KR20110009551A - The location determination method based on the signal phase measurement in wireless network - Google Patents

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KR20110009551A
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염석준
유강희
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주식회사 케이티
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Abstract

PURPOSE: A method for measuring a position based on the phase measurement of a received signal in a wireless communication network is provided to precisely track a user position. CONSTITUTION: A preamble into which the unique rectangular code of each cell is inserted is received from a base station and a base station to which the terminal belongs and an adjacent base station are checked(501,502). A phase rotation difference value on a frequency domain between OFDM signals received from the base station and the adjacent base station(503). A time delay difference is calculated on a time domain between the base station and the adjacent base station(504). A distance between the base stations is calculated through the time delay difference between the base stations and the position of a terminal is produced(506).

Description

무선 통신망에서 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법{The location determination method based on the signal phase measurement in wireless network}The location determination method based on the signal phase measurement in wireless network

본 발명은 무선 측위 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OFDM 신호의 시간 지연에 따른 위상 회전 특성을 이용하여 단말기의 위치를 추적하기 위한, 무선 통신망에서 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless positioning method, and more particularly, to a positioning method based on phase measurement of a received signal in a wireless communication network for tracking the position of a terminal using a phase rotation characteristic according to a time delay of an OFDM signal. .

위치 기반 서비스(LBS; Location Based Service)는 무선 측위 기술을 이용하여 사용자 위치를 추적하는 서비스로서, 국방, 환경, 의료, 교통, 물류 등의 분야에서 다양한 응용에 이용되고 있다.Location Based Service (LBS) is a service that tracks a user's location using wireless positioning technology and is used in various applications in the fields of defense, environment, medical care, transportation, logistics, and the like.

일반적으로 무선 측위 기술로 GPS가 주로 사용되고 있는데, GPS 측위 방식은 대도시 밀집 지역, 실내 환경, 음영 지역 등에서 추적 위치의 오차가 크다는 단점이 있다.In general, GPS is mainly used as a wireless positioning technology, but the GPS positioning method has a disadvantage in that the tracking position error is large in a large urban area, an indoor environment, and a shadow area.

최근에 무선 통신망 인프라 구축에 힘입어 주변 곳곳의 어떠한 장소에도 기 지국이 설치되어 있는 점을 고려해, GPS 측위 방식의 단점을 해소하기 위해 기지국을 이용한 기존 무선 측위 방식을 개량하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.Recently, due to the establishment of wireless communication network infrastructure, there are active researches to improve the existing wireless positioning method using base stations to solve the disadvantages of the GPS positioning method in consideration of the fact that base stations are installed in any place around. have.

예컨대, 기지국을 이용한 기존 측위 방식은 CDMA 통신망을 기반으로 하는 연구가 대부분인데, 이러한 CDMA 통신망에서는 분해능이 떨어져 측위 성능도 상당히 떨어지는 단점이 있다. 즉, IS-95 방식의 CDMA 통신망에서는 PN 시퀀스 코드 한 칩의 시간 간격 0.81[㎲]를 거리로 환산하면 244[m]의 분해능을 갖는데, 이러한 PN 시퀀스 코드를 이용해 측위를 수행하는 경우에 정확한 사용자 위치를 추적할 수 없는 문제점이 있다.For example, the conventional positioning method using the base station is mostly based on the CDMA communication network, the disadvantage is that the positioning performance is also significantly reduced in such a CDMA communication network. That is, in the IS-95 CDMA communication network, when the time interval of 0.81 [m] of one chip of PN sequence code is converted into distance, the resolution is 244 [m]. There is a problem where the location cannot be tracked.

한편, 최근에 각광받고 있는 와이브로(WiBro), 이 와이브로의 표준사항을 대부분 수용한 모바일 와이맥스(M-WiMAX) 등과 같은 직교 주파수 분할 다중(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선 통신망에서는 CDMA 통신망에 비해 보다 정확하게 사용자 위치를 추적할 수 있다.On the other hand, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based wireless communication networks such as WiBro (M-WiMAX), which has recently received most of the WiBro standards, are used in CDMA networks. Compared to tracking user location more accurately.

즉, OFDM 무선 통신망에서의 측위 방식으로 기지국이 단말기로 프리앰블을 전송하고 단말기가 이 프리앰블을 이용해 위치를 추적하는 기술이 제안되었는데, CDMA 통신망에 비해 높은 분해능을 가져 보다 정확한 측위 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 모바일 와이맥스 시스템에서는 샘플 간 시간 간격이 0.1[㎲]이기에 이를 거리로 환산할 경우 30[m]의 분해능을 가진다. 그러나 이러한 분해능 역시 만족스러운 측위 성능을 제공할 수 있는 정도는 아니며, 그에 따라 OFDM 무선 통신망에서 보다 정확하고 효율적인 위치 기반 서비스 제공을 위해서는 더욱 정밀한 측위 성능이 요구된다.That is, a technique has been proposed in which a base station transmits a preamble to a terminal and a terminal tracks the location using the preamble as a positioning method in an OFDM wireless communication network, and has higher resolution than a CDMA network to provide more accurate positioning performance. . For example, in the mobile WiMAX system, since the time interval between samples is 0.1 [mm], the resolution is 30 [m] when converted into distance. However, such resolution is not enough to provide satisfactory positioning performance. Accordingly, more precise positioning performance is required to provide more accurate and efficient location-based services in an OFDM wireless communication network.

그럼, OFDM 무선 통신망에 적용된 측위 방식 중 주로 사용되는 종래 기술에 대해 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.Next, a conventional technique mainly used among the positioning methods applied to an OFDM wireless communication network will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 종래 기술에 따른 최대 우도 기반 측위 방식을 보여주기 위한 일실시예 설명도이다.1 is a diagram illustrating an embodiment for showing a maximum likelihood-based positioning method according to the prior art.

종래 기술에서는 단말기가 기지국으로부터 수신받은 프리앰블 신호에 최대 우도 기법(ML; Maximum Likelihood)을 적용하여 기지국과 단말기 사이의 신호 지연을 측정한 후에, 이 신호 지연을 이용하여 기지국과 단말기 사이의 거리 차이를 계산한 다음에, 인접 기지국과 단말기 사이의 거리 차이를 계산한 값을 추가적으로 이용하여 단말기 위치를 추적한다. 그러나 종래 기술에 따른 최대 우도 기반 측위 방식은 샘플링 주기 이상의 분해능을 제공할 수 없기에, 보다 정밀한 단말기 위치를 추적하는데 있어 한계가 있다.In the related art, after a terminal measures a signal delay between a base station and a terminal by applying a maximum likelihood technique (ML) to a preamble signal received from the base station, the terminal uses the signal delay to determine a distance difference between the base station and the terminal. After the calculation, the location of the terminal is tracked using the calculated value of the distance difference between the neighboring base station and the terminal. However, since the maximum likelihood-based positioning method according to the prior art cannot provide a resolution beyond a sampling period, there is a limit in tracking a more precise terminal position.

도 1에 도시된 바와 같이, 단말기에서는 시간 영역 상에서 OFDM 샘플 단위로 움직이면서 수신신호와 프리앰블의 셀 탐색 코드의 상관도를 조사하면서 최대 상관도를 가지는 지점을 검출하는 방식으로서 단말기 위치를 추적한다.As shown in FIG. 1, the terminal tracks the position of the terminal as a method of detecting a point having the maximum correlation while examining the correlation between the received signal and the cell search code of the preamble while moving in units of OFDM samples in the time domain.

예컨대, 모바일 와이맥스 시스템에서의 샘플 간 시간 간격 0.1[㎲]를 거리로 환산하면 30[m]의 분해능을 갖는데, 샘플 단위로 움직이면서 최대 상관도를 가지는 지점을 검출하여 신호 지연을 측정하는 종래 기술에서도 30[m] 이내의 오차 허용 범위를 갖는 단말기 위치 추적 정보를 제공할 수 없는 문제점이 있다.For example, in the mobile WiMAX system, when the time interval between samples is 0.1 [㎲] in terms of distance, the resolution is 30 [m]. In the conventional technology of detecting a signal delay by detecting a point having the maximum correlation while moving in a sample unit, There is a problem in that the terminal location tracking information having an error tolerance within 30 [m] cannot be provided.

또한, 종래 기술에서는 단말기가 샘플 단위로 움직이면서 상관도를 계속 측 정해야 하기 때문에 무선 측위를 수행하는데 있어 한정된 자원을 구비한 단말기의 연산 복잡도가 상당히 증가되는 문제점이 있다.In addition, in the prior art, since the terminal needs to continuously measure the correlation while moving in units of samples, there is a problem in that the computational complexity of the terminal with limited resources is significantly increased in performing radio positioning.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, OFDM 신호의 시간 지연에 따른 위상 회전 특성을 이용하여 단말기의 위치를 추적하기 위한, 무선 통신망에서 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems and to meet the above demands, and to receive a received signal in a wireless communication network for tracking the position of a terminal using a phase rotation characteristic according to a time delay of an OFDM signal. It is an object of the present invention to provide a positioning method based on a phase measurement of a.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선 측위 방법에 있어서, 적어도 3개의 기지국으로부터 각 셀의 고유한 직교 코드가 삽입된 프리앰블[OFDM 수신신호]을 수신받아 단말기가 속한 기지국과 인접 기지국을 확인하는 단계; 상기 확인한 단말기가 속한 기지국과 인접 기지국으로부터 수신받은 OFDM 수신신호 간 주파수 영역 상의 위상 회전 차이 값을 측정하는 단계; 상기 측정한 위상 회전 차이 값을 이용하여 단말기가 속한 기지국과 인접 기지국 간의 시간 영역 상의 시간 지연 차이를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 기지국 간 시간 지연 차이를 이용하여 기지국 간 거리 차이를 계산하고서 단말기의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.In the method of the present invention for achieving the above object, in a wireless positioning method, receiving a preamble (OFDM received signal) in which a unique orthogonal code of each cell is inserted from at least three base stations, the base station and the adjacent base station to which the terminal belongs; Confirming; Measuring a phase rotation difference value in a frequency domain between an OFDM received signal received from a base station to which the checked terminal belongs and a neighboring base station; Calculating a time delay difference in a time domain between a base station to which a terminal belongs and a neighboring base station using the measured phase rotation difference value; And calculating a position of a terminal by calculating a distance difference between base stations using the calculated time delay difference between base stations.

상기와 같은 본 발명은 샘플 간격을 움직이면서 시간 지연을 측정하는 종래 기술 대비, 높은 분해능을 제공할 수 있어서 보다 정밀한 사용자 위치 추적이 가능한 효과가 있다.The present invention as described above can provide a high resolution, compared to the prior art measuring the time delay while moving the sample interval has the effect of enabling a more accurate user location tracking.

또한, 본 발명은 샘플 단위로 움직이면서 상관도를 계속 측정하는 종래 기술 대비, 저사양의 단말기에서 낮은 연산 복잡도로 보다 정확하고 효율적인 무선 측위를 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of enabling more accurate and efficient wireless positioning with low computational complexity in a low-spec terminal compared to the prior art that continues to measure the correlation while moving in the sample unit.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명에서는 와이브로(WiBro), 이 와이브로의 표준사항을 대부분 수용한 모바일 와이맥스(M-WiMAX), LTE(Long Term Evolution, 3세대 이동통신 진화 기술) 등과 같은 직교 주파수 분할 다중(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반 무선 통신망에서의 보다 정밀한 사용자 위치 추적을 위한, 측위 알고리즘[일명 '수신신호 위상 측정 기반 측위 알고리즘']을 제시한다.In the present invention, Orthogonal Frequency Division (OFDM), such as WiBro, Mobile WiMAX (M-WiMAX), LTE (Long Term Evolution, 3rd generation mobile communication evolution technology) that accommodates most of the WiBro standards, etc. A location algorithm (also known as 'receive signal phase measurement based positioning algorithm') for more accurate user location tracking in a wireless communication network is proposed.

즉, 본 발명에서는 OFDM 신호의 시간 지연에 따른 위상 회전 특성을 이용하여 단말기의 위치를 추적하는 방법 및 그 장치를 제공한다.That is, the present invention provides a method and apparatus for tracking the position of a terminal using a phase rotation characteristic according to time delay of an OFDM signal.

예컨대, 본 발명에서는 OFDM 신호의 특성, 즉 시간 영역에서의 신호 지연이 주파수 영역에서의 위상 회전을 야기시키는 점에 착안해, 단말기에서 기지국으로부터 수신받은 신호의 위상 회전을 측정하고(시간 지연에 따른 위상 회전 측정), 이 측정한 위상 회전을 이용하여 시간 영역에서의 신호 지연을 계산한 후, 기지국과 단말기 사이의 거리 차이를 토대로 단말기 위치를 산출하는 것이다. 이러한 위상은 연속적인 값을 갖기에, 본 발명에서는 기존의 최대 우도 기반 측위 방식에 비해 높은 분해능을 제공할 수 있어서 보다 정밀한 사용자 위치 추적이 가능한 것이다.For example, the present invention focuses on the characteristics of the OFDM signal, that is, the signal delay in the time domain causes phase rotation in the frequency domain, thereby measuring the phase rotation of the signal received from the base station in the terminal (according to the time delay). Phase rotation measurement), and after calculating the signal delay in the time domain using the measured phase rotation, the terminal position is calculated based on the distance difference between the base station and the terminal. Since the phase has a continuous value, the present invention can provide a higher resolution than the conventional maximum likelihood based positioning method, thereby enabling more accurate user location tracking.

덧붙여, 본 발명에서는 OFDM 기반 무선 통신망으로서 모바일 와이맥스(M-WiMAX) 통신망을 예로 들어 설명하기로 하며, 당업자 수준에서 본 발명은 OFDM 기법으로 구현된 어떠한 네트워크/시스템에도 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.In addition, the present invention will be described as a mobile WiMAX (M-WiMAX) network as an OFDM-based wireless communication network, it can be easily understood that the present invention can be applied to any network / system implemented by the OFDM technique at the level of those skilled in the art will be.

그럼, 이하 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Then, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention.

도 2는 본 발명이 적용되는 모바일 와이맥스 통신망에서의 프리앰블 특성을 보여주기 위한 일실시예 설명도이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a preamble characteristic in a mobile WiMAX network to which the present invention is applied.

도 2에는 모바일 와이맥스 통신망에서 각 기지국[기지국1(11), 기지국2(12), 기지국3(13)]이 단말기(미도시)로 전송하는 프리앰블을 보여주고 있다.2 shows a preamble transmitted by each base station (base station 1 (11), base station 2 (12), base station 3 (13)) to a terminal (not shown) in a mobile WiMAX communication network.

상기 프리앰블은 각 셀의 기지국마다 고유하게 할당된 직교 코드 Ci로 구성되며[여기서 Ci는 기지국 i가 전송한 프리앰블에 삽입된 직교 코드(orthogonal code)를 나타냄], 인접 셀의 기지국에서 전송되는 다른 프리앰블의 간섭으로 인한 통신 성능 열화를 막기 위해 인접한 3개의 기지국 간에는 프리앰블이 서로 충돌되지 않도록 도 2와 같이 주파수 영역 상에서 그 위치가 구분되어져 전송된다.The preamble consists of an orthogonal code C i uniquely assigned to each base station of each cell, where C i represents an orthogonal code inserted into a preamble transmitted by base station i, and is transmitted from a base station of an adjacent cell. In order to prevent communication performance deterioration due to interference of other preambles, the positions are divided and transmitted in the frequency domain as shown in FIG. 2 so that the preambles do not collide with each other.

위와 같은 프리앰블 특성을 이용하면 단말기는 현재 위치한 셀의 인접 셀로부터 전송되는 프리앰블을 그 인접 셀의 간섭없이 수신할 수 있을 뿐만 아니라, 자신(단말기)의 위치에 상관없이 인접한 3개의 기지국으로부터 수신받은 신호들을 분리해 낼 수 있는 것이다. 이는 하기에서 후술할 본 발명에서 단말기가 각 기지국으로부터 수신받은 신호의 위상 회전을 측정하기 전에 각각의 수신신호(기지국 신호)를 분리하는데 이용된다.By using the above preamble characteristic, the UE can receive the preamble transmitted from the neighbor cell of the currently located cell without interference of the neighbor cell, and the signal received from three neighboring base stations regardless of its location. You can separate them. This is used in the present invention, which will be described later, to separate each received signal (base station signal) before the terminal measures the phase rotation of the signal received from each base station.

다음으로, 본 발명에서 제시하는 측위 알고리즘이 구현되는 모바일 와이맥스 시스템을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.Next, a mobile WiMAX system in which the positioning algorithm proposed in the present invention is implemented will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명이 적용되는 송수신 시스템에 대한 일실시예 구성도이다. 여기서, 모바일 와이맥스 시스템의 송신 장치는 기지국(10)을, 수신 장치는 단말기(20)인 것으로 설명하기로 한다.3 is a diagram illustrating an embodiment of a transmission and reception system to which the present invention is applied. Here, the transmitting apparatus of the mobile WiMAX system will be described as the base station 10, and the receiving apparatus is the terminal 20.

도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 기지국(10)은 프리앰블 생성기(31), 역이산 푸리에 변환기(32), 보호구간 삽입기(33) 등을 포함하며, 단말기(20)는 시간 동기 추적기(21), 셀 탐색기(22), 보호구간 제거기(23), 이산 푸리에 변환기(24), 데이터 복조기(25) 등을 포함한다.As shown in FIG. 3, the base station 10 generally includes a preamble generator 31, an inverse discrete Fourier transformer 32, a guard interval inserter 33, and the like, and the terminal 20 includes a time synchronization tracker ( 21), cell searcher 22, guard interval remover 23, discrete Fourier transformer 24, data demodulator 25, and the like.

기지국(10)에서는 시간 동기, 주파수 동기, 셀 탐색 등을 위한 프리앰블을 데이터와 함께 주파수 영역 상에서 생성한 후에 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 통해 시간 영역 상의 송신신호로 변환하고서 OFDM 심볼 구간 사이에 보호구간[싸이클릭 프리픽스(cp; cyclic prefix)]을 삽입하여 채널을 통해 단말기(20)로 전송한다.The base station 10 generates preambles for time synchronization, frequency synchronization, cell search, etc. together with the data in the frequency domain, and then converts them into transmission signals in the time domain through inverse discrete Fourier transform (IDFT) to protect between OFDM symbol sections. An interval (cyclic prefix (cp; cyclic prefix)) is inserted and transmitted to the terminal 20 through the channel.

단말기(20)에서는 기지국(10)으로부터 수신받은 프리앰블을 이용해 시간 동기 및 주파수 동기를 추적하고, 셀 탐색을 수행한 후에 보호구간을 제거하고서 이산 푸리에 변환(DFT)을 통해 주파수 영역 상의 신호로 변환한 뒤 데이터를 복원한다.The terminal 20 tracks time synchronization and frequency synchronization using the preamble received from the base station 10, removes the guard interval after performing cell searching, and converts the signal to a signal in the frequency domain through a discrete Fourier transform (DFT). Restore data later.

본 발명에서는 측위 알고리즘을 구현하기 위해[단말기 위치 추적이 가능하도록] 위와 같은 OFDM 시스템 구조를 갖는 단말기(20)의 셀 탐색기(22)에 측위 장치(26)[일명 위치 추적기]를 구비(탑재)한다. 이러한 본 발명의 측위 장치(26)의 구성에 대해서는 하기에서 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.In the present invention, in order to implement a positioning algorithm (to enable terminal location tracking), a positioning device 26 (aka location tracker) is provided in the cell searcher 22 of the terminal 20 having the OFDM system structure as described above (mounted). do. The configuration of the positioning device 26 of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7 below.

그럼, 본 발명에서 제시하는 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법에 대해 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.Then, the positioning method based on the phase measurement of the received signal proposed in the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

도 4는 본 발명에서 제시하는 측위 알고리즘을 보여주기 위한 일실시예 설명도이고, 도 5는 본 발명에 따른 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.4 is a diagram illustrating an embodiment of a positioning algorithm according to the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating a positioning method based on phase measurement of a received signal according to the present invention.

각 기지국[기지국1(11), 기지국2(12), 기지국3(13)]에서는 각 셀의 고유한 직교 코드가 삽입된 프리앰블을 무선 채널을 통해 송신한다[도 5의 '501'].Each base station (base station 1 (11), base station 2 (12), base station 3 (13)) transmits a preamble in which a unique orthogonal code of each cell is inserted through a wireless channel ('501' in FIG. 5).

그러면 단말기(20)에서는 현재 위치한 셀로부터 수신받은 프리앰블을 이용하여 자신(단말기)이 속한 기지국1(11)의 셀 아이디(및/또는 섹터 아이디)를 탐색하고, 인접 셀로부터 수신받은 프리앰블을 이용하여 인접 기지국[기지국2(12), 기지국3(13)]의 셀 아이디(및/또는 섹터 아이디)를 탐색한다[도 5의 '502', 도 4의 '①']. 여기서 각 기지국으로부터 수신되는 프리앰블은 각 기지국이 갖고 있는 고유의 직교코드로 구성되므로, 단말기(20)에서는 각 기지국의 프리앰블을 이용해 해당 기지국의 셀 아이디를 탐색할 수 있는 것이며, 이를 통해 단말기가 속한 기지국과 인접 기지국들을 확인(구분)하는 것이다.Then, the terminal 20 searches for the cell ID (and / or sector ID) of the base station 1 (11) to which the UE (terminal) belongs by using the preamble received from the cell in which it is currently located, and uses the preamble received from the neighbor cell. The cell IDs (and / or sector IDs) of neighboring base stations (base station 2 (12) and base station 3 (13)) are searched for (502 in FIG. 5 and '①' in FIG. 4). In this case, since the preamble received from each base station is configured with a unique orthogonal code owned by each base station, the terminal 20 can search for a cell ID of the base station using the preamble of each base station. It is to identify (separate) and neighbor base stations.

이후, 단말기(20)에서는 자신이 속한 기지국1(11)과 인접 기지국[기지국2(12), 기지국3(13)]으로부터 수신받은 OFDM 수신신호(즉 프리앰블의 직교 코드) 간 주파수 영역 상 위상 회전 차이 값을 측정한다[도 5의 '503'].Subsequently, the terminal 20 rotates the phase in the frequency domain between the base station 1 11 to which it belongs and the OFDM received signal (that is, the orthogonal code of the preamble) received from the adjacent base station (base station 2 (12), base station 3 (13)). The difference value is measured ('503' in FIG. 5).

그런후, 단말기(20)에서는 상기 측정한 주파수 영역 상 위상 회전 차이 값을 이용하여, 자신이 속한 기지국1(11)으로부터의 수신신호와 기지국2(12)[제1 인접 기지국]로부터의 수신신호 간의 시간 지연 차이[시간 영역 상]를 계산하고, 기지국1(11)으로부터의 수신신호와 기지국3(13)[제2 인접 기지국]으로부터의 수신신호 간의 시간 지연 차이를 계산한다[도 5의 '504', 도 4의 '②']. 이러한 '504' 과정, 즉 본 발명에서 위상 회전 차이 값을 이용하여 기지국 간 시간 지연 차이를 계산하 는 과정에 대해서는 하기에서 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Then, the terminal 20 uses the measured phase rotation difference value in the frequency domain to receive the received signal from the base station 1 11 to which it belongs and the received signal from the base station 2 12 (the first neighbor base station). The time delay difference [on the time domain] is calculated and the time delay difference between the received signal from the base station 1 (11) and the received signal from the base station 3 (13) [second neighbor base station] is calculated. 504 ',' ② 'in FIG. 4]. This '504' process, that is, the process of calculating the time delay difference between base stations using the phase rotation difference value in the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 6 below.

그런후, 단말기(20)에서는 상기 계산한 기지국 간 시간 지연 차이를 이용하여 기지국 간 거리 차이를 계산한 후에 이 계산한 기지국 간 거리 차이를 토대로 자신(단말기)의 위치를 산출한다[도 5의 '505', '506', 도 4의 '③']. 여기서, 단말기(20)는 기지국 간 시간 지연 차이에 전파 속도를 곱하여, 자신이 속한 기지국1(11)로부터의 거리와 인접 기지국[기지국2(12), 기지국3(13)]으로부터의 거리의 차이를 계산한 후에, 삼각 측량법 등을 통해 이 기지국 간 거리 차이의 교점이 만나는 지점을 계산하여 자신의 위치를 산출한다.Thereafter, the terminal 20 calculates the distance difference between base stations using the calculated time delay difference between base stations, and then calculates the position of the terminal (terminal) based on the calculated distance difference between base stations. 505 ',' 506 ', and' ③ 'in FIG. 4]. Here, the terminal 20 multiplies the time delay difference between the base stations by the propagation speed, and the difference between the distance from the base station 1 11 to which it belongs and the distance from the neighboring base stations (base station 2 (12), base station 3 (13)). After calculating, the position of the intersection point of the distance difference between the base stations meets through triangulation or the like to calculate its position.

도 6은 본 발명에서 사용하는 OFDM 신호의 시간 지연에 따른 주파수 영역에서의 위상 회전 특성을 보여주기 위한 일실시예 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating an embodiment of a phase rotation characteristic in a frequency domain according to time delay of an OFDM signal used in the present invention.

시간 영역에서 수신신호의 지연이 있을 경우 이를 주파수 영역으로 이산 푸리에 변환한 신호는, 도 6과 같이 주파수가 증가함에 따라 위상이 선형적으로 증가하게 된다. If there is a delay of the received signal in the time domain, the signal that is discrete Fourier transformed into the frequency domain is linearly increased in phase as the frequency increases as shown in FIG. 6.

수학적으로

Figure 112009044800526-PAT00001
만큼의 시간 지연은 주파수 영역에서
Figure 112009044800526-PAT00002
의 위상 회전을 나타내며, 이는 주파수 영역에서 부반송파 간에 위상 회전의 정도 차이가
Figure 112009044800526-PAT00003
의 함수로 항상 일정함을 의미한다. 여기서, i는 기지국 인덱스를, k는 부반송파 인덱스를, N은 전체 부반송파 수를 각각 나타낸다.Mathematically
Figure 112009044800526-PAT00001
Time delay in the frequency domain
Figure 112009044800526-PAT00002
Represents the phase rotation of, which means that the degree of phase rotation between subcarriers in the frequency domain
Figure 112009044800526-PAT00003
Always constant. I denotes a base station index, k denotes a subcarrier index, and N denotes a total number of subcarriers.

모바일 와이맥스 통신망을 예로 들어 살펴보면, 프리앰블과 같이 부반송파 차이가 '3'을 두고 삽입된 신호인 경우에는 부반송파 간의 위상 회전 차이가

Figure 112009044800526-PAT00004
인 것이다.Taking the mobile WiMAX network as an example, if the subcarrier difference is inserted with '3' as in the preamble, the phase rotation difference between the subcarriers
Figure 112009044800526-PAT00004
It is

위와 같은 OFDM 기반 무선 통신망에서의 시간 지연에 따른 주파수 영역에서의 위상 회전 특성을 이용하여, 본 발명에서는 위상 회전 차이 값을 이용하여 기지국 간 시간 지연 차이[즉 위상 회전에 따른 시간 지연 차이

Figure 112009044800526-PAT00005
](도 5의 '504' 과정)를 다음의 [수학식 1]과 같이 계산하는 알고리즘을 제시한다.Using the phase rotation characteristics in the frequency domain according to the time delay in the OFDM-based wireless communication network as described above, in the present invention, the time delay difference between base stations (that is, the time delay difference due to the phase rotation) using the phase rotation difference value.
Figure 112009044800526-PAT00005
] (The '504' process of FIG. 5) proposes an algorithm for calculating the following [Equation 1].

Figure 112009044800526-PAT00006
Figure 112009044800526-PAT00006

여기서, Ci는 기지국 i가 송신한 프리앰블에 삽입된 직교 코드를 나타내며, Yi는 기지국 i로부터의 수신신호를 나타낸다.Here, C i represents an orthogonal code inserted into the preamble transmitted by the base station i, and Y i represents a received signal from the base station i.

[수학식 1]과 같이, 본 발명에서

Figure 112009044800526-PAT00007
는 기지국으로부터 수신받은 프리앰블의 직교 코드와 수신신호의
Figure 112009044800526-PAT00008
번째 부반송파에서의 위상 회전 차이를 추적하는데 사용되고,
Figure 112009044800526-PAT00009
는 기지국으로부터 수신받은 프리앰블의 직교 코드와 수신신호의
Figure 112009044800526-PAT00010
번째 부반송파에서의 위상 회전 차이를 추적하는데 사용되며, 이 2개의 식[
Figure 112009044800526-PAT00011
,
Figure 112009044800526-PAT00012
]을 켤레 곱한 값의 위상을 측정하여 시간 지연 차이
Figure 112009044800526-PAT00013
를 계산한다. 여기서, 측위 성능 향상을 위해 모든 주파수 대역에서 추적한 위상 회전 차이 값을 평균화하는 것이 바람직하다. As shown in [Equation 1], in the present invention
Figure 112009044800526-PAT00007
Is the orthogonal code of the preamble received from the base station and the received signal.
Figure 112009044800526-PAT00008
Used to track the difference in phase rotation in the first subcarrier,
Figure 112009044800526-PAT00009
Is the orthogonal code of the preamble received from the base station and the received signal.
Figure 112009044800526-PAT00010
It is used to track the difference in phase rotation in the first subcarrier.
Figure 112009044800526-PAT00011
,
Figure 112009044800526-PAT00012
Time delay difference by measuring the phase of the conjugate
Figure 112009044800526-PAT00013
Calculate Here, it is preferable to average the phase rotation difference values tracked in all frequency bands to improve positioning performance.

즉, [수학식 1]에서는 '3k+i'번째 부반송파에서 송신한 프리앰블의 직교 코드와 해당 수신신호를 켤레 곱한 값과, '3(k+1)i'번째 부반송파에서 송신한 프리앰블의 직교 코드와 해당 수신신호를 켤레 곱한 값을, 다시 켤레 곱한 값을 통해 위상 회전 차이 값을 도출하는 것이다. 여기서, k는 부반송파 인덱스를, i는 기지국 인덱스를 각각 나타낸다.That is, in [Equation 1], the orthogonal code of the preamble transmitted by the '3k + i' subcarrier and the multiplied pair of the received signal and the orthogonal code of the preamble transmitted by the '3 (k + 1) i' subcarrier It is to derive the phase rotation difference value by multiplying by and multiplying the received signal by the multiplying value. Where k denotes a subcarrier index and i denotes a base station index.

이와 같이 본 발명에서는 연속적인 값을 갖는 수신신호의 위상 회전 값을 기반으로 시간 지연을 계산하기 때문에, 샘플 간격을 움직이면서 시간 지연을 측정하는 기존의 최대 우도 기반 측위 방식에 비해 높은 분해능을 제공할 수 있어서 보다 정밀한 사용자 위치 추적이 가능한 것이다.As described above, since the present invention calculates the time delay based on the phase rotation value of the received signal having the continuous value, it is possible to provide a higher resolution than the conventional maximum likelihood based positioning method that measures the time delay while moving the sample interval. This allows for more accurate user location tracking.

도 7은 본 발명에 따른 측위 장치에 대한 일실시예 구성도이다.7 is a configuration diagram of an embodiment of a positioning device according to the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 도 3에서 언급한 단말기(20)에 구비되는 측위 장치(26)는 위상 회전 측정기(71), 시간 지연 추출기(72), 거리 차이 계산기(73) 및 위치 산출기(74) 등을 포함한다.As shown in FIG. 7, the positioning device 26 included in the terminal 20 mentioned in FIG. 3 includes a phase rotation measuring unit 71, a time delay extractor 72, a distance difference calculator 73 and a position calculator. (74) and the like.

[수학식 1]을 이용하여, 위상 회전 측정기(71)는 단말기가 속한 기지국1(11)과 인접 기지국[기지국2(12), 기지국3(13)]으로부터 수신받은 OFDM 수신신호(프리앰블의 직교 코드)의 주파수 영역 상 위상 회전 차이 값을 측정하고, 시간 지연 추출기(72)는 위상 회전 측정기(71)에서 측정한 위상 회전 차이 값을 이용하여 기지국1(11)과 인접 기지국[기지국2(12), 기지국3(13)] 간 시간 지연 차이를 계산하고, 거리 차이 계산기(73)는 시간 지연 추출기(72)에서 계산한 시간 지연 차이에 전파 속도(c)를 곱하여 기지국 간 거리 차이를 계산하고, 위치 산출기(74)는 삼각 측량법 등을 통해 거리 차이 계산기(73)에서 계산한 기지국 간 거리 차이를 토대로 단말기(사용자) 위치를 산출한다.Using Equation 1, the phase rotation measuring unit 71 receives an OFDM received signal (orthogonality of a preamble) received from a base station 1 (11) to which a terminal belongs and an adjacent base station (base station 2 (12), base station 3 (13)). Code), the phase rotation difference value in the frequency domain of the frequency domain, and the time delay extractor 72 uses the phase rotation difference value measured by the phase rotation measuring unit 71 and the base station 1 (11) and the adjacent base station (base station 2 (12). ), And calculates the time delay difference between the base stations 3 (13), and the distance difference calculator 73 calculates the distance difference between the base stations by multiplying the time delay difference calculated by the time delay extractor 72 by the propagation speed (c). The position calculator 74 calculates the position of the terminal (user) based on the distance difference between the base stations calculated by the distance difference calculator 73 through triangulation.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

도 1은 종래 기술에 따른 최대 우도 기반 측위 방식을 보여주기 위한 일실시예 설명도.1 is an exemplary explanatory diagram for showing a maximum likelihood-based positioning method according to the prior art.

도 2는 본 발명이 적용되는 모바일 와이맥스 통신망에서의 프리앰블 특성을 보여주기 위한 일실시예 설명도.2 is a diagram illustrating an embodiment of a preamble characteristic in a mobile WiMAX communication network to which the present invention is applied.

도 3은 본 발명이 적용되는 송수신 시스템에 대한 일실시예 구성도.Figure 3 is an embodiment configuration for a transmission and reception system to which the present invention is applied.

도 4는 본 발명에서 제시하는 측위 알고리즘을 보여주기 위한 일실시예 설명도.Figure 4 is an illustration of an embodiment for showing the positioning algorithm proposed in the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도.5 is a flowchart illustrating a positioning method based on phase measurement of a received signal according to the present invention;

도 6은 본 발명에서 사용하는 OFDM 신호의 시간 지연에 따른 주파수 영역에서의 위상 회전 특성을 보여주기 위한 일실시예 그래프.Figure 6 is an embodiment graph for showing the phase rotation characteristics in the frequency domain according to the time delay of the OFDM signal used in the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 측위 장치에 대한 일실시예 구성도.7 is a configuration diagram of an embodiment of a positioning device according to the present invention.

Claims (4)

무선 측위 방법에 있어서,In the wireless positioning method, 적어도 3개의 기지국으로부터 각 셀의 고유한 직교 코드가 삽입된 프리앰블[OFDM 수신신호]을 수신받아 단말기가 속한 기지국과 인접 기지국을 확인하는 단계;Receiving a preamble (OFDM received signal) in which a unique orthogonal code of each cell is inserted from at least three base stations, and identifying a base station to which the terminal belongs and a neighboring base station; 상기 확인한 단말기가 속한 기지국과 인접 기지국으로부터 수신받은 OFDM 수신신호 간 주파수 영역 상의 위상 회전 차이 값을 측정하는 단계;Measuring a phase rotation difference value in a frequency domain between an OFDM received signal received from a base station to which the checked terminal belongs and a neighboring base station; 상기 측정한 위상 회전 차이 값을 이용하여 단말기가 속한 기지국과 인접 기지국 간의 시간 영역 상의 시간 지연 차이를 계산하는 단계; 및Calculating a time delay difference in a time domain between a base station to which a terminal belongs and a neighboring base station using the measured phase rotation difference value; And 상기 계산한 기지국 간 시간 지연 차이를 이용하여 기지국 간 거리 차이를 계산하고서 단말기의 위치를 산출하는 단계Calculating a position of a terminal by calculating a distance difference between base stations using the calculated time delay difference between base stations; 를 포함하는 무선 통신망에서 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법.Positioning method based on the phase measurement of the received signal in a wireless communication network comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 위상 회전 차이 값을 측정하는 단계는,Measuring the phase rotation difference value, '3k+i'번째 부반송파에서 송신한 프리앰블의 직교 코드와 해당 수신신호를 켤레 곱한 값과, '3(k+1)i'번째 부반송파에서 송신한 프리앰블의 직교 코드와 해당 수신신호를 켤레 곱한 값을, 다시 켤레 곱한 값을 통해 위상 회전 차이 값을 도출 하는 것을 특징으로 하는 무선 통신망에서 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법.The multiplication of the orthogonal code of the preamble transmitted by the '3k + i' subcarrier and the corresponding reception signal and the multiplication of the orthogonal code of the preamble transmitted by the '3 (k + 1) i' subcarrier and the corresponding received signal A method of positioning based on phase measurement of a received signal in a wireless communication network, characterized in that to derive a phase rotation difference value by multiplying again. 여기서, k는 부반송파 인덱스를, i는 기지국 인덱스를 각각 나타냄.K denotes a subcarrier index and i denotes a base station index. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 시간 지연 차이를 계산하는 단계는,The step of calculating the time delay difference, 주파수 영역에서
Figure 112009044800526-PAT00014
의 위상 회전을 나타내는
Figure 112009044800526-PAT00015
만큼의 시간 지연 특성을 이용해 상기 위상 회전 차이 값으로부터 시간 지연을 추출하여, 기지국 간 시간 지연의 차이를 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 통신망에서 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법.In the frequency domain
Figure 112009044800526-PAT00014
Indicating the phase rotation of
Figure 112009044800526-PAT00015
And calculating a difference in time delay between base stations by extracting a time delay from the phase rotation difference value using the time delay characteristic as much as possible. 여기서, i는 기지국 인덱스를, k는 부반송파 인덱스를, N은 전체 부반송파 수를 각각 나타냄.Where i is the base station index, k is the subcarrier index, and N is the total number of subcarriers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기지국 간 거리 차이를 계산하고서 단말기의 위치를 산출하는 단계는,Computing the distance difference between the base stations and calculating the position of the terminal, 상기 계산한 기지국 간 시간 지연 차이에 전파 속도를 곱하여, 단말기가 속한 기지국으로부터의 거리와 인접 기지국으로부터의 거리의 차이를 계산한 후에, 소정의 측위 기법을 통해 기지국 간 거리 차이의 교점이 만나는 지점을 계산하여 단말기 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 통신망에서 수신신호의 위상 측정에 기반한 측위 방법.After calculating the difference between the distance from the base station to which the terminal belongs and the distance from the neighboring base station by multiplying the calculated time delay difference between base stations, the point where the intersection of the distance difference between base stations meets through a predetermined positioning technique is found. Positioning method based on the phase measurement of the received signal in a wireless communication network, characterized in that to calculate the terminal position by calculating.
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