KR20230042801A - Apparatus and method for estimating location - Google Patents

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KR20230042801A
KR20230042801A KR1020210125481A KR20210125481A KR20230042801A KR 20230042801 A KR20230042801 A KR 20230042801A KR 1020210125481 A KR1020210125481 A KR 1020210125481A KR 20210125481 A KR20210125481 A KR 20210125481A KR 20230042801 A KR20230042801 A KR 20230042801A
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김선우
이재복
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

These embodiments relate to a positioning device and method. In particular, it is possible to provide the positioning device and method for estimating the location and status of a terminal by identifying the environment around the terminal through a clustering technique in a wireless communication environment. Specifically, according to the provided positioning device and method, in a wireless network consisting of the terminal and a base station, a received signal is used to estimate the signal generation location and distinguish objects through clustering-based environment mapping, so as to estimate the location of the terminal.

Description

측위 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING LOCATION}Positioning device and method {APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING LOCATION}

본 실시예들은 측위 장치 및 방법에 관한 것이다.The present embodiments relate to a positioning device and method.

측위 기술은 이동체의 위치, 속도, 경로 등을 파악하는 위치 결정 기술로 단순히 사용자의 위치를 추정하는데에 그치지 않고, 위치 정보를 이용한 통신 기술, 자율 주행 기술, 위치 정보들을 기반으로 한 공간정보 구축 기술 등 무수한 미래 기술들에 응용이 가능한 중요 지반 기술이다. 구체적으로 측위 기술은 GPS를 이용한 측위, 4G LTE, 5G NR 등의 이동통신을 이용한 측위, Wi-Fi, UWB(Ultra-wide band)등의 근거리 무선통신 시스템을 이용한 측위 기술들이 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 측위 기술은 별도의 장비와 환경의 제약 없이 이동통신이 가능한 곳에서는 높은 정확도를 보유한 측위를 가능하게 할 수 있다. 이러한 측위 기술의 발달에 따라 자동차, 드론, AGV (Automatic Guided vehicle)등의 이동체 분야에 자율 주행 기술에 관심이 높아지고 있다.Positioning technology is a positioning technology that grasps the location, speed, and path of a moving object. It does not stop at simply estimating the user's location, but is a communication technology using location information, autonomous driving technology, and spatial information construction technology based on location information. It is an important geotechnical technology that can be applied to countless future technologies such as Specifically, positioning technologies include positioning using GPS, positioning using mobile communications such as 4G LTE and 5G NR, and positioning technologies using short-range wireless communication systems such as Wi-Fi and ultra-wide band (UWB). In particular, millimeter wave (mmWave) positioning technology can enable positioning with high accuracy in a place where mobile communication is possible without restrictions of separate equipment and environment. With the development of such positioning technology, interest in autonomous driving technology is increasing in the field of vehicles such as automobiles, drones, and automatic guided vehicles (AGVs).

이에 따라, 최근에는 자율 주행 기술에서 필수적인 기술인 슬램(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)에 대한 관심도 높아지고 있다. 슬램(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)은 이동체의 위치를 측정하면서 이동체의 주변 환경의 지도를 작성하는 기술로서 자율 주행을 위한 핵심기술로 부각되고 있다. 구체적으로 슬램 기술은 기존의 지도를 가지고 위치 인식을 하거나 위치를 알고 지도를 만드는 기술에서 더 나아가 동시에 위치 파악과 지도 구축을 하여 상호보완 시키는 기술로 우리가 일상에서 행하는 미지의 환경을 탐색하는 것과 매우 유사한 방법일 수 있다. 특히, 무선 네트워크를 통해 시간과 각도 도메인에서 고해상도의 측정값을 얻을 수 있어 무선 신호의 특성을 슬램에 적용하여 산란하는 물체를 감지하고 사용자의 위치와 방향 등의 상태를 추정할 수 있다.Accordingly, interest in Simultaneous Localization And Mapping (SLAM), which is an essential technology in autonomous driving technology, is recently increasing. SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) is a technology that creates a map of the surrounding environment of a moving object while measuring the location of the moving object, and is emerging as a key technology for autonomous driving. Specifically, SLAM technology goes beyond the existing map-based location recognition or location-aware map-making technology to complement each other by simultaneously locating and building a map. It is very similar to exploring the unknown environment we do in our daily lives. may be in a similar way. In particular, since high-resolution measurement values can be obtained in the time and angle domains through a wireless network, it is possible to detect scattering objects and estimate states such as the user's position and direction by applying the characteristics of the wireless signal to the SLAM.

다만, 무선 신호를 이용한 슬램에서는 수신기의 결함으로 인한 대상의 미탐지(miss detection) 문제, 채널 추정 오류로 인한 오경보(false alarm), 환경 내 랜드마크의 유형을 알 수 없는 문제점이 존재한다. 따라서 차량 환경 내 다수의 랜드마크로 인해 발생하는 가시경로 및 다중경로의 무선 신호가 혼재된 상황에서 각 신호가 반사된 물체를 구분하여 타입을 확인하고 동시에 위치 정확도를 높이는 측위 장치 및 방법을 필요로 하고 있다. However, SLAMs using wireless signals have problems such as miss detection of an object due to a defect in a receiver, false alarms due to channel estimation errors, and unknown types of landmarks in the environment. Therefore, in a situation where radio signals of visible path and multi-path caused by multiple landmarks in the vehicle environment are mixed, there is a need for a positioning device and method for identifying the type by distinguishing the object from which each signal is reflected, and at the same time increasing location accuracy, there is.

이러한 배경에서, 본 실시예들은 클러스터링 기반의 환경 매핑을 통해 수신 신호를 이용하여 신호의 생성 위치를 추정하고 물체를 구분하여 실시간으로 단말의 위치를 추정하는 측위 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Against this background, the present embodiments provide a positioning device and method for estimating the location of a terminal in real time by estimating the generation position of a signal using a received signal through clustering-based environment mapping and classifying objects.

일 측면에서, 본 실시예들은 기지국으로부터 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)를 수신하고, 채널 추정을 통해 수신된 위치 참조 신호의 측정값을 획득하는 측정값 획득부, 미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 단말의 제 2 상태 벡터를 예측하는 상태 예측부, 위치 참조 신호의 측정값과 제 2 상태 벡터에 기초하여 위치 참조 신호의 수신 경로 상에 존재하는 가상 앵커(virtual anchor, VA) 및 산란 지점(scattering point, SP)의 생성 위치를 추정하고, 생성 위치를 클러스터링하여 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑하는 환경 매핑부 및 네트워크 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 제 2 상태 벡터를 보정하는 상태 보정부를 포함하는 측위 장치를 제공할 수 있다.In one aspect, the present embodiments receive a positioning reference signal (PRS) from a base station, and obtain a measurement value of the received positioning reference signal through channel estimation, a measurement value acquisition unit, a preset movement model, and a previous A state prediction unit for predicting a second state vector of the terminal using a first state vector of the terminal obtained at time, and a location reference signal existing on a reception path based on the measurement value of the position reference signal and the second state vector Using the environment mapping unit that estimates the creation positions of virtual anchors (VA) and scattering points (SP), clusters the creation positions, and maps them to the network environment map of the terminal, and the mapping result of the network environment map It is possible to provide a positioning device including a state correction unit that corrects the second state vector.

다른 측면에서, 본 실시예들은 기지국으로부터 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)를 수신하고, 채널 추정을 통해 수신된 위치 참조 신호의 측정값을 획득하는 측정값 획득 단계, 미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 단말의 제 2 상태 벡터를 예측하는 상태 예측 단계, 위치 참조 신호의 측정값과 제 2 상태 벡터에 기초하여 위치 참조 신호의 수신 경로 상에 존재하는 가상 앵커(virtual anchor, VA) 및 산란 지점(scattering point, SP)의 생성 위치를 추정하고, 생성 위치를 클러스터링하여 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑하는 환경 매핑 단계 및 네트워크 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 제 2 상태 벡터를 보정하는 상태 보정 단계를 포함하는 측위 방법을 제공할 수 있다.In another aspect, the present embodiments include a measurement value acquisition step of receiving a positioning reference signal (PRS) from a base station and obtaining a measurement value of the received positioning reference signal through channel estimation, a preset movement model, and a previous State prediction step of predicting the second state vector of the terminal using the first state vector of the terminal obtained at time, based on the measurement value of the position reference signal and the second state vector, which is present on the reception path of the position reference signal An environment mapping step of estimating the creation positions of virtual anchors (VA) and scattering points (SPs), clustering the creation positions, and mapping them to the network environment map of the terminal, and using the mapping result of the network environment map It is possible to provide a positioning method including a state correction step of correcting the second state vector.

본 실시예들에 의하면, 클러스터링 기반의 환경 매핑을 통해 수신 신호를 이용하여 신호의 생성 위치를 추정하고 물체를 구분하여 실시간으로 단말의 위치를 추정하는 측위 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to the present embodiments, it is possible to provide a positioning device and method for estimating the position of a terminal in real time by estimating the generation position of a signal using a received signal through clustering-based environment mapping and classifying objects.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 적용될 수 있는 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 단말의 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 가상 앵커의 생성 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 산란 지점의 생성 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 환경 맵에 매핑하기 위한 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 방법에 대한 흐름도이다.
1 is a diagram showing the configuration of a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a diagram schematically illustrating a system to which a positioning device according to an embodiment of the present disclosure may be applied.
3 is a flowchart illustrating an operation of estimating a location of a terminal by a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.
4 is a diagram for explaining an operation of estimating a creation position of a virtual anchor by a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a diagram for explaining an operation of estimating the generation position of a scattering point by the positioning device according to an embodiment of the present disclosure.
6 is a diagram for explaining an algorithm for mapping an environment map by a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.
7 is a flowchart of a positioning method according to an embodiment of the present disclosure.

본 개시는 측위 장치 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a positioning device and method.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.DETAILED DESCRIPTION Some embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present technical idea, the detailed description may be omitted. When "comprises", "has", "consists of", etc. mentioned in this specification is used, other parts may be added unless "only" is used. In the case where a component is expressed in the singular, it may include the case of including the plural unless otherwise explicitly stated.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present disclosure. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the corresponding component is not limited by the term.

구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다. In the description of the positional relationship of components, when it is described that two or more components are "connected", "coupled" or "connected", the two or more components are directly "connected", "coupled" or "connected". ", but it will be understood that two or more components and other components may be further "interposed" and "connected", "coupled" or "connected". Here, other components may be included in one or more of two or more components that are “connected”, “coupled” or “connected” to each other.

구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In the description of the temporal flow relationship related to components, operation methods, production methods, etc., for example, "after", "continued to", "after", "before", etc. Alternatively, when a flow sequence relationship is described, it may also include non-continuous cases unless “immediately” or “directly” is used.

한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.On the other hand, when a numerical value or corresponding information (eg, level, etc.) for a component is mentioned, even if there is no separate explicit description, the numerical value or its corresponding information is not indicated by various factors (eg, process factors, internal or external shocks, noise, etc.) may be interpreted as including an error range that may occur.

본 명세서에서의 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)는 단말(User Equipment; UE)의 위치(Position)를 측정하기 위해서, 각 셀 또는 기지국으로부터 단말로 전송하고, 해당 단말이 특정시간에 수신하는 신호일 수 있다.In the present specification, the Positioning Reference Signal (PRS) is transmitted from each cell or base station to the terminal in order to measure the position of the user equipment (UE), and is received by the terminal at a specific time. could be a signal

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치(100)는 기지국으로부터 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)를 수신하고, 채널 추정을 통해 수신된 위치 참조 신호의 측정값을 획득하는 측정값 획득부(110), 미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 단말의 제 2 상태 벡터를 예측하는 상태 예측부(120), 위치 참조 신호의 측정값과 제 2 상태 벡터에 기초하여 위치 참조 신호의 수신 경로 상에 존재하는 가상 앵커(virtual anchor, VA) 및 산란 지점(scattering point, SP)의 생성 위치를 추정하고, 생성 위치를 클러스터링하여 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑하는 환경 매핑부(130) 및 네트워크 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 제 2 상태 벡터를 보정하는 상태 보정부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a positioning device 100 according to an embodiment of the present disclosure receives a positioning reference signal (PRS) from a base station and obtains a measurement value of the received positioning reference signal through channel estimation. a measurement value acquisition unit 110 that predicts a second state vector of the terminal using a preset movement model and a first state vector of the terminal acquired at a previous time; a state prediction unit 120 that predicts a location reference signal measurement value Based on the second state vector and the second state vector, the locations of virtual anchors (VAs) and scattering points (SPs) existing on the reception path of the location reference signal are estimated, and the locations are clustered to form a network of terminals. It may include an environment mapping unit 130 that maps the environment map and a state correction unit 140 that corrects the second state vector using the mapping result of the network environment map.

일 실시예에 따라 측정값 획득부(110)는 기지국(base station, BS)으로부터 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)를 수신하고, 채널 추정을 통해 수신된 위치 참조 신호의 측정값을 획득할 수 있다. 일 예로, 측정값 획득부(110)는 가시 경로, 환경 내의 벽 또는 산란 지점으로부터 반사되는 신호를 포함하는 위치 참조 신호를 수신할 수 있다. 또한, 측정값 획득부(110)는 수신된 위치 참조 신호를 경로에 따라 구분하는 것이 불가능하여 모든 수신 신호를 수신하고 채널 추정을 통해 측정값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 측정값 획득부(110)는 하나의 기지국로부터 주기적으로 전송된 5G mmWave 신호를 수신하고, 채널 추정을 통해 신호 경로로 인덱싱된 측정값을 획득할 수 있다.According to an embodiment, the measurement value acquisition unit 110 receives a positioning reference signal (PRS) from a base station (BS) and obtains a measurement value of the received positioning reference signal through channel estimation. can For example, the measurement value acquisition unit 110 may receive a location reference signal including a signal reflected from a visible path, a wall in the environment, or a scattering point. In addition, since the measurement value acquisition unit 110 cannot classify the received location reference signal according to the path, it may receive all received signals and acquire measurement values through channel estimation. For example, the measurement value acquisition unit 110 may receive a 5G mmWave signal periodically transmitted from one base station and obtain a measurement value indexed to a signal path through channel estimation.

다른 일 예로, 측정값 획득부(110)는 다중 경로를 통해 수신되는 위치 참조 신호의 측정값에 기초하여 측정 모델을 생성할 수 있다. 예를 들어, 측정값 획득부(110)는 다중 경로를 통해 수신되는 위치 참조 신호의 측정값에 기초하여 단말의 상태 벡터, 단말의 네트워크 환경 내 존재하는 가상 앵커 또는 산란 지점의 위치 정보 및 측정값 오차를 포함하는 측정 모델을 생성할 수 있다. 이러한 측정 모델은 단말의 상태 벡터를 보정하는데 활용될 수 있다.As another example, the measurement value acquisition unit 110 may generate a measurement model based on measurement values of a location reference signal received through a multipath. For example, the measurement value acquisition unit 110 may include a state vector of the UE, location information and measurement values of a virtual anchor or a scattering point existing in the network environment of the UE based on the measurement value of the location reference signal received through multi-path. A measurement model including errors can be created. This measurement model can be used to calibrate the state vector of the UE.

일 실시예에 따라 상태 예측부(120)는 미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 단말의 제 2 상태 벡터를 예측할 수 있다. 예를 들어, 상태 예측부(120)는 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 미리 설정된 이동 모델에 입력하고, 공지된 공분산을 가지는 제로 평균 가우시안 분포로 모델링된 프로세스 노이즈를 적용하여 현재 시간에 단말의 제 2 상태 벡터를 예측할 수 있다. 여기서, 이동 모델은 시계열 데이터에 대한 공지된 전이 함수로 설정될 수 있다. According to an embodiment, the state prediction unit 120 may predict the second state vector of the terminal using a preset movement model and the first state vector of the terminal obtained at the previous time. For example, the state prediction unit 120 inputs the first state vector of the terminal acquired at a previous time to a preset movement model, and applies process noise modeled as a zero mean Gaussian distribution with a known covariance to obtain the current time In this case, the second state vector of the terminal can be predicted. Here, the movement model may be set to a known transition function for time series data.

일 실시예에 따라 환경 매핑부(130)는 위치 참조 신호의 측정값과 제 2 상태 벡터에 기초하여 위치 참조 신호의 수신 경로 상에 존재하는 가상 앵커(virtual anchor, VA) 및 산란 지점(scattering point, SP)의 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고 환경 매핑부(130)는 추정된 생성 위치를 클러스터링하여 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑할 수 있다. 일 예로, 환경 매핑부(130)는 위치 참조 신호의 측정값을 유클리드 공간에 매핑하고, 디리클레 프로세스(Dirichlet Process, DP) 알고리즘에 기초하여 가상 앵커 및 산란 지점의 생성 위치를 매핑할 수 있다. 그리고, 환경 매핑부(130)는 생성 위치의 확률에 기초하여 기존 클러스터 또는 신규 클러스터를 선택하여 클러스터링할 수 있다. 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 디리클레 프로세스 알고리즘에 기초하여 다중 경로 신호에서 가시선(line-of-sight, LOS) 측정 신호를 분류하여 가상 앵커 및 산란 지점의 생성 위치를 매핑할 수 있다. 그리고, 환경 매핑부(130)는 생성 위치에 데이터가 존재할 확률을 계산하여 가장 높은 확률을 가진 클러스터를 선택하여 생성 위치를 클러스터링할 수 있다. 여기서, 디리클레 프로세스 알고리즘은 무한한 수의 매개 변수를 포함하는 베이지안 비모수(Bayesian nonparametric, BNP) 모델일 수 있다. According to an embodiment, the environment mapping unit 130 may determine a virtual anchor (VA) and a scattering point existing on a reception path of the location reference signal based on the measurement value of the location reference signal and the second state vector. , SP) can be estimated. Also, the environment mapping unit 130 may perform clustering on the estimated generation location and map the clustering to the network environment map of the terminal. For example, the environment mapping unit 130 may map the measurement value of the location reference signal to the Euclidean space and map the creation locations of virtual anchors and scattering points based on a Dirichlet Process (DP) algorithm. In addition, the environment mapping unit 130 may select and cluster an existing cluster or a new cluster based on the probability of a generation location. For example, the environment mapping unit 130 may classify a line-of-sight (LOS) measurement signal from a multi-path signal based on a Dirichlet process algorithm to map creation positions of virtual anchors and scattering points. In addition, the environment mapping unit 130 may cluster the creation location by calculating a probability that data exists in the creation location and selecting a cluster having the highest probability. Here, the Dirichlet process algorithm may be a Bayesian nonparametric (BNP) model including an infinite number of parameters.

다른 일 예로, 환경 매핑부(130)는 생성 위치를 기준으로 가상 앵커 또는 산란 지점을 하나 이상의 클러스터에 클러스터링하여 단말의 주변 네트워크 환경을 나타내는 네트워크 환경 맵 상에 하나 이상의 클러스터의 위치를 매핑할 수 있다. 여기서, 네트워크 환경 맵은 기지국, 가상 앵커의 클러스터 및 산란 지점의 클러스터 중 적어도 하나의 위치 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 수신된 위치 참조 신호가 가상 앵커로 인한 다중 경로 신호라고 가정하여 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고 환경 매핑부(130)는 추정된 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 해당 클러스터를 가상 앵커의 클러스터로 구분할 수 있다. 다른 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 구분된 가상 앵커의 클러스터를 제외하고 위치 참조 신호를 산란 지점으로 인한 다중 경로 신호로 가정하여 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고 환경 매핑부(130)는 추정된 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 해당 클러스터를 산란 지점의 클러스터로 구분할 수 있다.As another example, the environment mapping unit 130 clusters virtual anchors or scattering points into one or more clusters based on their creation locations, and maps the locations of one or more clusters on a network environment map representing the surrounding network environment of the terminal. . Here, the network environment map may include location information of at least one of a base station, a cluster of virtual anchors, and a cluster of scattering points. For example, the environment mapping unit 130 may estimate a generated location by assuming that the received location reference signal is a multipath signal due to a virtual anchor. Also, if the estimated generation location is displayed as a cluster at one or more fixed points, the environment mapping unit 130 may classify the corresponding cluster as a cluster of virtual anchors. For another example, the environment mapping unit 130 may estimate the generated location by assuming that the location reference signal is a multipath signal due to the scattering point, excluding the clusters of the separated virtual anchors. In addition, if the estimated generation location is displayed as a cluster at one or more fixed points, the environment mapping unit 130 may classify the corresponding cluster as a cluster of spawning points.

일 실시예에 따라 상태 보정부(140)는 네트워크 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 일 예로, 상태 보정부(140)는 네트워크 환경 맵 상에 매핑된 가상 앵커 및 산란 지점의 생성 위치를 위치 참조 신호의 측정값에 반영하고, 특정 필터를 적용하여 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 예를 들어, 상태 보정부(140)는 단말의 제 2 상태 벡터와 네트워크 환경 맵 상에 매핑된 위치 참조 신호의 측정값에 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF)를 적용하여 실시간으로 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 다만, 확장 칼만 필터는 일 예로, 특정 필터가 이에 한정되는 것은 아니다. According to an embodiment, the state correction unit 140 may correct the second state vector by using a mapping result of the network environment map. For example, the state correction unit 140 may correct the second state vector by reflecting the generated positions of virtual anchors and scattering points mapped on the network environment map to the measured value of the location reference signal and applying a specific filter. . For example, the state correction unit 140 applies an Extended Kalman Filter (EKF) to the second state vector of the terminal and the measured value of the location reference signal mapped on the network environment map to obtain the second state in real time. Vectors can be calibrated. However, the extended Kalman filter is an example, and a specific filter is not limited thereto.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 적용될 수 있는 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a system to which a positioning device according to an embodiment of the present disclosure may be applied.

도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 단말(200)의 위치를 추정하기 위한 측위 장치(100)가 적용될 수 있는 시스템에 관한 것으로, 측위 장치(100)는 1개의 기지국(210)과 1대의 단말(200)로 구성된 네트워크 환경에서 단말(200)의 위치 및 상태를 추정할 수 있다. 예를 들어, 단말(200)의 네트워크 환경은 밀리미터파(mmWave) 신호를 주기적으로 전송하는 기지국(210), 벽(240)과 같이 신호를 반사하는 넓은 표면으로 지정된 가상 앵커(220) 또는 신호를 산란시키는 작은 물체를 지칭하는 산란 지점(230)으로 구성될 수 있다. 여기서, 기지국(210), 가상 앵커(220) 또는 산란 지점(230)의 위치는 고정된 랜드마크(landmark)일 수 있다. Referring to FIG. 2 , it relates to a system to which a positioning device 100 for estimating a location of a terminal 200 according to an embodiment of the present disclosure can be applied, and the positioning device 100 includes one base station 210 It is possible to estimate the location and state of the terminal 200 in a network environment composed of and one terminal 200 . For example, the network environment of the terminal 200 is a base station 210 that periodically transmits a millimeter wave (mmWave) signal, a virtual anchor 220 designated as a wide surface that reflects signals such as a wall 240, or a signal It can consist of scattering points 230, which refer to small objects that scatter. Here, the location of the base station 210, the virtual anchor 220, or the scattering point 230 may be a fixed landmark.

일 예에 따라, 측위 대상은 통신망에 연결되어 측위 장치(100)와의 통신이 가능하면 단말(200) 이외의 컴퓨터, PDA 등일 수 있으며, 측위 대상은 차량이 될 수도 있다. 즉, 본 명세서에서의 단말(200)은 측위 대상의 일 예를 설명한 것으로, 이에 한정되는 것은 아니다.According to an example, the positioning target may be a computer or PDA other than the terminal 200 as long as it is connected to a communication network and can communicate with the positioning device 100, and the positioning target may also be a vehicle. That is, the terminal 200 in this specification describes an example of a positioning target, and is not limited thereto.

일 예에 따라, 측위 장치(100)는 무선 통신 모듈을 직접 포함하거나 유선 또는 무선 네트워크를 통해 상호 연결된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 측위 장치(100)는 측위 대상이 되는 단말(200)에 설치될 수 있고, 별도의 장치 형태일 수도 있다. 예를 들어, 측위 장치(100)는 기지국으로부터 주기적으로 송신되는 위치 참조 신호를 수신하는 단말(200)일 수 있다. 구체적으로, 수신되는 위치 참조 신호는 기지국으로부터 주기적으로 송신되는 밀리미터파 신호로 넓은 표면에서 반사되고 산란 지점에 의해 산란된 신호를 포함할 수 있다. 따라서, 측위 장치(100)는 일정한 시간 간격으로 가시 경로(250)를 통한 신호와 환경 내의 벽(240) 또는 산란 지점(230)으로부터 반사되는 신호를 포함하는 위치 참조 신호를 수신할 수 있다. According to an example, the positioning device 100 may directly include a wireless communication module or may be configured in a form interconnected through a wired or wireless network. Accordingly, the positioning device 100 may be installed in the terminal 200 to be positioned, or may be in the form of a separate device. For example, the positioning device 100 may be a terminal 200 that receives a position reference signal periodically transmitted from a base station. Specifically, the received position reference signal is a millimeter wave signal periodically transmitted from the base station and may include a signal reflected from a wide surface and scattered by a scattering point. Accordingly, the positioning device 100 may receive a position reference signal including a signal through the visible path 250 and a signal reflected from the wall 240 or the scattering point 230 in the environment at regular time intervals.

또한, 측위 장치(100)는 메모리 등의 저장부, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서 등의 하드웨어, 명령어 세트를 포함하는 소프트웨어 내지 이들의 조합 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 기반으로 구성될 수 있다. In addition, the positioning device 100 includes a storage unit such as a memory, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), and a programmable logic unit (PLU). may be based on one or more general purpose or special purpose computers, such as hardware such as a microprocessor, software including a set of instructions, or combinations thereof, or any other device capable of executing and responding to instructions. .

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 단말의 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an operation of estimating a location of a terminal by a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.

도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치의 측정값 획득부(110)는 기지국으로부터 위치 참조 신호를 수신하고 채널 추정을 통해 측정값을 획득할 수 있다(S310). 일 예로, 측정값 획득부(110)는 매 시간마다 각각의 랜드마크에서 오는 다중 경로 신호를 수신하고 채널 추정을 통해 측정값을 획득할 수 있다. 또한, 측정값 획득부(110)는 수신된 다중 경로 신호의 측정값에 기초하여 측정 모델을 생성할 수 있다. 예를 들어, 측정값 획득부(110)는 획득한 i 번째 신호에 대한 측정값의 측정 모델을 수학식 1과 같이 생성할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the measurement value acquisition unit 110 of the positioning device according to an embodiment of the present disclosure may receive a location reference signal from a base station and obtain a measurement value through channel estimation (S310). For example, the measurement value acquisition unit 110 may receive a multi-path signal from each landmark every time and obtain a measurement value through channel estimation. Also, the measurement value acquisition unit 110 may generate a measurement model based on the measurement value of the received multipath signal. For example, the measurement value acquisition unit 110 may generate a measurement model of the measurement value of the obtained i-th signal as shown in Equation 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

이 때,

Figure pat00002
이고, 측정값 오차는
Figure pat00003
일 수 있다. 구체적으로,
Figure pat00004
는 도래 시간(time of arrival, TOA)이고,
Figure pat00005
는 방위각과 고도에 대한 도래각(difference of Arrival, DOA)이고,
Figure pat00006
는 방위각과 고도에 대한 출발 방향(direction of departure, DOD) 을 의미할 수 있다. 즉, xi와 m은 가상 앵커와 산란 지점과 같이 다중 경로를 구성하는 물체의 위치와 유형를 의미하고, Sk는 단말의 위치 벡터와 방향각을 포함하는 상태 벡터를 의미할 수 있다. At this time,
Figure pat00002
, and the measurement error is
Figure pat00003
can be Specifically,
Figure pat00004
is the time of arrival (TOA),
Figure pat00005
is the difference of arrival (DOA) for the azimuth and altitude,
Figure pat00006
may mean a direction of departure (DOD) for azimuth and altitude. That is, x i and m denote positions and types of objects constituting a multipath, such as virtual anchors and scattering points, and S k denotes a state vector including a position vector and azimuth angle of a terminal.

일 실시예에 따른 측위 장치의 상태 예측부(120)는 미리 설정된 이동 모델을 이용하여 단말의 상태 벡터를 예측할 수 있다(S320). 일 예로, 상태 예측부(120)는 미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 단말의 제 2 상태 벡터를 예측할 수 있다. 예를 들어, 상태 예측부(120)는 미리 설정된 이동 모델을 이용하여 시간 k에서 단말의 상태 벡터를 예측할 수 있다. 여기서, 시간 k에서 단말의 상태 벡터는 제 2 상태 벡터와 동일한 의미일 수 있다. 구체적으로, 단말의 상태 벡터 Sk

Figure pat00007
일 수 있고,
Figure pat00008
는 각각의 3차원 위치, αk는 방향각, ζk는 이동 속도, ξk는 회전율 및 Bk 클록 바이어스를 의미할 수 있다. 또한, 시간 k에서의 이동 모델은 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. The state predictor 120 of the positioning device according to an embodiment may predict the state vector of the terminal using a preset movement model (S320). For example, the state predictor 120 may predict the second state vector of the terminal using a preset movement model and the first state vector of the terminal obtained at the previous time. For example, the state predictor 120 may predict the state vector of the terminal at time k using a preset movement model. Here, the state vector of the terminal at time k may have the same meaning as the second state vector. Specifically, the state vector S k of the terminal is
Figure pat00007
can be,
Figure pat00008
is each three-dimensional position, α k is the bearing angle, ζ k is the movement speed, ξ k is the rotation rate, and B k is It may mean clock bias. In addition, the movement model at time k can be expressed as Equation 2.

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서, 이동 모델 g(ㆍ)은 공지된 전이 함수일 수 있고, qk는 공지된 공분산 Q를 사용하여 제로 평균 가우스 분포로 모델링된 프로세스 노이즈를 의미할 수 있다. 또한, 이동 모델은 공지된 전이 밀도

Figure pat00010
를 가지는 kmax 시간에 대한 동적 모델일 수 있다. Here, the movement model g(•) may be a known transfer function, and q k may mean process noise modeled as a zero mean Gaussian distribution using a known covariance Q. In addition, the migration model has a known transition density
Figure pat00010
It may be a dynamic model for k max time with .

일 실시예에 따른 측위 장치의 환경 매핑부(130)는 위치 참조 신호의 측정값과 예측된 단말의 상태 벡터를 이용하여 클러스터링을 통해 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑할 수 있다(S330). 일 예로, 환경 매핑부(130)는 위치 참조 신호의 측정값을 3D 유클리드 공간에 매핑하고, 디리클레 프로세스(Dirichlet Process, DP) 알고리즘에 기초하여 가상 앵커 및 산란 지점의 생성 위치를 매핑할 수 있다. 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 위치 참조 신호의 측정값에 해당하는 데이터가 각 클러스터에 속할 확률을 계산할 수 있다. 구체적으로 클러스터의 수가 유한한 경우의 사전 분포는 수학식 3과 같이 표현할 수 있다. The environment mapping unit 130 of the positioning device according to an embodiment may use the measured value of the location reference signal and the predicted state vector of the terminal to map the network environment map of the terminal through clustering (S330). For example, the environment mapping unit 130 may map measurement values of the location reference signal to a 3D Euclidean space, and map creation locations of virtual anchors and scattering points based on a Dirichlet Process (DP) algorithm. For example, the environment mapping unit 130 may use a Dirichlet process algorithm to calculate a probability that data corresponding to measurement values of location reference signals belong to each cluster. Specifically, the prior distribution when the number of clusters is finite can be expressed as Equation 3.

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서,

Figure pat00012
는 각각 i 번째 측정값의 클러스터 인덱스, 총 데이터 개수, j 번째 클러스터에 할당된 데이터 개수, 집중도 매개변수 및 감마 함수를 의미할 수 있다. 또한, J는 총 클러스터의 개수를 의미할 수 있다. 다만, 디리클레 프로세스 알고리즘을 사용하면 J는 유한한 경우뿐만 아니라 무한한 경우에도 총 클러스터의 개수를 의미할 수 있다. here,
Figure pat00012
may mean the cluster index of the i th measurement value, the total number of data, the number of data allocated to the j th cluster, the concentration parameter, and the gamma function, respectively. Also, J may mean the total number of clusters. However, when using the Dirichlet process algorithm, J may mean the total number of clusters not only when it is finite but also when it is infinite.

또한, 구체적으로, 환경 매핑부(130)는 li에 대한 조건부 사전 확률을 계산할 수 있다. li에 대한 조건부 사전 확률은 수학식 4와 같이 표현할 수 있다. Also, in detail, the environment mapping unit 130 may calculate a conditional prior probability for l i . The conditional prior probability for l i can be expressed as Equation 4.

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서, l-i는 i를 제외한 모든 지표가 있는 l의 집합을 의미할 수 있다. 또한, J가 ∞이면, 조건부 사전 확률은 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.Here, l -i may mean a set of l with all indicators except i. Also, if J is ∞, the conditional prior probability can be expressed as Equation 5.

Figure pat00014
Figure pat00014

이와 같이, 신규 클러스터에 대한 조건부 사전 확률은 수학식 6과 같이 표현할 수 있다. In this way, the conditional prior probability for the new cluster can be expressed as Equation 6.

Figure pat00015
Figure pat00015

다른 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 위치 참조 신호의 측정값에 해당하는 데이터가 각 클러스터와 어느 정도 분리되어 있는지 여부를 계산할 수 있다. 분리된 정도는 중심과 공분산을 통해 가우스 분포의 가능도(likelihood)를 이용하여 정량화될 수 있다. 구체적으로, 환경 매핑부(130)는 밀도가 pj(y)인 j번째 클러스터 또는 밀도가 p0(y)인 신규 클러스터로부터 측정값 yi가 발생할 확률을 계산할 수 있다. 조건부 분포는 수학식 7과 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.For another example, the environment mapping unit 130 may calculate how much data corresponding to the measurement value of the location reference signal is separated from each cluster. The degree of separation can be quantified using the likelihood of a Gaussian distribution through centroid and covariance. Specifically, the environment mapper 130 may calculate a probability that the measurement value y i occurs from the j-th cluster having a density of p j (y) or a new cluster having a density of p 0 (y). The conditional distribution can be expressed as Equations 7 and 8.

Figure pat00016
Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

이를 통해 측정값 yi 가장 높은 확률을 가지는 클러스터로 설정될 수 있다. 그리고, 디리클레 프로세스 알고리즘에 관한 상세한 내용은 도6을 참조하여 후술한다. Through this, the measured value y i is It can be set as a cluster with the highest probability. Details of the Dirichlet process algorithm will be described later with reference to FIG. 6 .

일 실시예에 따른 측위 장치의 상태 보정부(140)는 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 예측된 상태 벡터를 보정할 수 있다(S340). 일 예로, 상태 보정부(140)는 네트워크 환경 맵 상에 매핑 결과와 위치 참조 신호의 측정값을 이용하여 예측된 단말의 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 예를 들어, 상태 보정부(140)는 네트워크 환경 맵 상에 매핑된 가상 앵커 및 산란 지점의 생성 위치를 위치 참조 신호의 측정값에 반영하고, 특정 필터를 적용하여 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 여기서, 특정 필터는 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 위의 일련의 과정을 통해 산출된 단말의 제 2 상태 벡터에 기초하여 단말의 위치 및 상태를 추정할 수 있다. The state correction unit 140 of the positioning device according to an embodiment may correct the predicted state vector using the mapping result of the environment map (S340). For example, the state correction unit 140 may correct the predicted second state vector of the terminal using a mapping result on a network environment map and a measurement value of a location reference signal. For example, the state correction unit 140 may correct the second state vector by reflecting the generated positions of the virtual anchors and scattering points mapped on the network environment map to the measured value of the position reference signal and applying a specific filter. there is. Here, the specific filter may be an Extended Kalman Filter (EKF), but is not limited thereto. The position and state of the terminal may be estimated based on the second state vector of the terminal calculated through the above series of processes.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 가상 앵커의 생성 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining an operation of estimating a creation position of a virtual anchor by a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 측위 장치에서 환경 매핑부(130)가 단말의 네트워크 환경에서 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 가상 앵커의 생성 위치를 추정할 수 있다. 일 예로, 환경 매핑부(130)는 도4와 같이 1개의 기지국(210)과 4개의 벽(240)으로 인한 4개의 가상 앵커(220) 및 4개의 산란 지점으로 구성된 네트워크 환경에서 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 매핑할 수 있다. 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 위치 참조 신호를 4개의 벽(240)에 의해 반사된 다중 경로 신호로 가상 앵커로부터 수신된 신호라고 가정하여 가상 앵커의 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고, 환경 매핑부(130)는 추정된 생성 위치가 집중적으로 하나 이상의 고정된 지점에 형성되면, 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 하나 이상의 클러스터로 클러스터링 할 수 있다. 이에 따라, 클러스터링된 클러스터는 가상 앵커의 클러스터로 구분될 수 있다. 또한, 가시 경로(line-of-sight, LOS) 신호의 측정값은 네트워크 환경 맵에서 기지국의 위치를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 단말의 네트워크 환경 맵에서 가상 앵커의 생성 위치는 VA1 내지 VA4 주변에 클러스터를 형성하여 표시될 수 있다. 반면에, 산란 지점의 생성 위치는 고정된 지점으로 표시되지 않아 가상 앵커의 클러스터와 구분할 수 있다. 따라서, 환경 매핑부(130)는 가상 앵커로 인한 다중 경로 신호와 그렇지 않은 신호를 구분할 수 있다. Referring to FIG. 4 , in the positioning device according to an embodiment, the environment mapping unit 130 may estimate a creation position of a virtual anchor in a network environment of a terminal using a Dirichlet process algorithm. As an example, the environment mapping unit 130 uses the Dirichlet process algorithm in a network environment composed of 4 virtual anchors 220 and 4 scattering points due to 1 base station 210 and 4 walls 240 as shown in FIG. 4 . can be mapped using For example, the environment mapping unit 130 may estimate the creation location of the virtual anchor by assuming that the location reference signal is a multipath signal reflected by the four walls 240 and received from the virtual anchor. Then, the environment mapping unit 130 may cluster into one or more clusters using the Dirichlet process algorithm when the estimated generation location is intensively formed at one or more fixed points. Accordingly, the clustered cluster may be divided into clusters of virtual anchors. In addition, a measurement value of a line-of-sight (LOS) signal may indicate a location of a base station on a network environment map. Specifically, the creation position of the virtual anchor in the network environment map of the terminal may be displayed by forming a cluster around VA1 to VA4. On the other hand, spawning points are not marked as fixed points and can be distinguished from clusters of virtual anchors. Accordingly, the environment mapping unit 130 may distinguish between a multi-path signal due to the virtual anchor and a signal not caused by the virtual anchor.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 산란 지점의 생성 위치를 추정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining an operation of estimating the generation position of a scattering point by the positioning device according to an embodiment of the present disclosure.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 측위 장치에서 환경 매핑부(130)가 단말의 네트워크 환경에서 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 산란 지점의 생성 위치를 추정할 수 있다. 일 예로, 환경 매핑부(130)는 도5와 같이 1개의 기지국(210)과 4개의 벽(240)으로 인한 4개의 가상 앵커(220) 및 4개의 산란 지점(230)으로 구성된 네트워크 환경에서 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 매핑할 수 있다. 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 위치 참조 신호를 4개의 산란 지점(230)에 의해 산란된 다중 경로 신호로 산란 지점으로부터 수신된 신호라고 가정하여 산란 지점의 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고, 환경 매핑부(130)는 추정된 생성 위치가 집중적으로 하나 이상의 고정된 지점에 형성되면, 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 하나 이상의 클러스터로 클러스터링 할 수 있다. 이에 따라, 클러스터링된 클러스터는 산란 지점의 클러스터로 구분될 수 있다. 구체적으로, 환경 매핑부(130)는 가상 앵커의 클러스터의 위치 및 기지국의 위치는 제외하고, 단말의 네트워크 환경 맵에서 산란 지점의 생성 위치는 SP1 내지 SP4 주변에 클러스터를 형성하여 표시될 수 있다. 반면에, 클러터(clutter)의 생성 위치는 고정된 지점으로 표시되지 않아 산란 지점의 클러스터와 구분할 수 있다. 따라서, 환경 매핑부(130)는 산란 지점으로 인한 다중 경로 신호와 그렇지 않은 신호를 구분할 수 있다. Referring to FIG. 5 , in the positioning device according to an embodiment, the environment mapping unit 130 may estimate the location of spawning points in the network environment of the terminal by using the Dirichlet process algorithm. As an example, the environment mapping unit 130, as shown in FIG. 5 , in a network environment composed of one base station 210 and four virtual anchors 220 and four scattering points 230 due to four walls 240, Dirichlet It can be mapped using a process algorithm. For example, the environment mapping unit 130 may estimate the spawning location of the scattering point by assuming that the location reference signal is a multipath signal scattered by the four scattering points 230 and received from the scattering point. Then, the environment mapping unit 130 may cluster into one or more clusters using the Dirichlet process algorithm when the estimated generation location is intensively formed at one or more fixed points. Accordingly, the clustered clusters may be divided into clusters of scattering points. Specifically, the environment mapping unit 130 may display the location of spawning points in the network environment map of the terminal by forming clusters around SP1 to SP4, excluding the location of the virtual anchor cluster and the location of the base station. On the other hand, the generation location of clutter is not marked as a fixed point, so it can be distinguished from a cluster of scattering points. Accordingly, the environment mapping unit 130 may distinguish between a multipath signal due to a scattering point and a non-multipath signal.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 장치가 환경 맵에 매핑하기 위한 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining an algorithm for mapping an environment map by a positioning device according to an embodiment of the present disclosure.

도 6를 참조하면, 일 실시예에 따른 측위 장치는 복수의 다중 경로 신호가 수신되는 상황에서 단말의 네트워크 환경 내 객체를 매핑하고 단말의 상태 벡터를 예측할 수 있다. 일 예로, 상태 예측부(120)는 시간 k-1 에서 단말 상태의 사후 밀도가 주어지면, 시간 k에서 단말 상태의 사후 밀도를 예측할 수 있다. 여기서, 시간 k-1에서 단말 상태의 사후 밀도는

Figure pat00018
이고, 시간 k에서 단말 상태의 사후 밀도는
Figure pat00019
를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상태 예측부(120)는 수학식 9에 의해 시간 k에서 단말 상태의 사후 밀도를 예측할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the positioning device according to an embodiment may map objects in a network environment of a terminal and predict a state vector of the terminal in a situation in which a plurality of multi-path signals are received. For example, the state prediction unit 120 may predict the a posteriori density of the terminal state at time k, given the a posteriori density of the terminal state at time k−1. where the a posteriori density of the terminal state at time k-1 is
Figure pat00018
and the a posteriori density of the terminal state at time k is
Figure pat00019
can mean For example, the state predictor 120 may predict the a posteriori density of the UE state at time k by Equation 9.

Figure pat00020
Figure pat00020

또한, 상태 예측부(120)는 sk-1 과 Vk-1을 수학식 10 및 수학식 11에 의해 계산할 수 있다.Also, the state predictor 120 may calculate s k-1 and V k-1 by Equations 10 and 11.

Figure pat00021
Figure pat00021

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서, Gk는 수학식 12에 의해 계산된 이동 모델 g(ㆍ)의 Jacovbian matrix일 수 있다. Here, Gk may be a Jacobbian matrix of the movement model g(•) calculated by Equation 12.

Figure pat00023
Figure pat00023

이에 따라, 계산된 sk 과 Vk는 가시 경로(line-of-sight, LOS) 신호의 측정값을 식별하고 특정 필터를 적용하여 보정될 수 있다. Accordingly, the calculated s k and V k may be corrected by identifying the measured value of the line-of-sight (LOS) signal and applying a specific filter.

일 예로, 환경 매핑부(130)는 디리클레 프로세스 알고리즘을 이용하여 네트워크 환경 내 물체의 위치를 클러스터링하고 유형을 구분하여 매핑할 수 있다. 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 네트워크 환경 내 물체의 클러스터를 초기화할 수 있다. 여기서, 시간 k에서 물체의 유형 m={BS, VA, SP} 에 따른 클러스터의 개수는 Jk,m 으로 표현할 수 있다. 또한, 시간 k에서 물체의 유형 m에 따른 중심, 공분산 및 클러스터의 개수의 집합은 각각

Figure pat00024
,
Figure pat00025
Figure pat00026
로 표현할 수 있다. 구체적으로, 시간 k=0 일 때, 환경 매핑부(130)는 감지된 물체와 클러스터는 없지만, 기지국의 위치는 알 수 있다. 이에 따라, 환경 매핑부(130)는 단말의 네트워크 환경 맵을 초기화할 수 있다. For example, the environment mapping unit 130 may cluster the locations of objects in the network environment using the Dirichlet process algorithm, classify and map the types. For example, the environment mapping unit 130 may initialize a cluster of objects in a network environment. Here, the number of clusters according to object type m = {BS, VA, SP} at time k can be expressed as J k,m . In addition, the set of centroids, covariances, and number of clusters according to type m of object at time k is
Figure pat00024
,
Figure pat00025
and
Figure pat00026
can be expressed as Specifically, at time k = 0, the environment mapping unit 130 has no detected object and cluster, but can know the location of the base station. Accordingly, the environment mapping unit 130 may initialize the network environment map of the terminal.

다른 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 클러스터링 전에 각각의 위치 참조 신호의 측정값이 가상 앵커 및 산란 지점으로 변환되는 생성 위치를 추정할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 환경 매핑부(130)는 수학식 13 및 수학식 14를 이용하여 측정값이 가상 앵커로 변환되는 생성 위치

Figure pat00027
를 추정할 수 있다. As another example, the environment mapping unit 130 may estimate a generation location where measurement values of each location reference signal are converted into virtual anchors and scattering points before clustering. As a specific example, the environment mapping unit 130 uses Equations 13 and 14 to generate locations where measurement values are converted into virtual anchors.
Figure pat00027
can be estimated.

Figure pat00028
Figure pat00028

Figure pat00029
Figure pat00029

여기서, Hx,k 및 Hs,k는 각각 ∂h/∂sk및 ∂h/∂xk로 표시되는 Jacobian matrices 일 수 있다.Here, H x,k and H s,k may be Jacobian matrices represented by ∂h/∂s k and ∂h/∂x k , respectively.

구체적인 다른 예를 들면, 환경 매핑부(130)는 수학식 15 및 수학식 16을 이용하여 측정값이 산란 지점으로 변환되는 생성 위치

Figure pat00030
를 추정할 수 있다. For another specific example, the environment mapping unit 130 uses Equations 15 and 16 to determine the location where the measured value is converted into a scattering point.
Figure pat00030
can be estimated.

Figure pat00031
Figure pat00031

Figure pat00032
Figure pat00032

또 다른 예를 들어, 환경 매핑부(130)는 기존 클러스터 또는 신규 클러스터에서 각 생성 위치의 확률을 계산하고 네트워크 환경 맵과 비교하여 클러스터링할 수 있다. 구체적인 다른 예를 들면, 환경 매핑부(130)는 시간 k에서 기존 클러스터 또는 신규 클러스터 포함된 각각의 i번째 생성 위치

Figure pat00033
의 확률을 계산할 수 있다. 각각의 확률은 수학식 17 및 수학식 18을 이용하여 계산할 수 있다. As another example, the environment mapping unit 130 may calculate a probability of each generation location in an existing cluster or a new cluster and perform clustering by comparing the probabilities with a network environment map. For another specific example, the environment mapping unit 130 is each i-th generation position included in the existing cluster or the new cluster at time k.
Figure pat00033
can calculate the probability of Each probability can be calculated using Equations 17 and 18.

Figure pat00034
Figure pat00034

Figure pat00035
Figure pat00035

여기서, l은 i번째 생성 위치

Figure pat00036
가 속한 클러스터의 인덱스일 수 있다. 또한, μ0은 환경 내에서 생성된 모든 생성 위치의 중심을 나타내는 지점(ex: 원점)이고, Σ0은 신규 클러스터의 고정된 큰 공분산을 의미할 수 있다.where l is the i-th generation position
Figure pat00036
It may be the index of the cluster to which . In addition, μ 0 is a point (ex: origin) representing the center of all generated positions generated in the environment, and Σ 0 may mean a fixed large covariance of a new cluster.

구체적인 또 다른 예를 들면, 환경 매핑부(130)는 계산된 확률을 비교하여 가장 높은 확률을 가진 클러스터에 생성 위치를 매핑할 수 있다. 확률은 수학식 19를 이용하여 비교할 수 있다. As another specific example, the environment mapping unit 130 may compare the calculated probabilities and map the generation location to the cluster having the highest probability. Probabilities can be compared using Equation 19.

Figure pat00037
Figure pat00037

이 때, 환경 매핑부(130)는 j*가 Jk-1,m 보다 작거나 같으면 기존 클러스터를 선택하고, J* 번째 클러스터의 공분산과 중심을 갱신할 수 있다. 공분산과 중심은 수학식 20 및 수학식 21을 이용하여 갱신할 수 있다. In this case, if j * is less than or equal to J k−1,m, the environment mapping unit 130 may select an existing cluster and update the covariance and centroid of the J * th cluster. The covariance and centroid can be updated using Equations 20 and 21.

Figure pat00038
Figure pat00038

Figure pat00039
Figure pat00039

또한, 환경 매핑부(130)는 신규 클러스터가 선택되면, 추정된 생성 위치의 중심과 공분산을 클러스터의 중심과 공분산으로 사용할 수 있다. 그리고, 환경 매핑부(130)는 물체의 개수가 임계값 이상 포함된 클러스터를 랜드마크로 구분할 수 있다. Also, when a new cluster is selected, the environment mapping unit 130 may use the center and covariance of the estimated generation location as the center and covariance of the cluster. Also, the environment mapping unit 130 may classify clusters in which the number of objects is greater than or equal to a threshold value as landmarks.

일 예로, 상태 보정부(140)는 측정 밀도에 기초하여 시간 k 에서 단말 상태의 사후 밀도를 예측할 수 있다. 여기서, 사후 밀도는 수학식 22을 이용하여 예측할 수 있다.For example, the state correction unit 140 may predict the a posteriori density of the terminal state at time k based on the measured density. Here, the posterior density can be predicted using Equation 22.

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서, η는 정규화 항일 수 있다. Here, η can be a regularization term.

예를 들어, 상태 보정부(140)는 단말의 상태 벡터를 수학식 23 및 수학식 24를 이용하여 보정할 수 있다.For example, the state correction unit 140 may correct the state vector of the terminal using Equations 23 and 24.

Figure pat00041
Figure pat00041

Figure pat00042
Figure pat00042

여기서, Kk는 칼만 게인이고,

Figure pat00043
는 각각 단말 상태의 공분산과 예측된 공분산을 의미할 수 있다. 이에 따라, 측정 장치는 위의 과정을 통해 단말의 위치 및 상태를 추정할 수 있다. 또한, Hk는 시간 k에서 이동 모델 h(·)의 Jacobian matrix일 수 있다.where K k is the Kalman gain,
Figure pat00043
may mean the covariance of the terminal state and the predicted covariance, respectively. Accordingly, the measurement device may estimate the location and state of the terminal through the above process. Also, H k may be a Jacobian matrix of the movement model h(·) at time k.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 측위 장치가 수행할 수 있는 측위 방법에 대해서 설명한다. 단, 아래에서는 도 1 내지 도 6에서 설명한 일부 실시예 또는 일부 동작에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으나, 이는 설명의 중복을 방지하기 위한 것일 뿐이므로 측위 방법은 전술한 측위 장치를 동일하게 제공할 수 있다.Hereinafter, a positioning method that can be performed by the positioning device described with reference to FIGS. 1 to 6 will be described. However, detailed descriptions of some embodiments or some operations described in FIGS. 1 to 6 may be omitted below, but this is only to prevent duplication of description, so the positioning method may provide the same positioning device as described above. can

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 방법에 대한 흐름도이다.7 is a flowchart of a positioning method according to an embodiment of the present disclosure.

도 7을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 측위 방법은 위치 참조 신호의 측정값을 획득하는 측정값 획득 단계를 포함할 수 있다(S710). 일 예로, 측위 장치는 기지국으로부터 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)를 수신하고, 채널 추정을 통해 수신된 위치 참조 신호의 측정값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 측위 장치는 가시 경로, 환경 내의 벽 또는 산란 지점으로부터 반사되는 신호를 포함하는 위치 참조 신호를 수신할 수 있다. 또한, 측위 장치는 수신된 위치 참조 신호를 경로에 따라 구분하는 것이 불가능하여 모든 수신 신호를 수신하고 채널 추정을 통해 측정값을 획득할 수 있다. 구체적으로, 측위 장치는 하나의 기지국로부터 주기적으로 전송된 5G mmWave 신호를 수신하고, 채널 추정을 통해 신호 경로로 인덱싱된 측정값을 획득할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the positioning method according to an embodiment of the present disclosure may include a measurement value obtaining step of obtaining a measurement value of a location reference signal (S710). For example, the positioning device may receive a positioning reference signal (PRS) from a base station and obtain a measurement value of the received positioning reference signal through channel estimation. For example, a positioning device may receive a position reference signal that includes a signal reflected from a line of sight, a wall in the environment, or a scattering point. Also, since the positioning device cannot classify received position reference signals according to paths, it is possible to receive all received signals and obtain measurement values through channel estimation. Specifically, the positioning device may receive a 5G mmWave signal periodically transmitted from one base station and obtain a measurement value indexed to a signal path through channel estimation.

다른 일 예로, 측위 장치는 다중 경로를 통해 수신되는 위치 참조 신호의 측정값에 기초하여 측정 모델을 생성할 수 있다. 예를 들어, 측위 장치는 다중 경로를 통해 수신되는 위치 참조 신호의 측정값에 기초하여 단말의 상태 벡터, 단말의 네트워크 환경 내 존재하는 가상 앵커 또는 산란 지점의 위치 정보 및 측정값 오차를 포함하는 측정 모델을 생성할 수 있다. As another example, the positioning device may generate a measurement model based on a measurement value of a location reference signal received through a multipath. For example, the positioning device measures a state vector of the terminal based on a measurement value of a position reference signal received through a multi-path, position information of a virtual anchor or scattering point existing in a network environment of the terminal, and a measurement value error. model can be created.

일 실시예에 따른 측위 방법은 단말의 상태 벡터를 예측하는 상태 예측 획득 단계를 포함할 수 있다(S720). 일 예로, 측위 장치는 미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 단말의 제 2 상태 벡터를 예측할 수 있다. 예를 들어, 측위 장치는 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 미리 설정된 이동 모델에 입력하고, 공지된 공분산을 가지는 제로 평균 가우시안 분포로 모델링된 프로세스 노이즈를 적용하여 현재 시간에 단말의 제 2 상태 벡터를 예측할 수 있다. 여기서, 이동 모델은 시계열 데이터에 대한 공지된 전이 함수로 설정될 수 있다. The positioning method according to an embodiment may include a state prediction obtaining step of predicting a state vector of a terminal (S720). For example, the positioning device may predict a second state vector of the terminal using a preset movement model and a first state vector of the terminal obtained at a previous time. For example, the positioning device inputs the first state vector of the terminal obtained at a previous time to a preset movement model, and applies process noise modeled as a zero-mean Gaussian distribution with a known covariance to obtain the first state vector of the terminal at the current time. Two-state vectors can be predicted. Here, the movement model may be set to a known transition function for time series data.

일 실시예에 따른 측위 방법은 네트워크 환경 맵에 매핑하는 환경 매핑 단계를 포함할 수 있다(S730). 일 예로, 측위 장치는 위치 참조 신호의 측정값과 제 2 상태 벡터에 기초하여 위치 참조 신호의 수신 경로 상에 존재하는 가상 앵커(virtual anchor, VA) 및 산란 지점(scattering point, SP)의 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고, 측위 장치는 추정된 생성 위치를 클러스터링하여 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑할 수 있다. 예를 들어, 측위 장치는 위치 참조 신호의 측정값을 유클리드 공간에 매핑하고, 디리클레 프로세스(Dirichlet Process, DP) 알고리즘에 기초하여 가상 앵커 및 산란 지점의 생성 위치를 매핑할 수 있다. 그리고 측위 장치는 생성 위치의 확률에 기초하여 기존 클러스터 또는 신규 클러스터를 선택하여 클러스터링할 수 있다. The positioning method according to an embodiment may include an environment mapping step of mapping a network environment map (S730). For example, the positioning device generates positions of a virtual anchor (VA) and a scattering point (SP) existing on a reception path of the position reference signal based on the measurement value of the position reference signal and the second state vector. can be estimated. And, the positioning device may cluster the estimated generated location and map it to the network environment map of the terminal. For example, the positioning device may map measurement values of position reference signals to Euclidean space, and map creation positions of virtual anchors and scattering points based on a Dirichlet Process (DP) algorithm. Also, the positioning device may perform clustering by selecting an existing cluster or a new cluster based on the probability of the generated location.

다른 일 예로, 측위 장치는 생성 위치를 기준으로 가상 앵커 또는 산란 지점을 하나 이상의 클러스터에 클러스터링하고, 단말의 주변 네트워크 환경을 나타내는 네트워크 환경 맵 상에 하나 이상의 클러스터의 위치를 매핑할 수 있다. 여기서, 네트워크 환경 맵은 기지국, 가상 앵커의 클러스터 및 산란 지점의 클러스터 중 적어도 하나의 위치 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측위 장치는 수신된 위치 참조 신호가 가상 앵커로 인한 다중 경로 신호라고 가정하여 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고 측위 장치는 추정된 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 해당 클러스터를 가상 앵커의 클러스터로 구분할 수 있다. 다른 예를 들어, 측위 장치는 구분된 가상 앵커의 클러스터를 제외하고 위치 참조 신호를 산란 지점으로 인한 다중 경로 신호로 가정하여 생성 위치를 추정할 수 있다. 그리고 측위 장치는 추정된 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 해당 클러스터를 산란 지점의 클러스터로 구분할 수 있다.As another example, the positioning device may cluster virtual anchors or scattering points into one or more clusters based on the generated location, and map the locations of the one or more clusters on a network environment map representing a network environment around the terminal. Here, the network environment map may include location information of at least one of a base station, a cluster of virtual anchors, and a cluster of scattering points. For example, the positioning device may estimate the generated position by assuming that the received position reference signal is a multipath signal due to a virtual anchor. In addition, when the estimated generated position is displayed as a cluster at one or more fixed points, the positioning device may classify the corresponding cluster as a cluster of virtual anchors. For another example, the positioning device may estimate the generated position by assuming that the position reference signal is a multi-path signal due to the scattering point, excluding clusters of divided virtual anchors. In addition, when the estimated generated position is displayed as a cluster at one or more fixed points, the positioning device may classify the corresponding cluster as a cluster of scattering points.

일 실시예에 따른 측위 방법은 단말의 상태 벡터를 보정하는 상태 보정 단계를 포함할 수 있다(S740). 일 예로, 측위 장치는 네트워크 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 예를 들어, 측위 장치는 네트워크 환경 맵 상에 매핑된 가상 앵커 및 산란 지점의 생성 위치를 위치 참조 신호의 측정값에 반영하고, 특정 필터를 적용하여 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 구체적으로, 측위 장치는 단말의 제 2 상태 벡터와 네트워크 환경 맵 상에 매핑된 위치 참조 신호의 측정값에 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF)를 적용하여 실시간으로 제 2 상태 벡터를 보정할 수 있다. 다만, 확장 칼만 필터는 일 예로, 특정 필터가 이에 한정되는 것은 아니다.The positioning method according to an embodiment may include a state correction step of correcting the state vector of the terminal (S740). For example, the positioning device may correct the second state vector by using a mapping result of the network environment map. For example, the positioning device may reflect generated positions of virtual anchors and scattering points mapped on a network environment map to measurement values of the position reference signal, and apply a specific filter to correct the second state vector. Specifically, the positioning device may correct the second state vector in real time by applying an Extended Kalman Filter (EKF) to the second state vector of the terminal and the measured value of the position reference signal mapped on the network environment map. there is. However, the extended Kalman filter is an example, and a specific filter is not limited thereto.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 측위 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 특히, 무선 통신 환경에서 클러스터링 기법을 통해 단말 주변의 환경을 파악하여 단말의 위치 및 상태를 추정하는 측위 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 구체적으로, 단말과 기지국으로 구성된 무선 네트워크에서 클러스터링 기반의 환경 매핑을 통해 수신 신호를 이용하여 신호의 생성 위치를 추정하고 물체를 구분함으로써, 실시간으로 단말의 위치를 추정하는 측위 장치 및 방법을 제공할 수 있다.As described above, according to the present disclosure, a positioning device and method can be provided. In particular, it is possible to provide a positioning device and method for estimating the position and state of a terminal by identifying the environment around the terminal through a clustering technique in a wireless communication environment. Specifically, to provide a positioning device and method for estimating the position of a terminal in real time by estimating the generation position of a signal and classifying objects using received signals through clustering-based environment mapping in a wireless network composed of terminals and base stations. can

이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present disclosure, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the technical idea. In addition, since the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but to explain, the scope of the present technical idea is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present disclosure should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of the present disclosure.

Claims (16)

기지국으로부터 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)를 수신하고, 채널 추정을 통해 수신된 상기 위치 참조 신호의 측정값을 획득하는 측정값 획득부;
미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 상기 단말이 제 2 상태 벡터를 예측하는 상태 예측부;
상기 위치 참조 신호의 측정값과 상기 제 2 상태 벡터에 기초하여 상기 위치 참조 신호의 수신 경로 상에 존재하는 가상 앵커(virtual anchor, VA) 및 산란 지점(scattering point, SP)의 생성 위치를 추정하고, 상기 생성 위치를 클러스터링하여 상기 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑하는 환경 매핑부; 및
상기 네트워크 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 상기 제 2 상태 벡터를 보정하는 상태 보정부;를 포함하는 측위 장치.
a measurement value acquisition unit that receives a positioning reference signal (PRS) from a base station and acquires a measurement value of the positioning reference signal received through channel estimation;
a state prediction unit for predicting a second state vector of the terminal using a preset movement model and a first state vector of the terminal obtained at a previous time;
Estimating creation positions of virtual anchors (VA) and scattering points (SPs) existing on a reception path of the location reference signal based on the measurement value of the location reference signal and the second state vector; , an environment mapping unit clustering the generated location and mapping the clustering location to a network environment map of the terminal; and
and a state correction unit correcting the second state vector by using a mapping result of the network environment map.
제 1 항에 있어서,
상기 측정값 획득부는,
다중 경로를 통해 수신되는 상기 위치 참조 신호의 측정값에 기초하여 상기 단말의 상태 벡터, 상기 단말의 네트워크 환경 내 존재하는 상기 가상 앵커 또는 상기 산란 지점의 위치 정보 및 측정값 오차를 포함하는 측정 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 측위 장치.
According to claim 1,
The measurement value acquisition unit,
Based on the measurement value of the location reference signal received through multipath, a measurement model including a state vector of the UE, location information of the virtual anchor or the scattering point existing in the network environment of the UE, and measurement error is generated. Positioning device characterized in that for generating.
제 1 항에 있어서,
상기 환경 매핑부는,
상기 위치 참조 신호의 측정값을 유클리드 공간에 매핑하고, 디리클레 프로세스(Dirichlet Process, DP) 알고리즘에 기초하여 상기 가상 앵커 및 상기 산란 지점의 생성 위치를 매핑하되,
상기 생성 위치의 확률에 기초하여 기존 클러스터 또는 신규 클러스터를 선택하여 클러스터링하는 것을 특징으로 하는 측위 장치.
According to claim 1,
The environment mapping unit,
Mapping the measurement value of the position reference signal to Euclidean space, and mapping the virtual anchor and the spawning position of the scattering point based on a Dirichlet Process (DP) algorithm,
The positioning device characterized in that for clustering by selecting an existing cluster or a new cluster based on the probability of the generated position.
제 1 항에 있어서,
상기 환경 매핑부는,
상기 생성 위치를 기준으로 상기 가상 앵커 또는 상기 산란 지점을 하나 이상의 클러스터에 클러스터링하고, 상기 단말의 주변 네트워크 환경을 나타내는 상기 네트워크 환경 맵 상에 상기 하나 이상의 클러스터의 위치를 매핑하는 것을 특징으로 하는 측위 장치.
According to claim 1,
The environment mapping unit,
The positioning device characterized by clustering the virtual anchor or the scattering point into one or more clusters based on the generated location, and mapping the locations of the one or more clusters on the network environment map indicating a network environment around the terminal. .
제 4 항에 있어서,
상기 네트워크 환경 맵은,
상기 기지국, 상기 가상 앵커의 클러스터 및 상기 산란 지점의 클러스터 중 적어도 하나의 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위 장치.
According to claim 4,
The network environment map,
and location information of at least one of the base station, the virtual anchor cluster, and the scattering point cluster.
제 4 항에 있어서,
상기 환경 매핑부는,
수신된 상기 위치 참조 신호가 상기 가상 앵커로 인한 다중 경로 신호라고 가정하여 상기 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 상기 클러스터를 상기 가상 앵커의 클러스터로 구분하는 것을 특징으로 하는 측위 장치.
According to claim 4,
The environment mapping unit,
Assuming that the received position reference signal is a multipath signal due to the virtual anchor, if the generated position is displayed as a cluster at one or more fixed points, the positioning device classifies the cluster as a cluster of the virtual anchor. .
제 6 항에 있어서,
상기 환경 매핑부는,
상기 가상 앵커의 클러스터를 제외하고, 상기 위치 참조 신호를 상기 산란 지점으로 인한 다중 경로 신호로 가정하여 상기 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 상기 클러스터를 상기 산란 지점의 클러스터로 구분하는 것을 특징으로 하는 측위 장치.
According to claim 6,
The environment mapping unit,
Excluding the cluster of the virtual anchor, assuming that the position reference signal is a multipath signal due to the scattering point, if the generated position is displayed as a cluster at one or more fixed points, the cluster is classified as a cluster of the scattering point. A positioning device characterized in that
제 1 항에 있어서,
상기 상태 보정부는,
상기 네트워크 환경 맵 상에 매핑된 상기 가상 앵커 및 상기 산란 지점의 생성 위치를 상기 위치 참조 신호의 측정값에 반영하고, 특정 필터를 적용하여 상기 제 2 상태 벡터를 보정하는 것을 특징으로 하는 측위 장치.
According to claim 1,
The state correction unit,
Wherein the second state vector is corrected by reflecting the generated positions of the virtual anchor and the scattering point mapped on the network environment map to the measured value of the position reference signal, and applying a specific filter.
기지국으로부터 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal, PRS)를 수신하고, 채널 추정을 통해 수신된 상기 위치 참조 신호의 측정값을 획득하는 측정값 획득 단계;
미리 설정된 이동 모델 및 이전 시간에 획득한 단말의 제 1 상태 벡터를 이용하여 상기 단말의 제 2 상태 벡터를 예측하는 상태 예측 단계;
상기 위치 참조 신호의 측정값과 상기 제 2 상태 벡터에 기초하여 상기 위치 참조 신호의 수신 경로 상에 존재하는 가상 앵커(virtual anchor, VA) 및 산란 지점(scattering point, SP)의 생성 위치를 추정하고, 상기 생성 위치를 클러스터링하여 상기 단말의 네트워크 환경 맵에 매핑하는 환경 매핑 단계; 및
상기 네트워크 환경 맵의 매핑 결과를 이용하여 상기 제 2 상태 벡터를 보정하는 상태 보정 단계;를 포함하는 측위 방법.
A measurement value acquisition step of receiving a positioning reference signal (PRS) from a base station and obtaining a measurement value of the positioning reference signal received through channel estimation;
a state prediction step of predicting a second state vector of the terminal using a preset movement model and a first state vector of the terminal obtained at a previous time;
Estimating creation positions of virtual anchors (VA) and scattering points (SPs) existing on a reception path of the location reference signal based on the measurement value of the location reference signal and the second state vector; , an environment mapping step of clustering the generated locations and mapping them to a network environment map of the terminal; and
and a state correction step of correcting the second state vector by using a mapping result of the network environment map.
제 9 항에 있어서,
상기 측정값 획득 단계는,
다중 경로를 통해 수신되는 상기 위치 참조 신호의 측정값에 기초하여 상기 단말의 상태 벡터, 상기 단말의 네트워크 환경 내 존자해는 상기 가상 앵커 또는 상기 산란 지점의 위치 정보 및 측정값 오차를 포함하는 측정 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 측위 방법.
According to claim 9,
The measurement value acquisition step,
Based on the measured value of the location reference signal received through multi-path, the state vector of the terminal, the self-solution in the network environment of the terminal is a measurement model including the location information of the virtual anchor or the scattering point and a measurement error. Positioning method characterized in that for generating.
제 9 항에 있어서,
상기 환경 매핑 단계는,
상기 위치 참조 신호의 측정값을 유클리드 공간에 매핑하고, 디리클레 프로세스(Dirichlet Process, DP) 알고리즘에 기초하여 상기 가상 앵커 및 상기 산란 지점의 생성 위치를 매핑하되,
상기 생성 위치의 확률에 기초하여 기존 클러스터 또는 신규 클러스터를 선택하여 클러스터링하는 것을 특징으로 하는 측위 방법.
According to claim 9,
The environment mapping step,
Mapping the measurement value of the position reference signal to Euclidean space, and mapping the virtual anchor and the spawning position of the scattering point based on a Dirichlet Process (DP) algorithm,
The positioning method characterized in that for clustering by selecting an existing cluster or a new cluster based on the probability of the creation position.
제 9 항에 있어서,
상기 환경 매핑 단계는,
상기 생성 위치를 기준으로 상기 가상 앵커 또는 상기 산란 지점을 하나 이상의 클러스터에 클러스터링하고, 상기 단말의 주변 네트워크 환경을 나타내는 상기 네트워크 환경 맵 상에 상기 하나 이상의 클러스터의 위치를 매핑하는 것을 특징으로 하는 측위 방법.
According to claim 9,
The environment mapping step,
The positioning method characterized in that the virtual anchor or the scattering point is clustered into one or more clusters based on the generated location, and the location of the one or more clusters is mapped on the network environment map indicating a network environment around the terminal. .
제 12 항에 있어서,
상기 네트워크 환경 맵은,
상기 기지국, 상기 가상 앵커의 클러스터 및 상기 산란 지점의 클러스터 중 적어도 하나의 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위 방법.
According to claim 12,
The network environment map,
and location information of at least one of the base station, the virtual anchor cluster, and the scattering point cluster.
제 12 항에 있어서,
상기 환경 매핑 단계는,
수신된 상기 위치 참조 신호가 상기 가상 앵커로 인한 다중 경로 신호라고 가정하여 상기 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 상기 클러스터를 상기 가상 앵커의 클러스터로 구분하는 것을 특징으로 하는 측위 방법.
According to claim 12,
The environment mapping step,
Assuming that the received location reference signal is a multipath signal due to the virtual anchor, if the generated location is displayed as a cluster at one or more fixed points, the cluster is classified as a cluster of the virtual anchor. .
제 13 항에 있어서,
상기 환경 매핑 단계는,
상기 가상 앵커의 클러스터를 제외하고, 상기 위치 참조 신호를 상기 산란 지점으로 인한 다중 경로 신호로 가정하여 상기 생성 위치가 하나 이상의 고정된 지점에 클러스터로 표시되면, 상기 클러스터를 상기 산란 지점의 클러스터로 구분하는 것을 특징으로 하는 측위 방법.
According to claim 13,
The environment mapping step,
Excluding the cluster of the virtual anchor, assuming that the position reference signal is a multipath signal due to the scattering point, if the generated position is displayed as a cluster at one or more fixed points, the cluster is classified as a cluster of the scattering point. A positioning method characterized in that for doing.
제 9 항에 있어서,
상기 상태 보정 단계는,
상기 네트워크 환경 맵 상에 매핑된 상기 가상 앵커 및 상기 산란 지점의 생성 위치를 상기 위치 참조 신호의 측정값에 반영하고, 특정 필터를 적용하여 상기 제 2 상태 벡터를 보정하는 것을 특징으로 하는 측위 방법.
According to claim 9,
In the state correction step,
Wherein the second state vector is corrected by reflecting the generated positions of the virtual anchor and the scattering point mapped on the network environment map to the measurement value of the position reference signal, and applying a specific filter.
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