KR102601423B1 - 무선 통신 시스템의 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

무선 통신 시스템의 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고려되는 위치에 있는 단말기와 무선 통신 시스템의 복수의 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값의 세트에 대응하는 라디오 서명과 라디오 서명을 알려진 지리적 위치와 연관 짓는 참조 데이터 세트 모두를 이용해, 단말기의 지리적 위치를 추정하는 것을 가능하게 하는 학습 방법을 기초로 무선 통신 시스템의 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법(10)과 관련된다. 학습 알고리즘의 복잡도를 제한하고 액세스 네트워크의 토폴로지 변화에 내성이 있도록 하기 위해, 위치 측정 방법은 각각의 라디오 서명이 측정된 값의 세트 중에서 선택된 N개의 값 및 대응하는 기지국의 지리적 위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템의 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법 및 시스템
본 발명은 위치 측정(geolocation)의 분야와 관련된다. 구체적으로, 본 발명은 무선 통신 시스템의 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법과 관련된다. 본 발명은 사물 인터넷을 위한 네트워크에 연결되는 물체의 위치 측정에 적용된다.
최근, 무선 통신 시스템의 증가하는 사용은 사용자의 짖리적 위치를 기반으로 서비스의 발전을 자연스럽게 이끌었다. 물체의 위치에 대한 정보가 사용되어 사용자 안전(가령, 위험에 처한 사람들에게 도움을 제공하기 위함), 내비게이션 보조, 교통 관리, 물품 추적, 및 일반적인 텔레메트리(telemetry) 등을 보장할 수 있다.
위성 위치 측정 시스템, 가령, GPS(Global Positioning System)가 가장 유명한 위치 측정 방법 중 일부이다. 이들 시스템은 전용 위성에 의해 전송되는 라디오 신호의 수신자 단말기에 의한 활용에 의존한다. GPS에 의해 위치 측정은 특히 정확하지만, 이 시스템은 몇 가지 주요한 단점을 가진다. 특히, GPS 수신기를 물체에 일체 구성하는 것은 전자 하드웨어 및 특정 소프트웨어를 필요로 하는데, 이는 해당 물체의 비용을 상당히 증가시킬 수 있다. 다른 한편, 이러한 수신기의 전력 소모가 종종 사물 인터넷(IoT: Internet of Things) 유형의 연결된 물체에서 감당하기 어려울 수 있으며, 이의 전력 소모는 가능한 감소되어야 한다. 마지막으로, 건물 내부 또는 장애물로의 GPS 신호의 침투가 열악한데, 이는 GPS 사용을 폐쇄되거나 빽빽하게 채워진 영역에서 물체의 위치를 측정하기 위해 GPS를 사용하는 것을 부적합하게 만든다.
자신이 연결된 액세스 네트워크의 기지국과 교환하는 신호로부터 단말기의 위치를 측정하기 위한 그 밖의 다른 기법이 존재한다. 셀방식 네트워크, 가령, GSM(Global System for Mobile Communication)에서, 공지된 방법이 단말기가 일반적으로 가장 가까운 기지국과 연관되어 있다는 이해를 바탕으로 단말기의 위치가 현재 연관된 기지국의 위치라고 추정한다. 그러나 기지국의 커버리지 영역이 최대 수 킬로미터, 또는 심지어 수 십 킬로미터의 반경을 가질 수 있기 때문에 이러한 방법을 이용한 위치 측정의 정확도가 제한된다.
그 밖의 다른 방법은 이들 개체 간 교환되는 신호의 도착 시간(TOA) 또는 도착 시간 차이(TDOA)를 계산함으로써 복수의 기지국으로부터 단말기가 이격된 거리를 추정하여 삼변측량법에 의해 단말기의 위치를 결정하는 것을 포함한다. 유사한 방법은 신호의 도래각을 기초로 하거나(삼각측량법으로 알려짐), 신호의 도래 주파수 차이(FDOA)를 계산하는 것을 기초로 한다. 그러나 후자는 도플러 효과를 기초로 하기 때문에, 관측 포인트에 상대적인 움직임을 갖는 것으로 여겨지는 위치를 갖는 단말기를 필요로 한다. 이들 상이한 방법은 모두 특정 하드웨어 및 소프트웨어를 필요로 한다는 단점을 가진다. 둘째, 이들은 종종 관측 포인트로 역할 하는 상이한 기지국의 값 비싼 동기화를 필요로 한다. 더욱이, 이들은 만나는 장애물에서의 반사, 굴절 및 회절 현상의 결과로서 복수의 경로에 의한 동일한 라디오 신호의 전파에 대응하는 이른바 다중경로 현상(multipath phenomenon)에 특히 민감하다.
그 밖의 다른 위치 측정 방법이 단말기와 기지국 간 교환되는 신호에 대한 수신 신호 강도 지시자(RSSI: received signal strength indicator) 레벨을 기초로 한다. 이들 방법은 특히 RSSI 정보가 통신 시스템 자체에서 사용되기 때문에 직접 이용 가능한 셀룰러 네트워크 유형(가령, GSM)의 무선 통신 시스템에 적합하다. 이들 방법은 라디오 신호가 대기 중에서 감쇠되고 따라서 수신기에 의해 수신된 신호의 RSSI 레벨이 신호 전송기로부터 신호 수신기의 이격 거리의 거리의 함수로서 변한다는 사실을 이용한다. 따라서 단말기의 지리적 위치가, 기지국에 의해 측정된 RSSI 레벨을 기초로 단말기 주위의 상이한 기지국으로부터 단말기의 이격 거리를 추정하는 삼변측량법에 의해 결정될 수 있다. 이러한 RSSI 레벨을 기초로 하는 삼변측량법에 의한 위치 측정법의 단점은 RSSI 레벨을 기초로 하는 거리 정의 함수를 매우 복잡하게 만드는 신호의 감쇠에 영향을 미치는 많은 파라미터(장애물, 라디오 간섭, 단말기의 이동 등)로 인한 부정확성이다.
이는 신호 감쇠의 문제를 이점으로 전환하기 위해 RSSI 레벨을 기초로 하는 새로운 위치 측정 방법이 개발되어야 하는 이유이다. 이들 새로운 방법은 삼변측량법을 이행하고 않고 따라서 기지국의 지리적 위치에 대한 사전 지식을 필요로 하지 않는다. 그러나 이들은 특정 포인트에서의 RSSI 레벨이 시간에 따라 안정하다는 가정을 바탕으로 지문(fingerprint)을 관심 지리적 영역 내 한 위치와 연관 짓는 기계 학습 방법을 이용한다.
구체적인 용어로, 이는, 제1 교정 스테이지("오프라인" 학습 스테이지라고도 지칭됨)에서, 알려진 지리적 위치와 시스템의 기지국의 세트에 대해 고려되는 위치의 단말기에 대해 측정된 RSSI 레벨의 세트에 대응하는 "라디오 서명"을 연관짓는 데이터베이스를 구축하는 것을 포함한다. 그런 다음, 검색 스테이지("온라인" 스테이지라고도 지칭됨) 동안, 알려지지 않은 위치에 있는 단말기에 대해 관측되는 라디오 서명이 데이터베이스의 서명의 세트와 비교되어 가장 가까운 하나 이상의 서명에 대응하는 하나 이상의 위치를 기초로 단말기의 위치를 추정할 수 있다.
몇 가지 기계 학습 방법이 이러한 목적으로 사용되었다. 간행물 Reliable indoor location prediction using conformal prediction - Khuong An Nguyen, Zhiyuan Luo - Springer Science+Business Media Dordrecht 2013이, 예를 들어, 두 개의 상이한 관점에서 감독되는 기계 학습 방법의 사용을 기술하고 있다. 한편, 이는 "분류(classification)" 방식에서의 문제를 나타내는데, 여기서 학습 방법은 관측되는 라디오 서명을 상기 관측된 라디오 서명과 가장 닮은 데이터베이스 내 하나 이상의 라디오 서명과 매칭시키는 것을 추구할 것이다. 다른 한편, 이는 "회귀(regression)" 방식에서 문제를 보이는데, 이는 학습 방법이 데이터베이스에 포함된 정보를 기초로, 지리적 위치를 가장 잘 정의하는 함수를 라디오 서명의 함수로서 결정하는 것을 추구할 것이다. 한편, 간행물 CellSense: An Accurate Energy-Efficient GSM Position System - Mohamed Ibrahim, Moustafa Youssef - IEEE 2011는 고려되는 지리적 영역이 셀들로 분할되고, 특정 기지국에 대한 특정 RSSI 레벨을 획득하기 위한 확률이 각각의 셀에 대해 정의되는 확률적 접근법을 이용한다는 점에서 다소 상이한 분류 학습 방법을 기재한다. 따라서 이는 관측되는 라디오 서명을 가질 확률이 가장 큰 셀을 결정하는 것을 포함한다.
RSSI 레벨을 기초로 하는 이들 모든 기계 학습 방법이 동일한 단점을 가진다. 첫째, 교정 스테이지가 특히 까다롭고 비용이 비싼데, 특히, 커버될 지리적 영역이 광범위한 경우 그렇다. 이러한 교정을 수행하는 종래의 방법은 "워-드라이빙(war-driving)"이라고 알려진, 커버될 영역 주위를 운전하는 차량 편대에 어플라이언스를 매립하는 것을 포함하며, 이러한 어플라이언스는 지리적 위치와 상이한 위치에서의 통신 시스템의 기지국에 대한 RSSI 레벨을 정확히 제공할 수 있도록 구성된다. 포인트의 수가 많아질수록, 위치 측정 방법의 정확도와 관련된 성능이 더 우수하지만, 교정 스테이지는 더 길어지고 더 비싸진다. 따라서 커버될 지리적 영역이 크고 데이터베이스에서 고려될 기지국의 수가 많을수록, 사용되는 기계 학습 알고리즘의 복잡도가 더 높아진다. 이는 왜 RSSI 레벨을 기초로 하는 종래의 위치 측정 방법이 일반적으로 폐쇄 공간(가령, 건물 내부) 또는 물론 제한된 지리적 영역(가령, 수 km2를 초과하지 않는 도시 영역)에 적용되는지를 설명한다. 마지막으로, 또 다른 주요한 단점이 RSSI 레벨을 기초로 하는 종래의 위치 측정 방법에 의해 사용되는 라디오 서명이 교정 스테이지를 수행하는 때의 네트워크 토폴로지에 따라 전적으로 달라진다는 사실에 근거한다. 더 구체적으로, 이러한 방법에서, q가 교정 스테이지를 수행할 때의 통신 시스템의 기지국의 개수를 나타낸다면, 라디오 서명은 벡터 s = (s1, s2, ..., sq)이고 여기서 si는 기지국 i에 대한 RSSI 레벨을 나타낸다. 따라서 라디오 서명이 결정될 수 있게 하는 기지국들의 집합 이 사전에 정의되는 고정 집합이다. 따라서 기지국이 일시적으로 사용 불능이 될 때(가령, 보수 중일 때), 위치 측정 방법이 더는 적용될 수 없을 가능성이 있다. 또한 네트워크 토폴로지가 길어지는 변화(새로운 기지국의 배치, 기존 국의 제거나 교체)를 겪는다면, 검색 스테이지가 효과적이기 위해서 새로운 교정 스테이지가 수행되어야 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 중 일부 또는 전부, 특히, 앞서 기재된 단점을 극복하는 것이다.
더 구체적으로 그리고 제1 양태에 따르면, 본 발명은 무선 통신 시스템의 "관심 단말기"라고 지칭되는 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법과 관련되며, 상기 방법은
상이한 알려진 지리적 위치와 각각 연관된 라디오 서명을 결정하는 단계 - 각각의 라디오 서명은 상기 알려진 지리적 위치 중 하나에 있는 교정 디바이스와 상기 무선 통신 시스템의 복수의 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값의 세트에 대응하며, 상기 라디오 서명 및 연관된 각자의 알려진 지리적 위치는 참조 데이터 세트를 형성함 - ,
추정될 지리적 위치에 있는 상기 관심 단말기에 대한 라디오 서명을 결정하는 단계,
상기 관심 단말기의 라디오 서명 및 참조 데이터 세트를 기초로 상기 관심 단말기의 지리적 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
라디오 서명을 결정하는 각각의 단계는,
복수의 기지국의 각각의 기지국에 대해, 교정 디바이스 또는 관심 단말기와 고려되는 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하는 단계,
측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하는 단계,
라디오 서명을 형성(define)하는 단계 - 상기 라디오 서명은 N개의 선택된 값 및 상기 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 N개의 기지국의 각자의 지리적 위치를 포함함 - 를 포함한다.
따라서 라디오 서명의 크기가 제한되기 때문에 고려되는 지리적 위치를 추정하는 데 사용되는 학습 알고리즘의 복잡도가 감소된다. 더 구체적으로, 측정이 선택된 기지국의 개수 N이 시스템의 기지국의 총 개수보다 상당히 적을 수 있다. 예를 들어, 단 10개의 측정된 값이 수백 또는 심지어 수천 개의 기지국을 포함하는 시스템에 대해 사용될 수 있다. 따라서 위치 측정 방법은 방대한 지리적 영역에 적합하다.
형성(definition)을 위해 사용되는 기지국의 모음이 더는 고정적이지 않기(라디오 서명이 관측되는 지리적 위치의 함수로서 변함) 때문에, 라디오 신호는 측정이 선택된 기지국의 지리적 위치를 포함한다는 점이 이러한 방식으로 제한된 라디오 서명이 더는 결정적이지 않다는 사실을 상쇄한다. 덧붙여, 이로 인해 학습 방법이 액세스 네트워크의 토폴로지의 변화를 견딜 수 있다. 더 구체적으로, 기지국이 추가되거나, 제거되거나, 교체되는 경우, 사전에 형성된 기지국의 고정된 정렬된 세트를 기초로 라디오 서명이 구축되는 종래의 학습 방법과 다르게, 결정된 라디오 서명이 적절성을 유지할 것이다.
본 발명을 구현하는 특정 방법에서, 본 발명은 다음의 특징 중 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 이 특징들은 단독으로 또는 임의의 조합에 따라 가능하다고 여겨져야 한다.
본 발명을 구현하는 특정 방법에서, N개의 선택된 값은 기지국에 대해 측정된 최상의 라디오 링크 품질을 나타내고, 내림 차손으로 정렬될 수 있는 N개의 값에 대응한다.
본 발명을 구현하는 바람직한 방법에서, 라디오 링크는 무선 통신 시스템의 기지국까지의 업링크이며, 위치 측정 시스템이 구비된 무선 통신 시스템의 단말기가 교정 디바이스로서 역할 한다. 이들 단말기는 따라서 "교정 단말기"라고 불린다. 지리적 위치에 있는 교정 단말기의 라디오 서명을 결정하는 단계는
교정 단말기가 위치 측정 시스템에 의해 측정된 현재 지리적 위치를 포함하는 메시지를 복수의 기지국으로 전송하는 단계,
복수의 기지국의 각각의 기지국이, 상기 교정 단말기로부터 수신된 메시지를 기초로 상기 교정 단말기와 고려되는 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하는 단계,
기지국에 연결된 서버가, 측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하는 단계,
서버가, 상기 현재 지리적 위치에 있는 교정 단말기의 라디오 서명을 형성하는 단계 - 라디오 서명은 N개의 선택된 값 및 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 기지국의 지리적 위치를 포함함 - ,
서버가, 상기 메시지에 포함된 지리적 위치를 추출하는 단계를 포함한다.
따라서 통신 시스템의 일부 단말기가 자신의 지리적 위치를 알 수 있고 이를 특정 메시지로 액세스 네트워크로 전송할 수 있다고 가정하면, 교정 스테이지가 완전히 자동으로, 즉, 차량의 편대에 참조 데이터를 획득하기 위해 지리적 위치와 연관된 라디오 서명을 모두 측정하도록 구성된 어플라이언스를 내장하는 것으로 구성되는 고 비용의 워-드라이브 방법을 필요로 하지 않고, 이뤄질 수 있다. 덧붙여, 교정 단말기는 위치 측정 방법에서 특정 방식으로 개입할 필요가 없다. 구체적으로, 교정 단말기에 의해 전송된 메시지가 위치 측정 방법과 무관하게, 즉, 위치 측정 방법의 일부인 것과 상이한 목적으로, 전송될 수 있다. 따라서 단말기의 전력 소모량과 생산 비용이 위치 측정 방법에 의해 영향 받지 않는다.
본 발명을 구현하는 특정 방법에서, 교정 단말기는 참조 데이터 세트를 형성하도록 지정 지속시간 동안 활성화되거나, 참조 데이터 세트가 상기 교정 단말기로부터 기원하는 새로운 데이터로 지속적으로 채워진다.
본 발명을 구현하는 바람직한 방법에서, 추정될 지리적 위치에 있는 관심 단말기의 라디오 서명을 결정하는 단계는
관심 단말기가 복수의 기지국으로 메시지를 전송하는 단계,
복수의 기지국의 각각의 기지국이 상기 관심 단말기로부터 수신된 메시지를 기초로 상기 관심 단말기와 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하는 단계,
기지국으로 연결된 서버에 의해, 측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하는 단계,
서버에 의해, 관심 단말기의 라디오 서명을 형성하는 단계 - N개의 선택된 값과 상기 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 기지국의 지리적 위치를 포함함 - 를 포함한다.
본 발명을 구현하는 특정 방법에서, 관심 단말기의 추정된 지리적 위치 및 연관된 라디오 서명이 참조 데이터 세트에 추가된다.
본 발명을 구현하는 바람직한 방법에서, 방법은 다음의 특징 중 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 특징들은 단복으로 또는 임의의 조합에 따라 기술적으로 가능한 것으로 여겨진다.
단말기 또는 교정 디바이스와 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값이 상기 기지국과 상기 단말기 또는 상기 교정 디바이스 사이에 교환되는 라디오 신호에 대한 수신 신호 강도 지시자이고,
라디오 링크는 초-협대역 통신 채널이며,
라디오 서명을 결정할 때 선택된 값의 개수 N은 5 내지 20에 속하는 양수이고,
관심 단말기의 지리적 위치의 추정은 회귀 감독 학습 알고리즘을 이용한다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 단말기와 서버에 연결된 복수의 기지국을 포함하는 애겟스 네트워크를 포함하는 무선 통신 시스템과 관련된다. 시스템은 참조 데이터 세트를 저장하는 데이터베이스를 더 포함하고, 각각의 참조 데이터는 알려진 지리적 위치와 연관된 라디오 서명에 대응하고, 각각의 라디오 서명은 상기 알려진 지리적 위치에 있는 교정 디바이스와 N개의 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 N개의 값 및 상기 N개의 기지국의 지리적 위치를 포함한다. 덧붙여 액세스 네트워크는
각각의 기지국과 "관심 단말기"로 지칭되는 위치가 추정될 단말기 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하고,
상기 관심 단말기에 대한 측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하며,
N개의 선택된 값의 세트 및 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 기지국의 지리적 위치에 대응하는 라디오 서명을 형성하고,
상기 관심 단말기의 라디오 서명 및 데이터베이스에 저장된 참조 데이터 세트를 기초로 상기 관심 단말기의 지리적 위치를 추정하도록 구성된다.
본 발명은 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니라 예시로서 의도된 이하의 설명을 도 1 내지 6을 참조하여, 읽은 후 더 잘 이해될 것이며, 도면에서,
도 1은 교정 디바이스를 포함하는 무선 통신 시스템의 개략도이다.
도 2는 무선 통신 시스템의 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법의 주요 단계를 도시하는 다이어그램이다.
도 3은 교정 디바이스는 위치측정 시스템이 구비된 단말기인 바람직한 실시예의 개략도이다.
도 4는 위치 측정 방법을 구현하는 바람직한 방법의 교정 스테이지의 메인 단계를 보여주는 다이어그램이다.
도 5는 위치 측정 방법을 구현하는 바람직한 방법의 검색 스테이지의 주요 단계를 보여주는 다이어그램이다.
도 6은 두 개의 상이한 N개의 값에 대한 두 개의 위치 측정 오차 분포 곡선을 보여주는 차트이다.
이들 도면에서, 하나 이상의 도면에서의 동일한 도면 부호가 동일하거나 유사한 요소를 지시한다. 명료성을 위해, 도시된 요소는, 달리 특정되지 않는 한, 실제 비율로 그려지지 않는다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 발명은 단말기와 무선 통신 시스템의 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크(radio link)의 품질을 나타내는 정보를 기초로 하는 학습 방법을 이용해 무선 통신 시스템의 이른바 "관심 단말기"의 위치를 측정하는 것을 목적으로 삼는다.
도 1은 복수의 단말기(70) 및 서버(82)에 연결된 복수의 기지국(81)을 포함하는 액세스 네트워크(80)를 포함하는 무선 통신 시스템(60)을 개략적으로 도시한다. 이러한 시스템에서, 통신은 일반적으로 양방향일 수 있다, 즉, 데이터가 액세스 네트워크로부터 라디오 다운링크를 통해 단말기로 전송되거나, 단말기로부터 라디오 업링크를 통해 액세스 네트워크로 전송될 수 있다. 덧붙여, 단말기와 액세스 네트워크의 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질의 측정이, 예를 들어, 이들 개체 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
또한, 가령, 위치결정 시스템, 가령, GPS 수신기에 의해 현재 지리적 위치를 정확히 결정하도록 구성된 하나 이상의 교정 디바이스(71)가 무선 통신 시스템(60)에 삽입될 수 있다. 이 교정 디바이스는 자신과 액세스 네트워크의 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값이 측정되게 하는 수단을 더 가진다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 측정은, 예를 들어, 다운링크를 통해 교정 디바이스 자체에 의해 수행되거나, 업링크를 통해 액세스 네트워크의 기지국에 의해 수행될 수 있다. 측정이 다운링크를 통해 교정 디바이스에 의해 수행되는 경우, 이 측정은, 예를 들어, 교정 디바이스와 상이한 시스템의 다른 단말기로의 라디오 신호에 대해 발생한다.
단말기 또는 교정 디바이스와 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값이 서버(82)로 전송되어 서버가 위치 측정 방법의 특정 단계를 구현할 수 있다.
도 2는 무선 통신 시스템(60)의 관심 단말기(70)의 위치를 측정하기 위한 바법(10)의 두 개의 주요 스테이지를 도시한다.
제1 교정 스테이지(20)("오프라인" 학습 스테이지라고도 지칭됨)는,
- 알려진 지리적 위치와 각각 연관된 라디오 서명을 결정하는 단계(22) - 각각의 라디오 서명은 알려진 지리적 위치를 갖는 교정 디바이스(71)와 액세스 네트워크(80)의 복수의 기지국(81) 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값의 세트에 대응함 - , 및
- 참조 데이터 세트에, 결정된 각각의 라디오 서명 및 교정 디바이스(71)와 연관된 지리적 위치를 저장하는 단계(24).
용어 "지리적 위치"는 본 명세서에서, 예를 들어, 적어도 두 개의 좌표, 종종 위도 및 경도의 계를 의미하며, 여기에 선택사항으로서, 세 번째 좌표: 평균 해면 고도에 대한 고도(직교 높이)가 추가될 수 있다.
요컨대, 이는, 이러한 교정 스테이지(20) 동안, 고려되는 지리적 영역의 일종의 라디오 매핑을 생성하는 단계와 관련된다.
그런 다음, 검색 스테이지(30)("온라인" 학습 스테이지라고도 지칭됨)는
- 추정될 지리적 위치에 놓인 상기 관심 단말기(70)에 대한 라디오 서명을 결정하는 단계(32),
- 교정 스테이지(20) 동안 결정된 라디오 서명 및 획득된 참조 데이터 세트를 기초로 상기 관심 단말기의 지리적 위치를 추정하는 단계(34).
기재의 나머지 부분에서, 비제한적 예를 들면, 초-협대역(ultra-narrowband) 무선 통신 시스템(60)의 경우가 고려된다. 용어 "초-협대역(ultra-narrowband)" 즉 UNB는 본 명세서에서 단말기에 의해 전송되는 라디오-주파수 신호의 순간 주파수 스펙트럼이 2 킬로헤르츠 미만의, 또는 심지어 1 킬로헤르츠 미만의 주파수 대역폭을 가짐을 의미한다. 용어 "라디오-주파수 신호"는 본 명세서에서 비-유선 수단을 통해 전파되는 전자파를 의미하며, 이의 주파수는 라디오-주파수 파의 통상의 스펙트럼(수 헤르츠 내지 수백 기가헤르츠) 내에 있다. 이러한 UNB 무선 통신 시스템은 특히 M2M(Machine to Machine) 유형 또는 IoT(Internet of Things) 유형의 적용 분야에 적합하다.
이러한 무선 통신 시스템(60)에서, 데이터 교환은 본질적으로 단방향이며, 이 경우 단말기(70)로부터 상기 무선 통신 시스템의 액세스 네트워크(80)로의 업링크를 통해 이뤄진다. 단말기에 의해 전송되는 메시지를 소실할 위험을 최소화하기 위해, 액세스 네트워크는 종종, 특정 지리적 영역이 복수의 기지국(81)에 의해 동시에 커버되어, 단말기에 의해 전송되는 메시지가 복수의 기지국에 의해 수신될 수 있도록 계획된다.
각각의 기지국(81)은 자신의 범위 내에 있는 단말기(70)로부터 메시지를 수신하도록 구성된다. 따라서 수신된 각각의 메시지는, 예를 들어, 그 밖의 다른 정보, 가령, 이를 수신한 기지국에 대한 식별자, 메시지를 운송하는 라디오 신호의 품질을 나타내는 값, 및 메시지가 수신되는 중앙 주파수 등가 함께, 액세스 네트워크(80)의 서버(82)로 전송된다. 서버(32)는, 예를 들어, 상이한 기지국(81)으로부터 수신된 모든 메시지를 처리한다. 서버(32)는 특히 시스템의 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법(10)을 구현하는 데 사용될 수 있다.
도 3은 이러한 시스템(60)의 하나의 바람직한 실시예를 도시하며, 여기서, "교정 단말기"라고 지칭되는 무선 통신 시스템(60)의 특정 단말기(72)가, (가령, 단말기가 상기 위치결정 시스템의 위성으로부터의 신호를 검출할 수 있는 위치에 있을 때) 단말기의 지리적 위치가 정확히 획득될 수 있게 하는 위치결정 시스템(가령, GPS 수신기)을 가진다. 이들 교정 단말기(72)는 무선 통신 시스템(60)에서 자신의 정규 기능을 수행하는 것에 추가로, 앞서 언급된 교정 디바이스(71)로서의 역할을 한다.
도 4는 무선 통신 시스템(60)의 관심 단말기(70)의 위치를 측정하기 위한 방법(10)을 구현하는 한 가지 바람직한 방법의 교정 스테이지(20)의 주요 단계를 도시한다.
이 교정 스테이지를 위해, 지리적 위치를 결정하고 이 위치에서의 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하도록 구성된 특정 어플라이언스에 의해 커버되도록 지리적 영역 주변을 의도적으로 운전하는 것 대신, 이러한 기능을 수행하기 위한 시스템의 특정 단말기의 가능한 기능이 사용되는 것이 바람직한데(이것이 덜 비싸고 더 빠르기 때문이다), 이는 교정 단말기(72)의 경우이다.
따라서 교정 스테이지(20)의 단계는 교정 단말기(72)에 의해, 현재 지리적 위치를 포함하는 메시지를 무선 통신 시스템(60)의 액세스 네트워크(80)로 전송하는 단계(220)를 포함한다. 이 메시지는 위치 측정 방법과 독립적으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 이는 현재의 지리적 위치를 포함하고 위치 측정 방법(10)의 교정 스테이지(20)에 참여하도록 초기에는 의도되지 않은 종래의 텔레메트리 메시지일 수 있다.
따라서 상기 메시지를 포함하는 신호를 수신한 액세스 네트워크(80)의 기지국(81)은 메시지가 전송되는 라디오 링크의 품질의 측정(221)을 수행한다. 본 발명을 구현하는 한 가지 바람직한 방법에서, 비제한적 예시로서 제공되는 기재의 나머지로서, 사용되는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값이, 예를 들어, 상기 메시지를 운송하는 신호에 대해 기지국에 의해 수신되는 데시벨로 표현되는 평균 수신 신호 강도 지시자(RSSI)이다. 예를 들어 단말기가 지나치게 멀리 있어 라디오 커버리지 내에 위치하지 않기 때문에, 메시지를 수신하지 않은 기지국에 대해, 예를 들어, -160　dB의 디폴트 값이 사용된다.
라디오 링크의 품질을 나타내는 그 밖의 다른 값, 가령, 신호 감쇠, 신호대노이즈 비(SNR), 또는 채널 품질 지시자(CQI)가 사용될 수 있다.
상이한 기지국(81)에 의해 측정되는 RSSI 레벨이 서버(82)로 전송되며, 따라서 서버가 고려되는 지리적 위치에서 관측되는 라디오 서명을 정의할 수 있다.
라디오 서명을 정의하는 종래 기술의 알려진 방법은 무선 통신 시스템의 이전에 정의된 고정된 기지국 집합에 대한 RSSI 레벨의 각각의 값을 고려하는 단계를 포함하는데, 이때, 라디오 커버리지는 고려되는 지리적 영역과 0 아닌 교차부를 가진다. 위치 측정 방법이 광역 네트워크(WAN)에 대한 경우일 수 있듯이, 전체 국가 또는 심지어 국가 그룹을 커버하도록 의도된 경우, 수백, 또는 심지어 수천 개의 기지국이 고려될 필요가 있을 수 있으며, 기계 학습 알고리즘의 복잡도가 급등할 수 있다.
역으로, 현재 기재된 발명을 구현하는 방법에 대해 정의된 라디오 서명이 측정된 RSSI 레벨로부터 N개의 값만 선택하는 단계(222)를 통해 이 복잡도를 감소시킨다.
본 발명을 구현하는 한 가지 바람직한 방법에서, 그리고 비제한적 예시로서 제공된 기재의 나머지를 위해, N개의 선택된 값이 무선 통신 시스템의 기지국에 의해 측정된 최상의 RSSI 레벨을 나타내는 N개의 값에 대응한다. 그러나 그 밖의 다른 선택 방법이 고려될 수 있다. 예를 들어, 선택은 가장 최근 측정된 값을 선호하거나, 관련성 기준에 따라 발생할 수 있는데, 이의 의도는 모델을 구축하기에 가장 변별력 있는 값을 이용하는 것이다. 또 다른 예시에서, N개의 선택된 값이 내림차순으로 정렬될 수 있다.
그러나 라디오 서명의 구성요소의 개수의 이러한 제한이, 이의 구조가 결정적이 되지 못하게 하는데, 이는 라디오 서명을 정의하는 데 사용되는 기지국의 모음이 더는 고정적이지 않기 때문이다: 이는 라디오 서명이 관측되는 지리적 위치의 함수로서 변하고 따라서 두 개의 상이한 지리적 위치에 대해 결정된 2개의 라디오 서명에 대해 더는 반드시 동일한 것은 아니다. 덧붙여, 라디오 서명은 다른 것과 직접 비교될 수 없는데, 왜냐하면 두 개의 라디오 서명이 동일한 기지국으로부터 기원하는 측정치로부터 반드시 구축되는 것은 아니기 때문이다. 이러한 결정론의 손실을 극복하기 위해, 추가 정보가 추가될 필요가 있다. 이는, 라디오 서명을 형성하는 단계(223)에서, N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 N개의 기지국의 지리적 위치가, N개의 선택된 값에 추가로, 라디오 서명에 포함되는 이유이다. 액세스 네트워크 배치 스테이지(roll-out stage) 동안 그리고 새로운 기지국이 추가 또는 이동될 때마다, 무선 통신 시스템(60)의 액세스 네트워크(80)의 각각의 기지국(81)의 지리적 위치가, 예를 들어, 서버(82)로 전송될 수 있다.
따라서 라디오 서명은 사전에 정의되지 않은 기지국의 세트에 대해 수행되는 측정의 세트에 의해 정의되는 것이 바람직하며, 각각의 측정은 측정을 위해 사용되는 기지국의 지리적 위치와 연관된다. 따라서, 액세스 네트워크 토폴로지가 변하는 경우에도, 가령, 라디오 서명의 측정을 위해 사용되는 기지국이 제거되는 경우, 또는 새로운 기지국이 추가되는 경우, 라디오 서명이 고려되는 지리적 위치에 위치할 "가능성이 있는" 기지국에 대해 측정된 RSSI 레벨을 항상 나타낼 것이기 때문에 관련성을 유지할 것이다.
비제한적 예를 들면, 기지국의 지리적 위치가 이의 위도 및 경도에 의해 정의됨을 고려함으로써, 특정 지리적 위치에서 관측되는 라디오 서명이 차원 3.N의 벡터 S로 표현될 수 있다:
여기서, 에 대해:
- 는 기지국에 의해 측정된 가장 높은 N개 RSSI 레벨의 집합 중 i번째 값이고,
- 는 측정된 을 갖는 기지국의 위도이며,
- 는 측정된 을 갖는 기지국의 경도이다.
라디오 서명 내 위도 및 경도 파라미터의 차수가 반드시 중요한 것은 아니다. 예를 들어, 서명이 벡터 S1로도 표현될 수 있다:
또는 벡터 S2로 표현될 수 있다:
본 발명을 구현하는 한 가지 바람직한 방법에서, N개 미만의 기지국이 메시지를 수신한 경우, 라디오 서명에 포함된 -160　dB의 RSSI 값과 연관된 위도 및 경도가 0의 임의의 값으로 설정된다. 본 발명을 구현하는 또 다른 방법에서, 메시지를 수신한 것에 가장 가깝게 위치한 기지국의 지리적 위치가 사용될 수 있다. 이 선택은 사용되는 기계 학습 알고리즘에 따라 더 중요하거나 덜 중요한 효과를 가질 수 있다.
서버(82)는 또한 교정 단말기(72)에 의해 전송되는 메시지에 포함되는 지리적 위치에 대한 정보를 추출한다(224)(이 메시지가 이를 수신한 기지국(81)에 의해 서버(82)로 이전에 전송됐음이 기억됐었다).
마지막으로, 최종 단계에서, 교정 단말기(72)의 지리적 위치 및 이와 연관된 라디오 서명에 의해 형성된 정보 쌍이 교정 스테이지 동안 획득된 참조 데이터의 세트에 추가된다. 예를 들어, 이 단계는 서버(82) 상에 저장된 데이터베이스에, 지리적 위치 및 이와 연관된 라디오 서명에 의해 형성된 정보 쌍을 저장하는 단계(24)로 구성된다.
본 발명을 구현하는 특정 방법에서, 앞서 기재된 교정 스테이지(20)의 단계가 무선 통신 시스템(60)의 교정 단말기(72)에 대해 지정 지속시간, 가령, 수일 동안, 또는 심지어 수주 또는 수 개월 동안 반복되어, 많은 정보량을 포함하는 참조 데이터 세트, 즉, 커버될 영역의 정확한 매핑을 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 지정된 양의 참조 데이터가 획득될 때까지 교정 스테이지(20)의 단계가 반복될 수 있다.
본 발명을 구현하는 바람직한 방법에서, 참조 데이터 세트는 교정 단말기로부터 기원하는 새로운 데이터로 지속적으로 채워진다. 따라서 액세스 네트워크 토폴로지가 변하는 경우(가령, 기지국이 제거되는 경우 또는 새로운 기지국이 배치되는 경우), 참조 데이터 세트가 모델을 더 유사한 현실 닮은 꼴로 만들고 따라서 검색 스테이지 동안 이뤄진 추정의 정확도를 높이는 새 정보로 업데이트될 것이다.
교정 단말기(72)가 모바일이고 따라서 상이한 지리적 위치에 대응하는 참조데이터를 공급할 수 있다.
또한 본 발명을 구현하는 또 다른 예시적 방법에 따라서, 교정 단말기(72)의 현재 지리적 위치에 대한 정보가, RSSI 측정이 수행되는 통신 시스템과 상이한 또 다른 통신 시스템에 의해 전송되어 상기 교정 단말기의 라디오 서명을 정의할 수 있다.
예를 들어, 교정 단말기(72)의 현재 지리적 위치는 GSM, UMTS 또는 LTE 유형의 모바일 전화 네트워크를 통해 서버(82)로 전송될 수 있고, 반면에 하나의 예시로서 RSSI 측정이 수행되는 메시지가 UNB 무선 통신 시스템(60)의 액세스 네트워크(80)로 전송된다. 교정 단말기(72)에 대해 결정된 라디오 서명을 이의 현재 지리적 위치와 연관 짓는 것을 용이하게 하기 위해, 서버(82)에서, 가령, 현재 지리적 위치에 대한 정보를 운송하는 메시지 및 UNB 무선 통신 시스템으로 전송되는 메시지가 타임스탬핑될 수 있다.
도 5는 무선 통신 시스템(60)의 관심 단말기(70)의 위치를 측정하기 위한 방법(10)을 구현하는 하나의 바람직한 방법에 대한 검색 스테이지(30)의 메인 단계를 도시한다.
이 검색 스테이지(30)는 관심 단말기(70)에 의한 무선 통신 시스템(60)의 액세스 네트워크(80)로의 메시지의 전송(320)에 의해 개시된다. 이 메시지는 무엇이든 간에 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법과 무관하게 전송된 임의의 메시지일 수 있다. 예를 들어, 이 메시지는 단말기의 위치 측정과 관계 없이 텔레메트리 목적으로 전송될 수 있다. 대안으로, 이 메시지는 단말기의 위치를 측정하는 목적으로 의도적으로 전송될 수 있다. 어느 경우에도, 메시지 내용은 검색 스테이지(30)에서 반드시 중요한 것은 아니다.
교정 스테이지(20)에 대해 수행된 것과 유사하게, 상기 메시지를 수신한 액세스 네트워크(80)의 기지국(81)은 메시지를 운송하는 신호의 RSSI 레벨을 측정한다(321).
상이한 기지국에 의해 측정된 RSSI 레벨이 서버(82)로 전송되며, 상기 서버(82)는 따라서 고려된 지리적 위치에서 관측된 라디오 서명을 형성할 수 있다. 검색 스테이지(30)에 대한 라디오 서명의 형성은, 예를 들어, 교정 스테이지(20)에 대한 것과 유사한 방식으로 다음 단계에 의해 수행된다: 측정된 RSSI 레벨의 가장 높은 값에 대응하는 N개의 값을 선택하는 단계(322), 및 라디오 서명을 형성하는 단계(323) - 상기 라디오 서명은 N개의 선택된 값에 추가로, N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 N개의 기지국의 지리적 위치를 포함함 - . 현재 기재된 본 발명을 구현하는 바람직한 방법에서, 관측된 라디오 서명은 수학식 [1]의 벡터 S와 동일한 구조를 가진다.
따라서 메시지를 전송한 단말기(70)의 지리적 위치의 추정(34)이, 한편으로는, 교정 스테이지(20) 동안 획득된 참조 데이터 세트를 기초로 수행되며, 다른 한편으로는, 지리적 위치가 추정되어야 할 관심 단말기에 대해 결정된 라디오 서명을 기초로 수행된다.
본 발명의 바람직한 구현 방법에서, 랜덤 포레스트(random forest) 기법을 기초로 하는 회귀 기계 학습 알고리즘이 사용되어 참조 데이터 세트에 대응하는 모델을 기초로 라디오 서명으로부터 지리적 위치를 가장 잘 예측하는 함수를 추정할 수 있다. 본 발명을 구현하는 대안적 방법으로서 그 밖의 다른 기계 학습 기법(가령, 신경망 알고리즘, 다항 또는 선형 회귀 알고리즘, 또는 릿지 회귀 알고리즘 등)이 사용될 수 있다.
다시 말하면, M이 참조 데이터의 총 개수, 즉, 교정 스테이지 동안 획득된 쌍 (Pj, Sj)의 개수인 경우(이때 , 는 Pj교정 디바이스(71)의 알려진 지리적 위치이고 Sj는 연관된 라디오 서명임, 즉:
)
회귀 알고리즘은
로 정의된 행렬 방정식의 집합을 가장 잘 만족시키는 추정된 함수 f를 제공한다.
이들 수식에서, 에 대해:
는 지리적 위치 Pj에 위치하는 단말기에 대해 기지국에 의해 측정된 N개의 가장 높은 RSSI 레벨의 집합에서 k번째 값이고,
는 측정된 을 갖는 기지국의 위도이며,
는 측정된 을 갖는 기지국의 경도이고,
는 지리적 위치 Pj의 위도이고,
는 지리적 위치 Pj의 경도이다.
따라서, 고려 중인 지리적 위치 PR에 위치하는 관심 단말기에 대한 관측된 라디오 서명을 기초로, PR은
로 추정될 수 있다.
본 발명을 구현하는 특정 방법에서, 연관된 라디오 서명 SR을 기초로 검색 스테이지(30) 동안 단말기의 지리적 위치 PR가 추정될 때, 쌍(PR, SR)이 참조 데이터 세트에 추가된다. 따라서 참조 데이터 세트가 새로운 데이터로 지속적으로 채워지고, 이는 모델을 더 포괄적으로 만들며 따라서 뒤 따르는 예측을 더 정확하게 만든다.
본 명세서에 기재된 본 발명을 구현하는 바람직한 실시예 및 방법에 대해 시뮬레이션이 수행되었다. 이는 복잡도 감소와 위치 측정 정확도 측면에서의 성능 개선을 강조한다.
복잡도 감소와 관련하여, 이들 시뮬레이션은 단말기의 지리적 위치를 추정하는 단계(34)에 대해 필요한 계산 시간이, 라디오 서명을 결정하는 단계(22 및 32) 중 단계(222 및 322)에서 선택된 값의 개수 N의 함수로서, 거의 선형으로 변함을 더 구체적으로 보여준다. 다시 말하면, 선택된 값의 개수가 100으로 나눠진다면, 계산 시간도 역시 실질적으로 100으로 나눠진다.
위치 측정 정확도와 관련하여, 시뮬레이션은 N=10일 때까지 이 정확도가 N에 따라 상당히 증가하고, 이 지점으로부터 개선은 작아짐을 보였다. 따라서 값 N=10은 복잡도와 정확도 간 최상의 타협점을 제공하는 값이다. N이 높은 값(가령, 수백을 초과하는 값)을 가질 때, 위치 측정 정확도가 떨어진다.
더 구체적으로 도 6은 2개의 위치 측정 오차 분포 곡선을 도시한다: 하나의 곡선(91)은 값 N=1,000에 대응하며, 하나의 곡선(92)은 값 N=10에 대응한다. 결과는 N=1,000에 대해, 위치 측정 오차가 90% 경우에서 5 킬로미터 미만이고, N=10에 대해, 위치 측정 오차가 90%의 경우에서 3.5 킬로미터이다.
약 1 킬로미터의 위치 측정 정확도가 고려되는 통신 시스템에 관련된 많은 적용예, 가령, 하나 이상의 국가를 가로지르는 물품 추적에서 완전히 수용 가능하다.
본 명세서에 기재된 본 발명을 구현하는 실시예 및 방법이 배경기술에서 서술된 문제를 극복하고 추가 이점을 더 제공한다.
구체적으로, 선택된 값의 개수 N을 제한함으로써, 기재된 위치 측정 방법이 타깃된 적용예에 대해 복잡도(계산 시간) 및 위치 측정 정확도 측면에서 전적으로 만족스러운 성능 레벨을 유지하면서, 매우 큰 지리적 영역, 즉, 전체 국가, 또는 심지어 몇 개의 국가를 커버하도록 구성된다.
덧붙여, 라디오 서명을 형성하기 위해 사전에 정의된 고정된 기지국 모음을 이용할 필요가 더는 없음으로써, 그리고 라디오 서명에 N개의 선택된 값에 대응하는 기지국의 지리적 위치를 추가함으로써, 기지국이 제거 또는 추가되는 경우라도 라디오 서명이 관련성을 유지하기 때문에 위치 측정 방법이 액세스 네트워크 토폴로지의 변화를 견딜 수 있다.
덧붙여, 무선 통신 시스템 내 이러한 위치 측정 방법의 설정, 가령, 예시로서 기재된 설정이 특히 저렴하다. 더 구체적으로, 통신 시스템에서 위치결정 시스템이 구비된 단말기가 존재함으로써, 단말기 또는 기지국에 추가 특정 하드웨거가 구비될 필요가 없고, 교정 스테이지가 전적으로 자동화되게 할 수 있으며, 액세스 네트워크의 업데이트(기지국의 추가 또는 제거)가 거의 어떠한 영향도 미치지 않는다.
마지막으로, 기재된 바람직한 실시예에서, 단말기 또는 기지국에 의해 수행되고 위치 측정 방법에 의해 사용되는 단계는 통신 시스템의 동작에서 위치 측정 방법의 구현에 기여하는 주요 목적을 갖고 반드시 발생해야 하는 것은 아닌 일상적인 단계이기 때문에, 위치 측정 방법이 무선 통신 시스템의 단말기 또는 기지국의 전력 소모에 어떠한 영향도 미치지 않는다.
본 발명을 구현하는 실시예 및 방법은 비-제한적 예시로 기재되었으며, 대안적 실시예가 가능하다.
구체적으로, 본 발명은 IoT 유형의 적용 분야에 적합한 초-협대역 무선 라디오 통신 시스템을 위해 기재되었지만, 이는 본 발명에 따르는 위치 측정 방법이 그 밖의 다른 유형의 통신 시스템, 가령, GSM, UMTS, LTE, 또는 Wi-Fi 셀룰러 네트워크 등을 위해 구현되지 못하게 하는 것은 아니다.
라디오 서명을 형성하는 데 사용되는 라디오 링크 품질 레벨을 나타내는 측정치가 기지국에 의해 라디오 업링크를 통해, 그러나 또한 단말기에 의해 라디오 다운링크를 통해 수행될 수 있다. 측정치는, 예를 들어, 서버로 전송되며, 그 후 상기 서버는 위치 측정 방법의 단계를 수행한다. 또 다른 예시에 따르면, 라디오 링크 품질 레벨을 나타내는 측정은 단말기 또는 기지국으로부터 수신된 정보를 기초로 서버 자체에 의해 수행될 수 있다
앞서 언급된 바와 같이, 라디오 링크 품질을 나타내는 값이 RSSI 레벨과 상이할 수 있다. 이는, 예를 들어, 신호 감쇠 레벨, 신호대노이즈 비, 또는 또 다른 라디오 채널 품질 지시자일 수 있다. 그러나 이 값은 특정 지리적 위치에서 고려되는 시스템에 대해 시간상 안정한 것으로 여겨진다.
상이한 기계 학습 알고리즘이 단말기의 지리적 위치를 단말기의 라디오 서명 및 참조 데이터 세트를 기초로 추정하도록 사용될 수 있다. 이들 알고리즘 중 하나 이상을 사용하는 것은 본 발명을 구현하는 대안적 방법이 되는 것에 불과한다.
마지막으로 라디오 서명을 최적으로 결정하기 위한 선택 방법 및 선택된 측정 횟수 N이 고려되는 통신 시스템의 함수로서 변할 수 있다. 따라서 기재에서 사용된 대응하는 예시는 한정으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템(60)의 단말기(70)의 위치를 측정하기 위한 방법(10)으로서, 상기 단말기(70)는 "관심 단말기"이며, 상기 방법은
    상이한 알려진 지리적 위치와 각각 연관된 라디오 서명을 결정하는 단계(22) - 각각의 라디오 서명은 상기 알려진 지리적 위치 중 하나에 위치하는 교정 디바이스(71)와 상기 무선 통신 시스템(60)의 복수의 기지국(81) 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값의 세트에 대응하고, 상기 라디오 서명 및 연관된 각자의 알려진 지리적 위치는 참조 데이터 세트를 형성함 - ,
    추정될 지리적 위치에 위치하는 상기 관심 단말기에 대한 라디오 서명을 결정하는 단계(32)를 포함하며,
    각각의 라디오 서명을 결정하는 단계(22, 32)는
    복수의 기지국(81)의 각각의 기지국에 대해, 교정 디바이스(71) 또는 관심 단말기(70)와 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하는 단계(221, 321),
    측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하는 단계(222, 322) - 상기 N은 양의 정수임,
    라디오 서명을 형성하는 단계(223, 323) - 상기 라디오 서명은 상기 N개의 선택된 값 및 상기 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 N개의 기지국의 각자의 지리적 위치를 포함함 - 을 포함하며,
    상기 방법은, 상기 관심 단말기(70)의 라디오 서명, 참조 데이터 세트의 라디오 서명, 및 상기 참조 데이터 세트의 라디오 서명과 관련된 알려진 지리적 위치를 기초로 회귀 감독 학습 알고리즘을 이용하여 상기 관심 단말기(70)의 지리적 위치를 추정하는 단계(34)를 더 포함하는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, N개의 선택된 값은 기지국(81)에 대해 측정된 최상의 라디오 링크 품질을 나타내는 N개의 값에 대응하는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, N개의 선택된 값은 라디오 링크 품질의 내림차순에 의해 정렬되는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 라디오 링크는 무선 통신 시스템(60)의 기지국(81)까지의 업링크인, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 교정 디바이스(71)는 무선 통신 시스템(60)의 단말기(72)이며, 상기 단말기(72)는 "교정 단말기"이며, 알려진 지리적 위치에 위치하는 교정 단말기의 라디오 서명을 결정하는 단계(22)는
    교정 단말기(72)가 복수의 기지국(81)으로 메시지를 전송하는 단계(220),
    복수의 기지국(81)의 각각의 기지국에 대해, 상기 교정 단말기로부터 수신된 메시지를 기초로 상기 교정 단말기와 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하는 단계(221),
    기지국에 연결된 서버(82)가 측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하는 단계(222),
    서버(82)가 교정 단말기의 라디오 서명을 형성하는 단계(223) - 상기 라디오 서명은 N개의 선택된 값 및 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용된 기지국의 지리적 위치를 포함함 - 를 포함하는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 교정 단말기(72)는 위치결정 시스템을 구비하고, 교정 단말기(72)의 라디오 서명을 결정하는 단계(22)는,
    교정 단말기(72)가 복수의 기지국(81)으로 전송한 메시지에, 위치결정 시스템에 의해 측정된 교정 단말기의 현재 지리적 위치를 포함시키는 단계,
    서버(82)가 상기 메시지에 포함된 지리적 위치를 추출하는 단계(224)
    를 포함하는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 복수의 교정 단말기(72)는 참조 데이터 세트를 형성하기 위해 지정 지속시간 동안 활성화되는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 참조 데이터 세트는 교정 단말기(72)로부터 기원하는 새로운 데이터로 지속적으로 채워지는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  9. 제4항에 있어서, 추정될 지리적 위치에 위치하는 관심 단말기의 라디오 서명을 결정하는 단계(32)는
    관심 단말기(70)가 복수의 기지국(81)으로 메시지를 전송하는 단계(320),
    복수의 기지국(81)의 각각의 기지국에 대해, 상기 관심 단말기로부터 수신된 메시지를 기초로 상기 관심 단말기와 기지국 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정하는 단계(321),
    기지국에 연결된 서버(82)가 측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하는 단계(322),
    서버(82)가 관심 단말기의 라디오 서명을 형성하는 단계(323) - 상기 라디오 서명은 N개의 선택된 값 및 상기 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용되는 기지국의 지리적 위치를 포함함 - 를 포함하는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 단말기(70, 72) 또는 교정 디바이스(71)와 기지국(81) 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값은 상기 기지국과 상기 단말기(70, 72) 또는 상기 교정 디바이스(71) 사이에 교환되는 라디오 신호에 대한 수신 신호 강도 지시자(received signal strength indicator)인, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 라디오 링크는 초-협대역 통신 채널인, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서, 관심 단말기의 추정된 지리적 위치 및 연관된 라디오 서명이 참조 데이터 세트에 추가되는, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  13. 제1항에 있어서, 라디오 서명을 결정할 때 선택된 값의 개수 N은 5 내지 20에 속하는 양수인, 단말기의 위치를 측정하기 위한 방법.
  14. 삭제
  15. 단말기(70) 및 서버(82)에 연결되는 복수의 기지국(81)을 포함하는 액세스 네트워크(80)를 포함하는 무선 통신 시스템(60)으로서, 상기 시스템은 참조 데이터 세트를 저장하는 데이터베이스를 포함하고, 각각의 참조 데이터는 알려진 지리적 위치와 연관된 라디오 서명에 대응하며, 각각의 라디오 서명은 상기 알려진 지리적 위치 중 하나에 위치하는 교정 디바이스(71)와 N개의 기지국(81) 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 N개의 값과 상기 N개의 기지국의 지리적 위치를 포함하고, 액세스 네트워크(80)는
    각각의 기지국(81)과 단말기(70) 사이에 존재하는 라디오 링크의 품질을 나타내는 값을 측정 - 상기 단말기(70)는 지리적 위치가 추정되어야 할 "관심 단말기"임 - 하고,
    상기 관심 단말기에 대해 측정된 값의 세트로부터 N개의 값을 선택하며 - 상기 N은 양의 정수임,
    N개의 선택된 값의 세트 및 N개의 선택된 값을 측정하는 데 사용된 기지국의 지리적 위치에 대응하는 라디오 서명을 형성하고,
    상기 관심 단말기(70)의 라디오 서명, 참조 데이터 세트의 라디오 서명, 및 상기 참조 데이터 세트의 라디오 서명과 관련된 알려진 지리적 위치에 기초하여, 회귀 감독 학습 알고리즘을 이용하여, 상기 관심 단말기(70)의 지리적 위치를 추정하도록 구성된, 무선 통신 시스템.
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