using the results described in European Patent Application No. 102251 incorporated herein by reference, the median estimated distance is as follows.

Figure 112005011470349-pct00225
Figure 112005011470349-pct00225

여기서 X1/2는 TA 측정 오류 X=dTA-d의 중간값이며, 그리고Where X 1/2 is the median of TA measurement error X = d TA -d, and

Figure 112005011470349-pct00226
Figure 112005011470349-pct00226

Tb=3.69㎲는 비트 주기이고, c=3×108m/s는 광속이다. T b = 3.69 ms is the bit period and c = 3 x 10 8 m / s is the luminous flux.

임의의 다른 정보의 부재로, MS의 각도 좌표는 상기 섹터의 방위로 추정될 수 있다. 즉,

Figure 112005011470349-pct00227
는 φs와 동일하게 설정될 수 있다. 만약 섹터 방위가 서빙 BTS로부터의 거리의 함수라면,
Figure 112005011470349-pct00228
는 TA에 기초하여 추정된 것과 동일한 거리에서의 섹터 방위이다. 즉,
Figure 112005011470349-pct00229
이다. In the absence of any other information, the angular coordinates of the MS can be estimated in the orientation of the sector. In other words,
Figure 112005011470349-pct00227
May be set equal to φ s . If sector orientation is a function of distance from the serving BTS,
Figure 112005011470349-pct00228
Is the sector orientation at the same distance as estimated based on the TA. In other words,
Figure 112005011470349-pct00229
to be.

MS 각도 좌표의 추정하기 위한 추가적인 의미들이 본 발명의 실시예에서 발견되는 알고리즘에 통합될 수 있다; 예를 들어, 본 발명의 추가적인 실시예에서

Figure 112005011470349-pct00230
는 MS에 의해 수행되는 신호 레벨 측정들(RXLEVs)을 처리함으로써 결정되고, 미래에, 도착 각도를 사용하여 정보가 서빙 BTS 위치에 설치된 (스마트) 안테나 배열들에 의해 이용가능하도록 만들어진다. Additional meanings for estimating the MS angular coordinates can be incorporated into the algorithm found in the embodiments of the present invention; For example, in a further embodiment of the present invention
Figure 112005011470349-pct00230
Is determined by processing signal level measurements (RXLEVs) performed by the MS, and in the future, using the arrival angle, information is made available by (smart) antenna arrays installed at the serving BTS location.

도 8에 도시된 바와 같이 신뢰 지역 R이 추정된 MS 위치와 연관되고 후술할 파라미터들을 포함한다: 좌표들(x0,y0)을 가지는 포인트에 위치된 원점; 내부 반지름 R1; 불확정 반지름 R2; x축으로부터 반시계방향으로 측정된 방위각 α 및 섹터의 폭을 정의하는 포함 각 β이다. As shown in FIG. 8, the confidence zone R is associated with the estimated MS location and includes the parameters to be described below: an origin located at a point having coordinates (x 0 , y 0 ); Inner radius R1; Indeterminate radius R2; Azimuth angle α measured in the counterclockwise direction from the x-axis and inclusion angle β defining the width of the sector.

거리 추정에 대하여 아날로그적으로, 신뢰 지역이 기준에 의해 통합되는 유럽 특허 출원 번호 102251에 설명된 방법을 사용하여 결정될 수 있다. Analogously for distance estimation, the confidence area can be determined using the method described in European Patent Application No. 102251, which is incorporated by reference.

신뢰 지역의 원점은 서빙 BTS 위치에 있다.The origin of the trust zone is at the serving BTS location.

Figure 112005011470349-pct00231
Figure 112005011470349-pct00231

측정된 TA 및 거리 추정에 대한 신뢰 계수 γ가 주어질 때, 거리 추정의 신뢰 간격(

Figure 112005011470349-pct00232
)은 알려진 맵 보조 CI-TA 추정 기술에 의해 제공되는 TA 측정의 통계적 인 특성들로부터 결정될 수 있다. 상기 거리 추정에 대한 신뢰 간격은 다음과 같이 정의되는 ri, 및 rs에 의해 결정된다. Given the confidence coefficient γ for the measured TA and the distance estimate, the confidence interval of the distance estimate (
Figure 112005011470349-pct00232
) May be determined from the statistical characteristics of the TA measurement provided by known map assisted CI-TA estimation techniques. The confidence interval for the distance estimate is determined by r i and r s defined as follows.

Figure 112005011470349-pct00233
Figure 112005011470349-pct00233

여기서, X(1±γ)/2는 TA 측정 오류의

Figure 112005011470349-pct00234
백분위이다. ri 및 rs는 실제 MS-서빙 BTS 거리 d가 확률 γ를 가지고 신뢰 간격
Figure 112005011470349-pct00235
내에 해당하는 것과 같다(도 15에 도시):Where X (1 ± γ) / 2 is the TA measurement error
Figure 112005011470349-pct00234
Percentile. r i and r s are confidence intervals where the actual MS-serving BTS distance d has a probability γ
Figure 112005011470349-pct00235
Same as within (shown in Figure 15):

Figure 112005011470349-pct00236
Figure 112005011470349-pct00236

도 15는 송수신기지국(BTS)(1501), 두 개의 호(1503, 1505)에 의해 정의되는 영역 내에 있는 위치 추정 (1507)를 도시한다. 더 큰 호는 반지름 dsup를 가지고, 더 작은 호는 반지름 dinf를 가진다. Figure 15 shows a location estimate within the area defined by a transceiver base station (BTS) 1501, two calls 1503, 1505. 1507 is shown. Larger arcs have a radius d sup and smaller arcs have a radius d inf .

본 발명의 실시예에 있어서, 신뢰 지역 파라미터들(R1, R2, α 및 β)은 만약 서빙 셀 후방 반지름(RB)가 거리 추정에 대한 신뢰 간격의 하한선

Figure 112005011470349-pct00238
보다 더 작거나 또는 더 큰지 여부에 따라 다소 상이하게 계산된다. In an embodiment of the invention, the confidence zone parameters R1, R2, α and β are the lower bounds of the confidence interval for which the serving cell rear radius R B is for distance estimation.
Figure 112005011470349-pct00238
It is calculated somewhat differently depending on whether it is smaller or larger.

상기 셀 후방 반지름 RB는 엄격하게 요구되나, 상기 방법의 신뢰성을 향상시키기 위하여 충분한 정보를 제공한다. 따라서 본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 후방 반지름 RB의 수치는 0으로 설정된다. 이 경우에 있어서, 서빙 BTS 안테나 의 메인 방사 로브의 방향으로의 셀의 부분만이 상기 신뢰 지역에 포함된다. The cell rear radius R B is strictly required, but provides sufficient information to improve the reliability of the method. Thus, in a further embodiment of the present invention, the value of the rear radius R B is set to zero. In this case, only a portion of the cell in the direction of the main radiation lobe of the serving BTS antenna is included in the trusted area.

상기 신뢰 지역의 내부 반지름은

Figure 112005011470349-pct00239
로 설정된다. 그러나
Figure 112005011470349-pct00240
가 음수가 될 수 있고(즉, 만약
Figure 112005011470349-pct00241
이고 TA 오류 통계가 긴 테일을 가진다면,
Figure 112005011470349-pct00242
는 dTA보다 클 수 있다.) 만약 R1이 음수로 계산된다면, R1은 0으로 설정되어야 한다. 더욱이, TA=0일 때 서빙 BTS 좌표들에 중심을 갖는 원으로서 신뢰 지역을 정의하는 것이 현명하다; 여기서, R1의 경우 0으로 설정된다.The inner radius of the confidence zone is
Figure 112005011470349-pct00239
Is set to. But
Figure 112005011470349-pct00240
Can be negative (i.e. if
Figure 112005011470349-pct00241
If the TA error statistic has a long tail,
Figure 112005011470349-pct00242
Can be greater than d TA .) If R 1 is calculated as negative, then R 1 must be set to zero. Moreover, it is wise to define a confidence zone as a circle centered on serving BTS coordinates when TA = 0; Here, in the case of R 1 is set to 0.

요약하면, R1은 다음과 같이 정의된다.In summary, R 1 is defined as follows.

Figure 112005011470349-pct00243
Figure 112005011470349-pct00243

신뢰 지역의 불특정한 반지름(R2)은 거리 추정의 신뢰 간격 폭 ri+rs과 동일하게 설정된다. 그러나 조정 결과가 R1을 결정하기 위하여 (197)에 만들어질 때, R2에 대한 정확한 정의는 다음과 같다.The unspecified radius R2 of the confidence zone is set equal to the confidence interval width r i + r s of the distance estimate. However, when the adjustment result is made at 197 to determine R 1 , the exact definition of R 2 is as follows.

Figure 112005011470349-pct00244
Figure 112005011470349-pct00244

신뢰 지역의 방위 각도 (α)는 서빙 섹터의 방위 및 섹터 각도 폭에 의해 결정된다. 신뢰 지역의 폭 β는 서빙 섹터 폭의 2배이다. The azimuth angle α of the confidence zone is determined by the azimuth and sector angle width of the serving sector. The width β of the confidence region is twice the width of the serving sector.

Figure 112005011470349-pct00245
Figure 112005011470349-pct00245

여기서

Figure 112005011470349-pct00246
는 서빙 BTS로부터의 거리 d에 대한 셀 폭의 종국적인 의존성을 보존적으로 고려하기 위하여 정의된다. here
Figure 112005011470349-pct00246
Is defined to conservatively consider the final dependence of the cell width on the distance d from the serving BTS.

Figure 112005011470349-pct00247
Figure 112005011470349-pct00247

상기 신뢰 지역은 서빙 셀의 각도 폭의 2배인 각도 폭을 가진다. 따라서 셀의 섹터화가 고려된다. 이에 대한 근본적인 이유는 인터레스트의 BTS를 가지는 커뮤니케이션에서 모든 모바일 디바이스들이 각도적으로 (RB=0일 때 방정식(189)에 의해 커버되는 예외를 가지고)

Figure 112005011470349-pct00248
로 정의된 호에 위치된다는 가정이다. 이는 또한 원형 크라운 γ를 사용하는 신뢰 계수가 거리 R1 및 R2를 정의하기 위해 사용되는 신뢰 계수 ξ와 동일하다는 결과를 낳는다. The confidence zone has an angular width that is twice the angular width of the serving cell. Therefore, sectorization of the cell is considered. The fundamental reason for this is that in communications with BTS of interest, all mobile devices are angular (with the exception covered by equation (189) when R B = 0).
Figure 112005011470349-pct00248
It is assumed to be located in the arc defined by. This also results in that the confidence coefficient using the circular crown γ is equal to the confidence coefficient ξ used to define the distances R 1 and R 2 .

만약 dINF가 서빙 셀 후방 반지름 RB보다 작다면, MS의 실제 위치가 후방 반지름 지역에 있는 높은 확률을 가진다. 이 경우에 있어서, 위치 추정은 이전에 계산되나, 신뢰 지역은 전체 후방 반지름 지역을 포함하는 방식으로 정의된다. 이는 신뢰 지역의 폭 β가 2π이고 신뢰 호가 전체 원으로 정의될 때 방위각 α가 여분의 정보를 제공한다는 것을 의미한다(α가 0으로 설정된다). 더욱이, 내부 및 불특정 반지름들은 다음과 같이 주어진다:If d INF is less than the serving cell rear radius R B , there is a high probability that the actual position of the MS is in the rear radius region. In this case, the position estimate is previously calculated, but the confidence region is defined in such a way that it encompasses the entire rear radius region. This means that when the width β of the confidence zone is 2π and the confidence arc is defined as a full circle, the azimuth angle α provides extra information (α is set to zero). Moreover, internal and unspecified radii are given as:

Figure 112005011470349-pct00249
Figure 112005011470349-pct00249

실제 항들에 있어서, 상기 정의들은, MS가 서빙 BTS 위치에 매우 근접할 때 후방 반지름 지역의 효과들이 전방향성인 것과 같이 서빙 셀을 처리하여 고려된다는 것이 단순하게 언급된다.In practical terms, the definitions are simply mentioned that the effects of the rear radius area are considered by treating the serving cell as omnidirectional when the MS is very close to the serving BTS position.

만약 서빙 셀이 전방향성이라면, 섹터 방위의 개념들 및 각도 폭은 의미없 다. 최고의 위치 추정은 서빙 BTS 위치에 의해 주어지는 좌표를 사용하여 제공된다. If the serving cell is omnidirectional, the concepts of sector orientation and angular width are meaningless. The best position estimate is provided using the coordinates given by the serving BTS position.

Figure 112005011470349-pct00250
Figure 112005011470349-pct00250

여기서 상기 신뢰 지역은 거리 추정의 신뢰 간격의 상한선과 동일한 반지름을 가지는 원에 의해 정의된다.The confidence region is defined by a circle having the same radius as the upper limit of the confidence interval of the distance estimate.

Figure 112005011470349-pct00251
Figure 112005011470349-pct00251

Figure 112005011470349-pct00252
및 rs는 방정식 (192) 및 (195)를 사용하여 섹터화된 셀의 경우로서 계산된다.
Figure 112005011470349-pct00252
And r s are calculated as in the case of sectorized cells using equations (192) and (195).

상기 설명된 계산들은 TA 측정 오류로부터 통계적인 정보를 이용한다. 만약 TA 측정 오류 통계적인 정보가 이용가능하지 않는다면, 위치 추정에 대한 정의들 및 상기 주어진 신뢰 지역은 여전히 적용된다; 그러나 신뢰 계수는 의미없고

Figure 112005011470349-pct00253
, ri 및 rs는 오직 TA 양자화 규칙에 기초하여 정의될 수 있다.The calculations described above use statistical information from the TA measurement error. If TA measurement error statistical information is not available, the definitions for location estimation and the given confidence zone still apply; But the confidence coefficient is meaningless
Figure 112005011470349-pct00253
, r i and r s can be defined only based on the TA quantization rule.

Figure 112005011470349-pct00254
Figure 112005011470349-pct00254

상기 나타낸 알고리즘은 CI 및 TA가 이용가능할 때 MS 좌표들 및 신뢰 지역을 추정한다. 만약 어떠한 TA 정보도 이용가능하지 않다면, MS 위치 추정 및 그것의 신뢰 지역은 여전히 오직 CI에 의해 전달되는 정보를 사용하여 정의될 수 있다. 특히, 만약 셀 반지름 RF에서의 추정이 이용가능하다면 상기 신뢰 지역이 정의될 수 있으며, 아울러 RF가 알려지지 않음에도 불구하고 위치 추정이 제공될 수 있다. The algorithm shown above estimates MS coordinates and confidence region when CI and TA are available. If no TA information is available, the MS location estimate and its trusted area can still be defined using only the information carried by the CI. In particular, the confidence region can be defined if an estimate at cell radius R F is available, and a position estimate can be provided even though R F is unknown.

어떠한 TA 정보도 이용가능하지 않는 곳에서, 본 발명의 실시예들은 서빙 셀이 섹터화가 가능한지 여부를 결정하기 위하여 서빙 BTS를 시험한다. Where no TA information is available, embodiments of the present invention test the serving BTS to determine whether the serving cell is capable of sectorization.

만약 상기 셀이 전방향성이고 TA가 이용가능하지 않다면, 위치 추정은 BTS 좌표들에서 얻어지는 본 발명의 실시예들에 따른다. If the cell is omni-directional and TA is not available, the position estimate is in accordance with embodiments of the present invention obtained in BTS coordinates.

Figure 112005011470349-pct00255
Figure 112005011470349-pct00255

상기 추정의 신뢰 지역은 BTS 위치에 중심이 있는 원이다. 그러한 지역의 반지름은 인자

Figure 112005011470349-pct00256
에 의한 스케일링 RF에 의해 얻어진다. 상기 인자는 반지름 RF의 원형 셀의 모든 영역의 부분 ξ이 신뢰 지역에 포함되도록 선택된다. The confidence region of the estimate is a circle centered on the BTS location. The radius of such an area is
Figure 112005011470349-pct00256
It is obtained by scaling R F by. The factor is chosen such that the part ξ of all areas of the circular cell of radius R F is included in the confidence zone.

Figure 112005011470349-pct00257
Figure 112005011470349-pct00257

만약 상기 셀이 섹터화되고 TA가 이용가능하지 않다면, 상기 위치 추정에 대한 두 가지 대안이 존재한다. If the cell is sectorized and the TA is not available, there are two alternatives to the position estimate.

본 발명의 실시예에서 사용되는 첫번째 대안은 서빙 BTS 위치에 존재하기 위하여 MS 위치 추정을 선택한다. 이 추정에 있어서, 어떠한 셀 반지름(RF) 정보도 요구되지 않는다. The first alternative used in the embodiment of the present invention selects the MS location estimate to be at the serving BTS location. In this estimation, no cell radius R F information is required.

Figure 112005011470349-pct00258
Figure 112005011470349-pct00258

만약 RF가 주어진다면, 본 발명의 실시예들은 도 10에 나타낸 바와 동일한 형태로 단순화된 셀의 다수 중심으로서 추정된 MS 위치를 계산하나, 단지 원래 셀의 총 영역의 부분 ξ이 고려되도록 보증하기 위하여 후방 반지름 및 전방 반지름을 가지고 인자

Figure 112005011470349-pct00259
에 의해 스케일 된다. If R F is given, embodiments of the present invention compute the estimated MS position as the multiple centers of the simplified cell in the same form as shown in Figure 10, but only to ensure that a fraction ξ of the total area of the original cell is taken into account. Factor with the rear radius and the front radius
Figure 112005011470349-pct00259
Scaled by

서빙 셀의 다수의 중심들의 좌표들은 다음과 같이 정의된다.The coordinates of multiple centers of the serving cell are defined as follows.

Figure 112005011470349-pct00260
Figure 112005011470349-pct00260

여기서 S는 방정식(189)에 설명된 바와 같은 홈 셀의 경계이고, M(S)는 그것의 영역이다. 섹터 방위 및 거리의 폭의 의존성을 무시하고 상수 섹터의 각도 폭

Figure 112005011470349-pct00261
를 가정함으로써, 다음과 같이 정의된다. Where S is the boundary of the home cell as described in equation 189 and M (S) is its region. Angular width of constant sectors, ignoring sector orientation and dependence of distance width
Figure 112005011470349-pct00261
Is assumed to be defined as follows.

Figure 112005011470349-pct00262
Figure 112005011470349-pct00262

Figure 112005011470349-pct00263
및 극 좌표들에서 푼 (208)에서의 적분들은 위치 추정
Figure 112005011470349-pct00264
Figure 112005011470349-pct00265
에 대한 후술할 표현을 부여하는 것이 보여질 수 있다.
Figure 112005011470349-pct00263
And the integrals at solve (208) in polar coordinates are position estimates
Figure 112005011470349-pct00264
And
Figure 112005011470349-pct00265
It can be seen to give a representation to be described later.

Figure 112005011470349-pct00266
Figure 112005011470349-pct00266

상기 신뢰 지역은 내부 반지름이 0(R1=0)인 도 8에 도시된 바와 동일한 형태를 가진다. 상기 신뢰 지역의 원점(x0,y0)는 BTS 좌표들(xs,ys)에 위치하지 않으나, BTS 좌표들로부터의 거리 RB'에 의하여 섹터 방위 φs에 의해 정의되는 축을 따라 ( 셀의 전방 측면과 반대되는 방향으로) 이동된다. 상기 신뢰 지역의 이 정의를 사용하여, 후방 반지름 지역은 (적어도 부분적으로) 포함된다. 신뢰 지역의 원점 및 서빙 BTS 좌표들의 서로 다른 위치에 비추어 계산되는 신뢰 지역의 각도 폭 β은 각도 Δφs'≠Δφs의 2배로 정의된다. 상기 신뢰 지역의 방위 α는 셀 방위 φs 및 새로운 변수 Δφs'에 따라 정의된다. The confidence zone has the same shape as shown in FIG. 8 with an inner radius of 0 (R 1 = 0). The origin (x 0 , y 0 ) of the confidence zone is not located at BTS coordinates (x s , y s ), but along an axis defined by the sector orientation φ s by the distance R B ′ from the BTS coordinates ( In the direction opposite to the front side of the cell). Using this definition of the confidence zone, the rear radius zone is included (at least in part). The angular width β of the trusted region, calculated in light of the different positions of the origin and serving BTS coordinates of the trusted region, is defined as twice the angle Δφ s ' ≠ Δφ s . The azimuth α of the confidence zone is defined according to the cell orientation φ s and the new variable Δφ s '.

Figure 112005011470349-pct00267
Figure 112005011470349-pct00267

RB' 및 Δφs'는 도 16에 도시된 바와 같이 지형으로부터 결정된다. R B ′ and Δφ s ′ are determined from the terrain as shown in FIG. 16.

도 16은 신뢰 지역을 계산하기 위하여 본 발명의 실시예에서 사용되는 지형을 도시한다. 상기 형상은 원(1603), 제1삼각형(1601), 제2삼각형(1605) 및 원형 세그먼트(1607)를 포함한다. 상기 원은 BTS 위치 xs,ys에서 원점(1611)을 가지고, 반지름 RB를 가진다. 첫번째는 위치 x0,y0에서의 제1꼭지점(1609), 상기 원의 원점 xs,ys를 통과하는 제1꼭지점(1609)에 하나의 종단이 연결되는 제1측면(1623), 제1꼭지점의 하나의 종단에 연결되고 두 측면들(1623,1621)에 의해 정의되는 제1꼭지점(1609)에서의 각도가 Δφs'이기 위하여 정렬되는 제2측면(1621)을 포함한다. 상기 제1삼각형의 꼭지점(1609)은 원의 원점으로부터의 거리 RB'에 위치된다. 상기 제2삼각형(1605)은 제1삼각형(1601)의 영역에 놓이고, 상기 원의 원점에 위치된 제1꼭지점, 하나의 종단에서 상기 제2삼각형의 제1꼭지점에 연결되고 제1삼각형의 제1측면 의 일부분을 형성하는 제1측면(1629)과, 하나의 종단에서 제1꼭지점에 연결되고 제1측면(1629)와 제2측면(1627) 사이에 각도

Figure 112005011470349-pct00268
를 갖도록 정렬된 제2측면(1627)을 포함한다. 제1삼각형(1601) 및 제2삼각형(1605)은 또한 공통 우측 각도 꼭지점(1631)과 공통 측면(1625)을 포함한다. 상기 공통 측면은 두 삼각형의 제1측면들에 수직인 라인으로서 정렬되고 제1 및 제2 삼각형의 측면들의 교차하는(1635) 포인트에 연결된다. 상기 세그먼트(1607)는 원(1603)의 원점 xs,ys에 원점을 가지는 길의 RF의 두 반지름과 상기 반지름의 종단들 사이에 정의되는 호를 포함한다. 제1반지름은 제2삼각형의 제2측면(1605)에 공통되고, 제2반지름은 제1반지름으로부터의 각도
Figure 112005011470349-pct00269
이다. 그에 따라 단순한 삼각법을 이용할 때, 제1 및 제2삼각형 측면의 높이는
Figure 112005011470349-pct00270
와 동일하게 보여질 수 있다. 도 16은 더욱이 원의 원점(1611)에서 제1삼각형의 제1측면(1623)에 연결되며 수직인 라인(1651)과, 상기 라인의 교차점 및 제1삼각형의 제2측면에서의 제2종단을 가진다. 상기 라인(1651)은 길이 h를 가진다. 16 illustrates the terrain used in an embodiment of the present invention to calculate a confidence zone. The shape includes a circle 1603, a first triangle 1601, a second triangle 1605, and a circular segment 1607. The circle has an origin 1611 at the BTS locations x s , y s and has a radius R B. The first is the first vertex 1609 at position x 0 , y 0 , the first side 1623 at which one end is connected to the first vertex 1609 passing through the origin x s , y s of the circle, and A second side 1621 connected to one end of the first vertex and aligned so that the angle at the first vertex 1609 defined by the two sides 1623 and 1621 is Δφ s '. The vertex 1609 of the first triangle is located at a distance R B ′ from the origin of the circle. The second triangle 1605 lies in an area of the first triangle 1601 and is connected to a first vertex located at the origin of the circle, and connected to a first vertex of the second triangle at one end thereof, A first side 1629 that forms part of the first side and an angle between the first side 1629 and the second side 1627 connected to the first vertex at one end;
Figure 112005011470349-pct00268
And a second side 1627 aligned with. The first triangle 1601 and the second triangle 1605 also include a common right angle vertex 1631 and a common side 1625. The common side is aligned as a line perpendicular to the first sides of the two triangles and connected to an intersection point 1635 of the sides of the first and second triangles. The segment 1607 includes an arc defined between the two radii of R F of the path having an origin at the origin x s , y s of the circle 1603 and the ends of the radius. The first radius is common to the second side 1605 of the second triangle, and the second radius is an angle from the first radius.
Figure 112005011470349-pct00269
to be. Thus, when using simple trigonometry, the heights of the first and second triangle sides
Figure 112005011470349-pct00270
Can be seen the same as FIG. 16 further shows a line 1651 perpendicular to the first side 1623 of the first triangle at the origin 1611 of the circle and a second end at the intersection of the line and the second side of the first triangle. Have The line 1651 has a length h.

이하에서 설명된 바와 같이 본 발명의 실시예들은

Figure 112005011470349-pct00271
가 π/2보다 더 큰지 또는 더 작은지 여부에 따라, RB' 및 Δφs'를 결정한다. As described below, embodiments of the present invention
Figure 112005011470349-pct00271
Depending on whether is greater than or less than π / 2, R B ′ and Δφ s ′ are determined.

만약 RF≫RB이고

Figure 112005011470349-pct00272
>π/2이면, RB'가 RB와 동일한 것으로 정의되는 경우 신뢰 지역의 외부에 남겨지는 RB에 의해 정의되는 단지 원의 매우 작은 영역으로 보여질 수 있다. If R F ' ' R B
Figure 112005011470349-pct00272
> Is π / 2, when R B 'is defined to be equal to R B may be viewed in a very small area of the circle, which is defined only by the R B are left on the outside of the confidence region.

Figure 112005011470349-pct00273
Figure 112005011470349-pct00273

RB'에 대한 정의를 사용하여

Figure 112005011470349-pct00274
에 대한 분석적인 표현이 도 16에 도시된 지형으로부터 계산될 수 있다. 그 결과는 다음과 같다. Using the definition for R B '
Figure 112005011470349-pct00274
An analytical representation of may be calculated from the terrain shown in FIG. 16. the results are as follow.

Figure 112005011470349-pct00275
Figure 112005011470349-pct00275

도 16에 보여진 지형을 사용하여 Δφs'가 다음과 같이 얻어진다. Using the terrain shown in FIG. 16, Δφ s ' is obtained as follows.

Figure 112005011470349-pct00276
Figure 112005011470349-pct00276

그리고 이 결과 RB'를 사용하는 것이 다음과 같이 계산하기 위하여 용이하다. And using this result R B 'is easy to calculate as follows.

Figure 112005011470349-pct00277
Figure 112005011470349-pct00277

상기 길이 h는

Figure 112005011470349-pct00278
로서 근사될 수 있다. 이 근사값은 단지, 상기 신뢰 지역은 너무 작고 반지름이 RB인 원의 충분히 큰 일부분을 포함하지 않거나(즉, RB'의 수치는 너무 작다), 역으로 RB'는 너무 큰 신뢰 지역을 이끌어내기에 너무 크다는 것을 검사한 후 수행된다. 이러한 경우들에 대하여 검사하기 위하여 두 선택된 파라미터들이 도입된다: δmin(너무 작은 RB' 예시에 대비하는 것)여기서 1.5는 δmin에 대한 전형적인 선택이다) 및 δmax(너무 큰 RB' 예시에 대비하는 것-그 4-5는 δmax에 대한 전형적인 선택이다).The length h is
Figure 112005011470349-pct00278
Can be approximated as This approximation only indicates that the confidence region is too small and does not contain a sufficiently large portion of the circle with a radius of R B (ie, the value of R B 'is too small), or vice versa, R B ' leads to a too large confidence region This is done after checking that the bet is too big. Two selected parameters are introduced to check for these cases: δ min (vs. too small RB 'example), where 1.5 is a typical choice for δ min ) and δ max (vs. too large RB' example). 4-5 are typical choices for δ max ).

만약 RB'가 너무 작다고 판명된다면, 즉, δminRB > RB'이면, RB'는 본 발명의 실시예에서 다음과 같이 재정의된다.If R B ′ is found to be too small, ie, δ min R B > R B ′, R B ′ is redefined as follows in an embodiment of the present invention.

Figure 112005011470349-pct00279
Figure 112005011470349-pct00279

그리고 Δφs'는 도 16에 도시된 바와 같은 지형을 사용하여 획득된다. And Δφ s ' is obtained using the terrain as shown in FIG.

Figure 112005011470349-pct00280
Figure 112005011470349-pct00280

만약 RB'가 너무 크다고 판명된다면, 즉, δmaxRB >RB'이면, RB'는 다음과 같이 재정의된다.If R B 'turns out to be too large, i.e. δ max R B > R B ′, R B ′ is redefined as follows.

Figure 112005011470349-pct00281
Figure 112005011470349-pct00281

그리고 Δφs'는 방정식(217)으로부터 계산된다. And Δφ s ' is calculated from equation (217).

CI,TA 또는/및 RX정보를 이용하는 적어도 몇몇 위치 결정 방법들에 통합하는 제안된 위치 절차는 도 17에서 도시된다. 상기 절차는 상기 표현된 위치 결정 방법들(CI, CI+TA 및 CI+RX 알고리즘들)에 통합할 수 있다. 상기의 프로세스는 이하에서 설명된다: 먼저, 단계 S1에서 타이밍 진보 및, 서빙 및 이웃 셀들로부터의 기지국에 의해 측정되는 수신 신호 레벨이 수집된다. A proposed location procedure incorporating at least some location determination methods using CI, TA or Rx information is shown in FIG. The procedure can be integrated into the represented location determination methods (CI, CI + TA and CI + RX algorithms). The above process is described below: First, in step S1, timing advances and received signal levels measured by the base station from the serving and neighboring cells are collected.

다음, 단계 S2에서 연관된 알고리즘 입력 파라미터들 및 측정된 셀들에 위한 송수신기지국 좌표들과 같은 무선 네트워크 파라미터들이 수집된다. Next, in step S2 wireless network parameters such as associated algorithm input parameters and transceiver station coordinates for the measured cells are collected.

단계 S3에서, 상기 측정들 및 네트워크 데이터는, 어떤 측정들이 위치 계산 에서 사용되어야 하는지 선택하기 위하여 분석된다. 위치 정확성을 향상시키기 위하여 중대하게 기여하지 않는 셀들은 측정 세트로부터 제거된다. 셀 선택 절차의 결과로서, 서빙 셀 정보는 잠재적으로 제거될 수 있고, 그리고/또는 이웃 셋 정보는 가능한 전적으로 또는 부분적으로 제거될 수 있다. In step S3, the measurements and network data are analyzed to select which measurements should be used in the position calculation. In order to improve position accuracy, cells that do not contribute significantly are removed from the measurement set. As a result of the cell selection procedure, serving cell information may potentially be removed, and / or neighbor set information may be removed wholly or partially as possible.

단계 S4에서, 셀 신원/셀 신원 더하기 타이밍 진보 위치 추정이 만들어진다. 만약 서빙 셀 정보가 이용가능하다면, 셀 신원 또는, 셀 신원 및 앞서 설명된 바와 같은 위치 결정 알고리즘에 기반을 둔 타이밍 진보는 서빙 셀에 대하여 위치 추정 및/또는 신뢰 지역을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 결과적인 위치 추정은 이 문서 "CI/CI+TA 위치 추정"에서 호출된다. In step S4, a cell identity / cell identity plus timing advance position estimate is made. If serving cell information is available, timing advances based on cell identity or cell identity and a positioning algorithm as described above may be used to determine location estimates and / or confidence regions for the serving cell. The resulting position estimate is called in this document "CI / CI + TA position estimate".

단계 S5에서, RX 위치 추정이 만들어진다. 만약 이웃 셀 정보가 이용가능하다면, 위치 결정 알고리즘에 기초한 CI+RX가 적용된다. 이는 앞서 설명된 알고리즘 A 내지 F 중 어느 하나 되거나, 실제로 임의의 다른 적당한 알고리즘이 될 수 있다. 이는 기지국 위치를 추정하는데 사용된다. 알고리즘들에 기초한 CI+RX를 선택하는데 있어서, 후술할 기준이 고려될 수 있다. In step S5, an RX position estimate is made. If neighbor cell information is available, CI + RX based on the location determination algorithm is applied. This may be any of the algorithms A to F described above, or may actually be any other suitable algorithm. This is used to estimate the base station location. In selecting CI + RX based on algorithms, criteria to be described below may be considered.

●셀 섹터화. 전방향 셀들에 대하여, 알고리즘들에 기반을 둔 CI+RX가 사용될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘 D(방정식 154), E(방정식 156) 또는 F(방정식 158)이 사용될 수 있다. Cell Sectorization. For omni cells, CI + RX based on algorithms can be used. For example, algorithms D (Equation 154), E (Equation 156) or F (Equation 158) can be used.

섹터 셀들에 대하여, 앞서 설명된 알고리즘 A, B 및 C와 같은 알고리즘들에 기초한 CI+RX가 직접적으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 알고리즘 D, E 및 F가 앞서 설명된 바와 같은 섹터 셀들의 경우로 확장될 수 있다. For sector cells, CI + RX based on algorithms such as Algorithms A, B and C described above can be used directly. Alternatively, algorithms D, E, and F can be extended to the case of sector cells as described above.

●절대/상대 레벨 관측들Absolute / Relative Level Observations

이하에서 설명된 알고리즘 C는 상대적인 레벨 관측들, 즉 송수신기지국 쌍으로부터의 수신 신호 레벨 측정들에서의 차이를 사용한다. 알고리즘 A,B,D,E 및 F가 절대 레벨 관측들을 사용하는 것을 인식해야 한다. Algorithm C, described below, uses the difference in relative level observations, i.e., received signal level measurements from a transceiver station pair. It should be recognized that the algorithms A, B, D, E and F use absolute level observations.

●폐쇄형/반복형 알고리즘들 Closed / Repeated Algorithms

알고리즘 A, B, C, D 및 E는 반복적인 알고리즘들이다. 알고리즘 F는 폐쇄형 알고리즘이다. 이는 수신 신호 레벨 측정들이 수집되는 송수신기지국들의 좌표들의 가중된 평균들로서 기지국 좌표들을 결정한다. 1개의 분석적인 표현(방정식 163 및 164) 및 가중치들에 대한 3개의 경험적인 근사치들은 또한 상기 논의된 바와 같이 제공된다. Algorithms A, B, C, D and E are iterative algorithms. Algorithm F is a closed algorithm. This determines the base station coordinates as the weighted averages of the coordinates of the transceiver stations from which received signal level measurements are collected. Three empirical approximations for one analytic expression (Equations 163 and 164) and weights are also provided as discussed above.

●RX-기반 도메인 결정 RX-based domain determination

상기 RX-기반 알고리즘들은 RX-기반 위치 추정이 놓여지기 위해 제한된 "도메인"의 결정을 요구할 수 있다. 그러한 도메인은 예컨대, 앞서 제공된 임의의 정의들을 사용하여 정의될 수 있다. The RX-based algorithms may require a limited "domain" determination in order for the RX-based position estimate to be placed. Such a domain can be defined, for example, using any of the definitions provided above.

획득된 위치 추정은 편의상 "RX 위치 추정"로 칭한다. The obtained position estimate is referred to as "RX position estimate" for convenience.

단계 S6에서, RX 방향 위치 추정이 획득된다. 만약 서빙 셀 정보 및 "RX 위치 추정"이 이용가능하다면, 서빙 송수신기지국에서 "RX 위치 추정"으로의 방향이 계산된다. 이 방향은 상기 설명된 바와 같이, 알고리즘에 기초한 CI+TA에 대한 입력으로서 실제 안테나 방향 대신에 사용된다. 상기 결과적인 위치 추정은 편의상 "RX 방향 위치 추정"으로 칭한다. In step S6, the RX direction position estimate is obtained. If serving cell information and "RX location estimation" are available, the direction from the serving transceiver base station to "RX location estimation" is calculated. This direction is used instead of the actual antenna direction as input to the algorithm based CI + TA, as described above. The resulting position estimate is referred to as "RX direction position estimate" for convenience.

단계 S7에 있어서, 가상 BTS 위치 추정이 계산된다. In step S7, the virtual BTS position estimate is calculated.

만약 서빙 셀 정보 및 "RX-방향 위치 추정"이 이용가능하다면, 상기 "RX-방향 위치 추정"의 좌표들이 RX 기반 알고리즘에 대하여 부가적인 (전방향성의) 이웃 셀로서 사용된다. 부가적인 이웃 셀 및 상기 좌표와 연관된 RX 레벨 측정은 "가상 송수신기지국" 및 "가상 RX 레벨"로 각각 칭해질 수 있다. 상기 가상 RX 레벨 측정에 대한 수치는 예를 들어, 측정된 이웃들로부터의 평균 RX 레벨로서 또는 상기 측정된 이웃들로부터의 최대 RX 레벨로서 선택될 수 있다. 결과적인 위치 추정은 "가상 BTS 위치 추정"으로 칭해진다. If serving cell information and "RX-direction position estimation" are available, the coordinates of the "RX-direction position estimation" are used as additional (omni-directional) neighbor cells for the RX based algorithm. The RX level measurement associated with the additional neighbor cell and the coordinates may be referred to as "virtual transceiver station" and "virtual RX level", respectively. The value for the virtual RX level measurement may be selected, for example, as the average RX level from the measured neighbors or as the maximum RX level from the measured neighbors. The resulting position estimate is called "virtual BTS position estimate."

논의된 임의의 위치 결정 방법들에 의해 획득된 위치 추정이 부가적이거나 또는 가상적인 기지국 측정으로서 사용될 수 있다고 인정되어야 한다. 가상 기지국 측정은 예컨대 가상 RX 레벨, 실제 측정들 및 가상 측정들의 세트와 같은 가상 측정과 연관되고, 가상 측정은 임의의 설명된 위치 결정 방법들을 사용하여 재처리된다. It should be appreciated that the position estimate obtained by any of the position determination methods discussed may be used as additional or virtual base station measurement. The virtual base station measurement is associated with a virtual measurement such as, for example, a virtual RX level, actual measurements and a set of virtual measurements, and the virtual measurement is reprocessed using any of the described location determination methods.

단계 S8에서, 획득된 위치 추정들-CI/CI+TA 위치 추정, RX 위치 추정, RX-방향 위치 추정, RX 위치 추정, RX-방향 위치 추정 또는 가상 BTS 위치 추정-중 어느 하나는 위치 처리에 의해 전달되는 위치 추정으로서 선택될 수 있다. In step S8, any one of the obtained position estimates-CI / CI + TA position estimation, RX position estimation, RX-direction position estimation, RX position estimation, RX-direction position estimation or virtual BTS position estimation- It can be selected as the position estimate passed by.

본 발명의 실시예들은 특히 유연성이 있다. 예를 들어, 만약 TA 측정들 및/또는 서빙 셀 정보는 이용가능하지 않다면, 상기 처리는 여전히 RX 위치 추정과 같은 위치 결정 정보를 제공하기 위하여 가능하다. 이와 같이, 만약 이웃 정보 및/또는 RX 레벨 측정들이 이용가능하지 않다면, 상기 프로세스는 여전히 CI/CI+TA 위치 추정을 사용하여 위치 추정들을 전송할 수 있다. Embodiments of the present invention are particularly flexible. For example, if TA measurements and / or serving cell information are not available, the process is still possible to provide location information such as RX location estimate. As such, if neighbor information and / or RX level measurements are not available, the process may still send location estimates using CI / CI + TA location estimate.

본 발명의 실시예들은 RX 레벨 및 효과적으로 사용되기 위한 TA 측정들을 가능하게 한다. 이 정보는 현재 표준 GSM 네트워크에 제공된다. 타이밍 진보 및 RX 레벨 측정들 "가상 BTS 위치 추정"의 결합된 사용은 모바일 사용자들의 가장 밀도 높은 지역에서 가장 정확한 위치 추정들을 부여한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 추정들 중 하나가 선택된다. 하나 이상의 추정들이 획득되는 곳에서, 평균하는 것 또는 대안적으로 상기 결과들의 가중치를 부여하는 것이 제공될 수 있다. Embodiments of the present invention enable RX levels and TA measurements to be used effectively. This information is currently provided for standard GSM networks. The combined use of timing advance and RX level measurements "virtual BTS location estimation" gives the most accurate location estimates in the most dense areas of mobile users. In an embodiment of the invention, one of the above estimates is selected. Where one or more estimates are obtained, averaging or alternatively weighting the results may be provided.

다수의 서로 다은 위치 추정들이 결정되는 곳에서, 상기 방법들 중 단지 하나가 사용될 수 있다. 임의의 적당한 기준이 상기 방법들의 기준이 사용되도록 결정하기 위하여 사용될 수 있다. Where a number of different position estimates are determined, only one of the above methods can be used. Any suitable criteria can be used to determine that the criteria of the methods are used.

본 발명의 실시예들이 다수의 서로 다른 방법들이 사용되는 정렬의 문맥에서 특히 설명되어온 반면, 몇몇 실시예들에 있어서 상기에서 설명된 위치 결정 알고리즘들 중 하나가 단독으로 사용될 수 있다. While embodiments of the invention have been described in particular in the context of alignment in which many different methods are used, in some embodiments one of the positioning algorithms described above may be used alone.

Claims (26)

네트워크에 의해 커버되며 복수의 셀로 분할되는 영역에서 모바일 디바이스의 위치를 추정하는 방법으로서, A method of estimating a location of a mobile device in an area covered by a network and divided into a plurality of cells, the method comprising: 위치 결정 정보를 수집하는 단계와;Collecting location information; 위치 추정을 제공하기 위하여 복수의 서로 다른 위치 결정 방법중 적어도 하나를 선택하는 단계와, 여기서 상기 선택된 하나의 방법은 가상 기지국 위치 추정을 결정하는 것을 포함하며; 그리고Selecting at least one of a plurality of different location determination methods to provide a location estimate, wherein the selected one method includes determining a virtual base station location estimate; And 수집된 위치 정보를 사용, 상기 적어도 하나의 선택된 위치 결정 방법에 기초하여 위치 추정을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.Using the collected position information, providing a position estimate based on the at least one selected position determination method. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 서로 다른 위치 결정 방법 중 상기 적어도 하나는 다음의 방법들 즉,The method of claim 1, wherein the at least one of the plurality of different positioning methods is as follows: 셀 신원 정보를 사용하는 방법과; Using cell identity information; 셀 신원 정보 및 수신 신호 세기를 사용하는 방법과; Using cell identity information and received signal strength; 셀 신원 정보 및 타이밍 진보 정보를 사용하는 방법과; 그리고 Using cell identity information and timing advance information; And 셀 신원 정보, 수신 신호 세기 정보 및 타이밍 진보 정보를 사용하는 방법 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.And at least one of a method of using cell identity information, received signal strength information, and timing advance information. 삭제delete 제 2항에 있어서, 상기 가상 기지국 위치 추정은 상기 다음의 방법들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 3. The method of claim 2, wherein the virtual base station position estimation comprises at least one of the following methods. 제 1항에 있어서, 상기 가상 기지국 위치 추정은 적어도 하나의 가상 측정 및 적어도 하나의 실제 측정과 연관되고, 상기 적어도 하나의 가상 측정은 위치 결정 방법을 사용하여 처리되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 2. The method of claim 1, wherein the virtual base station position estimate is associated with at least one virtual measurement and at least one actual measurement, wherein the at least one virtual measurement is processed using a location determination method. 제 5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실제 측정 및 상기 적어도 하나의 가상 측정은 청구항 2항에 정의된 위치 결정 방법을 사용하여 처리되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 6. The method of claim 5, wherein the at least one actual measurement and the at least one virtual measurement are processed using the positioning method defined in claim 2. 제 4항 또는 5항에 있어서, 상기 가상 측정에 대한 값은 측정된 레벨들과, 측정된 레벨들의 결합과, 측정된 레벨들의 평균중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 6. The method of claim 4 or 5, wherein the value for the virtual measurement is one of measured levels, a combination of measured levels, and an average of measured levels. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 위치 결정 방법은 이용가능한 위치 결정 정보에 의존하여 선택되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 2. The method of claim 1, wherein the at least one location determination method is selected depending on available location information. 제 1항에 있어서, 복수의 위치 추정들이 상기 복수의 서로 다른 위치 결정 방법으로부터 결정되고, 적어도 하나의 추정이 상기 위치 추정을 제공하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 2. The method of claim 1, wherein a plurality of position estimates are determined from the plurality of different positioning methods, and at least one estimate is used to provide the position estimate. 제 1항에 있어서, 상기 위치 결정 정보는 상기 모바일 디바이스에 의해 수집되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. The method of claim 1, wherein said location determination information is collected by said mobile device. 제 9항에 있어서, 상기 모바일 디바이스는 적어도 하나의 정보 타입의 레벨을 측정하도록 된 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 10. The method of claim 9, wherein the mobile device is adapted to measure the level of at least one type of information. 제 1항에 있어서, 상기 위치 결정 정보는 타이밍 진보 정보 및 수신 신호 레벨 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 2. The method of claim 1, wherein the positioning information comprises at least one of timing advance information and a received signal level. 제 12항에 있어서, 상기 수신 신호 레벨은 절대적인 수신 신호 레벨 또는 상대적인 수신 신호 레벨인 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 13. The method of claim 12, wherein the received signal level is an absolute received signal level or a relative received signal level. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 정보는 모바일 디바이스의 서빙 셀에 대하여 수집되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 2. The method of claim 1, wherein said information is collected for a serving cell of a mobile device. 제 13항에 있어서, 상기 정보는 적어도 하나의 이웃 셀에 대하여 수집되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 14. The method of claim 13, wherein said information is collected for at least one neighbor cell. 제 13항에 있어서, 위치 결정 정보의 수집 대상이 되는 상기 셀 또는 각각의 셀을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. The method of claim 13, further comprising the step of selecting the cell or each cell to which the location information is to be collected. 제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 다음의 단계들 즉, The method of claim 1, wherein the position estimation is performed in the following steps: i번째 측정된 수신 전력 Pi r로부터 i번째 BTS에 의해 방사된 최대 전력 Pi t,max를 추출하는 것에 의하여 i번째 레벨 관측이 Li인 기지국으로 전달하는 동안 i번째 BTS에 의해 전송되는 신호가 겪는 총 감쇄를 계산하는 단계:The signal transmitted by the i th BTS during the transfer of the i th level observation to the base station L i by extracting the maximum power P i t, max radiated by the i th BTS from the i th received received power P i r To calculate the total attenuation experienced:
Figure 112006062009119-pct00282
Figure 112006062009119-pct00282
벡터 L로 N BTS's로부터의 레벨 관측들을 적재하는 단계:Loading level observations from N BTS's into vector L:
Figure 112006062009119-pct00283
Figure 112006062009119-pct00283
최소화 문제의 해를 구하는 단계:Steps to solve the minimization problem:
Figure 112006062009119-pct00284
Figure 112006062009119-pct00284
을 포함하는 알고리즘을 사용하여 제공되며, Is provided using an algorithm that includes, 여기서 상기 비용 함수 F(x,y;σ2 u)는 다음과 같이 즉, Wherein the cost function F (x, y; σ 2 u ) is
Figure 112006062009119-pct00285
Figure 112006062009119-pct00285
그리고And
Figure 112006062009119-pct00286
Figure 112006062009119-pct00286
Figure 112006062009119-pct00287
Figure 112006062009119-pct00287
Figure 112006062009119-pct00288
Figure 112006062009119-pct00288
로 정의되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. Position estimation method, characterized in that defined by.
제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 다음의 단계들 즉, The method of claim 1, wherein the position estimation is performed in the following steps: i번째 측정된 수신 전력 Pi r로부터 i번째 BTS에 의해 방사된 최대 전력 Pi t,max를 추출하는 것에 의하여 i번째 레벨 관측이 Li인 기지국으로 전달하는 동안 i번째 BTS에 의해 전송되는 신호가 겪는 총 감쇄를 계산하는 단계: The signal transmitted by the i th BTS during the transfer of the i th level observation to the base station L i by extracting the maximum power P i t, max radiated by the i th BTS from the i th received received power P i r To calculate the total attenuation experienced:
Figure 112006062009119-pct00289
Figure 112006062009119-pct00289
벡터 L로 N BTS's로부터의 레벨 관측들을 적재하는 단계: Loading level observations from N BTS's into vector L:
Figure 112006062009119-pct00290
Figure 112006062009119-pct00290
다음과 같이 최소화 문제의 해를 구하는 단계:Steps to solve the minimization problem are as follows:
Figure 112006062009119-pct00291
Figure 112006062009119-pct00291
여기서 상기 비용 함수 F(x,y)는 Where the cost function F (x, y) is
Figure 112006062009119-pct00292
Figure 112006062009119-pct00292
그리고 Dxy는 x 및 y 존재의 도메인이며; 그리고And D xy is the domain of x and y presence; And
Figure 112006062009119-pct00293
Figure 112006062009119-pct00293
of
Figure 112006062009119-pct00294
와 같이 계산하는 단계를 포함하는 알고리즘을 이용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
Figure 112006062009119-pct00294
Position estimation method, characterized in that provided using an algorithm comprising the step of calculating as.
제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 다음의 단계들 즉, The method of claim 1, wherein the position estimation is performed in the following steps: i번째 측정된 수신 전력 Pi r로부터 i번째 BTS에 의해 방사된 최대 전력 Pi t,max를 추출하는 것에 의하여 i번째 레벨 관측이 Li인 기지국으로 전달하는 동안 i번째 BTS에 의해 전송되는 신호가 겪는 총 감쇄를 계산하는 단계: The signal transmitted by the i th BTS during the transfer of the i th level observation to the base station L i by extracting the maximum power P i t, max radiated by the i th BTS from the i th received received power P i r To calculate the total attenuation experienced:
Figure 112006062009119-pct00295
Figure 112006062009119-pct00295
참조로서 취해지는 레벨 관측 L1으로부터 j번째 레벨 관측을 추출하여 j번째 레벨 차이 관측을 계산하는 단계:Calculating the j-th level difference observation by extracting the j-th level observation from the level observation L 1 taken as a reference:
Figure 112006062009119-pct00296
Figure 112006062009119-pct00296
벡터 D로 레벨 관측들의 차이 N-1을 적재하는 단계: Loading the difference N-1 of level observations into the vector D:
Figure 112006062009119-pct00297
Figure 112006062009119-pct00297
최소화 문제의 해를 구하는 단계: Steps to solve the minimization problem:
Figure 112006062009119-pct00298
Figure 112006062009119-pct00298
를 포함하는 알고리즘을 이용하여 제공되며, 여기서Is provided using an algorithm comprising:
Figure 112006062009119-pct00299
Figure 112006062009119-pct00299
그리고And
Figure 112006062009119-pct00300
Figure 112006062009119-pct00300
이며, Dxy는 x 및 y 존재의 도메인인 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.And D xy is the domain of the presence of x and y.
제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 다음의 x 및 y의 방정식을 구하는 알고리즘을 이용하여 제공되며:The method of claim 1, wherein the position estimate is provided using an algorithm for obtaining the equations of x and y:
Figure 112006062009119-pct00301
Figure 112006062009119-pct00301
여기서here
Figure 112006062009119-pct00302
Figure 112006062009119-pct00302
인 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. Position estimation method, characterized in that.
제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 다음의 x 및 y의 방정식을 구하는 알고리즘을 사용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.2. The method of claim 1, wherein the position estimate is provided using an algorithm for obtaining the following equations of x and y.
Figure 112006062009119-pct00303
Figure 112006062009119-pct00303
제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 다음 방정식에 기초한 알고리즘을 사용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.2. The method of claim 1, wherein the position estimate is provided using an algorithm based on the following equation.
Figure 112006062009119-pct00304
Figure 112006062009119-pct00304
제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 반복적인 방법과 폐쇄형 방법 중 어느 하나에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법. 2. The method of claim 1, wherein the position estimate is provided by either an iterative method or a closed method. 제 1항에 있어서, 상기 위치 추정은 선형적인 방법과 비선형적인 방법에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.  2. The method of claim 1, wherein the position estimate is provided by a linear method and a non-linear method. 네트워크에 의해 커버되며 복수의 셀로 분할되는 영역에서 모바일 디바이스의 위치를 추정하기 위한 시스템으로서, A system for estimating a location of a mobile device in an area covered by a network and divided into a plurality of cells, the system comprising: 위치 결정 정보를 수집하는 수단과;Means for gathering location information; 위치 추정을 제공하기 위하여 복수의 서로 다른 위치 결정 방법들 중 적어도 하나를 선택하기 위한 수단과, 여기서 상기 복수의 서로 다른 방법들은 셀 식별 정보를 이용하고, 하나의 선택된 상기 방법은 가상 기지국 위치 추정을 결정하는 것을 포함하며; 그리고Means for selecting at least one of a plurality of different location determination methods to provide a location estimate, wherein the plurality of different methods use cell identification information, and the selected one of the methods selects a virtual base station location estimate. Including determining; And 수집된 위치 정보를 사용, 상기 적어도 하나의 선택된 위치 결정 방법에 기초하여 위치 추정을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 시스템. Means for providing a position estimate based on the at least one selected position determination method, using the collected position information.
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