KR20220124265A

KR20220124265A - 무선 네트워크들에서 신호 소스들의 위치를 특정하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20220124265A
Application number: KR1020227028500A
Authority: KR
Inventors: 안드레이 코발리오프; 매튜 네벨; 아르템 콜초프
Original assignee: 우클라, 엘엘씨
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-09-13
Also published as: US11073596B1; CN115280173A; WO2021195666A1; CA3164454A1; JP2023510936A; US20210302530A1; EP4070121A1

Abstract

무선 송신기의 위치를 추정하는 방법으로서: 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계; 각각의 측정치 둘레에, 타이밍 어드밴스 지연 측정치들에 의해 정의되는 반지름을 갖는 버퍼 원을 그리는 단계; 복수의 버퍼 원들을 플로팅하고, 인접한 측정치들에 대한 교차 포인트들만을 식별하는 단계; 상기 복수의 무선 측정치들로부터의 지연 측정치들의 교차점에 기초해서 상기 위치를 추정하는 단계;를 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.

Description

무선 네트워크들에서 신호 소스들의 위치를 특정하기 위한 방법

본 출원은 미국특허상표청에 2020년 3월 27에 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/001,003호 및 2021년 1월 13일에 출원된 US 임시 특허 출원 No. 63/199,622의 우선권을 주장하며, 이들의 내용은 그들 전체가 참조에 의해 본 명세서의 이 부분에 통합된다.

본 명세서의 본 발명은 송신기의 위치를 추정하기 위해 적어도 하나의 무선 장치로부터의 복수의 측정치들을 분석하고 무선 장치의 지연(delay) 측정치들 및 알려진 좌표들을 이용하여 무선 네트워크 내에 있는 송신기의 지리적 지점(geographic location)을 식별하고 추정하는 것에 관한 것이다.

현대의 무선 네트워크들은 전형적으로 다양한 정지한(stationary) 지점 및 이동하는(moving) 지점에 있는 다수의 무선 기지국들로 이루어진다. 무선 네트워크들은 전형적으로 모바일 장치들과 통신하는 다수의 무선 기지국들로 이루어진다. 전형적으로, 무선 기지국들 및 모바일 장치들 양쪽 모두에는 양방향 통신을 위한 트랜시버들이 들어 있다. 현대의 무선 시스템들에서, 송신기들과 수신기들 간의 전송 타이밍은 공유되는 무선 스펙트럼(shared radio spectrum)에서 간섭을 감소시키기 위해 타이트하게(tightly) 제어된다.

무선 네트워크 송신 장비의 지점(location)은 여러 당사자들에게 큰 관심사이다. 예를 들어, 무선 네트워크 운영자들은 경쟁 네트워크들이 무선 기지국 장비를 배치한 장소에 관심이 있다. 무선 기지국들은 안테나들을 통해 송신되거나 수신되는 전파를 통해 이동 전화들과 더 큰 전화망 간의 연결을 제공하는 장치들이고, 전형적으로, 무선 기지국은 여러 트랜시버들 및/또는 송신기들을 포함하는데, 하나의 송신기는 다른 것과는 상이한 방향으로 송신하며, 그래서 단일한 포인트로부터 더 큰 커버리지(coverage)를 제공한다. 이러한 정보는 자신의 새로운 무선 트랜시버들의 지점 및 우선순위매김과 관련한 의사결정을 향상시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 운영자는 자신의 네트워크에 의해 현재 커버되지 않는 지역에 경쟁자가 무선 기지국들을 구축했다는 것을 알 수 있고, 그래서 경쟁자의 서비스 이점을 제거하기 위해 그 지역에 무선 기지국들을 구축할 것을 결정할 수 있다. 추가적으로, 타워 소유자들과 같은 무선 네트워크 운영자들에게 (트랜시버들을 보유하는) 셀룰러 타워와 같은 인프라스트럭처를 제공하는 회사들 및 무선 네트워크 운영자들에게 임대하기 위한 루프탑 권리(rooftop right)들을 확보하고 있는 회사들은 운영자들이 기지국들을 배치한 장소를 아는 것에 관심이 있어서, 그들은 잠재적으로 충족되지 않는 증가된 커버리지 또는 용량에 대한 요구를 가진 지역들을 식별할 수 있거나, 또는 다른 운영자들에게도 유익할 수 있되 하나의 네트워크 운영자에 의해서만 이용되는 셀룰러 타워 구조물과 같은 잠재적으로 과소하게 이용되는 자산들을 식별할 수 있다. 추가적으로, 건물 소유자들 및 세입자들은 예를 들어 임의의 개별 네트워크(또는 모든 네트워크들)에서 커버리지가 양호할지 또는 불량할지를 추정하기 위해 무선 네트워크 인프라스트럭처가 자신들의 소유물과 관련하여 있는 장소를 아는 것에 관심이 있을 수 있다.

사용된 매체와는 상관없이 무선 신호의 송신과 수신 사이에서 내재하는 지연(inherent delay)이 존재한다. 무선 네트워크들에서, 매질은 공간이고, 지연을 초래하는 요인들은 매질 자체(자유 공간), 송신기와 수신기 사이의 경로에 존재하는 장애물들(반사, 굴절 등을 초래함), 또는 송신기와 수신기 간의 거리이다. 통신 동기화를 달성하기 위해, 무선 신호들은 야기되는 수신 지연을 고려하도록 미리 전송된다. 이러한 조기 전송은 셀룰러 네트워크들에서 미리 정의된 시간 기간들의 증분들에서 측정되는데, 지연 간격(delay interval), 예를 들어 타이밍 어드밴스(timing advance)("TA")이다. 무선 네트워크들은 신호들의 송신과 수신 사이의 시간 차이를 지속적으로 모니터링한다. 만일 무선 신호가 너무 일찍 도착하면, 송신기들은 더 낮은 TA 오프셋(offset)을 통해 신호를 더 늦게 보내도록 지시를 받고, 그 반대로도 가능하다. 모바일 장치들은 TA 값 측정치들이 수집된 지리적 지점(위도, 경도, 고도) 및 무선 신호 소스들의 아이디(identification)와 함께, 설치된 애플리케이션을 이용하여 이러한 TA 값들을 기록할 수 있다(집합적으로, TA 데이터는 지리적 지점 및 TA 값이다). 그래서, 각각의 측정이 상이한 지리적 지점 및 가능하게는 상이한 TA 값을 낳을 것이기 때문에, 포인트 A로부터 포인트 B로 이동하는 단일한 장치는 여러 상이한 TA 데이터를 캡쳐하고 기록할 수 있을 것이다. 이후 측정치들의 집합은 무선 기지국(송신기)의 지점을 더 잘 식별하기 위해 이용된다.

본 출원인은 TA 값들과 같은 지연 측정치 데이터 및 지리적 지점을 포함하는 TA 데이터의 이용을 통해 트랜시버 기지국들의 식별 및 위치특정을 향상시키는 새롭고 유용한 방법을 창안하였다.

본 명세서의 방법들은 네트워크에 의해 서비스되는 무선 장치들에 의해 수집된 무선 신호 측정치들에 기초해서 네트워크에서 무선 송신기들의 지리적 지점을 식별하기 위한 해결책들을 제안한다. 이것은 예를 들어 무선 네트워크 기지국들, 셀룰러 사이트(cellular site)들, 트랜시버 스테이션(transceiver station)들, 무선 타워들 등을 포함하는 하나 이상의 무선 송신기들의 지점을 추정하기 위해 유용하다.

종래의 방법들은 수신된 신호 레벨 값들에만 의존하고 측정치들의 신호 페이딩, 투과 손실, 경로 방해, 낮은 공간 다이버시티 등에 의해 손상되는데, 본 발명은 이러한 종래의 방법들에 비하여 무선 송신기들의 지리적 지점의 더 나은 검출 정확도 및 정밀도를 달성할 것이다.

본 명세서의 실시예들의 특징들은 장치의 지리적 지점 및 광범위한 무선 네트워크 정보를 수집할 수 있는 모바일 장치 상에서 실행되는 애플리케이션을 포함한다. 하나 이상의 장치들로부터 수집된 데이터는 무선 네트워크 기지국들의 지점을 결정하기 위해 본 명세서의 방법들을 이용하여 분석되고, 소정의 실시예들에서 송신기의 지점을 식별하는 정밀도를 향상시키기 위해 반복적인 방식으로 분석된다.

바람직한 실시예에서, 무선 타워의 위치를 추정하는 방법은: (a) 송신기와 수신기 간의 TA 데이터와 같은 복수의 무선 측정치들을 수집하고, 송신기와 수신기 간의 타이밍 어드밴스(TA)를 수집하는 단계; (b) 상기 수신기 둘레에 버퍼 원(buffer circle)을 그리는 단계로서, 상기 원은

와 동일한 반지름을 갖는, 단계; (c) 인접한 무선 측정치들 간의 교차 포인트들을 추출하는 단계; (d) 단계 (c)로부터의 교차 포인트들의 클러스터를 식별하는 단계; (e) 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 상기 클러스터를 식별하는 단계; (f) 단계 (e)로부터의 상기 클러스터에 상응하는 다각형을 생성하는 단계; (g) 단계 (f)의 상기 다각형으로부터 중심을 추출하는 단계; (h) 단계 (f)의 상기 다각형에 외접하는 도형을 그리는 단계; 및 (i) 상기 원 내의 지점에 상응하는, 상기 무선 타워의 최초의(initial) 추정된 지점을 결정하는 단계;를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 교차 포인트들은 임계치 D(거리)와 동일한 점간 거리 및 최소 M개의 포인트들(측정치들)을 가진다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 임계치들 D 및 M은 조밀하게(densely) 위치한 교차 포인트들을 그룹핑하기에 충분히 작은 값들로 설정된다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 D 및 M에 대한 값들은 각각 경험적으로 시골 지역에서 D = 30 미터 및 M = 5개의 포인트들 주변에서 발견되었고, 교외 및 도시 지역에서 D = 10 미터 및 M = 10개의 포인트들 주변에서 발견되었다.

추가적인 실시예에서, 방법은: (j) 단계 (i)로부터 결정된 지점은 최초의 추정된 지점으로 설정되되, 이 지점에서부터 모든 버퍼 원들까지 최소 거리들을 계산하는 단계; (k) 상기 최초의 지점을 거리 D 및 각도 A만큼 새로운 지점으로 이동시키고, 모든 버퍼 원들까지 거리들을 계산하는 단계; (l) 단계 (j) 내지 단계 (k)의 계산된 거리들을 비교하는 단계; 및 (m) 이전에(previously) 추정된 지점보다 더 짧은 거리를 갖는 새로운 지점을 다음의(next) 추정된 지점으로 설정하는 단계;를 더 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 단계 (m)에서, 상기 새로운 지점은 신호 레벨을 더 측정하고, 측정된 신호 레벨에 기초해서 상기 새로운 지점을 수정한다.

추가적인 바람직한 실시예에서, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법은: (a) 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계; 및 (b) 상기 복수의 무선 측정치들로부터 지연 측정치들의 교차점에 기초해서 위치를 추정하는 단계;를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 지연 측정치들의 교차점은 무선 측정치 둘레에, 원의 반지름이

로서 정의된 버퍼 원을 그리고, 서로에 대해 인접한 수집된 두 개의 측정치들 간의 교차 포인트를 식별함으로써 정의된다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 인접한(adjacent) 것은 시간적으로 또는 장소적으로 인접한(adjacent) 것을 의미한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 추정된 위치는 교차점들의 클러스터를 식별하고 교차점들의 클러스터로부터 생성된 다각형 둘레로 원을 외접시킴으로써 추정되고, 추정된 위치는 외접원 내에 있다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 추정된 위치는 상기 원 내에 지점 포인트(location point)를 플로팅(plotting)함으로써 추정된다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 플로팅된(plotted) 지점 포인트는 상기 원 내의 각각의 교차점까지 최단거리를 생성하도록 플로팅된다.

추가적인 실시예에서, 무선 송신기, 예를 들어, 타워, 루프탑(rooftop), 가로등 또는 빌보드(billboard) 위에 있을 수 있는 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법은: 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계; 각각의 측정치 둘레에, 타이밍 어드밴스 지연 측정치들(timing advance delay measurement)에 의해 정의된 반지름을 갖는 버퍼 원을 그리는 단계; 복수의 무선 측정치들에 상응하는 복수의 버퍼 원들을 플로팅하고, 적어도 두 개의 인접한 측정치들에 대한 적어도 하나의 교차 포인트를 식별하는 단계; 상기 복수의 무선 측정치들로부터의 지연 측정치들의 교차점에 기초해서 위치를 추정하는 단계;를 포함한다.

방법에서 인접한 측정치들만이 적어도 하나의 교차 포인트를 식별하는 데에 이용된다.

방법에서 수신기는 모바일 장치이다.

추가적인 바람직한 실시예에서, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법은: (a) 상기 무선 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계로서, 상기 무선 측정치들은 상기 무선 송신기와 상기 수신기 간의 지연 측정치(TA 값) 및 수신기 지점(receiver location)을 포함하는, 단계; (b) 상기 수신기 지점 둘레에 버퍼 원(buffer circle)을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은

와 동일한 반지름을 갖고, x는 TA 값의 각각의 단위에 대한 거리 측정치를 나타내는, 단계; (c) 인접한 무선 측정치 간의 교차 포인트를 추출하는 단계; (d) 단계 (c)로부터의 교차 포인트들의 적어도 하나의 클러스터를 식별하는 단계; (e) 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 클러스터를 식별하는 단계; 및 (f) 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 상기 클러스터로부터 상기 무선 송신기의 최초의 추정된 지점을 결정하는 단계;를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법은: (e1) 단계 (e) 직후에, 단계 (e)로부터의 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 상기 클러스터에 상응하는 다각형을 생성하는 단계; (e2) 단계 (e1)의 상기 다각형으로부터 중심을 추출하는 단계; (e3) 상기 다각형에 외접하는 도형을 그리는(circumscribing) 단계; 및 (e4) 상기 외접하는 도형이 그려진 다각형 내의 지점에 상응하는, 상기 무선 송신기의 제1 최초의 추정된 지점을 결정하는 단계;를 더 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 교차 포인트들은 임계치 D와 동일한 점간 거리 및 최소 M개의 포인트들을 갖는다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 D 및 M에 대한 값들은 D = 30 미터이고 M = 5개 포인트들이다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 D 및 M에 대한 값들은 D = 10 미터이고 M = 10개 포인트들이다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 TA 값은 상기 수신기의 하드웨어 또는 소프트웨어에 기초해서 수정된다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 수신기에 의해 보고된 상기 TA 값은 장치 제조업체, 칩셋, 및 소프트웨어 릴리스(release)에 특정적(specific)이고, 고유 프로파일은 보고된 상기 TA 값을 정규화한다.

추가적인 실시예에서, 방법은: (e5) 상기 제1 최초의 추정된 지점에서부터 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 최소 거리들을 계산하는 단계; (e6) 상기 최초의 추정된 지점을 거리 D 및 각도 A만큼 새로운 지점으로 이동시키고, 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 거리들을 재계산하는 단계; (e7) 단계 (e5) 내지 단계 (e6)의 계산된 거리들을 비교하는 단계; 및 (e8) 상기 제1 최초의 추정된 지점에서부터 모든 버퍼 원들까지의 거리보다 모든 버퍼 원들까지 더 짧은 거리를 갖는 제2 새로운 지점을 설정하는 단계;를 더 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 복수의 무선 측정치들은 신호 레벨을 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 단계 (e8)에서, 상기 새로운 지점은 신호 레벨을 더 측정하고, 측정된 신호 레벨에 기초해서 상기 새로운 지점을 수정한다.

추가적인 바람직한 실시예에서, 방법에서 상기 다각형은 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 갖는 상기 클러스터에서 상기 교차 포인트들을 연결함으로써 그려진다.

추가적인 바람직한 실시예에서, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법은: (a) 위치 및 TA 값을 포함하는, 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계; (b) 상기 복수의 무선 측정치들 각각에 대해, 상기 수신기의 위치 둘레에 버퍼 원을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은

와 동일한 반지름을 갖는, 단계; (c) 적어도 두 개의 버퍼 원들 간의 교차 포인트를 식별하는 단계; 및 (d) 상기 교차 포인트의 지점에 기초해서 상기 송신기의 위치를 추정하는 단계;를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 복수의 무선 측정치들은 인접한(adjacent) 측정치들이다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 인접한 것은 시간적으로 또는 장소적으로 인접한 것을 의미한다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 위치를 추정하는 단계는 교차 포인트들의 클러스터를 식별하고 교차 포인트들의 상기 클러스터로부터 생성된 다각형 둘레로 원을 외접시킴으로써 추정되고, 추정된 위치는 외접원 내에 있다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 상기 추정된 위치는 상기 원 내에 지점 포인트(location point)를 플로팅(plotting)함으로써 추정된다.

추가적인 실시예에서, 방법에서 플로팅된(plotted) 상기 지점 포인트는 상기 원 내의 각각의 교차점까지 최단거리를 생성하도록 플로팅된다.

추가적인 바람직한 실시예에서, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법은: 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계; 각각의 무선 측정치의 지점 둘레에 버퍼 원을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은 상기 수신기에 의해 수집된 타이밍 어드밴스 지연 측정치에 의해 정의되는 반지름을 갖는, 단계; 복수의 버퍼 원들을 플로팅하고, 인접한 측정치들에 대한 교차 포인트들만을 식별하는 단계; 및 상기 복수의 무선 측정치들로부터의 타이밍 어드밴스 지연 측정치들의 교차점에 기초해서 상기 위치를 추정하는 단계;를 포함한다.

추가적인 바람직한 실시예에서, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법은: (a) 상기 무선 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계로서, 상기 무선 측정치들은 상기 무선 송신기와 상기 수신기 간의 지연 측정치(TA 값) 및 수신기 지점을 포함하는, 단계; (b) 상기 수신기 지점 둘레에 버퍼 원을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은

와 동일한 반지름을 갖고, x는 TA 값의 각각의 단위에 대한 거리 측정치를 나타내는, 단계; (c) 인접한 무선 측정치 간의 교차 포인트를 추출하는 단계; (d) 단계 (c)로부터 교차 포인트들의 적어도 하나의 클러스터를 식별하는 단계; (e) 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 클러스터를 식별하는 단계; (f) 단계 (e)로부터 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 상기 클러스터에 상응하는 다각형을 생성하는 단계; (g) 단계 (f)의 상기 다각형으로부터 중심을 추출하는 단계; (h) 상기 다각형에 외접하는 도형을 그리는 단계; 및 (i) 상기 외접하는 도형이 그려진 다각형 내의 지점에 상응하는, 상기 무선 송신기의 최초의 추정된 지점을 결정하는 단계;를 더 포함한다.

추가적인 실시예에서, 방법은: (j) 상기 최초의 추정된 지점에서부터 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 최소 거리들을 계산하는 단계; (k) 상기 최초의 추정된 지점을 거리 D 및 각도 A만큼 새로운 지점으로 이동시키고, 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 거리들을 재계산하는 단계; (l) 단계 (j) 내지 단계 (k)의 계산된 거리들을 비교하는 단계; 및 (m) 상기 최초의 추정된 지점에서부터 모든 버퍼 원들까지의 거리보다 모든 버퍼 원들까지 더 짧은 거리를 갖는 새로운 지점을 설정하는 단계;를 더 포함한다.

도 1은 서비스하고 있는 셀 사이트(cell site)로부터 수신된 단일한 측정치를 상세히 보인다. 수신기, 여기서는 모바일 장치(1); 송신기, 여기서는 무선 기지국(3); 및 5와 동일한 TA를 가진, 모바일 장치에서부터 무선 타워까지 그려진 선으로서 정의된 지연 측정치(2);가 도시된다.
도 2는 순차적인 TA들 간의 증분 차이(incremental difference)를 고려하도록 그려진 ½ TA 오프셋 버퍼 원들(4X 및 4Y)과 함께, 거리로서 표현되는 수신된 TA와 동일한 반지름을 가진, 모바일 장치(1) 둘레에 그려진 버퍼 원(4)을 도시한다.
도 3은 3개의 별개의 지점들(1A, 1B, 및 1C)에 있는 무선 모바일 장치 및 교차하여 무선 타워의 위치에 관한 정보를 주는 중첩되는 버퍼 원들(4A, 4B 및 4C)을 도시한다.
도 4는 Phase Ⅰ을 위한 셀 사이트 식별 방법의 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 5는 4개의 상이한 지점들(포인트 A(43), 포인트 B(44), 포인트 C(45), 포인트 D(46))에 있는 무선 장치를 도시하고, 시간적으로 인접한 측정치들에 대해 취해진 버퍼 원들(버퍼 원 A(7), 버퍼 원 B(8), 버퍼 원 C(42), 버퍼 원 D(41)), 즉 버퍼들 A 및 B(교차점들 6A 및 6B), B 및 C(교차점들 9A 및 9B), 및 C 및 D(교차점들 47A 및 47B) 사이에서 교차 포인트들을 계산해서, 서로로부터 미리 정해진 거리 내에서 지리적으로 수집된 측정치들의 집합인 클러스터(50)를 낳는 것을 도시한다.
도 6은 도 5와 동일한 데이터를 취하고, 지도 상에서 교차 포인트들의 클러스터들(52)을 단순하게 보이기 위해 버퍼 원들을 제거한다. 클러스터들은 "노이즈를 가진 애플리케이션의 밀도 기반 공간 클러스터링(Density-based spatial clustering of applications with noise)" 알고리즘에 기초하여 20 미터의 임계치 점간 거리 및 3으로 설정된 최소 수의 포인트들을 가지고 태깅된다(tagged). 클러스터 1(52)은 네 개라는 가장 많은 수의 포인트들을 가지고, 나머지 클러스터들(클러스터 2(51), 클러스터 3(53), 및 클러스터 4(54))은 각각 하나의 포인트를 가진다.
도 7은 복수의 포인트들을 향해 그려진 들로네 삼각분할(Delaunay triangulation)의 예를 도시한다. 들로네 삼각형(Delaunay triangle)들의 외접원들(56)은 교차 포인트들(55, 57, 58, 59)의 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)을 생성하는 데에 이용된다. 생성된 들로네 삼각형들을 붕괴시키는 것(병합하는 것)은 포인트들의 클러스터로부터 단일한 기하학적 구조(다각형)를 낳는데, 이것은 무선 기지국의 추정된 지점을 표현하고 클러스터의 경계들을 정의하기 위해 이용될 수 있다.
도 8은 들로네 삼각분할을 이용하여 클러스터 1(52)의 포인트들로부터 그려진 예시적인 기하학적 형상(61)을 도시하는데, 여기서는 3개의 포인트들로부터 삼각형이 이용된다.
도 9는 삼각형인 기하학적 형상(61)의 세부사항을 제공하고, 삼각형의 중심 부분에서 "+" 기호를 가지고 중심(62)을 도시한다.
도 10은 무선 기지국의 위치에 대한 오차 마진(margin of error)를 표현하기 위해 기하학적 형상(61)을 원(63) 안에 외접시키는 것을 도시한다.
도 11은 클러스터(72) 내의 교차 포인트들(73)의 세트가 기하학적 형상(75)의 그림을 야기하고, 이후 최초의 추정된 무선 기지국 지점(76)을 계산하는 것을 도시한다. 최초의 추정된 무선 기지국 지점에서부터 각각의 개별적인 버퍼 원들(71)까지 가장 짧은 거리들(74)이 또한 그려진다.
도 12는 최초의 추정된 송신기(무선 기지국) 위치를 미리 정해진 거리 및 각도만큼 새로운 지점(77)으로 공간적으로 이동하는 것을 도시하고, 새로운 지점(77)은 최초의 추정된 지점과 비교할 때 모든 버퍼 원들(71)까지 더 짧은 거리들(74)을 잠재적으로 야기할 수 있을 것이다.
도 13은 무선 기지국의 지점의 정밀도를 증가시키기 위한 Phase Ⅱ 최적화 방법을 도시하는 흐름도를 정의하고, 예측의 정확도를 증가시키기 위해 신호 레벨의 측정을 포함하는 선택사항(option)을 포함하는데, 구체적으로 신호 레벨은 송신기의 방위각의 결정에 도움이 될 수 있다.
도 14는 본 명세서에서 상세하게 설명되는 반복적 방법들에 의해 취해진 반복적 경로(iterative path)(82)와 버퍼 원들(84) 및 그들의 교차점들(85)(점간 거리에 기초해서 클러스터링됨)과 함께 최초의 예측된 신호 소스 지점(83), 최종의 예측된 신호 소스 지점(81), 및 실제 신호 소스 지점(90)을 보이는 Phase Ⅰ 및 Phase Ⅱ 결과들의 예를 도시한다.
도 15는 셀 에널래틱스 웹 포털(Cell Analytics Web portal) GUI에서 상술한 접근법의 실시예의 예를 도시한다. 이 뷰(view)에서, 셀룰러 네트워크 무선 기지국들의 추정된 지점은 클러스터(50)뿐만 아니라, 상이한 기지국 포인트들을 나타내는 범례와 함께 지도 상에 포인트들에 의해 표시된다. 소스 측정치들은 Speedtest(스피드테스트) 애플리케이션의 사용자들로부터 백그라운드에서 수집된다. 이러한 웹 포털 GUI는 웹기반 포털로 하는 표현이 기존 방법론보다 더 큰 정밀도로 추정된 셀룰러 네트워크 무선 기지국 지점들을 보여주는 것을 가능하게 한다.
도 16은 전형적으로 약 120도의 펼침으로 송신기의 방위각을 상세히 보이고, 기지국(95)에서 상이한 방향들로 버퍼 원(91)에 의해 둘러싸인 3개의 상이한 송신기들(92, 93, 및 94)을 도시한다.

무선 송신기들의 위치는 페이딩(fading), 투과 손실(penetration loss), 경로 방해(path obstruction) 등에 의해 영향을 받는 다양한 신호 레벨 값들을 이용하여 이력적으로(historically) 추정되었다. 무선 송신기들은 셀룰러 네트워크 기지국들, 양방향 지상 모바일 통신 사이트(two-way land mobile communication site)들, 브로드캐스트(broadcast) 송신기들, 모바일 무선통신장치(mobile radio)들, 사물인터넷(Internet of things: IoT) 장치들, 및 신호를 송신할 수 있는 다른 유사한 시스템들을 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 다양한 영향들로 인하여, 이러한 추정들은 여러 오류들 중에서도 부정확한 위치 지점들 및 무선 송신기 지점들의 비정밀한 식별을 낳는다. 방법들은 무선 송신기의 지점을 정의함에 있어서 정확도 및 정밀도 양쪽 모두를 증가시킬 필요가 있다. 이러한 지점 데이터는 산업에 중요한 가치를 가진다. 예를 들어, 더 큰 정밀도로 무선 송신기의 존재를 식별하고 무선 송신기 지점의 위치를 식별할 능력은 무선 네트워크 운영자들로 하여금 예를 들어, 무선 송신기를 포함하는 경쟁자 무선 기지국 지점의 위치 또는 일반적으로 송신기에 대한 통찰력을 얻을 수 있게 하는 유용한 도구일 수 있다. 인프라스트럭처 회사들(즉, 셀룰러 네트워크 타워들 및 루프탑 지점들을 만들거나, 설치하거나, 또는 관리하는 자들)을 위해서, 실시예들은 (하나 이상의 송신기들을 하우징하거나 보유하는) 기존 타워들의 경제적인 가치평가를 도울 수 있고, 가장 높은 가치의 지점들에 기초해서 권리를 확보하기 위해 타워 지점들을 시각화할 능력뿐만 아니라 새로운 타워를 구축할 잠재적인 지점들을 식별하는 것을 도울 수 있다.

무선 신호(예컨대, 전파) 이동 시간을 측정하는 것은 수신기와 송신 간의 거리의 표시(indication)를 제공할 수 있다. 여기서, 수신기는 무선 장치(전화기, 태블릿, 컴퓨터, 무선통신장치, 다른 통신 장치 등)이고, 수신기는 경도 및 위도를 통해 그것의 위치를 정의할 수 있는 한편, 송신기는 불확실한 위치를 가진다. 전파의 유한한 속력 때문에, 현대의 네트워크들에서 송신기들은 인접한 "타임 슬롯들(time slots)"에서의 전송들을 간섭하는 것을 피하기 위해 정밀하게 올바른 시간에 수신기에 도착하도록 "미리(ahead of time)" 보낸다. 이러한 "타이밍 어드밴스(timing advance)" 값은 송신기와 수신기 간의 거리에 상응하는데, 왜냐하면 긴 거리는 적절한 시간에 수신기에 도달하기 위해 더욱 이른 전송을 필요로 하기 때문이다. 수신기(무선 장치)의 알려져 있는 경도 및 위도와 결합하여, 본 명세서에서 설명된 방법들에 따라 다수의 타이밍 어드밴스 측정치들을 종합하고 처리함으로써 송신기의 지점을 정확하게 추정할 수 있다.

타이밍 어드밴스(TA)는 신호 전파 시간(propagation time)의 증분 지속시간(incremental duration)을 나타내는 지연 측정치이기 때문에, 자유공간 전파(free-space propagation)이고 가시거리 경로(line of sight path)라는 일반적인 가정을 가지고 빛의 속력(c = 299,792 m/s)을 곱하여 이 값을 거리 측정치로 변환하는 것이 가능하다. WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 네트워크들에서 각각의 TA 단위(unit)는 1,106 미터의 거리를 낳는 3.69 μs와 동일하다. LTE 네트워크들에서 각각의 TA 단위(unit)는 라운드트립 지연(round-trip delay)의 156 미터의 거리를 0.52 μs와 동일하다. 그래서, 네트워크 하드웨어뿐만 아니라 네트워크의 특정한 타입은 지연 측정치 내에서 거리를 시사하고, 그래서 변수는 취해진 측정치들에 기초해서 제어될 수 있다. 소정의 하드웨어 장치들은 TA 값을 잘못 표현하고, 그래서 최적의 정확도를 위해 이러한 차이들을 보상하는 것이 중요하다. 실제로, 이들을 제어하는 (칩셋 형태의) 하드웨어 구현 및 소프트웨어는 TA의 단위로부터 미터(meter) 또는 초(second)의 단위로의 상이한 변환 공식을 낳는다. 소정의 하드웨어 및 소프트웨어 프로파일들은 데이터세트 내의 모든 데이터의 정규화를 가능하게 하도록 생성될 수 있고, 심지어 소프트웨어 업데이트들에 기초해서 업데이트될 수 있다.

임의의 주어진 TA 측정 값에 대해, 단방향 거리는 거리(미터)로 표현된 TA 값의 절반을 취함으로써 송신기로부터 수신기까지 계산될 수 있다. 도 1은 수신기에 의해 기록된 5의 TA 값을 가진 수신기(무선 장치)(1) 및 무선 기지국(송신기)(3)의 실제 지점들을 도시하는 LTE 네트워크(1.56 미터와 동일한 TA 단위) 내의 예시적인 시나리오를 상세히 보인다. 2개의 장치들 간의 거리가 1/2×(5×156) 또는 390 미터와 동일하게 계산된다. 송신기(3)는 무선 기지국이고, 수신기는 무선 수신 및/또는 송신 능력들을 갖는 전자 장치라고 본 기술분야의 당업자들에게 알려져 있는 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 무선통신장치 등과 같은 무선 장치(1)이다. TA 라인(2)은 측정의 순간에 송신기(3)와 무선 장치(1) 간의 거리이고, 정밀한 거리는 장치 상의 하드웨어 및 소프트웨어에 기초해서 조정된다.

무선 장치(1)에 의해 수신된 TA를 가진 단일한 측정치는 송신기(3)의 지점을 결정하기에 충분하지 않은데, 왜냐하면 그것은 송신기(3)가 장치(1)로부터 "x" 미터 떨어져 있다는 것만을 나타내기 때문이다.

도 2는 LTE 송신기(3)가 송신기(3)와의 통신 동안 TA = 10(780 미터와 동일함)을 이용하도록 무선 장치(1)에 요청했다는 것을 기록하는 단일한 모바일 장치(1)의 예를 도시한다. 송신기(3)는 무선 장치(1)의 지점을 중심으로 반지름이 780 미터인 버퍼 원(4)의 가장자리(edge)에 어디에든 존재할 수 있다. 더욱 정밀하게 되도록, 버퍼 원(4)은 실제로는 순차적인 값들 간의 증분 차이로 인해 단일한 TA 값에 상응하는 오프셋 버퍼 원들(4X 및 4Y) 사이의 밴드(band)이다(즉, TA = 10은 TA = 10 ±½ 사이의 임의의 곳에 있는 모바일 장치에 의해 수신될 것이다). 그래서, 신호가 어디로부터 오는지 모를 때, 무선 장치(1)가 소정의 TA를 가지고 수신한다고 여기고 송신기(3)의 가능성 있는 지점을 낳도록 버퍼 원(4)을 생성할 수 있을 것인데, 여기서 송신기(3)는 버퍼 원(4) 상에 위치해 있어야 하지만, 그것의 실제 위치는 4X 및 4Y의 오프셋 버퍼 원들에 상응하는 ½ TA와 관련된 마진 내에서 TA의 ½과 관련된 영역 내에 있다.

상이한 지점들에서 수신기에 의해 기록된 TA 값들을 가진 동일한 송신기(3)로부터의 복수의 측정치들은 상이한 버퍼 원들을 낳을 것이고, 이것은 이후에 교차할 것이고(또는 교차 포인트(5)를 형성할 것이고), 이것은 가능성 있는 송신기(3) 지점들의 위치를 식별하기 위해 이용될 수 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이 이러한 버퍼 원들이 중첩되는 경우에, 이들은 소스 송신기(3)의 지점을 좁혀 나갈 수 있는데, 왜냐하면 예에서 이것은 3개 이상의 버퍼 원들이 교차하는 지점(5)에서만 있을 수 있기 때문이다. 도 3은 구체적으로 무선 모바일 장치의 3개의 상이한 지점들(1A, 1B, 및 1C)을 보이기 위해 TA를 이용하는데, 각각은 상이한 TA를 가지되, 1A는 4의 TA를 가지고, 1B는 2의 TA를 가지고, 1C는 5의 TA를 가진다. 이러한 3개의 중첩하는 버퍼 원들(4A, 4B, 및 4C)은 미터로 표현된 TA의 반지름을 이용한다. 여기서, 단순화된 예에서, 이 3개는 교차 포인트(5)에서 교차하고, 이것은 송신된 신호의 소스일 수 있는 유일한 포인트일 것이고, 그래서 송신기(3) 지점을 식별시킬 것이다. 참조번호가 붙지 않은 다른 교차 포인트들은 송신의 소스일 수 없을 것인데, 이것은 예를 들어 소정의 교차점들이 다른 버퍼 원 내에 있다고 하더라도 송신들 모두가 정밀하게 교차의 포인트를 정의하지 않을 것이기 때문이다. 중첩하는 버퍼 원들(4A, 4B, 및 4C)은 가능성 있는 송신기 지점들을 그리고, 이들은 실제로 딱 맞는 데이터 포인트들이고, 구체적인 세트에서 더 많은 데이터 포인트들은 추정된 송신기 지점의 신뢰를 증가시킨다.

단일한 신호 무선 기지국 소스는 (상이한 수평 방위각들의 안테나들, 하드웨어 구성 등을 가지고) 복수의 송신기들을 이용할 수 있기 때문에, 지점 결정은 최초 지점 결정을 제공하기 위한 제1 국면 및 이후 최초 지점 결정을 미세조정(fine-tune)하기 위한 선택적인 제2 국면에서 수행된다. 이러한 국면들은 이하를 포함한다:

Phase Ⅰ(국면 Ⅰ): 송신기, 예컨대 기지국 지점에 있는 하나 또는 모든 송신기들에 대한 신호 소스의 지리적 지점을 추정한다.

Phase Ⅱ(국면 Ⅱ): 각각의 송신기, 예컨대, 무선 기지국 지점에 있는 송신기들에 대한 신호 소스 지점을 추정함으로써 지리적 지점을 미세조정한다.

마지막으로, 양쪽 국면 모두에서 송신기의 방위각을 식별하기 위해 신호 강도를 이용할 수 있다.

Phase Ⅰ: 신호 소스 지리적 지점 추정

도 4는 단일한 신호 소스의 최초의 지리적 지점을 추정하기 위한 Phase Ⅰ 단계들이 아래와 같이 수행됨을 도시하는 흐름도를 상세히 보인다:

단계 1: 모든 무선 장치 측정치들(15)(측정치들은 하나 이상의 무선 장치들(10, 11, 12, 13, 및 14)로부터 수집됨) 및 그들의 지점을 수집하고, 주어진 신호 소스를 그것의 고유한 소스 ID에 의해 식별한다. 도 1은 모바일 장치(1), TA(2), 및 송신기(3)를 알아보게 하고, 무선 장치 측정치들(15)은 지점 및 TA 값을 포함하는 TA 데이터를 포함한다.

단계 2: 가장 낮은 보고된 TA 값에 대해 적어도 N개의 포인트들로 측정치들(16)을 필터링한다. 이 단계는 송신기(3)의 지점을 신뢰할 수 있게 검출하기에 불충분하거나 너무 많은 아웃라이어(outlier) 포인트들을 가질 수 있는 낮은 표본수(sample count)을 가진 TA 측정치들을 제외할 것이다. 실제로, 아웃라이어 측정치들은 보고된 지리적 지점(위도/경도)에서 높은 수직적 및/또는 수평적 부정확성을 갖는 것들 또는 RF 상태 또는 신속히-이동하는 모바일 장치들에 의해 영향을 받는 부정확한 TA 값들이다. 실험적인 테스트들은 N ≥ 10 이 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하기 위해 양호한 출발점인 것으로 보였지만, 더 높은 N 값은 데이터의 신뢰성을 증가시키는데, 예를 들어, N은 50보다 크다. 그래도, 3개만큼 적은 샘플들도 가능하다.

단계 3:

와 동일한 반지름을 갖고, 각각의 측정의 지점(위도/경도)에 중심을 둔 버퍼 원들(17)을 그리되, x는 TA(예컨대, LTE 측정치들에 대해 대략 156 미터)의 각각의 단위에 대한 거리 측정치를 나타낸다. 이 단계는 도 1 및 도 2에 의해 도시되고, 도 1은 TA이고, 도 2는 4X와 4Y 사이의 버퍼를 갖는, 상술한 바와 같은 반지름을 가진, 버퍼 원(4)을 그리는 것을 도시한다. 거리는 모바일 장치(수신기)로부터의 하드웨어 및 소프트웨어 영향들에 기초해서 조정될 수 있다.

단계 4: 오름차순으로 측정의 기록된 타임 스탬프에 저장된 시간적으로 인접한 측정치들에서 수행된 교차(intersection)로 각각의 리포팅 모바일 장치 및 지점에 대한 버퍼 원들(18)의 교차점을 추출한다. 도 3은 3개의 측정치들 및 3개의 TA들을 가지고 이 단계의 단순한 예를 제공하는데, 교차 포인트(5)는 3개의 측정 지점들이 교차하는 포인트이다. 실제로, 완벽한 교차 포인트(5)가 아닐 수 있고, 그래서 소정의 실시예들에서 밀접하게 관련된 교차 포인트들의 클러스터가 이용된다. 이 단계는 계산될 필요가 있는 필수 교차점들의 수를 감소시키고, 공간적으로 분리된 측정치들에서만 버퍼 원 교차가 수행되는 것을 보장한다. 실제로, 도 3에서와 같이, 인접한 측정치 교차점들만이, 즉, 오름차순으로 기록된 타임 스탬프에 기초하는 것들만이 계산에서 이용되기 때문에, 모든 교차점들이 계산될 필요가 있지는 않다. 그래서, 원들 4A 및 4C 간의 교차점들은 인접한 측정치가 아닐 것이어서 이용되지 않고, 4A 내지 4B 및 4B 내지 4C만이 이용된다.

도 5는 포인트 A(43)에서부터 포인트 D(46)까지 이동 경로들 따라서 데이터를 보고하는 장치에 대한 측정 지점들(포인트 A(43), 포인트 B(44), 포인트 C(45), 및 포인트 D(46))을 도시하는 추가적인 예를 제공한다. 각각의 지점(7, 8, 41, 및 42)에 있는 버퍼 원들은 미터로 표현된 단일한 송신기에 대한 가장 낮은 기록된 TA와 동일한 반지름을 가진다. 또한, 보고된 인접한 측정치들 간의 교차 포인트들이 도시된다(버퍼 B와 교차된 버퍼 A에 대한 A&B(6A 및 6B), 버퍼 C와 교차된 버퍼 B에 대한 B&C(9A 및 9B) 등).

여기서, 도 3에서 단순화된 버전과는 달리, 4개의 버퍼 원들(7, 8, 41, 및 42)은 단일한 포인트에서 완벽하게 교차하지 않고, 그래서 복수의 교차점들(6B, 9B, 및 47B)을 표시하여 클러스터(50)를 정의한다. 하지만, 각각의 모든 가능성 있는 교차에 대해 교차점들이 표시되지는 않는데, 왜냐하면 이것은 불필요하고 너무 많은 데이터를 낳는 수천 개의 또는 수백만 개의 교차점들을 초래할 것이기 때문이다. 대신, 시간적으로 인접한(즉, 기록된 타임스탬프 상에서 소팅된) 측정치들만이 이용된다. 주어진 예에서, 장치는 시계방향 패턴으로 이동하고 있고(A→B→C→D), 버퍼 원들의 교차점들은 A&B, B&C, 및 C&D에서만 취해진다.

단계 5: 임계치 D와 동일한 점간 거리 및 최소 M개의 포인트들(표본 지점들)을 갖는 교차 포인트들(19)의 클러스터들을 식별한다. 임계치들 D 및 M은 조밀하게 위치한 교차 포인트들을 그룹핑하기에 충분히 작은 값들로 설정된다. D 및 M에 대한 값들은 경험적으로 시골 지역에서 D = 30 미터 및 M = 5개의 포인트들 주변에서 발견되었고, 교외 및 도시 지역에서 D = 10 미터 및 M = 10개의 포인트들 주변에서 발견되었다.

도 6은 버퍼 원 교차점들(51, 52, 53, 및 54)을 도시하는 교차 포인트들의 클러스터들의 예를 상세히 보인다. 클러스터링될 때(즉, 그룹핑될 때), 교차점들(51, 53, 및 54)은 클러스터(클러스터 2(51), 클러스터 3(53), 및 클러스터 4(54)) 당 각각 하나의 포인트를 낳는 한편, 클러스터 1(52)은 가장 많은 수의 교차 포인트들을 획득한다. 함수들을 이용하여 원하는 포인트들의 최소수에 기초해서 그리고 서로로부터의 근접성(proximity)에 기초해서 포인트들을 클러스터링할 수 있다.

특히, 노이즈를 가진 애플리케이션의 밀도 기반 공간 클러스터링(DBSCAN) 알고리즘을 이용하여 상술한 바와 같이 정의된 D 및 M 임계치들로 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 클러스터. 도 6에서, 클러스터 1(52)은 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 클러스터이다.

단계 6: 식별된 클러스터 내에서 포인트들의 들로네 삼각분할에 기초하여 다각형(20)으로 가장 큰 클러스터를 생성한다. 이 단계는 단일한 기하학적 특징을 가진 교차 포인트들의 표현을 가능하게 한다. 도 7은 교차 포인트들의 보로노이 다이어그램을 생성하기 위해 들로네 삼각형들의 외접원들(56)을 생성하고 들로네 삼각분할을 이용하여 포인트들(55, 57, 58, 및 59)로부터 생성된 다각형들을 낳는 일반적인 예를 상세히 보인다. 생성된 들로네 삼각형들을 붕괴시키는 것(병합하는 것)은 포인트들의 클러스터로부터 단일한 기하학적 구조(다각형)를 낳는데, 이것은 무선 기지국의 추정된 지점을 표현하고 클러스터의 경계들을 정의하기 위해 이용될 수 있다.

도 8은 클러스터 1(52) 포인트들로부터 그려진 예시의 기하학적 형상을 도시한다. 단순한 표본 크기(sample size) 때문에, 여기서 기하학적 형상(61)은 3개의 포인트드롤부터 생성된 삼각형이다. 따라서, 도 8에서, 우리는 포인트들 및 들로네 삼각분할로부터 다각형을 생성한다. 더 많은 데이터 포인트들을 가진 예들에 대해서, 들로네 삼각분할 방법들을 이용하여, 우리는 삼각형들 모두를 하나의 형상으로 종합하여, 최소 포인트들의 다각형으로 마무리한다.

단계 7: 신호 소스(21)의 추정된 지점을 나타내는 생성된 기하학적 구조의 중심(62)을 추출한다. 도 9는 이전의 예들에 따라 클러스터 1(52) 다각형에 대해 추출된 중심(62)(기하학적 형상(61), 여기서는 삼각형 내에서 + 기호로 도시됨)의 예를 상세히 보인다. 중심(62)은 소스 무선 송신기의 최초의 추정된 지점으로서 계산된다.

단계 8: 정확도 및/또는 정밀도의 신뢰 지표(confidence indicator)로서 중심(62)의 둘레에 원(63)을 그림으로써(원(22)으로서 다각형을 일반화한다). 도 10은 클러스터 1(52) 기하학적 형상(61) 및 중심(62)을 둘러싸는 원(63)의 예를 상세히 보인다. 셀 사이트는 기하학적 형상(61) 그 자체 안에 있을 가능성이 가장 높지만, 정확도를 향상시키기 위해, 우리는 오차 마진을 생성하는데, 그래서 실제 송신기 지점은 원(63) 안에 있다. 따라서, 정밀한 지점은 기하학적 형상(61) 안에 있을 가능성이 가장 높지만, 원(63)은 그것의 실제 지점의 확신을 나타낸다. 하지만, 원(63)의 사이즈가 확신의 크기를 나타내는 것은 아니다. 전형적으로, 원이 더 작으면 작을수록 확신은 더 커진다. 하지만, 여기서는 그 반대인데, 원이 더 작으면 작을수록 확신은 더 적어지는 반면에, 원이 더 크면 클수록 무선 기지국이 그 원 안에 위치해 있을 확신은 더 커진다. 간단히 말해서, 작은 원은 더 높은 정밀도를 의미하는 반면에, 더 큰 원은 더 높은 정확도를 의미한다.

단계 9에서와 같이, 외접하는 원(63)은 무선 기지국의 지점의 단순화된 표현이다(즉, 송신기 지점 및 원으로 출력을 나타냄(23)). 이 원(63)으로부터, 우리는 도 4의 흐름도로부터 지점(24)을 결정할 수 있다. 그래서, 이 원은 무선 기지국이 원(63) 안에 위치해 있다는 것을 높은 정확도로 식별할 수 있다.

Phase Ⅱ: 신호 소스 지리적 지점 미세조정

추정된 무선 송신기 지점은 이전에 계산된 추정된 지점을 통합하는 것 및 더 많은 데이터 또는 데이터의 향상된 피팅(fitting)에 기초해서 지점을 재계산하는 것에 의해 더 향상될 수 있을 것이다. 예를 들어, 추정된 지점은 전년도의 측정치들을 이용하여 매달 제공될 수 있을 것이다. 새로운, 향상된 추정된 지점은 과거의(old) 추정된 사이트(site) 지점과 새로운(new) 추정된 사이트 지점의 평균일 수 있을 것이고, 또는 과거의 지점과 새로운 지점은 측정 표본들의 수 또는 측정 표본들의 공간 다이버시티(spatial diversity)에 의해 가중치가 부여될 수 있을 것이다. 과거의 지점은 또한 지점 추정 과정의 최초의 단계에서 시드(seed) 지점일 수 있을 것이다. 이 데이터는 기계 학습 시스템을 트레이닝하기 위해 이용될 수 있는데, 기계 학습 시스템은 추정된 지점들 모두로부터의 데이터를 통합하고, 더 많은 수의 데이터의 수집 시에 지점들을 계속적으로 업데이트한다. 특히, 어느 시점에, 계산된 지점은 수정되지 않는데, 즉, 합의(consensus)가 결정된다. 하지만, 계산은 여전히 재수행될 수 있을 것이고, 데이터가 이전의 합의 지점으로부터 발산(divergence)을 보일 경우에만 새로운 지점이 결정된다. 예를 들어, 송신기 지점은 짧은 거리라고 하더라도 새로운 타워로 이동했을 수 있고, 이것은 발산일 것이다.

지점(24)의 최초의 결정은 많은 경우에 충분할 수 있지만, 추정된 송신기 위치의 정밀도를 증가시키기 위해, 다시 말해, 지리적 지점을 미세조정하기 위해, 결정된 지점(24)을 변경하기 위한 수정이 이용될 수 있다. 도 13은 반복적 과정을 통해 각각의 송신기의 신호에 기초해서 신호 소스의 지리적 지점을 미세조정하기 위한 단계들을 도시하는 흐름도를 상세히 보이고, 다음과 같이 수행된다:

단계 1: Phase Ⅰ(Loc_0) 에서 발견된 신호 소스의 최초의 결정된 지점(24)으로부터 각각의 송신기의 고유한 ID에 의해 그룹핑된 모든 TA 측정치들에 대한 모든 버퍼 원들까지 모든 원들에 대한 최소 거리 D를 계산한다(25).

도 11은 버퍼 원들(71), 교차 포인트들, 예컨대, 73, 교차 포인트들 클러스터링(72)에서 버퍼 원들(71)로부터 생성된 교차 포인트들의 클러스터로부터의 기하학적 도형(삼각형)(75)과 함께 "+" 기호로 표시된 무선 기지국(76)의 위치의 Loc_0의 예를 상세히 보인다. 이후 추정된 최초의 무선 기지국 지점(76)은 도 11에서 점선으로 표시된 바와 같이 각각의 버퍼 원들(71)까지의 최소/최단거리들(74)을 가지고 표시된다.

모든 버퍼 원들이 동일한 교차 포인트에서 교차하는 것이 아니기 때문에, 최초의 추정된 송신기 지점은 최선의 지점이 아닐 수 있다는 것을 우리는 알고 있다. 목표는 교차 포인트들의 클러스터로부터 모든 버퍼 원들에 가장 가까운 지점을 식별하는 것이다.

단계 2: 추정된 무선 기지국 지점 Loc_0(도 11에서 76)을 최초의 위치로부터 방위각 0°로 거리 D(사용자에 의해 설정된 거리)만큼 이동시켜(26) 새로운 지점(도 12에서 77)을 생성한다. 그래서, 도 12는 (도 11로부터의) 최초의 지점(76)이 새로운 지점(77)으로 수정되고, 이후 이 과정이 모든 버퍼 원들(71)까지의 거리들(74)을 이용하여 다시 재계산되는 것을 도시한다. 그래서, 우리는 재계산하고 새로운 지점이 이전의 지점보다 더 양호한(더 짧은) 거리를 주는지에 대해 계산을 다시 한다. 이후, 우리는 더 양호한 결과를 발견할 때까지는 이것을 송신기의 새로운 추정된 지점으로서 받아들인다. 궁극적으로는, 우리는 더 짧은 거리가 존재하지 않을 때까지 반복한다. 우리는 궁극적으로는 송신기 지점을 계산함에 있어서 반복적 과정의 기계 학습을 위한 기계를 트레이닝하기 위해, 데이터 세트에서 이전에 계산된 지점들을 이용할 수 있다.

단계 3: 새로운 지점(77)에서부터 각각의 송신기의 고유한 ID에 의해 그룹핑된 모든 버퍼 원들까지 최단거리를 재계산한다(27).

단계 4: 거리들을 비교하는데(28), 만일 단계 3에서 계산된 거리가 단계 2에서 계산된 것보다 더 작다면, 지점(77)을 신호 소스의 새로운 추정된 지점으로 설정한다. 그렇지 않으면, 재계산에서 계산된 바와 같은 방위각의 +A 각도 및 D 미터만큼 신호 소스의 최초의 추정된 지점을 이동시키고, 최단거리를 계산하기 위한 새로운 위치를 배치하기 위해 단계 2로 되돌아 간다(반복적 과정)(29).

단계 5: 추정된 지점의 거리 이동(shift)이 미리 정의된 임계치들 아래에 있는 D 및 A의 더 작은 증분들로 수행되는 때인 계산된 거리가 불변인 채로 있는 때까지 단계들 3 및 4가 반복적으로 되풀이된다(29). 적절한 컴퓨팅 파워를 가지고, 이것은 소수 초(fractional seconds)로 반복적으로 수행될 수 있어서 실시간으로 송신기들의 계산을 가능하게 한다. 이것은 송신기가 매우 작은 시간의 양 동안에만 특정 지점에 있을 수 있되 그 시간에서 지점의 계산이 필수적인 경우에 특히 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 이동가능한 타워가 사용중일 수 있거나, 또는 다른 모바일 장치들 또는 트랜시버들과 함께 통신하고 있는, 비히클(vehicle)을 가진 모바일 송신기/트랜시버일 수 있다.

단계 6: 계산들이 계산된 거리들의 감소를 낳지 않는 경우에, 마지막 지점이 미세조정된 신호 소스 지점으로 고려된다(30). 이 지점은 이후 확정된(confirmed) 지점으로 설정될 수 있다.

단계 7: 각각의 송신기의 클러스터의 지점에서 측정된 신호 레벨(31)은 추정된 신호 소스 지점의 정확도 및 정밀도를 더 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 이것은 또한 셀 사이트의 물리적 지점과 관련하여 개별적인 송신기의 안테나의 방위각을 추정하기 위해 이용될 수 있다. 이것은 도 16에서 더욱 상세하게 보이는데, 여기에서는 여러 송신기 안테나들(92, 93, 및 94)이 타워(95)에 위치해 있고, 구체적인 송신기 안테나의 특정 방위각은 버퍼 원(91) 안에서 지향성이 있다(directional). 신호 레벨을 이용함으로써, 송신기의 구체적인 방위각이 또한 결정될 수 있다. 예를 들어, 이동하는 수신기는 경로를 따라 상이한 신호 레벨들을 식별할 수 있고, 일단 지점이 확정되면(confirmed) 신호 레벨과 관련된 데이터는 그것의 지향성 범위(directional reach)를 가지고 방위각의 윤곽을 나타낼 수 있는데, 전형적으로 화살표에 의해 표시되는 안테나(예컨대, 92)는 화살표의 각각의 측면에서 약 60도씩 120도의 범위를 가질 것이다. 신호는 (방위각 화살표에 의해 표시되는) 안테나의 메인 빔(main beam)의 방향에서 가장 강하고 120도의 가장자리에서 감소된다.

그래서, 저하되는 신호 레벨은 송신기의 지점 또는 안테나의 메인 빔 경로로부터 벗어나는 것을 나타낼 수 있기 때문에, 신호 레벨 측정치들(31)을 통합하는 것은 추정된 소스 송신기 지점(33)의 정밀도 및 정확도를 더 향상시킬 수 있다. 특히, 이것은 송신기 안테나의 지향성 양상(directional aspect)을 낳을 수 있고, 이러한 지향성 정보는 송신기와 관련된 정보 내에 포함될 수 있다.

이러한 단계들은, 제공된 데이터에 기초해서 최적의 핏(fit) 및 지점(location)이 추정될 때까지 지점을 계속적으로 재계산하기 위해 반복적 과정(29)을 포함하는, 도 13의 흐름도에 의해 개략적으로 설명된다. 데이터가 수정되기 때문에, 즉, 세트는 오픈 세트(open set)(이것은 새로운 또는 추가적인 데이터를 가져옴)이기 때문에, 송신기 지점은 합의(consensus)가 확정될 때까지 계속적으로 수정될 수 있다.

실제 데이터 예들로 넘어가서, 도 14는 수집된 측정치들(85)의 클러스터 및 이에 부착된 상응하는 버퍼 원들(84)의 예를 상세히 보인다. 수집된 측정치들(85)의 클러스터로부터 최초의 지점이 결정되었다(포인트 83). 이후, 무선 송신기의 최초의 추정된 위치(83)가 반복적 과정을 이용하여 미세조정되었고, 최종의 예측된 송신기 지점(포인트 81)으로 끝나는 추정된 무선 타워 위치추정의 경로가 도시된다(라인 82). 최종의 추정된 송신기 지점은 실제 지점(포인트 90)에 인접하지만, 이 도면은 반복적 과정을 이용해서 얻어지는 위치의 개선을 식별하여 지점을 식별한다.

도 15는 본 명세서에서 설명된 방법들을 이용하여 계산된 복수의 무선 기지국들의 Web GUI 뷰를 도시한다. 이것은 사용자가 자신의 네트워크 내에서 서비스를 제공하는 송신기들 또는 타워들, 다른 서비스 제공자의 송신기 또는 타워들의 지점을 식별하고 향상된 무선 서비스를 위해 필요하거나 가치 있는 위치들을 더 잘 식별할 수 있게 한다.

소정의 애플리케이션들에서 방법들은, Phase Ⅰ만을 이용하든 또는 Phase Ⅱ와 함께 이용하든, 송신기 지점을 신속하게 결정하고 식별하기 위해 이용될 수 있다. TA 데이터에 기초해서, 송신기 안테나의 방위각이 또한 추정될 수 있다. 소정의 애플리케이션들에서, 송신기는 단지 수 초 또는 수 분 동안 정지해(또는 심지어 이동하고) 있을 수 있다. 하지만, 그 송신기와 통신하고 있는 다른 장치들을 위한 레퍼런스 포인트(reference point)로서 이용하기 위해 그 포인트를 계산하는 것이 필요할 수 있다.

따라서, 본 명세서에서 설명된 방법들은 본 기술분야의 당업자에게 TA 데이터를 이용하여 무선 송신기의 위치를 추정하기 위한 새로운 방법들을 교시한다. 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 일상적이고 이해되는 국면들이 본 기술분야의 당업자들에 의해 이해될 것으로서 일반화되거나 생략될 수 있다는 점을 인식할 것이고, 방법들의 진보적 성질의 범위를 수정하지 않으면서 알려져 있고 이해되는 구성요소들을 포함하도록 방법들이 수정될 수 있다는 점을 인식할 것이다.

Claims

무선 송신기의 위치를 추정하는 방법으로서,
a. 상기 무선 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계로서, 상기 무선 측정치들은 상기 무선 송신기와 상기 수신기 간의 지연 측정치(TA 값) 및 수신기 지점(receiver location)을 포함하는, 단계;
b. 상기 수신기 지점 둘레에 버퍼 원(buffer circle)을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은
와 동일한 반지름을 갖고, x는 TA 값의 각각의 단위에 대한 거리 측정치를 나타내는, 단계;
c. 인접한 무선 측정치 간의 교차 포인트를 추출하는 단계;
d. 단계 (c)로부터의 교차 포인트들의 적어도 하나의 클러스터를 식별하는 단계;
e. 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 클러스터를 식별하는 단계; 및
f. 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 상기 클러스터로부터 상기 무선 송신기의 최초의(initial) 추정된 지점을 결정하는 단계;를 포함하는 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 1에 있어서,
e1. 단계 (e) 직후에, 단계 (e)로부터의 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 상기 클러스터에 상응하는 다각형을 생성하는 단계;
e2. 단계 (e1)의 상기 다각형으로부터 중심을 추출하는 단계;
e3. 상기 다각형에 외접하는 도형을 그리는(circumscribing) 단계; 및
e4. 상기 외접하는 도형이 그려진 다각형 내의 지점에 상응하는, 상기 무선 송신기의 제1 최초의 추정된 지점을 결정하는 단계;를 더 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 교차 포인트들은 임계치 D와 동일한 점간 거리 및 최소 M개의 포인트들을 갖는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 3에 있어서,
D 및 M에 대한 값들은 D = 30 미터이고 M = 5개 포인트들인, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 3에 있어서,
D 및 M에 대한 값들은 D = 10 미터이고 M = 10개 포인트들인, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 TA 값은 상기 수신기의 하드웨어 또는 소프트웨어에 기초해서 수정되는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수신기에 의해 보고된 상기 TA 값은 장치 제조업체, 칩셋, 및 소프트웨어 릴리스(release)에 특정적(specific)이고, 보고된 상기 TA 값을 고유 프로파일이 정규화하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 2에 있어서,
e5. 상기 제1 최초의 추정된 지점에서부터 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 최소 거리들을 계산하는 단계;
e6. 상기 제1 최초의 추정된 지점을 거리 D 및 각도 A만큼 새로운 지점으로 이동시키고, 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 거리들을 재계산하는 단계;
e7. 단계 (e5) 내지 단계 (e6)의 계산된 거리들을 비교하는 단계; 및
e8. 상기 제1 최초의 추정된 지점에서부터 모든 버퍼 원들까지의 거리보다 모든 버퍼 원들까지 더 짧은 거리를 갖는 제2 새로운 지점을 설정하는 단계;를 더 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 무선 측정치들은 신호 레벨을 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 8에 있어서,
단계 (e8)에서, 상기 새로운 지점은 신호 레벨을 더 측정하고, 측정된 신호 레벨에 기초해서 상기 새로운 지점을 수정하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 다각형은 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 갖는 상기 클러스터에서 상기 교차 포인트들을 연결함으로써 그려지는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
무선 송신기의 위치를 추정하는 방법으로서,
a. 위치 및 TA 값을 포함하는, 무선 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계;
b. 상기 복수의 무선 측정치들 각각에 대해, 상기 수신기의 위치 둘레에 버퍼 원을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은
와 동일한 반지름을 갖는, 단계;
c. 적어도 두 개의 버퍼 원들 간의 교차 포인트를 식별하는 단계; 및
d. 상기 교차 포인트의 지점에 기초해서 상기 송신기의 위치를 추정하는 단계;를 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 복수의 무선 측정치들은 인접한(adjacent) 측정치들인, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 13에 있어서,
인접한(adjacent) 것은 시간적으로 또는 장소적으로 인접한(adjacent) 것을 의미하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 위치를 추정하는 단계는 교차 포인트들의 클러스터를 식별하고 교차 포인트들의 상기 클러스터로부터 생성된 다각형 둘레로 원을 외접시킴으로써 추정되고, 추정된 위치는 외접원 내에 있는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 추정된 위치는 상기 원 내에 지점 포인트(location point)를 플로팅(plotting)함으로써 추정된, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 16에 있어서,
플로팅된(plotted) 상기 지점 포인트는 상기 원 내의 각각의 교차점까지 최단거리를 생성하도록 플로팅된, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
무선 송신기의 위치를 추정하는 방법으로서,
송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계;
각각의 무선 측정치의 지점 둘레에 버퍼 원을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은 상기 수신기에 의해 수집된 타이밍 어드밴스 지연 측정치(timing advance delay measurement)에 의해 정의되는 반지름을 갖는, 단계;
복수의 버퍼 원들을 플로팅하고, 인접한 측정치들에 대한 교차 포인트들만을 식별하는 단계; 및
상기 복수의 무선 측정치들로부터의 타이밍 어드밴스 지연 측정치들의 교차점에 기초해서 상기 위치를 추정하는 단계;를 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
무선 송신기의 위치를 추정하는 방법으로서,
a. 상기 무선 송신기와 수신기 간의 복수의 무선 측정치들을 수집하는 단계로서, 상기 무선 측정치들은 상기 무선 송신기와 상기 수신기 간의 지연 측정치(TA 값) 및 수신기 지점을 포함하는, 단계;
b. 상기 수신기 지점 둘레에 버퍼 원을 그리는 단계로서, 상기 버퍼 원은
와 동일한 반지름을 갖고, x는 TA 값의 각각의 단위에 대한 거리 측정치를 나타내는, 단계;
c. 인접한 무선 측정치 간의 교차 포인트를 추출하는 단계;
d. 단계 (c)로부터 교차 포인트들의 적어도 하나의 클러스터를 식별하는 단계;
e. 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 클러스터를 식별하는 단계;
f. 단계 (e)로부터 상기 가장 많은 수의 교차 포인트들을 가진 상기 클러스터에 상응하는 다각형을 생성하는 단계;
g. 단계 (f)의 상기 다각형으로부터 중심을 추출하는 단계;
h. 상기 다각형에 외접하는 도형을 그리는 단계; 및
i. 상기 외접하는 도형이 그려진 다각형 내의 지점에 상응하는, 상기 무선 송신기의 최초의 추정된 지점을 결정하는 단계;를 더 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.
청구항 19에 있어서,
j. 상기 최초의 추정된 지점에서부터 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 최소 거리들을 계산하는 단계;
k. 상기 최초의 추정된 지점을 거리 D 및 각도 A만큼 새로운 지점으로 이동시키고, 상기 클러스터 내의 모든 버퍼 원들까지 거리들을 재계산하는 단계;
l. 단계 (j) 내지 단계 (k)의 계산된 거리들을 비교하는 단계; 및
m. 상기 최초의 추정된 지점에서부터 모든 버퍼 원들까지의 거리보다 모든 버퍼 원들까지 더 짧은 거리를 갖는 새로운 지점을 설정하는 단계;를 더 포함하는, 무선 송신기의 위치를 추정하는 방법.