KR20000048709A

KR20000048709A - 이동 지역 추정방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20000048709A
Application number: KR1019990702670A
Authority: KR
Inventors: 윌리에마리린피; 홀쯔만잭엠
Original assignee: 루트거스 유니버시티
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2000-07-25
Also published as: EP0976262B1; DE69726020T2; ATE253801T1; CA2266582A1; AU4665297A; ES2208954T3; EP0976262A4; JP2001501307A; EP0976262A1; WO1998014018A1; DE69726020D1; BR9712146A

Abstract

본 발명은 이동국의 가시선내에 있는 기지국과 기지국의 가시선내에 있지않는 기지국을 결정할 수 있는 이동국 지역 추정 방법 및 시스템에 관한 것이다. 결정된 비가시선 기지국으로부터 발생한 기지국 신호의 에러는 개선된 이동국 지역 추정기술을 제공하기 위하여 감소되어야 한다. 본 발명은 a)이동국과 기지국간의 레인지 측정치를 얻는 단계; b)이동지역의 추정시에 상기 기지국이 상기 이동국과 가시선상에 있는지 또는 상기 이동국과 비가시선상에 있는지 확인하는 단계; c)상기 b)단계에서 상기 이동국과 비가시선상에 있다고 확인된 기지국에 대해 비가시선 레인지의 측정치를 교정하여 재구성된 가시선 레인지의 측정치를 결정하는 단계; d)미리 예정된 수의 상기 기지국들에 대해 a부터 c 까지 단계를 반복하는 단계; 및 e) 상기 c 단계에서 결정된 재구성된 가시선 레인지의 측정치 또는 b 단계에서 확인된 가시선 기지국에 대해 a 단계에서 결정된 상기의 레인지 측정치로부터 또는 c 단계에서 결정된 상기의 재구성된 가시선 레인지의 측정치의 조합으로부터 그리고 b 단계에서 확인된 가시선 기지국에 대해 a 단계에서 결정된 상기 레인지 측정치로부터 상기 이동국의 위치 추정을 결정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

이동 지역 추정방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MOBILE LOCATION ESTIMATION}

이동 지역 추정기술은 이동국 지역의 지리적인 추정을 결정한다. 이동 지역 추정기술은 이동국들의 차대, 정보 서비스에 의존하는 지역, 광고 서비스에 의존하는 지역 및 이동국의 비상지역인 911 지역을 통제하는데 있어 유용하게 사용된다. 개량된 911 시스템은 전화를 건 사람의 번호를 공공안전 응답지점(public safety answering piont, PSAP)에 자동으로 전송하도록 설계된다. 무선 네트워크에 개량된 911 시스템이 적용되면 무선 서비스 제공자는 공공안전 응답지점(PSAP)에 수송수단의 위치를 2차원적으로 제공할 수 있게 된다. 미국 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission, FCC)는 무선 서비스 제공자가 125미터 67%의 시간을 적용한 2차원적인 방법으로 호출인의 위치를 알아낼 수 있는 능력을 2001년까지 통제한다.

종래, 2차원적인 방법으로 이동국의 위치를 알아내는 방법으로서는 이동국과 적어도 세 개의 기지국 사이의 가시선 거리를 측정하는 방법이 있다. 미국 특허 No. 5,365,516에서는 무선신호를 이동국에서 전송하도록 구성되는 트랜스폰더 장치의 위치를 결정하는 방법에 대해 설명하고 있다. 그 무선신호의 도착시간은 각각 세 개의 기지국에서 측정된다. 이동국과 하나의 기지국 사이의 거리를 측정하면 측정하는 기지국을 중심으로 원을 발생된다. 이때, 이 원의 반지름은 이동국과 기지국 사이의 거리와 동일하다. 따라서 각각의 기지국에 대해 세 개의 원이 발생된다. 기지국과 이동국 사이의 거리가 아무런 오차가 없이 측정되는 경우 세 개의 원의 교차부분이 확실하게 이동국의 위치로 결정된다. 그러나, 이 방법은 이동국의 위치를 결정하는데 있어서, 잡음으로 인한 오차에 의해 거리 측정에 오류가 발생할 수 있는 단점이 있다.

더 정확한 위치를 추정하기 위하여 상기와 같은 종래 방법을 해결하기 위한 방법으로서는 잡음에 의한 오차를 최소평방분석방법으로 감소시키는 기술이 있다. 이 최소평방분석방법은 상술한 기술보다 더 정확하게 위치를 추정할 수 있다. 그러나, 이 방법은 기지국과 이동국간의 직접적인 경로가 부족할 수 있는 가능성에 대해서는 예견하지 않은 맹점이 있다. 예를 들면, 도시에서 하나의 빌딩 또는 여러 빌딩들이 이동국과 기지국간의 경로상에 위치해 있을 수 있다. 이동국과 기지국간에 전달되는 신호는 이동국에서 기지국으로 가는 경로내에 있는 물체에 의해서 반사되고 이탈될 수 있으며, 그 결과 신호의 이동거리가 경로 길이를 초과할 수 있다. 초과된 경로 길이는 100 미터 정도가 될 수 있다.

이동국과 기지국간의 직접적인 경로가 부족하다는 것은 비가시선(NLOS)으로 규정된다. 이동국과 기지국간의 NLOS의 측정을 수행하여 이를 감소시키는 기술의 중요성은 이미 알려져 있다{M.I. Silventoinen, et al., "Mobile Station Locating in GSM", IEEE Wireless Communication System Symposium, Long Island NY, November 1995 및 J.L. Caffrey et al., "Radio Location in Urban CDMA Microcells", Proceedings of the personal, Indoor and Mobile Radio Environment, 1995}.

미국 특허 No. 5,365,516('516 특허)에서는 다경로 간섭에 민감한 환경에서 가동하는 송수신기 위치인식 시스템의 실시예를 설명하고 있다. 이 시스템은 코드화된 반송파 펄스내의 수많은 데이터 심볼을 전달하기 위해 규정된 적용구역내에서 동작되는 트랜스폰더를 포함하고 있다. 각각의 기지국은 동시에 데이터 심볼을 검출하고 이에 반응하며, 다경로 간섭으로부터 발생하는 에코를 발생치 않고 데이터 심볼을 차단하는 수신기를 포함하고 있다. 비교회로는 주어진 시간에 데이터를 비교하고, 데이터의 질을 향상시키도록 시간차의 상관관계를 갖지 않고 동작하는 수신기에 응답하도록 구성된다. 그러나, 이 미국특허 5,365'516는 다경로 간섭에 대해서는 개시하고 있지만 이동국들간의 다경로 NLOS를 감소시키기 위하여 기지국을 검출하는 방법은 개시하지 않았다.

따라서, 본 발명은 NLOS 오차에 강한 개선된 이동 지역 추정방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 본 출원인이 1996년 9월 27일에 출원한 이동 지역 추정에 있어서의 비가시선 문제를 명칭으로 하는 미합중국 가출원 No. 60/027,453을 참조하여 보완된 것이다.

본 발명은 이동국의 가시선내에 있는 기지국과 기지국의 가시선내에 있지않는 기지국을 결정할 수 있는 이동국 지역 추정 방법 및 시스템에 관한 것이다. 결정된 비가시선 기지국으로부터 발생한 기지국 신호의 에러는 개선된 이동국 지역 추정기술을 제공하기 위하여 감소되어야 한다.

도1A는 이동국과 기지국간에 방해물이 없이 가시선 무선신호경로가 있는 경우의 개략도이다.

도1B는 이동국과 기지국간에 비가시선 무선신호경로가 있는 경우의 개략도이다.

도2는 본 발명의 기술에 따른 이동 지역 추정 방법 및 시스템의 흐름도이다.

도3은 재구성된 가시선 기지국과 결정된 가시선 기지국의 거리 측정치의 개략도이다.

도4는 본 발명의 비가시선 기지국을 확인하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도5는 비가시선 기지국을 확인하는 다른 방법을 도시한 흐름도이다.

도6은 비가시선 측정치에 대해 가시선 기지국을 재구성하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도7은 NLOS 측정치와 재구성된 LOS 측정치의 비교그래프이다.

도8은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 시스템의 개략도이다.

도9는 본 발명의 방법을 수행하는 예로써 사용된 기지국의 위치에 대한 개략도이다.

도10A는 비가시선 에러를 검출 및 교정하지 않는 2차원적 트래킹 그래프이다.

도10B는 비가시선 에러를 검출 및 교정하는 2차원적 트래킹 그래프이다.

도11A는 비가시선 에러를 검출 및 교정하지 않는 2차원적 트래킹 그래프이다.

도11B는 비가시선 에러를 검출 및 교정하는 2차원적 트래킹 그래프이다.

도12는 잔류순위분석법을 사용하여 NLOS로 밝혀진 기지국의 시간별 그래프이다.

본 발명은 기지국이 이동국과 가시선(LOS) 또는 비가시선(NLOS)으로 확인되는 이동 지역 추정 방법 및 시스템에 관한 것이다. 레인지 측정은 기지국과 이동국 사이의 거리로 결정된다. NLOS 레인지 오차는 LOS 측정치를 재구성함으로써 기지국이 이동국과 NLOS로 확인되도록 교정된다. LOS로 확인된 기지국의 레인지 측정치와 재구성된 LOS의 레인지 측정치로부터 이동국의 위치가 추정된다.

기지국은 기지국과 이동국간의 레인지 측정치로부터 얻어진 평탄화된 레인지 측정치의 표준편차와, 주위의 표준잡음측정치의 표준편차를 비교함으로써 NLOS인지 확인될 수 있다. 평탄화된 레인지 측정치는 N차 다항식을 이용하여 얻을 수 있다. 평탄화된 레인지 측정치의 표준편차가 표준잡음측정치의 표준편차와 비슷할 때, 기지국은 LOS 환경에 상응하고, 평탄화된 레인지 측정치의 표준편차가 표준측정잡음에 기인한 표준편차보다 클 때, 기지국은 NLOS 환경에 상응한다는 것을 알 수 있다. 한편으로 최소평방분석에 의해 얻어진 잔류치는 NLOS 레인지 측정치의 존재를 결정하는 데 사용할 수 있다.

NLOS 오차는 표준측정잡음이 NLOS 오차를 조절하고 표준측정잡음을 실수축상에 지지하는 것이 미리 예정되어 있을 때 교정될 수 있다. 재구성된 LOS 레인지 측정치는 평탄화된 레인지 측정치들의 곡선을 그래프로 도시함으로써 결정될 수 있다. 평탄화된 레인지 측정치의 최대편차점은 곡선의 아래에 결정된다. 그 곡선은 최대편차점을 통과하도록 아래쪽에 배치된다. 그후, 그 곡선은 최대 표준잡음의 편차값에 의해 무시할 만한 잡음을 갖는 LOS 측정치의 위쪽에 배치된다. 이것이 재구성된 레인지 측정치이다.

이동 지역 추정은 다각적인 분석을 통해서 LOS 기지국들과 이동국 또는 재구성된 LOS 레인지 측정치들 사이의 적어도 세 개의 레인지 측정치를 사용하여 결정할 수 있다. 이러한 분석에 있어서, 원은 각각의 레인지 측정치에 의해 발생한다. 그 원은 기지국을 중심으로 하고 레인지 측정치는 그 원의 반지름이다. 세 개의 원의 추정된 교차지점이 이동국의 위치를 결정한다. 선택적으로 이동국의 위치앵글에 관련된 두 개의 레인지 측정치와 정보는 이동국의 위치를 추정하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 NLOS 오차를 줄임으로써 이동국의 위치를 정확하게 결정할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 모든 기지국들이 이동국과 함께 LOS상에 있는 LOS 환경에 매우 유용하게 적용할 수 있다. 그 결과는 본 발명의 방법을 이용하면 NLOS 오차를 수십배 줄일 수 있기 때문에 위치 레인지 바이어스임을 가리킨다.

본 발명은 다음의 도면에 의해 더 자세히 설명될 것이다.

본 발명의 설명에 있어서 서로 동일한 부분은 도면이 다르더라도 동일부호를 명기하였다.

도1A는 기지국(12)과 이동국(14)간의 가시선(LOS) 경로(10)를 도시한 개략도이다.

신호(13)는 기지국(12)으로부터 이동국(14)으로 전송되고 이동국(14)으로부터 기지국(12)으로 회송된다. 도1B는 기지국(12)과 이동국(14)간의 비가시선(NLOS) 경로(11)의 개략도이다. 기지국(12)과 이동국(14)간에 빌딩(15)이 위치해 있으므로 신호(16)가 반사된다. 예를 들어, 신호(13)와 신호(16)는 무선신호일 수 있다.

기지국(12)과 이동국(14)간의 거리 측정에 대한 레인지 측정치는 기지국(12)과 이동국(14)사이에서 신호가 전송되는 시간으로 측정될 수 있다:

r = cT (1)

상기식에서 r은 이동국에서 기지국까지의 레인지 측정치, c는 무선주파수의 전파와 동일한 속도인 광속, T는 신호의 단방향 주행시간을 나타낸다. 도1A와 도1B에서 이동국(14)과 기지국(12)간 거리의 레인지 측정치는 기지국(12)과 이동국(14)간의 각각의 신호(13)와 신호(16)의 주행시간을 토대로 상기 식(1)에 의해 결정될 수 있다. 신호(16)에서 발생된 r값은 신호(13)에서 발생된 r값보다 크다.

도2는 본 발명의 위치 추정(20)에 대한 방법과 시스템을 도시한 흐름도이다. 블록 21에서는 이동국(14)과 기지국(12)간의 레인지 측정치를 식(1)을 이용하여 얻는다. 블록 22에서 기지국(12)은 이동국(14)과 가시선(LOS) 또는 비가시선(NLOS)상에 있는 것으로 확인된다. 블록 22는 이동국(14)과는 다른 곳에 위치한 다수의 기지국(12)에 대해 반복동작을 수행한다. 만약 기지국(12)이 블록22에서 LOS상에 있다는 것이 확인되면 블록21에서 얻어진 레인지 측정치는 블록 26으로 전송된다. 만약 기지국(12)이 블록22에서 NLOS로 확인되면 기지국(12)과 이동국(14)간의 레인지 측정치의 오차를 줄이기 위하여 블록24를 수행하여 기지국(12)과 이동국(14)간의 레인지 측정치를 도3에 도시한 바와 같이 재구성된 LOS 기지국(13)으로 표현한다.

도3에서 BS1로 명기된 기지국(12)은 LOS로 결정되어 LOS RANGE 1이라고 명기된 레인지 측정치를 갖는다. BS2로 명기된 기지국(12)은 LOS로 결정되어 LOS RANGE 2로 명기된 레인지 측정치를 갖는다. BS3으로 명기된 기지국(13)은 NLOS로 결정되어 NLOS RANGE 3으로 명기된 레인지를 갖는다. 재구성된 레이지 3(RECONSTRUCTED RANGE 3)로 명기된 재구성된 LOS 기지국에 대한 레인지 측정치는 블록26으로 전송된다. LOS RANGE 1과 LOS RANGE 2로 명기되어 블록22에서 결정된 LOS 기지국으로부터의 레인지 측정치는 블록26으로 전송된다. 이동지역추정은 재구성된 LOS 기지국 또는 결정된 LOS 기지국의 레인지 측정치들 또는 재구성된 LOS 이동국 추정의 레인지 측정치들의 조합으로부터 미국 특허 No. 5,365,516(참증문헌)에 기재된 것과 같은 종래의 여러가지 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 한편, 이동 지역 추정은 이동국(14)과 한쌍의 기지국(12)간에 전파전달차가 지연되듯이 도착시간 측정치의 시간차로에 의해 결정될 수도 있다. 이 경우의 위치는 쌍곡선의 교차지점으로 추정된다. 도착정보앵글이 있다면 기지국의 수를 세 개 이하로 줄일 수 있다. 이러한 방법들은 T.S. Rappaprt 등에 설명되어 있다(T.S. Rappaport et al., "Position Location Using Wireless Communication On Highways Of the Future", IEEE Communications Magazine, October 1996).

도4에는 블록22에서 기지국이 LOS 인지 NLOS인지를 확인하는 한가지 방법이 도시되어 있다. 이 방법에서 기지국(12)과 이동국(14)간의 레인지 측정치들의 타임 히스토리는 무선신호라는 조건하에서 통상적인 잡음 측정치로부터 미리 계산된 표준편차와 조합된다.

기지국(12)에서 이동국(14)으로 전송된 신호의 도착시간과 기지국(12)으로 회송되는 신호의 도착시간은 블록30에서 레인지 측정치로 변환할 수 있다. t_k시간에 m번째 기지국에서의 레인지 측정치는 다음 식

r_m(t_i) = L_m(t_i) + n_m(t_i) + NLOS_m(t_i) (2)

으로 나타낼 수 있다. 여기서 m = 1, ..., M 이고, i = 0, ... K-1 이며, L_m(t_i)은 이동국과 m번째 기지국간에 다음 식과 같이 주어진 2차원적인 LOS의 거리이다.

L_m(t_i) = ｜x(t_i) + j * y(t_i) - x_m- j * y_m｜; (3)

상기 식에서 x(t_i), y(t_i)와 (x_m,y_m)은 각각 시간 t_i에서의 이동국의 좌표와 m번째 기지국의 좌표; n_m(t_i)는 부가적인 가우시안 측정 잡음과 같은 통상적인 측정 잡음; NLOS_m(t_i)는 시간 t_i에서의 NLOS 측정치의 오차; M은 기지국의 전체 수; K는 샘플의 전체 수이다.

블록30에서는 무시할 정도의 잡음을 가진 LOS 레인지 측정치가 이동국(14)과 함께 LOS상에 있는 기지국(12)에 대해 얻어진다. LOS 레인지 측정치는 기지국(12)과 이동국(14) 사이의 레인지를 물리적으로 측정하여 얻어지거나 무시할만한 잡음이 있는 상태에서 식(1)에 의해 결정된 레인지 측정치로 얻어질 수 있다. 블록 31 에서는 잡음성 레인지 측정치가 잡음성 환경에 놓여진 기지국과 함께 LOS인 레인지 측정치로 결정된다. 잡음이 없는 LOS 측정치에 의해 잡음성 레인지 측정치의 표준편차는 블록32에서 결정된다. 블록22에서 기지국(12)이 LOS 또는 NLOS인지 확인되기 전에 블록30, 31과 32에서 미리 결정될 수 있다. 잡음 n_m(t)에 기인한 표준편차는 σ_m으로 표시된다.

블록21에서 얻어진 레인지 측정치는 블록32에서 다음 식을 모델링하고,

(4)

최소평방기법을 이용하여 미지계수를 구함으로써 평탄화된다.

평탄화된 레인지 측정치는 다음 식으로 표시될 수 있다.

잡음성 레인지 측정치(즉, 잔류치)로부터 평탄화된 레인지 측정치의 표준편차는 블록 34에서 결정된다. 블록 34로부터 잔류치의 표준편차는이므로로 나타낼 수 있다. 잡음성 레인지 측정치와 함께 평탄화된 레인지 측정치들은 다음 식

을 이용한 표준편차을 결정하는데 사용된다.

레인지 측정치는 표준편차및 σ_m값으로부터 기지국(12)이 LOS 상에 있는지 또는 NLOS 상에 있는지의 결과에 따라 블록36에서 결정될 수 있다. 레인지 측정치가 NLOS 오차를 가지면 표준편차의 값은 표준편차 σ_m의 값보다 훨씬 크게 된다. 따라서, 기지국(12)에 대한 레인지 측정치는이 표준편차 σ_m보다 훨씬 클 때 이동국(14)과 NLOS 상에 있는 것으로 결정된다. 표준편차가 표준편차 σ_m와 비슷할 때는 기지국(12)의 측정치는 이동국(14)과 LOS상에 있는 것으로 결정된다.

선택적으로, 잔류치분석순위방법은 기지국(13)이 이동국(14)과 NLOS상에 있을 때 레인지 측정치를 확인하는데 사용될 수 있다. 블록(21)에서 얻어진 이동국(12)과 기지국(14)간의 레인지 측정치는 블록41에 입력된다. 각각의 순시시간 t_i에서 추정된 이동국(14)의 좌표들은 블록41에서 최소평방추정치로 결정된다. 그 추정된 좌표들은 다음 식

을 최소화하기 위해 선택된다. 상기 식에서이다.

계산된 레인지 측정치는 추정된 좌표들로부터 블록41에서 결정된다. 계산된 레인지 측정치가 결정됨으로써 이동국(12)과 기지국(14)간의 레인지 측정치의 오차는 블록42에서 결정된다. 그 잔류차는 다음 식

으로 나타낼 수 있다.

기지국(12)에 대한 레인지 측정치의 잔류차 횟수는 다른 기지국들에서의 레인지 측정치가 각각의 순시시간 t_i에 대해 카운트됨에 따라 판단되고 잔류차에 비해 가장 큰 값을 가진다. 이동국과 함께 기지국 NLOS 사이의 레인지 측정치를 가지는 기지국은 다른 기지국들의 최대 절대잔류차 보다 훨씬 더 큰 최대 잔류차를 가지는 것을 알 수 있다. 카운트된 만큼의 잔류차값으로부터 기지국(14)은 LOS인 기지국(12)으로 또는 이동국(14)과 함께 NLOS인 기지국(12)으로 규정될 수 있다.

도6은 LOS 레인지 측정치를 재구성하도록 이동국(14)과 함께 NLOS로 결정된 기지국(12)간의 레인지 측정치를 교정하는 방법을 도시한 도면이다. 블록21에서의 레인지 측정치들에 관련된 데이터는 블록32에서 설명된 N차 다항식을 사용하여 평탄화된다. 평탄화된 레인지 측정치들은 블록52에 입력된다. 최대 편차는 블록56에서 결정된 NLOS 오차로 인해 평탄화된 곡선 아래에 있게 된다. NLOS 오차는 다음 식 0 ≤ NLOSm(t_i) ≤ βm 과 같이 개략적으로 실수축에 표시될 수 있는 비-부정 랜덤 변수임을 알 수 있다. 상기 식에서 βm은 NLOS 오차의 최대값이며, 표준측정잡음 n_m(t_i)는 -α_m≤n_m(t_i)≤α_m과 같이 대략 실수축에 나타낼 수 있는 제로-평균 랜덤 변수로 나타낼수 있으므로 NLOS 오차를 가지는 레인지 측정치에서 총 잡음성분은 다음 식

-α_m≤ n_m(t) + NLOSm(t) ≤ βm -α_m

과 같이 대략 실수축상에 나타낼 수 있다.

평탄화된 곡선 아래의 측정된 레인지의 최대편차점은 Lm(t)로 나타낸 LOS함수 아래의 α_m이 된다. 블록58에서 평탄화된 곡선은 수학적으로 최대 편차점보다 아래쪽에 배치된다. 평탄화된 곡선은 블록60에서 잡음 편차값 α_m에 의해 수학적으로 위쪽에 배치되어 재구성된 LOS 기지국을 나타내는 재구성된 곡선을 제공한다.

도7은 모의 실험한 레인지 측정치들의 비교 그래프를 도시한 것이다. 곡선(90)은 이동국(14)과 함께 LOS인 기지국(12)간의 실제 레인지 측정치를 나타낸 것이다. 곡선(91)은 NLOS오차를 가지는 레인지 측정치를 나타낸 것이다. 곡선(92)은 도4의 블록30에서 결정된 기지국(12)과 이동국(14)의 평탄화된 레인지 측정치를 나타낸 것이다. 곡선(93)은 도6의 블록60에서 이동국(14)과 함께 재구성된 LOS인 기지국(12)을 나타낸 것이다.

도8은 이동 지역 추정방법을 수행하기 위한 시스템(80)의 개략도이다. 시스템(80)은 기지국 서버(81)를 포함한다. 기지국 서버(81)는 기지국(12)에 위치한 컴퓨터 또는 기지국(12)에 네트워크를 형성한 컴퓨터이다. 기지국 서버(81)는 이동국(14)과 기지국(12)의 레인지 측정치들에 관련된 데이터를 요청하고 수신하기 위하여 기지국(12)과 통신한다. 또한 기지국 서버(81)는 또한 이동국(14)과 각각의 기지국들(81A-81N)간의 레인지 측정치들에 대한 정보를 모은다. 이 정보는 이동국(14) 또는 기지국 서버(81A-81N)에 의해서 기지국 서버(81)에 보고된다. C⁺⁺프로그래밍 언어와 같은 표준 프로그래밍 언어로 코드화된 모듈의 기능들이 도4-도6에 도시되어 있다. 그 코드화된 모듈은 기지국 서버(81)에 의해 실행될 수 있다.

시스템(80)을 이용한 이동 지역 추정의 예에 대한 결과가 표Ⅰ-Ⅳ와 도9 내지 도12에 도시되어 있다. 모든 예에 있어서, x-y 평면에서 운송수단(탈것)의 위치는 다음 식

x(t) = x₀+ v_xt

y(t) = y₀+ v_yt 으로 주어진다.

상기 식에서, x(t)는 순시시간 t에서의 x-y 평면의 x-좌표를 나타내고, y(t)는 순시시간 t에서의 x-y 평면의 y-좌표를 나타내고, x₀는 초기의 x-좌표를 나타내고, y₀는 초기의 y-좌표를 나타내고, v_x는 x-방향의 속도를 나타내고, v_y는 y-방향의 속도를 나타낸다.

샘플링 기간은 0.5초가 되도록 선택되었고 200개의 샘플이 얻어졌다. 속도는 항상 v_x=9.7m/s와 v_y=16.8m/s로 유지했다. 기지국(12)은 NLOS 또는 LOS 레인지 측정치들을 가지도록 설계되었다. 표준 측정 잡음의 표준편차는 σ_m=150m로 나타내었고 B_m은 1300m로 선택되었다. 도9에 도시한 것과 같이 각각의 세 기지국(101)(102)(103)은 5km의 원내에서 균일한 간격을 두고 있으며, 네 번째 기지국은 그 원의 중앙에 위치해 있다.

첫 번째 예에서 기지국(101)과 기지국(102)은 NLOS 레인지 측정치들을 제공하고, 기지국(103)과 기지국(104)는 LOS 레인지 측정치들을 제공한다. 도4에서 결정된 평탄화된 곡선의 표준편차(m)은 표1에 나타냈다.

표1.

2 NLOS 측정치에 대한 평탄화된 곡선의 측정치의 표준편차

기지국	NLOS	(m)
101	예	467.3
102	예	447.6
103	아니오	163.1
104	아니오	142.1

그 결과는 기지국(101)과 (102)는 LOS 레인지 측정치를 갖는 기지국(103)과 기지국(104)보다 훨씬 큰 표준편차를 가지는 NLOS 레인지 측정치를 가진다는 것을 가리킨다.

도10A는 NLOS 확인과 교정을 하지 않는 2차원적 트래킹 오차를 도시한 것이다. 도10B는 본 발명에서 수행된 이동지역 추정방법후의 2차원적 트래킹 오차를 도시한 것이다. 그 결과는 NLOS 확인과 교정 후에 추정된 이동국 궤도가 향상되었음을 가리킨다.

두 번째 예에서, 기지국(101)(102)(103) 및 (104)는 NLOS 레인지 측정치를 갖는다. 도4에서 결정된 평탄화된 곡선의 표준편차(m)은 표2에 나타냈다.

표2.

4 NLOS 측정치에 대한 평탄화된 곡선에서 측정치의 표준편차

기지국	NLOS	(m)
101	예	440.2
102	예	444.4
103	예	463.6
104	예	450.2

그 결과는 NLOS를 가지는 네 기지국 101, 102, 103 및 104 모두 비숫한 표준편차(m)를 가진다는 것을 가리킨다.

세 번째 예에서, 세 가지 결과는 도5에 도시된 잔류치분석 트래킹방법으로 x_o=-118.3m, y_o=-3.7m을 이용하여 결정되었다. 테스트 1에서 기지국(104)은 NLOS였다. 테스트 2에서 기지국(1030과 기지국(104)은 NLOS였다. 테스트 3에서 기지국(1020, 기지국(103) 및 기지국(104)은 비가시선이었다. 최대의 절대 잔류차를 가지는 각각의 기지국의 횟수를 표3에 나타내었다.

표3.

최대의 잔류치를 가지는 기지국(BS)의 퍼센트

테스트		BS101	BS102	BS103	BS104
1	LOS	10	11	18.5
	NLOS				60
2	LOS	18.5	15
	NLOS			26.5	40
3	LOS	12.5
	NLOS		20	40.5	27

그 결과는 NLOS 기지국이 큰 퍼센트의 잔류차를 가진다는 것을 나타낸다.

네 번째 예에서, 본 발명의 지역추정방법을 사용한 결과를 종래의 최소평방분석기법과 비교하였고, 모든 레인지 측정치들을 이용한 최소평방분석은 가시선이고, 종래의 크래머 라오 로우어 바운드 분석(Cramer Rao Lower Bound analysis)이다. 크래머 라오 로우어 바운드는 임의의 비바이스된 추정기의 rms 오차상의 하부경계를 나타낸다. 표4는 칼럼2에 나타낸 본 발명의 방법, 칼럼 1에 나타낸 종래의 최소평방분석, 칼럼3에 나타낸 모든 측정 LOS를 이용한 최소평방분석, 칼럼4에 나타낸 종래의 크래머 라오 로우어 바운드 분석을 나타낸 것이다. 각각의 좌표에서 위치와 속도 오차는 각각 m와 m/s로 측정되었다.

μ_xo= 추정한 x_o에서의 평균오차 σ_xo=의 표준편차

μ_yo= 추정한 y_o에서의 평균오차 σ_yo=의 표준편차

μ_vx= 추정한 v_x에서의 평균오차 σ_vx=의 표준편차

μ_vy= 추정한 v_y에서의 평균오차 σ_vy=의 표준편차

표4.

추정기 동작 비교

	종래의 최소평방분석법	본발명의 방법	LOS
μ_xo	297.8	-3.98	0.17
σ_xo	32.9	28.30	16.42	15.88
μ_yo	-306.1	-2.36	0.54
σ_yo	55.5	45.13	14.15	14.18
μ_vx	0.18	-0.09	-0.005
σ_vx	0.55	0.49	0.27	0.27
μ_vy	4.49	-0.01	-0.005
σ_vy	0.84	0.64	0.25	0.25

그 결과는 본 발명의 이동지역추정방법이 NLOS 오차의 교정 없이 수행된 결과에 비교하여 평가 바이어스를 상당히 감소시킨다는 것을 가리킨다.

도12는 NLOS 레인지 측정치를 검출하는 확률에 대한 비교이다. 샘플링 기간은 0.5초였다. 샘플의 수는 5-150 사이이다. x_o는 200m이고 y_o는 100m였다. 기지국(101)과 기지국(104)은 LOS였다. 기지국(102)과 기지국(103)은 NLOS였다. 그 결과는 NLOS는 작은 수의 샘플에 대해 높은 확률로 검출된다는 것을 가리킨다.

상기의 구체적인 설명은 본 발명의 원리가 적용되는 많은 가능한 실시예들 중 단지 일부만을 설명한 것이다. 다양하고 수많은 다른 장치들은 이러한 원리에 따라 본 기술에 의해 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위에서 용이하게 고안할 수 있다.

Claims

a. 이동국과 기지국간의 레인지 측정치를 얻는 단계;

b. 이동지역의 추정시에 상기 기지국이 상기 이동국과 가시선상에 있는지 또는 상기 이동국과 비가시선상에 있는지 확인하는 단계;

c. b 단계에서 상기 이동국과 비가시선상에 있다고 확인된 기지국에 대해 비가시선 레인지의 측정치를 교정하여 재구성된 가시선 레인지의 측정치를 결정하는 단계;

d. 미리 예정된 수의 상기 기지국들에 대해 a부터 c 까지 단계를 반복하는 단계; 및

e. c 단계에서 결정된 재구성된 가시선 레인지의 측정치 또는 b 단계에서 확인된 가시선 기지국에 대해 a 단계에서 결정된 상기의 레인지 측정치로부터 또는 c 단계에서 결정된 상기의 재구성된 가시선 레인지의 측정치의 조합으로부터 그리고 b 단계에서 확인된 가시선 기지국에 대해 a 단계에서 결정된 상기 레인지 측정치로부터 상기 이동국의 위치 추정을 결정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동국 위치 추정방법.
제 1항에 있어서, 상기 b 단계는

잡음없이 상기 이동국과 하나의 기지국간의 가시선 레인지의 측정치를 얻는 단계;

상기 이동국과 기지국간의 잡음성 가시선 레인지 측정치를 얻는 단계; 및

상기 가시선 레인지 측정치와 잡음성 가시선 레인지 측정치의 차이로 제 1 표준 편차를 미리 예정하는 단계,

상기 a 단계에서 결정된 상기 레인지 측정치를 평탄화하는 단계;

상기 평탄화된 레인지 측정치와 상기 잡음성 가시선 레인지 측정치의 차이로제 2 표준 편차를 결정하는 단계; 및

상기 제 2 표준편차가 상기 제 1 표준편차보다 크면 기지국이 비가시선으로 결정되고, 제 2 표준편차가 제 1 표준편차와 비슷하면 기지국이 가시선으로 결정되도록 상기 제 1 표준편차 및 제 2 표준편차로부터 가시선인 기지국과 비가시선인 기지국사이를 식별하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 a 단계에서 얻어진 레인지 측정치는 다음 식

r_m(t_i) = L_m(t_i) + n_m(t_i) + NLOS_m(t_i)으로 표시되고,

여기서 m = 1, ..., M; i = 0, ... K-1 이고, L_m(t_i)는 이동국과 m번째 기지국 사이는 식 L_m(t_i) = ｜x(t_i) + j * y(t_i) - x_m- j * y_m｜; 으로 주어지는 2차원적인 LOS의 거리이며, 여기서 j =, ｜｜는 절대값; x(t_i), y(t_i) 와 (x_m,y_m) 은 각각 시간 t_i의 이동국의 좌표와 m번째 기지국의 좌표; n_m(t_i)는 부가적인 화이트 가우시안 측정잡음과 같은 통상적인 측정 잡음; NLOS_m(t_i)는 t_i시간의 NLOS 측정오차; M은 기지국의 전체 수; K는 샘플횟수의 전체 수로 표현되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 레인지 측정치는 다음 식

에 의하여 평탄화되고, 최소평방법으로 미지 계수을 구하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 제 2 표준편차는으로 표시되고,

여기서인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 b 단계는

a 단계에서 반복해서 얻어진 상기 레인지 측정치로부터 이동국의 좌표를 추정하는 단계;

상기 추정된 좌표로부터 레인지 측정치를 계산하는 단계;

a 단계에서 얻어진 상기 레인지 측정치와 상기 계산된 레인지 측정치의 차이로부터 잔류치를 결정하는 단계;

잔류치가 순시시간에 대하여 각 기지국에서 최대가 되는 횟수를 카운트하는 단계; 및

상기 기지국을 최대잔류치가 카운트된 횟수의 최대값을 작는 기지국으로부터 비가시선으로 규정하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 추정된 좌표는 각각의 순시시간 t_i에서으로 나타내고, 상기 추정된 좌표는에 대한 최소평방값으로 결정되고, 여기서것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 c 단계는

a 단계에서 얻어진 상기 레인지 측정치들과 무시할 만한 잡음이 있는 미리 예정된 가시선 레인지 측정치로부터 최대 잡음 편차와 표준편차 값을 결정하는 단계;

a 단계에서 얻어진 상기 레인지 측정치들을 평탄화하는 단계;

상기 평탄화된 레인지 측정치들의 곡선을 그래핑하는 단계;

상기 곡선 아래에 상기 레인지 측정치의 최대 편차점을 결정하는 단계;

상기 최대 편차점을 지나도록 상기의 곡선 아래쪽에 배치하는 단계; 및

상기 최대 잡음 편차값에 의해 곡선을 위쪽으로 배치함으로써 재구성된 레인지 측정치가 제공되도록 하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 a단계에서 c단계는 적어도 두 기지국에 대하여 반복되며, 앵글도착정보를 판단하는 단계가 추가 구성되며, 상기 이동국의 위치는 레인지 측정치 또는 두 개의 기지국의 재구성된 가시선 레인지 측정치 및 앵글도착정보로부터 추정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 a단계에서 c단계는 세 개의 기지국에 대하여 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
이동국과 다수의 기지국사이의 레인지 측정치들을 얻는 수단;

각각의 상기 기지국이 가시선 기지국으로써 이동국과 가시선상에 있는지 아니면 비가시선 기지국으로써 이동국과 비가시선상에 있는지를 확인하는 확인 수단;

각각의 상기 비가시선 기지국에 대하여 레인지 측정치를 교정하여 재구성된 가시선의 레인지 측정치를 결정하는 교정 수단;

상기 재구성된 가시선 레인지 측정치 또는 상기의 가시선 기지국에 대한 레인지 측정치 또는 상기의 재구성된 가시선 레인지의 측정치의 조합과 상기의 가시선 기지국에 대한 레인지 측정치로부터 상기 이동국의 위치 추정을 결정하는 추정 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 이동국 지역 추정 시스템.
제 11항에 있어서, 상기 확인 수단은

잡음없이 상기 이동국과 기지국간 가시선 레인지 측정치를 얻는 수단;

상기 이동국과 각 기지국간의 잡음성 가시선 레인지 측청치를 얻기 위한 수단;

상기 가시선 레인지의 측정치와 상기 잡음성 가시선 레인지 측정치의 차이의 제 1 표준편차를 미리 계산하기 위한 수단;

상기 레인지 측정치들을 평탄화하는 수단;

상기 평탄화된 레인지 측정치와 상기 잡음성 가시선 레인지 측정치의 차이의 제 2 표준 편차를 결정하기 위한 수단; 및

상기 기지국은 상기의 제 2차 표준편차가 상기의 제 1차 표준편차보다 훨씬 더 크면 비가시선으로 결정되고, 제 2차 표준편차가 제 1차 표준편차와 비슷하면 가시선으로 결정되도록 상기 제 1 표준편차와 제 2 표준편차로부터 비가시선인 기지국 또는 가시선인 기지국을 구별하기 위한 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
제 12항에 있어서, 상기 레인지 측정치는

r_m(t_i) = L_m(t_i) + n_m(t_i) + NLOS_m(t_i)으로 표시되고,

여기서 m = 1, ..., M; i = 0, ... K-1 이고, L_m(t_i)은 이동국과 m번째 기지국 사이에서 식 L_m(t_i) = ｜x(t_i) + j * y(t_i) - x_m- j * y_m｜과 같이 2차원적인 LOS의 거리이며, 여기서 j =, ｜｜는 절대값; x(t_i), y(t_i) 와 (x_m,y_m) 은 각각 시간 t_i의 이동국의 좌표와 m번째 기지국의 좌표; n_m(t_i)는 부가적인 화이트 가우시안 측정 잡음과 같은 통상적인 측정잡음; NLOS_m(t_i)는 t_i시간의 NLOS 측정치의 오차; M은 기지국의 전체 수; K는 시간 샘플의 전체 수로 표현되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 13항에 있어서, 상기 레인지 측정치는 다음 식

에 의하여 평탄화되고, 최소평방법으로 미지계수를 얻는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 14항에 있어서, 상기 제 2 표준편차는

으로 표시되고,

여기서인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 12항에 있어서, 상기 확인 수단은

반복해서 수신된 다수의 기지국들의 상기 레인지 측정치로부터 이동국의 좌표를 추정하기 위한 수단;

상기 추정된 좌표들로부터 레인지 측정치를 계산하기 위한 수단;

상기 레인지 측정치들과 상기 계산된 레인지 측정치의 차이로부터 잔류치를 결정하기 위한 수단;

잔류치가 각 순시시간에 대하여 각 기지국에서 최대일 때의 횟수를 카운팅하는 수단; 및

상기 기지국을 최대잔류치가 카운트된 횟수의 최대값을 갖는 기지국으로부터 비가시선으로 규정하기 위한 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
제 14항에 있어서, 상기 추정된 좌표는 각각의 순시시간 t_i에서으로 표시되고, 상기 추정된 좌표는에 대한 최소평방값으로 결정되고, 여기서것을 특징으로 하는 시스템.
제 12항에 있어서, 상기 추정 수단은

각각의 상기 레인지 측정치들과 무시할 만큼의 잡음이 있는 미리 예정된 가시선 레인지 측정치에 대한 최대 잡음 편차와 표준 편차 값을 결정하기 위한 수단;

상기 레인지 측정치들을 평탄화하기 위한 수단이고;

상기의 평탄화된 레인지 측정치들의 곡선을 그래핑하는 수단;

상기 곡선 아래에 상기 레인지 측정치들의 최대 편차점을 결정하기 위한 수단;

상기 최대 편차점을 지나도록 상기의 곡선을 아래쪽으로 배치하기 위한 수단; 및

상기 최대 잡음 편차값에 의해 곡선을 위쪽으로 배치함으로써 재구성된 레인지의 측정치가 제공되도록 하는 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
제 12항에 있어서, 앵글도착정보를 얻기 위한 수단이 추가 구성되며, 상기 이동국 위치는 레인지 측정치 또는 기지국의 재구성된 가시선 레인지 측정치 및 앵글도착정보로부터 추정되는 것을 특징으로 하는 시스템.