WO2020262770A1 - 수신기의 위치를 추정하는 장치 및 그 방법 - Google Patents

수신기의 위치를 추정하는 장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2020262770A1
WO2020262770A1 PCT/KR2019/015333 KR2019015333W WO2020262770A1 WO 2020262770 A1 WO2020262770 A1 WO 2020262770A1 KR 2019015333 W KR2019015333 W KR 2019015333W WO 2020262770 A1 WO2020262770 A1 WO 2020262770A1
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beams
value
receiver
radiation pattern
angle
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PCT/KR2019/015333
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홍인기
김응효
이제우
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경희대학교산학협력단
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    • G—PHYSICS
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    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
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    • G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for estimating the position of a receiver, and more particularly, to a technical idea of estimating the position of a receiver using radiation pattern information of a beam emitted from a transmitter.
  • the position of the receiver needs to be estimated.
  • a beam management method which is one of 5G technologies, is used.
  • the base station sets a beam interval and transmits beams sequentially at a specific angle, the receiver reports the received RSRP (reference signal received power) information for each angle, and then the base station has the highest RSRP value. It is a method of transmitting at a large angle.
  • RSRP reference signal received power
  • beams are sequentially transmitted at a predetermined angle, and after RSRP information is reported by the receiver, the RSRP value is used as a weighting factor for the angles of two beams with a large RSRP value, and the beam is transmitted at the corresponding angle.
  • a method of improving the accuracy of estimation has been proposed.
  • the method in which the largest RSRP is transmitted at the measured beam angle has a large error in the position of the actual receiver, so the exact position cannot be estimated, and the method using the weight coefficient does not take into account the radiation pattern transmitted through the actual antenna. There is a problem of not being able to estimate the exact location. Therefore, there is a need to devise a more accurate method than the existing position estimation method.
  • An object of the present invention is to provide a position estimation apparatus and method capable of estimating the position of a receiver by comparing radiation pattern information corresponding to a plurality of beams radiated at different random radiation angles from a transmitter.
  • An object of the present invention is to provide a position estimation apparatus and method capable of more accurately estimating the position of a receiver with only two beams radiated from a transmitter at different random radiation angles.
  • the present invention transmits only two beams and compares the received values thereof to estimate the position of the receiver in all directions based on the position of the transmitter, thereby reducing the complexity of position estimation and a position estimating device capable of quickly estimating the position. I want to provide you with that.
  • a position estimation apparatus includes a receiver for receiving information on a plurality of beams radiated at different radiation angles from a transmitter, and radiation pattern information corresponding to each of the plurality of beams based on information on the plurality of beams. It may include a radiation pattern reading unit that reads out and a position estimation unit that compares each of the read radiation pattern information with each other, and estimates a position of the receiver based on the comparison result.
  • the information on the plurality of beams may include a size of a radiation angle of each of the plurality of beams and a received power value of a receiver corresponding to each of the plurality of beams.
  • the radiation pattern reading unit stores radiation pattern information corresponding to each of m (where m is a positive integer) beams radiated from the transmitter at different radiation angles in advance, and among the previously stored radiation pattern information Radiation pattern information corresponding to information on a plurality of beams can be read.
  • the position estimation unit calculates an antenna gain corresponding to each of the read radiation pattern information, subtracts each decibel (dB) value of the calculated antenna gain from each other, and calculates a preset value among the total result values according to the subtraction result.
  • An angle corresponding to the result value having the result value may be calculated, and the angle corresponding to the calculated result value may be estimated as an angle between the transmitter and the receiver.
  • the position estimating unit Any one value corresponding to the subtraction result of each of the decibel (dB) value of the antenna gain of the first beam and the second beam and the decibel (dB) value of the antenna gain of the third beam is calculated, and any one calculated value
  • the angle corresponding to can be estimated as the angle between the transmitter and the receiver.
  • the position estimating unit reflects the received power value corresponding to the first beam and the decibel (dB) of the antenna gain corresponding to the second beam, and the received power value corresponding to the second beam corresponds to the first beam.
  • the angle between the transmitter and the receiver may be estimated based on a value at which the result of subtracting a value reflecting the decibel (dB) of the antenna gain is minimized.
  • the radiation pattern reading unit may calculate two beams having the largest reception power value among the plurality of beams, and read radiation pattern information corresponding to each of the calculated two beams.
  • the position estimation unit calculates the radiation angle of each of the two beams And (here, ⁇ ), To (here, The position of the receiver can be estimated within the radiation angle range of the calculated interval between two beams.
  • a method for estimating a position includes the steps of receiving information on a plurality of beams radiated at different radiation angles from a transmitter in a receiver, and a radiation pattern reader based on information on the plurality of beams, It may include reading radiation pattern information corresponding to each, comparing each of the radiation pattern information read by the position estimating unit with each other, and estimating the position of the receiver based on the comparison result.
  • the information on the plurality of beams may include a size of a radiation angle of each of the plurality of beams and a received power value of a receiver corresponding to each of the plurality of beams.
  • the step of estimating the position of the receiver is to calculate an antenna gain corresponding to each of the read radiation pattern information, subtract each decibel (dB) value of the calculated antenna gain from each other, and the total result value according to the subtraction result.
  • An angle corresponding to a result value having a predetermined value may be calculated, and an angle corresponding to the calculated result value may be estimated as an angle between the transmitter and the receiver.
  • two beams having the largest received power values among the plurality of beams may be calculated, and radiation pattern information corresponding to each of the calculated two beams may be read.
  • the location of the receiver may be estimated by comparing radiation pattern information corresponding to a plurality of beams radiated from the transmitter at different random radiation angles.
  • the complexity of position estimation can be reduced and the position can be estimated more quickly.
  • FIG. 1 is a diagram for describing a position estimation apparatus according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a view for explaining an example of radiation pattern information described through a position estimation apparatus according to an embodiment.
  • 3A to 3B illustrate an example of estimating a location of a receiver using a location estimation apparatus according to an embodiment.
  • 4A to 4D are diagrams for explaining position estimation performance of a position estimation apparatus according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a method of estimating a location according to an embodiment.
  • first or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be named as the second component, Similarly, the second component may also be referred to as a first component.
  • FIG. 1 is a diagram for describing a position estimation apparatus according to an exemplary embodiment.
  • the position estimating apparatus 100 may estimate a location of a receiver by comparing radiation pattern information corresponding to a plurality of beams radiated from a transmitter at different random radiation angles. .
  • the position estimating apparatus 100 may more accurately estimate the position of the receiver with only two beams radiated from the transmitter at different random radiation angles.
  • the position estimation apparatus 100 transmits only two beams and compares the received values thereof to estimate the position of the receiver in all directions based on the position of the transmitter, thereby reducing the complexity of position estimation and can estimate the position more quickly.
  • the position estimation apparatus 100 may include a receiving unit 110, a radiation pattern reading unit 120, and a position estimating unit 130.
  • the position estimating apparatus 100 may further include a control unit 140 that controls operations of the receiving unit 110, the radiation pattern reading unit 120, and the position estimating unit 130.
  • the controller 140 may generate a control signal for controlling the transmitter to emit a plurality of beams, and may transmit the generated control signal to the transmitter.
  • the position estimating apparatus 100 may be applied to a signal transmission system or a wireless power transmission system using beamforming, and may be implemented as a position estimation algorithm that estimates the position of a receiver.
  • the location estimation apparatus 100 may be provided in the transmitter, or may be implemented as a separate device independent from the transmitter.
  • The'angle' described below may be interpreted as an angle formed from a virtual reference line set in an arbitrary direction from the location of the transmitter.
  • the'radiation angle' described below can be interpreted as an angle formed between the beam emitted from the transmitter and the virtual reference line, and the'angle between the transmitter and the receiver' is a link between the position of the transmitter and the receiver. It can be interpreted as an angle formed between a straight line and an imaginary reference line.
  • the reception unit 110 may receive information on a plurality of beams radiated at different radiation angles from the transmitter.
  • the receiving unit 110 may receive information on at least two or more beams (first to nth beams, where n is a positive integer) radiated from the transmitter.
  • the information on the plurality of beams may include a size of a radiation angle of each of the plurality of beams and a received power value of a receiver corresponding to each of the plurality of beams.
  • the receiver 110 may receive a received power value corresponding to each of the plurality of beams from the receiver.
  • the receiver 110 sequentially receives a received power value corresponding to each of the two beams from the receiver when the transmitter radiates the two beams sequentially at regular intervals. I can.
  • the radiation pattern reading unit 120 may read radiation pattern information corresponding to each of the plurality of beams based on information on the plurality of beams.
  • the radiation pattern reading unit 120 may pre-store radiation pattern information corresponding to each of m (here, m is a positive integer) beams radiated from the transmitter at different radiation angles.
  • the radiation pattern reading unit 120 may read radiation pattern information corresponding to information on a plurality of beams among previously stored radiation pattern information.
  • the radiation pattern reading unit 120 may collect and store radiation pattern information corresponding to each of m beams radiated at different radiation angles at all angles (0° to 360°) with respect to the transmitter.
  • radiation pattern information corresponding to information on a plurality of beams can be read (read) from among the previously stored radiation pattern information.
  • the position estimating apparatus 100 may receive radiation pattern information for all beams formed in each direction from a transmission antenna of a transmitter, where the radiation pattern information may be formed with a specific radiation angle. It may be an antenna gain calculated at all angles corresponding to the formed beam.
  • the radiation pattern information is all antenna gain values corresponding to the beam radiated at a radiation angle of 0° within the range of -90° to 90°. It may include.
  • the position estimating unit 130 may compare each of the radiation pattern information read through the radiation pattern reading unit 120 with each other, and estimate the position of the receiver based on the comparison result.
  • the position estimating unit 130 may calculate an antenna gain corresponding to each of the read radiation pattern information, and subtract each decibel (dB) value of the calculated antenna gain from each other.
  • the position estimating unit 130 calculates an angle corresponding to a result value having a preset value among the total result values according to the subtraction result, and estimates the angle corresponding to the calculated result value as an angle between the transmitter and the receiver.
  • the preset value may mean the minimum value among all result values.
  • the distance r between the transmitter and the receiver and the angle between the transmitter and the receiver ( ), but if the transmitter transmits only one beam at a certain angle, the distance (r) and the angle ( ), but if another beam is transmitted at a different radiation angle, the distance (r) and the angle ( ) Can be found out.
  • Equation 1 represents an RSRP value received from a receiver corresponding to two beams (first to second beams) radiated from the transmitter.
  • Equation 1 the transmit power ( ) And path loss value ( Using the fact that) is the same as each other, the following Equation 2 can be derived.
  • the decibel (dB) value of the antenna gain of the first to second beams (( , ) Subtract each ( )
  • the resulting value is an angle Because it changes according to the size of, the position estimating unit 130 is a decibel (dB) value of the antenna gain , By comparing the specific Angle with Can be found.
  • the position estimation unit 130 is a decibel (dB) value of the antenna gain through the radiation pattern reading unit 120 ( , ) In advance, so for all angles The angle between the transmitter and receiver that satisfies ( ) Can be calculated.
  • dB decibel
  • the position estimating unit 130 may estimate the position of the receiver by randomly selecting only two beams radiated from the transmitter at different radiation angles.
  • the position estimating unit 130 includes a decibel (dB) value of the antenna gain corresponding to each of the radiation pattern information for the first to second beams ( , ), and the decibel (dB) value of the calculated antenna gain ( , ) Subtract each from each other ( ), and the angle between the transmitter and the receiver ( ) Can be estimated.
  • dB decibel
  • the position estimating unit 130 subtracts each decibel (dB) value of the antenna gain corresponding to the first to second beams ( When a plurality of'result values having a preset value' according to) are calculated, a decibel (dB) value of the antenna gain of the first to second beams among the calculated result values ( , ) And the decibel (dB) value of the antenna gain of the third beam ( )
  • the position estimating apparatus 100 receives a feedback signal reflecting the received power values for each of a plurality of beams from a receiver and estimates the position, and the number of bits of the feedback signal is limited (limited feedback). Therefore, it may not be possible to accurately grasp the received power.
  • the decibel (dB) value of the antenna gain of the first to second beams is subtracted ( ), instead of one'result value having a preset value' may be calculated.
  • the transmitter may control to emit a third beam through the controller 140.
  • the location estimation unit 130 A plurality of points having a'result value having a preset value' according to the operation, and a decibel (dB) value of the antenna gain of the radiated third beam ( Subtraction result using ( , The points calculated through) are compared, and the angle corresponding to any one point specified through the comparison result is determined as the angle between the transmitter and the receiver ( ) Can be estimated.
  • dB decibel
  • the position estimating unit 130 is a decibel (dB) value of the antenna gain of the third beam ( If any one point is not specified through an operation using ), the above-described specific operation may be repeated using the fourth to nth beams until one point is specified.
  • dB decibel
  • the position estimator 130 subtracts the received power value corresponding to the second beam from a value reflecting the decibel (dB) value of the antenna gain corresponding to the second beam to the received power value corresponding to the first beam.
  • the angle between the transmitter and the receiver may be estimated based on a value at which the result of subtracting a value reflecting a decibel (dB) value of an antenna gain corresponding to one beam is a minimum.
  • Equation 1 the transmit power ( ) And path loss value ( ) Are the same, so the received power value of the first beam ( ) And the received power value of the second beam ( ) Can be expressed as Equation 3 below, and Equation 3 can be expressed as Equation 4 in summary.
  • the position estimating unit 130 may find an antenna gain satisfying this.
  • the position estimating unit 130 uses the following Equation 5 derived from Equation 4 ) Can be estimated.
  • the radiation pattern calculation unit 120 may calculate two beams having the largest received power value among the plurality of beams, and calculate radiation pattern information corresponding to each of the calculated two beams.
  • the receiver 110 may receive received power values corresponding to each of n (here, n is a positive integer) beams radiated at different radiation angles from the transmitter through beamforming, and the radiation pattern is calculated.
  • the unit 120 may calculate two beams having the largest received power values among received power values corresponding to each of the plurality of beams.
  • the transmitter emits two or more beams, if all angles are considered, the amount of calculation increases, and thus the position of the receiver can be estimated by selecting two beams having a large reception power value.
  • the method of estimating the position using two arbitrary beams is somewhat less accurate due to a very small antenna gain when the receiver is located at a very low side lobe or null point. A dropping problem may occur, but a method of estimating the position using two beams selected according to the received power value can solve this problem.
  • the position estimating unit 130 has a radiation angle of each of the two beams having the largest received power value And (here, ⁇ ), To (here, The position of the receiver can be estimated within the radiation angle range of the calculated interval between two beams.
  • the angle ( ) can be limited.
  • the transmission angle of two beams with a large received power value reported from the receiver is And If the receiver is To Since it is likely to be located within the range of, it may not be appropriate to consider all angles.
  • Is And The interval (angle) between the two beams corresponding to is set, which is if the receiver To If you are in a position outside of And This is because the power value received by the beam radiated at an angle other than the radiated beam will be larger.
  • Equation 5 can be summarized as Equation 6 below.
  • the receiver In the method of estimating the position using two beams selected according to the received power value, the receiver is located at an angle where the antenna gain value such as a side lobe or null point is very small because the two selected beams have higher reception power than the other It can be judged that it is impossible. Similarly, the receiver To If the receiver is located in a position outside of, since the reception power cannot be the greatest, it may be determined that it is impossible to locate the receiver.
  • FIG. 2 is a view for explaining an example of radiation pattern information described through a position estimation apparatus according to an embodiment.
  • reference numeral 200 denotes radiation pattern information of a beam radiated from a transmitter at a radiation angle of 0°.
  • radiation pattern information corresponds to a beam formed when a beam is formed at a specific radiation angle, and is calculated at all angles. )).
  • the radiation pattern information of the beam radiated at a radiation angle of 0° is in the range of -90° to 90°, and all antenna gains according to the radiation pattern ( ) Value can be included.
  • 3A to 3B illustrate an example of estimating a location of a receiver using a location estimation apparatus according to an embodiment.
  • reference numeral 310 denotes an example of estimating the position of a receiver using two beams selected according to a reception power value in a position estimation apparatus according to an embodiment
  • reference numeral 320 denotes an embodiment. An example of estimating the position of a receiver using two arbitrary beams in a position estimation apparatus according to an example is shown.
  • the apparatus for estimating a position includes two beams having the largest received power values among n (where n is a positive integer) beams radiated from a transmitter at different radiation angles through beamforming.
  • the position of the receiver can be estimated using the beam.
  • the position estimation apparatus when the transmitter emits a beam at a radiation angle of -60°, -30°, 0°, 30°, 60°, which is a predefined direction, the position estimation apparatus according to an embodiment A received power value corresponding to each of a plurality of beams radiated in a defined direction may be received.
  • the position estimation apparatus may determine that the received power value is the largest when the beam is radiated at a radiation angle of 0° and 30° through the received power value received from the receiver.
  • the two largest values of the received power for the beams of the five radiation angles are values for the radiation angle beams of 0° and 30°, respectively, -22.3494dBm and -24.9516dBm, respectively Can be confirmed.
  • the position estimation apparatus is a subtraction operation of a decibel (dB) value of an antenna gain corresponding to a beam radiated at a radiation angle of 0° and 30° within a range of -30° to 30° ( ) Can be performed, and it can be estimated that the receiver is located at 10° corresponding to the point where the result of the subtraction operation is the smallest.
  • dB decibel
  • the apparatus for estimating a position is at an arbitrary angle of -30° and -60° from the transmitter.
  • the position of the receiver can be estimated using two beams radiated in a square.
  • the position estimation apparatus is a subtraction operation of a decibel (dB) value of an antenna gain corresponding to two beams radiated at a radiation angle of -30° and -60° ( ) Can be performed, and it can be estimated that the receiver is located at -33° corresponding to the point with the smallest subtraction result.
  • dB decibel
  • the apparatus for estimating a position includes two beams radiated at a radiation angle of 30° and 60°, and a radiation angle of 30° and 0°. Using each of the two radiated beams, it can be estimated that the receiver is located at 35° and 40° respectively.
  • 4A to 4D are diagrams for explaining position estimation performance of a position estimation apparatus according to an exemplary embodiment.
  • reference numeral 410 denotes a conventional position'a method in which the largest RSRP, which is an estimation method, is transmitted at a measured beam angle (basic)','a method using a weighted factor (weighted combining)' and ' A result of measuring an error in position estimation according to a beam interval using each of'proposed' using a position estimation apparatus according to an embodiment is shown.
  • reference numeral 420 denotes an error measurement result according to a change in bit resolution using the three methods described above.
  • reference numeral 430 denotes an actual beam pattern of the 5.6GHz 8 x 8 antenna
  • reference numeral 440 denotes a result of estimating the position of the receiver by applying the actual beam pattern of the reference numeral 430 to the three methods described above.
  • each method was evaluated using the performance according to the inter-beam spacing and the number of bits used when reporting RSRP.
  • the reason for considering the inter-beam spacing is that an error in position estimation can be reduced when the beam spacing is narrow, but there is a disadvantage in that it takes a long time and increases the complexity because the number of transmitted beams increases.
  • the reason for considering the number of bits is that the number of bits used when the receiver feeds back the RSRP value is limited, and thus an accurate value may not be transmitted. In order to see the robustness of the algorithm against errors caused by this reason, two evaluation criteria were selected and the results were examined.
  • the proposed method is basically more than the conventional method (basic, weighted combining). It can be seen that it has a lower error.
  • the transmission of RSRP in the simulation is that a value between -5dB and -140dB is quantized and transmitted according to the number of bits. Assumed.
  • the weighted combining scheme has better performance than the proposed scheme.
  • the proposed scheme has better performance than the existing scheme (basic, weighted combining).
  • the proposed scheme can estimate the position of the transmitter to which the receiver is connected without the need to communicate with multiple transmitters.
  • the position of the receiver can be estimated as a result of applying the proposed method in a simulation in which an actual beamforming pattern of a 5.6GHz 8 x 8 antenna is applied by different beam patterns. That is, the proposed scheme can be easily applied even when the number of antennas or beam patterns according to frequencies are different.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a method of estimating a location according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a location estimation method using a location estimation apparatus according to an embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4D, and a location estimation apparatus according to an embodiment of the contents described later with reference to FIG. 5. Descriptions that are overlapping with those described through will be omitted.
  • a receiver may receive information on a plurality of beams radiated at different radiation angles from a transmitter.
  • the information on the plurality of beams may include a size of a radiation angle of each of the plurality of beams and a received power value of a receiver corresponding to each of the plurality of beams.
  • the radiation pattern reader may read radiation pattern information corresponding to each of the plurality of beams based on information on the plurality of beams.
  • the position estimation method may compare each of the radiation pattern information read by the position estimation unit with each other, and estimate the position of the receiver based on the comparison result.
  • the position estimation method calculates a decibel (dB) value of an antenna gain corresponding to each of the read radiation pattern information, and calculates a decibel (dB) value of the calculated antenna gain.
  • dB decibel
  • an angle corresponding to a result value having a preset value among the total result values according to the subtraction result may be calculated, and an angle corresponding to the calculated result value may be estimated as an angle between the transmitter and the receiver.
  • the position estimation method may calculate two beams having the largest received power values among a plurality of beams, and calculate radiation pattern information corresponding to each of the calculated two beams. .
  • the position of the receiver can be estimated by comparing radiation pattern information corresponding to a plurality of beams radiated from the transmitter at different random radiation angles.
  • the complexity of position estimation can be reduced and the position can be estimated more quickly.

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Abstract

본 발명은 수신기의 위치를 추정하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대한 정보를 수신하는 수신부와, 복수의 빔에 대한 정보에 기초하여, 복수의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는 방사 패턴 판독부 및 판독된 방사 패턴 정보 각각을 서로 비교하고, 비교 결과에 기초하여 수신기의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함한다.

Description

수신기의 위치를 추정하는 장치 및 그 방법
본 발명은 수신기의 위치를 추정하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송신기로부터 방사되는 빔의 방사 패턴 정보를 이용하여 수신기의 위치를 추정하는 기술적 사상에 관한 것이다.
빔포밍 기술을 적용하여 신호를 전송하려면 수신기의 위치 추정이 필요하다.
이에, 기존의 위치 추정 기술에서는 5G 기술 중 하나인 빔 관리(beam management) 방식을 사용하고 있다.
구체적으로, 빔 관리 방식은 기지국에서 빔 간격을 정해두고 특정 각도로 빔을 차례대로 송신하고, 수신기에서 각 각도에 대한 수신 RSRP(reference signal received power) 정보를 보고한 다음, 기지국에서 RSRP값이 가장 큰 각도로 전송하는 방식이다.
상술한 빔 관리 방식 이외에도 정해진 각도로 빔을 차례로 송신하고 수신기에서 RSRP 정보를 보고한 후에 RSRP값이 큰 두 빔의 각도에 RSRP 값을 가중치 계수(weighting factor)로 하여 해당 각도로 빔을 전송함으로써 위치 추정의 정확도를 향상시키는 방식이 제안된 바 있다.
그러나, 가장 큰 RSRP가 측정된 빔 각도로 전송하는 방식은 실제 수신기의 위치에 대한 오차가 커서 정확한 위치를 추정할 수 없으며, 가중치 계수를 이용한 방식은 실제 안테나를 통해 전송하는 방사 패턴을 고려하지 않아 정확한 위치를 추정하지 못한다는 문제가 있다. 따라서, 기존의 위치 추정 방식 보다 정확한 방식을 고안할 필요가 있다.
본 발명은 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대응되는 방사 패턴 정보를 서로 비교하여 수신기의 위치를 추정할 수 있는 위치 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 두개의 빔만으로 보다 정확하게 수신기의 위치를 추정할 수 있는 위치 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 두개의 빔만을 전송하고 그에 대한 수신 값을 비교하여 송신기의 위치를 기준으로 전방위에서 수신기의 위치를 추정함으로써 위치 추정의 복잡도를 줄이고 보다 빠르게 위치를 추정할 수 있는 위치 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
일실시예에 따른 위치 추정 장치는 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대한 정보를 수신하는 수신부와, 복수의 빔에 대한 정보에 기초하여, 복수의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는 방사 패턴 판독부 및 판독된 방사 패턴 정보 각각을 서로 비교하고, 비교 결과에 기초하여 수신기의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 빔에 대한 정보는 복수의 빔 각각의 방사각의 크기 및 복수의 빔 각각에 대응되는 수신기의 수신 전력 값을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 방사 패턴 판독부는 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 m개(여기서, m은 양의 정수)의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 사전에 저장하고, 사전에 저장된 방사 패턴 정보 중 복수의 빔에 대한 정보에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부는 판독된 방사 패턴 정보 각각에 대응되는 안테나 이득을 산출하고, 산출된 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각을 서로 감산하며, 감산 결과에 따른 전체 결과 값 중 기설정된 값을 갖는 결과 값에 대응되는 각도를 산출하고, 산출된 결과 값에 대응되는 각도를 송신기와 수신기간의 각도로 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부는 제1 빔 및 제2 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각의 감산에 따른 기설정된 값을 갖는 결과 값이 복수 개가 산출되면, 산출된 복수 개의 결과 값 중 제1 빔 및 제2 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값과 제3 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각의 감산 결과에 대응되는 어느 하나의 값을 산출하고, 산출된 어느 하나의 값에 대응되는 각도를 송신기와 수신기간의 각도로 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부는 제1 빔에 대응되는 수신 전력 값에 제2 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB)을 반영한 값에서 제2 빔에 대응되는 수신 전력 값에 제1 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB)을 반영한 값을 감산한 결과가 최소가 되는 값에 기초하여 송신기와 수신기간의 각도를 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 방사 패턴 판독부는 복수의 빔 중에서 수신 전력 값이 가장 큰 두개의 빔을 산출하고, 산출된 두개의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부는 산출된 두개의 빔 각각의 방사각이
Figure PCTKR2019015333-appb-I000001
및
Figure PCTKR2019015333-appb-I000002
(여기서,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000003
<
Figure PCTKR2019015333-appb-I000004
)인 경우,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000005
내지
Figure PCTKR2019015333-appb-I000006
(여기서,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000007
는 산출된 두개의 빔간 간격)의 방사각 범위 내에서 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
일실시예에 따른 위치 추정 방법은 수신부에서 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대한 정보를 수신하는 단계와, 방사 패턴 판독부에서 복수의 빔에 대한 정보에 기초하여, 복수의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는 단계 및 위치 추정부에서 판독된 방사 패턴 정보 각각을 서로 비교하고, 비교 결과에 기초하여 수신기의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 빔에 대한 정보는 복수의 빔 각각의 방사각의 크기 및 복수의 빔 각각에 대응되는 수신기의 수신 전력 값을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 수신기의 위치를 추정하는 단계는 판독된 방사 패턴 정보 각각에 대응되는 안테나 이득을 산출하고, 산출된 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각을 서로 감산하며, 감산 결과에 따른 전체 결과 값 중 기설정된 값을 갖는 결과 값에 대응되는 각도를 산출하고, 산출된 결과 값에 대응되는 각도를 송신기와 수신기간의 각도로 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 방사 패턴 정보를 판독하는 단계는 복수의 빔 중에서 수신 전력 값이 가장 큰 두개의 빔을 산출하고, 산출된 두개의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독할 수 있다.
일실시예에 따르면, 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대응되는 방사 패턴 정보를 서로 비교하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 두개의 빔만으로 보다 정확하게 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 두개의 빔만을 전송하고 그에 대한 수신 값을 비교하여 송신기의 위치를 기준으로 전방위에서 수신기의 위치를 추정함으로써 위치 추정의 복잡도를 줄이고 보다 빠르게 위치를 추정할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 통해 설명한 방사 패턴 정보의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 이용하여 수신기의 위치를 추정하는 예시를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4d는 일실시예에 따른 위치 추정 장치의 위치 추정 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 위치 추정 장치(100)는 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대응되는 방사 패턴 정보를 서로 비교하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치 추정 장치(100)는 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 두개의 빔만으로 보다 정확하게 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치 추정 장치(100)는 두개의 빔만을 전송하고 그에 대한 수신 값을 비교하여 송신기의 위치를 기준으로 전방위에서 수신기의 위치를 추정함으로써 위치 추정의 복잡도를 줄이고 보다 빠르게 위치를 추정할 수 있다.
이를 위해, 위치 추정 장치(100)는 수신부(110), 방사 패턴 판독부(120) 및 위치 추정부(130)를 포함할 수 있다.
또한, 위치 추정 장치(100)는 수신부(110), 방사 패턴 판독부(120) 및 위치 추정부(130)의 동작을 제어하는 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 제어부(140)는 송신기에서 복수의 빔을 방사하도록 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 송신기에 전달할 수도 있다.
예를 들면, 위치 추정 장치(100)는 빔포밍(beamforming)을 이용한 신호 전송 시스템 또는 무선전력 전송 시스템에 적용될 수 있고, 수신기의 위치를 추정하는 위치 추정 알고리즘으로 구현될 수도 있다.
또한, 위치 추정 장치(100)는 송신기 내에 구비될 수 있고, 송신기와는 독립된 별도의 장치로 구현될 수도 있다.
이하에서 설명하는 '각도'는 송신기의 위치에서 임의의 방향에 설정되는 가상의 기준선으로부터 형성되는 각도로 해석될 수 있다.
일례로, 이하에서 설명하는 '방사각'은 송신기에서 방사되는 빔과 가상의 기준선 사이에 형성되는 사잇각으로 해석될 수 있고, '송신기와 수신기간의 각도'는 송신기의 위치와 수신기의 위치를 잇는 직선과 가상의 기준선 사이에 형성되는 사잇각으로 해석될 수 있다.
구체적으로, 일실시예에 따른 수신부(110)는 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대한 정보를 수신할 수 있다.
다시 말해, 수신부(110)는 송신기로부터 방사되는 적어도 둘 이상의 빔(제1 내지 제n 빔, 여기서 n은 양의 정수)에 대한 정보를 수신할 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 빔에 대한 정보는 복수의 빔 각각의 방사각의 크기 및 복수의 빔 각각에 대응되는 수신기의 수신 전력 값을 포함할 수 있다.
다시 말해, 수신부(110)는 수신기로부터 복수의 빔 각각에 대응되는 수신 전력 값을 수신할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 수신부(110)는 복수의 빔이 두개인 경우, 송신기가 일정한 간격을 두고 두개의 빔을 차례로 방사하면, 수신기로부터 두개의 빔 각각에 대응되는 수신 전력 값을 순차적으로 보고 받을 수 있다.
일실시예에 따른 방사 패턴 판독부(120)는 복수의 빔에 대한 정보에 기초하여, 복수의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독할 수 있다.
일측에 따르면, 방사 패턴 판독부(120)는 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 m개(여기서, m은 양의 정수)의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 사전에 저장할 수 있다. 또한, 방사 패턴 판독부(120)는 사전에 저장된 방사 패턴 정보 중 복수의 빔에 대한 정보에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독할 수 있다.
다시 말해, 방사 패턴 판독부(120)는 송신기를 기준으로 모든 각도(0° 내지 360°)에서, 서로 다른 방사각으로 방사되는 m개의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 수집하고 사전에 저장할 수 있으며, 사전에 저장된 방사 패턴 정보 중 복수의 빔에 대한 정보에 대응되는 방사 패턴 정보를 읽어올 수(판독할 수) 있다.
즉, 일실시예에 따른 위치 추정 장치(100)는 송신기의 송신 안테나로부터 각 방향으로 형성되는 모든 빔에 대한 방사 패턴 정보를 수신할 수 있으며, 여기서 방사 패턴 정보는 특정 방사각으로 빔을 형성하였을 때 형성된 빔에 대응하여 모든 각도에서 산출되는 안테나 이득일 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 방사 패턴 정보는 송신기로부터 방사되는 빔의 방사각이 0°인 경우, -90° 내지 90°의 범위 내에서 0°의 방사각으로 방사되는 빔에 대응되는 모든 안테나 이득 값을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 위치 추정부(130)는 방사 패턴 판독부(120)를 통해 판독된 방사 패턴 정보 각각을 서로 비교하고, 비교 결과에 기초하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부(130)는 판독된 방사 패턴 정보 각각에 대응되는 안테나 이득을 산출하고, 산출된 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각을 서로 감산할 수 있다.
또한, 위치 추정부(130)는 감산 결과에 따른 전체 결과 값 중 기설정된 값을 갖는 결과 값에 대응되는 각도를 산출하고, 산출된 결과 값에 대응되는 각도를 송신기와 수신기간의 각도로 추정할 수 있다. 예를 들면, 기설정된 값은 전체 결과 값 중 최소값을 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 수신기의 위치를 알아내기 위해서는 송신기와 수신기 사이의 거리(r)와, 송신기와 수신기 간의 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000008
)에 관한 정보를 산출해야 하지만 송신기에서 하나의 빔 만을 일정 각도로 전송한다고 하면, 거리(r)과 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000009
)를 모두 알아낼 수 없으나 또 하나의 빔을 다른 방사각으로 전송하게 되면 거리(r)과 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000010
)를 모두 알아낼 수 있다.
하기 수학식1은 송신기로부터 방사되는 두개의 빔(제1 내지 제2 빔)에 대응하여 수신기로부터 수신되는 RSRP 값을 나타낸다.
[수학식1]
Figure PCTKR2019015333-appb-I000011
여기서,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000012
은 제1 빔에 대응되는 수신 전력 값을 나타내고,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000013
은 제2 빔에 대응되는 수신 전력 값을 나타내며,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000014
은 제1 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값을 나타내고,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000015
은 제2 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값을 나타내며,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000016
은 거리 r에 따른 경로손실 값을 나타내고,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000017
은 송신 전력을 나타낼 수 있다.
또한, 수학식1에서 송신 전력(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000018
)과 경로손실 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000019
)은 서로 동일하다는 점을 이용하면 하기 수학식2를 도출할 수 있다.
[수학식2]
Figure PCTKR2019015333-appb-I000020
즉, 제1 내지 제2 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값((
Figure PCTKR2019015333-appb-I000021
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000022
) 각각을 감산(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000023
)한 결과 값이 각도
Figure PCTKR2019015333-appb-I000024
의 크기에 따라 변화하기 때문에, 위치 추정부(130)는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값
Figure PCTKR2019015333-appb-I000025
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000026
을 비교하여 특정
Figure PCTKR2019015333-appb-I000027
을 갖는 각도
Figure PCTKR2019015333-appb-I000028
를 찾을 수 있다.
여기서, 위치 추정부(130)는 방사 패턴 판독부(120)를 통해 안테나 이득의 데시벨(dB) 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000029
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000030
)을 사전에 알고 있기 때문에 모든 각도에 대해
Figure PCTKR2019015333-appb-I000031
를 만족하는 송신기와 수신기 간의 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000032
)를 산출할 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 위치 추정부(130)는 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 두개의 빔만을 임의로 선택하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 위치 추정부(130)는 제1 내지 제2 빔에 대한 방사 패턴 정보 각각에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000033
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000034
)을 산출하고, 산출된 안테나 이득의 데시벨(dB) 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000035
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000036
) 각각을 서로 감산(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000037
)하며, 감산 결과가 최소가 되는 지점에서의 각도를 송신기와 수신기간의 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000038
)로 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부(130)는 제1 내지 제2 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각의 감산(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000039
)에 따른 '기설정된 값을 갖는 결과 값'이 복수 개가 산출되면, 산출된 복수 개의 결과 값 중 제1 내지 제2 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000040
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000041
)과 제3 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000042
) 각각의 감산 결과(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000043
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000044
)에 대응되는 어느 하나의 값을 산출하고, 산출된 어느 하나의 값에 대응되는 각도를 송신기와 수신기간의 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000045
)로 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 일실시예에 따른 위치 추정 장치(100)는 수신기로부터 복수의 빔 각각에 대한 수신 전력 값이 반영된 피드백 신호를 수신받아 위치를 추정하게 되는데, 피드백 신호의 비트 수 제한(limited feedback)으로 인하여 수신전력의 정확한 파악이 불가할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 피드백 신호는 수신 전력을 10비트로 피드백 할 때는 1024(=210)가지의 수신전력 값을 나타낼 수 있지만 만약 7비트만으로 피드백 해야 한다면 128(=27)가지의 수신전력 값만을 나타낼 수 있다.
즉, 수신 전력 값에 대한 분해능(resolution)이 충분하지 못하면 제1 내지 제2 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값의 감산(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000046
)에 따른 '기설정된 값을 갖는 결과 값'은 하나가 아니라 복수 개가 산출될 수 있다.
따라서, 일실시예에 따른 위치 추정부(130)는
Figure PCTKR2019015333-appb-I000047
연산에 따른 '기설정된 값을 갖는 결과 값'을 갖는 포인트들이 복수 개가 산출되면, 제어부(140)를 통해 송신기가 제3 빔을 방사하도록 제어할 수 있다.
또한, 위치 추정부(130)는
Figure PCTKR2019015333-appb-I000048
연산에 따른 '기설정된 값을 갖는 결과 값'을 갖는 복수의 포인트들과, 방사된 제3 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000049
)을 이용한 감산 결과(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000050
,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000051
)를 통해 산출되는 포인트들을 비교하며, 비교 결과를 통해 특정되는 어느 하나의 포인트에 대응되는 각도를 송신기와 수신기간의 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000052
)로 추정할 수 있다.
한편, 위치 추정부(130)는 제3 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000053
)을 이용한 연산을 통해서도 어느 하나의 포인트를 특정하지 못하면, 하나의 포인트가 특정될 때까지 제4 내지 제n 빔을 이용하여 상술한 특정 동작을 반복할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부(130)는 제1 빔에 대응되는 수신 전력 값에 제2 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값을 반영한 값에서 제2 빔에 대응되는 수신 전력 값에 제1 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값을 반영한 값을 감산한 결과가 최소가 되는 값에 기초하여 송신기와 수신기간의 각도를 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 수학식1에서 송신 전력(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000054
)와 경로손실 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000055
)은 서로 동일하므로, 제1 빔의 수신 전력 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000056
)과 제2 빔의 수신 전력 값(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000057
)은 하기 수학식3와 같이 나타낼 수 있으며, 수학식3은 정리하면 수학식4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식3]
Figure PCTKR2019015333-appb-I000058
[수학식4]
Figure PCTKR2019015333-appb-I000059
수학식3에 따르면, 두개의 빔(제1 내지 제2 빔)으로부터 측정된 수신 전력 비 (
Figure PCTKR2019015333-appb-I000060
)와 안테나 이득의 비(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000061
)가 동일하므로, 일실시예에 따른 위치 추정부(130)는 이를 만족하는 안테나 이득을 찾을 수 있다.
즉, 위치 추정부(130)는 상술한 수학식4로부터 도출되는 하기 수학식5를 이용하여 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000062
)를 추정할 수 있다.
[수학식5]
Figure PCTKR2019015333-appb-I000063
한편, 방사 패턴 산출부(120)는 복수의 빔 중에서 수신 전력 값이 가장 큰 두개의 빔을 산출하고, 산출된 두개의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 산출할 수 있다.
다시 말해, 수신기(110)는 송신기로부터 빔포밍을 통해 서로 다른 방사각으로 방사되는 n개(여기서, n은 양의 정수)의 빔 각각에 대응되는 수신 전력 값들을 수신할 수 있고, 방사 패턴 산출부(120)는 복수의 빔 각각에 대응되는 수신 전력 값들 중 가장 큰 수신 전력 값을 갖는 두 개의 빔을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 송신기에서 두 개 이상의 빔을 방사하는 경우에 모든 각도를 고려하게 되면 연산량이 많아지므로, 수신전력 값이 크게 나타나는 두 개의 빔을 선택하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 임의의 두개의 빔을 이용하여 위치 추정을 하는 방식은 매우 낮은 사이드 로브(side lobe) 또는 널 포인트(null point)에 수신기가 위치하는 경우에 매우 적은 안테나 이득으로 인해 위치 추정의 정확도가 다소 떨어지는 문제가 발생될 수 있으나, 수신전력 값에 따라 선택된 두개의 빔을 이용하여 위치 추정을 하는 방식은 이러한 문제를 해결할 수 있다.
일측에 따르면, 위치 추정부(130)는 수신전력 값이 가장 큰 두개의 빔 각각의 방사각이
Figure PCTKR2019015333-appb-I000064
및
Figure PCTKR2019015333-appb-I000065
(여기서,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000066
<
Figure PCTKR2019015333-appb-I000067
)인 경우,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000068
내지
Figure PCTKR2019015333-appb-I000069
(여기서,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000070
는 산출된 두개의 빔간 간격)의 방사각 범위 내에서 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
다시 말해, 위치 추정부(130)는 수신기의 위치를 추정할 때 각도(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000071
)의 탐색 범위를 한정할 수 있다.
보다 구체적으로, 수신기로부터 보고된 수신 전력 값이 큰 두 개의 빔의 전송 각도가
Figure PCTKR2019015333-appb-I000072
및
Figure PCTKR2019015333-appb-I000073
인 경우, 수신기는
Figure PCTKR2019015333-appb-I000074
내지
Figure PCTKR2019015333-appb-I000075
의 범위 내에 위치하게 될 가능성이 높으므로, 모든 각도를 고려하는 것은 적합하지 않을 수 있다.
여기서,
Figure PCTKR2019015333-appb-I000076
는
Figure PCTKR2019015333-appb-I000077
및
Figure PCTKR2019015333-appb-I000078
에 대응되는 두개의 빔간 간격(각도)으로 설정하였는데, 이는 만약 수신기가
Figure PCTKR2019015333-appb-I000079
내지
Figure PCTKR2019015333-appb-I000080
를 벗어난 위치에 있다면
Figure PCTKR2019015333-appb-I000081
및
Figure PCTKR2019015333-appb-I000082
로 방사된 빔이 아닌 다른 각도로 방사된 빔에 의해 수신된 전력 값이 더 클 것이기 때문이다.
상술한 내용을 정리하면, 수학식5는 하기 수학식6으로 정리될 수 있다.
[수학식6]
Figure PCTKR2019015333-appb-I000083
수신전력 값에 따라 선택된 두개의 빔을 이용하여 위치 추정을 하는 방식에서는 선택된 두 빔이 다른 빔 보다 수신전력이 크기 때문에, 사이드 로브 또는 널 포인트와 같은 안테나 이득값이 매우 작은 각도에 수신기가 위치하는 것은 불가능하다고 판단할 수 있다. 마찬가지로, 수신기가
Figure PCTKR2019015333-appb-I000084
내지
Figure PCTKR2019015333-appb-I000085
를 벗어난 위치에 존재하는 경우 수신전력이 가장 클 수 없으므로 수신기가 위치하는 것은 불가능하다고 판단할 수도 있다.
도 2는 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 통해 설명한 방사 패턴 정보의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 참조부호 200은 송신기로부터 0°의 방사각으로 방사되는 빔의 방사 패턴 정보를 나타낸다.
참조부호 200에 따르면, 방사 패턴 정보는 특정 방사각으로 빔을 형성하였을 때 형성된 빔에 대응하여 모든 각도에서 산출되는 안테나 이득(Gain(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000086
))에 관한 정보를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 0°의 방사각으로 방사된 빔의 방사 패턴 정보는 -90° 내지 90°의 범위 내에서 방사 패턴에 따른 모든 안테나 이득 Gain(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000087
) 값을 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 이용하여 수신기의 위치를 추정하는 예시를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 참조부호 310은 일실시예에 따른 위치 추정 장치에서 수신전력 값에 따라 선택된 두개의 빔을 이용하여 수신기의 위치를 추정하는 예시를 나타내고, 참조부호 320은 일실시예에 따른 위치 추정 장치에서 임의의 두개의 빔을 이용하여 수신기의 위치를 추정하는 예시를 나타낸다.
참조부호 310에 따르면, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 송신기로부터 빔포밍을 통해 서로 다른 방사각으로 방사되는 n개(여기서, n은 양의 정수)의 빔들 중 수신 전력 값이 가장 큰 두개의 빔을 이용하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 송신기에서 사전에 정의된 방향인 -60°, -30°, 0°, 30°, 60°의 방사각으로 빔을 방사하면, 수신기로부터 사전에 정의된 방향으로 방사된 복수의 빔 각각에 대응되는 수신 전력 값을 수신할 수 있다.
다음으로, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 수신기로부터 수신한 수신 전력 값을 통해 0° 및 30°의 방사각으로 빔을 방사하였을 때 수신 전력 값이 가장 큰 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 참조부호 310의 실시 예에 의하면, 5개 방사각의 빔에 대한 수신 전력 중 가장 큰 두개의 값은 0° 및 30°의 방사각 빔에 대한 값으로 각각 -22.3494dBm 및 -24.9516dBm임을 확인할 수 있다.
다음으로, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 -30° 내지 30°의 범위 내에서 0° 및 30°의 방사각으로 방사된 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값의 감산 연산(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000088
)을 수행할 수 있으며, 감산 연산 결과 값이 가장 작은 포인트에 대응되는 10°에 수신기가 위치해 있다고 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 참조부호 310의 방사패턴에 의하면 0° 빔에서
Figure PCTKR2019015333-appb-I000089
=10o 일때의 안테나 이득(-4.2026dB)과 30° 빔에서
Figure PCTKR2019015333-appb-I000090
=10o 일때의 안테나 이득(-6.8048dB)의 차가 수신전력 값의 차(2.6022 (= -22.3494 - -24.9516)와 가장 근접한 것을 확인할 수 있다.
또 다른 실시예로 참조부호 320의 (a)에서와 같이 수신기가 -33o 에 위치한 경우에 따르면, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 송신기로부터 임의의 각도인 -30° 및 -60°의 방사각으로 방사되는 두개의 빔을 이용하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 -30° 및 -60°의 방사각으로 방사되는 두개의 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값의 감산 연산(
Figure PCTKR2019015333-appb-I000091
)을 수행할 수 있으며, 감산 연산 결과 값이 가장 작은 포인트에 대응되는 -33°에 수신기가 위치해 있다고 추정할 수 있다.
마찬가지로, 참조부호 320의 (b) 내지 (c)에 따르면, 일실시예에 따른 위치 추정 장치는 30° 및 60°의 방사각으로 방사되는 두개의 빔과, 30° 및 0°의 방사각으로 방사되는 두개의 빔 각각을 이용하여 35° 및 40° 각각에 수신기가 위치해 있다고 추정할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 일실시예에 따른 위치 추정 장치의 위치 추정 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 참조부호 410은 기존의 위치 '추정 방식인 가장 큰 RSRP가 측정된 빔 각도로 전송하는 방식(basic)'과 '가중치 계수를 이용한 방식(weighted combining)' 및 '일실시예에 따른 위치 추정 장치를 이용한 위치 추정 방식(proposed)' 각각을 이용한 빔 간격에 따른 위치 추정의 오차 측정 결과를 나타낸다.
또한, 참조부호 420은 상술한 세가지 방식을 이용한 비트 분해능(bit resolution)의 변화에 따른 오차 측정 결과를 나타낸다.
한편, 참조부호 430은 5.6GHz 8 x 8 안테나의 실제 빔 패턴을 나타내고, 참조부호 440은 참조부호 430의 실제 빔 패턴을 상술한 세가지 방식에 적용하여 수신기의 위치를 추정한 결과를 나타낸다.
참조부호 410에서는 빔 간 간격과 RSRP를 보고할 때 사용되는 비트(bit) 수에 따른 성능을 이용하여 각 방식을 평가 하였다.
여기서, 빔 간 간격을 고려하는 이유는 빔 간격이 좁은 경우 위치 추정에 대한 오차를 줄일 수 있지만 송신하는 빔의 개수가 많아져서 시간이 오래 걸리고 복잡도가 커진다는 단점이 있다.
반면, 빔 간격이 넓은 경우 시간과 복잡도를 줄일 순 있지만, 사이드 로브(side lobe) 또는 널 포인트(null point)에 수신기가 위치하게 될 확률이 높아져 큰 오차가 발생할 수 있다. 그리고 비트(bit) 수를 고려하는 이유는 수신기가 RSRP 값을 피드백할 때 사용되는 비트 수가 한정되어 있으므로, 정확한 값을 전송하지 못할 수 있다. 이러한 이유로 인해 발생하는 오차에 대한 알고리즘의 견고성을 보기 위해 두 가지 평가 기준을 선정하여 결과를 살펴보았다.
참조부호 410에 따르면, 위치 추정을 위한 빔 간 간격(각도)를 넓혀가면서 상술한 세가지 방식에 따른 각도 추정 오차를 살펴본 결과, 기본적으로 기존 방식(basic, weighted combining)보다 제안하는 방식(proposed)이 더 낮은 오차를 가지는 것을 확인할 수 있다.
참조부호 420 내지 440에 따르면, RSRP를 보고할 때 사용되는 비트 수에 따른 각도 추정 오차를 살펴본 결과, 시뮬레이션에서 RSRP의 전송은 -5dB에서 -140dB 사이의 값을 비트 수에 따라 양자화하여 전송하는 것으로 가정 하였다.
구체적으로, 5 비트 이상에서는 기존 방식(weighted combining) 방식이 제안하는 방식(proposed)보다 성능이 좋은 것으로 나타났다. 그러나 7 비트 이상에서는 비트 수를 늘려감에 따라 제안하는 방식(proposed)이 기존 방식(basic, weighted combining)보다 성능이 좋은 것으로 나타났다.
또한, 제안하는 방식(proposed)은 여러 송신기와 통신을 할 필요 없이 수신기가 연결된 송신기에서 자체적으로 위치를 추정할 수 있다.
따라서, 전체적인 시스템의 복잡도는 낮추면서 기존 방식보다 정확한 위치를 추정할 수 있다. 그리고 시뮬레이션을 통해 왜곡이 발생하는 상황에서도 다른 알고리즘에 비하여 낮은 오차로 위치를 추정하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 빔 패턴을 다르게 하여 5.6GHz 8 x 8 안테나의 실제 빔포밍 패턴을 적용한 시뮬레이션(simulation)에서도 제안하는 방식(proposed)을 적용한 결과 수신기의 위치를 추정할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제안하는 방식(proposed)은 안테나의 개수, 혹은 주파수에 따른 빔 패턴이 다른 경우에도 용이하게 적용될 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 5는 도 1 내지 도 4d를 통해 설명한 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 이용한 위치 추정 방법을 설명하는 도면으로, 이후 도 5를 통해 설명하는 내용 중 일실시예에 따른 위치 추정 장치를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 510단계에서 일실시예에 따른 위치 추정 방법은 수신부에서 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대한 정보를 수신할 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 빔에 대한 정보는 복수의 빔 각각의 방사각의 크기 및 복수의 빔 각각에 대응되는 수신기의 수신 전력 값을 포함할 수 있다.
다음으로, 520단계에서 일실시예에 따른 위치 추정 방법은 방사 패턴 판독부에서 복수의 빔에 대한 정보에 기초하여, 복수의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독할 수 있다.
다음으로, 530단계에서 일실시예에 따른 위치 추정 방법은 위치 추정부에서 판독된 방사 패턴 정보 각각을 서로 비교하고, 비교 결과에 기초하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 530단계에서 일실시예에 따른 위치 추정 방법은 판독된 방사 패턴 정보 각각에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값을 산출하고, 산출된 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각을 서로 감산하며, 감산 결과에 따른 전체 결과 값 중 기설정된 값을 갖는 결과 값에 대응되는 각도를 산출하고, 산출된 결과 값에 대응되는 각도를 송신기와 수신기간의 각도로 추정할 수 있다.
일측에 따르면, 530단계에서 일실시예에 따른 위치 추정 방법은 복수의 빔 중에서 수신 전력 값이 가장 큰 두개의 빔을 산출하고, 산출된 두개의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 산출할 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면, 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대응되는 방사 패턴 정보를 서로 비교하여 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 송신기로부터 서로 다른 임의의 방사각으로 방사되는 두개의 빔만으로 보다 정확하게 수신기의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 두개의 빔만을 전송하고 그에 대한 수신 값을 비교하여 송신기의 위치를 기준으로 전방위에서 수신기의 위치를 추정함으로써 위치 추정의 복잡도를 줄이고 보다 빠르게 위치를 추정할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대한 정보를 수신하는 수신부;
    상기 복수의 빔에 대한 정보에 기초하여, 상기 복수의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는 방사 패턴 판독부 및
    상기 판독된 방사 패턴 정보 각각을 서로 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 수신기의 위치를 추정하는 위치 추정부
    를 포함하는 위치 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 빔에 대한 정보는,
    상기 복수의 빔 각각의 방사각의 크기 및 상기 복수의 빔 각각에 대응되는 상기 수신기의 수신 전력 값을 포함하는
    위치 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사 패턴 판독부는,
    상기 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 m개(여기서, m은 양의 정수)의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 사전에 저장하고, 상기 사전에 저장된 방사 패턴 정보 중 상기 복수의 빔에 대한 정보에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는
    위치 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    상기 판독된 방사 패턴 정보 각각에 대응되는 안테나 이득을 산출하고, 상기 산출된 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각을 서로 감산하며, 상기 감산 결과에 따른 전체 결과 값 중 기설정된 값을 갖는 결과 값에 대응되는 각도를 산출하고, 상기 산출된 결과 값에 대응되는 각도를 상기 송신기와 상기 수신기간의 각도로 추정하는
    위치 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    제1 빔 및 제2 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각의 감산에 따른 상기 기설정된 값을 갖는 결과 값이 복수 개가 산출되면, 상기 산출된 복수 개의 결과 값 중 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값과 제3 빔의 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각의 감산 결과에 대응되는 어느 하나의 값을 산출하고, 산출된 어느 하나의 값에 대응되는 각도를 상기 송신기와 상기 수신기간의 각도로 추정하는
    위치 추정 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    제1 빔에 대응되는 수신 전력 값에 제2 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨 값을 반영한 값에서 상기 제2 빔에 대응되는 수신 전력 값에 상기 제1 빔에 대응되는 안테나 이득의 데시벨 값을 반영한 값을 감산한 결과가 최소가 되는 값에 기초하여 상기 송신기와 상기 수신기간의 각도를 추정하는
    위치 추정 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 방사 패턴 판독부는,
    상기 복수의 빔 중에서 상기 수신 전력 값이 가장 큰 두개의 빔을 산출하고, 상기 산출된 두개의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는
    위치 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    상기 산출된 두개의 빔 각각의 방사각이
    Figure PCTKR2019015333-appb-I000092
    및
    Figure PCTKR2019015333-appb-I000093
    (여기서,
    Figure PCTKR2019015333-appb-I000094
    <
    Figure PCTKR2019015333-appb-I000095
    )인 경우,
    Figure PCTKR2019015333-appb-I000096
    내지
    Figure PCTKR2019015333-appb-I000097
    (여기서,
    Figure PCTKR2019015333-appb-I000098
    는 상기 산출된 두개의 빔간 간격)의 방사각 범위 내에서 상기 수신기의 위치를 추정하는
    위치 추정 장치.
  9. 수신부에서, 송신기로부터 서로 다른 방사각으로 방사되는 복수의 빔에 대한 정보를 수신하는 단계;
    방사 패턴 판독부에서, 상기 복수의 빔에 대한 정보에 기초하여, 상기 복수의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는 단계 및
    위치 추정부에서, 상기 판독된 방사 패턴 정보 각각을 서로 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 수신기의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는 위치 추정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 빔에 대한 정보는,
    상기 복수의 빔 각각의 방사각의 크기 및 상기 복수의 빔 각각에 대응되는 상기 수신기의 수신 전력 값을 포함하는
    위치 추정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 수신기의 위치를 추정하는 단계는,
    상기 판독된 방사 패턴 정보 각각에 대응되는 안테나 이득을 산출하고, 상기 산출된 안테나 이득의 데시벨(dB) 값 각각을 서로 감산하며, 상기 감산 결과에 따른 전체 결과 값 중 기설정된 값을 갖는 결과 값에 대응되는 각도를 산출하고, 상기 산출된 결과 값에 대응되는 각도를 상기 송신기와 상기 수신기간의 각도로 추정하는
    위치 추정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 방사 패턴 정보를 판독하는 단계는,
    상기 복수의 빔 중에서 상기 수신 전력 값이 가장 큰 두개의 빔을 산출하고, 상기 산출된 두개의 빔 각각에 대응되는 방사 패턴 정보를 판독하는
    위치 추정 방법.
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