KR20190136894A - Position Estimation Method Estimating To Position Of Interference Signal Source, And Position Estimation System For Performing The Method - Google Patents

Position Estimation Method Estimating To Position Of Interference Signal Source, And Position Estimation System For Performing The Method Download PDF

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Abstract

Disclosed are a position estimation method for estimating a position of an interference signal source and a position estimation system performing the method. The position estimation method transmits and receives a direction finding algorithm based on a virtual array structure and a reflection signal, which is a known signal, in a poor indoor environment in which multiple reflective waves exist and implements an indoor delay-spatial analysis structure, thereby increasing the probability of estimating the position of the interference signal source.

Description

간섭 신호원의 위치를 추정하는 위치 추정 방법 및 그 방법을 수행하는 위치 추정 시스템{Position Estimation Method Estimating To Position Of Interference Signal Source, And Position Estimation System For Performing The Method}Position Estimation Method Estimating To Position Of Interference Signal Source, And Position Estimation System For Performing The Method

아래의 설명은 간섭 신호원의 위치를 추정하는 위치 추정 시스템 및 위치 추정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 반사파가 다수 존재하는 열악한 실내 환경에서 간섭 신호원의 위치를 추정하는 기술에 관한 것이다.The following description relates to a position estimation system and a position estimation method for estimating the position of an interference signal source, and more particularly, to a technique for estimating the position of an interference signal source in a poor indoor environment in which a large number of reflected waves exist.

실내 환경에서의 통신 시스템은 실내에 위치한 장매물에 의한 간섭으로 인해 무선 통신의 방해를 주는 요소가 자주 발생한다. 통신 시스템은 다양한 방법을 활용하여 실내에 존재하는 간섭 신호원의 위치를 추정하고, 이를 대응하고 있다. 일반적으로, 통신 시스템은 고정 형태의 배열 안테나 구조를 활용한 방식 또는, 초분해능 방식(MUSIC: MUltiple SIgnal Classification)을 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정한다. 그러나, 고정 형태의 배열 안테나 구조를 활용한 방식은 고정 분해능을 이용한 방식으로 간섭 신호원으로 인한 반사파가 다수 발생하는 환경에서 간섭 신호원의 위치를 추정하는 것은 다소 어려움이 있다. 또한, 널리 사용하는 초분해능 방식은 밀접한 상관 관계(high correlation) 문제에 따른 반사파 개수 추정 문제에 기인하여 정확히 위치 추정이 불가능하다.In an indoor environment, a communication system frequently causes disturbance of wireless communication due to interference caused by items placed indoors. The communication system estimates the location of the interference signal source existing in the room by using various methods and copes with this. In general, a communication system estimates the position of an interfering signal source using a fixed array antenna structure or a super resolution method (MUSIC: MUltiple SIgnal Classification). However, the method using a fixed array antenna structure is a method using a fixed resolution, it is difficult to estimate the position of the interference signal source in an environment where a large number of reflected waves due to the interference signal source occurs. In addition, the widely used super resolution method cannot accurately estimate the position due to the reflection number estimation problem due to a high correlation problem.

최근에는 이러한 문제를 대처하는 방식으로 저가의 센서들을 이용한 TDOA(Time Difference of Arrival)방식이 적용되었다. 하지만, TDOA은 간섭신호의 대역폭이 큰 경우 위치 추정이 어느 정도 가능하나, 대역폭이 작은 경우 시간 분해능을 확보 할 수 없어 성능 저하가 발생한다.Recently, the TDOA (Time Difference of Arrival) method using low-cost sensors has been applied to cope with this problem. However, the TDOA can estimate the position to some extent when the bandwidth of the interference signal is large. However, when the bandwidth is small, the TDOA cannot secure time resolution, which causes performance degradation.

또한, 비컨 신호 발생기의 정보와 수신주파수 또는 수신신호세기 정보를 수신하거나 자기력 신호의 주파수 또는 수신신호세기 정보를 수신하여 위치 판단 하는 경우는 성능이 정확도가 떨어져 주로 위에서 언급한 두 가지 위치 추정시스템의 보조 시스템으로 많이 사용할 뿐, 실질적으로 실내에 존재하는 간섭 신호원의 위치를 추정하는데 무리가 있다.In addition, in the case of determining the position by receiving the information of the beacon signal generator and the reception frequency or the received signal strength information, or receiving the frequency or the received signal strength information of the magnetic force signal, the performance is inaccurate. It is often used as an auxiliary system, and it is difficult to estimate the position of an interference signal source that is substantially present in a room.

따라서, 반사파가 많은 실내 환경에서 반사파의 전파 환경에 적합한 방식을 통해 간섭 신호원의 위치를 추정하는 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a method of estimating the position of the interference signal source in a manner suitable for the propagation environment of the reflected wave in an indoor environment having many reflected waves.

본 발명은 다수의 반사파에 의한 멀티 패스(Multi Path)가 존재하는 실내 환경에서 가상 초분해능 방식(알고리즘 포함) 및 정밀 시간-공간 정보 분석 방식을 활용하여 간섭 신호원의 위치에 대한 추정 정확도를 높이기 위한 위치 추정 방법 및 그 방법을 수행하는 위치 추정 시스템을 제공한다.The present invention improves the accuracy of estimation of the position of an interference signal source by utilizing a virtual super resolution method (including an algorithm) and an accurate time-spatial information analysis method in an indoor environment in which multipaths due to multiple reflected waves exist. A method for estimating a position and a position estimation system for performing the method are provided.

일실시예에 따른 위치 추정 방법은 전파 공간에서 검출된 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 상기 간섭 신호원의 정보를 추출하는 단계; 상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 전파 공간 내 지연-공간 분석을 위한 분석 신호를 송신하는 단계; 상기 송신된 분석 신호로부터 전파 공간 내 존재하는 구조물에 의해 반사된 적어도 하나의 반사 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 적어도 하나의 신호를 이용하여 전파 공간에서의 반사파 구조를 분석하는 단계; 상기 간섭 신호원의 정보에 기초하여 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에 대응하는 가변 배열 구조를 설정하는 단계; 상기 가변 배열 구조에 따라 애퍼처(Aperture)를 조절하여 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 반사 신호를 탐지하는 단계; 및 상기 반사파 구조 및 상기 전방향에서 반사된 복수의 반사 신호를 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, there is provided a method of estimating position, extracting information of an interference signal source using an interference signal of an interference signal source detected in a propagation space; Transmitting an analysis signal for delay-space analysis in propagation space based on the information of the interference signal source; Receiving at least one reflected signal reflected by the structure present in the propagation space from the transmitted analysis signal; Analyzing a reflected wave structure in a propagation space using the received at least one signal; Setting a variable array structure corresponding to the signal measurement environment of the propagation space based on the information of the interference signal source; Adjusting an aperture according to the variable arrangement to detect a plurality of reflected signals reflected in all directions of the propagation space; And estimating a position of an interference signal source using the reflected wave structure and the plurality of reflected signals reflected in all directions.

일실시예에 따른 추출하는 단계는, 상기 전파 공간에서 검출된 간섭 신호를 분석하여 간섭 신호원에 관한 중심 주파수 및 대역폭을 포함하는 정보를 추출할 수 있다.In the extracting according to an embodiment, the interference signal detected in the propagation space may be analyzed to extract information including a center frequency and a bandwidth of the interference signal source.

일실시예에 따른 구조물에 의해 반사된 복수의 반사 신호는, 시간 영역에서의 지연 시간을 갖는 서로 다른 멀티 경로로 발생되는 신호일 수 있다.The plurality of reflected signals reflected by the structure according to an embodiment may be signals generated by different multipaths having a delay time in the time domain.

일실시예에 따른 설정하는 단계는, 상기 반사파 구조를 기반으로 시간에 따라 변화하게 되는 간섭 신호의 위상을 고려하여 복수의 물리적 안테나로 구성된 가변 배열 구조를 설정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the variable array structure including a plurality of physical antennas may be set in consideration of a phase of an interference signal that changes with time based on the reflected wave structure.

일실시예에 따른 복수의 물리적 안테나는, 상기 전파 공간 내 고정되는 하나의 안테나 및 상기 고정된 하나의 안테나를 기준으로 간섭 신호원의 정보에 의해 결정된 안테나의 이동 방향 및 주기에 따라 이동하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a plurality of physical antennas may be configured to move according to a moving direction and a period of an antenna determined by information of an interference signal source based on one antenna fixed in the propagation space and the fixed one antenna. It may include an antenna.

일실시예에 따른 설정하는 단계는, 원형 배열 형태, 또는 선형 배열 형태 중 하나의 형태를 갖는 가변 배열 구조를 설정할 수 있다.According to an embodiment, the setting may include setting a variable array structure having one of a circular array form and a linear array form.

일실시예에 따른 탐지하는 단계는, 상기 전파 공간에서 발생하는 반사파의 수를 고려하여 가변 배역 구조에서 신호의 방위각을 추정하기 위한 가상 안테나의 수를 결정하는 단계; 및 상기 가상 안테나의 수에 대응하여 애퍼처를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting may include determining the number of virtual antennas for estimating the azimuth angle of a signal in a variable band structure in consideration of the number of reflected waves generated in the propagation space; And adjusting the aperture according to the number of the virtual antennas.

일실시예에 따른 탐지하는 단계는, 상기 애퍼처가 조절되면, 상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하는 단계; 및 상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 입사된 복수의 신호들 중 신호의 공간 이득 조건을 만족하는 적어도 하나의 반사 신호를 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting may include transmitting a signal in all directions of a propagation space using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure when the aperture is adjusted; And when a plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signal are incident, detecting at least one reflected signal satisfying a spatial gain condition of the signal among the plurality of incident signals; have.

일실시예에 따른 탐지하는 단계는, 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에서 방사된 신호에 의해 발생 가능한 멀티 경로의 개수를 설정하는 단계; 상기 설정된 멀티 경로의 개수와 상기 가변 배열 구조를 구성하는 물리적 안테나의 최대 개수에 고려하여 고유 벡터(Eigen Vectors)와 잡음 부분 공간(Noise Subspace)을 형성하는 단계; 상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하는 단계; 및 상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 상기 고유 벡터 및 잡음 부분 공간에서의 입사 조건을 만족하는 적어도 하나의 신호를 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting may include setting a number of multipaths that may be generated by a signal radiated in a signal measuring environment of the propagation space; Forming eigenvectors and noise subspaces in consideration of the set number of multipaths and the maximum number of physical antennas constituting the variable array structure; Transmitting a signal in all directions of a propagation space by using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure; And when a plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signal are incident, detecting at least one signal satisfying the incidence conditions in the eigenvector and the noise subspace.

일실시예에 따른 추정하는 단계는, 상기 수신한 복수의 신호 각각에 대응하는 방위각을 추출하는 단계; 및 상기 반사파 구조를 기반으로 상기 추출한 방위각을 공간 분석 모델에 적용하여 상기 간섭 신호원의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.The estimating may include extracting an azimuth angle corresponding to each of the plurality of received signals; And estimating a location of the interference signal source by applying the extracted azimuth to a spatial analysis model based on the reflected wave structure.

일실시예에 따른 위치 추정 장치에 있어서, 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 전파 공간에서 검출된 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 상기 간섭 신호원의 정보를 추출하고, 상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 전파 공간 내 지연-공간 분석을 위한 분석 신호를 송신하고, 상기 송신된 분석 신호로부터 전파 공간 내 존재하는 구조물에 의해 반사된 적어도 하나의 반사 신호를 수신하고, 상기 수신한 적어도 하나의 반사 신호를 이용하여 전파 공간에서의 반사파 구조를 분석하고, 상기 간섭 신호원의 정보에 기초하여 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에 대응하는 가변 배열 구조를 설정하고, 상기 가변 배열 구조에 따라 애퍼처(Aperture)를 조절하여 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호를 탐지하고, 상기 반사파 구조 및 상기 복수의 신호를 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.In the position estimation apparatus according to an embodiment, comprising a processor, the processor extracts the information of the interference signal source using the interference signal of the interference signal source detected in the radio space, and the information of the interference signal source Transmit an analysis signal for delay-space analysis in the propagation space based on the received signal, receive at least one reflection signal reflected by a structure existing in the propagation space from the transmitted analysis signal, and receive the received at least one reflection Analyze the reflected wave structure in the propagation space using the signal, and set the variable array structure corresponding to the signal measurement environment of the propagation space based on the information of the interfering signal source, and aperture according to the variable array structure. ) To detect a plurality of signals reflected from all directions of the propagation space, and to reflect the reflected wave structure and the plurality of signals. We can estimate the location of the interference signal source using.

일실시예에 따른 프로세서는, 상기 전파 공간에서 검출된 간섭 신호를 분석하여 간섭 신호원에 관한 중심 주파수 및 대역폭을 포함하는 정보를 추출할 수 있다.The processor may extract information including a center frequency and a bandwidth of the interference signal source by analyzing the interference signal detected in the propagation space.

일실시예에 따른 프로세서는, 상기 반사파 구조를 기반으로 시간에 따라 변화하게 되는 간섭 신호의 위상을 고려하여 복수의 물리적 안테나로 구성된 가변 배열 구조를 설정할 수 있다.According to an embodiment, the processor may set a variable array structure including a plurality of physical antennas in consideration of a phase of an interference signal that changes with time based on the reflected wave structure.

일실시예에 따른 복수의 물리적 안테나는, 상기 전파 공간 내 고정되는 하나의 안테나 및 상기 고정된 하나의 안테나를 기준으로 간섭 신호원의 정보에 의해 결정된 안테나의 이동 방향 및 주기에 따라 이동하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a plurality of physical antennas may be configured to move according to a moving direction and a period of an antenna determined by information of an interference signal source based on one antenna fixed in the propagation space and the fixed one antenna. It may include an antenna.

일실시예에 따른 프로세서는, 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에 따라 원형 배열 형태, 또는 선형 배열 형태 중 하나의 형태를 갖는 가변 배열 구조를 설정할 수 있다.According to an embodiment, the processor may set a variable array structure having one of a circular array form and a linear array form according to the signal measurement environment of the propagation space.

일실시예에 따른 프로세서는, 상기 전파 공간에서 발생하는 반사파의 수를 고려하여 가변 배역 구조에서 신호의 방위각을 추정하기 위한 가상 안테나의 수를 결정하고, 가상 안테나의 수에 대응하여 애퍼처를 조절할 수 있다.According to an embodiment, the processor may determine the number of virtual antennas for estimating the azimuth angle of a signal in a variable band structure in consideration of the number of reflected waves generated in the propagation space, and adjust the aperture according to the number of virtual antennas. Can be.

일실시예에 따른 프로세서는, 상기 애퍼처가 조절되면, 상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하고, 상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 입사된 복수의 신호들 중 신호의 공간 이득 조건을 만족하는 적어도 하나의 신호를 탐지할 수 있다.According to an embodiment, when the aperture is adjusted, the processor transmits a signal in all directions of the propagation space using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure, and in the all directions of the propagation space according to the transmitted signal. When the plurality of reflected signals are incident, at least one signal satisfying a spatial gain condition of the signal may be detected among the plurality of incident signals.

일실시예에 따른 프로세서는, 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에서 방사된 신호에 의해 발생 가능한 멀티 경로의 개수를 설정하고, 상기 설정된 멀티 경로의 개수와 상기 가변 배열 구조를 구성하는 물리적 안테나의 최대 개수에 고려하여 고유 벡터와 잡음 부분 공간을 형성하고, 상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하고, 상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 상기 고유 벡터 및 잡음 부분 공간에서의 입사 조건을 만족하는 적어도 하나의 신호를 탐지할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a processor may set a number of multipaths generated by a signal radiated in a signal measurement environment of the propagation space, and may set the number of the multipaths and the maximum number of physical antennas constituting the variable array structure. Considering this, form a eigenvector and a noise subspace, transmit signals in all directions of the propagation space using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure, and reflect in all directions of the propagation space according to the transmitted signals. When a plurality of predetermined signals are incident, at least one signal satisfying an incident condition in the eigenvector and the noise subspace may be detected.

일실시예에 따른 프로세서는, 상기 수신한 복수의 신호 각각에 대응하는 방위각을 추출하고, 상기 반사파 구조를 기반으로 상기 추출한 방위각을 공간 분석 모델에 적용하여 상기 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.The processor may extract an azimuth corresponding to each of the received signals, and estimate the position of the interference signal source by applying the extracted azimuth to a spatial analysis model based on the reflected wave structure. .

일실시예에 따른 위치 추정 시스템은 전파 공간의 신호 측정 환경에서 가변 배열 구조에 따라 배치되는 복수의 안테나; 및 복수의 안테나를 이용하여 상기 전파 공간 상에 존재하는 간섭 신호원의 위치를 추정하는 위치 추정 장치를 포함하고, 상기 위치 추정 장치는, 상기 전파 공간에서 검출된 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 상기 간섭 신호원의 정보를 추출하여, 상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 전파 공간에서의 반사파 구조를 분석하고, 상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 신호 측정 환경에 적응적인 가변 배열 구조를 설정하고, 설정된 가변 배열 구조에 따라 애퍼처를 조절함으로써, 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호를 탐지하고, 상기 반사파 구조 및 상기 복수의 신호를 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.A position estimation system according to an embodiment includes a plurality of antennas arranged according to a variable arrangement in a signal measuring environment of a propagation space; And a position estimating apparatus for estimating a position of an interference signal source existing in the propagation space using a plurality of antennas, wherein the position estimating apparatus uses an interference signal of an interference signal source detected in the propagation space. Extracts information of the interference signal source, analyzes the reflected wave structure in the propagation space based on the information of the interference signal source, sets a variable array structure adaptive to the signal measurement environment based on the information of the interference signal source, and By adjusting the aperture according to the set variable array structure, a plurality of signals reflected from all directions of the propagation space may be detected, and the position of the interference signal source may be estimated using the reflected wave structure and the plurality of signals.

본 발명은 실내 공간의 반사파가 존재하는 전파 환경의 구조에 의한 기존의 문제점을 해결하기 위하여 2개의 물리적 센서로 가변 배열 구조를 형성하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a method of forming a variable array structure with two physical sensors in order to solve the existing problems caused by the structure of the propagation environment in which the reflected wave of the indoor space exists.

본 발명은 간섭 신호원의 주파수 정보를 추정하는 것을 바탕으로 상이한 애퍼처(Aperture)와 배열 안테나 개수를 가지는 가상 배열 구조를 제공할 수 있다.The present invention can provide a virtual array structure having different apertures and array antenna numbers based on estimating frequency information of an interference signal source.

본 발명은 배열 안테나의 분해능 기능 향상에 따른 다수의 반사파에 의한 간섭 신호원의 추정 알고리즘을 적용하기 위한 선행적으로 알고 있는 고속의 신호를 송신 및 수신함으로써, 각 가상 센서 별 지연 기반의 공간(AOA, Angle Of Arrival) 추정 모델을 적용하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention provides a delay-based space for each virtual sensor by transmitting and receiving a high-speed signal that is known in advance to apply an algorithm for estimating an interference signal source due to a plurality of reflected waves according to an improved resolution function of an array antenna. Can provide a method of applying an estimation model.

본 발명은 가상 배열 구조에 따른 초분해능 방식을 이용해 주요 수신 입사파들의 방위각 정보를 획득한 후, 지연기반 공간 분석 모델과 조합하여 최종적으로, 간섭 신호원의 위치를 판단함으로써, 실내 환경에서 위치 추정 정확도를 대폭 향상하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention obtains the azimuth information of the main received incident waves by using a super resolution method according to the virtual array structure, and finally combines with the delay-based spatial analysis model to determine the location of the interference signal source, thereby estimating the location in the indoor environment. It can provide a method for greatly improving accuracy.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 신호원의 위치를 추정하기 위한 위치 추정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 장치의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 배열의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실내 환경의 전파 공간에서의 지연-공간 분석을 위한 송-수신 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실내 환경의 전파 공간에서의 지연-공간 분석을 통해 신호를 탐지하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실내 환경의 전파 공간에서의 지연-공간 분석에 따른 수행 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 안테나를 활용한 가변 배열 구조를 통해 신호를 탐지하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 최종적으로 간섭 신호원의 위치를 추정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a position estimating system for estimating a position of an interference signal source according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the detailed configuration of the position estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the structure of a virtual array according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a transmission-reception structure for delay-space analysis in a propagation space of an indoor environment according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a process of detecting a signal through delay-space analysis in a propagation space of an indoor environment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a result of performing a delay-space analysis in a propagation space of an indoor environment according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a process of detecting a signal through a variable array structure using a virtual antenna according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a position estimation method according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a process of finally estimating the position of an interference signal source according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various changes may be made to the embodiments so that the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It is to be understood that all changes, equivalents, and substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of description and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components regardless of reference numerals will be given the same reference numerals and duplicate description thereof will be omitted. In the following description of the embodiment, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 신호원의 위치를 추정하기 위한 위치 추정 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a position estimating system for estimating a position of an interference signal source according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 위치 추정 시스템(100)은 가상 초분해능 구조(알고리즘 포함)와 지연-공간 분석을 통해 반사파가 다수 존재하는 실내 환경에서의 간섭 신호원(104)의 위치를 추정할 수 있다. 보다 자세하게, 위치 추정 시스템(100)은 가상의 애퍼처(Aperture) 및 물리적 안테나들의 가상 배열 구조를 바탕으로 실내 환경에 적절한 초분해능 구조 기반의 방향 탐지 알고리즘을 제공할 수 있다. 그리고, 위치 추정 시스템(100)은 방향 탐지 알고리즘 및 알고 있는 반사 신호(Known Signal, 105)를 송수신하여 정밀 지연-공간 분석 구조를 구현함으로써, 간섭 신호원(104)의 위치를 추정하는 확률을 획기적으로 개선할 수 있다.Referring to FIG. 1, the position estimation system 100 may estimate the position of the interference signal source 104 in an indoor environment in which a large number of reflected waves exist through a virtual super resolution structure (including an algorithm) and delay-space analysis. . In more detail, the position estimation system 100 may provide a super resolution structure-based direction detection algorithm suitable for an indoor environment based on a virtual array structure of virtual apertures and physical antennas. In addition, the position estimation system 100 transmits and receives a direction detection algorithm and a known reflection signal (Known Signal 105) to implement a precise delay-spatial analysis structure, thereby dramatically increasing the probability of estimating the position of the interference signal source 104. This can be improved.

이를 위해, 위치 추정 시스템(100)은 복수 개의 안테나(103'), (103'') 및 위치 추정 장치(101)를 포함할 수 있다.To this end, the position estimation system 100 may include a plurality of antennas 103 ′, 103 ″ and a position estimation device 101.

복수 개의 안테나(103'), (103'')는 실내 환경을 구성하는 전파 공간 내 일정 영역에 배치될 수 있다. 복수 개의 안테나(103'), (103'')는 간섭 신호원(104)의 간섭 추정의 정확도를 높이기 위한 물리적 센서로, 전파 공간 내 2개 이상으로 배치될 수 있다. 상세하게는, 전파 공간에서 고정되는 하나의 물리적 안테나와 전파 공간에서 이동하는 하나의 물리적 안테나로 구현될 수 있으며, 간섭 신호에 적합한 가상 배열 구조로 구현될 수 있다.The plurality of antennas 103 ′ and 103 ″ may be disposed in a predetermined area in a radio wave space constituting an indoor environment. The plurality of antennas 103 'and 103' 'are physical sensors for increasing the accuracy of the interference estimation of the interference signal source 104, and may be disposed in two or more in the propagation space. In detail, it may be implemented by one physical antenna fixed in the propagation space and one physical antenna moving in the propagation space, and may be implemented by a virtual array structure suitable for an interference signal.

위치 추정 장치(101)는 복수 개의 안테나(103'), (103'')와 연동하여, 전파 공간에서 발생되는 신호를 수신할 수 있다. 위치 추정 장치(101)는 수신한 신호를 이용하여 실내 환경에서의 간섭 신호원(104)의 위치를 추정할 수 있다.The position estimating apparatus 101 may receive a signal generated in a radio wave space in cooperation with the plurality of antennas 103 ′ and 103 ″. The position estimating apparatus 101 may estimate the position of the interference signal source 104 in the indoor environment using the received signal.

일반적으로, 종래의 위치 추정 시스템은 실내 공간의 전파 환경에 따른 지연-공간 분석을 수행한 후, 지연-공간 분석을 수행한 결과를 기반으로 실내 공간의 반사체 물리적 모델을 구성할 수 있다. 이후, 종래의 위치 추정 시스템은 방향 탐지 알고리즘을 수행한 결과 및 물리적 안테나를 통한 복수의 경로를 분석하여 1식의 가상 배열 시스템으로 간섭 신호원의 위치를 추정하였다. 이는 물리적 안테나의 개수에 의해 공간 대역 설정을 제한함으로써, 반사파의 방위각만을 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정하는 것이다. 그러나, 실내 환경에서의 공간 전력에 따른 반사파의 방위각만을 이용해 간섭 신호원의 위치를 추정하는 것은 최종적인 간섭 신호원의 위치를 추정하는데 어려움이 있다.In general, the conventional position estimation system may perform a delay-space analysis according to the propagation environment of the indoor space, and then construct a reflector physical model of the indoor space based on the result of the delay-space analysis. Then, the conventional position estimation system estimates the position of the interference signal source with a virtual array system by analyzing the result of the direction detection algorithm and a plurality of paths through the physical antenna. This limits the spatial band setting by the number of physical antennas, thereby estimating the position of the interference signal source using only the azimuth of the reflected wave. However, estimating the position of the interference signal source using only the azimuth angle of the reflected wave according to the spatial power in the indoor environment has difficulty in estimating the position of the final interference signal source.

이에 따른, 본 발명에서 제안하는 위치 추정 장치(101)는 실내 환경의 전파 공간에서 발생하는 간섭 신호원(104)의 간섭 신호를 수신하고, 수신한 간섭 신호의 주파수 및 대역폭을 판단할 수 있다. 위치 추정 장치(101)는 정밀 지연-공간 분석을 위한 분석 신호(PN-code등)를 수신할 수 있다. 위치 추정 장치(101)는 분석 신호 및 사전에 알고 있는 반사 신호(Known Signal, 105)를 이용해 실내 반사파 구조를 분석할 수 있다. 여기서, 실내 반사파 구조는 전파 공간 내 존재하는 구조물(106), (107), (108)에 의한 반사되는 요소들의 배치 구성을 의미할 수 있다.Accordingly, the position estimation device 101 proposed in the present invention can receive the interference signal of the interference signal source 104 generated in the propagation space of the indoor environment, and determine the frequency and bandwidth of the received interference signal. The position estimating apparatus 101 may receive an analysis signal (PN-code, etc.) for precision delay-space analysis. The position estimating apparatus 101 may analyze the indoor reflection wave structure by using the analysis signal and a previously known reflection signal 105. Here, the indoor reflection wave structure may mean an arrangement configuration of the elements reflected by the structures 106, 107, and 108 existing in the propagation space.

위치 추정 장치(101)는 분석한 실내 반사파 구조에 기초하여 가상의 애퍼처를 조절할 수 있다. 위치 추정 장치(101)는 복수 개의 안테나(103'), (103'') 및 가상 배열 구조를 이용하여 실내 환경에 적합한 방향 탐지 알고리즘(DF algorithm: Direction Finding algorithm)을 결정할 수 있다. 여기서, 방향 탐지 알고리즘은 초분해능 구조의 빔 포빙 방식으로, 반사파가 많은 실내 환경에서 공간 전력이 큰 경로의 방위각을 결정하는 알고리즘일 수 있다. 위치 추정 장치(101)는 지연시간 기반을 바탕으로 AOA 알고리즘을 수행하여 모든 지연시간에 대해 입사 방위각 값을 획득할 수 있다.The position estimating apparatus 101 may adjust the virtual aperture based on the analyzed indoor reflection wave structure. The position estimating apparatus 101 may determine a direction finding algorithm (DF algorithm) suitable for an indoor environment using a plurality of antennas 103 ′, 103 ″, and a virtual array structure. Here, the direction detection algorithm may be an algorithm for determining the azimuth of a path having a large spatial power in an indoor environment with a large number of reflected waves in a beam resolution method having a super resolution structure. The position estimating apparatus 101 may obtain an incident azimuth value for all delay times by performing an AOA algorithm based on the delay time.

위치 추정 장치(101)는 초분해능 구조의 방향 탐지 알고리즘 및 실내 환경에서 설치된 알고 있는 신호(105)를 이용하여 지연 공간 분석을 병행함으로써, 정확도가 향상된 간섭 신호원(104)의 위치를 추정할 수 있다.The position estimating apparatus 101 estimates the position of the interference signal source 104 having improved accuracy by performing delay spatial analysis by using a direction detection algorithm having a super resolution structure and a known signal 105 installed in an indoor environment. have.

결국, 본 발명에서 제안하는 위치 추정 장치(101)는 기존의 공간 대역 설정 기능이 가변 가능하도록 함으로써, 실내 환경의 전파 공간 뿐만이 아니라 다양한 환경에서 간섭 신호원(104)의 위치를 추정할 수 있다. 또한, 위치 추정 장치(101)는 간섭 신호원(104)의 위치 추정 시, 실내 환경에서의 물리적인 복수 개의 안테나(103'), (103'')를 동시에 활용함으로서, 주파수 대역에 따른 무한한 가상 센서들 구성이 가능할 수 있다.As a result, the position estimation apparatus 101 proposed in the present invention can estimate the position of the interference signal source 104 not only in the propagation space of the indoor environment but also in various environments by allowing the existing spatial band setting function to be variable. In addition, the position estimating apparatus 101 simultaneously utilizes a plurality of physical antennas 103 'and 103 " Sensors configuration may be possible.

그리고, 위치 추정 장치(101)는 저렴한 비용으로 실내 환경에 적응적으로 감시 시스템의 성능 향상, 공간 간섭 제거 및 FDMA 등 일반적인 이동통신 방식에도 효율적인 적용이 가능할 수 있다.In addition, the location estimating apparatus 101 may be efficiently applied to a general mobile communication method such as improving the performance of a surveillance system, removing spatial interference, and FDMA adaptively to an indoor environment at a low cost.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 장치의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the detailed configuration of the position estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 위치 추정 장치(201)는 프로세서(202)를 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 초분해능 구조 기반의 방향 탐지 알고리즘과 정밀 지연-공간 분석을 이용하여 반사파가 다수로 존재하는 실내 환경에서의 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.Referring to FIG. 2, the position estimating apparatus 201 may include a processor 202. The processor 202 may estimate the position of the interference signal source in an indoor environment in which there are many reflected waves using a super resolution structure-based direction detection algorithm and precise delay-space analysis.

위치 추정 장치(201)는 전파 공간에서 검출된 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 상기 간섭 신호원의 정보를 추출할 수 있다. 자세하게, 위치 추정 장치(101)는 실내 환경의 전파 공간에서 발생하는 간섭 신호원의 간섭 신호를 수신할 수 있다. 위치 추정 장치(201)는 전파 공간에서 검출된 간섭 신호를 분석하여 간섭 신호원에 관한 중심 주파수 및 대역폭을 포함하는 정보를 추출할 수 있다.The position estimating apparatus 201 may extract the information of the interference signal source using the interference signal of the interference signal source detected in the radio space. In detail, the position estimating apparatus 101 may receive an interference signal of an interference signal source generated in a propagation space of an indoor environment. The position estimation device 201 may analyze the interference signal detected in the propagation space and extract information including the center frequency and the bandwidth of the interference signal source.

위치 추정 장치(201)는 간섭 신호원의 정보를 기반으로 전파 공간 내 지연-공간 분석을 위한 분석 신호를 송신할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치(101)는 송신된 분석 신호로부터 전파 공간 내 존재하는 구조물에 의해 반사된 적어도 하나의 반사 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 반사 신호는 사전에 알고 있는 신호로, Known Signal 일 수 있다. 즉, 구조물에 의해 반사된 복수의 반사 신호는 시간 영역에서의 지연 시간을 갖는 서로 다른 멀티 경로로 발생되는 신호일 수 있다. 이때, 위치 추정 장치(201)는 알고 있는 신호에 대응하여 2개의 물리적 안테나와 3개 정도의 가상 안테나를 이용해 반복-순차적으로 송/수신할 수 있다. The position estimation device 201 may transmit an analysis signal for delay-space analysis in the propagation space based on the information of the interference signal source. In addition, the position estimating apparatus 101 may receive at least one reflected signal reflected by the structure existing in the propagation space from the transmitted analysis signal. Here, the reflected signal is a signal known in advance, and may be a known signal. That is, the plurality of reflected signals reflected by the structure may be signals generated by different multipaths having a delay time in the time domain. In this case, the position estimating apparatus 201 may repeatedly transmit / receive using the two physical antennas and about three virtual antennas corresponding to the known signal.

위치 추정 장치(201)는 수신한 적어도 하나의 신호를 이용하여 전파 공간에서의 반사파 구조를 분석할 수 있다. 위치 추정 장치(201)는 간섭 신호원의 정보에 기초하여 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에 대응하는 가변 배열 구조를 설정할 수 있다. 상세하게, 위치 추정 장치(201)는 반사파 구조를 기반으로 시간에 따라 변화하게 되는 간섭 신호의 위상을 고려하여 복수의 물리적 안테나로 구성된 가변 배열 구조를 설정할 수 있다.The position estimating apparatus 201 may analyze the reflected wave structure in the propagation space by using the received at least one signal. The position estimating apparatus 201 may set a variable array structure corresponding to the signal measurement environment of the propagation space based on the information of the interference signal source. In detail, the position estimating apparatus 201 may set a variable array structure including a plurality of physical antennas in consideration of the phase of an interference signal that changes with time based on the reflected wave structure.

복수의 물리적 안테나는, 간섭 추정의 정확도를 높이기 위한 2개의 물리적 센서로 구성될 수 있다. 복수의 물리적 안테나는 전파 공간에서 고정되는 하나의 물리적 안테나와 전파 공간에서 이동하는 하나의 물리적 안테나로 구현될 수 있다. 즉, 복수의 물리적 안테나는 전파 공간 내 고정되는 하나의 안테나 및 고정된 하나의 안테나를 기준으로 간섭 신호원의 정보에 의해 결정된 안테나의 이동 방향 및 주기에 따라 이동하는 하나의 안테나로 2개의 안테나로 구성될 수 있다.The plurality of physical antennas may be composed of two physical sensors for increasing the accuracy of the interference estimation. The plurality of physical antennas may be implemented with one physical antenna fixed in the propagation space and one physical antenna moving in the propagation space. That is, the plurality of physical antennas are one antenna that is fixed in one propagation space and one antenna that moves according to the moving direction and period of the antenna determined by the information of the interference signal source based on the fixed one antenna. Can be configured.

위치 추정 장치(201)는 복수의 물리적 안테나를 이용하여 원형 배열 형태, 또는 선형 배열 형태 중 하나의 형태를 갖는 가변 배열 구조를 설정할 수 있다.The position estimating apparatus 201 may set a variable arrangement having a form of a circular arrangement or a linear arrangement using a plurality of physical antennas.

위치 추정 장치(201)는 가변 배열 구조에 따라 애퍼처(Aperture)를 조절하여 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 반사 신호를 탐지할 수 있다. 위치 추정 장치(201)는 전파 공간에서 발생하는 반사파의 수를 고려하여 가변 배역 구조에서 신호의 방위각을 추정하기 위한 가상 안테나의 수를 결정할 수 있다. 위치 추정 장치(201)는 가상 안테나의 수에 대응하여 애퍼처를 조절할 수 있다.The position estimating apparatus 201 may detect a plurality of reflected signals reflected in all directions of the propagation space by adjusting an aperture according to a variable arrangement. The position estimating apparatus 201 may determine the number of virtual antennas for estimating the azimuth angle of a signal in a variable band structure in consideration of the number of reflected waves generated in the propagation space. The position estimating apparatus 201 may adjust the aperture according to the number of virtual antennas.

위치 추정 장치(201)는 애퍼처가 조절되면, 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신할 수 있다. 보다 자세하게, 위치 추정 장치(201)는 전파 공간의 신호 측정 환경에서 방사된 신호에 의해 발생 가능한 멀티 경로의 개수를 설정할 수 있다. 위치 추정 장치(201)는 설정된 멀티 경로의 개수와 가변 배열 구조를 구성하는 물리적 안테나의 최대 개수에 고려하여 고유 벡터(Eigen Vectors)와 잡음 부분 공간(Noise Subspace)을 형성할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치(201)는 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신할 수 있다.When the aperture is adjusted, the position estimating apparatus 201 may transmit a signal in all directions of the propagation space by using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure. In more detail, the position estimating apparatus 201 may set the number of multipaths that may be generated by a signal radiated in a signal measuring environment of a propagation space. The position estimation apparatus 201 may form eigenvectors and noise subspaces in consideration of the set number of multipaths and the maximum number of physical antennas constituting the variable array structure. In addition, the position estimating apparatus 201 may transmit a signal in all directions of the propagation space using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure.

이후, 전파 공간의 전방향으로 송신된 신호를 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사될 수 있다.Thereafter, a plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signal may be incident to the signals transmitted in all directions of the propagation space.

송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 위치 추정 장치(201)는 입사된 복수의 신호들 중 신호의 공간 이득 조건을 만족하는 적어도 하나의 반사 신호를 탐지할 수 있다. 위치 추정 장치(201)는 상기 고유 벡터 및 잡음 부분 공간에서의 입사 조건을 만족하는 적어도 하나의 신호를 탐지할 수 있다.When a plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signal are incident, the position estimating apparatus 201 detects at least one reflected signal satisfying a spatial gain condition of the signal among the plurality of incident signals. Can be. The position estimating apparatus 201 may detect at least one signal that satisfies the incident condition in the eigenvector and the noise subspace.

위치 추정 장치(201)는 반사파 구조 및 전방향에서 반사된 복수의 반사 신호를 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치(201)는 수신한 복수의 신호 각각에 대응하는 방위각을 추출할 수 있다. 위치 추정 장치(201)는 반사파 구조를 기반으로 추출한 방위각을 공간 분석 모델에 적용하여 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.The position estimating apparatus 201 may estimate the position of an interference signal source using a reflected wave structure and a plurality of reflected signals reflected in all directions. In addition, the position estimating apparatus 201 may extract an azimuth angle corresponding to each of the plurality of received signals. The position estimating apparatus 201 may estimate the position of the interference signal source by applying the azimuth extracted from the reflected wave structure to the spatial analysis model.

위치 추정 장치(201)는 시간 영역 DF 알고리즘 추정 결과와 지연 영역에서 추출한 방위각 정보 기반의 공간 모델 결과와 조합하여 최종적인 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다. The position estimating apparatus 201 may estimate the position of the final interference signal source by combining the result of the time domain DF algorithm estimation and the spatial model result based on the azimuth information extracted from the delay region.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 배열의 구조를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the structure of a virtual array according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 위치 추정 장치(201)는 2 개의 물리적 안테나 및 다수의 가상 센서들을 이용하여 초분해능 구조 기반의 방향 탐지 알고리즘을 결정할 수 있다.Referring to FIG. 3, the position estimation apparatus 201 may determine a direction detection algorithm based on a super resolution structure using two physical antennas and a plurality of virtual sensors.

자세하게, 위치 추정 장치(201)는 2 개의 물리적 안테나를 포함할 수 있다. 이때, 간섭 신호는 물리적 안테나 1개로 구현되는 경우, 시간에 따라 대역폭이 존재하는 간섭 신호의 정보가 변화됨에 따라 가상 센서들에 수신하는 위상이 시간에 따라 변화하게 된다. 이에, 위치 추정 장치(201)는 간섭 신호원의 위치를 추정하는 것이 불가능하게 된다. 따라서, 본 발명에서, 위치 추정 장치(201)는 2개의 물리적 안테나를 사용하며, 전파 공간 내 1개의 물리적 안테나는 고정하고, 나머지 1개의 물리적 안테나를 이용하여 가상 센서 배열을 구성할 수 있다.In detail, the position estimation device 201 may include two physical antennas. In this case, when the interference signal is implemented with one physical antenna, the phase received by the virtual sensors changes with time as the information of the interference signal having a bandwidth changes with time. Thus, the position estimation device 201 makes it impossible to estimate the position of the interference signal source. Therefore, in the present invention, the position estimation apparatus 201 uses two physical antennas, one physical antenna in the propagation space is fixed, and the other one physical antenna can be used to configure a virtual sensor array.

본 발명은 아래의 수학식 1에 의해 간섭 신호원에서 출력되는 간섭 신호의 정보를 제거하고, 전파 공간을 이동하는 하나의 물리적 안테나에 대응하여 각 가상 센서에서의 위상 정보만 획득할 수 있다.The present invention can remove the information of the interference signal output from the interference signal source by Equation 1 below, and can obtain only the phase information in each virtual sensor corresponding to one physical antenna moving through the propagation space.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
는 전파 공간에서 고정되는 물리적 안테나(1)에서 입력되는 수신 신호일 수 있다. 그리고,
Figure pat00003
는 전파 공간에서 이동하는 물리적 안테나(2)를 이용하여 구성한 가상 센서들을 통해 입력되는 수신 신호일 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치(201)는 사용자의 측정환경에 따라 원형 배열 형태 혹은 선형 배열 형태로 가상 배열 구조를 설정할 수 있다.here,
Figure pat00002
May be a received signal input from the physical antenna 1 fixed in the propagation space. And,
Figure pat00003
May be a received signal input through the virtual sensors configured using the physical antenna 2 moving in the propagation space. The position estimating apparatus 201 may set a virtual array structure in a circular array form or a linear array form according to a user's measurement environment.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실내 환경의 전파 공간에서의 지연-공간 분석을 위한 송-수신 구조를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram illustrating a transmission-reception structure for delay-space analysis in a propagation space of an indoor environment according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 그래프는 기존의 알고 있는 반사 신호를 송신하여 지연 기반의 공간 모델을 구현 하는 방법 및 지연-공간 분석 결과를 제시할 수 있다. 자세하게, 본 그래프는 실내 환경의 전파 공간을 지연시간 기반 AOA로 분석한 결과이며, 고속으로 송신한 신호를 바탕으로 정밀 지연-분해 시간으로 결과를 추출할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 높은 상관 관계에 따른 다중 경로(high correlation multi-path)의 문제가 해결됨으로 인해 전파 공간 내 보다 정확한 구조물의 위치에 관한 추정이 가능할 수 있다.The graph shown in FIG. 4 may present a method of implementing a delay-based spatial model by transmitting a known reflection signal and a delay-space analysis result. In detail, the graph is a result of analyzing the propagation space of the indoor environment with a delay-based AOA, and based on the signal transmitted at high speed, the result can be extracted with a precise delay-decomposition time. Accordingly, in the present invention, since the problem of high correlation multi-path due to high correlation is solved, it may be possible to estimate the position of a more accurate structure in the propagation space.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실내 환경의 전파 공간에서의 지연-공간 분석을 통해 신호를 탐지하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram illustrating a process of detecting a signal through delay-space analysis in a propagation space of an indoor environment according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 그래프는 정밀 지연시간 영역에서 AOA의 결과를 통합한 결과일 수 있다. 또한, 본 그래프는 본 발명에서 제안한 방향 탐지 알고리즘을 활용한 결과로부터 기준 자료로 활용 가능하고 향후 AI 알고리즘 기반의 위치 추정 방식에도 사용이 가능할 수 있다. The graph shown in FIG. 5 may be the result of integrating the results of the AOA in the precision delay region. In addition, the graph can be used as a reference data from the result of using the direction detection algorithm proposed in the present invention, and may be used in a future position estimation method based on the AI algorithm.

본 그래프를 살펴보면, 경로 2는 60°방향에 위치한 구조물 1에 반사되어 중심 송신기 에서부터 τ_2의 지연을 가진 입사파가 수신되었다. 경로 1은 송신기에서 0°의 방향으로 τ_1의 지연을 가진 입사파가 수신되었다. 경로 3은 -30°방향에 위치한 구조물 3에 반사되어 τ_3의 지연을 가진 입사파가 수신되었다.Looking at the graph, path 2 is reflected by the structure 1 located in the 60 ° direction and received an incident wave with a delay of τ_2 from the center transmitter. Path 1 received an incident wave with a delay of τ_1 in the direction of 0 ° at the transmitter. Path 3 was reflected by structure 3 located in the −30 ° direction to receive an incident wave with a delay of τ_3.

위치 추정 장치는 지연-공간 분석을 조합하면 실내 환경의 전파 공간에서의 구조물(반사체)들의 위치 정보를 구할 수 있다.The position estimating apparatus combines the delay-space analysis to obtain the position information of the structures (reflectors) in the propagation space of the indoor environment.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실내 환경의 전파 공간에서의 지연-공간 분석에 따른 수행 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a result of performing a delay-space analysis in a propagation space of an indoor environment according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 그래프 (a)는 지연-시간 영역에서 알고 있는 반사 신호의 방위각을 추정한 결과일 수 있다. 도 6에 도시된 그래프 (b)는 반복해서 송신한 반사 신호의 반사파 지연-AOA 결과를 평균화하여 도시한 결과일 수 있다. 본 그래드들은 실제로 시간 영역에서 추정하고자 하는 이상적인 방위각 결과를 나타낼 수 있다.The graph (a) illustrated in FIG. 6 may be a result of estimating the azimuth angle of the reflected signal known in the delay-time domain. The graph (b) illustrated in FIG. 6 may be a result obtained by averaging the reflected wave delay-AOA result of the repeatedly transmitted reflected signal. These grades may represent the ideal azimuth result that is actually intended to be estimated in the time domain.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 안테나를 활용한 가변 배열 구조를 통해 신호를 탐지하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a process of detecting a signal through a variable array structure using a virtual antenna according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 위치 추정 장치는 2개의 물리적 안테나를 이용하여 간섭 신호원의 정보에 따른 다양한 애퍼처(Aperture) 및 다수개의 가상 센서들을 구성할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치는 초분해능 구조의 방향 탐지 알고리즘을 활용한 가상의 가변 배열 구조를 설정할 수 있다. 위치 추정 장치는 가상의 가변 배열 구조를 기반으로 3개 정도의 하위 Eigen vectors로 noise sub-space로 구성한 MUSIC 알고리즘을 수행할 수 있다.In the present invention, the position estimation apparatus may configure various apertures and a plurality of virtual sensors according to the information of the interference signal source using two physical antennas. The position estimating apparatus may set a virtual variable array structure using a direction detection algorithm of a super resolution structure. The position estimating apparatus can perform a MUSIC algorithm composed of noise sub-spaces with about three lower eigen vectors based on a virtual variable array structure.

이후, 위치 추정 장치는 다중 경로들에 대한 정확한 수신 방향을 획득한 후, 고속의 반사 신호를 송신 및 동일한 가변 배열 구조의 지연-공간 분석을 수행할 수 있다. 위치 추정 장치는 실내 환경의 전파 공간에서의 구조물의 구조를 획득할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치는 2개 이상의 다중 경로의 추정이 가능하면, 1개의 위치 추정 시스템에서 간섭 신호원의 위치에 대한 추정이 가능할 수 있다.Then, after obtaining the correct receiving direction for the multiple paths, the position estimating apparatus may transmit a fast reflection signal and perform delay-space analysis of the same variable array structure. The position estimating apparatus may acquire the structure of the structure in the propagation space of the indoor environment. In addition, if the position estimating apparatus is capable of estimating two or more multipaths, the position estimating apparatus may estimate the position of the interference signal source in one position estimating system.

본 발명에서 제안한 위치 추정 장치는 1개의 고정되는 물리적 안테나 및 나머지 1개의 물리적 안테나를 이동하여 가상 센서들을 생성함으로써, 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다. 제안한 방법을 활용하는 경우, 위치 추정 시스템은 종래에 사용되는 3개 정도의 위치 추정 장치가 필요한 것에 비해 그 개수가 1/3으로 감소할 수 있다. 또한, 위치 추정 시스템에서 사용되는 물리적 안테나의 개수는 현저히 감소하면서 공간 분해능이 우수할 수 있다. The position estimation apparatus proposed by the present invention can estimate the position of an interference signal source by moving one fixed physical antenna and one remaining physical antenna to generate virtual sensors. In the case of utilizing the proposed method, the number of the position estimation system can be reduced to one third compared to the need for three position estimation apparatuses conventionally used. In addition, while the number of physical antennas used in the position estimation system is significantly reduced, the spatial resolution may be excellent.

따라서, 본 발명에서 제안하는 위치 추정 시스템은 가격 및 시스템 성능 면에서 월등히 우수하다고 할 수 있다.Therefore, the position estimation system proposed in the present invention can be said to be excellent in terms of price and system performance.

도 7의 그래프 (a)를 살펴보면, 해당 그래프는 3개의 멀티패스 & 100% correlation 신호들을 대상으로 총 11개의 배열을 갖는 물리적 안테나의 수를 가지는 경우에 대하여 3개의 입사신호가 존재한다고 가정에 따른 알고리즘을 수행한 결과일 수 있다. 이 때, 도 7의 그래프 (a)는 본 발명이 제안하는 방법을 적용한 것으로 충분한 Noise-subspace (4:11 Eigen vectors 사용)를 사용하지 않아 이득 및 ambiguity 측면에서 약간의 감소가 있음이 확인 가능할 수 있다.Referring to the graph (a) of FIG. 7, the graph is based on the assumption that three incident signals exist for a case of three physical paths having 11 arrays in total for three multipath & 100% correlation signals. It may be the result of performing the algorithm. In this case, the graph (a) of FIG. 7 applies the method proposed by the present invention, and it may be confirmed that there is a slight reduction in gain and ambiguity due to not using enough noise-subspace (using 4:11 Eigen vectors). have.

도 7의 그래프 (b)를 살펴보면, 그래프에 도시된 점선은 일반적인 MUSIC 방식을 이용하여 추출한 결과를 나타낼 수 있다. 그래프의 점선을 살펴보면, MUSIC 알고리즘은 실내 환경에서 자주 발생하는 입사신호의 개수를 잘못 추정한 경우에 따른 현저하게 성능이 저하됨에 따라 사용이 거의 불가능하다는 것을 확인할 수 있다.Referring to the graph (b) of FIG. 7, the dotted line illustrated in the graph may represent a result extracted using a general MUSIC method. Looking at the dotted line of the graph, it can be seen that the MUSIC algorithm is almost impossible to use as the performance deteriorates remarkably due to incorrect estimation of the number of incident signals frequently occurring in an indoor environment.

그리고, 그래프에 도시된 실선은 본 발명에서 제안한 알고리즘(9:11의 Eigen vector를 noise subspace vectors 간주)을 이용하여 추출한 결과를 나타낼 수 있다. 본 발명에서 제안한 알고리즘은 MUSIC 알고리즘과 비교하여 약간의 성능 저하가 발생하기는 하나, 간섭 신호원의 위치에 대한 정확한 추정이 가능함을 확인할 수 있다.In addition, the solid line shown in the graph may represent the result of extraction using the algorithm proposed in the present invention (representing the noise subspace vectors of the Eigen vector of 9:11). The algorithm proposed in the present invention has a slight performance degradation compared to the MUSIC algorithm, but it can be confirmed that accurate estimation of the position of the interference signal source is possible.

결국, 종래의 알고리즘은 High correlated 멀티패스 신호의 특성상 입사신호의 개수를 정확하게 Eigen Decomposition 방식으로 추정이 어려울 수 있다. 이를 해결하기 위한 본 발명에서 제안하는 알고리즘은 가상 배열을 구성하여 충분한 애퍼처(Aperture)와 센서들을 확보함으로써, 위치 추정 시스템에서 사용되는 총 센서의 개수에서부터 역으로 적절한 수(3~4개)까지 Noise subspace vectors 구성할 수 있다.As a result, in the conventional algorithm, it may be difficult to accurately estimate the number of incident signals by the Eigen Decomposition method due to the characteristics of the high correlated multipath signal. The algorithm proposed in the present invention to solve this problem is to construct a virtual array to secure sufficient aperture and sensors so that from the total number of sensors used in the position estimation system to vice versa (3 to 4) Noise subspace vectors can be configured.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a position estimation method according to an embodiment of the present invention.

단계(801)에서 위치 추정 장치는 실내 환경의 전파 공간에서 간섭 신호원의 간섭 신호를 검출할 수 있다. In operation 801, the location estimating apparatus may detect an interference signal of an interference signal source in a propagation space of an indoor environment.

단계(802)에서 위치 추정 장치는 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 간섭 신호의 중심주파수 및 대역폭을 추출할 수 있다.In operation 802, the position estimating apparatus may extract the center frequency and the bandwidth of the interference signal using the interference signal of the interference signal source.

단계(803)에서 위치 추정 장치는 실내 환경에서 설치된 알고 있는 신호를 수신할 수 있다.In operation 803, the location estimating apparatus may receive a known signal installed in an indoor environment.

단계(804)에서 위치 추정 장치는 간섭 신호의 중심주파수 및 대역폭을 추출하면, 간섭 신호원의 정보에 따라 적절한 애퍼처와 가상의 물리적 안테나의 개수를 조절(Virtual & Physical sensor control)할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치는 애퍼처와 가상의 물리적 안테나를 조절함으로써, 배열 형태 선택 및 센서의 움직이는 방향 및 주기를 결정할 수 있다.In operation 804, the location estimation apparatus extracts the center frequency and the bandwidth of the interference signal, and may adjust the number of appropriate apertures and virtual physical antennas according to the information of the interference signal source. In addition, the position estimating apparatus may determine an arrangement type and determine a moving direction and a period of the sensor by adjusting the aperture and the virtual physical antenna.

여기서, 본 발명은 실내 환경의 전파 공간에서 간섭 신호원의 위치를 추정함에 있어, 애퍼처의 증가에 따라 이상적으로 센서의 개수가 증가하면, 분해능이 조밀하게 되어 빔포밍 등 방향탐지 알고리즘을 수행 시 위치 추정 정확도가 우수할 수 있다. 다만, 일반적으로 다수의 멀티 패스가 존재하는 실내 환경에서 직접적으로 모든 경로의 신호원의 위치를 추정하는 것은 상당히 어렵고 의미가 없을 수 있다.In the present invention, in estimating the position of the interference signal source in the propagation space of an indoor environment, when the number of sensors ideally increases with the increase of the aperture, the resolution becomes dense, and thus when performing a direction detection algorithm such as beamforming. Location estimation accuracy may be good. However, in general, it is quite difficult and meaningless to estimate the position of the signal sources of all the paths directly in an indoor environment in which there are a plurality of multipaths.

따라서, 단계(805)에서 위치 추정 장치는 멀티 패스에 대응하는 신호가 입사될 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치는 전파 공간의 일정 영역에서 전력이 큰 경로들의 입사 방향을 우선적으로 정확하게 추정할 수 있다. 즉, 위치 추정 장치는 전파 공간의 모든 경로에서 방향을 추정하지 않고, 전파 공간의 전력이 상당히 큰 경로를 추정하기 위해 방향탐지 알고리즘을 결정할 수 있다. 위치 추정 장치는 복수의 물리적 안테나로 구성된 가변 배열 구조를 설정할 수 있다.Therefore, in operation 805, a signal corresponding to a multipath may be incident to the position estimating apparatus. In addition, the position estimating apparatus may first accurately and accurately estimate the incidence direction of the paths having a large power in a predetermined region of the radio wave space. That is, the position estimating apparatus may determine the direction detecting algorithm in order to estimate the path of which the power of the propagation space is considerably large without estimating the direction in all the paths of the propagation space. The position estimating apparatus may set a variable array structure composed of a plurality of physical antennas.

위치 추정 장치는 가상 배열 구조를 제어한 후 가상 센서 기반 방향 탐지 알고리즘을 수행할 수 있다. 여기서, 위치 추정 장치는 방향 탐지 알고리즘으로 두 가지 방식을 제안할 수 있다.The location estimation apparatus may perform a virtual sensor based direction detection algorithm after controlling the virtual array structure. Here, the position estimating apparatus may propose two methods as a direction detection algorithm.

(1) 빔포밍 방식(1) beamforming method

위치 추정 장치는 방향 탐지 알고리즘으로 빔포밍 방식을 결정할 수 있다. 여기서, 빔포밍 방식은 다수의 가상 안테나들로 구성된 배열의 응답을 모든 공간 방면으로 투사한 후, 가장 큰 이득을 가진 2~3개의 방향을 가진 경로를 추출할 수 있다.The position estimating apparatus may determine a beamforming method using a direction detection algorithm. Here, the beamforming method may project a response of an array composed of a plurality of virtual antennas in all spatial directions, and then extract a path having two or three directions having the largest gain.

(2) 초분해능 방식(2) Super resolution method

위치 추정 장치는 방향 탐지 알고리즘으로 초분해능 방식을 결정할 수 있다. 여기서, 초분해능 방식은 소음 부분 공간(Noise subspace)이라고 확인이 가능한 잡음 고유 벡터(Noise Eigen vectors)를 사용하여 MUSIC 알고리즘을 수행할 수 있다. 초분해능 방식은 MUSIC 알고리즘을 수행한 결과에 따른 가장 모든 공간 방면에서의 가장 큰 공간 이득을 가진 2~3개의 방향을 가진 경로를 추출할 수 있다.The position estimating apparatus may determine a super resolution method using a direction detection algorithm. Here, the super resolution method may perform the MUSIC algorithm using noise eigenvectors that can be identified as a noise subspace. The super resolution method can extract paths with two or three directions with the largest spatial gain in all the spatial directions as a result of performing the MUSIC algorithm.

일반적으로, MUSIC 알고리즘은 High-correlation 성질의 반사파가 많은 환경에서 공분산 행렬 랭크(covariance matrix rank)가 모든 입사 방향 벡터들 보다 감소하여, 잡음 부분 공간 벡터(Noise subspace vectors)의 구성이 정확하지 않을 수 있다. 또한, MUSIC 알고리즘은 반사파의 수가 배열을 구성하는 안테나 수보다 많아지면 입사파들의 방위각에 대한 추정이 실패하게 될 수 있다.In general, the MUSIC algorithm reduces the covariance matrix rank to all incidence direction vectors in a high-correlation echo environment, resulting in inaccurate composition of noise subspace vectors. have. In addition, the MUSIC algorithm may fail to estimate the azimuth angle of the incident waves when the number of reflected waves is larger than the number of antennas constituting the array.

이에, 본 발명에서 제안하는 위치 추정 장치는 가상 배열 구조를 이용하여 충분한 가상 안테나 수(K)를 확보할 수 있다. 위치 추정 장치는 통상적인 실내 환경의 전파 공간에서 발생 가능한 멀티패스 개수(N)를 고려하여 N+1: element최대 개수(K) 사이의 Eigen Vectors로 Noise subspace를 구현할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치는 가상 배열응답 manifold에 투여하여 가장 짧은 값들을 입사신호들의 응답으로 판정할 수 있다.Accordingly, the position estimation apparatus proposed by the present invention can secure a sufficient number of virtual antennas K by using a virtual array structure. The position estimation apparatus may implement a noise subspace with Eigen Vectors between N + 1: maximum number K of elements in consideration of the number N of multipaths that may occur in a propagation space of a typical indoor environment. In addition, the position estimation apparatus may be administered to the virtual array response manifold to determine the shortest values as responses of incident signals.

단계(806)에서 위치 추정 장치는 가상 배열 구조를 이용한 알고리즘을 수행하면, 공간 전력이 큰 신호의 입사 방향만을 정확히 추정이 가능할 수 있다. 이에, 위치 추정 장치는 반사파들로 구성된 간섭 신호원의 정확한 위치 추정을 위해, 실내 환경의 전파 공간 분석을 목적으로 지연시간 기반의 AOA 추정을 하기 위하여 알고 있는 신호 송신을 위한 부분이 필요할 수 있다.In operation 806, when the location estimation apparatus performs an algorithm using a virtual array structure, only the direction of incidence of a signal having a large space power may be accurately estimated. Accordingly, the position estimating apparatus may need a portion for signal transmission to know the delay-based AOA estimation for the purpose of analyzing the propagation space of the indoor environment in order to accurately estimate the interference signal source composed of the reflected waves.

위치 추정 장치는 분해능이 높은 지연시간(τ)를 구현하기 위하여 도면 4과 같이 지연-공간 분석을 위한 송.수신 구조를 기반으로 고속의 신호(PN-code 등)를 반복하여 송신할 수 있다.The position estimation apparatus may repeatedly transmit a high speed signal (PN-code, etc.) based on a transmission / reception structure for delay-space analysis as shown in FIG. 4 to implement a high resolution delay time τ.

일반적으로, 지연시간에 대한 고 분해능을 얻기 위해서는 50MHz 이상의 대역폭이 필요하며 이 경우 10ns 단위로 지연시간 분해능을 얻을 수 있다. 또한, 지연시간 분해능을 바탕으로 방향 추정을 하면 시간영역에서 어떤 순간에 동시에 많은 멀티패스 신호가 발생하지만 지연 시간 영역의 기본단위에 따른 일반적인 방향 탐지 알고리즘으로 정확한 결과를 추출할 수 있다. 일례로, 소수(1개 미만)의 신호가 수신 된다고 가정할 수 있어, 일반적으로 멀티패스 신호는 지연시간이 다른 다양한 경로로 구성될 수 있다.In general, to achieve high resolution for latency, bandwidth above 50 MHz is required, in which case latency resolution can be achieved in 10 ns increments. In addition, if the direction estimation is performed based on the delay resolution, many multipath signals are generated at the same time in the time domain. As an example, it can be assumed that a few (less than one) signals are received, so that in general, a multipath signal can be composed of various paths with different delay times.

그러나, 실내 환경에서는 간섭 신호원을 지연시간 영역으로 분해하기 어렵기 때문에 실내 환경에서 적용이 어려워, 지연시간 분해는 실내 환경의 전파 공간의 공간 분석을 위해 중요하고 기준 자료로 사용이 가능할 수 있다.However, in an indoor environment, since it is difficult to decompose an interference signal source into a delay time domain, it is difficult to apply in an indoor environment. Therefore, the delay time decomposition may be important and used as a reference data for spatial analysis of the propagation space of an indoor environment.

단계(807)에서 위치 추정 장치는 단계(805) 및 단계(806)를 통해 수신한 결과들을 바탕으로 구조적인 실내 환경의 전파 공간에서의 경로를 비교할 수 있다.In operation 807, the location estimation apparatus may compare the paths in the propagation space of the structural indoor environment based on the results received through operations 805 and 806.

단계(808)에서 위치 추정 장치는 경로를 비교한 결과로부터 최종적인 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.In operation 808, the position estimating apparatus may estimate the position of the final interfering signal source from the result of comparing the paths.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 최종적으로 간섭 신호원의 위치를 추정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a process of finally estimating the position of an interference signal source according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 제안하는 위치 추정 장치는 지연기반 공간모델 분석 결과와 분해능을 높여서, 제안한 위치 추정 알고리즘 결과를 조합하여 최종적인 간섭 신호원의 위치를 추출할 수 있다. 이 때, 위치 추정 장치는 가상 배열 구조를 제어한 후 가상 센서 기반의 두 가지 방식을 통해 방향 탐지 알고리즘을 수행할 수 있다.The position estimation apparatus proposed by the present invention can extract the position of the final interference signal source by combining the result of the proposed position estimation algorithm by improving the delay-based spatial model analysis result and the resolution. In this case, the position estimation apparatus may control the virtual array structure and then perform the direction detection algorithm through two methods based on the virtual sensor.

단계(901)에서 위치 추정 장치는 가상의 배열 안테나 구조를 기반으로 하는 Beamforming 방식을 이용한 방향 탐지 알고리즘을 적용할 수 있다. In operation 901, the location estimation apparatus may apply a direction detection algorithm using a beamforming method based on a virtual array antenna structure.

단계(902)에서 위치 추정 장치는 가상의 배열 안테나 구조를 기반으로 하는 3-noise subspace MUSIC 방식을 사용한 방향 탐지 알고리즘을 적용할 수 있다.In operation 902, the location estimation apparatus may apply a direction detection algorithm using a 3-noise subspace MUSIC method based on a virtual array antenna structure.

단계(903)에서 위치 추정 장치는 위치 추정 장치는 단계(901) 및 단계(902)를 사용함으로써, 해당 방향의 공간전력이 큰 2~3개에 경로에 대해 입사 방위각을 추정할 수 있다. 위치 추정 장치는 추정한 인사 방위각에 관한 결과와 지연공간 모델 구조의 분석결과와 비교하여 최종 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.In step 903, the position estimating apparatus estimates the incident azimuth angle with respect to the path to two or three space powers of the corresponding direction by using the positions estimating apparatus 901 and step 902. The position estimating apparatus may estimate the position of the final interfering signal source by comparing the estimated result of the personnel azimuth with the analysis result of the delay space model structure.

단계(904)에서 위치 추정 장치는 간섭 신호원의 위치가 실내 환경의 전파 공간에서 제안한 방향 탐지 알고리즘을 이용한 결과로부터, 20°와 10°방향의 2개의 경로의 방위각을 추정할 수 있다. 그리고, 위치 추정 장치는 방향 탐지 알고리즘을 적용한 결과 및 지연-공간 분석 모델을 통해 반사파 구조를 이용하면 경로1-1(path 1)과 경로2-2(path 2)를 형성할 수 있다.In operation 904, the position estimating apparatus estimates the azimuth angles of the two paths in the 20 ° and 10 ° directions from the result of using the direction detection algorithm proposed by the position of the interference signal source in the propagation space of the indoor environment. In addition, the position estimation apparatus may form path 1-1 and path 2-2 by using the reflected wave structure through the result of applying the direction detection algorithm and the delay-spatial analysis model.

단계(905)에서 위치 추정 장치는 간섭 신호원의 위치를 정확히 추정 가능할 수 있다. 위치 추정 장치는 공간 전력이 큰 경로의 방위각 결과와 지연기반 공간 분석 결과를 조합함으로써, 최종적인 간섭 신호원의 위치를 추정할 수 있다.In operation 905, the position estimating apparatus may accurately estimate the position of the interfering signal source. The position estimating apparatus may estimate the position of the final interference signal source by combining the azimuth result of the path having a large spatial power and the delay based spatial analysis result.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different manner than the described method, or other components. Or even if replaced or replaced by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the following claims.

도 11

Claims (20)

전파 공간에서 검출된 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 상기 간섭 신호원의 정보를 추출하는 단계;
상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 전파 공간 내 지연-공간 분석을 위한 분석 신호를 송신하는 단계;
상기 송신된 분석 신호로부터 전파 공간 내 존재하는 구조물에 의해 반사된 적어도 하나의 반사 신호를 수신하는 단계;
상기 수신한 적어도 하나의 신호를 이용하여 전파 공간에서의 반사파 구조를 분석하는 단계;
상기 간섭 신호원의 정보에 기초하여 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에 대응하는 가변 배열 구조를 설정하는 단계;
상기 가변 배열 구조에 따라 애퍼처(Aperture)를 조절하여 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 반사 신호를 탐지하는 단계; 및
상기 반사파 구조 및 상기 전방향에서 반사된 복수의 반사 신호를 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.Extracting information of the interfering signal source using the interfering signal of the interfering signal source detected in the propagation space;
Transmitting an analysis signal for delay-space analysis in propagation space based on the information of the interference signal source;
Receiving at least one reflected signal reflected by the structure present in the propagation space from the transmitted analysis signal;
Analyzing a reflected wave structure in a propagation space using the received at least one signal;
Setting a variable array structure corresponding to the signal measurement environment of the propagation space based on the information of the interference signal source;
Adjusting an aperture according to the variable arrangement to detect a plurality of reflected signals reflected in all directions of the propagation space; And
Estimating a location of an interference signal source using the reflected wave structure and the plurality of reflected signals reflected in all directions
Position estimation method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 추출하는 단계는,
상기 전파 공간에서 검출된 간섭 신호를 분석하여 간섭 신호원에 관한 중심 주파수 및 대역폭을 포함하는 정보를 추출하는 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The extracting step,
And extracting information including a center frequency and a bandwidth of the interference signal source by analyzing the interference signal detected in the propagation space. 제1항에 있어서,
상기 구조물에 의해 반사된 복수의 반사 신호는,
시간 영역에서의 지연 시간을 갖는 서로 다른 멀티 경로로 발생되는 신호인 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The plurality of reflection signals reflected by the structure,
A position estimation method, which is a signal generated by different multipaths having a delay time in a time domain. 제1항에 있어서,
상기 설정하는 단계는,
상기 반사파 구조를 기반으로 시간에 따라 변화하게 되는 간섭 신호의 위상을 고려하여 복수의 물리적 안테나로 구성된 가변 배열 구조를 설정하는 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The setting step,
And a variable array structure consisting of a plurality of physical antennas in consideration of a phase of an interference signal that changes with time based on the reflected wave structure. 제4항에 있어서,
상기 복수의 물리적 안테나는,
상기 전파 공간 내 고정되는 하나의 안테나 및 상기 고정된 하나의 안테나를 기준으로 간섭 신호원의 정보에 의해 결정된 안테나의 이동 방향 및 주기에 따라 이동하는 하나의 안테나를 포함하는 위치 추정 방법.The method of claim 4, wherein
The plurality of physical antennas,
And one antenna fixed in the propagation space and one antenna moving in accordance with the moving direction and period of the antenna determined by the information of the interference signal source with respect to the fixed one antenna. 제1항에 있어서,
상기 설정하는 단계는,
원형 배열 형태, 또는 선형 배열 형태 중 하나의 형태를 갖는 가변 배열 구조를 설정하는 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The setting step,
A position estimation method for setting a variable array structure having either a circular array form or a linear array form. 제1항에 있어서,
상기 탐지하는 단계는,
상기 전파 공간에서 발생하는 반사파의 수를 고려하여 가변 배역 구조에서 신호의 방위각을 추정하기 위한 가상 안테나의 수를 결정하는 단계; 및
상기 가상 안테나의 수에 대응하여 애퍼처를 조절하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The detecting step,
Determining the number of virtual antennas for estimating the azimuth angle of a signal in a variable band structure in consideration of the number of reflected waves occurring in the propagation space; And
Adjusting an aperture according to the number of virtual antennas
Position estimation method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 탐지하는 단계는,
상기 애퍼처가 조절되면, 상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하는 단계; 및
상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 입사된 복수의 신호들 중 신호의 공간 이득 조건을 만족하는 적어도 하나의 반사 신호를 탐지하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The detecting step,
When the aperture is adjusted, transmitting a signal in all directions of a propagation space by using a plurality of physical antennas forming the variable array structure; And
Detecting at least one reflected signal satisfying a spatial gain condition of the signal among the plurality of incident signals when the plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signal are incident
Position estimation method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 탐지하는 단계는,
상기 전파 공간의 신호 측정 환경에서 방사된 신호에 의해 발생 가능한 멀티 경로의 개수를 설정하는 단계;
상기 설정된 멀티 경로의 개수와 상기 가변 배열 구조를 구성하는 물리적 안테나의 최대 개수에 고려하여 고유 벡터(Eigen Vectors)와 잡음 부분 공간(Noise Subspace)을 형성하는 단계;
상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하는 단계; 및
상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 상기 고유 벡터 및 잡음 부분 공간에서의 입사 조건을 만족하는 적어도 하나의 신호를 탐지하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The detecting step,
Setting a number of multipaths that may be generated by signals emitted in the signal measurement environment of the propagation space;
Forming eigenvectors and noise subspaces in consideration of the set number of multipaths and the maximum number of physical antennas constituting the variable array structure;
Transmitting a signal in all directions of a propagation space by using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure; And
Detecting at least one signal that satisfies the incident condition in the eigenvector and the noise subspace when a plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signal are incident;
Position estimation method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 추정하는 단계는,
상기 수신한 복수의 신호 각각에 대응하는 방위각을 추출하는 단계; 및
상기 반사파 구조를 기반으로 상기 추출한 방위각을 공간 분석 모델에 적용하여 상기 간섭 신호원의 위치를 추정하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The estimating step,
Extracting an azimuth angle corresponding to each of the plurality of received signals; And
Estimating the location of the interference signal source by applying the extracted azimuth to a spatial analysis model based on the reflected wave structure
Position estimation method comprising a. 위치 추정 장치에 있어서,
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
전파 공간에서 검출된 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 상기 간섭 신호원의 정보를 추출하고, 상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 전파 공간 내 지연-공간 분석을 위한 분석 신호를 송신하고, 상기 송신된 분석 신호로부터 전파 공간 내 존재하는 구조물에 의해 반사된 적어도 하나의 반사 신호를 수신하고, 상기 수신한 적어도 하나의 반사 신호를 이용하여 전파 공간에서의 반사파 구조를 분석하고, 상기 간섭 신호원의 정보에 기초하여 상기 전파 공간의 신호 측정 환경에 대응하는 가변 배열 구조를 설정하고, 상기 가변 배열 구조에 따라 애퍼처(Aperture)를 조절하여 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호를 탐지하고, 상기 반사파 구조 및 상기 복수의 신호를 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정하는 위치 추정 장치.In the position estimation device,
Includes a processor,
The processor,
Extracting information of the interference signal source using the interference signal of the interference signal source detected in the propagation space, transmitting an analysis signal for delay-space analysis in the propagation space based on the information of the interference signal source, and transmitting Receiving at least one reflected signal reflected by the structure existing in the propagation space from the analyzed signal, analyzing the reflected wave structure in the propagation space using the received at least one reflected signal, and information on the interference signal source. Set a variable array structure corresponding to the signal measurement environment of the propagation space based on the detection, adjust the aperture in accordance with the variable array structure to detect a plurality of signals reflected from all directions of the propagation space, And a position estimating apparatus for estimating a position of an interference signal source using a reflected wave structure and the plurality of signals. 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 전파 공간에서 검출된 간섭 신호를 분석하여 간섭 신호원에 관한 중심 주파수 및 대역폭을 포함하는 정보를 추출하는 위치 추정 장치.The method of claim 11,
The processor,
And extracting information including a center frequency and a bandwidth of the interference signal source by analyzing the interference signal detected in the propagation space. 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 반사파 구조를 기반으로 시간에 따라 변화하게 되는 간섭 신호의 위상을 고려하여 복수의 물리적 안테나로 구성된 가변 배열 구조를 설정하는 위치 추정 장치.The method of claim 11,
The processor,
And a variable array structure including a plurality of physical antennas in consideration of a phase of an interference signal that changes with time based on the reflected wave structure. 제13항에 있어서,
상기 복수의 물리적 안테나는,
상기 전파 공간 내 고정되는 하나의 안테나 및 상기 고정된 하나의 안테나를 기준으로 간섭 신호원의 정보에 의해 결정된 안테나의 이동 방향 및 주기에 따라 이동하는 하나의 안테나를 포함하는 위치 추정 장치.The method of claim 13,
The plurality of physical antennas,
And one antenna fixed in the propagation space and one antenna moving in accordance with the moving direction and period of the antenna determined by the information of the interference signal source based on the fixed one antenna. 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 전파 공간의 신호 측정 환경에 따라 원형 배열 형태, 또는 선형 배열 형태 중 하나의 형태를 갖는 가변 배열 구조를 설정하는 위치 추정 장치.The method of claim 11,
The processor,
And a variable array structure having either a circular array form or a linear array form according to the signal measurement environment of the propagation space. 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 전파 공간에서 발생하는 반사파의 수를 고려하여 가변 배역 구조에서 신호의 방위각을 추정하기 위한 가상 안테나의 수를 결정하고, 가상 안테나의 수에 대응하여 애퍼처를 조절하는 위치 추정 장치.The method of claim 11,
The processor,
And determining the number of virtual antennas for estimating the azimuth angle of a signal in a variable band structure in consideration of the number of reflected waves generated in the propagation space, and adjusting the aperture according to the number of virtual antennas. 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 애퍼처가 조절되면, 상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하고,
상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 입사된 복수의 신호들 중 신호의 공간 이득 조건을 만족하는 적어도 하나의 신호를 탐지하는 위치 추정 장치.The method of claim 11,
The processor,
When the aperture is adjusted, a signal is transmitted in all directions of the propagation space by using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure.
And a plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signals are detected, and at least one signal among the plurality of incident signals satisfying a spatial gain condition of the signals is detected. 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 전파 공간의 신호 측정 환경에서 방사된 신호에 의해 발생 가능한 멀티 경로의 개수를 설정하고,
상기 설정된 멀티 경로의 개수와 상기 가변 배열 구조를 구성하는 물리적 안테나의 최대 개수에 고려하여 고유 벡터와 잡음 부분 공간을 형성하고,
상기 가변 배열 구조를 구성하는 복수의 물리적 안테나를 이용해 전파 공간의 전방향으로 신호를 송신하고,
상기 송신된 신호에 따른 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호가 입사되면, 상기 고유 벡터 및 잡음 부분 공간에서의 입사 조건을 만족하는 적어도 하나의 신호를 탐지하는 위치 추정 장치.The method of claim 11,
The processor,
Setting the number of multipaths generated by the signal radiated in the signal measurement environment of the propagation space,
An eigenvector and a noise subspace are formed in consideration of the set number of multipaths and the maximum number of physical antennas constituting the variable array structure,
A signal is transmitted in all directions of a radio wave space by using a plurality of physical antennas constituting the variable array structure;
And detecting at least one signal that satisfies the incidence condition in the eigenvector and the noise subspace when a plurality of signals reflected in all directions of the propagation space according to the transmitted signal are incident. 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 수신한 복수의 신호 각각에 대응하는 방위각을 추출하고, 상기 반사파 구조를 기반으로 상기 추출한 방위각을 공간 분석 모델에 적용하여 상기 간섭 신호원의 위치를 추정하는 위치 추정 장치.The method of claim 11,
The processor,
And extracting an azimuth angle corresponding to each of the plurality of received signals, and estimating a position of the interference signal source by applying the extracted azimuth angle to a spatial analysis model based on the reflected wave structure. 전파 공간의 신호 측정 환경에서 가변 배열 구조에 따라 배치되는 복수의 안테나; 및
복수의 안테나를 이용하여 상기 전파 공간 상에 존재하는 간섭 신호원의 위치를 추정하는 위치 추정 장치를 포함하고,
상기 위치 추정 장치는,
상기 전파 공간에서 검출된 간섭 신호원의 간섭 신호를 이용하여 상기 간섭 신호원의 정보를 추출하여, 상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 전파 공간에서의 반사파 구조를 분석하고,
상기 간섭 신호원의 정보를 기반으로 신호 측정 환경에 적응적인 가변 배열 구조를 설정하고, 설정된 가변 배열 구조에 따라 애퍼처를 조절함으로써, 전파 공간의 전방향에서 반사된 복수의 신호를 탐지하고,
상기 반사파 구조 및 상기 복수의 신호를 이용하여 간섭 신호원의 위치를 추정하는 위치 추정 시스템.A plurality of antennas arranged according to a variable arrangement in a signal measurement environment of a propagation space; And
A position estimating apparatus for estimating a position of an interference signal source existing in the propagation space using a plurality of antennas,
The position estimation device,
Extracting information of the interference signal source using the interference signal of the interference signal source detected in the propagation space, and analyzing the reflected wave structure in the propagation space based on the information of the interference signal source,
By setting a variable array structure adaptive to the signal measurement environment based on the information of the interference signal source, by adjusting the aperture in accordance with the set variable array structure, to detect a plurality of signals reflected from all directions of the propagation space,
And a position estimating system for estimating a position of an interference signal source using the reflected wave structure and the plurality of signals.
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