KR102224225B1 - 지연들 및 경로 강도들에 기반하는 이동 통신 네트워크에서의 사용자 장비 로컬화 - Google Patents

지연들 및 경로 강도들에 기반하는 이동 통신 네트워크에서의 사용자 장비 로컬화 Download PDF

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Abstract

수신기(UE)는 복수의 안테나들을 포함하며, 무선 통신 네트워크의 상이한 셀들의 복수의 송신기들로부터 복수의 무선 신호들을 수신한다. 각각의 무선 신호는 위치 기준 신호(PRS) 시퀀스를 포함하며, 복수의 경로 컴포넌트들을 포함하는 무선 채널을 통해 상기 수신기(UE)로 송신된다. 상기 수신기(UE)는 경로 컴포넌트에 대하여 상기 PRS 시퀀스의 도달 시간(ToA)을 추정하고 경로 컴포넌트에 대하여 상기 PRS 시퀀스의 경로 강도(PS) 값을 결정하기 위해 상기 무선 신호를 프로세싱한다. 상기 수신기(UE)의 위치는 상기 ToA들 및 상기 PS 값들을 이용하여 추정된다.

Description

지연들 및 경로 강도들에 기반하는 이동 통신 네트워크에서의 사용자 장비 로컬화
본 발명은 무선 통신 네트워크들 또는 시스템들의 분야와 관련되며, 보다 상세하게는 이러한 네트워크에서 모바일 터미널들과 같은 사용자 장비의 로컬화와 관련된다. 예시들은 무선 통신 네트워크에서 사용자 장비의 위치 결정 또는 로컬화에 있어 다수의 시간-차 측정들에 대한 신호 강도 추정을 설명한다.
도 1은 무선 통신 네트워크 또는 무선 통신 시스템과 같은 네트워크 인프라구조의 일례의 도식적인 표현이며, 이러한 인프라구조는 복수의 기지국들(eNB1 내지 eNB5)을 포함하고, 각각의 기지국은 각각의 셀들(1001 내지 1005)에 의해 도식적으로 표현되는 기지국을 둘러싸는 특정 영역을 서비스한다. 기지국들은 셀 내에 있는 사용자들을 서비스하기 위해 제공된다. 사용자는 고정형 디바이스 또는 이동형 디바이스일 수 있다. 또한, 무선 통신 시스템은 기지국 또는 사용자에게 접속하는 IoT 디바이스들에 의해 액세스될 수 있다. IoT 디바이스들은 물리적 디바이스들, 차량들, 빌딩들 또는 전자장치, 소프트웨어, 센서들, 액추에이터들 등이 내장된 다른 아이템들뿐만 아니라, 이러한 디바이스들이 기존의(existing) 네트워크 인프라구조를 통해 데이터를 수집 및 교환할 수 있도록 하는 네트워크 연결성(network connectivity)을 포함할 수 있다. 도 1은 단지 5개의 셀들이 있는 예시적인 보기를 도시하고 있지만, 무선 통신 시스템은 더 많은 이러한 셀들을 포함할 수 있다. 도 1은 셀(1002) 내에 있고 기지국(eNB2)에 의해 서비스되며, 또한 사용자 장비(UE)로도 지칭되는, 2개의 사용자들(UE1 및 UE2)을 도시한다. 다른 사용자(UE3)는 기지국(eNB4)에 의해 서비스되는 셀(1004) 내에 도시되어 있다. 화살표들(1021, 1022, 1023)은 도식적으로 사용자(UE1, UE2, UE3)로부터 기지국(eNB2, eNB4)으로 데이터를 송신하기 위한 또는 기지국(eNB2, eNB4)으로부터 사용자(UE1, UE2, UE3)로 데이터를 송신하기 위한 업링크/다운링크 연결들을 나타낸다. 또한, 도 1은 고정형 또는 이동형 디바이스들일 수 있는 셀(1004) 내에 있는 2개의 IoT 디바이스들(1041 및 1042)을 도시한다. IoT 디바이스(1041)는 화살표(1061)에 의해 도식적으로 도시된 바와 같이 데이터를 수신 및 송신하기 위해 기지국(eNB4)을 통해 무선 통신 시스템에 액세스한다. IoT 디바이스(1042)는 화살표(1062)에 의해 도식적으로 도시된 바와 같이 사용자(UE3)를 통해 무선 통신 시스템에 액세스한다.
무선 통신 시스템은 직교 주파수-분할 다중화(OFDM) 시스템, LTE 표준에 의해 정의되는 직교 주파수-분할 다중 접속(OFDMA) 시스템, 또는 CP를 갖거나 또는 가지지 않는 임의의 다른 IFFT-기반 신호, 예컨대 DFT-s-OFDM과 같은, 주파수-분할 다중화에 기반하는 임의의 단일-톤 또는 멀티캐리어 시스템일 수 있다. 다중 접속을 위한 비-직교 파형들, 예컨대 필터-뱅크 멀티캐리어(FBMC)와 같은 다른 파형들이 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 네트워크와 같은, 무선 통신 네트워크에서, 셀 내에서 특정한 정확도를 가지고 UE의 위치를 결정하는 것이 바람직할 수 있다. 셀 내의 UE의 위치결정을 위한 하나의 방식은 LTE와 같은 셀룰러 통신 네트워크들에서 이용될 수 있고, 예컨대 참조문헌 [2] 및 [3]에서 설명되는 바와 같은 하나 이상의 주변 기지국(eNB)들로부터 사용자 장비(UE)에서 수신되는 위치 기준 신호(PRS)들을 이용하는 도달 시간(ToA) 추정들의 계산에 의존하는 다운링크 위치결정 방법인 관측된 도달 시간 차이(OTDOA: observed time difference of arrival) 추정에 기반한다. PRS 시퀀스들은 위치결정 목적을 위해 설계되고 셀 내의 모든 무선 단말들로 브로드캐스팅되는 다운링크 신호들이다. PRS 시퀀스들은 셀의 임의의 위치에서 모든 사용자들을 커버하기 위해서, 즉, 셀-와이드(cell-wide) 커버리지를 제공하기 위해서 기지국 또는 리모트 라디오 헤드(RRH: remote radio head)의 안테나로부터 모든 방향으로 동일한 송신 전력으로 방사된다. PRS 시퀀스들을 상이한 셀들로부터 구별하기 위해, 각각의 PRS 시퀀스는 연관된 셀-특정 식별자를 가지며, 셀-특정 식별자는 또한 물리 셀 식별자(PCI: physical cell identifier)로도 지칭된다. PCI는 특정 영역에서 고유(unique)하며 셀 및 그리하여 PRS 시퀀스를 식별하는데 이용된다. 일 평면(plane)에서 고유한 위치를 획득하기 위해, UE의 내부 시간 기준에 대하여, 기하학적으로 분산된 기지국들로부터의 적어도 3번의 타이밍 측정들이 요구된다. 참조문헌 [4]에서 설명되는 바와 같이 3-차원 공간에서 고유한 위치를 획득하기 위하여 4개의 기지국들이 요구된다.
도 2는 3개의 기지국들을 이용하는 OTDOA 측정의 도식적인 표현이며, 도 2는 참조문헌 [4]로부터 취해진 이미지에 기초한다. 기지국들(eNB1 내지 eNB3)은 각각의 PRS 시퀀스들을 전송하며, PRS 시퀀스는 자신과 연관된 PCI를 갖는다. 기지국(eNB1)은 PRS 시퀀스(PRS1)를 전송하고, 기지국(eNB2)은 PRS 시퀀스(PRS2)를 전송하고, 기지국(eNB3)은 PRS 시퀀스(PRS3)를 전송한다. 기지국들(eNB1 내지 eNB3)은 무선 통신 네트워크의 상이한 셀들을 서비스한다. 도 2가 각각의 기지국으로부터 오직 하나의 방향으로의 각각의 PRS 시퀀스들의 송신을 도시하더라도, 위에서 설명된 바와 같이, 각각의 기지국은 각각의 셀 내에 있는 임의의 위치에서 모든 사용자들을 커버하기 위해 모든 방향들로 상기 시퀀스들을 송신한다. 도 2의 예에서, 사용자 장비는 위치(108)에 있는 것으로 가정된다. 위치(108)에 있는 UE는 각각의 기지국들로부터 PRS 시퀀스들(PRS1 내지 PRS3)을 수신한다. 위치(108)에 있는 UE는 UE 내부 시간 기준에 대하여 3개의 ToA들(τ1, τ2, τ3)을 측정한다. 기지국(eNB1)은 기준 기지국으로서 선택되고, 다른 기지국들의 ToA 측정들로부터 기준 기지국(eNB1)의 ToA를 감산함으로써 2개의 OTDOA들이 획득되고, 관측된 도달 시간 차이들로서 값들 t2,1 = τ2 - τ1 및 t3,1 = τ3 - τ1을 산출하며 이는 또한 상대 신호 타이밍 차이(RSTD: relative signal timing difference)들로서 지칭된다. 상대 신호 타이밍 차이들은 위치 서버뿐만 아니라 위치(108)에 있는 사용자 장비를 서비스하는 기지국으로 피드백된다. 위치 서버는 기지국의 일부일 수 있거나 또는 도 1의 110에서 표시되는 바와 같이 기지국으로부터 분리된 엘리먼트일 수 있다. 위치 서버(110)는 전체 네트워크 구조의 일부일 수 있으며, 오직 하나의 연결이 도 1에서 점선으로 도시되어 있더라도 도 1에 도시된 기지국들 각각으로 연결될 수 있다. RSTD 값들은 UE 및 기지국들 간의 기하학적 거리들과 관련되며, 도 2에서 라인 τ3 - τ1 및 라인 τ2 - τ1에 의해 표시되는 바와 같이 기지국들의 각각의 위치들 주위에 쌍곡선들을 정의한다. UE 및 기준 기지국(eNB1) 간의 시간 오프셋 및 기지국 좌표들에 대한 지식에 기반하여, 위치 서버는 UE의 위치를 결정할 수 있다. 도 2에서, 각각의 ToA 측정 τi는 불확실한 정확도를 가지기 때문에, 쌍곡선들은 측정 불확실성(uncertainty)을 나타내는 폭과 함께 도시된다. 추정된 UE 위치는 2개의 쌍곡선들의 교차 영역이다.
UE에 의한 ToA 측정들 및 RSTD 보고에 대하여, 각각의 기지국으로부터의 제 1 도달 신호 경로가 정확하게 추정되어야 한다. 순수한 가시선(LoS: line-of-sight) 채널 조건들에서, ToA 추정들은 수신된 신호와, UE에 알려져 있는, PRS 시퀀스와의 교차-상관에서의 제 1 검출된 LoS 피크들을 반영하며, 그 결과 ToA는 UE 및 기지국들 간의 거리들에 직접적으로 대응한다. 이것은 UE에 대한 정확한 위치 추정들을 가능하게 한다. 그러나, 다중경로 채널 환경들에서, ToA 측정들 및 그리하여 또한 RSTD 측정들은 LoS 경로의 방해에 의해 또는 채널의 비-가시선(NLoS: non-line-of-sight) 신호 경로 컴포넌트들에 의해 바이어스(bias)될 수 있고, 이러한 상황에서 UE는 제 1 도달 신호 경로를 정확하게 검출하지 못할 수 있고, 이는 잘못된 거리 정보를 도출할 수 있다.
셀 내에서 UE를 로컬화(localize)하기 위한 위에서 설명된 방식은 복수의 기지국들에 의해 송신되는 PRS 시퀀스들을 이용한다. 모든 사용자들을 커버하기 위해 각각의 기지국은 모든 방향들로 동일한 PRS 시퀀스를 전송한다. 로컬화를 가능하게 하기 위해 적어도 3개의 기지국들이 요구된다. 또한, 무선 전파 채널은 다중경로 전파 및 쉐도잉(shadowing) 또는 페이딩(fading) 조건들을 겪을 수 있으며, 그 결과 RSTD 측정들은 정확하지 않을 수 있다. 다중경로는 송신된 신호가 페이딩을 초래하는 반사, 회절(diffraction) 및 산란(scattering)에 기인하여 상이한 경로들을 통해 수신기에 도달할 때 모바일 시스템들의 채널에서 발생하는 현상이다. 이것은 도 3에 도식적으로 표현되며, 도 3은 모든 방향들로 연관된 셀 식별자를 갖는 동일한 PRS 시퀀스, 즉, 시퀀스(PRSi)를 송신하는 기지국(BS)에 의해 서비스되는 셀 i 내에 있는 UE를 나타낸다. PRS 시퀀스(PRSi)는 신호를 산란시키거나 또는 쉐도잉하는 장애물(1121)에 기인하여 UE에서 직접 수신되지 않을 수 있으며, 그 결과 장애물(1121) 뒤에서 경로 손실이 발생한다. UE는 장애물(1122)에서의 신호 반사 및/또는 장애물(1123)에서의 회절에 기인하여 시퀀스(PRSi)를 수신할 수 있다. 다시 말하면, 오직 하나의 송신된 신호(PRSi)가 있지만, 신호 경로들에 있는 빌딩들, 언덕들 및 나무들과 같은 장애물들(1121 내지 1123)은 신호가 상이한 지연들을 가지고 다양한 방향들로부터 UE에 도달하도록 야기한다. 예를 들어, 수신기(UE)가 제 1 도달 경로를 검출한다고 하더라도, 라인-오브-사이트 경로가 존재하지 않을 때, 다중경로는 ToA 추정에서 에러의 원인이 될 수 있다.
다중경로 채널 시나리오들에서 위치 정확성을 향상시키기 위해, 다수의 NLoS 에러 경감 기법들이 시간-기반 위치 추정에 대하여 설명되고 있다(예를 들어, 참조문헌들 [6], [7], [8], [9], [10] 및 [11] 참조). 하나의 NLos 에러 경감 기법은 NLoS 훼손된(corrupted) ToA 측정들은 단지 전체 측정 횟수들 중 작은 부분이라고, 즉, UE 및 기지국 간의 링크들 중 몇몇이 LoS 채널 경로를 포함한다고 가정할 수 있다. 다른 방식은 LoS 시나리오에 대한 예상된 측정과의 불일관성에 기인하여 NLoS 훼손된 ToA 측정들을 검출할 수 있으며, 그 결과 예컨대 참조문헌 [8] 및 [12]에서 설명되는 바와 같이 UE 위치의 로컬화를 위해 UE 및 기지국 간의 NLoS 링크들이 식별되고 무시될 수 있다. 또한 다른 방식들은 UE 및 기지국 간의 모든 링크들을 이용할 수 있으며, 참조문헌 [13]에서 설명되는 바와 같이 NLoS 기여들을 최소화하기 위해 ToA 측정들의 가중(weighting) 또는 스케일링(scaling)을 도입할 수 있거나 또는 참조문헌 [14]에서 설명되는 바와 같이 NLoS 에러들을 검출하고 모든 가능한 UE 위치들을 계산하기 위해 이러한 정보를 이용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 통신 네트워크의 기지국들은 다수의 안테나들(ANT), 예컨대 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 어레이에 의해 형성되는 안테나들을 포함하며, UE는 또한 하나보다 많은 안테나를 포함할 수 있다. UE 및 기지국 모두가 다수의 안테나들을 구비하는 시나리오들에서, LoS 또는 NLoS 경로 컴포넌트들의 OTDOA 측정들에 더하여 위치-독립적인 파라미터들이 이용될 수 있으며, 예를 들어, UE에서의 도달 각도(AoA) 및 기지국에서의 출발 각도(AoD)가 이용될 수 있다. 단지 NLoS 에러들을 검출하고 이러한 에러들의 영향을 제거하는 것 대신에, 로컬화 기법들의 예들은 NLoS 경로 컴포넌트들에 의해 암시(imply)되는 가능한 UE 위치들의 기하학적 관계를 이용함으로써 NLoS 채널 전파로부터 도움을 얻을 수 있다. 이러한 기법들은 예컨대 참조문헌들 [15] 및 [16]에서 설명되며, 경로-독립적 파라미터들 AoD, AoA 및 경로 거리 d에 대한 지식을 가정하여 다중경로 채널 전파 환경의 파라미터 설명에 의존한다.
다중경로 채널 시나리오들에서 위치 정확성을 향상시키기 위해, 다수의 RSTD 측정들에 의해 서비스 기지국으로 UE에 의해 전송된 ToA 측정 보고를 확장하는 방식이 참조문헌 [17]에서 제안되었다. UE가 상호-상관 함수에서 LOS 피크로서 고려하는 것에 대응하는, UE-셀 링크당 단지 하나의 RSTD 측정을 전송하는 대신에, 하나보다 많은 RSTD 값이 기지국으로 피드백된다. 예를 들어, 다수의 RSTD 값들은 다중경로 컴포넌트들의 ToA 추정들을 나타내는 PRS 상관 함수의 다수의 피크들에 대응한다. 위치 서버는 다수의 RSTD 가설(hypothesis)들에 기반하여 UE 로컬화를 수행할 수 있으며, 이는 향상된 위치결정 성능을 제공할 수 있다. 이러한 방식은 또한 간섭 시나리오, 예를 들어, 주변 기지국들로부터 전송된 PRS 시퀀스들의 강한 상관들에 기인하여 간섭이 발생하는 상황에 적용될 수 있다. 이러한 시나리오에서 다수의 RSTD 측정들은 간섭하는 신호들과 관련된 피크들에 대응할 수 있다. 이것은 또한 위치 서버에서 다수의 RSTD 가설들에 의해 처리될 수 있다. 다수의 RSTD 측정 방식을 설명하는 예가 도 4에 도시되며, 여기에서 eNB1 및 eNB3에 대하여 채널들의 LOS 경로 컴포넌트들에 대응하는 2개의 ToA 추정들이 존재하는 반면에, eNB2에 대하여 약한 LOS 컴포넌트 또는 간섭하는 신호에 의해 야기되는 2개의 ToA 추정들이 존재한다. 이러한 예에서, 위치 서버로 보고되는 RSTD 값들은 (τ1 - τ2; τ1 - τ3; τ1 - τ2,1; τ1 - τ2,2)에 의해 주어진다(참조문헌 [17] 참고). eNB2에 대한 다수의 RSTD 값들은 위치 서버에서 UE 위치의 다수의 가설들을 계산하는데 사용된다(도 4의 해치 영역 참고). 가능한 UE 위치들의 우도 함수(likelihood function)를 고려하여, 보다 정확한 UE 위치를 추정하기 위한 가능성이 단일 RSTD UE 피드백과 비교하여 다수의 RSTD UE 피드백을 통해 상당하게 증가한다는 것을 관측할 수 있다(참조문헌 [17] 참조).
위에서 언급된 바와 같이, UE는 무선 신호들을 송신 또는 수신하기 위한 다수의 안테나들, 예컨대 안테나 어레이를 구비할 수 있다. 각각의 안테나는 특정 방향 또는 각도로부터 안테나에 수신되는 신호에 대한 안테나의 응답을 설명하는 안테나 패턴을 가진다. 예를 들어, 안테나 패턴은 제 1 방향으로부터 안테나에서 수신되는 신호들이 증폭되는 반면에 제 2 방향으로부터 수신된 신호들은 댐핑되거나(damped) 또는 억제됨을 나타낸다. UE의 각각의 안테나들은 동일하거나 또는 상이한 안테나 패턴들을 가질 수 있다. 도 5는 UE의 상이한 안테나들의 안테나 패턴들에 대한 예들과 다중경로 채널 환경에서 LoS 및 NLoS 경로 컴포넌트들이 이러한 안테나에서 어떻게 수신될 수 있는지를 도시한다. 도 5a는 UE의 제 1 안테나(ANT1)에 대한 안테나 패턴을 도시한다. 안테나(ANT1)는 메인 로브(lobe)(1141) 및 각각의 사이드 로브들 및 널(null)들(118a1, 118b1, 118c1)을 포함하는 안테나 패턴을 가진다. 메인 로브(1141)가 지향되는 방향으로 수신된 신호들은 증가된 감도로 수신되는 반면에, 각각의 사이드 로브들 및 널들(118a1, 118b1, 118c1)이 지향되는 방향으로부터 수신된 신호들은 감소된 감도로 수신된다. 예를 들어, 메인 로브의 방향들로 수신되는 신호들은 증폭될 수 있는 반면에, 사이드 로브들의 방향으로부터 수신되는 신호들은 댐핑되거나 또는 억제될 수 있다. 도 5b는 UE의 제 2 안테나(ANT2)에 대한 안테나 패턴을 도시한다. 제 2 안테나(ANT2)는 메인 로브(1142) 및 각각의 사이드 로브들 및 널들(118a2, 118b2, 118c2)을 포함하는 안테나 패턴 또는 방향성을 가진다. 도 5b의 예에서, 제 2 안테나(ANT2)의 안테나 패턴은 도 5a에서 도시된 제 1 안테나(ANT1)의 안테나 패턴과 동일하다. 도 5a 및 도 5b의 예들에서, 메인 로브들은 0도의 각도에서 x/y 평면의 x-축을 따라서 지향된다. 사이드 로브들은 0도 내지 360도 사이에 있는 방향들로 지향된다. 다른 예들에 따르면, 제 2 안테나(ANT2)의 안테나 패턴은 제 1 안테나(ANT1)의 안테나 패턴과 상이할 수 있다. 도 5c는 이러한 상이한 안테나 패턴에 대한 일례를 도시하며, 이러한 안테나 패턴은 제 2 안테나(ANT2)의 안테나 패턴일 수 있거나, 또는 이러한 예에서 도시되는 바와 같이 UE의 제 3 안테나(ANT3)에 대한 안테나 패턴이다. 제 3 안테나(ANT3)의 안테나 패턴 또는 방향성은 또한 메인 로브(1143) 및 각각의 사이드 로브들 및 널들(118a3, 118b3, 118c3)을 가진다. 도 5c의 예에서, 메인 로브는 x/y 평면의 x-축과 관련하여 일 각도로 지향되고, 사이드 로브들은 상이한 방향들로 지향된다. 제 1 및 제 2 안테나 패턴들과 비교할 때, 제 3 안테나 패턴들의 각각의 로브들은 상이한 방향들로 지향되며, 그 결과 제 1 및 제 2 안테나들의 메인 로브들(1141 및 1142)이 지향되는 제 1 방향으로부터 수신되는 신호는 제 3 안테나에 의해서보다 제 1 및 제 2 안테나들에 의해서 더 높은 증폭을 수신하거나, 또는, 다시 말하면 제 3 안테나에 의해 댐핑된다.
도 5d는 다중경로 채널 환경에서 LoS 및 NLoS 컴포넌트들이, 도 5a에 도시된 안테나와 같은, UE의 안테나에서 어떻게 수신될 수 있는지를 도시한다. 기지국(BS)은 PRS 시퀀스(PRSi)를 전달하는 신호를 송신하고, 기지국(BS) 및 UE 사이의 직접 경로, LOS 경로뿐만 아니라, 신호(PRSi)가 물체들(예를 들어, 112)에서 반사되는 간접 경로들, NLOS 경로들이 존재한다. LOS 경로를 통해 수신되는 신호는 안테나(ANT1)의 상위 사이드 로브들 또는 널들(118a1) 중 하나가 지향되는 방향으로부터 수신되는 반면에, 간접 또는 NLOS 경로 컴포넌트는 메인 로브(1141)에서 수신된다. LOS 경로 상의 신호는 안테나(ANT1)에 의해 댐핑 또는 심지어 널링을 경험하며, 그 결과 LOS의 신호 강도를 억제시킬 수 있는 안테나(ANT1)의 안테나 패턴의 영향에 기인하여 UE는 안테나(ANT1)에서, LOS 경로가 될, 제 1 도달 신호 경로를 정확하게 검출하지 못할 수 있다.
본 발명의 목적은 증가된 정확성으로 모바일 통신 네트워크에서 수신기의 로컬화(localization)를 허용하는 방식을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적은 독립항들에서 정의된 바와 같은 내용에 의해 달성된다.
실시예들은 종속항들에서 정의된다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부하는 도면들과 관련하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일례의 도식적 표현을 도시한다.
도 2는 3개의 기지국들을 이용하는 OTDOA 측정의 도식적인 표현이다.
도 3은 모든 방향들로 연관된 셀 식별자를 갖는 동일한 PRS 시퀀스를 송신하는 기지국(BS)에 의해 서비스되는 셀 i 내에 있는 UE를 나타낸다.
도 4는 다수의 RSTD 측정 방식을 나타내는 일례이다.
도 5는 도 5a 내지 5c에서 UE의 상이한 안테나들의 안테나 패턴들에 대한 예들을 도시하고, 도 5d에서 다중경로 채널 환경에서 LoS 및 NLoS 경로 컴포넌트들이 이러한 안테나에서 어떻게 수신될 수 있는지를 도시한다.
도 6은 여기에서 설명되는 본 발명의 방식에 따라 UE를 로컬화하기 위해 동작하는 무선 통신 네트워크의 일례를 도시한다.
도 7은 송신기로부터 수신기로 정보를 송신하기 위한 무선 통신 시스템의 도식적인 표현이다.
다음에서, 본 발명의 선호되는 실시예들이 동봉되는 도면들과 관련하여 보다 상세하게 설명되며, 도면들에서 동일하거나 또는 유사한 기능을 갖는 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들에 의해 참조된다.
도 6은 여기에서 설명되는 본 발명의 방식에 따라 UE를 로컬화하기 위해 동작하는 무선 통신 네트워크의 일례를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 6은 기지국(BSi)으로부터 사용자 장비(UE)로의 LOS 경로 컴포넌트가 존재하도록 장애물(1121)이 존재하지 않는다는 점을 제외하고 도 3의 상황과 유사한 상황을 도시하며, 셀들 j 및 k의 추가적인 기지국들이 도시되며, 추가적인 기지국들은 UE에서 수신되는 각각의 PRS 시퀀스들(PRSj 및 PRSk)을 전송한다. 셀 경계들은 점선들에 의해 표시된다. 또한, 도 6은 다수의 안테나들(120)(안테나들 1...N)을 포함하는 UE의 확대된 뷰를 도시한다. 안테나들은 도 5와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 각각의 안테나 패턴들을 가질 수 있으며, 그 결과 각각의 N개의 안테나들에서 수신되는 신호들(PRSi, PRSi 및 PRSj)과 관련된 LOS 및 NLOS 경로 컴포넌트들은 UE의 안테나들 중 몇몇에 의해 증폭될 수 있으며, 이는 상기 경로 컴포넌트들이 안테나들의 메인 로브가 지향되는 방향으로부터 수신되는 반면에, 상기 경로 컴포넌트들이 안테나들의 사이드 로브들 및 널들이 지향되는 방향으로부터 수신될 때 UE의 다른 안테나들에 의해 감쇠되거나 또는 억제되기 때문이다. 여기에서 설명되는 본 발명의 방식에 따르면, 도 6의 확대된 뷰로 표시된 바와 같이, UE는 각각의 기지국들(BSi 내지 BSk)로부터 송신되는 PRS 시퀀스들과 관련되는 검출된 경로 컴포넌트들의 도달 시간들을 추정한다. 다수의 개별 경로 컴포넌트들의 경로 강도(PS)들은 UE에서 평가 또는 추정된다. PS 정보는 무선 채널의 경로 컴포넌트의 경로 강도에 대응할 수 있거나, 또는 간섭하는 신호의 레벨에 대응할 수 있다. UE는 경로 컴포넌트들의 ToA들 및 PS 값들을 서빙 기지국(BSi)으로 송신할 수 있으며, 서빙 기지국(BSi)은 도 1에 도시된 위치 서버(110)로 연결될 수 있다. 수신된 ToA들 및 수신된 PS 값들에 기초하여, 위치 서버는 자신이 ToA들에 기초하여서만 동작하는 상황들과 비교할 때 UE의 위치를 보다 정확하게 또는 정밀하게 추정할 수 있다.
본 발명의 방식이 도 5에 도시된 것과 같은 메인 및 사이드 로브들을 포함하는 특정한 안테나 패턴들을 갖는 안테나들과 관련하여 설명되더라도, 본 발명은 이러한 안테나 패턴들로 제한되지 않음을 유의하도록 한다. 본 발명의 방식은 임의의 방향성을 가지지 않는, 즉, 메인 로브를 포함하지 않는 안테나 패턴들을 포함하는, 임의의 안테나 패턴들에 대하여 이용될 수 있다.
예시들에 따르면, ToA들 대신에 UE는 다수의 경로 컴포넌트들의 TDoA들에 대응하는 RSTD 값들을 리턴할 수 있다. 또한, PS 값들 대신에 UE는 기준으로서 송신기들 중 하나의 송신기의 경로 강도 값을 이용하여 상대 경로 강도 차이(RPSD: relative path strength difference)들을 리턴할 수 있다.
경로 강도 또는 간섭 레벨에 관한 부가적인 정보가 UE의 위치 추정을 향상시키기 위해 위치 서버에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 위치 서버가 RSTD들/ToA들 및 RPSD들/PS들의 다수의 쌍들의 조합을 이용하는 트래킹 방식을 포함하는 경우, 무선 채널의 LOS 경로 컴포넌트는 순수 RSTD 측정들과 비교하여 보다 정확하게 식별될 수 있으며, 이는 LOS 경로 컴포넌트가 지연 및 경로 강도의 변화들과 관련하여 보다 결정론적인 행태를 보이기 때문이다. 그 결과, 증가된 변동을 보이는 위치 추정들은 다중경로 관측들로서 분류될 수 있으며 안정된 위치 추정을 획득하기 위해 드롭(drop)되거나 또는 가중될 수 있다.
다른 예들에 따르면, 기지국 또는 위치 서버는 오직 강한 RSTD 및 RPSD 값들의 세트, 예컨대 UE에 의해 추정되는 상위-m개 값들, 또는 각각 지연 및 경로 강도를 포함하는 특정한 RSTD 및 RPSD 쌍들의 세트를 요청할 수 있다. 또한, 다수의 안테나들(120)을 가지는 UE를 고려할 때, 안테나 포트들의 특정 세트로부터의 RSTD들/ToA들 및 RPSD들/PS들의 피드백이 요청될 수 있다. 예를 들어, 포트 결함에 기인할 수 있는, 하나 이상의 포트들이 신뢰가능한 또는 정확한 신호들을 제공하지 않는다고 결정되는 경우일 때, 예컨대 신호 레벨이 임계치 미만인 경우일 때, 피드백은 안테나 포트들의 특정 세트로부터 요청될 수 있다. 다른 예들에서, ToA들 및 PS 값들을 결정하기 위해 감소된 프로세싱 전력이 UE에서 사용되어야 하거나 또는 이용가능해야 하는 경우에만 피드백이 안테나 포트들의 특정 세트로부터 요청될 수 있다. 또한, 각각의 경로 컴포넌트들의 AoA들을 추정하는 능력을 갖는 UE를 고려할 때, 지연, AoA 및 경로 강도를 포함하는 특정한 RSTD 및 RPSD 쌍들의 세트가 요청될 수 있다.
추가적인 예들에 따르면, 경로 강도 또는 간섭하는 신호 레벨은 UE-셀 링크의 UE 수신 신호 전력으로부터 획득될 수 있다. UE의 안테나들 중 하나로부터 UE에서 수신되는 신호는 이러한 안테나에서 수신되는 다중경로 채널에 관한 정보를 포함하지만, 도 5와 관련하여 위에서 언급된 바와 같이, 안테나에 의해 UE로 제공되는 신호는 또한 안테나의 안테나 패턴에 의존하며, 즉, 안테나 패턴에 의존하는 신호 부분을 포함하며, 이러한 신호 부분은 또한 수신 안테나 패턴에 종속적인 항(term)들로서 지칭된다. 언급된 바와 같이, UE 수신 안테나들(120) 각각은 개별 채널 경로 컴포넌트로부터 측정된 수신 전력이 해당 안테나에서의 경로 컴포넌트의 수신 방향에 의존하도록 안테나 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 이는 실제 강한 경로가 감쇠될 것이고 약한 경로가 더 높은 이득을 얻을 것임을 의미할 수 있다. 이를 다루기 위해, 본 발명의 방식의 예들에 따르면, UE는 안테나 디-임베딩(de-embedding)을 수행함으로써 검출된 채널 경로 컴포넌트들의 간섭 레벨 또는 경로 강도를 추정한다. 다시 말하면, UE는 UE의 각 안테나들에 의해 특정 경로 컴포넌트에 대하여 획득된 경로 강도 정보로부터 임의의 방향 의존성 항(direction dependent term)들을 감소 또는 제거하도록 구성된다. 예들에 따르면, UE는 채널의 가장 강한, 바람직한 LoS 컴포넌트의 도달 방향들과 관련하여 진폭 및 위상에서 자신의 안테나 포트 출력들의 의존성에 관한 정보, 예를 들어, 딕셔너리(dictionary)를 획득한다. 예를 들어, UE는 수신 안테나 엘리먼트들의 서브세트들을 선택하기 위해 사용되는, 안테나 스위칭 및 결합 메트릭들 또는 안테나 스티어링 벡터들에 의존할 수 있다. 안테나 패턴들에 기초하여, UE는 획득된 경로 강도들로부터 특정 안테나 패턴들에 기인하는 방향-의존성 항들을 제거 또는 삭제하며, 이에 의해 UE 안테나 특성들에 기인하는 임의의 항들에 대하여 실질적으로 자유로운 경로 강도 값을 위치 서버로 제공한다.
예들에 따르면, UE 지향(orientation)은 딕셔너리로부터 사용될 안테나 패턴들을 선택하기 위해 이용될 수 있다. UE 지향에 의존하여 수신된 신호를 프로세싱하기 위한 안테나 패턴들이 딕셔너리로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, UE 지향이 사용자가 손 및/또는 머리에서 UE를 가지고 있다고 표시하는 경우, 몇몇 안테나 패턴들은 프로세싱에 대하여 무시될 수 있으며, 이는 이러한 안테나 패턴들을 이용하여 획득된 데이터가 덜 신뢰가능하다고 간주되기 때문이다. 다른 예들에 따르면, 안테나 디-임베딩은 특정 UE 지향과 연관되는 안테나 패턴들에 기초하여서만 수행된다. UE는 하나 이상의 센서들(S)을 포함할 수 있으며, 센서의 출력 또는 정보 신호들은 UE의 지향을 결정하기 위한 기초를 형성한다. 단일 정보 신호 또는 정보 신호들의 조합이 제공될 수 있다. 예를 들어, 자이로스코프 센서에 의해 제공되는 정보는 공간에서 UE의 절대 지향(absolute orientation)을 검출하는데 이용될 수 있고, 카메라 또는 광센서에 의해 제공되는 정보는 UE의 홀딩 위치를 검출하는데 이용될 수 있다. UE의 카메라에 의해 생성되는 어두운 이미지는 안테나가 물체에 의해 커버됨을 표시할 수 있으며, 스킨 컬러는 UE가 손 또는 귀에 있음을 표시할 수 있다. 라이트 컬러들은 물체에 의한 장애가 없음을 표시할 수 있다. 지향 결정은 UE에서 수행될 수 있거나 또는 기지국 또는 위치 서버에서 UE 지향을 트래킹하기 위해 센서들로부터의 각 정보가 기지국으로 시그널링될 수 있다.
극성(polarization)에 또한 의존하는 예들에 따르면, UE 안테나 패턴들은 자유 공간에서 상이한 각도들로 안테나들에서 수신되는 전자기 무선파들의 크기 및 위상과 관련하여 상대적인 필드 강도들을 기술하는 조합(complex) 3차원 안테나 패턴들에 의해 기술될 수 있다. 그러나, UE 안테나들 근처에 위치하는 금속 마운팅 구조들 또는 다른 물체들은 근-거리(near-field) 왜곡들을 야기할 수 있으며, 그 결과 UE 안테나들의 유효 안테나 패턴들은 자유 공간에서 측정된 안테나 패턴들과 상이할 수 있다. 예들에 따르면, 예컨대 복수의 안테나 패턴들의 각각의 안테나 스티어링 벡터들에 의해 기술되는 복수의 안테나 패턴들의 맵 또는 딕셔너리를 유지하기 위해 데이터베이스가 제공될 수 있다. 어레이 스티어링 벡터는 모든 안테나들에서 충돌파(impinging wave)의 방향에 종속적인 UE의 안테나 패턴들을 기술한다. 안테나 패턴들은 UE의 이용에 의존할 수 있으며, 예를 들어, 손에 UE가 들려있을 때 또는 물체들이 안테나를 막고 있을 때 안테나 패턴들은 달라질 수 있다. 딕셔너리는 UE에 저장될 수 있거나 또는 UE로부터 원격에 있는 예컨대 위치 서버에 있는 데이터베이스에 저장될 수 있다. 예들에 따르면, UE는 예컨대 위치 서버로부터 데이터베이스를 다운로드할 수 있다. UE에서 수신되는 신호는 특정한 UE 안테나 어레이 방사 패턴들에 대하여 자유로운(free of) 상이한 경로 컴포넌트들의 경로 강도 정보의 추출을 허용하는 딕셔너리에 있는 안테나 패턴들과 관련될 수 있다. UE 안테나 패턴들의 이러한 "디-임베딩"은 UE 안테나 패턴들에 대하여 자유로운 채널 또는 경로 기술을 야기한다.
아래에서 설명되는 예들에 따르면, P개의 쌍들
Figure 112019057232834-pct00001
또는 P개의 트리플릿들
Figure 112019057232834-pct00002
은 UE로부터 위치 서버로 전송되며, p=1...P이고,
Figure 112019057232834-pct00003
=지연이고,
Figure 112019057232834-pct00004
=경로 강도이고,
Figure 112019057232834-pct00005
=도달 각도(AoA)이다. 쌍들/트리플릿들은 상관 기반 방식에 기초하거나 또는 최대-우도(maximum-likelihood) 기반 방식에 기초하여 일례로서 생성된다. 수신된 정보, 예를 들어, 위치 서버에서 수신된 정보에 기초하여, UE 위치를 결정하기 위해 다수의 가설 테스트들이 이러한 정보, 예컨대 경로 강도 정보를 이용하여 수행될 수 있다.
상관 기반 방식(Correlation Based Approach)
오직 방위각 차원(azimuth dimension)을 따라 방사하고 수신하는 안테나 어레이(120)(도 6 참조)를 고려하면, 특정 방향 θ에 대한 어레이 스티어링 벡터는 벡터
Figure 112019057232834-pct00006
로서 정의된다. 세트 Ω는 모든 가능한 어레이 스티어링 벡터들, 즉, Ω=
Figure 112019057232834-pct00007
을 기술한다. 처음에, 수신된 신호는 자신의 존재를 결정하기 위해 임베딩된 특정 PRS 시퀀스를 가지며, 상기 신호는 각각의 상관 피크들로부터 ToA들을 획득하기 위해 동일한 PRS 시퀀스를 이용하여 수신기에서 생성된 신호와 상관된다.
Figure 112019057232834-pct00008
을 지연/ToA τ에서 N개의 안테나 포트들에서 획득된 상관 값들의 세트로 고려하면, 이러한 예에 따른, 도달 각도(AoA)들, 도달 시간(ToA)들 및 경로 강도들을 포함하는 P개의 트리플릿들은 다음과 같이 결정되거나 또는 획득될 수 있다:
1. 수정된 상관 함수
Figure 112019057232834-pct00009
가 계산된다. 항 λ는 h(θ,τ)의 값이 특정 각도들에서 극미하게(infinitesimally) 작은 안테나 이득에 기인하여 갑자기 증가하는 것을 방지하기 위한 작은 상수이다.
2.
Figure 112019057232834-pct00010
의 P개의 도미넌트(dominant) 피크들에 대응하는 각도들 및 지연들이 결정된다.
3. 대응하는 경로 강도들은
Figure 112019057232834-pct00011
로서 계산되며, 심볼
Figure 112019057232834-pct00012
는 의사-역(pseudo-inverse) 행렬을 표시한다.
4. P개의 쌍들
Figure 112019057232834-pct00013
또는 P개의 트리플릿들
Figure 112019057232834-pct00014
은 UE로부터 위치 서버로 리턴된다.
5. 위치 서버는, 지연 정보 외에, 또한 경로 강도 정보
Figure 112019057232834-pct00015
를 이용하여 UE 위치를 결정하기 위해 다수의 가설 테스트들을 수행할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 예시들에 따르면, UE 지향은 또한 예컨대 UE에 있는 광센서들로부터의 또는 자이로스코프로부터의 각각의 신호들에 기초하여 위치 서버로 리턴될 수 있다. 또한, 예시들에 따르면, 위치 서버로 전송되는 P개의 지연들
Figure 112019057232834-pct00016
은 직접적으로 ToA 값들을 나타낼 수 있거나 또는 이들은 기준 값과 관련하여 RSTD 값들일 수 있으며, 기준 값은 제 1 값으로서 위치 서버로 전송되거나 또는 요구시에 위치 서버로 제공된다. 또한, 예시들에 따르면, 위치 서버로 전송되는 P개의 경로 강도들
Figure 112019057232834-pct00017
은 직접적으로 경로 강도 값들을 나타낼 수 있거나 또는 이들은 기준 값과 관련하여 RPSD 값들일 수 있으며, 기준 값은 제 1 값으로서 위치 서버로 전송되거나 또는 요구시에 위치 서버로 제공된다.
상관 기반 방식에 대한 다른 예에 따르면, 어레이 스티어링 벡터들의 세트는 고정된 어레이 응답들의 세트를 가질 수 있으며, 고정된 어레이 응답들의 세트는 또한 도달 각도와 관계가 없거나 또는 거의 관계가 없는 "어레이 응답 딕셔너리"로서 지칭되며, 즉, Ω={bq, q=1,2,...,Q}이다. 이러한 상황에서, 이러한 예에 따른, 도달 시간(ToA)들 및 경로 강도들을 포함하는 P개의 쌍들은 다음과 같이 결정되거나 또는 획득될 수 있다:
1. 수정된 상관 함수는 다음과 같이
Figure 112019057232834-pct00018
로서 결정된다.
2.
Figure 112019057232834-pct00019
의 P개의 도미넌트 피크들에 대응하는 지연들 및 어레이 응답 벡터 인덱스들이 결정되고, 경로 강도들은 다음과 같이
Figure 112019057232834-pct00020
로서 결정된다.
최대-우도-기반 방식(Maximum-Likelihood-Based Approach)
다른 예들에 따르면, 경로 강도들은 최대 우도 추정을 이용하여 결정될 수 있다. 최대 우도 추정을 이용할 때 분명한(explicit) 상관 함수가 계산되지 않으며, 오히려, ToA들 및 AoA들을 결정하기 위해 수신된 신호의 모델이 이용된다. 일례로서, MIMO-OFDM 시스템은 UE에서 N개의 안테나들 및 M개의 서브캐리어들을 가지도록 가정되고, 수신된 벡터의 일 스냅샷(snapshot) 예컨대 지연/ToA τ의 특정 인스턴스에서 수신된 벡터는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019057232834-pct00021
이러한 수학식에서 파라미터들은 다음과 같다:
Figure 112019057232834-pct00022
은 경로 강도들이다.
Figure 112019057232834-pct00023
는
Figure 112019057232834-pct00024
를 갖는 부가 백색 가우스 잡음이다.
Figure 112019057232834-pct00025
는 다음의 구조를 갖는 수신된 벡터이다:
Figure 112019057232834-pct00026
여기서, xm,n은 m-번째 서브캐리어 및 n-번째 안테나로부터의 수신된 심볼이다.
Figure 112019057232834-pct00027
는 다음의 구조를 갖는 채널 행렬이다:
Figure 112019057232834-pct00028
여기서,
Figure 112019057232834-pct00029
이고,
Figure 112019057232834-pct00030
이다.
Figure 112019057232834-pct00031
는 어레이 스티어링 행렬이다.
다른 예들에 따르면, 채널 행렬 H는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019057232834-pct00032
심볼
Figure 112019057232834-pct00033
는 크로네커 곱(Kronecker product)을 표시한다. 또한 경로 가중치들로도 지칭되는, 경로 강도들 및 대응하는 AoA들 및 ToA들에 대한 최대 우도 솔루션은 다음과 같이 결정된다:
Figure 112019057232834-pct00034
여기서,
Figure 112019057232834-pct00035
는 잡음 부공간(noise subspace) 상의 투사(projection)이고,
Figure 112019057232834-pct00036
는 수신된 벡터의 상관 행렬이다.
위에서 언급된 바와 같이, 위의 솔루션은 수신된 벡터의 일 스냅샷을 고려하고 있으나, 성능을 향상시키기 위해 다수의 스냅샷들로 용이하게 확장될 수 있다.
상관 기반 방식에서와 유사한 방식으로, 또한 최대-우도-기반 방식에서도 어레이 응답 딕셔너리, 즉, 도달 각도와 관계가 없거나 또는 거의 관계가 없는 고정된 어레이 응답들의 세트가 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 스티어링 벡터 및 도달 각도 간에 관계가 없거나 또는 거의 관계가 없으며, 추정은 다음과 같이 수행될 수 있다:
Figure 112019057232834-pct00037
여기서,
Figure 112019057232834-pct00038
이다.
위에서 설명된 예들은 UE의 위치 추정에 대하여, 지연 정보 이외에, 또한 채널 경로 컴포넌트들의 경로 강도 정보가 UE 측에서 결정되기 때문에 장점을 가진다. 위치 서버는 오직 UE 위치 추정을 향상시키기 위해, 예컨대 RSTD들/ToA들 값들에 대하여 참조문헌 [17]에서 설명되는, UE 위치의 다수-가설들 테스트를 위해 RPSD들/PS들 값들과 함께 RSTD들/ToA들을 이용한다. 또한, 경로 강도 정보는 LOS 및 NLOS 경로 컴포넌트들을 구별하는데 사용될 수 있으며, 이는 위치 추정의 향상을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예들은 기지국들, 모바일 단말들과 같은 사용자들 또는 IoT 디바이스들을 포함하는 도 1에 도시된 바와 같은 무선 통신 시스템에서 구현될 수 있다. 도 7은 송신기(TX) 및 수신기(RX) 사이에서 정보를 통신하기 위한 무선 통신 시스템(250)의 도식적인 표현이다. 송신기(TX) 및 수신기(RX) 모두는 복수의 안테나들 (ANTTX, ANTRX) 또는 복수의 안테나 엘리먼트들을 가지는 안테나 어레이를 포함한다. 화살표(252)에 의해 표시되는 바와 같이, 신호들은 무선 링크와 같은 무선 통신 링크를 통해 송신기(TX) 및 수신기(RX) 사이에서 통신된다. 송신은 도 1과 관련하여 위에서 설명된 기법들 중 하나에 따라 이루어질 수 있다.
송신기(TX) 및 수신기(RX) 사이의 시그널링은 본 발명의 위에서 설명된 실시예들에 따라 이루어진다. 예를 들어, 수신기(RX)는 안테나들(ANTTX)을 통해 무선 통신 네트워크의 상이한 셀들의 복수의 송신기들로부터 복수의 무선 신호들을 수신하며, 상기 신호들을 신호 프로세서(254)로 제공한다. 각각의 무선 신호는 위치 기준 신호(PRS) 시퀀스를 포함한다. 수신기(RX)는 각각의 PRS 시퀀스의 도달 시간(ToA)을 추정하고 상이한 ToA들과 관련하여 각각의 수신된 무선 신호의 경로 강도를 결정하도록 무선 신호들을 프로세싱한다. 수신기의 위치는 도달 시간들 및 결정된 경로 강도들을 이용하여 추정된다. 이러한 위치는 무선 통신 네트워크의 수신기(RX)에서, 송신기에서 또는 위치 서버에서 추정될 수 있다. 후자의 경우들에서, ToA들 및 PS 값들은 무선 링크(252)를 통해 송신기/위치 서버로 전달될 수 있다. 송신기(TX)는 수신기(RX)로 송신될 신호를 생성하기 위한 신호 프로세서(256)를 포함한다. 송신기(TX)는 하나 이상의 안테나들(ANTTX)을 통해 위치 기준 신호(PRS) 시퀀스를 가지는 무선 신호를 송신할 수 있다.
설명된 개념의 몇몇 양상들이 장치와 관련하여 설명되었더라도, 이러한 양상들이 또한 대응하는 방법에 대한 내용을 설명하고 있음은 명백하며, 블록 또는 디바이스는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 대응한다. 유사하게, 방법 단계와 관련하여 설명된 양상들은 또한 대응하는 장치의 대응하는 블록 또는 아이템 또는 특징에 대한 내용을 설명한다.
특정 구현 요구사항들에 의존하여, 본 발명의 실시예들은 하드웨어로 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 이러한 구현은, 각각의 방법이 수행되도록 프로그래밍가능한 컴퓨터 시스템과 협동하는(또는 협동할 수 있는), 저장된 전자적으로 판독가능한 제어 신호들을 가지는, 디지털 저장 매체, 예컨대 클라우드 스토리지, 플로피 디스크, DVD, 블루레이, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM 또는 플래시 메모리를 이용하여 수행될 수 있다. 그러므로, 디지털 저장 매체는 컴퓨터 판독가능할 수 있다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예들은, 여기에서 설명되는 방법들 중 하나가 수행되도록, 프로그래밍가능한 컴퓨터 시스템과 협동할 수 있는, 전자적으로 판독가능한 제어 신호들을 가지는 데이터 캐리어를 포함한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램 프로덕트(computer program product)로서 구현될 수 있으며, 프로그램 코드는 컴퓨터 프로그램 프로덕트가 컴퓨터 상에서 실행될 때 상기 방법들 중 하나를 수행하도록 동작한다. 프로그램 코드는 예컨대 기계 판독가능한 캐리어 상에 저장될 수 있다.
다른 실시예들은, 기계 판독가능한 캐리어 상에 저장된, 여기에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 다시 말하면, 본 발명의 방법의 일 실시예는 그러므로 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 상에서 실행될 때 여기에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램이다.
그러므로, 본 발명의 방법들의 추가적인 실시예는 데이터 캐리어(또는 디지털 저장 매체 또는 컴퓨터-판독가능 매체)이며, 데이터 캐리어(또는 디지털 저장 매체 또는 컴퓨터-판독가능 매체)는, 자신 상에 기록되는, 여기에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 그러므로, 본 발명의 방법의 추가적인 실시예는 여기에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 표현하는 데이터 스트림 또는 신호들의 시퀀스이다. 예를 들어, 데이터 스트림 또는 신호들의 시퀀스는 예컨대 인터넷을 통해 데이터 통신 연결을 통하여 전달되도록 구성될 수 있다. 추가적인 실시예는 여기에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하도록 구성되거나 또는 적응되는 프로세싱 수단, 예를 들어, 컴퓨터 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스를 포함한다. 추가적인 실시예는 여기에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위해 설치된 컴퓨터 프로그램을 가지는 컴퓨터를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 프로그래밍가능한 로직 디바이스(예를 들어, 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이)는 여기에서 설명되는 방법들의 기능들 중 몇몇 또는 모두를 수행하도록 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이는 여기에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위해 마이크로프로세서와 협력할 수 있다. 일반적으로, 상기 방법들은 바람직하게는 임의의 하드웨어 장치에 의해 수행된다.
위에서 설명된 실시예들은 단지 본 발명의 원리들에 대하여 설명하기 위한 것이다. 여기에서 설명되는 세부사항들 및 배치들에 대한 수정들 및 변경들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것임을 이해하도록 한다. 그러므로, 이것은 다음의 특허 청구항들의 범위에 의해서만 제한되어야 하며 여기에서의 실시예들의 설명 및 기술에 의해 제공되는 특정 세부사항들에 의해서 제한되지 않도록 의도된다.
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[8] L. Xiong, "A selective model to suppress NLOS signals in angle-of-arrival AOA location estimation," in Proc. IEEE Int. Symp. Pers., Indoor, Mobile Radio Commun., Boston, MA, Sep. 8-11, 1998, vol. 1, pp. 461-465.
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[11] S. AI-Jazzar, J. Caffery, and H. You, "A scattering model based approach to NLOS mitigation in TOA location systems," in Proc. IEEE Veh. Technol.Conf., Birmingham, AL, May 6-9, 2002, vol. 2, pp. 861-865.
[12] Y. Chan, W.Y Tsui, H.C. So, P. Ching, ??Time-of-arrival based localization under NLOS conditions," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Jan. 2006, vol. 55, pp. 17 - 24.
[13] S. Venkatraman, J. J. Caffery, and H.-R. You, "A novel ToA location algorithm using los range estimation for NLOS environments," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 53, no. 5, pp. 1515 - 1524, 2004.
[14] L. Cong and W. Zhuang, "Nonline-of-sight error mitigation in mobile location," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 4, no. 2, pp. 560-573, Mar. 2005.
[15] H. Miao, K. Yu, and M. J. Juntti, "Positioning for NLOS propagation: Algorithm derivations and Cramer-Rao bounds," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 56, no. 5, pp. 2568 - 2580, 2007.
[16] K. Papakonstantinou, D. Slock, "NLOS Mobile Terminal position and speed estimation," Communications, Control and Signal Processing, 2008. ISCCSP 2008. 3rd International Symp., pp. 1308-1313, March 2008.
[17] Rl-163978 Richer RSTD reporting for indoor positioning, Ericsson, 2016-05-14

Claims (24)

  1. 수신기로서,
    복수의 안테나들(120)을 포함하며,
    각각의 안테나는 안테나 패턴을 가지며,
    상기 수신기(UE)는 무선 통신 네트워크의 상이한 셀들의 복수의 송신기들로부터 복수의 무선 신호들을 수신하도록 구성되며, 각각의 무선 신호는 위치 기준 신호(PRS: Position Reference Signal) 시퀀스를 포함하고, 각각의 무선 신호는 복수의 경로 컴포넌트들을 포함하는 무선 채널을 통해 상기 수신기(UE)로 송신되고,
    상기 수신기(UE)는 경로 컴포넌트에 대하여 상기 PRS 시퀀스의 도달 시간(ToA: Time of Arrival)을 추정하고 경로 컴포넌트에 대하여 상기 PRS 시퀀스의 경로 강도(PS: Path Strength) 값을 결정하기 위해 상기 무선 신호를 프로세싱하도록 구성되며,
    상기 ToA들 및 상기 PS 값들은 상기 수신기(UE)의 위치를 추정하는데 이용되고,
    경로 컴포넌트의 상기 PS 값은 상기 안테나 패턴 및 상기 수신기(UE)에서의 상기 경로 컴포넌트의 수신 방향에 의존하는 방향 의존성 항(direction dependent term)을 포함하고,
    상기 수신기(UE)는 상기 방향 의존성 항을 감소시키거나 또는 제거하기 위해 상기 방향 의존성 항을 포함하는 상기 PS 값들을 프로세싱하고, 상기 방향 의존성 항없이 정정된 PS 값들을 결정하고, 상기 수신기(UE)의 위치를 추정하기 위해 상기 정정된 PS 값들을 리턴하도록 구성되며,
    상기 수신기(UE)는,
    지연(τ)에 의존하는 상관 값들의 벡터(r)를 획득하기 위해 송신 셀의 PRS 시퀀스를 이용하여 상기 수신기(UE)에서 생성되는 신호와 상기 안테나들(120)에서 수신되는 신호들을 상관시키고,
    상기 안테나들(120)의 응답들을 정의하는 안테나 스티어링(steering) 벡터들(b) 및 상기 상관 값들의 벡터(r)를 이용하여 상관 함수(h)에 대한 값들을 결정하고,
    상기 상관 함수(h)로부터 가장 강한 P개의 피크(peak)들을 결정하고,
    상기 P개의 피크들로부터 상기 경로 컴포넌트들의 ToA들을 결정하고, 그리고
    상기 경로 컴포넌트들의 정정된 PS 값들을 결정하도록 구성되는,
    수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관 함수(h)는 수정된 상관 함수
    Figure 112020089083947-pct00049
    이고,
    Figure 112020089083947-pct00050
    는 특정 방향 θ에 대한 어레이 스티어링 벡터의 행렬이고,
    Figure 112020089083947-pct00051
    는 상관 값들의 벡터이고,
    λ는 h(θ,τ)의 값이 특정 각도들에서 극미하게(infinitesimally) 작은 안테나 이득에 기인하여 갑자기 증가하는 것을 방지하기 위한 작은 상수이고,
    상기 정정된 PS 값들은
    Figure 112020089083947-pct00052
    로서 상기 경로 강도들을 계산함으로써 결정되고, 심볼
    Figure 112020089083947-pct00053
    는 의사-역(pseudo-inverse) 행렬을 표시하는,
    수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기(UE)는 상기 무선 채널의 특정 개수(P)의 경로 컴포넌트들에 대하여 또는 상기 무선 채널의 모든 경로 컴포넌트들에 대하여 상기 PS 값들을 결정하도록 구성되는,
    수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기(UE)는 상기 ToA들 및 상기 PS 값들을 위치 서버로 송신하도록 구성되고, 상기 위치 서버는 상기 수신기(UE)의 위치를 추정하는,
    수신기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기(UE)는 상기 가장 강한 P개의 피크들로부터 도달 각도(AoA: Angle of Arrival)들을 결정하도록 구성되는,
    수신기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수신기(UE)는 상기 안테나들(120)의 응답들을 정의하는 안테나 스티어링 벡터들(b) 및 수신된 신호들을 이용하는 고해상도 파라미터 추정 방식(high resolution parameter estimation approach)에 기반하여 도달 각도(AoA)들, 도달 시간(ToA)들 및 상기 경로 컴포넌트들의 정정된 PS 값들을 결정하도록 구성되는,
    수신기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 스티어링 벡터들(b)은 스티어링 벡터들의 딕셔너리(dictionary)에 저장되고, 상기 스티어링 벡터들의 딕셔너리는 도달 방향 각도에 의존하는 안테나들(120)의 응답들을 정의하는 안테나 스티어링 벡터들(b)의 세트, 또는 도달 방향 각도에 독립적인 안테나들(120)의 응답들을 정의하는 안테나 스티어링 벡터들(b)의 고정된, 고유한(unique) 세트를 포함하는,
    수신기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    스티어링 벡터들은 상기 수신기의 지향(orientation)에 의존하여 상기 딕셔너리로부터 선택되는,
    수신기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스티어링 벡터들의 딕셔너리는 데이터베이스에 저장되고, 상기 수신기(UE)는 상기 데이터베이스에 액세스하거나 또는 상기 데이터베이스를 다운로드하도록 구성되는,
    수신기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기(UE)는 기준 ToA로서 상기 송신기들 중 하나의 송신기의 ToA를 이용하여 상대 신호 타이밍 차이(RSTD: relative signal timing difference)들을 획득하도록 구성되고, 상기 RSTD들은 상기 ToA들 대신에 송신되는,
    수신기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기(UE)는 기준으로서 상기 송신기들 중 하나의 송신기의 경로 강도 값을 이용하여 상대 경로 강도 차이(RPSD: relative path strength difference)들을 획득하도록 구성되고, 상기 RPSD들은 상기 PS 값들 대신에 송신되는,
    수신기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    각각의 PRS 시퀀스는 그와 연관된 셀 식별자를 가지며, 상기 수신기(UE)는 각각의 PRS 시퀀스에 대하여 연관된 셀 식별자를 추가적으로 획득하도록 구성되고, 상기 수신기(UE)의 위치는 획득된 셀 식별자들을 이용하여 추가적으로 추정되는,
    수신기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 센서들을 포함하며,
    상기 수신기(UE)는 상기 하나 이상의 센서들로부터의 데이터를 이용하여 상기 수신기(UE)의 지향을 계산하고, 상기 지향을 상기 위치 서버(110)로 송신하도록 구성되는,
    수신기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 경로 강도(PS) 값은 셀의 송신된 무선 신호와 간섭(interfere)하는 신호의 간섭 레벨에 대응하는,
    수신기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 채널의 경로 컴포넌트들은 가시선(LOS: line-of-sight) 경로 컴포넌트 및/또는 비-가시선(NLOS: non-line-of-sight) 경로 컴포넌트를 포함하는,
    수신기.
  16. 무선 통신 네트워크로서,
    제 1 항에 따른 수신기(UE); 및
    복수의 송신기(BS)들을 포함하는,
    무선 통신 네트워크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    위치 서버(110)를 포함하며,
    상기 수신기(UE)의 위치는 상기 위치 서버(110)에 의해 추정되는,
    무선 통신 네트워크.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 수신기(UE)는 모바일 단말이고, 상기 송신기(BS)는 기지국이고, 상기 무선 통신 네트워크는 IFFT(역고속 푸리에 변환) 기반 신호를 이용하는,
    무선 통신 네트워크.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 IFFT 기반 신호는 CP를 갖는 OFDM, CP를 갖는 DFT-s-ODFM, CP가 없는 IFFT-기반 파형들, f-OFDM, FBMC 또는 UFMC를 포함하는,
    무선 통신 네트워크.
  20. 제 19 항에 있어서,
    CP를 갖는 OFDM은 다운링크 송신을 위해 사용되고, CP를 갖는 DFT-s-OFDM 또는 단일 톤 송신은 업링크 송신을 위해 사용되는,
    무선 통신 네트워크.
  21. 방법으로서,
    복수의 안테나들(120)을 가지는 수신기(UE)에 의해, 무선 통신 네트워크의 상이한 셀들의 복수의 송신기들로부터 복수의 무선 신호들을 수신하는 단계 ― 각각의 안테나는 안테나 패턴을 가지며, 각각의 무선 신호는 위치 기준 신호(PRS) 시퀀스를 포함하고, 각각의 무선 신호는 복수의 경로 컴포넌트들을 포함하는 무선 채널을 통해 상기 수신기(UE)로 송신됨 ―;
    경로 컴포넌트에 대하여 상기 PRS 시퀀스의 도달 시간(ToA)을 추정하고 경로 컴포넌트에 대하여 상기 PRS 시퀀스의 경로 강도(PS) 값을 결정하기 위해 상기 무선 신호를 프로세싱하는 단계; 및
    상기 ToA들 및 상기 PS 값들을 이용하여 상기 수신기(UE)의 위치를 추정하는 단계를 포함하며,
    경로 컴포넌트의 상기 PS 값은 상기 안테나 패턴 및 상기 수신기(UE)에서의 상기 경로 컴포넌트의 수신 방향에 의존하는 방향 의존성 항을 포함하고,
    상기 수신기(UE)는 상기 방향 의존성 항을 감소시키거나 또는 제거하기 위해 상기 방향 의존성 항을 포함하는 상기 PS 값들을 프로세싱하고, 상기 방향 의존성 항없이 정정된 PS 값들을 결정하고, 상기 수신기(UE)의 위치를 추정하기 위해 상기 정정된 PS 값들을 리턴하도록 구성되며,
    상기 수신기(UE)는,
    지연(τ)에 의존하는 상관 값들의 벡터(r)를 획득하기 위해 송신 셀의 PRS 시퀀스를 이용하여 상기 수신기(UE)에서 생성되는 신호와 상기 안테나들(120)에서 수신되는 신호들을 상관시키고,
    상기 안테나들(120)의 응답들을 정의하는 안테나 스티어링 벡터들(b) 및 상기 상관 값들의 벡터(r)를 이용하여 상관 함수(h)에 대한 값들을 결정하고,
    상기 상관 함수(h)로부터 가장 강한 P개의 피크(peak)들을 결정하고,
    상기 P개의 피크들로부터 상기 경로 컴포넌트들의 ToA들을 결정하고, 그리고
    상기 경로 컴포넌트들의 정정된 PS 값들을 결정하도록 구성되는,
    방법.
  22. 컴퓨터 상에서 실행될 때 제 21 항의 방법을 수행하는 명령들을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  23. 삭제
  24. 삭제
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