KR20120016237A

KR20120016237A - 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템

Info

Publication number: KR20120016237A
Application number: KR1020117026874A
Authority: KR
Inventors: 압델워해드 말쪼우키; 디재말 제그히라체
Original assignee: 그루쁘 데제꼴 데 뗄레꼬뮈니까시옹
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2012-02-23
Also published as: EP2422210B1; WO2010122370A1; EP2422210A1; US20120162012A1; JP2012524898A; ES2439965T3; US8994589B2; CN102803984A

Abstract

본 발명의 시스템은 오리엔테이션 및 위치 결정이 요구될 수 있는 제1 노드들의 클러스터들(CS1, CS2) 및 상기 제1 노드들과 직접적인 가시선을 공유하는 측정 노드라 불리우는 최소한 1개의 노드(FN1,FN2,...)를 포함한다; 각각의 노드는 그들의 송신 및 수신측에서의 수신 및 송신파들의 다양한 편광들을 포함하는 MIMO 과정을 바탕으로 하여 동작하는 무선 기지국(11, 12, 13...) 을 가진다.
상기 무선 기지국들은 : ㆍ상기 수신 무선 기지국들이 4개의 편광된 MIMO 행렬들을 추정할 수 있도록 상기 송신측에서의 편광모드의 선택 및 파일럿 공간 시간 블록 코드들의 상기 선택된 편광모드상에서의 송신; ㆍ상기 수신된 공간 시간 신호의 상기 송신된 공간 시간 블록으로의 정합에 의한 상기 수신측에서의 편광모드의 선택 및 상기 4개의 편광된 MIMO 채널 행렬들의 추정; ㆍ각각의 클러스터의 내부의 상기 제1 노드들의 로컬라이제이션 및 오리엔테이션과 무관한 추정; ㆍ상기 공-편광된 MIMO 채널 행렬들로부터의 다중통로 신호들의 영향을 제거하기 위해 상기 4개의 추정된 편광된 MIMO 채널 행렬들의 결합; ㆍ상기 수신측에서의 나쁜 영향을 주는 다중통로 신호들을 특징지우는 방위 및 상승각들 및 상기 송신측에서의 출사 다중통로 신호들을 특징지우는 방위 및 상승각들을 추정하기 위해 교차 편광된 채널상의 상기 추정된 MIMO 채널 행렬들의 사용을 수행한다.

Description

오리엔테이션 및 위치 결정 시스템{Orientation and Localization System}

본 발명은 일반적으로 무선 시스템에서의 위치 조정에 관한 것으로, 특히 가시선(Line of Sight, LOS)을 검출하고 모빌 노드의 위치 결정 및 오리엔테이션 추정치들을 전달하기 위해 시간, 편광 및 공간 다이버시티와 결합하는 공간 여파 능력을 갖는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템에 관한 것이다.

이러한 시스템은 신뢰성 있는 목표물의 위치 결정 및 오리엔테이션의 추정치들을 전달하는데 유용하다. 이 시스템은 상기 목표물, 상기 위치 결정 및 오리엔테이션 탐색의 주체인, 이 위치 조정 무선지국과 직접적인 가시선을 공유하지 않는 다중 통로 무선환경에서나 또는 위치시키기 위한 목표물과 위치조정 기지국 사이에 최소한 1개의 가시선이 있는 무선 환경에서 사용될 수 있다. 상기 시스템은 내부 및 외부 환경에서 동작할 수 있다. 또한, 이것은 간섭 경감 및 용량 개선과 같은, 다른 무선 네트워크 서비스들용으로 유용한 공간 여파 솔루션들을 제공한다.

원격 물체의 위치 결정은 중간 릴레이 노드들의 상대적인 위치 결정 및 오리엔테이션에 관한 중간 매개변수들을 필요로 한다. 이 경우, 릴레이 노드들의 상대적인 위치뿐만 아니라 그들의 상대적인 오리엔테이션을 완전히 아는 것이 중요하다.

위의 종류의 오리엔테이션 탐색장치는 애드혹 네트워크(ad hoc network)에 관한 특허문서 EP 제11617601호로부터 알려져 있다. 이 특허문서에 개시된 이 시스템은 이들 네트워크들이 필요로 하는 위치 조정정보를 제공하는데 목적을 두고 있다.

다른 응용분야는 온도, 염도...와 같은 주어진 영역에 관한 몇가지의 물 매개변수들과 또한 바람의 강도 등과 같은 다른 대기 매개변수들을 측정하기 위해 바다의 보이는 곳에 떠 있는 해양 부양장치들의 클러스터들에 관한 것이다. 이들 부양장치들의 지리학적 오리엔테이션은 궤도 입안의 관점에서 조심스럽게 고려되어야 한다.

본 발명의 목적은 종래보다 더 나은 기능을 갖는 장치를 제공하며, 특히 다수의 액세스 포인트들이나 앵커 포인트들을 필요로 하지 않고서도 목표물들의 오리엔테이션을 제공하는 것이다. (GPS 위성이 삼각측량에 사용되고 있다)

본 발명에 따르면, 상기 시스템은 이 시스템이 최소한 다음의 과제들을 실현하는 점에서 현저하다:

ㆍ 쌍을 이루지 않은 송신기-수신기 원편광(circular polarization) 모드들에 해당하는 교차 편광된 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 행렬을 추정함으로써 다중통로 신호 검출 및 비가시선(Line of Sight, NLOS) MIMO 채널 추정. 송신기와 수신기가 서로 상대적으로 불량하게 오리엔테이션될지라도 가시선을 통해 전송될 때, 원편광 모드는 변할 수 없기 때문에 이 추정 과정은 그 자체의 다중통로 여파를 나타낸다.

ㆍ 송신기 측에서와 수신기 측에서의 편광이 동일한 링크 프리젠팅 상에서 추정되는 공(共)-편광된 MIMO 행렬에 대한 다중통로 영향을 제거함으로써 LOS 부-채널 여파 과정. 이 여파 과정은 NLOS 경우에서처럼 자연스럽게 실현될 수 없으며, 그 이유는 이 여파가 알고리즘에 의해 실현되기 때문이다.

ㆍ 타이밍 동기화를 사용하여 적시에 분리될 수 없는 노드들의 집합의 위치 결정 및 오리엔테이션에 무관한 추정.

ㆍ 쌍을 이루지 않은 원편광에 해당하는 2개의 교차-편광된 MIMO 행렬와 2개의 쌍을 이루지 않은 원편광에 해당하는 2개의 공(共)-편광된 MIMO 행렬의 추정.

ㆍ 한편으로 시간 영역에서의 처음의 여파 단계를 실현하고, 다른 한편으로 상기 4개의 MIMO 행렬를 추정하기 위해 의도된 편광 시공간 블록 코드들을 사용하여 시공간 편광.

ㆍ 상기 추정된 편광 MIMO 행렬를 사용하여 도달 방향(Direction of Arrival, DOA), 입사파의 경사각(Tilt Angle of ONcoming wave, TAON), 출발 방향(Direction of Departure, DOD) 및 출사파의 경사각(Tilt Angle of OUTgoming wave, TAOUT)의 추정.

ㆍ 그들의 상대적인 다중 편광 종속 공간 스펙트럼을 결합함으로써 MUSIC 이나 MVR 와 같은 고해상도 대수의 개선.

ㆍ 비가시선이 위치조정 무선 기지국과 목표물 사이에 유용할 때, 위치 결정 및 오리엔테이션 동작에 예속되는 위치 결정 및 오리엔테이션 탐색 부-시스템. 이 부-시스템은, 또한, MIMO 나 다중 편광 동작들이 행해질 수 없는 기술 제한 무선지국들에 대해 유용하다. 또한, 통로 손실 위치 결정 방법들에서, 이방성 안테나들의 문제는 노드들 간의 거리의 오차의 추정을 야기시키기 때문에 그것은 심각한 문제를 야기시킴을 유의해야 한다. 그 이유는 최종 통로 손실이 송신 안테나의 이득과 수신 안테나의 이득 모두에 비례한다는 사실에 기인한다. 또한, 상기 이득들은 안테나들의 오리엔테이션에 의존한다. 이것은 단일 이득 균등화를 통해 이방성 효과로부터 수정하는 것을 어렵게 한다. 이 제안된 부-시스템은, 또한, 이들 특정한 문제들에 대한 해결책이다.

본 발명의 중요한 특징은 낮은 비트 오차비율을 요구하는 정보를 전송하기 위해 여파된 공(共)-편광된 MIMO 행렬을 사용하고, 덜 양호한 품질을 요구하는 정보를 위한 교차-편광된 행렬을 사용하는 가능성이다.

반사파들의 적합한 여파는 편광 그 자체에 의해 제공된 자연적인 여파를 개선시키는 방식으로 수행된다는 점에 유의해야 한다.

본 발명은 이제 첨부도면들을 참조하여 예들에 의해 설명될 것이다:
도 1(a)는 편광 다이버시티 능력을 갖는 MIMO 시스템이 적용될 수 있는 무선 부-시스템을 도시한다.
도 1(b)는 본 발명에 따른 위치 결정 및 오리엔테이션 추정 MIMO 및 편광 기반의 부-시스템에 해당하는 블록도이다.
도 1(c)는 본 발명에 따라 사용될 수도 있는 무선 전단의 예를 도시하는 블록도이다.
도 1(d)는 전송된 파들과 네트워크에서의 모빌 노드들 사이의 방향의 그르침에 대한 다중통로 채널의 효과를 도시한다.
도 1(e)는 사용자 클러스터링 및 신호 검출의 원리를 도시한다.
도 1(f)는 공간 검출 및 채널 여파 블록들을 강조하는 반복적인 위치 오리엔테이션 과정의 고레벨 설명을 도시한다.
도 1(g)는 채널 여파없는 도착 스펙트럼의 각을 도시한다.
도 1(h)는 다중통로 성분들의 여파후 도착 스펙트럼의 각을 도시한다.
도 1(i)는 최소 변화 검출 대수의 주요 성분들을 도시한다.
도 1(j)는 MUSIC 검출 대수의 주요 성분들을 도시한다.
도 1(k)는 짝을 이룬 대수의 주요 성분들을 도시한다.
도 2는 이방성 이득을 갖는 단일 안테나들이 위치 결정 및 오리엔테이션 탐색 동작에 예속되는 각 목표물에 사용되는 위치 결정 및 오리엔테이션 탐색 부-시스템을 도시한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1(a)는 결합된 공간 다이버시티 및 편광 다이버시티가 사용될 수 있는 위치 결정 및 오리엔테이션 부-시스템의 한 예를 도시한 도면이다. 상기 위치 결정 및 오리엔테이션 부-시스템은 많은 센서들의 클러스터들(CSl, CS2, CS3 ...) 및 많은 고정 노드들(FNl, FN2, FN3)을 포함한다. 본 발명의 목적은 임의의 클러스터나 고정 노드들로부터 고려된 모든 노드와 클러스터의 오리엔테이션 및 위치를 찾는 것이다. 도 1(a)에서, 각각 근원들(P(O), P(I), P(2)...)을 갖는 기준 시스템들(ui⁽¹⁾ u₂ ⁽¹⁾, u₃ ⁽¹⁾, u/²⁾ u₂ ⁽²⁾, u₃ ⁽²⁾ , Ui⁽³⁾ u₂ ⁽³⁾, u₃ ⁽³⁾)은 클러스터들(CSl, CS2, CS 3, ...)로 할당된다. 이들 기준 시스템들은 고정 노드들(FNl, FN2, FN3, ...)의 기준 시스템에 상대적으로 이동할 수 있다.

도 1(b)는 상기 클러스터들 및 고정 노드들에 내장된 무선장치 세트의 몇 개의 세부장치들을 도시한다. 상기 장치는 위치 서버(LS)(25)를 통해 위치 및 오리엔테이션(LO) 정보를 공유하는 1세트의 오리엔테이션 무선 기지국들(11, 12, 13, 14)을 포함한다. 상기 모든 무선 기지국들(11, 12, 13, 14)은 동일한 구조를 가질 수 있다. 도 1(b)에서만, 상기 기지국(11)은 보다 자세히 도시되어 있다. 이 기지국의 무선부분(PRS)은 아날로그 고주파수 변조 및 여파를 위한 무선 전단(RFE)(23) 및 언제든지 전자기 우측 원편광(RHCP)이나 좌측 원편광(LHCP)파들(25)을 송신 또는 수신할 수 있는 제어 가능한 편광 무선구조(CPRS)로 구성된다. 상기 PRS의 기저대역 부분은 CPRS의 내부의 임의의 집합의 안테나들의 편광 상태(RHCP 또는 LHCP)를 선택할 수 있는 편광 컨트롤러(PC)(26), MIMO 편광 채널 추정(PCE) 모듈(27), 및 위치 및 오리엔테이션 탐색기(LOF)(28)를 포함한다.

도 1(c)는 장치(11)의 보다 자세한 구조를 도시한 도면이다. 상기 장치는 다양한 편광파들을 수신할 수 있는 안테나들(AGl,..., AGg)의 집합의 뱅크들을 포함한다. 각 뱅크는 3개의 원편광 안테나들의 1개 또는 몇 개의 집합들로 구성된다. 예를 들어, 상기 뱅크(AG1)는 최소한 3개의 안테나 성분들(33, 34, 35)을 포함한다. 각 집합 내의 상기 안테나 성분들은 다음의 3개의 축들에 오리엔테이션된다. 이들 축들의 위치를 나타내는 단위 기본 벡터들 x, y, 및 z 은 치수 1, 2, 또는 3의 기본을 형성한다. 이러한 기본의 3개의 치수들 및 이들 단위 벡터들 사이의 완전한 직교성은 실제로 달성되기는 어렵지만 선호된다. 후자의 경우, 송신기 안테나 및 수신기 안테나 배열에서의 무선 시스템은 좌측 원편광(LHCP) 또는 우측 원편광(RHCP)의 복사나 검색을 각각 가능하게 하는 완전한 편광 시스템을 사용한다고 한다.

선형 안테나 배열구조에 사용될 때, 주어진 축을 따른 상기 구조는 동일한 집합내의 일정한 성분 간의 간격(d_e)과 일정한 집합 간의 간격(d_g)을 유지하면서 주기적으로 반복된다. 구성에 의해, 만일 상기 간격(d_g)이 반파장의 배수라면 다른 집합들에 속하는 안테나 성분들 간의 상호관계나 결합이 없다.

송신기측 및 수신기측에서의 상기 안테나 배열은 상기 무선구조의 완전성 및 LHCP 및 RHCP 신호들간의 직교성이 구성된 빔 형성기들간의 완전성 및 직교성을 통해 보존되는 편광된 MIMO 시스템의 형성을 가능하게 한다.

도 1(c)는 그 어떤 하드웨어 자원들도 모든 편광 모드들의 병렬 검출을 달성하는데 유용하지 않을 때, 주어진 시간을 수신하기 위해 편광을 선택하는 편광모드 선택모듈(37)을 도시한다. 저잡음 증폭기(38), 국부 발진기(39), 아날로그 디지털 변환기(40) 및 기저대역 정형필터(41)로 구성된 상기 무선 전단의 상기 메인 RF 성분들도 역시 제공된다.

또한, 도 1(c)는 상기 무선 전단과 파일럿 심벌들(pilot symbols)의 비간섭 검출, 채널 추정 및 위치-오리엔테이션 탐색(42)을 실현하는 주요 기저대역 모듈들 간의 상호연결을 도시한다.

도 1(d)는 다중-통로 전달의 한 예를 위한 도식적인 도면이다. 도 1(d)는 몇 개의 노드들 P(O), P(1), P(2) 및 P(3)을 도시한다. 기준점들 Pthl, Pth2, Pth3 및 Pth4 은 노드들 P(O)와 P(1) 사이의 몇 개의 전달 통로들을 나타낸다. P(O)와 P(2) 사이에는 직접적인 링크가 없다는 점에 유의해야 한다. 이들 노드들 중 각각에 대해, 좌표 시스템은 부착되어, 평가되는 모든 오리엔테이션 및 위치 매개변수들은 이 위치 좌표 시스템으로 언급된다. 이 도 1(d)는 다중통로 무선채널 및 오(誤)-오리엔테이션(53)의 도식적인 표기를 도시한다. 상기 표기는 LOS가 모든 쌍들의 노드들에 대해 대개 존재하지 않으며, 이러한 상황에서 다른 하나의 노드에 대해 상대적인 노드의 오리엔테이션은 에드혹 모드(ad hoc mode)(54)를 사용하여 계산될 수 있음을 나타낸다. 상기 노드

가 편광 상태(q)상에서 수신하고, 상기 노드

가 상기 편광 상태(q)상에서 전송할 때, 임의의 링크

의 광역(WB) 채널 응답은 상기 링크

에 해당하는 Mr^(q)x Mt⁽ ^q' ⁾MIMO 채널 행렬로 표기된다. 이러한 행렬은:

여기서:

(각각,

)은 수신기(각각 송신기) 측에서의 스티어링 벡터(steering vector)이다. 위첨자 H는 헤르미이트 공액 (Hermitian conjugate)을 의미한다.

상기 기호

은 경사각을 의미한다. 상기 시간 변수

은 상기 노드들

및

과 파(i)의 이동시간 사이의 동기적인 지연을 포함한다.

은 통로 (i)를 따른 채널 이득을 나타내며, 전송된 편광상태 (q')와 수신된 편광상태(q)에 해당하는 복소수이다. 상기 링크

의 LOS를 따라, 상기 채널 이득은 다음의 성질을 갖는다.

여기서,

은 2개의 노드들 사이의 거리와

에 의존하는 복소수 통로손실 요소이다.

LOS가 상기 링크

상에 존재한다고 가정하면, 상기 노드

에 대해 상대적인 상기 노드

의 오리엔테이션은 위그너 행렬(Wigner matrix)에 의해 완전하게 표시된다:

여기서,

및

은 해당 오일러 각들(Euler angles)이다.

송신기측 및 수신기측에서의 상기 안테나 배열은 상기 무선구조의 완전성 및 LHCP 및 RHCP 신호들간의 직교성이 구성된 빔 형성기들간의 완전성 및 직교성을 통해 보존되는 편광된 MIMO 시스템의 형성을 가능하게 한다. 주어진 편광상태(RHCP 또는 LHCP)(q)에 대한 축을 따른 안테나들의 집합에 대한 상기 스티어링 벡터는 다음과 같이 주어진다:

여기서:

은 편광 의존 스티어링 벡터이다. 작은 이중 전자기 다이폴에 대해, 이 스티어링 벡터는 다음의 식으로 주어진 일정한 복소수 스칼라 다이폴까지의 값이다.

에서의 q 인자는 안테나의 집합

이 고정된 편광상태 q 에 배타적으로 할당될 수 있음을 상기시키는 것이다. 이것은 상기 안테나 구조가 크기 제한이 없는 기지국의 안테나 구조일 때의 경우일 수도 있다. 스위치 집합이 PC의 동작하의 편광상태 q 상에서 켜진 후, 상기 만일 동일한 안테나 집합이 RHCP 또는 LHCP 안테나에 의해 사용되면, 상기 q 인자는 생략될 수도 있다.

전체 세트의 안테나들의 스티어링 벡터는 다음의 식으로 주어진다.

도 1(e)는 동기화 단계에서 클러스터링하는 모빌 노드들에 대한 절차를 도시한다. 임의의 수신기(1')에 의해 보여진 다중 사용자 MIMO 네트워크는 1 = 1,..L 에 의해 색인된 1세트의 노드들 및 시간 기호들 nT 에서의 전송신호로 구성된다. 이들 노드들은 수신기의 동기화 모듈에 의해 한정수의 클러스터들(55)로 분리된다. 각 클러스터는 한정수의 송신기들, 동일한 시간 기호(56) 동안 수신기 측에서의 동일한 클러스터 누락에 속하는 상기 노드들에 의해 전송된 파들의 처음 도달시간 (TOA)을 나타낸다. 주어진 클러스터에 속하는 L 노드들에 대해, 상기 편광상태 (q')가 모든 클러스터 노드들에 의해 전송될 때, 상기 편광상태(q)에서의 수신된 MIMO 신호 행렬은 다음의 식에 의해 주어진다.

여기서, 동일한 시간 기호 내의 L 사용자들 사이의 TOA 차이와 여파 이득에 기인하는 샘플링 이득이 채널 계수 이득의 일부로 가정된다.

이 표현에서,

은 다중통로 간섭신호들 및 열잡음으로부터 기인하는

잡음 행렬이다.

은 다음의 성질을 갖는 주기적인 이상(異相)의 상관관계 함수들을 갖는 상보성 코드 세트로부터 취해질 수도 있는 파일럿 블록들(p -ilot blocs)이다:

여기서,

은 행렬

의 임의의 반복된 코드를

기호들만큼 지연시키는 편이 연산자이며,

은

단위 행렬이다.

정보를 방송하기 위해 할당된 파일럿 채널은 MIMO 채널 매개변수들의 추정을 위해 필요하다. 다중 안테나 구조가 얼마나 방대한가에 의존하여, 2개의 신호 구조들이 사용될 수도 있다:

■ 각 전송기가 특정 시간간격 동안 4개의 이중-모드 채널 행렬들

중 하나를 추정하기 위해 의도된 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 전송하도록 허용된 모노-모드 신호처리 구조.

■ 각 전송기가 2개의 기호 블록들을 병렬로 전송하여 수신기가 동일한 시간간격 동안 2개의 이중-모드 채널 행렬들을 추정할 수 있는 이중-모드 신호처리 구조.

같은 장소에 배치된 전자기 안테나들이 장착되어 있으며, 이러한 종류의 안테나들 사이의 신호처리 구조들을 사용하는 MIMO 시스템의 파일럿 채널은 상기 파일럿 채널에 의해 전송된 신호

에 의해 표현될 수 있으며, 여기서, p(각각 p')는 수신기측(각각, 송신기측)에서 사용된 편광의 형태를 특징화시키는데 사용된 지수이다. 1세트의 N 개의 안테나들의 편광상태를 인식하는 관례는 다음의 식에 따라 사용된다:

여기서, p_n 은 만일 안테나 번호 n 이 편광상태 0(전기적으로 편광되었거나 우측 원편광됨)에 있다면, 0의 값을 취하는 안테나 번호 n의 편광상태이며, 만일 상기 안테나가 편광상태 1(자기적으로 편광되었거나 우측 원편광됨)에 있다면, p_n의 값은 p_n=l 이다.

관심의 경우들은 유사하게 편광된 안테나들의 경우에 해당한다. 이러한 경우에서, 만일 모든 N 개의 안테나들이 전기적으로 편광되거나 우측 원편광되면 p=0 이고, 만일 모든 안테나들이 자기적으로 편광되거나 좌측 원편광되면 p= 2^N -1 이다. 이러한 관심의 경우들만이 고려될때, 그것은 p=0 대신 광표기법 p=q=-l 그리고 p= 2^N-1 대신 p=l 을 사용하도록 만들어질 수도 있다.

전자기 편광된 안테나들 사이의 MIMO 채널 응답의 경우를 원편광된 안테나들 사이의 MIMO 채널 응답의 경우와 구별하기 위해, 첫번째 경우에서의 상기 MIMO 채널 응답은 H'으로 표기되며, 두번째 경우에서의 상기 MIMO 채널 응답은 H 로 표기된다. 전자기 편광된 안테나들이 접속의 양측에서 사용될때, 상기 편광상태 p' 이 모든 클러스터 노드들에 의해 전송될때의 상기 편광상태 p 에서의 수신된 신호 행렬은 이 경우에 다음의 식으로 주어진다.

여기서,

은 부가 잡음이다.

광 표기법 관례를 사용함으로써, 상호관계가 2개의 종류의 편광의 MIMO 채널 응답 사이에 다음과 같이 설정될 수 있다:

이들 변환들은 전자기 편광된 안테나로부터 원편광된 MIMO 채널 행렬을 추정하는데 사용될 수 있다. 상기 전자기 채널 응답은 상기 파일럿 채널을 따른 송신기측에서의 편리한 시간 편광 다이버시티를 사용하여 다른 시간 간격으로 추정될 수 있다.

상기 기호 블록들을 제거하기 위해 의도된 상기 채널 추정모듈은 위치 탐색과정 이전에 사용되며, 상기 기호들은 최대공산(最大公算) 검출기에 의해 제거된다.

상기 결과의 교차-편광된 채널 행렬들은 다른 전송된 그리고 수신된 편광 상태들(q=-q')에 의해 특징지워진다. 그것들은 다음의 식에 의해 주어진다.

상기 결과의 공(共)-편광된 MIMO 행렬들은 유사한 전송된 그리고 수신된 편광 상태들(q = q')에 의해 특징지워진다. 상기 공(共)-편광된 MIMO 행렬들은 다음의 식에 의해 주어진다:

여기서, 은 공분산 행렬(共分散行列)R_n을 갖는 제로 민(zero mean) 그리고 정상적으로 분산된 변수들이다. 행렬

은 외관 방향

에서의 스티어링 행렬을 나타낸다. P^(d) 는 LOS 파들의 복소수 채널 이득들을 포함하는 대각선 행렬이고,

은 다중통로 파들의 복소수 채널 이득들을 포함하는 행렬이며,

은 송신기측에 경사 대각선 행렬을 제공하는 대각선 행렬이다.

만일 채널 상호관계가 입증되면, 상기 다중통로를 따른 상기 채널 행렬은 다음과 같이 씌여질 수 있다:

여기서,

은 송신기 및 수신기에서의 편광상태들이 유사할때의 다중통로들의 복소수 채널 이득들을 포함하는 행렬이며,

은 2개의 대각선 행렬들이다. 이러한 항등식은 상호 채널을 따른 전력보전 성질을 보장하며, 즉,

.

도 1(f)에 관해 설명하자면, 각각의 클러스터에 상대적인 튼튼한 위치 및 오리엔테이션 탐색기는 다음의 모듈들로 구성된다:

■ 교차-편광 모드에서 수집된 상기 채널 행렬 차수에 관한 정보에 근거한 최상의 추정방법을 선택하는 대수 선택기 모듈(67).

■ 유용한 소프트웨어 및 하드웨어 자원들과 같은 내부 시스템 정보.

그러므로, 만일 상기 채널 수적 자원들이 유용하면, ML 추정방법이 선택될 수도 있다. 이 방법은 스케일 공산함수의 최대치들을 찾는 단계를 포함한다.

여기서, f 는 다중통로 파들의 수와 같은 크기와 다음의 성분들을 갖는 벡터이다.

C 는 다음의 식에 의해 주어진

행렬이다:

채널 계수 대각선 행렬

의 ML 추정치는 다음의 식에 의해 주어진다:

상기 ML 추정방법은 막대한 계산 자료들을 필요로 하기 때문에, 상기 MUSIC 및 MV 기반 방법들은 대신에 사용될 수 있다. 상기 MUSIC 대수를 묘사하는 설명은 다음에서 찾을 수 있다:

- R. O. Schmidt, "다중 에미터 위치 및 신호 매개변수 추정(Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation)", IEEE Trans. Antennas Pro -pagat, Vol.AP-34, No.3, pp.276-280, Mar. 1986.

그리고, MV 대수의 설명은 다음에서 찾을 수 있다:

-J. Capon, "고해상도 주파수-파수(波數) 스펙트럼 분석(High-Resolution Fr -equency-Wavenumber Spectrum Analysis)" Proceedings of the IEEE, Vol. 57, pp.1408-1418(1969).

만일 교차-편광 모드들상의 평균 채널 행렬들이 둘다 차수가 없으면 상기 MUSIC 대수가 선택되는 반면, 만일 이들 행렬들이 완전한 차수이면 MVR 대수가 선택된다.

은 2개의 행렬들의 차수들의 최소치로 선택되는 이들 행렬들의 공통 차수를 표기한다.

다중통로 도달방향(DOA)(direction of arrival) 및 출발방향(DOD)(direction of departure) 추정모듈(68)은 최종 선택방법 절차에 근거하여 송신기측 및 수신기측에서의 방향 매개변수들의 추정을 달성한다.

상호관계 채널이 이들 통로들 중 임의의 통로에서 입증될 때마다 상기 추정된 도달각(AOA)(angle of arrival) 및 출발각(AOD)(angle of departure)을 이전 정보로 사용하는 다중통로 경사각 및 채널 이득 추정모듈(69)은 상기 경사각들뿐만 아니라 각 통로에서의 채널 이득들을 추정한다. 정말로, 상기 다중통로의 상기 DOA 와 상기 DOD 는 일반적으로 모든 편광 모드들에 대해 동일하기 때문에, 공-편광 모드들은 다중통로의 채널 이득과 함께 AOA, AOD 경사각들 및 LOS의 채널 이득들을 추정하는데 사용된다. 상기 교차 편광 모드들 상에서 이미 추정된 다중통로의 경사각들, DOA, DOD 는 다중통로 성분들을 여파하고 전체 신호를 공-편광 모드들상의 간섭 비율로 향상시키기 위한 이전 정보로서 사용된다. 이것들은 대수의 안전한 버젼에서 재추정될 필요가 없다. 이 모듈은, 또한, 각각의 추정된 DOA 각들에 대해, DOD 각들을 찾아서 쌍으로 이루어진 DOA/DOD 매개변수들이 송신기-수신기 링크의 양단에서의 특정 통로의 방향성들을 묘사하도록 하는 목적의 짝짓기 기능을 가진다.

DOA, DOD 추정치들 및 채널 이득들을 사용하여 공-편광된 MIMO 행렬들로부터 다중통로 채널 성분들을 제거하는 공-편광 채널 여파 모듈(70)은 공지의 MIMO 행렬들(71)과 함께 추정한다.

LOS, DOA 및 DOD 추정 모듈(72)은 상기 여파된 공-편광된 채널 행렬들을 사용하여 상기 LOS에 따른 AOA 와 AOD 를 추정한다.

LOS-다중통로 경사각들 및 채널 이득 추정모듈(73)은 LOS 와 공-편광된 MIMO 채널상의 다중통로 둘다의 채널 이득들 및 경사각들의 추정치들을 전달하기 위해 다중통로 및 LOS의 이미 추정된 DOA 및 DOD를 사용한다. 상기 모듈은, 또한, 상기 채널 이득 추정치들을 개선하기 위해 임의의 다중통로 파에 관한 채널 상호관계 정보를 사용한다.

수렴 테스트 모듈(74)은 다른 추정치들로부터 계산된 거리를 검토한다. 만일 수렴이 달성되면, 상기 추정된 경사각들, DOA 및 DOD는 오리엔테이션 위치 탐색기(75)로 전송된다. 오리엔테이션은 위그너 회전 행렬(방정식 4)을 계산함으로써 결정된다. 위치는 도달시간과 함께 방위각 쌍과 상승각들을 사용함으로써 계산된다. 그렇지 않으면, 새로운 추정된 매개변수들은 다중통로 성분들을 재여파하고 상기 방향 매개변수들의 더욱 양호한 추정치들을 얻기 위해 상기 공-편광 채널 여파 모듈에서 이전 정보로 사용된다.

기대 오차 추정기 모듈(76)은 SNR 및 채널 상태에 근거한 위치 및 오리엔테이션에 대한 기대된 오차들을 제공한다.

고차원의 MVR 기반의 대수는 LOS 및 다중통로 매개변수들을 추정하기 위해 모든 편광 모드들을 결합적으로 사용한다. 다중통로 파들의 수가 높지만, 전력은 LOS 파들보다 더욱 낮은때, 이러한 대수는 사용될 수도 있다.

도 1(g)는 임의의 다중통로 여파없이 찾아진 DOA 스펙트럼의 한 예를 도시한 도면이다. 상기 스펙트럼의 대수 스케일링은 상기 스펙트럼의 공간 변화를 분명히 구별하기 위해 사용된다. 전송기 및 LOS 자체처럼 강력한 파들을 갖는 다중통로 채널의 LOS에는 2명의 사용자들이 있다. 상기 대수는 상기 2명의 사용자들 중 임의의 사용자를 찾는데 실패한다.

도 1(h)는 3번의 반복 후에만 찾아진 DOA 스펙트럼을 도시한 도면이다. 2명의 사용자들은 이제 분명히 인식되며, 상기 대수는 이들 수회의 반복 후에야 정지될 수 있다.

도 1(i)는 MVR 대수에 근거한 스펙트럼 곱의 블록도이다.

이 대수는 각각 특정의 편광된 MIMO 채널에 해당하는 2개의 행렬들의 자체 상호관계에 의해 각각 얻어진 2개의 상호관계 행렬들을 사용한다. 그러므로, 만일 편광 모드들이

와

이면, 상기 상호관계 행렬들은 수신 상호관계 행렬

이거나 송신 상호관계 행렬

이다. 상기 송신 상호관계 행렬은 송신기 측에서의 채널 매개변수들, 즉, AOD의 세트, 경사각들, 을 추정하는데 사용되는 반면, 상기 수신 상호관계 행렬은 AOA의 세트를 추정하는데 사용된다.

다중통로 DOA, DOD 및 경사각들을 추정하기 위해, 상기 편광 모드들

및

이 사용된다. 상기 공-편광 모드들 상의 LOS DOA, DOD 및 경사각들 및 다중통로 채널 이득들이 모두 추정될 때, 상기 공-편광 모드들

및

이 사용된다.

상기 상호관계 행렬들은 "수신 상호관계 행렬들" 또는 "송신 상호관계 행렬들"(87)이다. 상기 "수신 상호관계 행렬들"의 쌍들은 각각

및

에 의해 주어지는 반면, 상기 "송신 상호관계 행렬들"의 쌍은

및

에 의해 주어진다.

제2 단계에서, 표준 MVR 대수는 DOA에 대한 2개의 MVR 스펙트럼(88) 또는 DOD에 대한 2개의 MVR 스펙트럼을 제공하기 위해 2개의 편광 모드들에 적용된다. 주어진

편광 모드에서의 상기 MVR 스펙트럼은 다음의 식으로 주어진다.

상기 MVR 빔 형성기상의 제한은

및

을 통해 표현된다. 이것들은 실제의 방향 DOA나 DOD을 주시하는 동안의 관심의 편광 모드상의 전력의 최대치와 수직 편광 모드상의 0 의 전력을 둘다 표현하며, 주로,

및

이다. 여기서,

은 외관 방향

에서의 최대 이득이다.

제3 단계에서, 공통 MVR 스펙트럼은 2개의 편광 모드들(89)상의 MVR 스펙트럼의 곱을 사용하여 계산된다.

스펙트럼 덧셈도 마찬가지로 사용될 수도 있다. 이러한 곱의 장점은 그 합에 비교된 그 곱에 의해 표시된 더욱 좁은 반전력 빔폭(HPBW)이다.

각들의 DOA(또는 DOD) 쌍들은 내림차순(90)으로 분류된 공통 MVR 스펙트럼의 국부적인 최대값들에 해당하는 각들의 제1

쌍들이다.

도 1(j)는 MUSIC 기반의 대수를 도시하는 도면이다. 이 대수는 각각 특정의 편광된 MIMO 채널에 해당하는 2개의 행렬들의 자체 상호관계에 의해 각각 얻어진 2개의 상호관계 행렬들을 사용한다. 제1 단계에서, 송신기 측에서의 신호 공간 및 잡음은 분리된다(91). 상기 공통으로 사용된 표기법을 사용하여

편광 모드상의 채널 행렬의 SVD 분해는 다음과 같이 씌여질 수 있다:

특히, 송신기 측에서의 잡음 공간은 DOD를 추정하기 위해 사용되는 한편, 수신기 측에서의 잡음 공간은 DOA를 추정하기 위해 사용된다. 이들 잡음들은 각각 다음의 식으로 주어진다:

그리고

상기 잡음 공간(92) 성분들에 대한 평균값은 다음의 식을 통해 얻어진다.

그리고

제2 단계에서, 표준 MUSIC 대수는 2개의 송신 MUSIC 스펙트럼(93)

및

, 또는 2개의 수신 MUSIC 스펙트럼

을 제공하기 위해 적용된다.

제3 단계에서, 공통 MUSIC 스펙트럼은 2개의 교차 편광 모드들 상의 MUSIC 스펙트럼의 곱을 사용하여 다음과 같이 계산된다:

이전의 경우에서처럼, 스펙트럼 덧셈도 마찬가지로 사용될 수도 있다. 본 발명의 특징에 따르면, 이 곱의 장점은 그 합에 비교된 그 곱에 의해 표시된 더욱 좁은 반전력 빔폭(HPBW)이다.

각들의 DOD(또는 DOA) 쌍들은 내림차순(94)으로 분류된 공통 MUSIC 스펙트럼의 국부적인 최대값들에 해당하는 각들의 제1

쌍들이다.

도 1(k)는 채널 이득들 추정 모듈들을 포함하는 주요 블록들을 도시한 블록도이다. 각각의 다중 통로의 이득을 추정하는데 사용될 때, 상기 모듈은 채널 상호관계의 테스트를 포함하는 부가적인 업무를 실현한다. 상호관계 테스터(105)는, 주어진 AOA 와 AOD 세트 및 교차 편광 모드상의 평균 채널 행렬들에 근거하여, 추정되는 채널의 복소수 이득들이 개별적으로 상호 채널에 상응하는지의 여부를 검사할 수 있다. 상기 채널 상호관계 테스터는 다음의 식을 통해 2개의 대각선 행렬들

및

의 제1 추정을 제공한다.

그런 다음, 미터법이 상기 계산된 대각선 행렬들 사이의 거리를 측정하기 위해 사용된다. 간단한 방법은 상대적인 오차를 사용하는 것이다:

만일 오차가 작은 고정값보다 작으면, 상기 채널은 상호적이며 2개의 대각선 행렬들

및

의 보다 양호한 추정치들은 각각 경사 행렬

(107) 과 대각선 공통 채널 이득 행렬

(108)을 다음의 식에 따라 추정함으로써 제공될 수 있다.

그리고

이 모듈을 포함하는 다른 블록들은 다음과 같다:

ㆍ AOD 쌍들

의 세트의 모든 가능한 순열을 발생시키는 순열 블록(106).

ㆍ AOD를 각각의 AOA에 결합시키는 결합 결정 모듈(109). 정말로, 도달각들 및 출발각들은 독립적인 방식으로 추정된다. 상기 결합은 송신기 및 수신기에 의해 보여진 물리적인 통로를 재구성한다. 상기 결합 동작은 주어진 판단 기준의 최적화에 근거한다. 이러한 판단 기준의 예들은 로그 근사함수의 최대화 또는 재구성된 채널 행렬 및 실제의 잡음 행렬 사이의 거리의 최소화이다.

상기 여파 과정은 상기 채널 행렬들

을 LOS 및 NLOS 행렬들로 분리시키도록 가능하게 했다. 상기 LOS를 따른 상기 AOA는 최소한 1개의 프레임 동안 고정된 것으로 고려될 수 있으며, 상기 NLOS를 따른 상기 AOA는 덜 정적이지만, 사람은 최소한 1개의 프레임 동안 그것들을 고정되게 유지시킬 수 있다. 한편, 다른 매개변수들은 환경 변화에 기인하여 변하고 있으며 재추정될 필요가 있다. 이것은 고정된 기지국 측에서의 오리엔테이션-위치 검출 대수의 단순화 방법을 제공한다.

도 2는 이방성 이득들을 갖는 단일 안테나들이 위치 및 오리엔테이션 탐색 동작에 예속되는 각 노드(110)(도 2상의 회전된 노드)에 사용되는 부-시스템의 한 예를 도시한 도면이다. 특히:

ㆍ 이 부-시스템은 삼변 측량 위치 결정방법들을 개선하기 위해 안테나 각 전력 이득 프로필의 장점을 갖는다.

ㆍ 이 부-시스템은 안테나 오리엔테이션 추정을 제공하기 위해 안테나 각 전력 이득 프로필의 장점을 갖는다.

ㆍ 이 부-시스템은 무선 기지국들(111)(표기들)의 위치들 및 오리엔테이션들이 오리엔테이션 매개변수들을 추정하기 위해 오리엔테이션 매개변수 그리드에 대한 검색과 함께 이미 공지된 삼변 측량 기반 대수를 실행한다. 거리는 검색 동안 더욱 양호한 솔루션을 유지하기 위해 사용된다. 게다가, 구배 대수(gradient algor -ithm)나 EM 대수와 같은 다른 방법들에 의한 오리엔테이션 및 위치의 결합된 추정은 특정 대수로서 표현될 수도 있다.

삼변 측량 기반 대수를 위한 도구들 및 설정들:

ㆍ 다른 L 노드들로부터 수신된 전력들:

ㆍ 다른 노드들의 위치들:

ㆍ 송신 위치조정 무선 기지국들(110)에서의 안테나 각 전력 이득 프로필(1 12)

, 여기서,

은 출사파의 방향이며, 2D 평면에서의 편각(偏角)들이나 3D 공간에서의 구면각(球面角)들에 의해 매개변수화될 수 있다.

ㆍ 임의의 회전

전의 수신기 노드(111)의 안테나 각 전력 이득 프로필(113).

ㆍ 회전이 3D 공간에서 유지될 때의 오일러 각들의

개의 세쌍둥이들의 세트 또는 2D 평면에서의 회전에 대한 단위 원상의

개의 각들의 세트로 구성된 오리엔테이션 그리드

.

ㆍ 채널 이득들:

. 이것들은 일반적으로 다음과 같이 표현될 수 있다:

o

, 여기서,

와

은 2개의 양의 정수들이다.

ㆍ 입력들로 H 와 M의 매개변수들의 세트를 갖고 출력으로 위치 좌표들

을 갖는 고전적인 삼변 측량 대수.

대수:

초기화: 초기 거리

를 높은 값으로 고정하고 수렴 거리

를 고정시킨다.

ㆍ 그리드

에 대한 검색을 실행

o 각각의

에 대해, 다음의 초기화를 실행한다.

■ 임의의 세트의 통로 손실 매개변수들

을 선택

■ 국부 매개변수들을 다음으로 초기화:

■

와 M으로부터 L 노드들 쪽으로의 방향들을 계산

■ 수신 노드에서의 방향 이득 세트를 계산:

■ 새로운 전력들을 계산:

, 여기서,

■ 계산된 전력들과 수신된 전력들 사이의 평균 거리를 계산:

■ End=0

■ End=0 일 동안, 반복

ㆍ

및

ㆍ

및

으로부터 새로운 위치 매개변수들을 계산:

ㆍ

및

으로부터 L개의 노드들 쪽으로의 방향들을 계산

ㆍ 수신 노드에서의 방향 이득 세트를 계산:

ㆍ 새로운 전력들을 계산:

, 여기서,

ㆍ 중대함: 통로 손실 매개변수들을 다음으로 한정

ㆍ 중요함: 상기 송신 노드들을 한정된 통로 손실

을 갖는 송신 노드들로 감소시킴

ㆍ 새로운 거리를 계산

ㆍ 만일

이면, End= 1

o

을 만족하는 것을 그리드 상의 지수로 선택

상기 오리엔테이션을

및 해당 위치 매개변수로 추론

11, 12, 13, 14 : 무선 기지국들 23 : 무선 전단(RFE)
25 : 좌측 원편광(LHCP)파들 26 : 편광 컨트롤러(PC)
27 : MIMO 편광채널 추정(PCE)모듈 28 : 위치 및 오리엔테이션 탐색기
33, 34, 35 : 안테나 성분들 37 : 편광모드 선택모듈
38 : 저잡음 증폭기 39 : 국부 발진기
40 : 아날로그 디지털 변환기 41 : 기저대역 정형필터

Claims

ㆍ 직접적인 가시선(LOS), 각각의 무선파 경로를 공유하는 각 노드의 상대적인 오리엔테이션 및 상대적인 위치을 결정하며, 상기 가시선(LOS)을 포함하며, 도달방향(DOA) 및 수신 평광 뿐만 아니라 출발방향(DOD) 및 송신 편광에 의해 특징지워지고는 적어도 하나의 위치조정 무선 기지국으로서;
o 편광 선택-스위칭 능력을 갖는 다중 안테나 시스템;
o 오리엔테이션 및 위치 검출 능력뿐만 아니라 공간 여파 기능을 갖는 무선 송수신기;
를 구비하는 상기 위치조정 무선 기지국;
ㆍ 수신된 신호 벡터들 상에서 제1 여파 단계를 수행하며, 상기 여파 단계는 다른 벡터 세트들 상에서의 송신 노드들의 분류를 가능하게 하고, 각각의 벡터 집합은 거의 동일한 세기와 동일한 도달시간 성질을 갖는 벡터들의 컬렉션 부분 집합인 시간여파 모듈;
ㆍ 4중의 MIMO 채널 행렬들의 추정치들을 제공하기 위해 각각의 벡터 집합 상에서 동작하며, 상기 4중의 MIMO 채널 행렬들은 각각 유사한 원편광 모드들이 전송기측 및 수신기측의 모두에서 사용될 때 얻어진 1쌍의 공-편광된 MIMO 행렬들 및 다른 원편광 모드들이 전송기측 및 수신기측의 모두에서 사용될 때 얻어진 1쌍의 교차-편광된 MIMO 채널 행렬들을 포함하고, 공간 검출 알고리즘들로의 입력들인 수신 및 송신 상관관계 행렬들을 추정할 수 있는 MIMO 채널 행렬 모듈(71);
ㆍ 최상의 검출방법을 동작시키기 위해 다중경로 DOA 및 DOD 추정모듈(68)을 제어할 목적으로 교차-편광된 MIMO 행렬들 차수들 상에서 동작하는 모듈(67);
ㆍ 쌍을 이루지 않은 송신기 및 수신기 편광들에 해당하는 상기 4개의 직접적으로 추정된 상관관계 행렬들이나 상기 이전에 추정된 교차-편광된 MIMO 행렬들을 사용하여 추정될 수 있는 4개의 상관관계 행렬들 상에서 동작하는 다중통로 DOA 및 DOD 추정모듈(68)로서;
상기 1쌍의 수신 상관관계 행렬들은 쌍을 이루지 않은 2개의 다른 편광모드들 (RHCP-LHCP 및 LHCP-RHCP)에 대응되고, 도달각(AOA)의 다중통로 방위각-상승 쌍들의 추정치들을 발생시키고,
상기 1쌍의 송신 상관관계 행렬은 쌍을 이루지 않은 2개의 다른 편광모드들(RHCP-LHCP 및 LHCP-RHCP)에 해당하고, 출발각(AOD)의 다중통로 방위각-상승 쌍들의 추정치들을 발생시키며,
상기 편광 모드들 상에서 얻어진 AOA의 상기 2개의 추정된 집합 상의 신호 전력은 수신 편광-공간 스펙트럼을 형성하고, 다른 편광 모드 상에서 각각 얻어진 AOD의 상기 2개의 추정된 집합 상의 신호 전력은 송신 편광-공간 스펙트럼을 형성하며,
상기 다중경로 수신신호들의 2개의 편광-공간 스펙트럼을 각각 제공하는 MUSIC 또는 MVR 대수(또는 임의의 등가구조)를 실행하고,
2개의 수신 편광-공간 스펙트럼의 결합은 공통 수신 스펙트럼을 제공하고, 또한, 2개의 송신 편광-공간 스펙트럼의 결합은 공통 송신 스펙트럼을 제공하며, 상기 결합들은 스펙트럼들 사이의 덧셈, 곱셈 또는 임의의 다른 산술 연산이고, 특히, 곱셈 연산은 상기 스펙트럼의 질을 향상시키기 위해 사용되는 다중통로 DOA 및 DOD 추정모듈(68);
ㆍ 상기 다중경로 DOA 및 DOD 추정모듈(68) 및 상기 MIMO 채널 행렬 모듈(7 1)을 사용하는 다중경로 경사각 및 채널 이득 추정모듈(69)로서,
o 각각의 추정된 DOD 매개변수들에 대한 신호 강도 및 TAOUT;
o 각각의 추정된 DOA 매개변수들에 대한 신호 강도 및 TAON;
을 추정하며:
각각의 추정된 DOA 매개변수들에 대해 해당 DOD 매개변수들을 찾을 목적의 짝짓기 연산을 수행하여 상기 짝을 이룬 DOA/DOD 매개변수들이 송신 및 수신 링크의 양단에서의 특정 통로의 방향성을 묘사하도록 하는 다중경로 경사각 및 채널 이득 추정모듈(69);
ㆍ 상기 공-편광된 채널 행렬들로부터 다중통로 채널 성분들을 제거하는 공-편광된 채널 여파모듈(70)로서,
o 상기 다중통로 DOA 및 DOD 추정모듈(68)에 의해 제공된 상기 DOA 및 DOD 추정치들;
o 상기 MIMO 채널 행렬 모듈(71)에 의해 제공된 상기 공-편광된 MIMO 행렬들;
을 입력값들로 사용함으로써 다중통로 원래의 공-편광된 MIMO 행렬을 재구성하고,
상기 재구성된 공-편광된 MIMO 행렬을 사용하여 DOA/DOD 각들의 각 쌍에 대한 채널 이득 및 경사각들을 재추정하는 공-편광된 채널 여파모듈(70);
ㆍ 상기 공-편광된 채널 여파모듈(70)에 의해 제공된 상기 여파된 공-편광된 채널 행렬들 상에서 동작하며, LOS 경로들에 해당하는 방위-상승각들의 DOA 및 DOD 쌍들의 몇 개의 집합들을 전달하기 위해 상기 모듈(67)에 의해 이미 선택된 상기 MUSIC 또는 상기 MVR 대수를 실행하고, 다른 편광-공간 스펙트럼의 동일한 결합은 상기 다중통로 DOA 및 DOD 추정모듈(68)에서처럼 적용되는 가능성을 갖는 LOS DOA 및 DOD 추정모듈(72);
ㆍ 상기 LOS DOA 및 DOD 추정모듈(72) 및 상기 공-편광된 채널 여파모듈(70)에 의해 제공된 정보를 사용하여 상기 TAON 및 TAOUT의 각각의 LOS 상의 추정치들을 전달하며, 상기 LOS DOA, DOD, TAON, TAOUT은 상기 수신기의 기준 시스템에서 추정되는 LOS "다중경로 경사각 및 채널" 추정모듈(73);
ㆍ 인식된 LOS를 갖는 각각의 송신기의 위치 및 오리엔테이션을 결정하기 위하여 상기 LOS 다중경로 경사각 및 채널 추정모듈(73)에 의해 제공된 정보를 사용하고; 상기 공-편광된 채널 여파모듈(70), 상기 LOS DOA 및 DOD 추정모듈(72), 상기 LOS 다중통로 경사각 및 채널 추정모듈(73) 및 상기 시간 여파 모듈에 의해 제공된 정보를 사용하는 위치 및 오리엔테이션 탐색기(75);
를 포함하며, 직접적인 가시선(LOS)을 검출하고 모빌 노드들의 위치 및 오리엔테이션 추정치들을 전달하기 위해 시간 편광 및 공간 다이버시티를 결합하는 공간적인 여파 능력을 갖는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 송신기-수신기 오리엔테이션 회전 행렬 추정은 상기 송신기 및 상기 수신기가 서로 상대적으로 방향 감각을 잃을 때, 상기 송신기 및 상기 수신기가 동일한 가시선(LOS)을 공유할지라도, 상기 송신기의 기준 시스템에서의 상기 DOD 쌍 및 상기 TAOUT은 일반적으로 수신기 측의 기준 시스템에서의 DOA 쌍 및 상기 TAON과 다른 사실을 이용하는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수신기에 대한 상대적인 상기 송신기의 오리엔테이션은 상기 DOA, 상기 DOD, 상기 TAOUT 및 상기 TAON을 결합함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, NLOS(다중경로) 파들의 검출은 만일 상기 송신 안테나들이 우측 원편광되면, 상기 수신 안테나들은 좌측 원편광되고, 그 반대도 성립하는 짝을 이루지 않은 편광된 안테나들 의미 상에서 상기 편광-공간 스펙트럼을 사용하여 수행되며, 상기 편광 관례는 다음의 식으로 주어진 정의를 따르고:

여기서, 1개의 AOD와 1개의 AOA에 대응되는 1차수의 MIMO 채널 행렬은 상기 수신된 파를 설명하는 스티어링 벡터와 상기 송신된 파를 설명하는 상기 스티어링 벡터의 헤르미이트 공액(공액 전치)의 곱이며, 상기 AOA 및 상기 AOD는 전달파의 방향을 나타내는 벡터들의 AOA 및 AOD 이고, 만일 상기 송신기 및 상기 수신기 모두의 기준 시스템 기저 벡터들이 동일하면 상기 AOA 및 상기 AOD도 또한 동일함을 의미하는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, 2개의 수신 편광-공간 스펙트럼들의 결합 및 2개의 송신 편광-공간 스펙트럼들의 결합은 스펙트럼들 간의 덧셈, 곱셈 또는 임의의 다른 산술적인 연산일 수 있으며, 특히, 곱셈 연산은 상기 스펙트럼의 질을 향상시키기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 2개의 편광-공간 스펙트럼들의 결합은 상기 결합된 스펙트럼의 질을 향상시키기 위한 곱셈 연산을 사용함으로써 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, 다중경로 경사각들 및 채널 이득들의 추정은 상기 다중통로 DOA 및 DOD 와 교차-편광된 MIMO 행렬들을 사용함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 다중경로 경사각 및 채널 이득 추정모듈(69)은 DOD 추정된 매개변수들을 각각의 DOA 추정된 매개변수들로 결합시킬 목적의 짝짓기 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, 공-편광된 채널 여파는 다음의 3 단계들:
ㆍ 각각의 링크 상의 상기 채널 이득들 및 경사각들의 추정은:
o 상기 교차-편광된 MIMO 행렬들을 사용하여 추정되는 각각의 다중통로 링크상의 상기 DOA 및 DOD 매개변수들;
o 상기 공-편광된 MIMO 행렬들;
을 입력값들로 사용하여 실현되는 제1 단계;
ㆍ 상기 공-편광된 MIMO 채널 행렬의 상기 다중경로 부분은 상기 제1 단계에서 추정된 상기 매개변수들을 사용하여 재구성되는 제2 단계;
ㆍ 상기 공-편광된 MIMO 채널 행렬의 상기 다중경로 부분은 상기 원래의 공-편광된 MIMO 행렬로부터 빼어지는 제3 단계;
의 3단계에서 달성되는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, LOS DOA 및 DOD 추정은 상기 여파된 공-편광된 MIMO 행렬들을 사용함으로써 실현되는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, LOS 경사각들은 LOS DOA 및 DOD 및 상기 여파된 공-편광된 MIMO 행렬을 사용함으로써 추정되는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 위치 및 오리엔테이션 탐색기(75)는 상기 LOS 다중통로 경사각 및 채널 추정모듈(73)에 의해 제공된 정보를 사용하여 인식된 LOS를 갖는 각각의 송신기의 위치 및 오리엔테이션을 결정하는 것을 특징으로 하는 오리엔테이션 및 위치 결정 시스템.
낮은 비트 오차율을 필요로 하는 정보를 전송하기 위해 여파된 공-편광된 MIMO 채널 행렬을 사용; 및
양질을 요구하지 않는 정보에 대한 교차-편광된 행렬을 사용;
하는 것과 같은 과제들에 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 청구된 시스템에 포함된 채널 여파 및 LOS 검출의 용도.
각각의 다중경로 이득을 추정하기 위해 사용될 때, 채널 상호관계의(105)의 테스트를 포함하는 부가적인 과제를 실현하는 채널 이득 추정모듈.
교차편광 모드 상의 주어진 AOA 및 AOD 집합들 및 평균 채널 행렬들에 근거하여, 개별적으로 추정되는 상기 채널의 복소수 이득들이 상호 채널에 상응하는지의 여부를 검사할 수 있는 상호관계 테스터(105).
상기 식(29)에 의해 주어진 계산된 대각선 행렬들 사이의 거리를 평가하기 위해 상기 상호관계 테스터(105)에 의해 사용된 미터법.
ㆍ AOD 쌍들의 집합의 모든 가능한 순열들을 발생하는 순열 블록(106);
ㆍ AOD를 각각의 AOA에 결합하며, 상기 결합 동작은 주어진 판단기준의 최적화, 특히, 로그 근사함수의 최대화 또는 재구성된 채널 행렬 및 실제의 잡음이 있는 행렬 사이의 거리의 최소화에 근거하는 짝짓기 결정모듈(109);
을 포함하는 채널 이득 추정모듈로 구성되는 잔류 블록들.
상기 안테나 오리엔테이션을 찾기 위한 안테나 각 전력 이득 프로필의 가변성의 용도.
위치 결정방법들에서의 안테나 이방성의 문제점을 수정하기 위한 안테나 각 전력 이득 프로필의 가변성의 용도.
실시예들의 설명에 기재된 각도에 기반한 위치 및 오리엔테이션 탐색 대수.