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KR20170042613A - Partially synchronized multilateration/trilateration method and system for positional finding using rf - Google Patents

Partially synchronized multilateration/trilateration method and system for positional finding using rf Download PDF

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KR20170042613A
KR20170042613A KR1020177005271A KR20177005271A KR20170042613A KR 20170042613 A KR20170042613 A KR 20170042613A KR 1020177005271 A KR1020177005271 A KR 1020177005271A KR 20177005271 A KR20177005271 A KR 20177005271A KR 20170042613 A KR20170042613 A KR 20170042613A
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signals
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펠릭스 마르호브스키
트루만 프리바트
루스 마르호브스키
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폴테 코포레이션
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Abstract

무선 시스템에서 하나 이상의 사용자 장비(UE)의 위치를 결정하기 위한 시스템들 및 방법들은 둘 이상의 같은 위치에 배치된 채널을 가진 위치 관리 유닛을 통해 기준 신호들을 수신하는 것을 포함할 수 있으며, 여기에서 둘 이상의 같은 위치에 배치된 채널은 서로 엄격하게 동기화되며 하나 이상의 UE 중에서 적어도 하나의 UE의 위치를 산출하기 위해 수신된 기준 신호들을 이용한다. 실시예들은 10 ns 이하의 표준 편차를 가진 다채널 동기화를 포함한다. 실시예들은 두 개의 LMU를 포함할 수 있으며, 각각의 LMU는 내부 동기화를 갖거나, 또는 하나의 LMU는 엄격하게 동기화된 신호들을 가진다. Systems and methods for determining the location of one or more user equipments (UEs) in a wireless system may include receiving reference signals via a location management unit having channels located at two or more same locations, The channels located at the same location are strictly synchronized with each other and use the received reference signals to calculate the position of at least one UE among the one or more UEs. Embodiments include multi-channel synchronization with a standard deviation of 10 ns or less. Embodiments may include two LMUs, each LMU having internal synchronization, or one LMU having strictly synchronized signals.

Figure P1020177005271
Figure P1020177005271

Description

RF를 사용한 위치 찾기를 위한 부분적으로 동기화된 다변측량/삼변측량 방법 및 시스템{PARTIALLY SYNCHRONIZED MULTILATERATION/TRILATERATION METHOD AND SYSTEM FOR POSITIONAL FINDING USING RF}[0001] PARTIALLY SYNCHRONIZED MULTILATERATION / TRILATERATION METHOD AND SYSTEM FOR POSITIONAL FINDING USING RF [0002] FIELD OF THE INVENTION [0003]

관련 출원들에 대한 상호 참조Cross reference to related applications

본 출원은 RF를 사용하여 위치 찾기를 위한 부분적으로 동기화된 다변측량/삼변측량 방법 및 시스템이라는 제목의, 2014년 8월 1일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 제62/032,371호의 이득을 주장하며; 또한 35 U.S.C. §119(e) 하에서, 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정 및 추적할 때 다중-경로 완화라는 제목의, 2011년 8월 3일에 출원된, 미국 가 출원 번호 제61/514,839호; 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정 및 추적할 때 다중-경로 완화라는 제목의, 2011년 11월 2일에 출원된, 미국 가 출원 번호 제61/554,945호; 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정 및 추적할 때 다중-경로 완화라는 제목의, 2012년 3월 30일에 출원된, 미국 가 출원 번호 제61/618,472호; 및 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정 및 추적할 때 다중-경로 완화라는 제목의, 2012년 6월 20일에 출원된 미국 가 출원 번호 제61/662,270호의 이득을 주장하는, 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정 및 추적할 때 다중-경로 완화라는 제목의, 2012년 8월 3일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제13/566,993호의 일부 계속 출원일 것이며, 이것들은 여기에서 전체적으로 참조로서 통합된다. This application claims benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 032,371, filed August 1, 2014, entitled "Partially Synchronized Multivariate Surveying / Trilateration Method and System for Locating Using RF" ; 35 U.S.C. U.S. Provisional Application No. 61 / 514,839, filed on August 3, 2011, entitled Multi-Path Mitigation When Distance-Measuring and Tracking Objects Using Reduced Attenuation RF Technology, under §119 (e) ; U.S. Application No. 61 / 554,945, filed November 2, 2011, entitled Multiple-Path Mitigation When Distance-Measuring and Tracking Objects Using Reduced Attenuation RF Technology; U.S. Application No. 61 / 618,472, filed March 30, 2012, entitled Multiple-Path Mitigation When Distance-Measuring and Tracking Objects Using Reduced Attenuation RF Technology; And U.S. Provisional Application No. 61 / 662,270, filed June 20, 2012, entitled Multiple-Path Mitigation When Distance-Measuring and Tracking Objects Using Reduced Attenuation RF Technology, This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 566,993, filed August 3, 2012, entitled Multi-Path Mitigation When Distance-Measuring and Tracking Objects Using Attenuated RF Technology, And is incorporated by reference in its entirety.

미국 특허 출원 번호 제13/566,993호는, 여기에서 전체적으로 참조로서 통합되는, 35 U.S.C. §119(e) 하에서, 다중-대역 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 추적할 때 감소된 감쇠를 위한 방법 및 시스템이라는 제목의, 2005년 12월 15일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 제60/597,649호의 이득을 주장하는, RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 추적할 때 감소된 감쇠를 위한 방법들 및 시스템이라는 제목의, 2009년 7월 14일에 발행된, 현재 미국 특허 번호 제7,561,048호인, 2006년 12월 14일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/610,595호의 계속 출원인, RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 추적할 때 감소된 감쇠를 위한 방법들 및 시스템이라는 제목의, 2011년 1월 18일에 발행된, 현재 미국 특허 번호 7,872,583호인, 2009년 7월 14일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제12/502,809호의 일부 계속 출원인, 감소된 감쇠 RF 기술들을 사용하여 오브젝트들을 추적할 때 다중-경로 완화를 위한 방법들 및 시스템이라는 제목의, 2011년 6월 28일에 발행된, 현재 미국 특허 번호 제7,969,311호인, 2011년 1월 18일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제13/008,519호의 계속 출원인, 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정 및 추적할 때 다중-경로 완화라는 제목의, 2011년 5월 17일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제13/109,904호의 일부 계속 출원이다. United States Patent Application Serial No. 13 / 566,993, issued to 35 U.S.C., which is incorporated herein by reference in its entirety. Filed December 15, 2005, entitled Method and System for Reduced Attenuation in Tracking Objects Using Multi-Band RF Technology, under §119 (e) No. 7,561,048, issued July 14, 2009, entitled Methods and Systems for Reduced Attenuation When Tracking Objects Using RF Technology, claiming the benefit of U.S. Patent Application No. 597,649, Published on January 18, 2011, entitled Methods and Systems for Reduced Attenuation in Tracking Objects Using RF Technology, the continuation of U.S. Patent Application Serial No. 11 / 610,595, filed December 14, Partial application of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 502,809, filed July 14, 2009, now U.S. Patent No. 7,872,583, entitled Multi-path Mitigation in Tracking Objects Using Reduced Attenuated RF TechnologiesU.S. Patent Application No. 13 / 008,519, filed on June 28, 2011, now U.S. Patent No. 7,969,311 entitled One Methods and System, filed on January 18, 2011, This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 109,904, filed May 17, 2011, entitled Multiple-Path Mitigation When Distance-Measuring and Tracking Objects Using Damped RF Technology.

RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 추적할 때 감소된 감쇠를 위한 방법들 및 시스템이라는 제목의, 2009년 7월 14일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제12/502,809호는, 또한 35 U.S.C. §119(e) 하에서, 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 추적할 때 다중-경로 완화를 위한 방법들 및 시스템이라는 제목의, 2008년 10월 7일에 출원된, 미국 가 출원 번호 제61/103,270호의 이득을 주장하며, 이것은 여기에서 전체적으로 참조로서 통합된다. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 502,809, filed July 14, 2009, entitled Methods and Systems for Reduced Attenuation When Tracking Objects Using RF Technology, Under U.S. 119 (e), United States Provisional Application No. 61 (filed October 7, 2008, entitled Methods and Systems for Multi-Path Mitigation When Tracking Objects Using Reduced Attenuation RF Technology, / 103,270, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

기술분야Technical field

본 실시예는 무선 통신 및 무선 네트워크 시스템들 및 RTLS(실시간 위치 찾기 서비스) 및 LTE 기반 위치 찾기 서비스들을 포함하여, 오브젝트들의 라디오 주파수(RF)-기반 식별, 추적 및 위치 찾기를 위한 시스템들에 관한 것이다.This embodiment relates to systems for radio frequency (RF) -based identification, tracking and location of objects, including wireless communication and wireless network systems and Real Time Location Services (RTLS) and LTE based location services. will be.

오브젝트들의 상대적 또는 지리적 위치의 결정을 위한 RF-기반 식별 및 위치-찾기 시스템들은 일반적으로 개개인들을 추적하기 위해서뿐만 아니라, 단일 오브젝트들 또는 오브젝트들의 그룹들을 추적하기 위해 사용된다. 종래의 위치-찾기 시스템들은 개방된, 옥외 환경에서의 위치 결정을 위해 사용되어 왔다. RF-기반, 전역적 위치 확인 시스템(GPS)/전역적 내비게이션 위성 시스템(GNSS), 및 보조 GPS들/GNSS들이 통상적으로 사용된다. 그러나, 종래의 위치-찾기 시스템들은 옥외뿐만 아니라 폐쇄된(즉, 실내) 환경들에서 오브젝트들의 위치를 찾을 때 특정한 부정확성들을 겪는다. RF-based identification and location-finding systems for determining the relative or geographic location of objects are generally used to track single objects or groups of objects, as well as to track individuals. Conventional position-finding systems have been used for positioning in an open, outdoor environment. RF-based, Global Positioning System (GPS) / Global Navigation Satellite System (GNSS), and Assisted GPSs / GNSS are commonly used. However, conventional location-finding systems suffer certain inaccuracies when locating objects in closed (i.e., indoor) environments as well as outdoors.

셀룰러 무선 통신 시스템들은 실내에서 및 GPS에 잘 맞지 않는 환경들에서 사용자 장비(UE) 위치를 찾는 다양한 방법들을 제공한다. 가장 정확한 방법들은 다변측량/삼변측량 방법들에 기초하는 위치 결정 기술들이다. 예를 들면, LTE(롱 텀 에볼루션) 표준 릴리즈 9는 DL-OTDOA(다운링크 관측 도착 시간 차)를 특정하며 릴리즈 11은 다변측량/삼변측량 방법들의 파생물인 U-TDOA(업링크 도착 시간 차) 기술들을 특정한다. Cellular wireless communication systems provide various methods of locating user equipment (UE) locations in indoor and GPS-poor environments. The most accurate methods are positioning techniques based on multivariate / trilateration methods. For example, LTE (Long Term Evolution) Standard Release 9 specifies DL-OTDOA (Downlink Observation Arrival Time Difference) and Release 11 specifies U-TDOA (Uplink Arrival Time Difference), a derivative of multivariate / Identify technologies.

시간 동기화 에러들이 위치 정확도에 영향을 미치므로, 다변측량/삼변측량 기반 시스템들에 대한 기본 요건은 단일 공통 기준 시간에 대한 시스템의 완벽하며 정확한 시간 동기화이다. 셀룰러 네트워크들에서, DL-OTDOA 및 U-TDOA 위치 찾기 방법들은 또한, DL-OTDOA의 경우에, 다수의 안테나들로부터의 송신들이 시간 동기화되도록, 또는 U-TDOA의 경우에, 다수의 수신기들이 시간 동기화되도록 요구한다. Since time synchronization errors affect location accuracy, the basic requirement for multivariate / trilateration based systems is a perfect and accurate time synchronization of the system to a single common reference time. In cellular networks, DL-OTDOA and U-TDOA localization methods are also used in the case of DL-OTDOA, so that transmissions from multiple antennas are time synchronized, or in the case of U-TDOA, To be synchronized.

LTE 표준 릴리즈 9 및 릴리즈 11은 위치 찾기의 목적을 위해 시간 동기화 정확도를 특정하지 않으며, 이것을 무선/셀룰러 서비스 제공자들에게 남긴다. 다른 한편으로, 이들 표준들은 거리 측정 정확도를 위한 제한들을 제공한다. 예를 들면, 10 MHz 거리 측정 신호 대역폭을 사용할 때, 요건은 DL-OTDOA에 대해 67% 신뢰도에서 50미터 및 U-TDOA에 대해 67% 신뢰도에서 100미터이다. The LTE standard Release 9 and Release 11 do not specify time synchronization accuracy for the purpose of location, leaving it to wireless / cellular service providers. On the other hand, these standards provide limitations for distance measurement accuracy. For example, when using a 10 MHz distance measurement signal bandwidth, the requirement is 50 meters at 67% confidence for DL-OTDOA and 100 meters at 67% confidence for U-TDOA.

상기 주지된 제한들은 거리 측정 에러들 및 정밀 동기화의 부족에 의해 야기된 에러들, 예로서 시간 동기화 에러들의 조합의 결과이다. 관련 LTE 테스트 규격들(3GPP TS 36.133 버전 10.1.0 릴리즈 10) 및 다른 문서들로부터, 동기화 에러가 균일하게 분포된다고 가정할 때, 시간 동기화 에러를 추정하는 것이 가능하다. 하나의 이러한 추정은 200 ns(100 ns 피크-대-피크)에 이른다. 보이스 오버 LTE(VoLTE) 기능은 또한, 동기화 에러가 균일하게 분포된다고 가정할 때, 150 나노초(75 ns 피크-대-피크) 아래로 셀룰러 네트워크 동기화를 요구한다는 것이 주의되어야 한다. 그러므로, 앞으로, LTE 네트워크의 시간 동기화 정확도는 150 ns 내에 있는 것으로 가정될 것이다. These known limitations are the result of distance measurement errors and combinations of errors caused by lack of precise synchronization, e.g. time synchronization errors. From the relevant LTE test specifications (3GPP TS 36.133 version 10.1.0 release 10) and other documents, it is possible to estimate time synchronization errors, assuming that synchronization errors are uniformly distributed. One such estimate reaches 200 ns (100 ns peak-to-peak). It should be noted that the voice over LTE (VoLTE) function also requires cellular network synchronization down to 150 nanoseconds (75 ns peak-to-peak), assuming that synchronization errors are distributed evenly. Therefore, in the future, the time synchronization accuracy of the LTE network will be assumed to be within 150 ns.

거리 위치 정확도에 대해, FCC 지침 NG 911은 50미터 및 100미터의 위치 찾기 정확도 요건을 특정한다. 그러나, 위치 기반 서비스(LBS) 시장을 위해, 실내 위치 요건들은 훨씬 더 엄격하다 - 67% 신뢰도에서 3미터. 이와 같이, 150 ns(43 ns의 표준 편차)의 시간 동기화 에러에 의해 도입된 거리 측정 및 위치 찾기 에러는 3미터 위치 측정 에러(10 ns의 표준 편차)보다 훨씬 더 크다.For distance location accuracy, the FCC Directive NG 911 specifies 50-meter and 100-meter location accuracy requirements. However, for the location-based service (LBS) market, indoor location requirements are much more stringent - 3 meters at 67% confidence. Thus, the distance measurement and positioning error introduced by the time synchronization error of 150 ns (standard deviation of 43 ns) is much greater than the 3 meter position measurement error (standard deviation of 10 ns).

셀룰러 네트워크의 시간 동기화가 필수 FCC NG E911 긴급 위치 요건들을 만족시키기 위해 적절할 수 있지만, 이러한 동기화 정확도는 상당히 더 정확한 위치 찾기를 요구하는, LBS 또는 RTLS 시스템 사용자들의 요구들에 미치지 못한다. 따라서, LBS 및 RTLS를 지원하는 목적을 위해 셀룰러/무선 네트워크들을 위한 정확한 시간 동기화의 부족에 의해 유도된 위치 찾기 에러를 완화시키기 위한 이 기술분야에서의 요구가 있다. Although time synchronization of the cellular network may be appropriate to meet the mandatory FCC NG E911 emergency location requirements, this synchronization accuracy does not meet the needs of LBS or RTLS system users, which require significantly more precise location. Thus, there is a need in the art for mitigating location errors induced by the lack of accurate time synchronization for cellular / wireless networks for purposes of supporting LBS and RTLS.

본 개시는 기존의 시스템들과 연관된 단점들 중 하나 이상을 상당히 제거하는 실시간 위치 찾기 서비스(RTLS) 시스템들을 포함하여, 오브젝트들의 라디오 주파수(RF)-기반 식별, 추적 및 위치 찾기를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 방법들 및 시스템들은 부분적으로 동기화된(시간적으로) 수신기들 및/또는 송신기들을 사용할 수 있다. 실시예에 따르면, RF-기반 추적 및 위치 찾기는 셀룰러 네트워크들에서 구현되지만, 임의의 무선 시스템 및 RTLS 환경들에서 또한 구현될 수 있다. 제안된 시스템은 소프트웨어 구현 디지털 신호 프로세싱 및 소프트웨어 정의 라디오 기술들(SDR)을 사용할 수 있다. 디지털 신호 프로세싱(DSP)이 또한 사용될 수 있다. This disclosure relates to methods for radio frequency (RF) -based identification, tracking and positioning of objects, including real-time location services (RTLS) systems that substantially eliminate one or more of the disadvantages associated with existing systems, Systems. The methods and systems may use partially synchronized (in time) receivers and / or transmitters. According to an embodiment, RF-based tracking and location is implemented in cellular networks, but may also be implemented in any wireless system and RTLS environments. The proposed system can use software implemented digital signal processing and software defined radio techniques (SDR). Digital signal processing (DSP) can also be used.

여기에서 설명된 하나의 접근법은 각각의 클러스터 내에서 정확하게 시간 동기화된 수신기들 및/또는 송신기들의 클러스터들을 이용하지만, 클러스터-간 시간 동기화는 훨씬 덜 정확하거나 또는 전혀 요구되지 않는다. 본 실시예는 모슨 무선 시스템들/네트워크들에서 사용될 수 있으며 동작의 단방향, 반이중 및 전이중 모드들을 포함할 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예는 OFDM 변조 및/또는 그것의 파생물을 포함하여, 다양한 변조 유형들을 이용하는 무선 네트워크들과 함께 동작한다. 따라서, 이하에서 설명되는 실시예는 LTE 네트워크들과 함께 동작하며 그것은 또한 다른 무선 시스템들/네트워크들에 적용 가능하다.One approach described herein uses precisely time-synchronized receivers and / or clusters of transmitters in each cluster, but inter-cluster time synchronization is much less accurate or not required at all. This embodiment may be used in Mopen wireless systems / networks and may include unidirectional, half-duplex and full-duplex modes of operation. The embodiments described below operate in conjunction with wireless networks that use various modulation types, including OFDM modulation and / or its derivatives. Thus, the embodiment described below operates in conjunction with LTE networks and it is also applicable to other wireless systems / networks.

일 실시예에서 설명된 바와 같이, 3GPP LTE 셀룰러 네트워크들 상에서 구현된 RF-기반 추적 및 위치 찾기는 정확하게 동기화된(시간적으로) 수신기들 및/또는 송신기들 클러스터들로부터 상당히 이익을 얻을 것이다. 제안된 시스템은 소프트웨어- 및/또는 하드웨어-구현된 디지털 신호 프로세싱을 사용할 수 있다. As described in one embodiment, RF-based tracking and locating implemented on 3GPP LTE cellular networks will benefit significantly from precisely synchronized (in time) receivers and / or clusters of transmitters. The proposed system may use software- and / or hardware-implemented digital signal processing.

실시예들의 부가적인 특징들 및 이점들은 이어지는 설명에서 제시될 것이며 부분적으로 설명으로부터 명백할 것이거나, 또는 실시예들의 실시에 의해 학습될 수 있다. 실시예들의 이점들은 쓰여진 설명 및 그것의 청구항들뿐만 아니라 첨부된 도면들에서 특히 나타내어진 구조에 의해 실현되며 달성될 것이다.Additional features and advantages of the embodiments will be set forth in the description that follows, and in part will be obvious from the description, or may be learned by practice of the embodiments. The advantages of the embodiments will be realized and attained by the structure particularly pointed out in the written description and claims thereof as well as the appended drawings.

앞서 말한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 양쪽 모두는 대표적이며 설명적이고 주장된 대로 실시예들의 추가 설명을 제공하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, explanatory and are intended to provide further explanation of the embodiments, as claimed.

실시예들의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며 이 명세서에 포함되고 그것의 일부를 구성하는, 첨부된 도면들은 실시예들을 예시하며 설명과 함께 실시예들의 원리들을 설명하도록 작용한다.
도 1 및 도 1a는 실시예에 따른, 협 대역폭 거리 측정 신호 주파수 성분들을 예시한다;
도 2는 대표적인 광 대역폭 거리 측정 신호 주파수 성분들을 예시한다;
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 실시예에 따른, RF 모바일 추적 및 위치 찾기 시스템의 마스터 및 슬레이브 유닛들의 블록도들을 예시한다;
도 4는 합성된 광대역 기저 대역 거리 측정 신호의 실시예를 예시한다;
도 5는 실시예에 따른, 소거에 의한 신호 프리커서의 제거를 예시한다;
도 6은 실시예에 따른, 보다 적은 캐리어들을 가진 프리커서 소거를 예시한다;
도 7은 단-방향 전달 함수 단계의 실시예를 예시한다;
도 8은 위치 찾기 방법의 실시예를 예시한다;
도 9는 LTE 기준 신호 매핑을 예시한다;
도 10은 강화된 셀 ID + RTT 위치 찾기 기술의 실시예를 예시한다;
도 11은 OTDOA 위치 찾기 기술의 실시예를 예시한다;
도 12는 실시예에 따른, 운용자의 eNB 설비에 설치된 시간 관측 유닛(TMO)의 동작을 예시한다;
도 13은 무선 네트워크 위치 찾기 장비 다이어그램의 실시예를 예시한다;
도 14는 기업 애플리케이션들을 위한 무선 네트워크 위치 찾기 다운링크 생태계의 실시예를 예시한다;
도 15는 네트워크 와이드 애플리케이션들을 위한 무선 네트워크 위치 찾기 다운링크 생태계의 실시예를 예시한다;
도 16은 기업 애플리케이션들을 위한 무선 네트워크 위치 찾기 업링크 생태계의 실시예를 예시한다;
도 17은 네트워크 와이드 애플리케이션들을 위한 무선 네트워크 위치 찾기 업링크 생태계의 실시예를 예시한다;
도 18은 하나 이상의 DAS 및/또는 펨토/스몰 셀 안테나들을 포함할 수 있는 UL-TDOA 환경의 실시예를 예시한다;
도 19는 DAS 기지국들 및/또는 펨토/스몰 셀들 대신에 사용될 수 있는 하나 이상의 셀 타워들을 포함할 수 있는 도 18의 것과 같은 UL-TDOA의 실시예를 예시한다;
도 20은 셀 레벨 위치 찾기의 실시예를 예시한다;
도 21은 서빙 셀 및 섹터 ID 위치 찾기의 실시예를 예시한다;
도 22는 E-CID 더하기 AoA 위치 찾기의 실시예를 예시한다;
도 23은 AoA 위치 찾기의 실시예를 예시한다;
도 24는 수신 안테나 사이에서 넓은 및 가까운 거리들을 가진 TDOA의 실시예를 예시한다;
도 25는 3 섹터 배치의 실시예를 예시한다;
도 26은 안테나 포트 매핑의 실시예를 예시한다;
도 27은 LTE 릴리즈 11 U-TDOA 위치 찾기 기술의 실시예를 예시한다;
도 28은 다채널 위치 관리 유닛(LMU) 고 레벨 블록도의 실시예를 예시한다;
도 29는 위치 서버를 가진 무선/셀룰러 네트워크에서 DL-OTDOA 기술의 실시예를 예시한다;
도 30은 위치 서버를 가진 무선/셀룰러 네트워크에서 U-TDOA 기술의 실시예를 예시한다;
도 31은 랙마운트 엔클로저의 묘사의 실시예를 예시한다;
도 32는 랙마운트 엔크로저에서 클러스터링된(통합된) 다수의 단일 채널 LMU들의 고 레벨 블록도의 실시예를 예시한다;
도 33은 랙마운트 엔클로저(일-대-일 안테나 연결/매핑)에서 클러스터링된(통합된) 통합 LMU를 가진 다수의 스몰 셀들의 고 레벨 블록도의 실시예를 예시한다;
도 34는 LMU들 및 DAS 통합의 고 레벨 블록도의 실시예를 예시한다.
도 35는 LMU들 및 WiFi 기반시설 통합의 고 레벨 블록도의 실시예를 예시한다.
The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the embodiments and which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments and serve to explain the principles of the embodiments together with the description.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 and FIG. 1A illustrate narrow bandwidth distance measurement signal frequency components, according to an embodiment;
Figure 2 illustrates representative wide bandwidth distance measurement signal frequency components;
Figures 3A, 3B, and 3C illustrate block diagrams of master and slave units of an RF mobile tracking and location system, in accordance with an embodiment;
4 illustrates an embodiment of a synthesized wideband baseband distance measurement signal;
5 illustrates removal of a signal precursor by erasure, according to an embodiment;
6 illustrates precursor erasure with fewer carriers, according to an embodiment;
Figure 7 illustrates an embodiment of a step-and-step transfer function step;
Figure 8 illustrates an embodiment of a method of locating;
Figure 9 illustrates LTE reference signal mapping;
10 illustrates an embodiment of an enhanced cell ID + RTT locating technique;
Figure 11 illustrates an embodiment of an OTDOA locating technique;
12 illustrates operation of a time observation unit (TMO) installed in an operator's eNB facility, according to an embodiment;
Figure 13 illustrates an embodiment of a wireless network location equipment diagram;
14 illustrates an embodiment of a wireless network location downlink ecosystem for enterprise applications;
15 illustrates an embodiment of a wireless network location downlink ecosystem for network wide applications;
Figure 16 illustrates an embodiment of a wireless network location uplink ecosystem for enterprise applications;
Figure 17 illustrates an embodiment of a wireless network location uplink ecosystem for network wide applications;
Figure 18 illustrates an embodiment of a UL-TDOA environment that may include one or more DAS and / or femto / small cell antennas;
Figure 19 illustrates an embodiment of a UL-TDOA as in Figure 18 that may include one or more cell towers that may be used in place of DAS base stations and / or femto / small cells;
Figure 20 illustrates an embodiment of cell level location;
Figure 21 illustrates an embodiment of serving cell and sector ID location;
Figure 22 illustrates an embodiment of E-CID plus AoA positioning;
Figure 23 illustrates an embodiment of AoA positioning;
24 illustrates an embodiment of a TDOA with wide and close distances between receive antennas;
Figure 25 illustrates an embodiment of a three sector arrangement;
26 illustrates an embodiment of antenna port mapping;
Figure 27 illustrates an embodiment of LTE Release 11 U-TDOA locating technology;
28 illustrates an embodiment of a multi-channel location management unit (LMU) high-level block diagram;
29 illustrates an embodiment of a DL-OTDOA technique in a wireless / cellular network with a location server;
30 illustrates an embodiment of a U-TDOA technique in a wireless / cellular network with a location server;
Figure 31 illustrates an embodiment of a depiction of a rack mount enclosure;
32 illustrates an embodiment of a high-level block diagram of a number of single channel LMUs clustered (integrated) in a rackmount enclosure;
33 illustrates an embodiment of a high-level block diagram of multiple small cells with an integrated LMU clustered (integrated) in a rackmount enclosure (one-to-one antenna connection / mapping);
34 illustrates an embodiment of a high level block diagram of LMUs and DAS integration.
Figure 35 illustrates an embodiment of a high level block diagram of LMUs and WiFi infrastructure integration.

이제 현재 실시예들의 바람직한 실시예들에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 그 예들은 첨부한 도면들에 예시된다.Reference will now be made in detail to preferred embodiments of the present embodiments, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

본 실시예들은 RTLS를 포함하여, 오브젝트들의 RF-기반 식별, 추적 및 위치 찾기를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 실시예에 따르면, 방법 및 시스템은 협 대역폭 거리 측정 신호를 이용한다. 실시예는 VHF 대역에서 동작하지만, UHF 대역 이상 주파수들뿐만 아니라 HF, LF, 및 VLF 대역들에서 또한 사용될 수 있다. 그것은 다중-경로 완화 프로세서를 이용한다. 다중-경로 완화 프로세서를 이용하는 것은 시스템에 의해 구현된 추적 및 위치 찾기의 정확도를 증가시킨다.The embodiments are directed to methods and systems for RF-based identification, tracking, and locating of objects, including RTLS. According to an embodiment, the method and system use a narrow bandwidth distance measurement signal. The embodiment operates in the VHF band, but can also be used in the HF, LF, and VLF bands as well as in the UHF band and above. It uses a multi-path mitigation processor. Using a multi-path mitigation processor increases the accuracy of tracking and locating implemented by the system.

실시예는 사용자들로 하여금 다수의 사람들 및 오브젝트들을 추적하고, 그것의 위치를 찾으며 모니터링하도록 허용하는 소형의, 매우 휴대 가능한 베이스 유닛들을 포함한다. 각각의 유닛은 그 자신의 ID를 갖는다. 각각의 유닛은 그것의 ID를 갖고 RF 신호를 방송하며, 각각의 유닛은 음성, 데이터, 및 부가 정보뿐만 아니라 그것의 ID를 포함할 수 있는, 리턴 신호를 되돌려 보낼 수 있다. 각각의 유닛은 다른 유닛들로부터 상기 리턴된 신호들을 프로세싱하며, 삼각측량 또는 삼변측량 및/또는 사용된 다른 방법들에 의존하여, 그것들의 상대적 및/또는 실제 위치들을 계속해서 결정한다. 바람직한 실시예는 또한 GPS 디바이스들, 스마트폰들, 양-방향 라디오들 및 PDA들과 같은 제품들과 쉽게 통합될 수 있다. 결과적인 제품은 기존의 디스플레이, 센서들(고도계, GPS, 가속도계들 및 나침반들과 같은) 및 그것의 호스트의 프로세싱 용량을 레버리징하면서 독립형 디바이스들의 기능들 모두를 가질 것이다. 예를 들면, 여기에 설명된 디바이스 기술을 가진 GPS 디바이스는 그룹의 다른 구성원들의 위치들을 매핑하기 위해서뿐만 아니라 맵 상에서의 사용자의 위치를 제공할 수 있을 것이다. Embodiments include small, highly portable base units that allow users to track, locate and monitor a large number of people and objects. Each unit has its own ID. Each unit broadcasts an RF signal with its ID, and each unit can send back a return signal, which may include its ID as well as voice, data, and side information. Each unit processes the returned signals from other units and continues to determine their relative and / or actual positions, depending on triangulation or trilateration and / or other methods used. The preferred embodiment can also be easily integrated with products such as GPS devices, smart phones, bi-directional radios and PDAs. The resulting product will have all of the functionality of stand-alone devices, leveraging the processing capacity of existing displays, sensors (such as altimeter, GPS, accelerometers and compasses) and its host. For example, a GPS device with the device technology described herein would be able to provide the location of the user on the map as well as to map the locations of other members of the group.

FPGA 구현에 기초한 바람직한 실시예의 크기는 집적 회로 기술이 개선됨에 따라, 대략 2×4×1인치들 및 2×2×0.5인치들 사이에 있거나, 또는 그 이하이다. 사용된 주파수에 의존하여, 안테나는 디바이스로 통합되거나 또는 디바이스 엔클로저를 통해 돌출될 것이다. 디바이스의 ASIC(애플리케이션 특정 집적 회로) 기반 버전은 유닛 또는 태그로 FPGA 및 다른 전자 구성요소들의 대부분의 기능들을 통합할 수 있을 것이다. 제품의 ASIC-기반 독립형 버전은 1×0.5×0.5인치 이하의 디바이스 크기를 야기할 것이다. 안테나 크기는 사용된 주파수에 의해 결정될 것이며 안테나의 일부는 엔클로저로 통합될 수 있다. 제품들로 통합되도록 설계된 ASIC 기반 실시예는 단지 칩셋으로 이루어질 수 있다. 마스터(Master) 또는 태그(Tag) 유닛들 사이에서 임의의 실질적인 물리적 크기 차이는 없어야 한다.The size of the preferred embodiment based on FPGA implementation is between about 2x4x1 inches and 2x2x0.5 inches or less as the integrated circuit technology is improved. Depending on the frequency used, the antenna may be integrated into the device or project through the device enclosure. The device's application specific integrated circuit (ASIC) -based version will be able to integrate most of the functionality of the FPGA and other electronic components into units or tags. The ASIC-based standalone version of the product will result in a device size of less than 1 x 0.5 x 0.5 inches. The antenna size will be determined by the frequency used and a portion of the antenna may be integrated into the enclosure. An ASIC-based embodiment designed to be integrated into products can be made only by chipset. There should be no substantial physical size difference between the Master or Tag units.

디바이스들은 다중-경로 완화 알고리즘들의 프로세싱을 위해 다수의 주파수 범위들(대역들)에서 동작하는 표준 시스템 구성요소들(규격품 구성요소들)을 사용할 수 있다. 디지털 신호 프로세싱 및 소프트웨어-정의 라디오를 위한 소프트웨어가 사용될 수 있다. 최소 하드웨어와 조합된 신호 프로세싱 소프트웨어는 소프트웨어에 의해 정의된 송신된 및 수신된 파형들을 가진 라디오들을 어셈블리하는 것을 허용한다.Devices can use standard system components (custom component components) that operate in multiple frequency ranges (bands) for the processing of multi-path mitigation algorithms. Software for digital signal processing and software-defined radios can be used. Signal processing software combined with minimal hardware allows to assemble radios with transmitted and received waveforms defined by software.

미국 특허 번호 제7,561,048호는 협-대역폭 거리 측정 신호 시스템을 개시하며, 그에 의해 협-대역폭 거리 측정 신호는 예를 들면, 단지 수 킬로헤르츠 폭(저-대역폭 채널들의 일부가 수십 킬로헤르츠로 연장될 수 있지만)인 음성 채널들을 사용하여, 저-대역폭 채널에 맞도록 설계된다. 이것은 수백 킬로헤르츠에서 수십 메가헤르츠 폭까지의 채널들을 사용하는 종래의 위치-찾기 시스템들과 대조를 이룬다.U.S. Patent No. 7,561,048 discloses a narrow-bandwidth distance measurement signal system whereby a narrow-bandwidth distance measurement signal can be obtained, for example, only in a few kilohertz widths (some of the low-bandwidth channels are extended to tens of kilohertz Bandwidth channels, but using voice channels that are low-bandwidth channels (although possible). This contrasts with conventional position-finding systems that use channels from hundreds of kilohertz to tens of megahertz wide.

이러한 협-대역폭 거리 측정 신호 시스템의 이점은 다음과 같다: 1) 하위 동작 주파수들/대역들에서, 종래의 위치-찾기 시스템들 거리 측정 신호 대역폭은 캐리어 (동작) 주파수 값을 초과한다. 따라서, 이러한 시스템들은 HF를 포함하여, LF/VLF 및 다른 하위 주파수들 대역들에 배치될 수 없다. 종래의 위치-찾기 시스템들과 달리, 미국 특허 번호 제7,561,048호에 설명된 협-대역폭 거리 측정 신호 시스템은 그것의 거리 측정 신호 대역폭이 캐리어 주파수 값의 훨씬 아래이기 때문에 LF, VLF, 및 다른 대역들 상에 성공적으로 배치될 수 있다; 2) RF 스펙트럼의 하위단(몇몇 VLF, LF, HF 및 VHF 대역들)에서, 예로서 UHF 대역까지, 종래의 위치-찾기 시스템들은 FCC가, 종래의 거리 측정 신호들을 사용하는 것을 불가능하게 하는, 허용 가능한 채널 대역폭(12 kHz 내지 25 kHz)을 엄격하게 제한하기 때문에 사용될 수 없다. 종래의 위치-찾기 시스템들과 달리, 협-대역폭 거리 측정 신호 시스템의 거리 측정 신호 대역폭은 FCC 규정들 및 다른 국제 스펙트럼 규제 기관들을 완전히 따른다; 및 3) 동작 주파수/대역에 독립적으로, 협-대역폭 신호가 광-대역폭 신호에 비교하여, 본질적으로 더 높은 SNR(신호-대-잡음-비)을 갖는다는 것이 잘 알려져 있다(Ray H. Hashemi, William G. Bradley에 의한, MRI: 베이직들 - 2003 참조). 이것은 UHF 대역을 포함하여, 그것이 동작하는 주파수/대역에 독립적으로 협-대역폭 거리 측정 신호 위치-찾기 시스템의 동작 범위를 증가시킨다.The advantages of such a narrow-bandwidth distance measuring signal system are as follows: 1) At lower operating frequencies / bands, conventional position-finding systems distance measuring signal bandwidth exceeds the carrier (operating) frequency value. Thus, such systems, including HF, can not be placed in the LF / VLF and other lower frequency bands. Unlike conventional position-finding systems, the narrow-bandwidth distance measuring signaling system described in U.S. Patent No. 7,561,048 is not suitable for LF, VLF, and other bands because its distance measurement signal bandwidth is well below the carrier frequency value Lt; / RTI > 2) In the lower stages of the RF spectrum (in some VLF, LF, HF and VHF bands), up to the UHF band, for example, conventional position-finding systems require the FCC to make use of conventional distance- It can not be used because it strictly limits the allowable channel bandwidth (12 kHz to 25 kHz). Unlike conventional position-finding systems, the distance measurement signal bandwidth of the narrow-bandwidth distance measurement signal system is entirely in line with FCC regulations and other international spectrum regulatory agencies; And 3) independent of the operating frequency / band, it is well known that narrow-bandwidth signals have inherently higher SNR (signal-to-noise-ratio) compared to light-bandwidth signals (Ray H. Hashemi , By William G. Bradley, MRI: BASICS - 2003). This increases the operating range of the narrow-bandwidth ranging signal location-finding system independently of the frequency / band in which it operates, including the UHF band.

따라서, 종래의 위치-찾기 시스템들과 달리, 협-대역폭 거리 측정 신호 위치-찾기 시스템은 LF-VLF 대역들 아래로, RF 스펙트럼의 하위단 - 예를 들면 VHF 이하 주파수들 대역들 상에 배치될 수 있으며, 여기에서 다중경로 현상들이 덜 두드러진다. 동시에, 협-대역폭 거리 측정 위치-찾기 시스템은 또한 UHF 대역 이상에서 배치될 수 있어서, 거리 측정 신호 SNR을 개선하며, 그 결과, 위치-찾기 시스템 동작 범위를 증가시킨다.Thus, unlike conventional position-finding systems, the narrow-bandwidth ranging signal location-finding system is located below the LF-VLF bands and below the lower end of the RF spectrum, e.g., below the VHF frequencies Where multipath phenomena are less noticeable. At the same time, the narrow-bandwidth distance measurement position-finding system can also be deployed in the UHF band or above, thereby improving the distance measurement signal SNR and, consequently, the position-finding system operating range.

다중경로, 예로서 RF 에너지 반사들을 최소화하기 위해, VLF/LF 대역들 상에서 동작하는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 주파수들에서, 휴대용/모바일 안테나의 효율성은 매우 작다(RF 파장에 대하여 작은 안테나 길이(크기) 때문에 약 0.1% 이하). 또한, 이들 낮은 주파수들에서, 자연 및 인공 소스들로부터의 잡음 레벨은 상위 주파수들/대역들, 예를 들면 VHF 상에서보다 훨씬 더 높다. 함께, 이들 두 개의 현상들은 위치-찾기 시스템의 적용 가능성, 예를 들면 그것의 동작 범위 및/또는 이동성/휴대성을 제한할 수 있다. 그러므로, 동작 범위 및/또는 이동성/휴대성이 매우 중요한 특정 애플리케이션들에 대해, 상위 RF 주파수들/대역들, 예를 들면 HF, VHF, UHF 및 UWB가 사용될 수 있다.It is desirable to operate on the VLF / LF bands to minimize multipath, e.g., RF energy reflections. However, at these frequencies, the efficiency of the portable / mobile antenna is very small (less than about 0.1% due to the small antenna length (size) for the RF wavelength). Also, at these lower frequencies, the noise level from natural and artificial sources is much higher than at higher frequencies / bands, e.g., VHF. Together, these two phenomena can limit the applicability of the position-finding system, for example its operating range and / or portability / portability. Therefore, for certain applications where operating range and / or mobility / portability are very important, higher RF frequencies / bands such as HF, VHF, UHF and UWB may be used.

VHF 및 UHF 대역들에서, 자연 및 인공 소스들로부터의 잡음 레벨은 VLF, LF 및 HF 대역들에 비교하여 상당히 더 낮으며; VHF 및 HF 주파수들에서, 다중-경로 현상들(예로서, RF 에너지 반사들)은 UHF 이상 주파수들에서보다 덜 심각하다. 또한, VHF에서, 안테나 효율은 HF 및 하위 주파수들 상에서보다 상당히 더 양호하며, VHF에서 RF 관통 능력들은 UHF에서보다 훨씬 더 양호하다. 따라서, VHF 대역은 모바일/휴대용 애플리케이션들을 위한 양호한 타협안을 제공한다. 다른 한편으로 몇몇 특수한 경우들, 예를 들면 VHF 주파수들(또는 하위 주파수들)이 이온층을 관통할 수 없는(또는 편향/굴절되는) GPS에서, UHF는 양호한 선택일 수 있다. 그러나, 임의의 경우(및 모든 경우들/애플리케이션들)에서, 협-대역폭 거리 측정 신호 시스템은 종래의 광-대역폭 거리 측정 신호 위치-찾기 시스템들에 비해 이점들을 가질 것이다. In the VHF and UHF bands, the noise level from natural and artificial sources is significantly lower compared to the VLF, LF and HF bands; At VHF and HF frequencies, multi-path phenomena (e.g., RF energy reflections) are less severe than at UHF frequencies. Also, at VHF, antenna efficiency is significantly better than at HF and lower frequencies, and RF penetration capabilities at VHF are much better than at UHF. Thus, the VHF band provides a good compromise for mobile / portable applications. On the other hand, in some special cases, such as GPS where VHF frequencies (or lower frequencies) can not penetrate the ionosphere (or are deflected / refracted), UHF may be a good choice. However, in any case (and in all cases / applications), the narrow-bandwidth distance measurement signaling system will have advantages over conventional optical-bandwidth distance measuring signal location-finding systems.

실제 애플리케이션(들)은 정확한 기술 규격들(전력, 방출들, 대역폭 및 동작 주파수들/대역과 같은)을 결정할 것이다. 협 대역폭 거리 측정은 사용자로 하여금 라이센스들을 수신하거나 또는 라이센스들로부터의 면제를 수신하거나, 또는 협 대역 거리 측정이 FCC에 제시된 가장 엄중한 협 대역폭들: 6.25kHz, 11.25kHz, 12.5kHz, 25kHz 및 50kHz를 포함하여, 많은 상이한 대역폭들/주파수들 상에서의 동작을 허용하기 때문에 FCC에 제시된 바와 같이 자격이 없는 대역들을 사용하며 적절한 섹션들에 대한 대응하는 기술적 요건들을 따르도록 허용한다. 그 결과, 다수의 FCC 섹션들 및 이러한 섹션들 내에서의 면제들이 적용 가능할 것이다. 적용 가능한 주요 FCC 규정들은: 47 CFR 파트 90- 사설 육상 이동 라디오 서비스들, 47 CFR 파트 94 개인용 라디오 서비스들, 47 CFR 파트 15 - 라디오 주파수 디바이스들이다. (비교에 의해, 이러한 맥락에서 광대역 신호는 수 백 KHz에서 10 내지 20 MHz까지이다.)The actual application (s) will determine the correct technical specifications (such as power, emissions, bandwidth, and operating frequencies / bandwidth). Narrow-bandwidth-distance measurements may be used to determine whether a user receives licenses or receives an exemption from licenses, or that the narrow-band distance measurement is the most stringent narrow bandwidths specified in the FCC: 6.25 kHz, 11.25 kHz, 12.5 kHz, 25 kHz and 50 kHz , Use unqualified bands as set forth in the FCC and allow to comply with corresponding technical requirements for the appropriate sections, since it allows operation on many different bandwidths / frequencies. As a result, multiple FCC sections and exemptions within these sections will be applicable. The main FCC rules applicable are: 47 CFR Part 90 - Private Land Mobile Radio Services, 47 CFR Part 94 Personal Radio Services, 47 CFR Part 15 - Radio Frequency Devices. (By comparison, the broadband signal in this context is from 10 to 20 MHz at several hundred KHz).

통상적으로, 파트 90 및 파트 94에 대해, VHF 구현들은 사용자로 하여금 특정한 면제들 하에서 100mW까지 디바이스를 동작시키도록 허용한다(저 전력 라디오 서비스가 예이다). 특정한 애플리케이션들에 대해, VHF 대역에서의 허용 가능한 송신 전력은 2와트 및 5와트 사이에 있다. 900 MHz(UHF 대역)에 대해, 그것은 1W이다. 160 kHz 내지 190 kHz 주파수들(LF 대역) 상에서, 허용 가능한 송신 전력은 1와트이다. Typically, for parts 90 and 94, VHF implementations allow the user to operate the device up to 100 mW under certain exemptions (low power radio service is an example). For certain applications, the allowable transmit power in the VHF band is between two watts and five watts. For 900 MHz (UHF band), it is 1W. On the 160 kHz to 190 kHz frequencies (LF band), the allowable transmit power is 1 watt.

협 대역 거리 측정은 상이한 스펙트럼 허용량들의 모두가 아닌 많은 것을 따를 수 있으며 가장 엄중한 규제 요건들을 여전히 준수하면서 정확한 거리 측정을 허용한다. 이것은 단지 FCC를 위해서가 아닌, 유럽, 일본 및 한국을 포함한, 전세계에 걸쳐 스펙트럼의 사용을 규제하는 다른 국제 기구들을 위해 유효하다. Narrowband distance measurements can follow many, but not all, of the different spectral tolerances and allow accurate distance measurements while still meeting the most stringent regulatory requirements. This is valid only for the FCC, but for other international organizations regulating the use of the spectrum worldwide, including Europe, Japan and Korea.

다음은 통상적인 전력 사용 및 거리를 갖고, 사용된 공통 주파수들의 리스트이며, 태그는 실세계 환경에서 또 다른 판독기와 통신할 수 있다(실내 전파 및 파장 Dan Dobkin, WJ 통신, V 1.4. 7/10/02 참조):The following is a list of common frequencies used with typical power usage and distance, and the tag can communicate with another reader in a real-world environment (Indoor Propagation and Wavelengths Dan Dobkin, WJ Communications, V 1.4.7 / 10 / 02):

915 MHz 100 mW 150 피트 915 MHz 100 mW 150 feet

2.4 GHz 100 mW 100 피트 2.4 GHz 100 mW 100 feet

5.6 GhZ 100 mW 75 피트 5.6 Ghz 100 mW  75 feet

제안된 시스템은 VHF 주파수들에서 작동하며 RF 신호들을 전송 및 프로세싱하기 위한 독점 방법을 이용한다. 보다 구체적으로, 그것은 VHF 주파수들에서 협 대역폭 요건들의 한계들을 극복하기 위해 DSP 기술들 및 소프트웨어-정의 라디오(SDR)를 사용한다.The proposed system operates at VHF frequencies and uses proprietary methods for transmitting and processing RF signals. More specifically, it uses DSP technologies and software-defined radio (SDR) to overcome the limitations of narrow bandwidth requirements at VHF frequencies.

하위(VHF) 주파수들에서 동작하는 것은 산란을 감소시키며 훨씬 더 양호한 벽 관통을 제공한다. 최종적인 결과는 흔히 사용된 주파수들에 비해 범위에서의 대략 10배 증가이다. 예를 들면, 상기 열거된 RFID 기술들의 것에 프로토타입의 측정된 범위를 비교하자:Operating at lower (VHF) frequencies reduces scattering and provides much better wall penetration. The net result is an approximately 10-fold increase in frequency over commonly used frequencies. For example, let's compare the measured ranges of prototypes to those listed above:

216 MHz 100 mw 700 피트 216 MHz 100 mW 700 feet

협 대역 거리 측정 기술들을 이용하여, 태그 통신 범위가 실 세계 환경에서 또 다른 판독기와 통신할 수 있을 통상적인 전력 사용 및 거리를 갖고, 흔히 사용된 주파수들의 범위는 상당히 증가할 것이다:Using narrowband distance measurement techniques, the tag communication range will have the usual power usage and distance to be able to communicate with another reader in a real world environment, and the range of commonly used frequencies will increase significantly:

부터: 까지: from: Till:

915 MHz 100 mW 150 피트 500 피트 915 MHz 100 mW 150 feet 500 feet

2.4 GHz 100 mW 100 피트 450 피트 2.4 GHz 100 mW 100 feet 450 feet

5.6 Ghz 100 mW 75 피트 400 피트 5.6 Ghz 100 mW 75 feet 400 feet

배터리 소비는 디바이스의 설계, 송신 전력 및 듀티 사이클, 예를 들면 두 개의 연속적인 거리(위치) 측정들 사이에서의 시간 간격의 함수이다. 많은 애플리케이션들에서, 듀티 사이클은 크며, 10X 내지 1000X이다. 큰 듀티 사이클, 예를 들면, 100X를 가진 애플리케이션들에서, 100 mW의 전력을 송신하는 FPGA 버전은 대략 3주들의 가동 시간을 가질 것이다. ASIC 기반 버전은 10X만큼 가동 시간을 증가시킬 것으로 예상된다. 또한, ASIC들은 본질적으로 보다 낮은 잡음 레벨을 가진다. 따라서, ASIC-기반 버전은 또한 약 40%만큼 동작 범위를 증가시킬 수 있다.Battery consumption is a function of the design of the device, the transmit power and the duty cycle, for example the time interval between two successive distance (position) measurements. In many applications, the duty cycle is large, from 10X to 1000X. In applications with large duty cycles, for example, 100X, an FPGA version that transmits 100 mW of power will have approximately three weeks of uptime. The ASIC-based version is expected to increase uptime by 10X. In addition, ASICs have inherently lower noise levels. Thus, the ASIC-based version can also increase the operating range by about 40%.

이 기술분야의 통상의 기술자는 RF 도전 환경들(예를 들면, 빌딩들, 도시 회랑들 등과 같은)에서 위치-찾기 정확도를 상당히 증가시키면서 시스템 긴 동작 범위를 손상시키지 않는다는 것을 이해할 것이다.It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that the system does not compromise the long operating range while significantly increasing location-finding accuracy in RF challenging environments (e.g., buildings, urban corridors, etc.).

통상적으로, 추적 및 위치 찾기 시스템들은 추적-위치찾기-내비게이션 방법들을 이용한다. 이들 방법들은 도착 시간(TOA), 도착 시간 차(DTOA) 및 TOA 및 DTOA의 조합을 포함한다. 거리 측정 기술로서 도착 시간(TOA)은 일반적으로 미국 특허 번호 제5,525,967호에 설명된다. TOA/DTOA-기반 시스템은 RF 거리 측정 신호 직접 고저선(Direct-Line-Of-Site; DLOS) 플라이트 시간(flight time), 예로서 시간 지연을 측정하며, 이것은 그 후 거리 범위로 변환된다.Typically, tracking and location systems use tracking-location-navigation methods. These methods include a combination of arrival time (TOA), arrival time difference (DTOA) and TOA and DTOA. As a distance measurement technique, the time of arrival (TOA) is generally described in U.S. Patent No. 5,525,967. The TOA / DTOA-based system measures the RF distance measurement signal direct-line-of-site (DLOS) flight time, for example time delay, which is then converted to a distance range.

RF 반사들(예로서, 다중-경로)의 경우에, 다양한 지연 시간들을 가진 RF 거리 측정 신호의 다수의 사본들이 DLOS RF 거리 측정 신호로 겹쳐진다. 협 대역폭 거리 측정 신호를 사용하는 추적-위치 찾기 시스템은 다중-경로 완화 없이 DLOS 신호 및 반사 신호들 사이에서 구별할 수 없다. 그 결과, 이들 반사된 신호들은 추정된 거리 측정 신호 DLOS 플라이트 시간에서 에러를 유발하며, 이것은 결과적으로 거리 추정 정확도에 영향을 준다.In the case of RF reflections (e.g., multi-path), multiple copies of the RF distance measurement signal with various delay times are superimposed on the DLOS RF distance measurement signal. Tracking-locating systems using narrow bandwidth distance measurement signals can not distinguish between DLOS signals and reflected signals without multi-path mitigation. As a result, these reflected signals cause errors in the estimated distance measurement signal DLOS flight time, which in turn affects the distance estimation accuracy.

실시예는 유리하게는 DLOS 신호 및 반사 신호들을 분리하기 위해 다중-경로 완화 프로세서를 사용한다. 따라서, 실시예는 추정된 거리 측정 신호 DLOS 플라이트 시간에서의 에러를 상당히 낮춘다. 제안된 다중-경로 완화 방법은 모든 RF 대역들 상에서 사용될 수 있다. 그것은 또한 광 대역폭 거리 측정 신호 위치-찾기 시스템들과 함께 사용될 수 있다. 그것은 DSS(직접 확산 스펙트럼) 및 FH(주파수 홉핑)과 같은, 확산 스펙트럼 기술들을 포함한, 다양한 변조/복조 기술들을 지원할 수 있다.The embodiment advantageously uses a multi-path mitigation processor to separate the DLOS signal and the reflected signals. Thus, the embodiment significantly reduces the error in the estimated distance measurement signal DLOS flight time. The proposed multi-path mitigation method can be used on all RF bands. It can also be used with wide bandwidth distance measurement signal position-finding systems. It can support a variety of modulation / demodulation techniques, including spread spectrum techniques such as DSS (Direct Spread Spectrum) and FH (Frequency Hopping).

부가적으로, 잡음 감소 방법들은 방법의 정확도를 추가로 개선하기 위해 이용될 수 있다. 이들 잡음 감소 방법들은, 이에 제한되지 않지만, 간섭성 합산, 비-간섭성 합산, 매칭 필터링, 시간 다이버시티 기술들 등을 포함할 수 있다. 다중-경로 간섭 에러의 나머지들은 최대 우도 추정(예로서, 비터비 알고리즘), 최소 분산 추정(칼만 필터) 등과 같은 후-처리 기술들을 이용함으로써 추가로 감소될 수 있다.Additionally, noise reduction methods can be used to further improve the accuracy of the method. These noise reduction methods may include, but are not limited to, coherent summation, non-coherent summation, matched filtering, time diversity techniques, and the like. The remainder of the multi-path interference error may be further reduced by using post-processing techniques such as maximum likelihood estimation (e.g., Viterbi algorithm), minimum variance estimation (Kalman filter), and the like.

실시예는 동작의 단방향, 반-이중 및 전 이중 모드들을 가진 시스템들에서 사용될 수 있다. 전-이중 동작은 RF 트랜시버 상에서의 복잡도, 비용 및 물류에 대하여 매우 부담이 크며, 이것은 휴대용/모바일 디바이스 구현들에서 시스템 동작 범위를 제한한다. 동작의 반-이중 모드에서, 판독기(종종 "마스터"로서 불리우는) 및 태그들(때때로 또한 "슬레이브들" 또는 "타겟들"로서 불리우는)는 단지 마스터 또는 슬레이브로 하여금 임의의 주어진 시간에 송신하도록 허용하는 프로토콜에 의해 제어된다.Embodiments may be used in systems having unidirectional, half-duplex and full-duplex modes of operation. Full-duplex operation is very costly for complexity, cost and logistics on RF transceivers, which limits the range of system operation in portable / mobile device implementations. In a half-duplex mode of operation, a reader (sometimes referred to as a " master ") and tags (sometimes also referred to as" slaves "or" targets ") merely allow a master or slave to transmit at any given time Lt; / RTI >

전송 및 수신의 대안은 단일 주파수가 거리 측정에 사용되도록 허용한다. 이러한 배열은 전 이중 시스템들과 비교하여 시스템의 비용들 및 복잡도를 감소시킨다. 동작의 단방향 모드는 개념적으로 더 간단하지만, 거리 측정 신호 시퀀스를 포함하여, 마스터 및 타겟 유닛(들) 사이에서의 이벤트들의 보다 철저한 동기화를 요구한다. An alternative to transmission and reception allows a single frequency to be used for distance measurements. This arrangement reduces the cost and complexity of the system compared to full duplex systems. The unidirectional mode of operation is conceptually simpler, but involves a more thorough synchronization of events between the master and target unit (s), including a distance measurement signal sequence.

본 실시예들에서, 협 대역폭 거리 측정 신호 다중-경로 완화 프로세서는 거리 측정 신호 대역폭을 증가시키지 않는다. 그것은 유리하게는 협 대역폭 거리 측정 신호의 전파를 허용하기 위해 상이한 주파수 성분들을 사용한다. 추가 거리 측정 신호 프로세싱은 초 분해능 스펙트럼 추정 알고리즘들(MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT) 및/또는 RELAX와 같은 통계 알고리즘들을 이용함으로써 주파수 도메인에서, 또는 비교적 큰 대역폭을 가진 합성 거리 측정정 신호를 어셈블리하며 이 신호에 추가 프로세싱을 적용함으로써 시간-도메인에서 실행될 수 있다. 협 대역폭 거리 측정 신호의 상이한 주파수 성분은 의사 랜덤하게 선택될 수 있으며, 그것은 또한 주파수가 인접하거나 또는 이격될 수 있으며, 그것은 주파수가 균일한 및/또는 균일하지 않은 간격을 가질 수 있다.In these embodiments, the narrow bandwidth distance measurement signal multipath mitigation processor does not increase the distance measurement signal bandwidth. It advantageously uses different frequency components to allow propagation of the narrow bandwidth ranging signal. The additional distance measurement signal processing assembles a composite distance measurement positive signal in the frequency domain or with a relatively large bandwidth by using statistical algorithms such as super resolution spectral estimation algorithms (MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT) and / or RELAX, Lt; RTI ID = 0.0 > time-domain. ≪ / RTI > The different frequency components of the narrow bandwidth ranging measurement signal may be pseudo-randomly selected, which may also be adjacent or spaced in frequency, which may have uniform and / or non-uniform spacing.

실시예는 다중경로 완화 기술을 확장시킨다. 협대역 거리 측정을 위한 신호 모델은 그 주파수가 범위에 의해 정의된 지연에 정비례하는 복소 지수(본 문서에서의 다른 곳에서 소개된 바와 같은) 더하기 그 지연이 다중 경로에 관련된 시간에 의해 정의되는 유사한 조건이다. 상기 모델은 신호 구조, 예로서 스텝 주파수, 선형 주파수 변조 등의 실제 구현에 독립적이다.Embodiments extend multipath mitigation techniques. A signal model for narrowband range measurement is defined as a complex index whose frequency is directly proportional to the delay defined by the range (as introduced elsewhere in this document) plus a similar Condition. The model is independent of the actual implementation of the signal structure, e.g., step frequency, linear frequency modulation, and the like.

직접 경로 및 다중경로 사이에서의 주파수 간격은 명목상 극히 작으며 정상 주파수 도메인 프로세싱은 직접 경로 범위를 추정하기에 충분하지 않다. 예를 들면, 30미터들의 범위에서 5 MHz에 걸친 100 KHz 스텝 레이트에서의 스텝 주파수 거리 측정 신호(100.07 나노초 지연)는 0.062875 라디안/초의 주파수를 야기한다. 35미터의 경로 길이를 가진 다중경로 반사는 0.073355의 주파수를 야기할 것이다. 간격은 0.0104792이다. 관측 가능한 50 샘플의 주파수 분해능은 0.12566 Hz의 네이티브(native) 주파수 분해능을 가진다. 결과적으로, 반사된 경로로부터 직접 경로의 분리를 위해 종래의 주파수 추정 기술들을 사용하며 직접 경로 범위를 정확하게 추정하는 것은 가능하지 않다. The frequency spacing between the direct path and the multipath is nominally small and normal frequency domain processing is not sufficient to estimate the direct path range. For example, a step frequency distance measurement signal (100.07 nanosecond delay) at a 100 KHz step rate ranging from 30 meters to 5 MHz leads to a frequency of 0.062875 radians / second. Multipath reflections with a path length of 35 meters will cause a frequency of 0.073355. The interval is 0.0104792. The frequency resolution of the 50 observable samples has a native frequency resolution of 0.12566 Hz. As a result, it is not possible to accurately estimate the direct path range using conventional frequency estimation techniques for direct path separation from the reflected path.

이러한 한계를 극복하기 위해, 실시예들은 서브스페이스 분해 고 분해능 스펙트럼 추정 방법들 및 다중모드 클러스터 분석의 구현들의 고유한 조합을 사용한다. 서브스페이스 분해 기술은 관측된 데이터의 추정된 공분산 행렬을 2개의 직교 서브스페이스들, 잡음 서브스페이스 및 신호 서브스페이스로 분해하는 것에 의존한다. 서브스페이스 분해 방법의 이론은 잡음 서브스페이스로의 관측 대상의 투사가 단지 잡음만으로 이루어지며 신호 서브스페이스로의 관측 대상의 투사는 단지 신호로 이루어진다는 것이다.To overcome these limitations, embodiments use a unique combination of implementations of subspace decomposition high resolution spectral estimation methods and multimode cluster analysis. The subspace decomposition technique relies on decomposing the estimated covariance matrix of the observed data into two orthogonal subspaces, a noise subspace and a signal subspace. The theory of the subspace decomposition method is that the projection of the object to the noise subspace is done by noise only and the projection of the object to the signal subspace is made up of signals only.

초 분해능 스펙트럼 추정 알고리즘들 및 RELAX 알고리즘은 잡음의 존재시 스펙트럼에서 가깝게 위치된 주파수들(사인 곡선들)을 식별할 수 있다. 주파수들은 고조파로 관련될 필요는 없으며, 디지털 푸리에 변환(DFT)과 달리, 신호 모델은 임의의 인공 주기성을 도입하지 않는다. 주어진 대역폭에 대해, 이들 알고리즘들은 푸리에 변환보다 상당히 더 높은 분해능을 제공한다. 따라서, 직접 고저선(DLOS)은 높은 정확도를 갖고 다른 다중-경로들(MP)로부터 신뢰성 있게 구별될 수 있다. 유사하게, 나중에 설명될 한계값 방법을 인위적으로 생성된 합성의 보다 넓은 대역폭 거리 측정 신호에 적용하는 것은 높은 정확도를 갖고 다른 경로들로부터 DLOS를 신뢰성 있게 구별하는 것을 가능하게 한다.The super resolution spectral estimation algorithms and the RELAX algorithm can identify nearby frequencies (sinusoids) in the spectrum in the presence of noise. The frequencies need not be related to harmonics, and unlike the digital Fourier transform (DFT), the signal model does not introduce any artificial periodicity. For a given bandwidth, these algorithms provide significantly higher resolution than Fourier transforms. Thus, direct high line (DLOS) can be reliably distinguished from other multi-paths (MP) with high accuracy. Similarly, applying a threshold value method, which will be described later, to a wider bandwidth distance measurement signal of artificially generated synthesis makes it possible to reliably distinguish DLOS from other paths with high accuracy.

실시예에 따르면, 디지털 신호 프로세싱(DSP)은 다른 MP 경로들로부터 DLOS를 신뢰성 있게 구별하기 위해 다중-경로 완화 프로세서에 의해 이용될 수 있다. 다양한 초-분해능 알고리즘들/기술들은 스펙트럼 분석(스펙트럼 추정) 기술에 존재한다. 예들은 서브스페이스 기반 방법들을 포함한다: MUSIC(MULtiple SIgnal Characterization) 알고리즘 또는 root-MUSIC 알고리즘, 회전 불변성 기술들을 통한 신호 파라미터의 추정(ESPRIT) 알고리즘, 피사렌코 고조파 분해(PHD) 알고리즘, RELAX 알고리즘 등.According to an embodiment, digital signal processing (DSP) can be used by a multi-path mitigation processor to reliably distinguish DLOS from other MP paths. Various super-resolution algorithms / techniques exist in the spectrum analysis (spectral estimation) technique. Examples include subspace-based methods: MUSIC (MULTIPLE SIIGNAL CHARACTERIZATION) algorithm or root-MUSIC algorithm, Estimation of signal parameters through rotation invariance techniques (ESPRIT) algorithm, Pisarenko harmonic decomposition (PHD) algorithm, RELAX algorithm and so on.

주지된 초-분해능 알고리즘들은 안테나에 충돌하는 신호들이 완전히 상관되지 않는 전제에 대해 작동한다. 따라서, 성능은 다중경로 전파에서 마주하게 될 수 있으므로 고도로 상관된 신호 환경에서 심하게 저하된다. 다중경로 완화 기술들은 공간 평활이라 불리우는 전처리 기법을 수반할 수 있다. 그 결과, 다중경로 완화 프로세스는 계산 집중적이고, 복잡하게 될 수 있으며, 즉 시스템 구현의 복잡도를 증가시킬 수 있다. 보다 낮은 시스템 계산 비용들 및 구현 복잡도를 가진 다중경로 완화는 초-분해능 매트릭스 펜슬(Matrix Pencil; MP) 알고리즘을 사용함으로써 달성될 수 있다. MP 알고리즘은 비-탐색 절차로서 분류된다. 그러므로, 그것은 계산적으로 덜 복잡하며 다른 초-분해능 알고리즘들에서 사용된 탐색 절차들에서 마주하게 되는 문제점들을 제거한다. 게다가, MP 알고리즘은 상관된 신호들에 민감하지 않으며 단지 단일 채널 추정만을 요구하고 또한 간섭성 다중경로 구성요소들과 연관된 지연들을 추정할 수 있다. Known super-resolution algorithms operate on the premise that signals that impinge on the antenna are not completely correlated. Thus, performance can be confronted in multipath propagation and is severely degraded in highly correlated signal environments. Multipath mitigation techniques can involve preprocessing techniques called spatial smoothing. As a result, the multipath mitigation process can be computationally intensive and complicated, which can increase the complexity of the system implementation. Multipath mitigation with lower system computational costs and implementation complexity can be achieved by using a super-resolution Matrix Pencil (MP) algorithm. The MP algorithm is classified as a non-search procedure. It is therefore computationally less complex and eliminates the problems encountered in the search procedures used in other super-resolution algorithms. In addition, the MP algorithm is not sensitive to correlated signals and can only estimate single channel estimates and delays associated with coherent multipath components.

상기 언급된 초-분해능 알고리즘들 모두에서, 인입(즉, 수신된) 신호는 주파수들의 복소 지수들 및 그것들의 복소 진폭들의 선형 조합으로서 모델링된다. 다중-경로의 경우에, 상기 수신 신호는 다음과 같을 것이다:In both of the above-mentioned super-resolution algorithms, the incoming (i.e., received) signal is modeled as a linear combination of complex exponents of frequencies and their complex amplitudes. In the case of a multi-path, the received signal would be:

Figure pct00001
, (1)
Figure pct00001
, (One)

여기에서

Figure pct00002
는 송신된 신호이고, f는 동작 주파수이고, L은 다중-경로 구성요소들의 수이며,
Figure pct00003
및 τK는 각각 제K 경로의 복소 감쇠 및 전파 지연이다. 다중-경로 구성요소들은 전파 지연들이 오름차순으로 고려되도록 인덱싱된다. 그 결과, 이 모델에서, τ0은 DLOS 경로의 전파 지연을 나타낸다. 명확하게, τ0 값은, 그것이 모든 τK의 최소 값이기 때문에, 가장 관심 있다. 상(θK)은 명목상 균일 확률 밀도 함수(U(0,2π))를 갖고 하나의 측정 사이클에서 또 다른 것으로 랜덤하게 추정된다. 따라서, 우리는 αK=const(즉, 상수 값)이라고 가정한다. From here
Figure pct00002
Is the transmitted signal, f is the operating frequency, L is the number of multipath components,
Figure pct00003
And? K are the complex attenuation and propagation delay of the Kth path, respectively. The multipath components are indexed such that the propagation delays are considered in ascending order. As a result, in this model,? 0 represents the propagation delay of the DLOS path. Clearly, the value of τ 0 is of greatest interest, since it is the minimum value of all τ K. The phase < RTI ID = 0.0 > ( k ) < / RTI > is nominally a random probability density function (U (0,2π)) and is randomly estimated in one measurement cycle as another. Thus, we assume that α K = const (ie, a constant value).

파라미터들(αK 및 τK)은 빌딩들에서 및 그 주위에서 사람들 및 장비의 모션들을 반영한 랜덤 시변 함수들이다. 그러나, 그것들의 변형들의 레이트가 측정 시간 간격에 비교하여 매우 느리기 때문에, 이들 파라미터들은 주어진 측정 사이클 내에서 시-불변 랜덤 변수들로서 처리될 수 있다. The parameters [alpha] K and [kappa] K are random time-varying functions that reflect the motions of people and equipment in and around buildings. However, since the rate of their deformation is very slow compared to the measurement time interval, these parameters can be processed as time-invariant random variables within a given measurement cycle.

이들 파라미터들 모두는 그것들이 송신 및 반사 계수들과 같은, 라디오 신호 특성들에 관련되므로 주파수-의존적이다. 그러나, 실시예에서, 동작 주파수는 매우 약간 변한다. 따라서, 상기 언급된 파라미터들은 주파수-독립적인 것으로 추정될 수 있다. All of these parameters are frequency-dependent as they relate to radio signal characteristics, such as transmission and reflection coefficients. However, in an embodiment, the operating frequency varies very slightly. Thus, the above-mentioned parameters can be assumed to be frequency-independent.

식(1)은 다음으로서 주파수 도메인에 보여질 수 있다:Equation (1) can be shown in the frequency domain as:

Figure pct00004
, (2)
Figure pct00004
, (2)

여기에서: A(f)는 수신 신호의 복소 진폭이고, (2π×τK)는 초-분해능 알고리즘에 의해 추정될 인공 "주파수들"이며 동작 주파수(f)는 독립 변수이고; αK는 제K 경로 진폭이다. (2? X? K ) is the artificial "frequencies" to be estimated by the super-resolution algorithm and the operating frequency f is an independent variable; A (f) is the complex amplitude of the received signal; α K is the K-th path amplitude.

식(2)에서, (2π×τK) 및 그 다음에 τK 값들의 초-분해능 추정은 연속 주파수에 기초한다. 실제로, 유한한 수의 측정치들이 있다. 따라서, 변수(f)는 연속 변수가 아닌, 오히려 이산 변수일 것이다. 따라서, 복소 진폭(A(f))은 다음과 같이 산출될 수 있다:In equation (2), the (2π × τ K ) and then the super-resolution estimate of τ K values is based on continuous frequency. In practice, there are a finite number of measurements. Therefore, the variable f is not a continuous variable but rather a discrete variable. Therefore, the complex amplitude A (f) can be calculated as follows:

Figure pct00005
, (3)
Figure pct00005
, (3)

여기에서

Figure pct00006
은 이산 주파수들(fn)에서 이산 복소 진폭 추정치들(즉, 측정치들)이다. From here
Figure pct00006
Is discrete complex amplitude estimates (i.e., measurements) at discrete frequencies f n .

식(3)에서

Figure pct00007
은 그것이 다중-경로 채널을 통해 전파한 후 주파수(fn)의 정현파 신호의 진폭 및 위상으로서 해석될 수 있다. 모든 스펙트럼 추정 기반 초-분해능 알고리즘들은 복소 입력 데이터(즉, 복소 진폭)를 요구한다는 것을 주의하자.In equation (3)
Figure pct00007
Can be interpreted as the amplitude and phase of the sinusoidal signal of frequency f n after it propagates through the multi-path channel. Note that all spectral estimation based super-resolution algorithms require complex input data (i.e., complex amplitude).

몇몇 경우들에서, 실제 신호 데이터, 예로서

Figure pct00008
를 복소 신호(예로서, 분석 신호)로 변환하는 것이 가능하다. 예를 들면, 이러한 변환은 힐버트(Hilbert) 변환 또는 다른 방법들을 사용함으로써 실현될 수 있다. 그러나, 짧은 거리들의 경우에, 값(τ0)은 매우 작으며, 이것은 매우 낮은 (2π×τK) "주파수들"을 야기한다. In some cases, actual signal data, e.g.,
Figure pct00008
(E.g., an analysis signal). For example, this transformation can be realized by using Hilbert transform or other methods. However, in the case of short distances, the value (? 0 ) is very small, which results in very low (2? X? K ) "frequencies".

이들 낮은 "주파수들"은 힐버트 변환(또는 다른 방법들) 구현들이 갖는 문제점들을 생성한다. 또한, 단지 진폭 값들(예로서,

Figure pct00009
)만이 사용된다면, 추정될 주파수들의 수는 (2π×τK) "주파수들"뿐만 아니라, 그것들의 조합들을 또한 포함할 것이다. 일반적으로, 알려지지 않은 주파수들의 수를 증가시키는 것은 초-분해능 알고리즘들의 정확도에 영향을 준다. 따라서, 다른 다중-경로(MP) 경로들로부터 DLOS 경로의 신뢰성 있는 정확한 분리는 복소 진폭 추정을 요구한다.These low "frequencies" create problems with Hilbert transform (or other methods) implementations. Also, only amplitude values (e.g.,
Figure pct00009
) Is used, the number of frequencies to be estimated will also include (2 pi x K ) "frequencies" as well as combinations thereof. In general, increasing the number of unknown frequencies affects the accuracy of the super-resolution algorithms. Thus, reliable and accurate separation of the DLOS path from other multi-path (MP) paths requires complex amplitude estimation.

다음은 다중-경로의 존재시 복소 진폭(

Figure pct00010
)을 획득하는 태스크 동안 방법 및 다중-경로 완화 프로세서 동작에 대한 설명이다. 설명이 동작의 반-이중 모드에 초점이 맞춰지지만, 그것은 전-이중 모드에 대해 쉽게 확장될 수 있다는 것을 주의하자. 동작의 단방향 모드는 반-이중 모드의 서브세트이지만, 부가적인 이벤트 동기화를 요구할 것이다. The following shows the complex amplitude (
Figure pct00010
) And a description of the multi-path mitigation processor operation. Note that while the focus is on the half-duplex mode of this operation, it should be noted that it can be easily extended for full-duplex mode. The unidirectional mode of operation is a subset of the half-duplex mode, but will require additional event synchronization.

동작의 반-이중 모드에서, 판독기(종종 "마스터"로서 불리우는) 및 태그들(또한 "슬레이브들" 또는 "타겟들"로서 불리우는)은 단지 마스터 또는 슬레이브가 임의의 주어진 시간에 송신하도록 허용하는 프로토콜에 의해 제어된다. 동작의 이러한 모드에서, 태그들(타겟 디바이스들)은 트랜스폰더(Transponder)들로서 작용한다. 태그들은 판독기(마스터 디바이스)로부터 거리 측정 신호를 수신하고, 그것을 메모리에 저장하며 그 후, 특정 시간 (지연) 후, 신호를 마스터로 다시 재-송신한다.In a half-duplex mode of operation, a reader (sometimes referred to as a " master ") and tags (also referred to as" slaves "or" targets ") merely require a master or slave to transmit at any given time . In this mode of operation, the tags (target devices) act as transponders. The tags receive the distance measurement signal from the reader (master device), store it in memory and then re-transmit the signal back to the master after a certain time (delay).

거리 측정 신호의 예가 도 1 및 도 1a에 도시된다. 대표적인 거리 측정 신호는 인접해 있는 상이한 주파수 성분들을 이용한다. 의사 랜덤을 포함하고, 주파수 및/또는 시간적으로 이격되거나 또는 직교하는, 다른 파형들이, 또한 거리 측정 신호 대역폭이 좁은 채로 있는 한 사용될 수 있다. 도 1에서, 모든 주파수 성분을 위한 지속 시간(Tf)은 거리 측정 신호 협-대역폭 속성을 획득하기에 충분히 길다.Examples of distance measurement signals are shown in Figs. 1 and 1A. Representative distance measurement signals use adjacent frequency components. Other waveforms, including pseudo-random, frequency and / or temporally spaced or orthogonal, may also be used as long as the distance measurement signal bandwidth remains narrow. In Figure 1, the duration (T f ) for all frequency components is long enough to obtain the distance measurement signal narrow-bandwidth property.

상이한 주파수 성분들을 가진 거리 측정 신호의 또 다른 변형이 도 2에 도시된다. 그것은 개개의 주파수들을 협-대역으로 만들기 위해 긴 시간대에 걸쳐 송신된 다수의 주파수들(f1, f2, f3, f4, fn)을 포함한다. 이러한 신호는 보다 효율적이지만, 그것은 광 대역폭에서 차지하고 광 대역폭 거리 측정 신호는 SNR에 영향을 주며, 이것은 결과적으로 동작 범위를 감소시킨다. 또한, 이러한 광 대역폭 거리 측정 신호는 VHF 대역 이하 주파수들 대역들에 대한 FCC 요건들을 위반할 것이다. 그러나, 특정한 애플리케이션들에서, 이러한 광-대역폭 거리 측정 신호는 기존의 신호 및 송신 프로토콜들로의 보다 용이한 통합을 허용한다. 또한, 이러한 신호는 추적-위치 찾기 시간을 감소시킨다.Another variation of the distance measurement signal with different frequency components is shown in Fig. It comprises a plurality of frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f n ) transmitted over a long period of time to make the individual frequencies narrow-band. These signals are more efficient, but they take up bandwidth and the bandwidth measurement signals affect the SNR, which in turn reduces the operating range. In addition, such a wide bandwidth distance measurement signal would violate the FCC requirements for frequencies below the VHF band. However, in certain applications, this light-bandwidth distance measurement signal allows for easier integration into existing signaling and transmission protocols. In addition, these signals reduce tracking-locating time.

이들 다중-주파수(f1, f2, f3, f4, fn) 버스트들은 또한 인접하고 및/또는 의사 랜덤이고, 주파수 및/또는 시간에서 이격되거나 또는 직교할 수 있다. The multi-frequency (f 1, f 2, f 3, f 4, f n) bursts are also adjacent and / or pseudo-random, and may be spaced or orthogonal in the frequency and / or time.

협대역 거리 측정 모드는 광 대역 거리 측정에 비교하여, 이러한 정확도가 실현될 수 있는 범위를 증가시키면서 순시적 광 대역 거리 측정의 형태로 정확도를 생성할 것이다. 이러한 성능은 고정된 송신 전력에서, 협 대역 거리 측정 신호의 수신기에서의 SNR(적절한 신호 대역폭들에서)이 광대역 거리 측정 신호의 수신기에서의 SNR보다 크기 때문에 달성된다. SNR 이득은 대략 광대역 거리 측정 신호의 총 대역폭 및 협 대역 거리 측정 신호의 각각의 채널의 대역폭의 비이다. 이것은 예를 들면, 걷거나 또는 달리는 사람과 같은, 움직이지 않으며 느리게 움직이는 타겟들에 대해, 매우 빠른 거리 측정이 요구되지 않을 때 양호한 트레이드-오프를 제공한다.Narrowband distance measurement mode will produce accuracy in the form of a momentary wideband distance measurement, increasing the range at which such an accuracy can be realized, as compared to a wideband distance measurement. This performance is achieved at a fixed transmit power, since the SNR (at the appropriate signal bandwidths) at the receiver of the narrowband distance measurement signal is greater than the SNR at the receiver of the wideband distance measurement signal. The SNR gain is approximately the ratio of the total bandwidth of the wideband distance measurement signal and the bandwidth of each channel of the narrowband distance measurement signal. This provides a good trade-off when very fast distance measurements are not required for, for example, moving and slow moving targets, such as walking or running people.

마스터 디바이스들 및 태그 디바이스들은 동일하며 마스터 또는 트랜스폰더 모드에서 동작할 수 있다. 모든 디바이스들은 데이터/원격 제어 통신 채널들을 포함한다. 디바이스들은 정보를 교환할 수 있으며 마스터 디바이스(들)는 태그 디바이스들을 원격으로 제어할 수 있다. 도 1에 묘사된 이 예에서, 마스터(즉, 판독기)의 동작 동안, 다중-경로 완화 프로세서는 태그(들)에 대한 거리 측정 신호를 발생시키며, 특정한 지연 후, 마스터/판독기는 태그(들)로부터 반복된 거리 측정 신호를 수신한다.The master devices and the tag devices are identical and can operate in master or transponder mode. All devices include data / remote control communication channels. The devices can exchange information and the master device (s) can remotely control the tag devices. In this example depicted in Figure 1, during operation of the master (i.e., reader), the multi-path mitigation processor generates a distance measurement signal for the tag (s) Lt; / RTI >

그 후, 마스터의 다중-경로 완화 프로세서는 수신된 거리 측정 신호를 원래 마스터로부터 전송된 것과 비교하며 모든 주파수 성분(fn)에 대한 진폭 및 위상의 형태로

Figure pct00011
추정치들을 결정한다. 식(3)에서,
Figure pct00012
은 단-방향 거리 측정 신호 트립에 대해 정의된다는 것을 주의하자. 실시예에서, 거리 측정 신호는 왕복을 한다. 다시 말해서, 그것은 양쪽 방향들로 이동한다: 마스터/판독기로부터 타겟/슬레이브로 및 타겟/슬레이브로부터 다시 마스터/판독기로. 따라서, 마스터에 의해 다시 수신되는 이러한 왕복 신호 복소 진폭은 다음과 같이 산출될 수 있다:The master's multi-path attenuation processor then compares the received distance measurement signal to that transmitted from the original master and generates a signal in the form of amplitude and phase for all frequency components f n
Figure pct00011
Estimates are determined. In equation (3)
Figure pct00012
Is defined for the short-direction distance measurement signal trip. In an embodiment, the distance measurement signal makes a round trip. In other words, it moves in both directions: from the master / reader to the target / slave and again from the target / slave to the master / reader. Thus, the reciprocal signal complex amplitude received again by the master can be calculated as follows:

Figure pct00013
(4)
Figure pct00013
(4)

예를 들면, 매칭 필터링(

Figure pct00014
Figure pct00015
)을 포함하여, 복소 진폭 및 위상 값들을 추정하기 위해 이용 가능한 많은 기술들이 있다. 실시예에 따르면, 복소 진폭 결정은 마스터 및/또는 태그 수신기 RSSI(수신 신호 세기 표시자) 값들로부터 도출된
Figure pct00016
값들에 기초한다. 상기 위상 값들(
Figure pct00017
)은 판독기/마스터 리턴 기저대역 거리 측정 신호 위상에 의해 수신된 것 및 원래 (즉, 판독기/마스터에 의해 전송된) 기저대역 거리 측정 신호 위상을 비교함으로써 획득된다. 또한, 마스터 및 태그 디바이스들이 독립적인 클록 시스템들을 갖기 때문에, 디바이스 동작에 대한 상세한 설명은 위상 추정 에러에 대한 클록 정확도 영향의 분석에 의해 증강된다. 상기 설명이 도시하는 바와 같이, 단-방향 진폭(
Figure pct00018
) 값들은 타겟/슬레이브 디바이스로부터 직접 획득 가능하다. 그러나, 단-방향 위상(
Figure pct00019
) 값들은 직접 측정될 수 없다. For example, matching filtering (
Figure pct00014
And
Figure pct00015
), There are many techniques available for estimating complex amplitude and phase values. According to an embodiment, the complex amplitude determination may be performed on the basis of the master and / or tag receiver RSSI (Received Signal Strength Indicator) values
Figure pct00016
Lt; / RTI > The phase values (
Figure pct00017
Is obtained by comparing the phase of the signal received by the reader / master return baseband distance measurement signal phase and the phase of the baseband distance measurement signal originally transmitted (i.e., transmitted by the reader / master). In addition, since the master and tag devices have independent clock systems, a detailed description of device operation is augmented by analysis of the clock accuracy impact on phase estimation error. As described above, the short-side amplitude (
Figure pct00018
) Values are obtainable directly from the target / slave device. However, the short-direction phase (
Figure pct00019
) Values can not be measured directly.

실시예에서, 거리 측정 기저 대역 신호는 도 1에 묘사된 것과 동일하다. 그러나, 단순화를 위해, 거리 측정 기저 대역 신호는 각각이 상이한 주파수: F1 및 F2의 코사인 또는 사인 파들의 다수의 주기들을 포함하는 단지 두 개의 주파수 성분들로 이루어진다고 여기에서 가정된다. F1=f1 및 F2=f2임을 주의하자. 제1 주파수 성분에서의 주기들의 수는 L이며 제2 주파수 성분에서의 주기들의 수는 P이다. Tf=상수에 대해, 각각의 주파수 성분이 상이한 수의 주기들을 가질 수 있기 때문에, L은 P와 같거나 또는 같지 않을 수 있다는 것을 주의하자. 또한, 각각의 주파수 성분 사이에 시간 갭이 없으며, F1 및 F2 양쪽 모두는 0과 같은 초기 위상으로부터 시작된다. In an embodiment, the distance measurement baseband signal is the same as depicted in Fig. However, for the sake of simplicity, it is assumed herein that the distance-measuring baseband signal consists of only two frequency components, each comprising a plurality of periods of cosine or sine waves of different frequencies: F 1 and F 2 . Note that F 1 = f 1 and F 2 = f 2 . The number of periods in the first frequency component is L and the number of periods in the second frequency component is P. Note that for a T f = constant, L may be equal to or not equal to P, since each frequency component may have a different number of periods. Also, there is no time gap between each frequency component, and both F 1 and F 2 start from an initial phase, such as zero.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 RF 모바일 추적 및 위치 찾기 시스템의 마스터 또는 슬레이브 유닛(태그)의 블록도들을 묘사한다. FOSC는 디바이스 시스템 클록(도 3a에서 수정 발진기(20))의 주파수를 나타낸다. 디바이스 내에서 발생된 모든 주파수들은 이러한 시스템 클록 수정 발진기로부터 발생된다. 다음의 정의들이 사용된다: M은 마스터 디바이스(유닛)이고; AM은 태그(타겟) 디바이스(유닛)이다. 태그 디바이스는 트랜스폰더 모드에서 동작하며 트랜스폰더(AM) 유닛으로서 불리운다.Figures 3a, 3b and 3c depict block diagrams of master or slave units (tags) of an RF mobile tracking and location system. F OSC represents the frequency of the device system clock (crystal oscillator 20 in FIG. 3A). All frequencies generated within the device originate from such a system clock crystal oscillator. The following definitions are used: M is the master device (unit); AM is a tag (target) device (unit). The tag device operates in transponder mode and is referred to as a transponder (AM) unit.

바람직한 실시예에서, 디바이스는 RF 프론트-엔드 및 RF 백-엔드, 기저-대역 및 다중-경로 완화 프로세서로 이루어진다. RF 백-엔드, 기저-대역 및 다중-경로 완화 프로세서는 FPGA(150)(도 3b 및 도 3c 참조)에서 구현된다. 시스템 클록 발생기(20)(도 3a 참조)는 FOSC=20MHz; 또는 ωOSC=2π×20×106에서 발진한다. 이것은 실제 디바이스들에서, 시스템 클록들 주파수들이 20MHz와 항상 같은 것은 아니기 때문에 이상적인 주파수이다:

Figure pct00020
.In a preferred embodiment, the device comprises an RF front-end and an RF back-end, a base-band and a multi-path mitigation processor. An RF back-end, base-band, and multi-path mitigation processor is implemented in FPGA 150 (see Figures 3B and 3C). System clock generator 20 (see FIG. 3A) has F OSC = 20 MHz; Or oscillation at omega OSC = 2 pi x 20 x 10 6 . This is an ideal frequency because, in real devices, the system clock frequencies are not always the same as 20 MHz:
Figure pct00020
.

Figure pct00021
임을 주의하자.
Figure pct00021
.

20 MHz 외의 FOSC 주파수들은 시스템 성능에 대한 임의의 영향 없이 사용될 수 있다는 것이 주의되어야 한다.It should be noted that F OSC frequencies other than 20 MHz can be used without any effect on system performance.

양쪽 유닛들(마스터 및 태그)의 전자 구성은 동일하며 동작들의 상이한 모드들이 소프트웨어 프로그램 가능하다. 기저 대역 거리 측정 신호는 마스터의 FPGA(150), 블록들(155 내지 180)(도 2b 참조)에 의해 디지털 포맷으로 발생된다. 그것은 각각이 상이한 주파수의 코사인 또는 사인파들의 다수의 주기들을 포함한 두 개의 주파수 성분들로 이루어진다. 처음(t=0)에, 마스터 디바이스(도 3b)에서의 FPGA(150)는 I/Q DAC들(120 및 125)을 통해 디지털 기저-대역 거리 측정 신호를 그것의 상향-변환기(50)로 출력한다. 상기 FPGA(150)는 F1 주파수로 시작하며 시간(T1) 후 T2의 지속 시간 동안 F2 주파수를 발생시키기 시작한다. The electronic configuration of both units (master and tag) is the same and the different modes of operation are software programmable. The baseband distance measurement signal is generated in digital form by the master's FPGA 150, blocks 155-180 (see FIG. 2B). It consists of two frequency components, each of which contains multiple periods of cosine or sine waves of different frequencies. At the first (t = 0), the FPGA 150 in the master device (FIG. 3B) routes the digital base-band distance measurement signal to its up-converter 50 via I / Q DACs 120 and 125 Output. The FPGA 150 starts at an F 1 frequency and begins to generate an F 2 frequency for a duration of T 2 after a time T 1 .

수정 발진기의 주파수가 20 MHz와 상이할 수 있으므로, FPGA에 의해 발생된 실제 주파수들은 F1γM 및 F2γM일 것이다. 또한, 시간(T1)은 T1βM일 것이며 T2는 T2βM일 것이다. T1, T2, F1, F2는 F1γM * T1βM=F1T1 및 F2γM * T2βM=F2T2이도록 하기 위한 것임이 또한 가정되며, 여기에서 F1T1 & F2T2 양쪽 모두는 정수들이다. 그것은 F1 및 F2의 초기 위상들이 0과 같음을 의미한다. Since the frequency of the crystal oscillator may be different from 20 MHz, the actual frequencies generated by the FPGA will be F 1 γ M and F 2 γ M. Also, the time (T 1 ) will be T 1 β M and T 2 will be T 2 β M. T 1 , T 2 , F 1 , F 2 are F 1 γ M T 1 ? M = F 1 T 1 and F 2 ? M * T 2 ? M = F 2 T 2 , where F 1 T 1 & F 2 T 2 are both integers. It means that the initial phases of F 1 and F 2 are equal to zero.

모든 주파수들이 시스템 수정 발진기(20) 클록들로부터 발생되므로, 마스터의 기저-대역 I/Q DAC(들)(120 및 125) 출력들은 다음과 같다:Since all frequencies are generated from the system crystal oscillator 20 clocks, the outputs of the master's baseband I / Q DAC (s) 120 and 125 are as follows:

Figure pct00022
Figure pct00023
, 여기에서
Figure pct00024
Figure pct00025
는 상수 계수들이다. 유사하게, 주파수 합성기(25)(믹서들(50 및 85)을 위한 LO 신호들)로부터의 출력 주파수들(TX_LO 및 RX_LO)은 상수 계수들을 통해 표현될 수 있다. 이들 상수 계수들은 마스터(M) 및 트랜스폰더(AM)에 대해 동일하며 - 차이는 각각의 디바이스의 시스템 수정 발진기(20) 클록 주파수에 있다.
Figure pct00022
And
Figure pct00023
, From here
Figure pct00024
And
Figure pct00025
Are constant coefficients. Similarly, the output frequencies TX_LO and RX_LO from the frequency synthesizer 25 (LO signals for mixers 50 and 85) may be represented by constant coefficients. These constant coefficients are the same for the master (M) and the transponder (AM) - the difference is at the system crystal oscillator (20) clock frequency of each device.

마스터(M) 및 트랜스폰더(AM)는 반-이중 모드에서 작동한다. 마스터의 RF 프론트-엔드는 직교 상향-변환기(즉, 믹서)(50)를 사용하여, 다중-경로 완화 프로세서에 의해 발생된, 기저-대역 거리 측정 신호를 상향-변환하며 이러한 상향-변환된 신호를 송신한다. 기저-대역 신호가 송신된 후, 마스터는 RF 프론트-엔트 TX/RX 스위치(15)를 사용하여 TX에서 RX 모드로 스위칭한다. 상기 트랜스폰더는 그것의 RF 프론트-엔드 믹서(85)(제1 IF를 생성하는) 및 ADC(140)(제2 IF를 생성하는)를 사용하여 수신된 신호를 수신하며 그것을 다시 하향-변환한다. The master (M) and the transponder (AM) operate in a half-duplex mode. The master RF front-end uses the quadrature up-converter (i.e., mixer) 50 to up-convert the base-band distance measurement signal generated by the multi-path mitigation processor, . After the base-band signal is transmitted, the master switches from TX to RX mode using the RF front-end TX / RX switch 15. The transponder receives the received signal using its RF front-end mixer 85 (which generates the first IF) and the ADC 140 (which generates the second IF) and down-converts it again .

그 후, 이러한 제2 IF 신호는 디지털 필터들(190)을 사용하여 트랜스폰더 RF 백-엔드에서 디지털로 필터링되며 RF 백-엔드 직교 믹서(200), 디지털 I/Q 필터들(210 및 230), 디지털 직교 발진기(220) 및 합산기(270)를 사용하여 기저-대역 거리 측정 신호로 추가로 하향-변환된다. 이러한 기저-대역 거리 측정 신호는 Ram 데이터 버스 제어기(195) 및 제어 로직(180)을 사용하여 트랜스폰더의 메모리(170)에 저장된다. This second IF signal is then digitally filtered at the transponder RF back-end using the digital filters 190 and output to the RF back-end quadrature mixer 200, the digital I / Q filters 210 and 230, The digital orthogonal oscillator 220 and the summer 270 to further down-convert to a base-band distance measurement signal. This base-band distance measurement signal is stored in the memory 170 of the transponder using the Ram data bus controller 195 and the control logic 180. [

그 다음에, 트랜스폰더는 RF 프론트-엔드 스위치(15)를 사용하여 RX에서 TX 모드로 스위칭하며, 특정한 지연(tRTX) 후, 저장된 기저-대역 신호를 재-송신하기 시작한다. 상기 지연은 AM(트랜스폰더) 시스템 클록에서 측정된다는 것을 주의하자. 따라서,

Figure pct00026
. 마스터는 트랜스폰더 송신을 수신하며 그것의 RF 백-엔드 직교 믹서(200), 디지털 I 및 Q 필터들(210 및 230), 디지털 직교 발진기(220)를 사용하여 수신된 신호를 다시 기저-대역 신호로 하향-변환한다(도 3c 참조). The transponder then switches from RX to TX mode using the RF front-end switch 15 and, after a specified delay (t RTX ), begins to re-transmit the stored baseband signal. Note that the delay is measured at the AM (transponder) system clock. therefore,
Figure pct00026
. The master receives the transponder transmissions and uses the RF back-end quadrature mixer 200, the digital I and Q filters 210 and 230, and the digital quadrature oscillator 220 to re- (See FIG. 3C).

그 후, 마스터는 다중-경로 완화 프로세서 arctan 블록(250) 및 위상 비교 블록(255)을 사용하여 수신된(즉, 복원된) 기저-대역 신호에서 F1 및 F2 사이에서의 위상 차를 산출한다. 진폭 값들은 RF 백-엔드 RSSI 블록(240)으로부터 도출된다. The master then calculates the phase difference between F 1 and F 2 in the received (i.e., recovered) baseband signal using the multi-path mitigation processor arctan block 250 and the phase comparison block 255 do. The amplitude values are derived from the RF back-end RSSI block 240.

추정 정확도를 개선하기 위해, 블록(240)으로부터의 진폭 추정치들 및 블록(255)으로부터의 위상 차 추정치들의 SNR을 개선하는 것이 항상 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 다중-경로 완화 프로세서는 거리 측정 신호 주파수 성분 지속 기간(Tf)에 걸쳐 많은 시간 인스턴스들 동안 진폭 및 위상 차 추정치들을 산출한다. 이들 값들은, 평균 내어질 때, SNR을 개선한다. SNR 개선은

Figure pct00027
에 비례하는 순서에 있을 수 있으며, 여기에서 N은 진폭 및 위상 차 값들이 취해졌을 때(즉, 결정되었을 때) 인스턴스들의 수이다.In order to improve the estimation accuracy, it is always desirable to improve the SNRs of the amplitude estimates from block 240 and the phase difference estimates from block 255. In a preferred embodiment, the multi-path mitigation processor computes amplitude and phase difference estimates for many time instances over the distance measurement signal frequency component duration ( Tf ). These values improve the SNR when averaged. The SNR improvement
Figure pct00027
, Where N is the number of instances when the amplitude and phase difference values are taken (i.e., determined).

SNR 개선에 대한 또 다른 접근법은 시간대에 걸쳐 매칭 필터 기술들을 적용함으로써 진폭 및 위상 차 값들을 결정하는 것이다. 그렇지만, 또 다른 접근법은 I/Q 형태로 원래(즉, 마스터/판독기에 의해 전송된) 기저-대역 거리 측정 신호 주파수 성분들에 대하여 주기(T≤Tf)에 걸쳐 그것들을 샘플링하고 통합함으로써 수신된(즉, 반복된) 기저 대역 거리 측정 신호 주파수 성분들의 위상 및 진폭을 추정하는 것일 것이다. 통합은 I/Q 포맷으로 진폭 및 위상의 다수의 인스턴스들의 평균화의 결과를 가진다. 그 후, 위상 및 진폭 값들은 I/Q 포맷에서

Figure pct00028
Figure pct00029
포맷으로 변환될 수 있다. Another approach to SNR improvement is to determine amplitude and phase difference values by applying matching filter techniques over time. However, another approach is to sample and integrate them over a period (T < / RTI > T f ) for the base-band ranging signal frequency components originally (i.e., transmitted by the master / reader) in I / (I.e., repeated) baseband ranging signal frequency components. Integration has the result of averaging multiple instances of amplitude and phase in I / Q format. The phase and amplitude values are then stored in I / Q format
Figure pct00028
And
Figure pct00029
Format.

t=0에서 마스터의 다중-경로 프로세서 제어 하에서 마스터 기저-대역 프로세서(FPGA(150)에서 양쪽 모두)는 기저-대역 거리 측정 시퀀스를 시작한다고 가정하자.Assume that the master baseband processor (both at FPGA 150) under the master's multi-path processor control at t = 0 starts a base-band distance measurement sequence.

Figure pct00030
,
Figure pct00030
,

여기에서

Figure pct00031
.From here
Figure pct00031
.

마스터의 DAC(들)(120 및 125) 출력들에서의 위상은 다음과 같다:The phase at the DAC (s) 120 and 125 outputs of the master is:

Figure pct00032
Figure pct00032

DAC들(120 및 125)은 시스템 클록에 의존하지 않는 내부 전파 지연(

Figure pct00033
)을 갖는다는 것을 주의하자.The DACs 120 and 125 are coupled to an internal propagation delay (< RTI ID = 0.0 >
Figure pct00033
). ≪ / RTI >

유사하게, 송신기 회로 구성요소들(15, 30, 40, 및 50)은 시스템 클록에 의존하지 않는 부가적인 지연(

Figure pct00034
)을 도입할 것이다.Similarly, the transmitter circuit components 15,30, 40, and 50 may provide additional delay (e.g.,
Figure pct00034
).

그 결과, 마스터에 의해 송신된 RF 신호의 위상은 다음과 같이 산출될 수 있다:As a result, the phase of the RF signal transmitted by the master can be calculated as follows:

Figure pct00035
Figure pct00035

마스터(M)로부터의 RF 신호는 마스터 및 태그 사이에서의 다중-경로 현상들의 함수인 위상 시프트(

Figure pct00036
)를 경험한다.The RF signal from the master M is phase shifted as a function of the multi-path phenomena between the master and the tag
Figure pct00036
).

Figure pct00037
값들은 송신된 주파수들, 예로서 F1 및 F2에 의존한다. 트랜스폰더(AM) 수신기는 수신기의 RF 부분의 제한된(즉, 좁은) 대역폭 때문에 각각의 경로를 분해할 수 없다. 따라서, 특정한 시간, 예를 들면 1 마이크로초(~300미터의 플라이트에 상응하는) 후, 모든 반사된 신호들이 수신기 안테나에 도착하였을 때, 다음의 공식들이 적용된다:
Figure pct00037
The values are dependent on the transmitted frequencies, for example F 1 and F 2 . Transponder (AM) receivers can not decompose each path because of the limited (i.e., narrow) bandwidth of the RF portion of the receiver. Therefore, when all the reflected signals arrive at the receiver antenna after a certain time, for example 1 microsecond (corresponding to a flight of ~ 300 meters), the following formulas apply:

Figure pct00038
Figure pct00038

제1 하향 변환기에서의 AM(트랜스폰더) 수신기, 요소(85), 출력, 예로서 제1 IF에서, 신호의 위상은 다음과 같다:At the AM (transponder) receiver, element 85, output, e.g., the first IF, in the first down-converter, the phase of the signal is:

Figure pct00039
Figure pct00039

수신기 RF 섹션(요소들(15 및 60 내지 85))에서의 전파 지연(

Figure pct00040
)은 시스템 클록에 의존하지 않는다는 것을 주의하자. RF 프론트-엔드 필터들 및 증폭기들(요소들(95 내지 110 및 125))을 통과한 후, 제1 IF 신호는 RF 백-엔드 ADC(140)에 의해 샘플링된다. ADC(140)는 입력 신호(예로서, 제1 IF)를 언더-샘플링한다는 것이 가정된다. 따라서, ADC는 또한 제2 IF를 생성하는 하향-변환기처럼 동작한다. 제1 IF 필터들, 증폭기들 및 ADC는 전파 지연 시간을 부가한다. ADC 출력(제2 IF)에서:The propagation delays in the receiver RF section (elements 15 and 60 through 85)
Figure pct00040
) Does not depend on the system clock. After passing through the RF front-end filters and amplifiers (elements 95-110 and 125), the first IF signal is sampled by the RF back-end ADC 140. It is assumed that the ADC 140 under-samples the input signal (e.g., the first IF). Thus, the ADC also operates as a down-converter that generates a second IF. The first IF filters, amplifiers and ADC add propagation delay time. At the ADC output (2nd IF):

Figure pct00041
Figure pct00041

FPGA(150)에서, 제2 IF 신호(ADC 출력으로부터)는 RF 백-엔드 디지털 필터들(190)에 의해 필터링되며 제3 하향-변환기(즉, 직교 믹서(200), 디지털 필터들(230 및 210) 및 디지털 직교 발진기(220))에 의해 기저-대역 거리 측정 신호로 다시 추가로 하향-변환되고, 합산기(270)에서 합산되며 상기 메모리(170)에 저장된다. 제3 하향-변환기 출력(즉, 직교 믹서)에서:At the FPGA 150, the second IF signal (from the ADC output) is filtered by the RF back-end digital filters 190 and the third down-converter (i.e., the quadrature mixer 200, the digital filters 230, Converted to a base-band distance measurement signal again by a digital orthogonal oscillator (e.g., digital orthogonal oscillator 210 and digital orthogonal oscillator 220), summed in a summer 270 and stored in the memory 170. In a third down-converter output (i.e., an orthogonal mixer):

Figure pct00042
Figure pct00042

Figure pct00043
Figure pct00043

FIR 섹션(190)에서의 전파 지연(

Figure pct00044
)은 시스템 클록에 의존하지 않는다는 것을 주의하자.The propagation delay in the FIR section 190
Figure pct00044
) Does not depend on the system clock.

RX->TX 지연 후, 마스터(M)로부터 저장된(메모리(170)에) 기저-대역 거리 측정 신호가 재송신된다. RX->TX 지연(

Figure pct00045
)임을 주의하자.After the RX- > TX delay, the base-band distance measurement signal stored in the memory (M 170) is retransmitted. RX-> TX delay (
Figure pct00045
).

Figure pct00046
Figure pct00046

Figure pct00047
Figure pct00047

트랜스폰더로부터의 신호가 마스터(M)의 수신기 안테나에 도달할 때까지, 트랜스폰더(AM)로부터의 RF 신호는 다중-경로의 함수인 또 다른 위상 시프트(

Figure pct00048
)를 경험한다. 상기 논의된 바와 같이, 이러한 위상 시프트는 모든 반사된 신호들이 마스터의 수신기 안테나에 도착하였을 때 특정한 시간대 후 발생한다:Until the signal from the transponder reaches the receiver antenna of the master (M), the RF signal from the transponder (AM) is another phase shift
Figure pct00048
). As discussed above, this phase shift occurs after a certain period of time when all the reflected signals arrive at the master's receiver antenna:

Figure pct00049
Figure pct00049

Figure pct00050
Figure pct00050

마스터 수신기에서, 트랜스폰더로부터의 신호는 트랜스폰더 수신기에서와 동일한 하향-변환 프로세스를 겪는다. 결과는 원래 마스터에 의해 전송된 복원된 기저-대역 거리 측정 신호이다.At the master receiver, the signal from the transponder undergoes the same down-conversion process as at the transponder receiver. The result is a reconstructed base-band distance measurement signal originally transmitted by the master.

제1 주파수 성분(F1)에 대해:For the first frequency component F 1 :

Figure pct00051
Figure pct00051

제2 주파수 성분(F2)에 대해:For the second frequency component F2:

Figure pct00052
Figure pct00052

치환들:Substitutions:

Figure pct00053
Figure pct00053

여기에서 TD_M-AM은 마스터(M) 및 트랜스폰더(AM) 회로로부터의 전파 지연이다.Where T D_M-AM is the propagation delay from the master (M) and transponder (AM) circuits.

Figure pct00054
Figure pct00054

여기에서:

Figure pct00055
은 시간(t=0)에서, ADC(들)를 포함하여, 마스터(M) 및 트랜스폰더(AM) 주파수 믹서들로부터의, LO 위상 시프트이다.From here:
Figure pct00055
Is the LO phase shift from the master (M) and transponder (AM) frequency mixers, including the ADC (s), at time (t = 0).

또한:

Figure pct00056
Also:
Figure pct00056

제1 주파수 성분(F1)에 대해:For the first frequency component F1:

Figure pct00057
Figure pct00057

제1 주파수 성분(F1) 계속:The first frequency component F1 continues:

Figure pct00058
Figure pct00058

제2 주파수 성분(F2):Second frequency component F2:

Figure pct00059
Figure pct00059

제2 주파수 성분(F2) 계속:Second frequency component (F2) continued:

Figure pct00060
Figure pct00060

추가 치환:Additional substitutions:

Figure pct00061
Figure pct00061

여기에서 α는 상수이다.Where α is a constant.

그 후, 최종 위상 식은:Thereafter, the final phase equation is:

Figure pct00062
(5)
Figure pct00062
(5)

식(5)로부터:From equation (5):

Figure pct00063
Figure pct00063

여기에서 i=2, 3, 4 ........; 및

Figure pct00064
Figure pct00065
와 같다.Where i = 2, 3, 4 ........; And
Figure pct00064
The
Figure pct00065
.

예를 들면, 시간 인스턴스들(t1 및 t2)에서의 차이(

Figure pct00066
):For example, the difference in time instances t1 and t2 (
Figure pct00066
):

Figure pct00067
Figure pct00067

Figure pct00068
차이를 찾기 위해, 우리는
Figure pct00069
을 알 필요가 있다:
Figure pct00068
To find the difference, we
Figure pct00069
You need to know:

Figure pct00070
Figure pct00070

여기에서

Figure pct00071
Figure pct00072
은 루프-백 모드에 디바이스들을 둠으로써 측정되는 마스터(M) 및 트랜스폰더(AM) TX 및 RX 회로들을 통한 전파 지연들이다. 마스터 및 트랜스폰더 디바이스들은 자동으로
Figure pct00073
Figure pct00074
을 측정할 수 있으며; 우리는 또한 tRTX 값을 안다.From here
Figure pct00071
And
Figure pct00072
Are propagation delays through the master (M) and transponder (AM) TX and RX circuits measured by placing devices in a loop-back mode. Master and transponder devices automatically
Figure pct00073
And
Figure pct00074
Can be measured; We also know the t RTX value.

공식들 및 tRTX 값으로부터, TD_M-AM이 결정될 수 있으며 결과적으로, 주어진 t1, 및 t2에 대해,

Figure pct00075
값이 다음과 같이 발견될 수 있다:From the formulas and the t RTX value, T D - M - AM can be determined and consequently for given t 1 and t 2 ,
Figure pct00075
The value can be found as follows:

Figure pct00076
Figure pct00076

Figure pct00077
Figure pct00077

Figure pct00078
(6)
Figure pct00078
(6)

또는,

Figure pct00079
을 가정하면:or,
Figure pct00079
Assuming:

Figure pct00080
(6A)
Figure pct00080
(6A)

식(6)으로부터, 동작 주파수(들)에서, 거리 측정 신호(들) 복소 진폭 값들이 리턴된 기저-대역 거리 측정 신호를 프로세싱하는 것으로부터 발견될 수 있다는 결론이 내려질 수 있다.From equation (6), it can be concluded that at the operating frequency (s), the distance measurement signal (s) complex amplitude values can be found from processing the returned base-band distance measurement signal.

초기 위상 값(

Figure pct00081
)은 서브스페이스 알고리즘들이 일정한 위상 오프셋에 민감하지 않기 때문에 0과 같은 것으로 추정될 수 있다. 필요하다면,
Figure pct00082
값(위상 초기 값)은 여기에 전체적으로 참조로서 통합된, 미국 특허 번호 제7,561,048호에 설명된 바와 같이 협-대역폭 거리 측정 신호 방법을 사용하여 TOA(도착 시간)을 결정함으로써 발견될 수 있다. 이러한 방법은
Figure pct00083
과 같은, 거리 측정 신호 왕복 지연을 추정하며,
Figure pct00084
값은 다음의 식으로부터 발견될 수 있다:The initial phase value (
Figure pct00081
) Can be estimated to be equal to 0 since the subspace algorithms are not sensitive to a constant phase offset. If you need,
Figure pct00082
The value (phase initial value) can be found by determining the TOA (arrival time) using the narrow-bandwidth distance measurement signal method as described in U.S. Patent No. 7,561,048, incorporated herein by reference in its entirety. This method
Figure pct00083
And estimates the round trip delay of the distance measurement signal,
Figure pct00084
The value can be found from the following equation:

Figure pct00085
,
Figure pct00085
,

또는:or:

Figure pct00086
Figure pct00086

바람직한 실시예에서, 리턴된 기저-대역 거리 측정 신호 위상 값들(

Figure pct00087
)은 다중-경로 프로세서의 arctan 블록(250)에 의해 산출된다. SNR을 개선하기 위해, 다중-경로 완화 프로세서 위상 비교 블록(255)은 식(6A)을 사용하여 많은 인스턴스들(n(n=2, 3, 4 ............)에 대한
Figure pct00088
을 산출하며, 그 후 SNR을 개선하기 위해 그것들의 평균을 낸다.
Figure pct00089
을 주의하자.In the preferred embodiment, the returned base-band distance measurement signal phase values (
Figure pct00087
Is computed by the arctan block 250 of the multi-path processor. To improve the SNR, the multi-path mitigation processor phase comparison block 255 computes a number of instances n (n = 2, 3, 4 ...) using equation (6A). ) For
Figure pct00088
, And then averages them to improve the SNR.
Figure pct00089
Be careful.

식 5 및 식 6으로부터, 복원된(즉, 수신된) 기저-대역 거리 측정 신호가 마스터에 의해 전송된 원래 기저-대역 신호와 동일한 주파수를 가진다는 것이 분명해진다. 따라서, 마스터(M) 및 트랜스폰더(AM) 시스템 클록들이 상이할 수 있다는 사실에도 불구하고 주파수 변환은 없다. 기저-대역 신호는, 각각의 구성요소가 사인 곡선의 다수의 주기들로 이루어지는, 여러 개의 주파수 성분들로 이루어지기 때문에, 대응하는 원래(즉, 마스터에 의해 전송된) 기저-대역 신호 개개의 주파수 성분을 갖고 수신된 기저-대역 신호 개개의 구성요소 주파수를 샘플링하며 주기(T≤Tf)에 걸쳐 결과 신호를 통합함으로써 수신된 거리 측정 신호의 위상 및 진폭을 추정하는 것이 또한 가능하다. From equations 5 and 6 it becomes apparent that the recovered (i.e., received) base-band distance measurement signal has the same frequency as the original base-band signal transmitted by the master. Thus, despite the fact that the master (M) and transponder (AM) system clocks may be different, there is no frequency translation. Since the base-band signal is composed of several frequency components, each component consisting of multiple periods of a sinusoid, the frequency of the respective original (i.e., transmitted by the master) It is also possible to estimate the phase and amplitude of the received distance measurement signal by sampling the component frequencies of each received base-band signal with components and integrating the resulting signal over a period (T < = T f ).

이러한 동작은 I/Q 포맷으로 수신된 거리 측정 신호의 복소 진폭 값들(

Figure pct00090
)을 발생시킨다. 마스터에 의해 전송된 각각의 기저-대역 신호 개개의 주파수 성분은 시간이 TD_M-AM만큼 시프트되어야 한다는 것을 주의하자. 통합 동작은 진폭 및 위상(예로서, SNR을 증가시키는)의 다수의 인스턴스들의 평균을 낸 결과를 생성한다. 위상 및 진폭 값들은 I/Q 포맷에서
Figure pct00091
Figure pct00092
포맷으로 변환될 수 있다는 것을 주의하자. This operation may be performed using complex amplitude values of the distance measurement signal received in I / Q format (
Figure pct00090
). Note that the frequency components of each base-band signal transmitted by the master SHOULD be shifted in time by TD D-AM . The aggregate operation produces a result that averages multiple instances of amplitude and phase (e.g., increasing SNR). The phase and amplitude values are stored in the I / Q format
Figure pct00091
And
Figure pct00092
Format. ≪ / RTI >

샘플링하고, T≤Tf의 주기에 걸쳐 통합하며 I/Q 포맷에서

Figure pct00093
Figure pct00094
포맷으로의 후속 변환의 이러한 방법은 도 3c에서 위상 비교 블록(255)에서 구현될 수 있다. 따라서, 블록의 255 설계 및 구현에 의존하여, 식 (5)에 기초한, 바람직한 실시예의 방법, 또는 이 섹션에 설명된, 대안적인 방법이 사용될 수 있다.Sampled, integrated over a period of T < = T f ,
Figure pct00093
And
Figure pct00094
This method of subsequent conversion into a format can be implemented in the phase comparison block 255 in Figure 3c. Thus, depending on the design and implementation of block 255, the method of the preferred embodiment, based on equation (5), or an alternative method described in this section, can be used.

거리 측정 신호 대역폭이 좁지만, 주파수 차이(fn - fl)는 비교적 클 수 있으며, 예를 들면, 대략 수 메가헤르츠이다. 그 결과, 수신기의 대역폭은 fl:fn 거리 측정 신호 주파수들 구성요소들의 모두를 전달하기에 충분히 넓게 유지되어야 한다. 이러한 넓은 수신기 대역폭은 SNR에 영향을 준다. 수신기 유효 대역폭을 감소시키며 SNR을 개선하기 위해, 수신된 거리 측정 신호 기저-대역 주파수 성분들은 수신된 기저-대역 거리 측정 신호의 각각의 개개의 주파수 성분에 대해 동조된 디지털 협 대역폭 필터들에 의해 FPGA(150)에서 RF 백-엔드 프로세서에 의해 필터링될 수 있다. 그러나, 이러한 다수의 디지털 필터들(필터들의 수는 개개의 주파수 성분들의 수(n)와 같다)은 FPGA 리소스들에 대한 부가적인 부담을 줘서, 그것의 비용, 크기 및 전력 소비를 증가시킨다. Although the distance measurement signal bandwidth is narrow, the frequency difference (f n - f l ) can be relatively large, e.g., approximately several megahertz. As a result, the bandwidth of the receiver should be kept wide enough to carry all of the components of the f l : f n distance measurement signal frequencies. This wide receiver bandwidth affects SNR. In order to reduce the receiver effective bandwidth and improve the SNR, the received distance measurement signal base-band frequency components are transformed by digital narrow-bandwidth filters tuned for each individual frequency component of the received base- May be filtered by the RF back-end processor at block 150. However, these multiple digital filters (the number of filters being equal to the number n of individual frequency components) add additional burden to the FPGA resources, thereby increasing its cost, size and power consumption.

바람직한 실시예에서, 단지 두 개의 협 대역폭 디지털 필터들만이 사용된다: 하나의 필터는 항상 f1 주파수 성분에 대해 동조되며 다른 필터는 모든 다른 주파수들 구성요소들(f2:fn)에 대해 동조될 수 있다. 거리 측정 신호의 다수의 인스턴스들이 마스터에 의해 전송된다. 각각의 인스턴스는 단지 두 개의 주파수들(f1:f2;f1:f3.....;fi.....;f1:fn)로 이루어진다. 유사한 전략들이 또한 가능하다.In the preferred embodiment, only two narrow bandwidth digital filters are used: one filter is always tuned for the f 1 frequency component and the other filter is tuned for all other frequency components f 2 : f n . . Multiple instances of the distance measurement signal are transmitted by the master. Each instance consists of only two frequencies (f 1 : f 2 ; f 1 : f 3 .....; f i .....; f 1 : f n ). Similar strategies are also possible.

주파수 합성기들을 조정함으로써, 예로서 KSYN를 변경함으로써 기저-대역 거리 측정 신호 구성요소들을 주파수 성분들의 나머지를 발생시키는 단지 두 개(또는 심지어 하나)로 유지하는 것이 또한 전적으로 가능하다는 것을 주의하자. 상향 변환기들 및 하향 변환기들 믹서들에 대한 LO 신호들은 직접 디지털 합성(DDS) 기술을 사용하여 발생되는 것이 바람직하다. 고 VHF 대역 주파수들에 대해, 이것은 트랜시버/FPGA 하드웨어에 대한 바람직하지 않은 부담을 줄 수 있다. 그러나, 하위 주파수들에 대해, 이것은 유용한 접근법일 수 있다. 아날로그 주파수 합성기들이 또한 사용될 수 있지만, 주파수가 변경된 후 결정하는데 부가적인 시간이 걸릴 수 있다. 또한, 아날로그 합성기들의 경우에, 동일한 주파수에서 두 개의 측정들이 아날로그 합성기의 주파수를 변경한 후 생길 수 있는 위상 오프셋을 소거하기 위해 이루어져야 할 것이다. Note that by adjusting the frequency synthesizers, it is also entirely possible to keep the base-band ranging signal components at only two (or even one) generating the remainder of the frequency components by changing K SYN as an example. Upconverters and Downconverters The LO signals for the mixers are preferably generated using direct digital synthesis (DDS) techniques. For high VHF band frequencies, this can give an undesirable burden to the transceiver / FPGA hardware. However, for lower frequencies, this may be a useful approach. Analog frequency synthesizers can also be used, but may take additional time to determine after the frequency has changed. Also, in the case of analog synthesizers, two measurements at the same frequency must be made to cancel the phase offset that may occur after changing the frequency of the analog synthesizer.

상기 식들에서 사용되는 실제 TD_M-AM은 양쪽 모두: 마스터(M) 및 트랜스폰더(AM) 시스템 클록들에서 측정되며, 예로서 TLB _AM 및 tRTX가 트랜스폰더(AM) 클록들에서 카운팅되며 TLB _M은 마스터(M) 클록에서 카운팅된다. 그러나,

Figure pct00095
이 산출될 때, 양쪽: TLB _AM 및 tRTX는 마스터(M) 클록에서 측정(카운팅)된다. 이것은 에러를 도입한다:The actual TD_M-AM used in the above equations is measured in both the master (M) and transponder (AM) system clocks, for example T LB _AM and t RTX are counted in the transponder (AM) T LB _M is counted at the master (M) clock. But,
Figure pct00095
T LB _AM and t RTX are measured (counted) at the master (M) clock. This introduces an error:

Figure pct00096
(7)
Figure pct00096
(7)

위상 추정 에러(7)는 정확도에 영향을 준다. 그러므로, 이러한 에러를 최소화하는 것이 필요하다. βMAM이면, 다시 말해서, 모든 마스터(들) 및 트랜스폰더들(태그들) 시스템 클록들이 동기화되면, tRTX 시간으로부터의 기여가 제거된다. Phase estimation error (7) affects accuracy. Therefore, it is necessary to minimize such errors. If β M = β AM , in other words, if all the master (s) and transponders (tags) system clocks are synchronized, the contribution from t RTX time is eliminated.

바람직한 실시예에서, 마스터 및 트랜스폰더 유닛들(디바이스들)은 디바이스들 중 임의의 것과 클록들을 동기화할 수 있다. 예를 들면, 마스터 디바이스는 기준으로서 작용할 수 있다. 클록 동기화는 원격 제어 통신 채널을 사용함으로써 실현되며, 그에 의해 FPGA(150) 제어 하에서, 온도 보상 수정 발진기(TCXO)(20)의 주파수가 조정된다. 주파수 차이는 선택된 트랜스폰더 디바이스가 캐리어 신호를 송신하는 동안 마스터 디바이스의 합산기(270)의 출력에서 측정된다. In a preferred embodiment, the master and transponder units (devices) can synchronize clocks with any of the devices. For example, a master device may act as a reference. Clock synchronization is realized by using a remote control communication channel, whereby under the control of the FPGA 150, the frequency of the temperature compensated crystal oscillator (TCXO) 20 is adjusted. The frequency difference is measured at the output of the master device's summer 270 while the selected transponder device transmits the carrier signal.

그 후, 마스터는 TCXO 주파수를 증가/감소시키기 위해 명령을 트랜스폰더에 전송한다. 이러한 절차는 합산기(270) 출력에서 주파수를 최소화함으로써 보다 큰 정확도를 달성하기 위해 수 회 반복될 수 있다. 이상적인 경우에, 합산기(270) 출력에서의 주파수는 0과 같게 되어야 한다는 것을 주의하자. 대안적인 방법은 주파수 차이를 측정하며 트랜스폰더의 TCXO 주파수를 조정하지 않고 추정된 위상의 교정을 한다는 것이다. The master then sends a command to the transponder to increase / decrease the TCXO frequency. This procedure may be repeated several times to achieve greater accuracy by minimizing the frequency at the summer 270 output. Note that in an ideal case, the frequency at the output of the summer 270 should be equal to zero. An alternative is to measure the frequency difference and calibrate the estimated phase without adjusting the TCXO frequency of the transponder.

βMAM이 상당히 감소될 수 있지만, βM≠1일 때 위상 추정 에러가 있다. 이 경우에, 에러의 마진은 기준 디바이스(보통 마스터(M)) 클록 발생기의 장기 안정성에 의존한다. 또한, 클록 동기화의 프로세스는 특히 필드에서의 다수의 유닛들을 갖고, 상당한 양의 시간이 걸릴 수 있다. 동기화 프로세스 동안, 추적-위치 찾기 시스템은 부분적으로 또는 완전히 동작 가능하지 않게 되며, 이것은 시스템 준비도 및 성능에 부정적인 영향을 준다. 이 경우에, 트랜스폰더의 TCXO 주파수 조정을 요구하지 않는 상기 언급된 방법이 선호된다.? M- ? AM can be significantly reduced, but there is a phase estimation error when? M ? 1. In this case, the margin of error depends on the long term stability of the reference device (usually the master (M)) clock generator. Also, the process of clock synchronization has a large number of units, especially in the field, and can take a considerable amount of time. During the synchronization process, the tracking-locating system becomes partially or completely inoperable, which negatively impacts system readiness and performance. In this case, the above-mentioned method which does not require the TCXO frequency adjustment of the transponder is preferred.

상업적으로 이용 가능한(규격품) TCXO 구성요소들은 높은 정도의 정확도 및 안정성을 가진다. 구체적으로, GPS 상용 애플리케이션들에 대한 TCXO 구성요소들은 매우 정확하다. 이들 디바이스들을 갖고, 위치 찾기 정확도에 대한 위상 에러 영향은 주파수 클록 동기화에 대한 요구 없이 1미터보다 적을 수 있다. Commercially available (off-the-shelf) TCXO components have a high degree of accuracy and stability. Specifically, the TCXO components for GPS commercial applications are very accurate. With these devices, the phase error effect on the latitude accuracy can be less than one meter without the need for frequency clock synchronization.

협 대역폭 거리 측정 신호 다중-경로 완화 프로세서가 리턴된 협 대역폭 거리 측정 신호 복소 진폭(

Figure pct00097
)을 획득한 후, 추가 프로세싱(즉, 초-분해능 알고리즘들의 실행)이 다중-경로 완화 프로세서의 일부인, 소프트웨어-기반 구성요소에서 구현된다. 이러한 소프트웨어 구성요소는 FPGA(150)(도시되지 않음)에 내장되는 마스터(판독기) 호스트 컴퓨터 CPU 및/또는 마이크로프로세서에서 구현될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 다중-경로 완화 알고리즘(들) 소프트웨어 구성요소는 마스터 호스트 컴퓨터 CPU에 의해 실행된다. Narrow bandwidth distance measurement signal Multipath path mitigation The processor returns the narrowband distance measurement signal complex amplitude (
Figure pct00097
), And then the additional processing (i.e., the execution of the super-resolution algorithms) is implemented in a software-based component that is part of a multi-path mitigation processor. Such software components may be implemented in a master (reader) host computer CPU and / or microprocessor embedded in an FPGA 150 (not shown). In a preferred embodiment, the multi-path mitigation algorithm (s) software component is executed by the master host computer CPU.

초-분해능 알고리즘(들)은 (2π×τK) "주파수들"의 추정치, 예로서 τK 값들을 생성한다. 최종 단계에서, 다중-경로 완화 프로세서는 최소 값(즉, DLOS 지연 시간)을 가진 τ를 선택한다.The super-resolution algorithm (s) generates an estimate, e.g.,? K values, of (2? X? K ) "frequencies". In the final stage, the multi-path mitigation processor selects < RTI ID = 0.0 ># with < / RTI > the minimum value (i.

거리 측정 신호 협 대역폭 요건들이 다소 완화된 특정한 경우들에서, DLOS 경로는 연속(시간적으로) 처프(chirp)를 이용함으로써 MP 경로들로부터 분리될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이러한 연속 처프는 선형 주파수 변조(Linear Frequency Modulation; LFM)이다. 그러나, 다른 처프 파형들이 또한 사용될 수 있다. In certain cases where the distance measurement signal narrow bandwidth requirements are somewhat relaxed, the DLOS path may be separated from the MP paths by using a continuous (temporal) chirp. In a preferred embodiment, this continuous chirp is Linear Frequency Modulation (LFM). However, other chirp waveforms may also be used.

다중-경로 완화 프로세서 제어 하에서, B의 대역폭 및 T의 지속 기간을 가진 처프가 송신된다고 가정하자. 그것은 초당

Figure pct00098
라디안의 처프 레이트를 제공한다. 다수의 처프들이 송신되며 다시 수신된다. 처프 신호들은 동일한 위상에서 시작된 각각의 처프를 갖고 디지털로 발생된다는 것을 주의하자.Under multi-path mitigation processor control, assume that a chirp with a bandwidth of B and a duration of T is transmitted. It is per second
Figure pct00098
Provides radian chirp rate. A number of chirps are transmitted and received again. Note that the chirp signals are digitally generated with each chirp starting at the same phase.

다중-경로 프로세서에서, 각각의 수신된 단일 처프는 리턴된 처프가 관심 영역의 중간으로부터 오도록 정렬된다.In a multi-path processor, each received single chirp is aligned so that the returned chirp comes from the middle of the region of interest.

처프 파형 식은:The chirp waveform is:

Figure pct00099
이며, 여기에서 ω0은 0<t<T에 대한 초기 주파수이다.
Figure pct00099
Where ω 0 is the initial frequency for 0 <t <T.

단일 지연 왕복 τ, 예로서 무 다중-경로에 대해, 리턴된 신호(처프)는 s(t-τ)이다.For a single delayed round trip τ, for example a multi-path, the returned signal (chirp) is s (t-τ).

다중-경로 완화 프로세서는 그 후 원래 송신된 처프와 복소 공액 혼합을 수행함으로써 s(t-τ)을 "디램핑(deramping)"한다. 결과 신호는 복소 정현파이다:The multi-path mitigation processor then "deramps " s (t-tau) by performing complex conjugate mixing with the original transmitted chirp. The resulting signal is a complex sinusoid:

Figure pct00100
(8)
Figure pct00100
(8)

여기에서

Figure pct00101
는 진폭이며 2βτ은 주파수 및 0≤t≤T이다. 마지막 항은 위상이며 그것은 무시해도 될 정도임을 주의하자.From here
Figure pct00101
2? T is the frequency and 0? T? T. Note that the last term is phase and it is negligible.

다중-경로의 경우에, 합성 디램핑 신호는 다수의 복소 정현파들로 이루어진다:In the case of a multi-path, the composite demodulating signal consists of a number of complex sinusoids:

Figure pct00102
(9)
Figure pct00102
(9)

여기에서 L은, DLOS 경로 및 0≤t≤T을 포함한, 거리 측정 신호 경로들의 수이다. Where L is the number of distance measurement signal paths, including the DLOS path and 0? T? T.

다수의 처프들이 송신되고 프로세싱된다. 각각의 처프는 상기 설명된 바와 같이 개별적으로 처리되고/프로세싱된다. 그 후, 다중-경로 완화 프로세서는 개개의 처프 프로세싱의 결과들을 어셈블리한다:Multiple chunks are transmitted and processed. Each chirp is individually processed and / or processed as described above. The multi-path mitigation processor then assembles the results of the individual chirp processing:

Figure pct00103
(10)
Figure pct00103
(10)

여기에서 N은 처프들의 수이고,

Figure pct00104
는 두 개의 연속 처프들 사이에서의 데드 시간 구역이고; 2βτk는 인공 지연 "주파수들"이다. 다시, 가장 흥미로운 것은 최저 "주파수"이며, 이것은 DLOS 경로 지연에 대응한다. Where N is the number of chirps,
Figure pct00104
Is the dead time zone between two successive chirps; 2βτ k is the "frequency" artificial delay. Again, the most interesting is the lowest "frequency &quot;, which corresponds to the DLOS path delay.

식(10)에서,

Figure pct00105
은 때로는 복소 정현파들의 합의 N개의 샘플들로서 여겨질 수 있다:In equation (10)
Figure pct00105
Can sometimes be thought of as N samples of the sum of the complex sinusoids:

Figure pct00106
Figure pct00106

따라서, 샘플들의 수는 N의 배수, 예로서 αN;α=1, 2, .....일 수 있다. Thus, the number of samples may be a multiple of N, e.g., α N; α = 1, 2,.

식(10)으로부터, 다중-경로 완화 프로세서는 추가 프로세싱(즉, 초-분해능 알고리즘들의 실행)에 사용되는 시간 도메인에서의 αN개의 복소 진폭 샘플들을 생성한다. 이러한 추가 프로세싱은 다중-경로 완화 프로세서의 일부인, 소프트웨어 구성요소에서 구현된다. 이러한 소프트웨어 구성요소는 마스터(판독기) 호스트 컴퓨터 CPU에 의해 및/또는 FPGA(150)(도시되지 않음)에 내장되는 마이크로프로세서에 의해, 또는 양쪽 모두에 의해 실행될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 다중-경로 완화 알고리즘(들) 소프트웨어는 마스터 호스트 컴퓨터 CPU에 의해 실행된다. From equation (10), the multi-path mitigation processor generates alpha N complex amplitude samples in the time domain used for further processing (i.e., execution of super-resolution algorithms). This additional processing is implemented in a software component that is part of a multi-path mitigation processor. These software components may be executed by a master (reader) host computer CPU and / or by a microprocessor embedded in the FPGA 150 (not shown), or both. In a preferred embodiment, the multi-path mitigation algorithm (s) software is executed by the master host computer CPU.

초-분해능 알고리즘(들)은 2βτk "주파수들"의 추정치, 예로서, τk 값들을 생성한다. 최종 단계에서, 다중-경로 완화 프로세서는 최소 값, 즉 DLOS 지연 시간을 가진 τ을 선택한다. Super-resolution algorithm (s) is an estimate, for a 2βτ k "frequencies" and generates the value τ k. In the final stage, the multi-path mitigation processor selects a value with a minimum value, i.e., DLOS delay time.

설명은, 초-분해능 알고리즘들에 대한 대안으로서 작용할 수 있는, "한계값 기술(threshold technique)"로 불리우는, 특수한 프로세싱 방법에 대해 주어질 것이다. 다시 말해서, 그것은 인위적으로 발생된 합성의 보다 넓은 대역폭 거리 측정 신호를 사용하여 다른 MP 경로들로부터 DLOS 경로를 구별하는데 신뢰성 및 정확도를 강화하기 위해 사용된다.The description will be given to a specific processing method, referred to as the " threshold technique, " which may serve as an alternative to the super-resolution algorithms. In other words, it is used to enhance reliability and accuracy in distinguishing DLOS paths from other MP paths using artificially generated composite wider bandwidth distance measurement signals.

도 1 및 도 1a에 도시된 주파수 도메인 기저-대역 거리 측정 신호는 시간 도메인 기저-대역 신호(s(t))로 변환될 수 있다: The frequency domain base-band distance measurement signal shown in Figures 1 and 1a can be converted to a time domain base-band signal s (t)

Figure pct00107
(11)
Figure pct00107
(11)

s(t)는 주기(1/△t)로 주기적이며, 임의의 정수(k)에 대해, 신호의 피크 값인, s(k/△t)=2N+1임이 쉽게 검증된다. 여기에서 도 1 및 도 1a에서 n=N.It is easily verified that s (t) is periodic with a period (1 /? t), and for any integer (k), the peak value of the signal, s (k /? t) = 2N + 1. Here, in Fig. 1 and Fig. 1A, n = N.

도 4는 N=11 및 △f=250 kHz인 경우에 대한 s(t)의 두 개의 주기들을 도시한다. 신호는 1/△f=4 마이크로초에 의해 분리된 높이(2N+1=23)의 펄스들의 시퀀스로서 나타난다. 펄스들 사이에 가변 진폭 및 2N개의 0들을 가진 정현 파형들이 있다. 신호의 광 대역폭은 높은 펄스들의 협소함에 기인할 수 있다. 대역폭은 0 주파수로부터 N△f=2.75 MHz까지 확장된다는 것이 또한 이해될 수 있다.Fig. 4 shows two periods of s (t) for the case of N = 11 and DELTA f = 250 kHz. The signal appears as a sequence of pulses of height (2N + 1 = 23) separated by 1 /? F = 4 microseconds. There are sinusoidal waveforms with variable amplitudes and 2N zeros between the pulses. The optical bandwidth of the signal may be due to the narrowness of the high pulses. It can also be appreciated that the bandwidth extends from the 0 frequency to N? F = 2.75 MHz.

바람직한 실시예에서 사용되는 한계값 방법의 기본 사상은 다른 MP 경로들로부터 DLOS 경로를 구별할 때 인위적으로 발생된 합성의 보다 넓은 대역폭 거리 측정 신뢰성 및 정확도를 강화하는 것이다. 한계값 방법은 광대역 펄스의 리딩 에지의 시작이 수신기에 도착할 때 검출한다. 송신기 및 수신기에서의 필터링 때문에, 리딩 에지는 순간적으로 상승하지 않지만, 평활하게 증가하는 기울기를 갖고 잡음을 올린다. 리딩 에지의 TOA는 리딩 에지가 미리 결정된 임계치(T)를 가로지를 때를 검출함으로써 측정된다.The basic idea of the threshold value method used in the preferred embodiment is to enhance the wider bandwidth distance measurement reliability and accuracy of an artificially generated composite when distinguishing DLOS paths from other MP paths. The threshold method detects when the beginning of the leading edge of the broadband pulse arrives at the receiver. Due to filtering at the transmitter and receiver, the leading edge does not instantaneously rise, but raises the noise with a smoothly increasing slope. The TOA of the leading edge is measured by detecting when the leading edge crosses a predetermined threshold (T).

작은 임계치는 그것이 보다 빨리 교차되며 펄스의 실제 시작 및 임계 교차 사이에서의 에러 지연(τ)이 작기 때문에 바람직하다. 따라서, 다중-경로로 인해 도달한 임의의 펄스 레플리카는 레플리카의 시작이 τ보다 큰 지연을 갖는다면 효과를 갖지 않는다. 그러나, 잡음의 존재는 임계치(T)가 얼마나 작을 수 있는지에 대한 한계를 둔다. 지연(τ)을 감소시키기 위한 하나의 방식은 도함수가 보다 빠르게 증가하기 때문에, 펄스 자체 대신에 수신된 펄스의 도함수를 사용하는 것이다. 2차 도함수가 훨씬 더 빠른 증가를 가진다. 보다 높은 차수 도함수들이 사용될 수 있지만, 실제로 그것들은 잡음 레벨을 수용 가능하지 않은 값으로 올릴 수 있으며, 따라서 한계 2차 도함수가 사용된다. The small threshold is desirable because it crosses faster and the error delay (tau) between the actual start and critical crossing of the pulse is small. Thus, any pulse replica arriving due to the multi-path will have no effect if the start of the replica has a delay greater than?. However, the presence of noise places a limit on how small the threshold value T can be. One way to reduce the delay tau is to use the derivative of the received pulse instead of the pulse itself because the derivative increases more rapidly. The second derivative has a much faster increase. Higher order derivatives can be used, but in practice they can raise the noise level to an unacceptable value, so the limit second order derivative is used.

도 4에 묘사된 2.75 MHz 폭 신호는 매우 넓은 대역폭을 갖지만, 그것은 상기 언급된 방법에 의해 범위를 측정하는데 적합하지 않다. 상기 방법은 각각이 0-신호 프리커서를 갖는 송신 펄스들을 요구한다. 그러나, 펄스들 사이에서의 정현 파형이 근본적으로 소거되도록 신호를 수정함으로써 목적을 달성하는 것이 가능하다. 바람직한 실시예에서, 그것은 높은 펄스들 사이에서의 선택된 간격 상에서의 신호를 가깝게 근사시키는 파형을 구성하며, 그 후 그것을 원래 신호로부터 감산함으로써 행해진다.The 2.75 MHz wide signal depicted in FIG. 4 has a very wide bandwidth, but it is not suitable for measuring range by the above-mentioned method. The method requires transmit pulses each having an O-signal precursor. However, it is possible to achieve the object by modifying the signal so that the sinusoidal waveform between the pulses is essentially erased. In a preferred embodiment, it is done by constructing a waveform that closely approximates the signal on the selected interval between high pulses, and then subtracting it from the original signal.

기술은 도 1에서의 신호에 그것을 적용함으로써 예시될 수 있다. 파형 상에 도시된 두 개의 검은 점들은 첫 두 개의 펄스들 사이에 중심이 있는 간격(I)의 엔드포인트들이다. 최상의 결과들을 제공하기 위해 실험적으로 결정되어 온, 간격(I)의 좌측 및 우측 엔드포인트들은 각각 다음에 있다:The technique can be illustrated by applying it to the signal in FIG. The two black dots shown on the waveform are the endpoints of the centered interval (I) between the first two pulses. The left and right endpoints of interval I, which have been experimentally determined to provide the best results, are the following:

Figure pct00108
(12)
Figure pct00108
(12)

이러한 간격 상에서 신호(s(t))를 근본적으로 소거하지만, 간격 밖에서 많은 손해를 야기하지 않는, 함수(g(t))를 발생시키려는 시도가 수행된다. 표현(11)은 s(t)가 1/sinπ△ft에 의해 변조된 정현파(sinπ(2N+1)△ft)임을 나타내므로, 먼저 간격(I) 상에서 1/sinπ△ft에 가깝게 근사하는 함수(h(t))가 발견되며, 그 후 곱으로서 g(t)를 형성한다:Attempts are made to generate a function g (t) that essentially erases the signal s (t) on this interval, but does not cause much harm outside the interval. The expression (11) indicates that the sine (t) is sinusoidal wave (sin (2N + 1)? Ft) modulated by 1 / sin? (h (t)) is found, and then g (t) is formed as a product:

Figure pct00109
(13)
Figure pct00109
(13)

h(t)는 다음의 합에 의해 발생된다:h (t) is generated by the sum of:

Figure pct00110
(14)
Figure pct00110
(14)

여기에서From here

Figure pct00111
(15)
Figure pct00111
(15)

및 계수들(ak)은 간격(I)에 걸쳐 최소-제곱 에러를 최소화하기 위해 선택된다And the coefficients a k are selected to minimize the minimum-squared error over the interval I

Figure pct00112
. (16)
Figure pct00112
. (16)

해법은 ak에 대하여 J의 부분 도함수들을 취하며 그것들을 0과 같게 설정함으로써 쉽게 획득된다. 결과는 M+1 식들의 선형 시스템이다.The solution is easily obtained by taking the partial derivatives of J for a k and setting them equal to zero. The result is a linear system of M + 1 equations.

Figure pct00113
(17)
Figure pct00113
(17)

그것은 ak에 대해 풀릴 수 있으며, 여기에서It can be solved for a k , where

Figure pct00114
(18)
Figure pct00114
(18)

그 후,After that,

Figure pct00115
(19)
Figure pct00115
(19)

(12)에 의해 주어진 함수들(φk(t))의 정의를 사용하여(T) &lt; / RTI &gt; given by equation (12)

Figure pct00116
(20)
Figure pct00116
(20)

g(t)는 함수(r(t))를 얻기 위해 s(t)로부터 감해지며, 이것은 근본적으로 간격(I) 상에서 s(t)를 소거해야 한다. 부록에 표시된 바와 같이, 식(20)에서 합산을 위한 상한(M)을 위한 적절한 선택은 M=2N+1이다. 이러한 값 및 부록으로부터의 결과들을 사용하여,g (t) is subtracted from s (t) to obtain the function r (t), which essentially has to cancel s (t) on interval I. As indicated in the appendix, the appropriate choice for the upper bound (M) for summation in equation (20) is M = 2N + 1. Using these values and the results from the appendix,

Figure pct00117
(21)
Figure pct00117
(21)

여기에서From here

Figure pct00118
(22)
Figure pct00118
(22)

식(17)으로부터, 총 2N+3개 주파수들(0-주파수 DC 항을 포함한)은 원하는 신호(r(t))를 획득하기 위해 요구된다는 것이 이해된다. 도 5는 도 1에 도시된 원래 신호(s(t))에 대한 결과 신호(r(t))를 도시하며, 여기에서 N=11. 이 경우에, r(t)의 구성은 25개의 캐리어들(DC 항(b0)을 포함하여)을 요구한다. From equation (17) it is understood that a total of 2N + 3 frequencies (including 0-frequency DC terms) are required to obtain the desired signal r (t). Figure 5 shows the resulting signal r (t) for the original signal s (t) shown in Figure 1, where N = 11. In this case, the configuration of r (t) requires 25 carriers (including DC term (b 0 )).

상기 구성된 바와 같이 r(t)의 중요한 특성들은 다음과 같다:The important characteristics of r (t) as constructed above are:

1. (14)로부터 보여지는 바와 같이, 최저 주파수는 0 Hz이며 최고 주파수는 (2N+1)△f Hz이다. 따라서, 총 대역폭은 (2N+1)△f Hz이다.1. As can be seen from (14), the lowest frequency is 0 Hz and the highest frequency is (2N + 1) Δf Hz. Thus, the total bandwidth is (2N + 1) DELTA f Hz.

2. 모든 캐리어들은, 주파수(

Figure pct00119
)에 위치된 사인 함수인, 하나의 캐리어를 제외하고, △f 이격된 코사인 함수들(DC를 포함한)이다.2. All carriers are frequency (
Figure pct00119
(Including DC), except for one carrier, which is a sine function located at? F.

3. 원래 신호(s(t))는 주기(1/△f)를 갖지만, r(t)는 주기(2/△f)를 가진다. s(t)의 전체 주기인, r(t)의 각각의 주기의 제1 반주기는 신호의 소거된 부분을 포함하며, r(t)의 제2 반주기는 큰 진동 세그먼트이다. 따라서, 프리커서의 소거는 단지 s(t)의 모든 다른 주기에서만 발생한다. 3. The original signal s (t) has a period (1 /? F), but r (t) has a period (2 /? F). The first half-period of each period of r (t), which is the total period of s (t), contains the erased portion of the signal, and the second half of r (t) is the large vibration segment. Thus, the erasure of the precursor occurs only at every other period of s (t).

이것은 소거 함수(g(t))가 실제로 s(t)의 모든 다른 기간에서 s(t)를 강화하기 때문에 발생한다. 이유는 g(t)가 s(t)의 모든 피크에서 그것의 극성을 역전시키는 반면, s(t)는 그렇지 않다는 것이다. s(t)의 모든 주기를 만드는 방법은 이하에 설명된 3 dB만큼 프로세싱 이득을 증가시키기 위해 소거된 부분을 포함한다.This occurs because the erase function g (t) actually enhances s (t) in all other periods of s (t). The reason is that g (t) reverses its polarity at every peak of s (t), whereas s (t) is not. The method of making all the cycles of s (t) includes the erased portion to increase the processing gain by 3 dB as described below.

4. s(t)의 소거되 부분의 길이는 1/△f의 약 80% 내지 90%이다. 그러므로, △f는 이러한 길이를 다중-경로로 인한 r(t)의 이전 비-제로 부분들로부터 임의의 잔여 신호를 제거하기에 충분히 길게 만들기 위해 충분히 작도록 요구한다.4. The length of the erased portion of s (t) is about 80% to 90% of 1 /? F. Therefore,? F requires this length to be small enough to make it sufficiently long to remove any residual signal from previous non-zero portions of r (t) due to multi-path.

5. 바로 이어지는 r(t)의 각각의 제로 부분은 진동 부분의 제1 사이클이다. 바람직한 실시예에서, 상기 설명된 바와 같은 TOA 측정 방법에서, 이러한 사이클의 제1 절반은 TOA, 구체적으로 그것의 상승의 시작을 측정하기 위해 사용된다. 이러한 제1 절반-사이클의 피크 값(주 피크로 불리울)은 대략 동일한 시간 포인트에 위치된 s(t)의 대응 피크보다 다소 더 크다는 것을 주의하는 것이 흥미롭다. 제1 절반-사이클의 폭은 N△f에 대략 반비례한다.5. Each zero part of r (t) immediately following is the first cycle of the vibrating part. In a preferred embodiment, in the TOA measurement method as described above, the first half of this cycle is used to measure the TOA, specifically the beginning of its ascent. It is interesting to note that this first half-cycle peak value (referred to as the main peak) is somewhat larger than the corresponding peak of s (t) located at about the same time point. The width of the first half-cycle is approximately inversely proportional to N? F.

6. 다량의 프로세싱 이득이 다음에 의해 달성될 수 있다:6. A large amount of processing gain can be achieved by:

(a) r(t)는 주기(2/△f)로 주기적이기 때문에, 신호(r(t))의 반복들을 사용하자. 또한, 부가적인 3 dB의 프로세싱 이득은 나중에 설명될 방법에 의해 가능하다.(a) Let us use iterations of the signal r (t), since r (t) is periodic with period (2 / Δf). In addition, an additional 3 dB of processing gain is possible by the method to be described later.

(b) 협대역 필터링. 2N+3 캐리어들의 각각은 협대역 신호이기 때문에, 신호의 점유 대역폭은 주파수들의 전체 할당된 대역에 걸쳐 확산된 광대역 신호의 것보다 훨씬 더 작다.(b) Narrowband filtering. Because each of the 2N + 3 carriers is a narrowband signal, the occupied bandwidth of the signal is much smaller than that of a broadband signal spread over the entire allocated band of frequencies.

도 5에 도시된 신호(r(t))에 대해, s(t)의 소거된 부분의 길이는 약 3.7 마이크로초 또는 1,110 미터이며, 여기에서 N=11 및 △f=250kHz이다. 이것은 다중-경로로 인한 r(t)의 이전 비-제로 부분들로부터 임의의 잔여 신호를 제거하기에 너무 많다. 주 피크는 대략 35의 값을 가지며, 프리커서(즉, 소거) 영역에서의 최대 크기는 약 0.02이고, 이것은 주 피크 65 dB 아래이다. 이것은 상기 설명된 바와 같이 TOA 측정 한계 기술을 사용하여 양호한 성능을 얻기 위해 바람직하다.For the signal r (t) shown in Fig. 5, the length of the erased portion of s (t) is about 3.7 microseconds or 1110 meters, where N = 11 and DELTA f = 250 kHz. This is too much to remove any residual signal from previous non-zero portions of r (t) due to the multi-path. The main peak has a value of approximately 35, and the maximum size in the precursor (i.e., erase) region is approximately 0.02, which is below the main peak 65 dB. This is desirable for obtaining good performance using the TOA measurement limit technique as described above.

보다 적은 캐리어들의 사용이 도 6에 묘사되며, 이것은 총 단지 2N+3=9 캐리어들에 대해, △f=850 kHz, N=3, 및 M=2N+1=7을 사용하여 발생되는 신호를 예시한다. 이 경우에, 신호의 기간은 도 5에서의 신호에 비교하여 단지

Figure pct00120
마이크로초이며, 여기에서 기간은 8 마이크로초이다. 이 예는 단위 시간당 보다 많은 주기들을 가지므로, 그것은 보다 많은 프로세싱 이득이 달성될 수 있다고 예상할 수 있다.The use of fewer carriers is depicted in Fig. 6, which shows that for a total of only 2N + 3 = 9 carriers, the signal generated using? F = 850 kHz, N = 3, and M = 2N + 1 = For example. In this case, the period of the signal is only &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure pct00120
Microseconds, where the duration is 8 microseconds. Since this example has more cycles per unit time, it can be expected that more processing gain can be achieved.

그러나, 보다 적은 캐리어들이 사용되므로, 주 피크의 진폭은 전의 약 1/3이며, 이것은 예상된 추가 프로세싱 이득을 소거하려는 경향이 있다. 또한, 제로-신호 프리커서 세그먼트들의 길이는 더 짧으며, 약 0.8 마이크로초 또는 240 미터이다. 이것은 다중-경로로 인한 r(t)의 이전 비-제로 부분들로부터 임의의 잔여 신호를 제거하기에 여전히 충분해야 한다. (2N+1)△f=5.95 MHz의 총 대역폭은 이전과 대략 동일하며, 주 피크의 반-사이클의 폭이 또한 대략 동일하다는 것을 주의하자. 보다 적은 캐리어가 사용되므로, 각각의 캐리어가 수신기에서 협대역 필터링될 때 몇몇 추가 프로세싱 이득이 있어야 한다. 게다가, 프리커서(즉, 소거) 영역에서의 최대 크기는 이제, 이전 예로부터 10 dB 개선인, 주 피크 약 75 dB 아래이다. However, since fewer carriers are used, the amplitude of the main peak is about 1/3 of the former, which tends to erase the expected additional processing gain. Also, the length of the zero-signal precursor segments is shorter, about 0.8 microseconds or 240 meters. This should still be sufficient to remove any residual signal from previous non-zero portions of r (t) due to the multi-path. Note that the total bandwidth of (2N + 1) [Delta] f = 5.95 MHz is approximately the same as before, and the half-cycle width of the main peak is also approximately the same. As fewer carriers are used, there must be some additional processing gain when each carrier is narrowband filtered at the receiver. In addition, the maximum size in the precursor (i.e., erase) region is now about 75 dB below the main peak, which is a 10 dB improvement from the previous example.

RF 주파수들에서의 송신: 이 포인트(r(t))까지, 단순화를 위해 기저-대역 신호로서 설명되어 왔다. 그러나, 그것은 RF까지 변환되고, 송신되고, 수신되며, 그 후 수신기에서 기저-대역 신호로서 재구성될 수 있다. 예시하기 위해, 인덱스(j)(라디안/초 주파수들이 표시법 단순화를 위해 사용된다)를 가진 다중-경로 전파 경로들 중 하나를 통해 이동하는 기저-대역 신호(r(t))에서 주파수 성분들(ωk) 중 하나에 일어나는 것을 고려하자:Transmission at RF frequencies: Up to this point r (t) has been described as a baseband signal for simplicity. However, it can be converted to RF, transmitted, received, and then reconstructed as a baseband signal at the receiver. To illustrate, frequency components (r (t)) in the baseband signal r (t) traveling through one of the multi-path propagation paths with index j (radians / second frequencies used for notation simplification) ω k ):

bkcosωkt (송신기에서 기저대역으로)b k cos? k t (from transmitter to baseband)

bkcos(ω+ωk)t (주파수(ω)에 의해 RF까지 변환된)b k cos (? +? k ) t (converted to RF by the frequency (?))

ajbkcos[(ω+ωk)(t-τj)+φk] (수신기 안테나에서)(at the receiver antenna) a j b k cos [(ω + ω k ) (t - τ j ) + φ k ]

ajbkcos[ωk(t-τj)+φj+θ] (주파수(-ω)에 의해 기저대역으로 변환된) (23) a j b k cos [ω k (t-τ j) + φ j + θ] ( by the frequency (-ω) conversion to baseband) 23

송신기 및 수신기는 주파수 동기화된다고 여기에서 가정된다. 파라미터(bk)는 r(t)에 대한 식(21)에서 제k 계수이다. 파라미터들(τj 및 φj)은 각각 제j 전파 경로의 경로 지연 및 위상 시프트(반사기의 유전체 속성들로 인한)이다. 파라미터(θ)는 수신기에서 기저-대역으로의 하향-변환 시 발생한 위상 시프트이다. 유사한 시퀀스의 함수들이 식(21)의 사인 구성요소를 위해 제공될 수 있다. It is assumed here that the transmitter and the receiver are frequency synchronized. The parameter b k is the k-th coefficient in equation (21) for r (t). The parameters? J and? J are the path delay and phase shift (due to the dielectric properties of the reflector) of the j propagation path, respectively. The parameter [theta] is the phase shift that occurs in down-conversion from the receiver to the baseband. Functions of a similar sequence may be provided for the sine component of equation (21).

r(t)에서 제로-신호 프리커서들이 최대 중요한 전파 지연보다 충분히 더 큰 길이를 갖는 한, 식(20)에서의 최종 기저-대역 신호는 여전히 제로-신호 프리커서들을 가질 것이라는 것을 주의하는 것이 중요하다. 물론, 모든 경로들(인덱스(j))에 걸려 모든 주파수 성분(인덱스(k))가 조합될 때, 수신기에서 기저-대역 신호는 모든 위상 시프트들을 포함하여, r(t)의 왜곡된 버전일 것이다.It is important to note that the final baseband signal in equation (20) will still have zero-signal precursors, as long as the zero-signal precursors at r (t) have a length sufficiently larger than the most significant propagation delay Do. Of course, when all the frequency components (index k) are combined on all paths (index j), the baseband signal at the receiver includes all phase shifts, including the distorted version of r (t) will be.

순차적 캐리어 송신들 및 신호 재구성은 도 1 및 도 1a에 예시된다. 송신기 및 수신기는 시간 및 주파수 동기화되며, 2N+3 송신 캐리어들은 동시에 송신될 필요가 없다고 가정된다. 예로서, 기저-대역 표현이 도 1a 및 도 6의 것인 신호의 송신을 고려하자.Sequential carrier transmissions and signal reconstruction are illustrated in Figures 1 and 1A. It is assumed that the transmitter and receiver are time and frequency synchronized, and 2N + 3 transmit carriers need not be transmitted simultaneously. As an example, consider the transmission of a signal in which the base-band representation is as shown in Figs. 1A and 6.

도 6에서, N=3 및 1 밀리초 동안 9개의 주파수 성분들의 각각이 순차적으로 송신된다고 가정하자. 각각의 주파수 송신을 위한 시작 및 종료 시간들은 수신기에서 알려져 있으며, 따라서 그것은 이들 각각의 시간들에서 각각의 주파수 성분의 수신을 순차적으로 시작 및 종료할 수 있다. 신호 전파 시간은 1 밀리초(그것은 보통 의도된 애플리케이션에서 수 마이크로초 미만일 것이다)에 비교하여 매우 짧으므로, 각각의 수신된 주파수 성분의 작은 부분은 무시되어야 하며, 수신기는 그것을 쉽게 지울 수 있다.In FIG. 6, assume that each of nine frequency components is sequentially transmitted for N = 3 and 1 millisecond. The start and end times for each frequency transmission are known at the receiver so that it can sequentially start and end reception of each frequency component at each of these times. Since the signal propagation time is very short compared to 1 millisecond (which would typically be a few microseconds in an intended application), a small fraction of each received frequency component should be ignored and the receiver can easily erase it.

9개의 주파수 성분들을 수신하는 전체 프로세스는 프로세싱 이득을 증가시키기 위해 9-밀리초 블록들의 부가적인 수신에서 반복될 수 있다. 총 수신 시간 중 1초에서, 프로세싱 이득을 위해 이용 가능한 약 111개의 이러한 9-밀리초 블록들이 있을 것이다. 부가적으로, 각각의 블록 내에서,

Figure pct00121
주 피크들로부터 이용 가능한 부가적인 프로세싱 이득이 있을 것이다. The overall process of receiving nine frequency components may be repeated in additional reception of 9-millisecond blocks to increase the processing gain. At 1 second of total receive time, there will be about 111 such 9-millisecond blocks available for processing gain. Additionally, within each block,
Figure pct00121
There will be additional processing gain available from the main peaks.

일반적으로 신호 재구성은 매우 경제적이게 만들 수 있으며, 본질적으로 모든 가능한 프로세싱 이득을 허용할 것이라는 것은 중요한 것이 아니다. 2N+3 수신 주파수들의 각각에 대해:In general, it is not important that signal reconstruction can be made very economical and will inherently allow all possible processing gains. For each of the 2N + 3 receive frequencies:

1. 상기 주파수에 대응하는 저장된 벡터들(페이저들)의 시퀀스를 형성하기 위해 상기 주파수의 각각의 1-밀리초 수신의 위상 및 진폭을 측정하자.1. Measure the phase and amplitude of each 1-millisecond reception of the frequency to form a sequence of stored vectors (phasers) corresponding to the frequency.

2. 상기 주파수에 대한 저장된 벡터들의 평균을 내자.2. Average the stored vectors for the frequency.

3. 마지막으로, 지속기간(2/△f)을 가진 기저-대역 신호의 1 기간을 재구성하기 위해 2N+3 주파수들에 대한 2N+3 벡터 평균들을 사용하며, 신호 TOA를 추정하기 위해 재구성을 사용하자.3. Finally, we use 2N + 3 vector averages for 2N + 3 frequencies to reconstruct one period of the baseband signal with duration (2 /? F), and reconstruct to estimate the signal TOA Let's use.

이러한 방법은 1-밀리초 송신들에 제한되지 않으며, 송신들의 길이는 증가되거나 또는 감소될 수 있다. 그러나, 모든 송신들에 대한 총 시간은 수신기 또는 송신기의 임의의 모션을 정지시키기 위해 충분히 짧아야 한다.This method is not limited to 1-millisecond transmissions, and the length of transmissions may be increased or decreased. However, the total time for all transmissions must be sufficiently short to stop any motion of the receiver or transmitter.

r(t)의 대안적인 반-사이클들에 대한 소거를 획득하는 것: 소거 함수(g(t))의 극성을 간단히 역전시킴으로써, s(t)의 피크들 사이에서의 소거가 가능하며 여기에서 r(t)는 이전에 진동하였다. 그러나, s(t)의 모든 피크들 사이에서 소거를 획득하기 위해, 함수(g(t)) 및 그것의 극성 역전 버전이 수신기에서 적용되어야 하며, 이것은 수신기에서 계수 가중을 수반한다.By simply reversing the polarity of the erase function g (t), it is possible to erase between the peaks of s (t), where r (t) has previously oscillated. However, in order to obtain an erasure between all peaks of s (t), the function g (t) and its polarity reversed version must be applied at the receiver, which involves a weighting factor at the receiver.

수신기에서의 계수 가중: 원한다면, 식(21)에서의 계수들(bk)은 송신기에서 r(t)의 구성을 위해 사용되며 대신에 수신기에서 도입될 수 있다. 이것은 bk가 처음에 대신 마지막 단계에서 도입된다면 최종 신호가 동일한 식(20)에서의 신호들의 시퀀스를 고려함으로써 쉽게 이해된다. 잡음을 무시하면, 값들은 다음과 같다:Coefficients weighting at the receiver: If desired, the coefficients b k in equation (21) may be used at the transmitter for the construction of r (t) and introduced at the receiver instead. This is easily understood by considering the sequence of the signals in Equation (20), where b k is introduced at the end instead of at the beginning. Ignoring the noise, the values are:

cosωkt (송신기에서 기저대역에서)cos? k t (at baseband in transmitter)

cos(ω+ωk)t (주파수(ω)에 의해 RF까지 변환된)cos (? +? k ) t (converted to RF by the frequency (?))

ajcos[(ω+ωk)(t-τj)+φj] (수신기 안테나에서)a j cos [(ω + ω k ) (t-τ j ) + φ j ] (at the receiver antenna)

ajcos[(ωk(t-τj)+φj+θ] (주파수(-ω)에 의해 기저대역으로 변환된)(transformed to baseband by frequency (-ω)) and a j cos [(ω k (t-τ j ) + φ j +

ajbkcos[ωk(t-τj)+φj+θ] (기저대역에서 계수(bk)만큼 가중된) (24)(24), which is weighted by the coefficient (b k ) in the baseband, a j b k cos [ω k (t - τ j ) + φ j +

송신기는 그 후 동일한 진폭을 갖고 모든 주파수들을 송신할 수 있으며, 이것은 그것의 설계를 단순화한다. 이러한 방법은 또한 각각의 주파수에서 잡음을 가중시키며, 그 효과가 고려되어야 한다는 것이 주의되어야 한다. 계수 가중은 많은 사용 가능한 주 피크들의 두 배를 얻기 위해 g(t)의 극성 역전을 실시하기 위해 수신기에서 행해져야 한다는 것이 또한 주의되어야 한다.The transmitter can then transmit all frequencies with the same amplitude, which simplifies its design. It should be noted that this method also adds noise at each frequency, and its effect must be taken into account. It should also be noted that the coefficient weighting must be done at the receiver to effect the polarity reversal of g (t) to obtain twice as many available main peaks.

채널들에서 중심 주파수들로의 △f의 스케일링: VHF 이하 주파수들에서 FCC 요건들을 충족시키기 위해, 일정한 채널 간격을 가진 채널화된 송신이 요구될 것이다. VHF 이하 주파수들 대역(들)에 대한 경우인, 총 할당된 대역에 비교하여 작은 일정한 채널 간격을 가진 채널화된 송신 대역에서, △f에 대한 작은 조정들은, 필요하다면, 모든 송신된 주파수들이 원래 설계 값들로부터 성능을 실질적으로 변경하지 않고 채널 중심들에 있도록 허용한다. 이전 제공된 기저-대역 신호들의 두 개의 예들에서, 모든 주파수 성분들은 △f/2의 배수들이며, 따라서 채널 간격이 △f/2를 나눈다면, 최저 RF 송신 주파수는 하나의 채널에서 중심에 있을 수 있으며 모든 다른 주파수들은 채널들의 중심에서 떨어진다. Scaling of? F to center frequencies in channels: To meet FCC requirements at frequencies below VHF, a channelized transmission with a constant channel spacing will be required. In a channelized transmission band with a small constant channel spacing compared to the total allocated bandwidth, which is the case for sub-VHF frequencies band (s), small adjustments for? F may be made, if necessary, Allowing them to be in channel centers without substantially changing performance from the design values. In the two examples of previously provided baseband signals, all frequency components are multiples of [Delta] f / 2 so that if the channel interval divides [Delta] f / 2, then the lowest RF transmit frequency can be centered in one channel All other frequencies fall off the center of the channels.

몇몇 라디오 주파수(RF)-기반 식별에서, 거리 측정 기능을 수행하는 것 외에 추적 및 위치 찾기 시스템들, 양쪽 모두: 마스터 유닛 및 태그 유닛은 또한 음성, 데이터, 및 제어 통신 기능들을 수행한다. 유사하게, 바람직한 실시예에서, 마스터 유닛 및 태그 양쪽 모두는 거리 측정 기능 외에 음성, 데이터 및 제어 통신 기능들을 수행한다. In some radio frequency (RF) -based identification, tracking and locating systems, both in addition to performing distance measurement functions, the master unit and the tag unit also perform voice, data, and control communication functions. Similarly, in the preferred embodiment, both the master unit and the tag perform voice, data and control communication functions in addition to the distance measurement function.

바람직한 실시예에 따르면, 거리 측정 신호(들)는 다중-경로 완화를 포함하여, 광대한 정교한 신호 프로세싱 기술들의 대상이 된다. 그러나, 이들 기술들은 자체를 음성, 데이터 및 제어 신호들에 제공하지 않을 수 있다. 그 결과, 제안된 시스템(다른 기존의 시스템들뿐만 아니라)의 동작 범위는 거리를 신뢰성 있게 및 정확하게 측정하기 위한 그것의 능력에 의해서가 아닌, 음성 및/또는 데이터 및/또는 제어 통신 동안 범위 밖에 있음으로써 제한될 수 있다.According to a preferred embodiment, the distance measurement signal (s) are subject to extensive sophisticated signal processing techniques, including multi-path mitigation. However, these techniques may not provide themselves with voice, data and control signals. As a result, the operating range of the proposed system (as well as other existing systems) is out of range during voice and / or data and / or control communications, not by its ability to reliably and accurately measure distances Lt; / RTI &gt;

다른 라디오 주파수(RF)-기반 식별, 추적 및 위치 찾기 시스템들에서, 거리 측정 기능은 음성, 데이터 및 제어 통신 기능으로부터 분리된다. 이들 시스템들에서, 분리된 RF 트랜시버들은 음성, 데이터 및 제어 통신 기능들을 수행하기 위해 사용된다. 이러한 접근법의 단점은 시스템 증가 비용, 복잡도, 크기 등이다. In other radio frequency (RF) -based identification, tracking and location systems, the distance measurement function is separate from voice, data and control communication functions. In these systems, separate RF transceivers are used to perform voice, data and control communications functions. The disadvantages of this approach are increased system cost, complexity, and size.

상기 언급된 단점들을 회피하기 위해, 바람직한 실시예에서, 협 대역폭 거리 측정 신호 또는 기저-대역 협 대역폭 거리 측정 신호 여러 개의 개개의 주파수 성분들은 동일한 데이터/제어 신호들을 갖고 및 음성의 경우에 디지털화된 음성 패킷들 데이터를 갖고 변조된다. 수신기에서, 최고 신호 세기를 가진 개개의 주파수 성분들은 복조되며 획득된 정보 신뢰성은 정보 리던던시를 이용하는 "보팅(voting)" 또는 다른 신호 프로세싱 기술들을 수행함으로써 추가로 강화될 수 있다.In order to avoid the above-mentioned disadvantages, in a preferred embodiment, the narrow bandwidth distance measurement signal or the base-band narrow bandwidth distance measurement signal several individual frequency components have the same data / control signals and, in the case of speech, Packets are modulated with data. At the receiver, individual frequency components with the highest signal strength are demodulated and the information reliability obtained can be further enhanced by performing "voting" or other signal processing techniques using information redundancy.

이러한 방법은 "널(null)" 현상들을 회피하도록 허용하며, 여기에서 다수의 경로들로부터의 인입 RF 신호들은 DLOS 경로와 및 서로 파괴적으로 조합하며, 따라서 수신된 신호 세기를 상당히 감소시키며 그것의 SNR과 연관된다. 게다가, 이러한 방법은 다수의 경로들로부터의 인입 신호들이 DLOS 경로와 및 서로 건설적으로 조합하는 주파수들의 세트를 찾도록 허용하며, 따라서 수신된 신호 세기를 증가시키며 그것의 SNR과 연관된다. This approach allows to avoid "null" phenomena, where incoming RF signals from multiple paths combine destructively with the DLOS path and thus significantly reduce the received signal strength and reduce its SNR Lt; / RTI &gt; In addition, this method allows incoming signals from multiple paths to look up a DLOS path and a set of frequencies that constructively combine with each other, thus increasing the received signal strength and being associated with its SNR.

이전에 언급된 바와 같이, 스펙트럼 추정-기반 초-분해능 알고리즘들은 일반적으로 동일한 모델을 사용한다: 주파수들의 복소 지수들 및 그것들의 복소 진폭들의 선형 조합. 이러한 복소 진폭은 상기 식 3에 의해 제공된다.As previously mentioned, spectral estimation-based super-resolution algorithms generally use the same model: a linear combination of complex exponents of frequencies and their complex amplitudes. This complex amplitude is given by Equation 3 above.

모든 스펙트럼 추정-기반 초-분해능 알고리즘들은 복소 지수들의 수, 즉 다중경로 경로들의 수에 대한 선험적 지식을 요구한다. 이러한 복소 지수들의 수는 모델 크기로 불리우며 식 1 내지 식 3에 도시된 바와 같이 다중-경로 구성요소들(L)의 수에 의해 결정된다. 그러나, RF 추적-위치 찾기 애플리케이션들에 대한 경우인, 경로 지연을 추정할 때, 이러한 정보는 이용 가능하지 않다. 이것은 초-분해능 알고리즘들을 통해 스펙트럼 추정 프로세스에 또 다른 치수, 즉 모델 크기 추정치를 부가한다.All spectral estimation-based super-resolution algorithms require a priori knowledge of the number of complex indices, i.e. the number of multipath paths. The number of such complex indices is called the model size and is determined by the number of multi-path components L as shown in equations (1) - (3). However, when estimating the path delay, which is the case for RF tracking-location applications, this information is not available. This adds another dimension, or model size estimate, to the spectral estimation process through the super-resolution algorithms.

모델 크기 과소 평가의 경우에 주파수 추정의 정확도가 영향을 받으며 모델 크기가 과대 평가될 때 알고리즘이 스퓨리어스, 예로서 존재하지 않는, 주파수들을 발생시킨다는 것이 도시되어 있다(Kei Sakaguchi 외, ESPRIT 기반 고 분해능 기술들에서의 모델 차수 추정 에러의 영향). AIC(아카이케 정보 기준), MDL(최소 디스크립션 길이) 등과 같은 모델 크기 추정의 기존의 방법들은 신호들(복소 지수들) 사이에서의 상관관계에 높은 민감도를 가진다. 그러나 RF 다중경로의 경우에, 이것은 항상 그 경우이다. 더 정확히 말하자면, 예를 들면, 순방향-역방향 평활화 알고리즘들이 적용된 후, 항상 남아있는 양의 상관관계가 있을 것이다.It is shown that in the case of model size underestimation, the accuracy of frequency estimation is affected and when the model size is overestimated, the algorithm generates spurious, e.g., non-existent, frequencies (Kei Sakaguchi et al., ESPRIT- Effect of Model Order Estimation Error on the. Conventional methods of model size estimation, such as AIC (Akaiike Information Standard), MDL (Minimal Description Length), etc., have a high sensitivity to correlation between signals (complex indices). But in the case of RF multipath, this is always the case. More precisely, for example, there will always be a positive correlation remaining after the forward-backward smoothing algorithms are applied.

Sakaguchi 논문에서, 과대 평가된 모델을 사용하며 이들 신호 전력(진폭)을 추정하고 그 후 매우 낮은 전력을 가진 신호들을 거절함으로써 스퓨리어스 주파수들(신호들)로부터 실제 주파수들(신호들)을 구별하는 것이 제안된다. 이러한 방법은 기존의 방법들에 대한 개선이지만, 그것은 보장되지 않는다. 발명자들은 Kei Sakaguchi 외 방법을 구현하였으며 보다 큰 모델 크기를 가진 보다 복잡한 경우들에 대한 시뮬레이션들을 구동하였다. 몇몇 경우들에서, 스퓨리어스 신호는 실제 신호 진폭에 매우 가까운 진폭을 가질 수 있다는 것이 관찰되었다. In the Sakaguchi paper, it is important to distinguish real frequencies (signals) from spurious frequencies (signals) by using an overestimated model and estimating their signal power (amplitude) and then rejecting signals with very low power Is proposed. This method is an improvement over the existing methods, but it is not guaranteed. The inventors implemented the Kei Sakaguchi et al. Method and drove simulations for more complex cases with larger model sizes. It has been observed that in some cases, the spurious signal may have an amplitude very close to the actual signal amplitude.

모든 스펙트럼-추정-기반 초-분해능 알고리즘들은 인입 신호 복소 진폭 데이터를 두 개의 서브-스페이스들: 잡음 서브-스페이스 및 신호 서브-스페이스로 분리함으로써 작동한다. 이들 서브-스페이스들이 적절히 정의(분리)된다면, 모델 크기는 신호 서브-스페이스 크기(치수)와 같다.All spectral-estimation-based super-resolution algorithms operate by separating the incoming signal complex amplitude data into two sub-spaces: noise sub-space and signal sub-space. If these sub-spaces are properly defined (separated), the model size is equal to the signal sub-space size (dimension).

일 실시예에서, 모델 크기 추정은 "F" 통계를 사용하여 달성된다. 예를 들면, ESPRIT 알고리즘에 대해, 공분산 행렬(순방향/역방향 상관관계 평활화를 가진)의 추정치의 특이 값 분해는 오름차순으로 순서화된다. 그 후, 그에 의해 (n+1) 고유치가 제n 고유치로 분할되는 분할이 이루어진다. 이 비는 "F" 랜덤 변수이다. 최악의 경우는 (1,1) 자유도의 "F" 랜덤 변수이다. (1,1) 자유도들을 가진 "F" 랜덤 변수에 대한 95% 신뢰도 간격은 161이다. 상기 값을 임계치로 설정하는 것은 모델 크기를 결정한다. 또한 잡음 서브스페이스에 대해, 고유치들은 잡음 전력의 추정치를 나타낸다는 것을 주의하자.In one embodiment, model size estimation is accomplished using "F" statistics. For example, for the ESPRIT algorithm, the singular value decomposition of the estimates of the covariance matrix (with forward / backward correlation smoothing) is ordered in ascending order. Thereafter, division is performed whereby the (n + 1) eigenvalues are divided into the n-th eigenvalues. This ratio is the "F" random variable. The worst case is the "F" random variable of (1,1) degrees of freedom. The 95% confidence interval for an "F" random variable with (1,1) degrees of freedom is 161. Setting the value to the threshold determines the model size. Also note that for noise subspaces, the eigenvalues represent an estimate of the noise power.

고유치들의 비에 "F" 통계를 적용하는 이러한 방법은 모델 크기를 추정하는 보다 정확한 방법이다. "F" 통계에서 다른 자유도들이 또한 임계치 산출 및 결과적으로 모델 크기 추정을 위해 사용될 수 있다는 것이 주의되어야 한다.This method of applying the "F" statistics to the ratio of the eigenvalues is a more accurate method of estimating the model size. It should be noted that other degrees of freedom in the "F" statistics can also be used for threshold calculation and consequently model size estimation.

그럼에도 불구하고, 몇몇 경우들에서, 둘 이상의 매우 가깝게 이격된(시간적으로) 신호들이 실-세계 측정 결함들 때문에 하나의 신호로 퇴보할 수 있다. 그 결과, 상기 언급된 방법은 신호들의 수, 즉 모델 크기를 과소평가할 것이다. 모델 크기 과소평가는 주파수 추정 정확도를 감소시키므로, 그것은 특정한 수를 더함으로써 모델 크기를 증가시키는 것에 신중을 기한다. 이러한 수는 실험적으로 및/또는 시뮬레이션들로부터 결정될 수 있다. 그러나, 신호들이 가깝게 이격되지 않을 때, 모델 크기는 과대 평가될 것이다.Nonetheless, in some cases, two or more very closely spaced (temporally) signals may revert to one signal due to real-world measurement faults. As a result, the above-mentioned method will underestimate the number of signals, i.e. the model size. Since model size underestimation reduces frequency estimation accuracy, it is prudent to increase the model size by adding a certain number. This number may be determined empirically and / or from simulations. However, when the signals are not closely spaced, the model size will be overestimated.

이러한 경우들에서, 스퓨리어스, 즉 존재하지 않는, 주파수들이 나타날 수 있다. 이전에 주지된 바와 같이, 스퓨리어스 신호 검출을 위해 신호 진폭을 사용하는 것은 몇몇 경우들에서 스퓨리어스 신호(들)가 실제 신호(들) 진폭에 매우 가까운 진폭을 갖는 것으로 관찰되기 때문에 항상 작동하는 것은 아니다. 그러므로, 진폭 식별 외에, 필터들은 스퓨리어스 주파수들 제거 확률을 개선하기 위해 구현될 수 있다.In these cases, spurious, i.e., non-existent, frequencies may appear. As previously noted, using signal amplitudes for spurious signal detection is not always working because in some instances the spurious signal (s) are observed to have amplitudes very close to the actual signal (s) amplitude. Thus, in addition to amplitude identification, filters may be implemented to improve the probability of spurious frequencies removal.

초-분해능 알고리즘들에 의해 추정되는 주파수들은 인공 주파수들(식 2)이다. 사실상, 이들 주파수들은 다중경로 환경의 개개의 경로 지연들이다. 그 결과, 어떤 음의 주파수들도 없어야 하며 초-분해능 알고리즘에 의해 생성되는 모든 음의 주파수들은 거절될 스퓨리어스 주파수들이다.The frequencies estimated by the super-resolution algorithms are artificial frequencies (Equation 2). In effect, these frequencies are individual path delays in a multipath environment. As a result, no negative frequencies should be present, and all negative frequencies generated by the super-resolution algorithm are the spurious frequencies to be rejected.

더욱이, DLOS 거리 범위는 초-분해능 방법들과 상이한 방법들을 사용하여 측정들 동안 획득된 복소 진폭(

Figure pct00122
) 값들로부터 추정될 수 있다. 이들 방법들은 보다 낮은 정확도를 갖지만, 이러한 접근법은 지연들, 즉 주파수들을 식별하기 위해 사용되는 범위를 수립한다. 예를 들면, 신호 진폭(
Figure pct00123
)이 최대치, 즉 널들을 회피하는 것에 가까운 △f 간격들에서
Figure pct00124
의 비는 DLOS 지연 범위를 제공한다. 실제 DLOS 지연은 2배 이상 또는 이하까지일 수 있지만, 이것은 스퓨리어스 결과들을 거절하도록 돕는 범위를 정의한다. Moreover, the DLOS range of distances can be calculated using the complex amplitude (&lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure pct00122
) &Lt; / RTI &gt; values. Although these methods have lower accuracy, this approach establishes the range that is used to identify delays, i.e., frequencies. For example, the signal amplitude (
Figure pct00123
) Is at its maximum, i.e., at intervals Δf close to avoiding nulls
Figure pct00124
/ RTI &gt; provides a DLOS delay range. The actual DLOS delay can be up to two or more times, but this defines a range that helps to reject spurious results.

실시예에서, 거리 측정 신호는 왕복을 한다. 다시 말해서, 그것은 양쪽 방향들로 이동한다: 마스터/판독기에서 타겟/슬레이브로 및 타겟/슬레이브에서 다시 마스터/판독기로.In an embodiment, the distance measurement signal makes a round trip. In other words, it travels in both directions: master / reader to target / slave and target / slave to master / reader again.

마스터는 톤을 송신한다:

Figure pct00125
, 여기에서 ω는 동작 대역에서의 동작 주파수이며 α는 톤 신호 진폭이다.The master sends a tone:
Figure pct00125
, Where [omega] is the operating frequency in the operating band and [alpha] is the tone signal amplitude.

타겟의 수신기에서, 수신 신호(단-방향)는 다음과 같다:In the target's receiver, the received signal (short-direction) is:

Figure pct00126
(25)
Figure pct00126
(25)

여기에서: N은 다중경로 환경에서 신호 경로들의 수이고; K0 및 τ0은 DLOS 신호의 진폭 및 플라이트 시간이고;

Figure pct00127
Figure pct00128
은 양 또는 음일 수 있다.Where N is the number of signal paths in the multipath environment; K0 and? 0 are the amplitude and flight time of the DLOS signal;
Figure pct00127
And
Figure pct00128
May be positive or negative.

Figure pct00129
(26)
Figure pct00129
(26)

여기에서:

Figure pct00130
은 주파수 도메인에서 단방향 다중경로 RF 채널 전달 함수이며; A(ω)≥0.From here:
Figure pct00130
Is a unidirectional multipath RF channel transfer function in the frequency domain; A (ω) ≥0.

타겟은 수신 신호를 재송신한다:The target retransmits the received signal:

Figure pct00131
(27)
Figure pct00131
(27)

마스터 수신기에서, 왕복 신호는:At the master receiver, the round trip signal is:

Figure pct00132
Figure pct00132

또는:or:

Figure pct00133
(28)
Figure pct00133
(28)

다른 한편으로 식(26) 및 식(28)으로부터:From the equations (26) and (28) on the other hand:

Figure pct00134
(29)
Figure pct00134
(29)

여기에서:

Figure pct00135
은 주파수 도메인에서 왕복 다중경로 RF 채널 전달 함수이다.From here:
Figure pct00135
Is a reciprocating multipath RF channel transfer function in the frequency domain.

식(29)으로부터, 왕복 다중경로 채널은 τ0÷τN 경로 지연들 외에

Figure pct00136
표현이 이들 경로 지연들의 조합들, 예를 들면: τ01, τ02...., τ12, τ13, ..., 등을 포함하기 때문에 단-방향 채널 다중경로보다 많은 수의 경로들을 가진다. From equation (29), the round-trip multi-path channel is characterized by τ 0 ÷ τ N path delays
Figure pct00136
Since the expression includes combinations of these path delays, e.g., τ 0 + τ 1 , τ 0 + τ 2 ...., τ 1 + τ 2 , τ 1 + τ 3 , ..., And has more paths than the single-directional channel multipath.

이들 조합들은 신호들(복소 지수들)의 수를 극적으로 증가시킨다. 그러므로, 매우 가깝게 이격된(시간적으로) 신호들의 확률이 또한 증가할 것이며 상당한 모델 크기 과소평가를 이끌 수 있다. 따라서, 단-방향 다중경로 RF 채널 전달 함수를 획득하는 것이 바람직하다. These combinations dramatically increase the number of signals (complex indices). Therefore, the probability of very closely spaced (temporal) signals will also increase and lead to considerable model size underestimation. Thus, it is desirable to obtain a single-direction multipath RF channel transfer function.

바람직한 실시예에서, 단-방향 진폭 값들()은 타겟/슬레이브 디바이스로부터 직접 획득 가능하다. 그러나, 단-방향 위상 값들(

Figure pct00138
)은 직접 측정될 수 없다. 왕복 위상 측정 관측으로부터 단-방향의 위상을 결정하는 것이 가능하다:In the preferred embodiment, the short-direction amplitude values ( ) Can be obtained directly from the target / slave device. However, the short-direction phase values (
Figure pct00138
) Can not be directly measured. It is possible to determine the phase in the short-direction from the reciprocal phase measurement observation:

Figure pct00139
Figure pct00140
Figure pct00139
And
Figure pct00140

그러나, ω의 각각의 값에 대해,

Figure pct00141
이도록 하는 위상(α(ω))의 두 개의 값들이 있다.However, for each value of omega,
Figure pct00141
([Omega]), which is the phase of the output signal.

이러한 모호성을 해결하는 것에 대한 상세한 설명이 이하에서 도시된다. 거리 측정 신호 상이한 주파수 성분들이 서로에 가깝다면, 대부분의 부분에 대해 단-방향 위상은 2로 왕복 위상을 나눔으로써 발견될 수 있다. 예외들은 "널"에 가까운 영역들을 포함할 것이며, 여기에서 위상은 작은 주파수 스텝을 갖고도 상당한 변화를 겪을 수 있다. 주의: "널" 현상들은 다중 경로들로부터의 인입 RF 신호들이 DLOS 경로와 및 서로 파괴적으로 조합하며, 따라서 수신된 신호 세기를 상당히 감소시키며 그것의 SNR과 연관되는 경우이다.A detailed description of solving such ambiguities is shown below. Distance Measurement Signal If the different frequency components are close to each other, the short-direction phase for most parts can be found by dividing the reciprocal phase by two. Exceptions will include regions close to "null ", where the phase may undergo significant changes even with small frequency steps. Note: "null" phenomena are cases where incoming RF signals from multiple paths combine destructively with the DLOS path and with each other, thus significantly reducing the received signal strength and associated with its SNR.

h(t)를 통신 채널의 단-방향 임펄스 응답이라고 하자. 주파수 도메인에서의 대응하는 전달 함수는 다음과 같다.Let h (t) be the short-directional impulse response of the communication channel. The corresponding transfer function in the frequency domain is:

Figure pct00142
(30)
Figure pct00142
(30)

여기에서 A(ω)≥0은 크기이며 α(ω)는 전달 함수의 위상이다. 단-방향 임펄스 응답이 그것이 수신된 것과 동일한 채널을 통해 다시 재송신된다면, 결과적인 양-방향 전달 함수는 다음과 같으며,Where A (ω) ≥0 is the magnitude and α (ω) is the phase of the transfer function. If the short-directional impulse response is retransmitted again on the same channel as it is received, then the resulting two-way transfer function is:

Figure pct00143
(31)
Figure pct00143
(31)

여기에서 B(ω)≥0. 양-방향 전달 함수(G(ω))가 몇몇 개방 주파수 간격(ω1, ω2)에서 모든 ω에 대해 알려져 있다고 가정하자. G(ω)를 생성한 (ω1, ω2)에 대해 정의된 단-방향 전달 함수(H(ω))를 결정하는 것이 가능한가?Where B (ω) ≥0. Assume that the bi-directional transfer function G (?) Is known for all? At some open frequency interval (? 1 ,? 2 ). Is it possible to determine the one-way transfer function H (ω) defined for (ω 1 , ω 2 ) that produced G (ω)?

양-방향 전달 함수의 크기는 단-방향 크기의 제곱이므로, 다음이 명확하다.Since the magnitude of the bi-directional transfer function is the square of the magnitude of the short-direction magnitude,

Figure pct00144
(32)
Figure pct00144
(32)

그러나, G(ω)의 관측으로부터 단-방향 전달 함수의 위상을 복원하려고 노력할 때, 상황은 더욱 미묘하다. ω의 각각의 값에 대해, 다음이도록 하는 위상(α(ω))의 두 개의 값들이 있다. However, when trying to restore the phase of the short-direction transfer function from the observation of G (?), The situation is more subtle. For each value of [omega], there are two values of the phase [alpha] ([omega]) that are to be the next.

Figure pct00145
(33)
Figure pct00145
(33)

다수의 상이한 해법들이 각각의 상이한 주파수(ω)에 대해 두 개의 가능한 위상 값들 중 하나를 독립적으로 선택함으로써 생성될 수 있다.A number of different solutions can be generated by independently selecting one of two possible phase values for each different frequency ([omega]).

임의의 단-방향 전달 함수가 모든 주파수들에서 연속적이라고 가정하는, 다음의 정리들은 이러한 상황을 해결하도록 돕는다.The following theorems, which assume that any one-way transfer function is continuous at all frequencies, help to solve this situation.

정리 1: I를 양-방향 전달 함수(

Figure pct00146
)의 제로들을 포함하지 않는 주파수들(ω)의 개방 간격이라고 하자.
Figure pct00147
를 β(ω)=2γ(ω)인 경우 I에 대한 연속 함수라고 하자. 그 후 J(ω) 및 -J(ω)는 I에 대한 G(ω)를 생성하는 단-방향 전달 함수들이며, 다른 것들은 없다.Theorem 1: I to the positive-direction transfer function (
Figure pct00146
) &Lt; / RTI &gt; of the frequencies &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure pct00147
Let β (ω) = 2γ (ω) be a continuous function for I. J (ω) and -J (ω) are then single-direction transfer functions that produce G (ω) for I, and others are not.

증명: 단-방향 전달 함수에 대한 해법들 중 하나는 그것이 I에 대해 구별 가능하기 때문에, I에 대해 연속적인 함수(

Figure pct00148
)이며, 여기에서 β(ω)=2α(ω)이다. I에 대해 G(ω)≠0므로, H(ω) 및 J(ω)는 I에 대해 비제로이다. 그 후, Proof : One of the solutions to the one-way transfer function is that it is a continuous function for I
Figure pct00148
), Where? (?) = 2? (?). H (?) And J (?) Are non-zero for I, since G (?)? After that,

Figure pct00149
(34)
Figure pct00149
(34)

H(ω) 및 J(ω)는 I에 대해 연속적이며 비제로이므로, 그것들의 비는 I에 대해 연속적이며, 그러므로 (34)의 우측 변은 I에 대해 연속적이다. 조건들(β(ω)=2α(ω)=2γ(ω))은 각각의 ω∈I에 대해, α(ω)-γ(ω)는 0 또는 π임을 의미한다. 그러나, α(ω)-γ(ω)는 (34)의 우측 변 상에 비연속성을 야기하지 않고 이들 두 개의 값들 사이에서 스위칭할 수 없다. 따라서, 모든 ω∈I에 대해 α(ω)-γ(ω)=0, 또는 모든 ω∈I에 대해 α(ω)-γ(ω)=π. 제1 경우에, 우리는 J(ω)=H(ω)를 얻으며, 제2 경우에 우리는 J(ω)=-H(ω)를 얻는다.Since H (ω) and J (ω) are continuous and nonzero for I, their ratio is continuous for I, and therefore the right side of (34) is continuous for I. The conditions β (ω) = 2α (ω) = 2γ (ω) mean that for each ωI, α (ω) - γ (ω) is 0 or π. However, α (ω) - γ (ω) can not switch between these two values without causing discontinuity on the right side of (34). Therefore, α (ω) - γ (ω) = 0 for all ω ∈ I, or α (ω) - γ (ω) = π for all ω ∈ I. In the first case, we get J (ω) = H (ω), and in the second case we get J (ω) = - H (ω).

이러한 정리는 전달 함수(

Figure pct00150
)의 비 제로들을 포함한 임의의 개방 간격(I)에 대한 단-방향 해법을 얻기 위해, 우리는 함수(
Figure pct00151
)를 형성하여, J(ω)를 연속적이게 하기 위한 방식으로 β(ω)=2γ(ω)를 만족시키는 γ(ω)의 값들을 선택한다는 것을 증명한다. 이러한 속성, 즉 H(ω)을 가진 해법이 있다는 것이 알려져 있으므로, 이것을 행하는 것은 항상 가능하다.This theorem applies to the transfer function (
Figure pct00150
To obtain a one-way solution for any open interval (I), including nonzero,
Figure pct00151
) To form values of γ (ω) satisfying β (ω) = 2γ (ω) in a manner to make J (ω) continuous. Since it is known that there is a solution with this property, H (ω), it is always possible to do this.

단-방향 해법을 찾기 위한 대안적인 절차는 다음의 정리에 기초한다:An alternative procedure for finding a one-way solution is based on the following theorem:

정리 2:

Figure pct00152
을 단-방향 전달 함수라고 하며 I를 H(ω)의 비 제로들을 포함한 주파수들(ω)의 개방 간격이라고 하자. 그 후 H(ω)의 위상 함수(α(ω))는 I에 대해 비연속적이어야 한다.Theorem 2:
Figure pct00152
Is called a one-way transfer function, and let I be the open interval of frequencies (ω) including nonzero H (ω). The phase function? (?) Of H (?) Should then be non-continuous with respect to I.

증명: ω0을 간격(I)에서의 주파수라고 하자. 도 7에서, 복소 값(H(ω0))은 복소 평면에서의 포인트로서 그려지며, 가설에 의해, H(ω0)≠0. ε>0을 임의의 작은 실수라고 하며, 도 7에 도시된 측정치(ε)의 두 개의 각도들, 뿐만 아니라 H(ω0)에 중심이 있으며 두 개의 레이들(OA 및 OB)에 접하는 원을 고려하자. 가정에 의해, H(ω)는 모든 ω에 대해 연속적이다. 따라서, ω가 ω0에 충분히 가깝다면, 복소 값(H(ω))은 원에 있을 것이며,

Figure pct00153
임이 이해된다. ε>0이 임의로 선택되었기 때문에, 우리는 ω→ω0으로서 α(ω)→α(ω0)임을 결론 내리며, 따라서 위상 함수(α(ω))는 ω0에서 연속적이다. Proof : Let ω 0 be the frequency at interval (I). In Fig. 7, the complex value H (omega 0 ) is plotted as a point in the complex plane, and, by hypothesis, H (? 0 )? Let 竜 &gt; 0 be any arbitrary small real number and refer to two angles of the measured value ε shown in FIG. 7 as well as a circle centered on H (ω 0 ) and tangent to two lasers (OA and OB) Consider it. By assumption, H (ω) is continuous for all ω. Thus, if ω is close enough to ω 0 , the complex value H (ω) will be in the circle,
Figure pct00153
. Since ε> 0 is arbitrarily chosen, we conclude that ω → ω 0 is α (ω) → α (ω 0 ), so the phase function α (ω) is continuous at ω 0 .

정리 3: I를 양-방향 전달 함수(

Figure pct00154
)의 비 제로들을 포함한 주파수들(ω)의 개방 간격이라고 하자.
Figure pct00155
를 β(ω)=2γ(ω) 및 γ(ω)가 I에 대해 연속적인 I에 대한 함수라고 하자. 그 후, J(ω) 및 -J(ω)는 I에 대한 G(ω)를 생성하는 단-방향 전달 함수들이며, 다른 것들은 없다.Theorem 3: I is a positive-directional transfer function (
Figure pct00154
) Is the open interval of frequencies (ω) including nonzero frequencies.
Figure pct00155
Let β (ω) = 2γ (ω) and γ (ω) be functions of I for successive I. Then, J (omega) and -J (omega) are the one-way transfer functions that produce G (omega) for I, and others do not.

증명: 증명은 정리 1의 증명과 유사하다. 우리는 단-방향 전달 함수에 대한 해법들 중 하나가 함수(

Figure pct00156
)임을 알고 있으며, 여기에서 β(ω)=2α(ω). I에 대해 G(ω)≠0이므로, H(ω) 및 J(ω)는 I에 대해 비제로이다. 그 후, Proof : Proof is similar to Proof of Proof 1. We show that one of the solutions to the one-way transfer function is the function
Figure pct00156
), Where β (ω) = 2α (ω). H (?) And J (?) Are nonzero for I, since G (?)? 0 for I. After that,

Figure pct00157
(35)
Figure pct00157
(35)

가설에 의해 γ(ω)는 I에 대해 연속적이며 정리 2에 의해 α(ω)가 또한 I에 대해 연속적이다. 따라서, α(ω)-γ(ω)는 I에 대해 연속적이다. 조건들(β(ω)=2α(ω)=2γ(ω))은 각각의 ω∈I에 대해, α(ω)-γ(ω)가 0 또는 π임을 의미한다. 그러나, α(ω)-γ(ω)는 I에 대해 비연속적이게 되지 않고 이들 두 개의 값들 사이에서 스위칭할 수 없다. 따라서, 모든 ω∈I에 대해 α(ω)-γ(ω)=0 또는 모든 ω∈I에 대해 α(ω)-γ(ω)=π. 제1 경우에, 우리는 J(ω)=H(ω)를 얻으며, 제2 에서, J(ω)=-H(ω).By hypothesis, γ (ω) is continuous with respect to I, and by theorem 2 α (ω) is also continuous with respect to I. Therefore,? (?) -? (?) Is continuous with respect to I. The conditions β (ω) = 2α (ω) = 2γ (ω) mean that for each ωI, α (ω) - γ (ω) is 0 or π. However,? (?) -? (?) Does not become non-continuous with respect to I and can not switch between these two values. Therefore, for all ω ∈ I, α (ω) - γ (ω) = 0 or for all ω ∈ I α (ω) - γ (ω) = π. In the first case, we get J (ω) = H (ω), and in the second, J (ω) = - H (ω).

정리 3은 전달 함수(

Figure pct00158
)의 비 제로들을 포함한 임의의 개방 간격(I)에 대한 단-방향 해법을 얻기 위해, 우리는 간단히 함수(
Figure pct00159
)를 형성하여, 위상 함수(γ(ω))를 연속적이게 하도록 하는 방식으로 β(ω)=2γ(ω)를 만족시키는 γ(ω)의 값들을 선택한다고 말한다. 이러한 속성, 즉 H(ω)을 가진 해법이 있다는 것이 알려져 있으므로, 이를 행하는 것이 항상 가능하다.Theorem 3 is the transfer function (
Figure pct00158
To obtain a one-way solution for any open interval (I), including nonzero, we simply use the function
Figure pct00159
) Is formed to select values of? (?) Satisfying? (?) = 2? (?) In such a manner as to make the phase function? (?) Continuous. It is known that there is a solution with this property, H (?), So it is always possible to do so.

상기 정리들은 양-방향 함수(G(ω))를 발생시키는 두 개의 단-방향 전달 함수들을 재구성하는 방법을 도시하지만, 그것들은 G(ω)의 비 제로들을 포함한 주파수 간격(I)에 대해서만 유용하다. 일반적으로, G(ω)는 제로들을 포함할 수 있는 주파수 간격(ω1, ω2) 상에서 관측될 것이다. 다음은 (ω1, ω2)에서 G(ω)의 유한한 수의 제로들만이 있다고 가정하면, 이러한 문제를 해결할 수 있으며, 단-방향 전달 함수가 그 모두가 임의의 주어진 주파수(ω)에서 제로인 것은 아닌, (ω1, ω2) 상에서의 모든 차수들의 도함수들을 갖는 방법이다:These theorems show how to reconstruct the two short-direction transfer functions that produce the bi-directional function G (?), But they are only useful for the frequency interval I including the non-zero of G (?) Do. In general, G (?) Will be observed over a frequency interval (? 1 ,? 2 ) that may include zeros. The following can solve this problem assuming that there is only a finite number of zeros of G (?) At (? 1 ,? 2 ), and that the short-direction transfer function is all at a given frequency Is not a zero, but a derivative of all orders on (ω 1 , ω 2 ):

H(ω)를 간격(ω1, ω2) 상에서 G(ω)를 발생시키는 단-방향 함수라 하며, G(ω)는 (ω1, ω2) 상에서 적어도 하나의 제로를 갖는다고 가정하자. G(ω)의 제로들은 (ω1, ω2)를 유한한 수의 인접한 개방 주파수 간격들(J1, J2,..., Jn)로 분리할 것이다. 각각의 이러한 간격 상에서, 해법(H(ω) 또는 -H(ω))은 정리 1 또는 정리 3을 사용하여 발견될 것이다. 우리는 스티치 해법이 (ω1, ω2)의 모두에 걸쳐 H(ω) 또는 -H(ω) 중 하나이도록 이들 해법들을 "함께 스티칭"할 필요가 있다. 이를 행하기 위해, 우리는 우리가 하나의 서브간격에서 다음으로 이동할 때 H(ω)에서 -H(ω)로 또는 -H(ω)로부터 H(ω)로 스위칭하지 않도록 두 개의 인접한 서브간격들에서 해법들의 쌍을 이루는 방법을 알 필요가 있다. We assume that H (ω) is a short-direction function that generates G (ω) over intervals (ω 1 , ω 2 ) and G (ω) has at least one zero on (ω 1 , ω 2 ) . Zero G (ω) will be separated by (ω 1, ω 2) of the adjacent open frequency interval of a finite number (J 1, J 2, ... , J n). At each such interval, the solution H (ω) or -H (ω) will be found using theorem 1 or theorem 3. We need to "stitch together" these solutions so that the stitch solution is either H (ω) or -H (ω) over all of (ω 1 , ω 2 ). In order to do this, we use two adjacent sub-intervals (not shown) so that we do not switch from H (ω) to -H (ω) or from -H We need to know how to form a pair of solutions.

우리는 첫 두 개의 인접한 개방 서브간격들(J1 및 J2)로 시작하는 스티칭 절차를 예시한다. 이들 서브간격들은 G(ω)의 제로인(물론, ω1은 어느 하나의 서브간격에 포함되지 않는다) 주파수(ω1)에서 인접해 있을 것이다. 단-방향 전달 함수의 속성들에 대한 우리의 상기 가정에 의해, H(n)1)≠0이도록 최소 양수(n)가 있어야 하며, 여기에서 위첨자(n)는 제n 도함수를 나타낸다. 그 후 좌측으로부터 ω→ω1로서 J1에서 우리의 단-방향 해법의 제n 도함수의 한계는 J1에서의 우리의 해법이 H(ω) 또는 -H(ω)인지에 따라 H(n)1) 또는 -H(n)1)일 것이다. 유사하게, 우측으로부터 ω→ω1로서 J2에서 우리의 단-방향 해법의 제n 도함수의 한계는 J2에서의 우리의 해법이 H(ω) 또는 -H(ω)인지에 따라 H(n)1) 또는 -H(n)1)일 것이다. H(n)1)≠0이므로, 두 개의 한계들은 J1 및 J2에서의 해법들이 양쪽 모두 H(ω)이거나 또는 양쪽 모두 -H(ω)인 경우에만 동일할 것이다. 좌측 및 우측 한계들이 동일하지 않다면, 우리는 서브간격(J2)에서 해법을 도치시킨다. 그렇지 않다면, 우리는 하지 않는다. We illustrate a stitching procedure starting with the first two adjacent open sub-intervals (J 1 and J 2 ). These sub-intervals will be adjacent at a frequency (omega 1 ) of G (?) (Of course, omega 1 is not included in any one sub-interval). Due to our above assumption of the properties of the short-direction transfer function, there must be a minimum positive number (n) such that H (n)1 ) ≠ 0, where the superscript (n) denotes the n-th derivative. Then as ω → ω 1 from the left end in our J 1 - limits of the n-th derivative of the direction of solution is based on whether our solution in J 1 H (ω) or -H (ω) H (n) (? 1 ) or -H (n) (? 1 ). Similarly, the limit of the n-th derivative of our single-way solution at J 2 as ω → ω 1 from the right is H (n ), depending on whether our solution at J 2 is H (ω) or -H ) 1) or -H (n) (ω 1) it will be. Since H (n)1 ) ≠ 0, the two limits will be the same only if the solutions at J 1 and J 2 are both H (ω), or both are -H (ω). If the left and right limits are not the same, we invert the solution at the sub-interval (J 2 ). If not, we do not.

서브간격(J2)에서 해법을 도치시킨 후(필요하다면), 우리는 서브간격들(J2 및 J3)에 대한 동일한 절차를 수행하여, 서브간격(J3)(필요하다면)에서 해법을 도치시킨다. 이러한 방식으로 계속하면, 우리는 결국 간격(ω1, ω2) 상에서 완전한 해법을 구축한다. After taking the solution at subinterval J 2 (if necessary), we perform the same procedure for subintervals J 2 and J 3 , and solve the solution at subinterval J 3 (if necessary) Take off. Continuing this way, we eventually build a complete solution over the interval (ω 1 , ω 2 ).

그것들은 잡음의 존재시 정확하게 계산하는 것이 어려우므로, H(ω)의 고차 도함수들이 상기 재구성 절차에서 요구되지 않는 것이 바람직할 것이다. 이러한 문제점은, G(ω)의 임의의 제로에서, 그것이 H(ω)의 1차 도함수가 비제로일 가능성이 매우 높은 것처럼 보이며, 그렇지 않다면, 2차 도함수가 비제로일 가능성이 매우 높기 때문에, 발생할 가능성이 없다.It would be desirable that higher order derivatives of H (?) Are not required in the reconstruction procedure, since they are difficult to accurately calculate in the presence of noise. The problem is that at any zero of G (omega), it seems very likely that the first derivative of H (omega) is nonzero, or else it is very likely that the second derivative is nonzero, There is no possibility of occurrence.

실제 기법에서, 양-방향 전달 함수(G(ω))가 이산 주파수들에서 측정될 것이며, 이것은 G(ω)의 제로들 가까이에서 도함수들의 적당히 정확한 계산을 가능하게 하기 위해 서로 충분히 가까워야 한다. In an actual technique, the bi-directional transfer function G (?) Will be measured at discrete frequencies, which must be close enough together to enable moderately accurate calculations of the derivatives near zero of G (?).

RF-기반 거리 측정에 대해, 선험적인 알려진 형태를 가진 거리 측정 신호의 알져지지 않은 수의 가깝게 이격된, 중첩하는, 및 시끄러운 에코들을 해결하는 것이 필요하다. 거리 측정 신호가 협-대역이라고 가정하면, 주파수 도메인에서, 이러한 RF 현상들은 각각이 다중경로 구성요소마다 및 각각이 경로의 복소 감쇠 및 전파 지연을 갖고, 다수의 사인 파들의 합으로서 설명(모델링)될 수 있다. For RF-based distance measurements, it is necessary to resolve an unexpected number of closely spaced, overlapping, and noisy echoes of a distance measurement signal with a priori known shape. Assuming that the distance measurement signal is narrow-band, in the frequency domain, these RF phenomena may be described (modeled) as a sum of multiple sinusoids, each with multipath components and each having a complex attenuation and propagation delay of the path, .

상기 언급된 합의 푸리에 변환을 취하는 것은 시간 도메인에서 이러한 다중경로 모델을 표현할 것이다. 이러한 시간 도메인 표현에서 시간 및 주파수 변수들의 역할을 교환할 때, 이러한 다중경로 모델은 경로의 전파 지연이 고조파 신호로 변환되는 고조파 신호들 스펙트럼이 될 것이다. Taking the above-mentioned sum Fourier transform will represent this multipath model in the time domain. When exchanging the role of time and frequency variables in this time domain representation, this multipath model will be a spectrum of harmonic signals whose path propagation delay is converted into a harmonic signal.

초(고) 분해능 스펙트럼 추정 방법들은 스펙트럼에서 가깝게-위치된 주파수들을 구별하도록 설계되며 다수의 고조파 신호들의 개개의 주파수들, 예로서 경로 지연들을 추정하기 위해 사용된다. 그 결과, 경로 지연들이 정확하게 추정될 수 있다. High resolution spectral estimation methods are designed to distinguish closely-located frequencies in the spectrum and are used to estimate individual frequencies of multiple harmonic signals, e.g., path delays. As a result, path delays can be accurately estimated.

초 분해능 스펙트럼 추정은 개개의 주파수들, 예로서 경로 지연들의 기본 추정에 대한 해법을 제공하기 위해 기저-대역 거리 측정 신호 샘플들의 공분산 행렬의 고유-구조 및 공분산 행렬 진성 속성들을 이용한다. 고유-구조 속성들 중 하나는 고유치들이 조합될 수 있으며 결과적으로 서브스페이스들이라고도 알려진, 직교 잡음 및 신호 고유벡터들로 분할될 수 있다는 것이다. 또 다른 고유-구조 속성은 회전-불변 신호 서브스페이스 속성이다.The super resolution spectral estimation utilizes the eigen-structure and covariance matrix intrinsic properties of the covariance matrix of the base-band distance measurement signal samples to provide a solution to the fundamental estimate of the individual frequencies, e.g., path delays. One of the eigen-structure properties is that the eigenvalues can be combined and, as a result, can be divided into orthogonal noise and signal eigenvectors, also known as subspaces. Another inherent-structure property is the rotation-invariant signal subspace property.

서브스페이스 분해 기술(MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT 등)은 관측된 데이터의 추정된 공분산 행렬을 두 개의 직교 서브스페이스들, 즉 잡음 서브스페이스 및 신호 서브스페이스로 분해하는 것에 의존한다. 서브스페이스 분해 방법론에 대한 이론은 잡음 서브스페이스로의 관측 대상의 투사가 단지 잡음으로 이루어지며 신호 서브스페이스로의 관측 대상의 투사가 단지 신호로 이루어진다는 것이다.Subspace decomposition techniques (MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT, etc.) depend on decomposing the estimated covariance matrix of the observed data into two orthogonal subspaces, i.e., noise subspace and signal subspace. The theory of the subspace decomposition methodology is that the projection of the object to the noise subspace consists of only noise and that the projection of the object to the signal subspace consists only of the signal.

스펙트럼 추정 방법들은 신호들이 협-대역이며, 고조파 신호들의 수가 또한 알려져 있는, 즉 신호 서브스페이스의 크기가 알려질 필요가 있다는 것을 가정한다. 신호 서브스페이스의 크기는 모델 크기로서 불리운다. 일반적으로, 그것은 어느 정도 상세히 알려질 수 없으며 환경이 변화함에 따라 - 특히 실내에서 - 빠르게 변할 수 있다. 임의의 서브스페이스 분해 알고리즘을 적용할 때 가장 어려우며 미묘한 이슈들 중 하나는 주파수 성분들의 수가 존재함에 따라 취해질 수 있으며, 다중경로 반사들의 수 더하기 직접 경로인 신호 서브스페이스의 치수이다. 실-세계 측정 결함들 때문에, 모델 크기 추정에 에러가 항상 있을 것이며, 이것은 결과적으로 주파수 추정, 즉 거리들의 정확도의 손실을 야기할 것이다. Spectral estimation methods assume that the signals are narrow-band and the number of harmonic signals is also known, i.e. the size of the signal subspace needs to be known. The size of the signal subspace is referred to as the model size. In general, it can not be known in any detail and can change rapidly as the environment changes - especially indoors. One of the most difficult and subtle issues when applying arbitrary subspace decomposition algorithms can be taken as the number of frequency components is present and is the dimension of the signal subspace which is the direct path plus the number of multipath reflections. Due to real-world measurement faults, there will always be errors in the model size estimation, which will result in frequency estimation, i.e., loss of accuracy of the distances.

거리 측정 정확도를 개선하기 위해, 일 실시예는 서브스페이스 분해 고 분해능 추정의 방법론에서 최첨단 기술을 발전시키는 6개의 특징들을 포함한다. 지연 경로 결정 모호성을 추가로 감소시키는 상이한 고유-구조 속성들을 사용함으로써 개개의 주파수들을 추정하는 둘 이상의 알고리즘들을 조합하는 것이 포함된다.To improve distance measurement accuracy, one embodiment includes six features that advance the state of the art in the methodology of subspace decomposition high resolution estimation. And combining two or more algorithms that estimate individual frequencies by using different eigen-structure properties that further reduce delay path determination ambiguity.

Root Music은 관측 대상이 잡음 서브스페이스로 투사될 때, 투사의 에너지를 최소화하는 개개의 주파수들을 발견한다. Esprit 알고리즘은 회전 연산자로부터의 개개의 주파수들을 결정한다. 많은 점들에서, 이러한 연산은 그것이, 관측 대상이 신호 서브스페이스로 투사될 때, 투사의 에너지를 최대화하는 주파수들을 발견한다는 점에서 Music의 켤레이다. Root Music finds individual frequencies that minimize the energy of the projection when the object is projected into the noise subspace. The Esprit algorithm determines the individual frequencies from the rotation operator. At many points, this operation is a pair of Music in that it finds frequencies that maximize the energy of the projection when the object is projected onto the signal subspace.

모델 크기는 이들 알고리즘들의 양쪽 모두에 대한 키이며, 실제로, 실내 거리 측정에서 보여지는 바와 같은 복소 신호 환경에서 - Music 및 Esprit에 대한 최상의 성능을 제공하는 모델 크기는 일반적으로, 이하에 논의될 이유들로 동일하지 않다. The model size is the key for both of these algorithms, and indeed, in a complex signal environment as seen in the indoor distance measurement, the model size that provides the best performance for Music and Esprit is generally the reason .

Music에 대해, "신호 고유 치"로서 분해의 기본 요소를 식별하는 측면에서 실수를 범하는 것이 바람직하다(유형 I 에러). 이것은 잡음 서브스페이스 상에 투사되는 신호 에너지의 양을 최소화하며 정확도를 개선할 것이다. Esprit에 대해 - 반대가 참이다 - "잡음 고유치"로서 분해의 기본 요소를 식별하는 측면에서 실수를 범하는 것이 바람직하다. 이것은 다시 유형 I 에러이다. 이것은 신호 스페이스로 투사된 에너지에 대한 잡음의 영향을 최소화할 것이다. 그러므로, Music에 대한 모델 크기는 일반적으로 Esprit에 대한 것보다 다소 더 클 것이다. For Music, it is desirable to make a mistake in terms of identifying the fundamental element of the decomposition as a "signal eigenvalue" (type I error). This will minimize the amount of signal energy projected onto the noise subspace and improve the accuracy. For Esprit - the opposite is true - it is desirable to make a mistake in terms of identifying the element of decomposition as a "noise eigenvalue". This again is a Type I error. This will minimize the effect of noise on the energy projected into the signal space. Therefore, the model size for Music will generally be somewhat larger than for Esprit.

두 번째로, 복소 신호 환경에서, 강한 반사들 및 직접 경로가 사실상 다중경로 반사들의 몇몇보다 훨씬 더 약한 가능성을 갖고, 모델 크기는 충분한 통계 신뢰성을 갖고 추정하는 것이 어려운 경우들이 발생하고 있다. 이러한 이슈는 Music 및 Esprit 양쪽 모두에 대한 "기초" 모델 크기를 추정하며 각각에 대한 기초 모델 크기에 의해 정의된 모델 크기들의 윈도우에서 Music 및 Esprit를 사용하여 관측 대상 데이터를 프로세싱함으로써 처리된다. 이것은 각각의 측정에 대한 다수의 측정치들을 야기한다.Second, in complex signal environments, strong reflections and direct paths have virtually a much weaker probability than some of the multipath reflections, and model sizes have been found to have sufficient statistical reliability and difficult to estimate. This issue is addressed by processing the observed data using Music and Esprit in a window of model sizes defined by the base model size for each of the "basic" model sizes for both Music and Esprit. This results in multiple measurements for each measurement.

실시예의 제1 특징은 모델 크기(상기 참조)를 추정하기 위한 F-통계의 사용이다. 제2 특징은 Music 및 Esprit에 대한 F-통계에서의 상이한 유형 I 에러 확률들의 사용이다. 이것은 상기 논의된 바와 같이 Music 및 Esprit 사이에서 유형 I 에러 차이들을 구현한다. 제3 특징은 직접 경로를 검출하는 확률을 최대화하기 위해 기초 모델 크기 및 윈도우의 사용이다. A first feature of the embodiment is the use of F-statistics to estimate the model size (see above). The second feature is the use of different Type I error probabilities in F-statistics for Music and Esprit. This implements Type I error differences between Music and Esprit as discussed above. The third feature is the use of the base model size and window to maximize the probability of detecting a direct path.

잠재적으로 빠르게 변화하는 물리적 및 전자 환경 때문에, 모든 측정이 강력한 응답들을 제공하는 것은 아닐 것이다. 이것은 강력한 범위 추정을 제공하기 위해 다수의 측정들에 대한 클러스터 분석을 사용함으로써 처리된다. 실시예의 제4 특징은 다수의 측정들의 사용이다.Because of the potentially rapidly changing physical and electronic environment, not all measurements will provide robust responses. This is handled by using cluster analysis for multiple measurements to provide robust range estimates. A fourth feature of the embodiment is the use of multiple measurements.

존재하는 다수의 신호들이 있기 때문에, 각각이 Music 및 Esprit 구현 양쪽 모두로부터의 다수의 모델 크기들을 사용하는, 다수의 측정들에 기인한 다수의 응답들의 확률 분포는 다중모드일 것이다. 종래의 클러스터 분석은 이러한 애플리케이션에 대해 충분하지 않을 것이다. 제 5 특징은 반사된 다중경로 구성요소들의 직접 범위 및 등가 범위를 추정하기 위한 다중모드 클러스터 분석의 개발이다. 제 6 특징은 클러스터 분석에 의해 제공된 범위 추정치들의 통계(범위 및 표준 편차 및 통계적으로 동일한 이들 추정치들을 조합하는 것)의 분석이다. 이것은 보다 정확한 범위 추정을 야기한다.Because there are multiple signals present, the probability distribution of multiple responses due to multiple measurements, each using multiple model sizes from both Music and Esprit implementations, will be multimode. Conventional cluster analysis will not be sufficient for such applications. The fifth feature is the development of a multi-mode cluster analysis to estimate the direct range and equivalent range of the reflected multipath components. The sixth aspect is the analysis of the statistics (range and standard deviation and the combination of these estimates statistically identical) of the range estimates provided by the cluster analysis. This leads to more accurate range estimation.

상기 언급된 방법들은 또한 광 대역폭 거리 측정 신호 위치-찾기 시스템들에서 사용될 수 있다.The above-mentioned methods can also be used in wide bandwidth distance measurement signal position-finding systems.

식(20)으로 시작하는, 한계값 방법에서 r(t)의 도출을 위해, 우리는 다음을 획득하며,For deriving r (t) in the threshold method, starting with equation (20), we obtain the following:

Figure pct00160
(A1)
Figure pct00160
(A1)

여기에서 삼각항 등식(

Figure pct00161
)이 사용된다.Here, the trigonometric equation (
Figure pct00161
) Is used.

a0을 제외하고, 계수들(ak)은 짝수 k에 대해 0이다. 이것에 대한 이유는 간격(I) 상에서, 우리가 h(t)에 의해 근사하려고 하는 함수(1/sinπ△ft)가 I의 중심에 대해 짝수이지만, 짝수 k(k≠0)에 대한 기본 함수들(sinπ△ft)은 I의 중심에 대해 홀수이며, 따라서 I 상에서 1/sinπ△ft에 직교한다는 것이다. 따라서, 우리는 치환(k=2n+1)을 할 수 있으며 M을 양의 홀수라고 하자. 사실상, 우리는 M=2N+1이라고 할 것이다. 이러한 선택은 간격(I)에서 진동들의 양호한 양의 소거를 제공하기 위해 실험적으로 결정되어 왔다.Except for a 0 , the coefficients a k are 0 for an even k. The reason for this is that on the interval (I), the function (1 / sin [pi] ft) to be approximated by h (t) is even for the center of I, but the basic function for even k (Sin? Ft) are odd with respect to the center of I, and thus are orthogonal to I / sin? Thus, we can do substitution (k = 2n + 1) and let M be a positive odd number. In fact, we would say M = 2N + 1. This choice has been determined experimentally to provide a good positive erasure of vibrations at interval I.

Figure pct00162
(A2)
Figure pct00162
(A2)

이제 우리는 다음을 획득하기 위해 제1 합산에서 k=N-n 및 제2 합산에서 k=N+n+1을 치환하자.Now we replace k = N-n in the first sum and k = N + n + 1 in the second sum to obtain:

Figure pct00163
(A3)
Figure pct00163
(A3)

s(t)로부터 g(t)를 감산하는 것은 다음을 야기한다.Subtracting g (t) from s (t) causes:

Figure pct00164
(A4)
Figure pct00164
(A4)

이제 다음이라고 하자Now let's do the next.

Figure pct00165
(A5)
Figure pct00165
(A5)

그 후 (A4)는 다음으로서 기록될 수 있다.Thereafter, A4 can be recorded as follows.

Figure pct00166
(A6)
Figure pct00166
(A6)

본 실시예들은 관련 기술의 단점들 중 하나 이상을 상당히 제거하는 무선 통신 및 다른 무선 네트워크들에서의 위치 결정/위치 찾기 방법에 관한 것이다. 본 실시예들은 유리하게는 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된, 다중-경로 완화 프로세스들, 기술들 및 알고리즘들을 이용함으로써 다수의 유형들의 무선 네트워크에서 추적 및 위치 찾기 기능의 정확도를 개선한다. 이들 무선 네트워크들은 ZigBee 및 블루투스와 같은 무선 개인 영역 네트워크들(WPGAN), WiFi 및 UWB와 같은 무선 근거리 네트워크(WLAN), 통상적으로 다수의 WLAN들로 이루어지는 무선 대도시 영역 네트워크들(WMAN), 주요 예인 WiMax, 화이트 스페이스 TV 대역들과 같은 무선 광역 네트워크들(WAN), 및 통상적으로 음성 및 데이터를 송신하기 위해 사용되는 이동 디바이스 네트워크들(MDN)을 포함한다. MDN들은 통상적으로 이동 통신을 위한 전역적 시스템(GSM) 및 개인 통신 서비스(PCS) 표준들에 기초한다. 보다 최근의 MDN은 롱 텀 에볼루션(LTE) 표준에 기초한다. 이들 무선 네트워크들은 통상적으로 기지국들, 데스크탑, 태블릿 및 랩탑 컴퓨터들, 핸드셋들, 스마트폰들, 작동기들, 전용 태그들, 센서들뿐만 아니라 다른 통신 및 데이터 디바이스들(일반적으로 모든 이들 디바이스들은 "무선 네트워크 디바이스들"로 불리운다)을 포함한, 디바이스들의 조합으로 구성된다. These embodiments relate to wireless communication and a method of location / location in other wireless networks that substantially obviate one or more of the disadvantages of the related art. These embodiments advantageously improve the accuracy of tracking and location functions in multiple types of wireless networks by utilizing multi-path mitigation processes, techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583. These wireless networks include wireless personal area networks (WPGAN) such as ZigBee and Bluetooth, wireless local area networks (WLANs) such as WiFi and UWB, wireless metropolitan area networks (WMAN) typically comprised of multiple WLANs, , Wireless wide area networks (WAN) such as white space TV bands, and mobile device networks (MDN) typically used for transmitting voice and data. MDNs are typically based on Global System for Mobile Communications (GSM) and Personal Communications Services (PCS) standards. More recent MDNs are based on the Long Term Evolution (LTE) standard. These wireless networks typically include base stations, desktops, tablets and laptop computers, handsets, smart phones, actuators, dedicated tags, sensors, as well as other communication and data devices Network devices "). &Lt; / RTI &gt;

기존의 위치 및 위치 결정 정보 해법들은 GPS, AGPS, 셀 폰 타워 삼각 측량, 및 Wi-Fi를 포함한, 다수의 기술들 및 네트워크들을 사용한다. 이러한 위치 정보를 도출하기 위해 사용된 방법들 중 몇몇은 RF 핑거프린팅, RSSI, 및 TDOA를 포함한다. 현재 E911 요건들을 위해 수용 가능하지만, 기존의 위치 및 거리 측정 방법들은 특히 실내 및 도시 환경들에서, LBS 및/또는 RTLS 애플리케이션 요건들뿐만 아니라 곧 있을 E911 요건들을 지원하기 위해 요구된 신뢰성 및 정확도를 갖지 않는다. Conventional location and location information solutions use a number of technologies and networks, including GPS, AGPS, cell phone tower triangulation, and Wi-Fi. Some of the methods used to derive such location information include RF fingerprinting, RSSI, and TDOA. While acceptable for current E911 requirements, existing location and distance measurement methods have the reliability and accuracy required to support upcoming E911 requirements, as well as LBS and / or RTLS application requirements, particularly in indoor and urban environments Do not.

미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 방법들은 단일 무선 네트워크 또는 다수의 무선 네트워크들의 조합 내에서 정확하게 타겟팅된 디바이스들의 위치를 찾고 그것을 추적하기 위한 능력을 상당히 개선한다. 실시예는 DL-OTDOA(다운링크 OTDOA), U-TDOA, UL-TDOA 및 기타를 포함한 강화된 셀-ID 및 OTDOA(관측된 도착 시간 차)를 사용하는 무선 네트워크들에 의해 사용된 추적 및 위치 찾기 방법들의 기존의 구현에 대한 상당한 개선이다. The methods described in U.S. Patent No. 7,872,583 considerably improve the ability to locate and track accurately targeted devices within a single wireless network or a combination of multiple wireless networks. Examples include tracking and location used by wireless networks using enhanced cell-ID and OTDOA (observed arrival time difference) including DL-OTDOA (downlink OTDOA), U-TDOA, UL-TDOA, It is a significant improvement over existing implementations of find methods.

셀 ID 위치 기술은 특정한 섹터 커버리지 면적의 정확도를 갖고 사용자(UE-사용자 장비)의 위치를 추정하는 것을 허용한다. 따라서, 달성 가능한 정확도는 셀(기지국) 섹터화 기법 및 안테나 빔-폭에 의존한다. 정확도를 개선하기 위해, 강화 셀 ID 기술은 eNB로부터 RTT(왕복 시간) 측정들을 부가한다. 주의: 여기에서, RTT는 다운링크 DPCH - 전용 물리 채널, (DPDCH)/DPCCH: 전용 물리 데이터 채널/전용 물리 제어 채널) 프레임의 송신 및 대응하는 업링크 물리 프레임의 시작 사이에서의 차이를 구성한다. 이러한 인스턴스에서, 상기 언급된 프레임(들)은 거리 측정 신호로서 동작한다. 이 신호가 얼마나 길게 eNB로부터 UE로 전파하는지에 대한 정보에 기초하여, eNB로부터의 거리가 산출될 수 있다(도 10 참조).The cell ID location description allows to estimate the location of the user (UE-user equipment) with the accuracy of a specific sector coverage area. Thus, the achievable accuracy depends on the cell (base station) sectoring scheme and the antenna beam-width. To improve accuracy, Enhanced Cell ID technology adds RTT (Round Trip Time) measurements from the eNB. Note: Here, RTT constitutes the difference between the transmission of the downlink DPCH-dedicated physical channel, (DPDCH) / DPCCH: dedicated physical data channel / dedicated physical control channel) frame and the beginning of the corresponding uplink physical frame . In this instance, the above-mentioned frame (s) operate as a distance measurement signal. Based on information on how long this signal propagates from the eNB to the UE, the distance from the eNB can be calculated (see Fig. 10).

관측된 도착 시간 차(OTDOA) 기술에서, 이웃하는 기지국들(eNB)로부터 온 신호의 도착 시간이 산출된다. UE 위치는 일단 3개의 기지국들로부터의 신호들이 수신되면 핸드셋(UE-기반 방법)에서 또는 네트워크(NT-기반, UE-보조 방법)에서 추정될 수 있다. 측정된 신호는 CPICH(공통 파일럿 채널)이다. 신호들의 전파 시간은 국소적으로 발생된 레플리카와 상관된다. 상관관계의 피크는 측정된 신호의 전파의 관측 시간을 나타낸다. 두 개의 기지국들 사이에서의 도착 시간 차 값들은 쌍곡선을 결정한다. 적어도 3개의 기준 포인트들이 두 개의 쌍곡선들을 정의하기 위해 요구된다. UE의 위치는 이들 두 개의 쌍곡선들의 교차점에 있다(도 11 참조).In the observed arrival time difference (OTDOA) technique, the arrival time of signals from neighboring base stations (eNB) is calculated. The UE position can be estimated either in the handset (UE-based method) or in the network (NT-based, UE-assisted method) once the signals from the three base stations are received. The measured signal is CPICH (Common Pilot Channel). The propagation time of the signals correlates with locally generated replicas. The peak of the correlation represents the observation time of the propagation of the measured signal. The arrival time difference values between the two base stations determine the hyperbola. At least three reference points are required to define the two hyperbolas. The position of the UE is at the intersection of these two hyperbolas (see FIG. 11).

유휴 기간 다운링크(Idle Period Downlink; IPLD)는 추가의 OTDOA 강화이다. 상기 OTDOA-IPDL 기술은 규칙적인 OTDOA 시간 측정치들이 유휴 기간들 동안 취해지는 것과 동일한 측정치들에 기초하며, 여기에서 서빙 eNB는 그것의 송신들을 중단시키며 이러한 셀의 커버리지 내에서의 UE로 하여금 먼 eNB(들)로부터 온 파일럿들을 청취하도록 허용한다. 서빙 eNB는 연속 또는 버스트 모드에서 유휴 기간들을 제공한다. 연속 모드에서, 하나의 유휴 기간은 매 다운링크 물리 프레임(10 ms)에 삽입된다. 버스트 모드에서, 유휴 기간들은 의사 랜덤 방식으로 발생한다. 추가 개선은 시간 정렬 IPDL(TA-IPDL)을 통해 획득된다. 시간 정렬은 공통 유휴 기간을 생성하며, 그 동안 각각의 기지국은 그것의 송신을 중단시키거나 또는 공통 파일럿을 송신할 것이다. 파일럿 신호 측정들은 유휴 기간에 발생할 것이다. DL OTDOA-IPDL 방법을 추가로 강화시킬 수 있는 여러 개의 다른 기술들, 예를 들면, 누적 가상 블랭킹, UTDOA(업링크 TDOA) 등이 있다. 모든 이들 기술들은 다른(비-서빙) eNB(들)를 청취하기 위한 능력을 개선한다. Idle Period Downlink (IPLD) is an additional OTDOA enhancement. The OTDOA-IPDL description is based on the same measurements that regular OTDOA time measurements are taken during idle periods, where the serving eNB stops its transmissions and allows the UE within the coverage of such a cell to access the remote eNB Of the pilots. The serving eNB provides idle periods in continuous or burst mode. In the continuous mode, one idle period is inserted in every downlink physical frame (10 ms). In burst mode, idle periods occur in a pseudo-random manner. Further improvements are obtained via time alignment IPDL (TA-IPDL). The time alignment creates a common idle period during which each base station will either stop its transmission or transmit a common pilot. The pilot signal measurements will occur during the idle period. There are several other technologies that can further enhance the DL OTDOA-IPDL method, such as cumulative virtual blanking, UTDOA (uplink TDOA), and the like. All these techniques improve the ability to listen to other (non-serving) eNB (s).

OTDOA 기반 기술들의 하나의 중요한 단점은 실행 가능할 이러한 방법에 대해, 기지국들 타이밍 관계들이 알려지거나 또는 측정(동기화)되어야 한다는 것이다. 비동기화된 UMTS 네트워크들에 대해, 3GPP 표준은 이러한 타이밍이 어떻게 복구될 수 있는지에 대한 제안을 제공한다. 그러나, 네트워크들 운용자들은 이러한 해법을 구현하지 않고 있다. 그 결과, CPICH 신호 측정들 대신에 RTT 측정들을 사용하는 대안이 제안된다(미국 특허 공개 번호 제20080285505호, John Carlson 외, 통신 네트워크들에서 네트워크 타이밍 복구를 위한 시스템 및 방법을 참조).One significant disadvantage of OTDOA-based technologies is that, for this method to be feasible, base station timing relationships must be known or measured (synchronized). For unsynchronized UMTS networks, the 3GPP standard provides suggestions on how such timing can be recovered. However, network operators do not implement this solution. As a result, alternatives to using RTT measurements instead of CPICH signal measurements are proposed (see U.S. Patent Publication No. 20080285505, John Carlson et al., Systems and Methods for Network Timing Recovery in Communication Networks).

모든 상기 언급된 방법들/기술들은 지상파 신호 도착 시간 및/또는 도착 시간 차 측정들(RTT, CPICH 등)에 기초한다. 이러한 측정들이 갖는 이슈는 이것들이 다중-경로에 의해 심하게 영향을 받는다는 것이다. 이것은 결과적으로, 상기 언급된 방법들/기술들 위치 찾기/추적 정확도를 상당히 저하시킨다(Jakub Marek Borkowski: UMTS를 위한 셀 ID+RTT 하이브리드 위치 결정 방법의 성능 참조).All the above-mentioned methods / techniques are based on terrestrial signal arrival time and / or arrival time difference measurements (RTT, CPICH, etc.). The issue with these measurements is that they are severely affected by the multi-path. This results in a significant reduction in the accuracy of locating / tracking the above mentioned methods / techniques (see Jakub Marek Borkowski: Performance of Cell ID + RTT Hybrid Positioning Method for UMTS).

하나의 다중-경로 완화 기술은 과도한 수의 eNB(들) 또는 라디오 기지국들(RBS)로부터의 검출들/측정들을 사용한다. 최소치는 3이지만, 다중경로 완화를 위해, 요구된 RBS의 수는 적어도 6 내지 8이다(WO/2010/104436, LTE(롱 텀 에볼루션) 무선 통신 시스템에서 DL-OTDOA(다운링크 관측 도착 시간 차) 위치 결정을 위한 방법 및 장치 참조). 그러나, 이러한 다수의 eNB(들)로부터 청취한 UE의 확률은 3개의 eNB(들)로부터보다 훨씬 더 낮다. 이것은 다수의 RBS(eNB들)를 갖고, UE로부터 멀리 떨어진 여러 개들이 있을 것이며 이들 RBS(들)로부터 수신된 신호가 UE 수신기 민감도 레벨 아래로 떨어질 수 있거나 또는 수신된 신호가 낮은 SNR을 가질 것이기 때문이다.One multi-path mitigation technique employs detections / measurements from an excessive number of eNB (s) or radio base stations (RBS). The minimum value is 3, but for multipath mitigation the number of RBS required is at least 6 to 8 (WO / 2010/104436, DL-OTDOA (downlink observation arrival time difference) in LTE (Long Term Evolution) Methods and apparatus for positioning). However, the probability of the UE listening from these multiple eNB (s) is much lower than from the three eNB (s). This may be because there are multiple RBSs (eNBs), there will be several more away from the UE and the signal received from these RBS (s) may fall below the UE receiver sensitivity level or the received signal will have a low SNR to be.

RF 반사들(예로서, 다중-경로)의 경우에, 다양한 지연 시간들을 가진 RF 신호의 다수의 사본들이 DLOS(직접 고저선) 신호로 중첩된다. RTT 측정들을 포함하여, CPICH, 업링크 DPCCH/DPDCH 및 및 다양한 셀 ID 및 OTDOA 방법들/기술들에서 사용되는 다른 신호들은 대역폭이 제한되기 때문에, DLOS 신호 및 반사 신호들은 적절한 다중-경로 프로세싱/완화 없이 구별될 수 없으며; 이러한 다중-경로 프로세싱 없이, 이들 반사된 신호들은 RTT 측정들을 포함하여, 추정된 도착 시간 차(TDOA) 및 도착 시간(TOA) 측정들에 에러를 유도할 것이다.In the case of RF reflections (e.g., multi-path), multiple copies of the RF signal with various delay times are superimposed on the DLOS (direct high-line) signal. Because the CPICH, the uplink DPCCH / DPDCH, and other signals used in various cell ID and OTDOA methods / techniques, including RTT measurements, are bandwidth limited, the DLOS signal and the reflected signals may be subjected to appropriate multi-path processing / Can not be distinguished without; Without such multi-path processing, these reflected signals will include errors in the estimated arrival time difference (TDOA) and arrival time (TOA) measurements, including RTT measurements.

예를 들면, 3 G TS 25.525 v.3.0.0 (199-10) 표준들은 RTT를 "다운링크 DPCH 프레임(신호)의 송신 및 UE로부터의 대응하는 업링크 DPCCH/DPDCH 프레임(신호)의 시작(제1 중요 경로)의 수신 사이에서의 차이"로서 정의한다. 상기 표준은 이러한 "제1 중요 경로"를 구성하는 것을 정의하지 않는다. 상기 표준은 "제1 중요 경로의 정의는 추가 정교화를 요구한다"는 것을 주목하기 시작한다. 예를 들면, 많은 다중경로 환경에서, 그에 의해 제1 중요 경로인, DLOS 신호가 하나 이상의 반사 신호(들)에 대해 비교적 심하게 감쇠되는(10 dB 내지 20 dB) 평범한 일이다. "제1 중요 경로"가 신호 세기를 측정함으로써 결정된다면, 그것은 반사 신호(들) 중 하나이며 DLOS 신호가 아닐 수 있다. 이것은 잘못된 TOA/DTOA/RTT 측정(들) 및 위치 찾기 정확도의 손실을 야기할 것이다.For example, the 3G TS 25.525 v.3.0.0 (199-10) standards define the RTT as the "transmission of the downlink DPCH frame (signal) and the start of the corresponding uplink DPCCH / DPDCH frame (signal) The first significant path). " The standard does not define what constitutes such a "first critical path &quot;. The standard begins to notice that "the definition of the first critical path requires further refinement &quot;. For example, in many multipath environments, it is common for a DLOS signal, which is the first significant path thereby, to be relatively heavily attenuated (10 dB to 20 dB) for one or more of the reflected signal (s). If the "first significant path" is determined by measuring the signal strength, it is one of the reflected signal (s) and may not be a DLOS signal. This will result in the loss of incorrect TOA / DTOA / RTT measurement (s) and location accuracy.

이전 무선 네트워크들 세대들에서, 위치 찾기 정확도는 또한 위치 찾기 방법들 - RTT, CPCIH 및 다른 신호들에 의해 사용되는 프레임들(신호들)의 낮은 샘플링 레이트에 의해 영향을 받았다. 현재 제3 및 다음의 무선 네트워크 세대들은 훨씬 더 높은 샘플링 레이트를 가진다. 그 결과, 이들 네트워크들에서, 위치 찾기 정확도 실제 영향은 지상 RF 전파 현상들(다중경로)로부터 온다. In previous generations of wireless networks, the positioning accuracy was also affected by the low sampling rate of the frames (signals) used by the location methods - RTT, CPCIH and other signals. Currently third and subsequent wireless network generations have a much higher sampling rate. As a result, in these networks, the actual accuracy of the latitude comes from terrestrial RF propagation phenomena (multipath).

실시예는 동작의 단방향, 반-이중 및 전-이중 모드들을 포함하여, 기준 및/또는 파일럿 신호들, 및/또는 동기화 신호들을 이용하는 모든 무선 네트워크들에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 실시예는 OFDM 변조 및/또는 그것의 도함수들을 이용하는 무선 네트워크들과 함께 동작한다. 따라서, 실시예는 LTE 네트워크들과 함께 동작한다. Embodiments may be used in all wireless networks that utilize reference and / or pilot signals, and / or synchronization signals, including unidirectional, semi-dual and full-duplex modes of operation. For example, embodiments may operate with wireless networks that utilize OFDM modulation and / or its derivatives. Thus, the embodiment operates in conjunction with LTE networks.

그것은 WiMax, WiFi 및 화이트 스페이스를 포함한, 다른 무선 네트워크들에 또한 적용 가능하다. 기준 및/또는 파일럿 또는 동기화 신호들을 사용하지 않는 다른 무선 네트워크들은 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 바와 같이 다음의 유형들의 대안적인 변조 실시예들 중 하나 이상을 이용할 수 있다: 1) 프레임의 일 부분이 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 바와 같이 거리 측정 신호/거리 측정 신호 요소들에 전용되는 경우; 2) 거리 측정 신호 요소들(미국 특허 번호 제7,872,583호)이 송신/수신 신호들 프레임(들)에 내장되는 경우; 및 3) 거리 측정 신호 요소들(미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된)이 데이터와 함께 내장되는 경우.It is also applicable to other wireless networks, including WiMax, WiFi and white space. Other wireless networks that do not use reference and / or pilot or synchronization signals may use one or more of the following alternative modulation embodiments, as described in U.S. Patent No. 7,872,583: 1) Portion is dedicated to distance measurement signal / distance measurement signal elements as described in U.S. Patent No. 7,872,583; 2) when the distance measurement signal elements (U.S. Patent No. 7,872,583) are embedded in the transmit / receive signals frame (s); And 3) the distance measurement signal elements (described in U.S. Patent No. 7,872,583) are embedded with the data.

이들 대안적인 실시예들은 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 다중-경로 완화 프로세서 및 다중-경로 완화 기술들/알고리즘들을 이용하며 동작의 모든 모드들: 단방향, 반-이중 및 전 이중에서 사용될 수 있다.These alternative embodiments utilize the multi-path mitigation processor and multi-path mitigation techniques / algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583 and can be used in all modes of operation: unidirectional, half-duplex and full duplex .

다수의 무선 네트워크들은 동시에, 바람직한 및/또는 대안적인 실시예들을 이용할 가능성이 또한 있다. 예로서, 스마트폰은 동시에 다수의 네트워크들 상에서 동작하는 능력을 가진 블루투스, WiFi, GSM 및 LTE 기능을 가질 수 있다. 애플리케이션 요구들 및/또는 네트워크 이용 가능성에 의존하여, 상이한 무선 네트워크들이 위치 결정/위치 찾기 정보를 제공하기 위해 이용될 수 있다.It is also possible that multiple wireless networks will utilize simultaneously, preferred and / or alternative embodiments. By way of example, a smartphone may have Bluetooth, WiFi, GSM and LTE capabilities with the ability to operate on multiple networks simultaneously. Depending on application requirements and / or network availability, different wireless networks may be used to provide location / location information.

제안된 실시예 방법 및 시스템은 무선 네트워크 기준/파일럿 및/또는 동기화 신호들을 레버리징한다. 더욱이, 기준/파일럿 신호/동기화 신호 측정치들은 RTT(왕복 시간) 측정치들 또는 시스템 타이밍과 조합될 수 있다. 실시예에 따르면, RF-기반 추적 및 위치 찾기는 3GPP LTE 셀룰러 네트워크들 상에서 구현되지만, 다양한 시그널링 기술들을 이용하는, 다른 무선 네트워크들, 예를 들면, WiMax, Wi-Fi, LTE, 센서 네트워크들 등 상에서 또한 구현될 수 있다. 대표적이며 상기 언급된 대안적인 실시예들 양쪽 모두는 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명되는 다중-경로 완화 방법/기술들 및 알고리즘들을 이용한다. 제안된 시스템은 소프트웨어 구현 디지털 신호 프로세싱을 사용할 수 있다.The proposed embodiment method and system leverages wireless network reference / pilot and / or synchronization signals. Moreover, the reference / pilot signal / synchronization signal measurements can be combined with RTT (round trip time) measurements or system timing. According to an embodiment, RF-based tracking and location is implemented on 3GPP LTE cellular networks, but may be implemented on other wireless networks, such as WiMax, Wi-Fi, LTE, sensor networks, etc. using various signaling techniques It can also be implemented. Both representative and above-mentioned alternative embodiments utilize the multi-path mitigation methods / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583. The proposed system can use software implemented digital signal processing.

실시예의 시스템은 기지국(노드 B)/강화된 기지국(eNB) 하드웨어/소프트웨어뿐만 아니라 사용자 장비(UE), 예로서 셀 전화 또는 스마트폰, 하드웨어/소프트웨어를 레버리징한다. 기지국은 일반적으로 공급기들에 의해 안테나들에 연결된 캐빈 또는 캐비넷에서의 송신기들 및 수신기들로 이루어진다. 이들 기지국들은 마이크로 셀, 피코 셀, 매크로 셀, 엄브렐라 셀, 셀 전화 타워들, 라우터들 및 펨토 셀들을 포함한다. 그 결과, UE 디바이스 및 전체 시스템에 대한 적은 증가 비용이 있거나 또는 어떤 증가 비용도 없을 것이다. 동시에, 위치 찾기 정확도가 상당히 개선될 것이다. The system of the embodiment leverages user equipment (UE), such as a cell phone or smart phone, hardware / software, as well as base station (Node B) / enhanced base station (eNB) hardware / software. A base station typically consists of transmitters and receivers in a cabin or cabinet connected to antennas by feeders. These base stations include microcells, picocells, macrocells, Umbrella cells, cell phone towers, routers, and femtocells. As a result, there will be little or no incremental cost for the UE device and the overall system. At the same time, the accuracy of locating will be significantly improved.

개선된 정확도는 본 실시예들 및 미국 특허 번호 제7,872,583호에 의해 제공되는 다중경로 완화로부터 온다. 실시예들은 다중-경로 완화 알고리즘들, 네트워크 기준/파일럿 및/또는 동기화 신호들 및 네트워크 노드(eNB)를 사용한다. 이것들은 RTT(왕복 시간) 측정들로 보완될 수 있다. 상기 다중-경로 완화 알고리즘들은 UE 및/또는 기지국(eNB), 또는 양쪽 모두: UE 및 eNB에서 구현된다.Improved accuracy comes from the multi-path mitigation provided by these embodiments and U.S. Patent No. 7,872,583. Embodiments use multi-path mitigation algorithms, network reference / pilot and / or synchronization signals and network nodes (eNB). These can be supplemented by RTT (Round Trip Time) measurements. The multi-path mitigation algorithms are implemented in the UE and / or base station (eNB), or both: UE and eNB.

실시예들은 유리하게는, DLOS 신호가 하나 이상의 반사 신호들에 대해 비교적 상당히 감쇠(10 dB 내지 20 dB 이하)될 때도, DLOS 신호 및 반사 신호들을 분리하는 것을 허용하는 다중-경로 완화 프로세서/알고리즘들(미국 특허 번호 제7,872,583호 참조)을 사용한다. 따라서, 실시예들은 추정된 거리 측정 신호 DLOS 플라이트 시간 및 결과적으로 TOA, RTT 및 DTOA 측정치들에서 에러를 상당히 낮춘다. 제안된 다중-경로 완화 및 DLOS 구별(인식) 방법은 모든 RF 대역들 및 무선 시스템들/네트워크들 상에서 사용될 수 있다. 그것은 DSS(직접 확산 스펙트럼) 및 FH(주파수 홉핑)와 같은, 확산 스펙트럼 기술들을 포함하여, 다양한 변조/복조 기술들을 지원할 수 있다.Embodiments advantageously include multi-path mitigation processors / algorithms that allow for separating the DLOS signal and the reflected signals even when the DLOS signal is relatively relatively attenuated (from 10 dB to 20 dB or less) for one or more reflected signals (See U.S. Patent No. 7,872,583). Thus, embodiments reduce the error in the estimated distance measurement signal DLOS flight time and consequently TOA, RTT and DTOA measurements. The proposed multi-path mitigation and DLOS discrimination (recognition) method can be used on all RF bands and wireless systems / networks. It can support a variety of modulation / demodulation techniques, including spread spectrum techniques, such as DSS (Direct Spread Spectrum) and FH (Frequency Hopping).

부가적으로, 잡음 감소 방법들이 방법의 정확도를 추가로 개선하기 위해 적용될 수 있다. 이들 잡음 감소 방법들은, 이에 제한되지 않지만, 간섭성 합산, 비-간섭성 합산, 매칭 필터링, 시간 다이버시티 기술들 등을 포함할 수 있다. 다중-경로 간섭 에러의 나머지들은 최대 우도 추정(예로서, 비터비 알고리즘), 최소 분산 추정(칼만 필터) 등과 같은 후-처리 기술들을 적용함으로써 추가로 감소될 수 있다.Additionally, noise reduction methods can be applied to further improve the accuracy of the method. These noise reduction methods may include, but are not limited to, coherent summation, non-coherent summation, matched filtering, time diversity techniques, and the like. The remainder of the multi-path interference error may be further reduced by applying post-processing techniques such as maximum likelihood estimation (e.g., Viterbi algorithm), minimum variance estimation (Kalman filter), and the like.

본 실시예들에서, 다중-경로 완화 프로세서 및 다중-경로 완화 기술들/알고리즘들은 RTT, CPCIH 및 다른 신호들 및/또는 프레임들을 변경하지 않는다. 본 실시예들은 채널 응답/추정을 획득하기 위해 사용되는 무선 네트워크 기준, 파일럿 및/또는 동기화 신호들을 레버리징한다. 본 발명은 UE 및/또는 eNB에 의해 발생되는 채널 추정 통계를 사용한다(Iwamatsu 외, 전파 경로 특성들을 추정하기 위한 장치, 미국 2003/008156; US 7167456 B2 참조).In these embodiments, the multi-path mitigation processor and multi-path mitigation techniques / algorithms do not change RTT, CPCIH, and other signals and / or frames. These embodiments leverage the radio network reference, pilot and / or synchronization signals used to obtain the channel response / estimation. The present invention uses channel estimation statistics generated by a UE and / or an eNB (see Iwamatsu et al., Apparatus for Estimating Propagation Path Characteristics, US 2003/008156, US 7167456 B2).

LTE 네트워크들은 모든 다운링크 및 업링크 서브프레임에서 송신되는 특정(비-데이터) 기준/파일럿 및/또는 동기화 신호들(알려진 신호들)을 사용하며, 전체 셀 대역폭을 스패닝할 수 있다. 이제부터 단순화를 위해, 우리는 기준 신호들로서 기준/파일럿 및 동기화 신호들을 참조할 것이다. LTE 기준 신호들의 예가 도 9에 있다(이들 신호들은 LTE 리소스 요소들 중에서 산재된다). 도 2로부터, 기준 신호들(심볼들)이 매 제 6 서브캐리어마다 송신된다. 뿐만 아니라, 기준 신호들(심볼들)은 시간 및 주파수 양쪽 모두에서 스태거링된다. 전체로서, 기준 신호들은 매 제3 서브캐리어마다 커버한다. LTE networks use specific (non-data) reference / pilot and / or synchronization signals (known signals) transmitted in all downlink and uplink subframes and can span the entire cell bandwidth. From now on, for simplicity, we will refer to the reference / pilot and synchronization signals as reference signals. An example of LTE reference signals is shown in Figure 9 (these signals are interspersed among LTE resource elements). From Fig. 2, reference signals (symbols) are transmitted every sixth subcarrier. In addition, reference signals (symbols) are staggered in both time and frequency. As a whole, the reference signals cover every third subcarrier.

이들 기준 신호들은 UE, 다운링크 신호 세기 측정치들, 스케줄링 및 핸드오버 등에 의한 초기 셀 탐색시 사용된다. 간섭성 복조를 위한 채널 추정(응답 결정)을 위한 UE-특정 기준 신호들이 기준 신호들에 포함된다. UE-특정 기준 신호들 외에, 다른 기준 신호들이 또한 채널 추정 목적들을 위해 사용될 수 있다(Chen 외, 미국 특허 공개 번호 제2010/0091826 A1 참조).These reference signals are used in the initial cell search by the UE, downlink signal strength measurements, scheduling and handover. UE-specific reference signals for channel estimation (response determination) for coherent demodulation are included in the reference signals. In addition to UE-specific reference signals, other reference signals may also be used for channel estimation purposes (see Chen et al., U.S. Patent Publication No. 2010/0091826 A1).

LTE는 OFDM(직교 주파수 분할 다중화) 변조(기술)를 이용한다. LTE에서, 다중경로에 의해 야기된 ISI(심볼 간 간섭)는 각각의 OFDM 심볼의 처음에 순환 전치(Cyclic prefix; CP)를 삽입함으로써 핸들링된다. CP는 이전 OFDM 심볼의 지연된 반사 신호들이 다음 OFDM 심볼에 도달하기 전에 소멸하도록 충분한 지연을 제공한다.LTE uses OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) modulation (technology). In LTE, inter-symbol interference (ISI) caused by multipath is handled by inserting a cyclic prefix (CP) at the beginning of each OFDM symbol. The CP provides sufficient delay for the delayed reflections of the previous OFDM symbol to disappear before it reaches the next OFDM symbol.

OFDM 심볼은 다수의 매우 밀착하여 이격된 서브캐리어들로 이루어진다. OFDM 심볼 내에서, 현재 심볼의 시간-스태거링된 사본들(다중경로에 의해 야기된)은 캐리어 간 간섭(ICI)을 야기한다. LTE에서, ICI는 다중경로 채널 응답을 결정하며 수신기에서 채널 응답을 교정함으로써 핸들링(완화)된다.The OFDM symbol consists of a number of very closely spaced subcarriers. Within the OFDM symbol, time-staggered copies of the current symbol (caused by multipath) cause inter-carrier interference (ICI). In LTE, ICI is handled (mitigated) by determining the multipath channel response and correcting the channel response at the receiver.

LTE에서, 다중경로 채널 응답(추정)은 수신기에서 기준 심볼들을 베어링하는 서브캐리어들로부터 계산된다. 보간이 남아있는 서브캐리어들에 대한 채널 응답을 추정하기 위해 사용된다. 채널 응답은 채널 진폭 및 위상의 형태로 산출(추정)된다. 일단 채널 응답이 결정된다면(알려진 기준 신호들의 주기적 송신에 의해), 다중경로에 의해 야기된 채널 왜곡은 서브캐리어 단위로 진폭 및 위상 시프트를 적용함으로써 완화된다(백서, Jim Zyren, 3GPP 롱 텀 에볼루션 물리 계층의 개요 참조).In LTE, a multipath channel response (estimate) is calculated from subcarriers bearing reference symbols at the receiver. The interpolation is used to estimate the channel response for the remaining subcarriers. The channel response is calculated (estimated) in the form of channel amplitude and phase. Once the channel response is determined (by periodic transmission of known reference signals), channel distortion caused by multipath is mitigated by applying amplitude and phase shifts on a per subcarrier basis (White Paper, Jim Zyren, 3GPP Long Term Evolution Physics Overview of hierarchies).

LTE 다중경로 완화는 ISI(순환 전치를 삽입함으로써) 및 ICI를 제거하도록, 그러나 반사 신호들로부터 DLOS 신호를 분리하지 않도록 설계된다. 예를 들면, 현재 심볼의 시간-스태거링된 사본들은 각각의 변조된 서브캐리어 신호들이 시간적으로 확산되게 하며, 따라서 ICI를 야기한다. 상기 언급된 LTE 기술을 사용하여 다중경로 채널 응답을 교정하는 것은 시간적으로 변조된 서브캐리어 신호들을 수축시킬 것이지만, 이러한 유형의 교정은 결과적인 변조된 서브캐리어 신호들(OFDM 심볼 내부에서)이 DLOS 신호임을 보장하지 않는다. DLOS 변조된 서브캐리어 신호들이 지연된 반사 신호(들)에 대해 비교적 상당히 감쇠된다면, 결과적인 출력 신호는 지연된 반사 신호(들)일 것이며 DLOS 신호는 손실될 것이다.LTE multipath mitigation is designed to remove the ISI (by inserting the cyclic prefix) and ICI, but not the DLOS signal from the reflected signals. For example, time-staggered copies of the current symbol cause each modulated sub-carrier signal to spread in time, thus causing ICI. Calibrating the multipath channel response using the above-mentioned LTE technique will retract the time-modulated subcarrier signals, but this type of calibration is advantageous because the resulting modulated subcarrier signals (within the OFDM symbol) Is not guaranteed. If the DLOS modulated subcarrier signals are relatively significantly attenuated for the delayed reflected signal (s), the resulting output signal will be delayed reflected signal (s) and the DLOS signal will be lost.

LTE 순응 수신기에서, 추가 신호 프로세싱은 DFT(디지털 푸리에 변환)을 포함한다. DFT 기술(들)은 신호 및/또는 채널 대역폭에 반비례하는 시간보다 길거나 또는 그것과 같은 시간들에 대해 지연되는 신호(들)의 사본들만을 해결(제거)할 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 이러한 방법 정확도는 효율적인 데이터 전달을 위해 적절할 수 있지만, 많은 다중경로 환경에서 정확한 거리 측정을 위해 충분히 정확하지 않다. 예를 들면, 30미터 정확도를 달성하기 위해, 신호 및 수신기 채널 대역폭들은 10 메가헤르츠(1/10 MHz=100 ns)보다 크거나 또는 같아야 한다. 보다 양호한 정확도를 위해, 신호 및 수신기 채널 대역폭들은 보다 넓어야 한다 - 3미터에 대해 100 메가헤르츠.In an LTE compliant receiver, the additional signal processing includes a DFT (Digital Fourier Transform). It is well known that the DFT technique (s) can resolve (remove) only copies of the signal (s) that are delayed for times longer than or inversely proportional to the signal and / or channel bandwidth. While this method accuracy may be adequate for efficient data transmission, it is not accurate enough for accurate distance measurements in many multipath environments. For example, to achieve 30 meters accuracy, the signal and receiver channel bandwidths must be greater than or equal to 10 megahertz (1/10 MHz = 100 ns). For better accuracy, the signal and receiver channel bandwidths should be wider - 100 megahertz for 3 meters.

그러나, CPICH, 업링크 DPCCH/DPDCH 및 RTT 측정들을 포함하여, 다양한 셀 ID 및 OTDOA 방법들/기술들에 사용되는 다른 신호들, 뿐만 아니라 LTE 수신 신호 서브캐리어들은 10 메가헤르츠보다 상당히 더 낮은 대역폭들을 가진다. 그 결과, 현재 이용된(LTE에서) 방법/기술은 100미터의 범위에서 위치 찾기 에러들을 생성할 것이다.However, other signals used in various cell IDs and OTDOA methods / techniques, including CPICH, uplink DPCCH / DPDCH and RTT measurements, as well as LTE received signal subcarriers, have bandwidths significantly lower than 10 megahertz I have. As a result, currently used (in LTE) methods / techniques will generate positioning errors in the range of 100 meters.

상기 언급된 한계들을 극복하기 위해, 실시예들은 서브스페이스 분해 고 분해능 스펙트럼 추정 방법론들 및 다중모드 클러스터 분석의 구현들의 고유한 조합을 사용한다. 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된, 이러한 분석 및 관련된 다중-경로 완화 방법/기술들 및 알고리즘들은 다른 반사 신호들 경로들로부터 DLOS 경로의 신뢰 가능하며 정확한 분리를 허용한다.In order to overcome the above-mentioned limitations, embodiments use a unique combination of implementations of subspace decomposition high resolution spectral estimation methods and multimode cluster analysis. Such analysis and associated multi-path mitigation methods / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583 allow reliable and accurate separation of DLOS paths from other reflections signals paths.

LTE에서 사용된 방법들/기술들에 비교하여, 많은 다중경로 환경에서, 이러한 방법/기술들 및 알고리즘들(미국 특허 번호 제7,872,583호)은 다른 다중-경로(MP) 경로들로부터 DLOS 경로의 신뢰 가능하며 정확한 분리를 통해 거리 측정에서의 20X 내지 50X 정확도 개선을 전달한다. These methods / techniques and algorithms (U. S. Patent No. 7,872, 583), in many multipath environments, compared to the methods / techniques used in LTE, are based on the trust of the DLOS path from other multipath (MP) Deliver accurate 20X to 50X accuracy improvements in distance measurements with accurate and accurate separation.

미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 방법들/기술들 및 알고리즘들은 거리 측정 신호 복소 진폭 추정을 요구한다. 따라서, 다른 기준 신호들(파일럿 및/또는 동기화 신호들을 포함한)뿐만 아니라 채널 추정(응답 결정)을 위해 사용된 LTE 기준 신호들이 또한 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 방법들/기술들 및 알고리즘들에서의 거리 측정 신호로서 해석될 수 있다. 이 경우에, 거리 측정 신호 복소 진폭은 진폭 및 위상의 형태로 LTE 수신기에 의해 산출(추정)되는 채널 응답이다. 다시 말해서, LTE 수신기에 의해 산출(추정)되는 채널 응답 통계는 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 방법/기술들 및 알고리즘들에 의해 요구되는 복소 진폭 정보를 제공할 수 있다.The methods / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583 require a distance measurement signal complex amplitude estimation. Thus, LTE reference signals used for channel estimation (determination of a response) as well as other reference signals (including pilot and / or synchronization signals) may also be used with the methods / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583 Can be interpreted as a distance measurement signal at In this case, the distance measurement signal complex amplitude is the channel response that is calculated (estimated) by the LTE receiver in the form of amplitude and phase. In other words, the channel response statistics calculated (estimated) by the LTE receiver may provide the complex amplitude information required by the methods / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583.

어떤 다중경로도 없는 이상적인 개방 스페이스 RF 전파 환경에서, 수신 신호(거리 측정 신호)의 위상 변화, 예로서 채널 응답 위상은 신호의 주파수에 정비례할 것이며(직선); 이러한 환경에서 RF 신호 플라이트 시간(전파 지연)은 위상 대 주파수 의존성의 1차 도함수를 계산함으로써 위상 대 주파수 의존성으로부터 직접 계산될 수 있다. 결과는 전파 지연 상수일 것이다. In an ideal open space RF propagation environment without any multipath, the phase change of the received signal (distance measurement signal), for example the channel response phase, will be directly proportional to the frequency of the signal (straight line); In such an environment, the RF signal flight time (propagation delay) can be calculated directly from the phase versus frequency dependence by calculating the first derivative of the phase versus frequency dependence. The result will be a propagation delay constant.

이러한 이상적인 환경에서, 초기(또는 임의의) 주파수에서의 절대 위상 값은 도함수가 위상 절대 값들에 의해 영향을 받지 않기 때문에 중요하지 않다. In this ideal environment, the absolute phase value at the initial (or arbitrary) frequency is not important because the derivative is not affected by the phase absolute values.

많은 다중경로 환경에서, 수신 신호 위상 변화 대 주파수는 복잡한 곡선(직선이 아닌)이며; 1차 도함수는 다른 반사 신호들 경로들로부터 DLOS 경로의 정확한 분리를 위해 사용될 수 있는 정보를 제공하지 않는다. 이것은 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 다중경로 완화 프로세서 및 방법(들)/기술들 및 알고리즘들을 이용하기 위한 이유이다.In many multipath environments, the received signal phase shift versus frequency is a complex curve (not a straight line); The first derivative does not provide information that can be used for accurate separation of the DLOS path from other reflections signals paths. This is the reason for using the multipath mitigation processor and method (s) / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583.

주어진 무선 네트워크/시스템에서 달성된 위상 및 주파수 동기화(위상 간섭성)가 매우 양호하다면, 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 다중경로 완화 프로세서 및 방법(들)/기술들 및 알고리즘들은 다른 반사 신호들 경로들로부터 DLOS 경로를 정확하게 분리하며 이러한 DLOS 경로 길이(플라이트 시간)를 결정할 것이다. If the achieved phase and frequency synchronization (phase coherence) in a given wireless network / system is very good, the multipath mitigation processor and method (s) / techniques and algorithms described in U. S. Patent No. 7,872, Will accurately separate the DLOS path from the paths and determine this DLOS path length (flight time).

이러한 위상 간섭성 네트워크/시스템에서, 어떤 부가적인 측정들도 요구되지 않는다. 다시 말해서, 1 방향 거리 측정(단방향 거리 측정)이 실현될 수 있다.In such a phase coherent network / system, no additional measurements are required. In other words, one-way distance measurement (unidirectional distance measurement) can be realized.

그러나, 주어진 무선 네트워크/시스템에서 달성된 동기화의 정도(위상 간섭성)가 충분히 정확하지 않다면, 많은 다중경로 환경에서, 수신 신호 위상 및 진폭 변화 대 주파수는 둘 이상의 상이한 위치들(거리들)에서 행해진 측정들에 대해 매우 유사할 수 있다. 이러한 현상은 수신 신호 DLOS 거리(플라이트 시간) 결정에서 모호성을 이끌 수 있다.However, if the degree of synchronization achieved in a given wireless network / system (phase coherence) is not sufficiently accurate, then in many multipath environments, the received signal phase and amplitude change versus frequency may be performed at two or more different locations (distances) It can be very similar to the measurements. This phenomenon can lead to ambiguity in the received signal DLOS distance (flight time) determination.

이러한 모호성을 해결하기 위해, 적어도 하나의 주파수에 대한 실제(절대) 위상 값을 아는 것이 필요하다.To solve this ambiguity, it is necessary to know the actual (absolute) phase value for at least one frequency.

그러나, LTE 수신기에 의해 계산되는 진폭 및 위상 대 주파수 의존성은 모든 진폭 및 위상 값들이 다운링크/업링크 기준 신호들로부터, 예로서 서로에 대해 계산되기 때문에 실제 위상 값을 포함하지 않는다. 따라서, LTE 수신기에 의해 산출(추정)되는 채널 응답의 진폭 및 위상은 적어도 하나의 주파수(서브캐리어 주파수)에서 실제 위상 값을 요구한다.However, the amplitude and phase to frequency dependence computed by the LTE receiver does not include the actual phase value since all amplitude and phase values are calculated from the downlink / uplink reference signals, e.g., for each other. Thus, the amplitude and phase of the channel response computed (estimated) by the LTE receiver requires an actual phase value at at least one frequency (subcarrier frequency).

LTE에서, 이러한 실제 위상 값은 1) eNB에 의해 이들 신호들을 송신하는 이들 시간 스탬프들이 또한 수신기에서 알려져 있고(그 역 또한 마찬가지이다), 2) 수신기 및 eNB 클록들이 시간적으로 잘 동기화되는 경우에, 및/또는 3) 다변측량 기술을 사용함으로써, 하나 이상의 RTT 측정치(들), TOA 측정치들로부터; 또는 하나 이상의 수신된 기준 신호들의 시간-스탬핑으로부터 결정될 수 있다.In LTE, these actual phase values are: 1) these time stamps transmitting these signals by the eNB are also known at the receiver (and vice versa); 2) when the receiver and eNB clocks are well synchronized in time, And / or 3) from one or more of the RTT measurement (s), TOA measurements, using a multivariate measurement technique; Or from time-stamping of one or more received reference signals.

상기 방법들의 모두는 하나 이상의 기준 신호들의 플라이트 시간 값들을 제공한다. 이들 기준 신호들의 플라이트 시간 값들 및 주파수들로부터, 하나 이상의 주파수들에서 실제 위상 값들이 산출될 수 있다.All of the above methods provide flight time values of one or more reference signals. From the flight time values and frequencies of these reference signals, actual phase values at one or more frequencies can be calculated.

본 실시예들은 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 다중-경로 완화 프로세서, 방법(들)/기술들 및 알고리즘들을, 1) LTE UE 및/또는 eNB 수신기에 의해 계산되는 진폭 및 위상 대 주파수 의존성 또는 2) LTE UE 및/또는 eNB 수신기에 의해 계산되는 진폭 및 위상 대 주파수 의존성 및 RTT 및/또는 TOA를 통해 획득된 하나 이상의 주파수들에 대한 실제 위상 값(들)의 조합; 및/또는 시간-스탬핑 측정치들과 조합함으로써 많은 다중경로 환경에서 매우 정확한 DLOS 거리 결정/위치 찾기를 달성한다. These embodiments may be implemented in a multi-path mitigation processor, method (s) / algorithms, and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583, including 1) amplitude and phase to frequency dependency computed by an LTE UE and / 2) a combination of amplitude and phase versus frequency dependence calculated by the LTE UE and / or eNB receiver and actual phase value (s) for one or more frequencies obtained via RTT and / or TOA; 0.0 &gt; and / or &lt; / RTI &gt; time-stamping measurements to achieve very accurate DLOS distance determination / location in many multipath environments.

이들 경우들에서, 실제 위상 값(들)은 다중경로에 의해 영향을 받는다. 그러나, 이것은 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 방법들/기술들 및 알고리즘들의 성능에 영향을 주지 않는다.In these cases, the actual phase value (s) are affected by multipath. However, this does not affect the performance of the methods / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583.

DL-OTDOA, U-TDOA, UL-TDOA 등을 포함한, LTE RTT/TOA/TDOA/OTDOA에서, 측정들은 5미터의 분해능을 갖고 실행될 수 있다. RTT 측정들은 전용 연결들 동안 운반된다. 따라서, 다수의 동시 측정들이 UE가 핸드오버 상태에 있을 때 및 UE가 측정치들을 주기적으로 모으며 그것을 UE로 다시 보고할 때 가능하며, 여기에서 DPCH 프레임들은 UE 및 상이한 네트워크들(기지국들) 사이에서 교환된다. RTT와 유사하게, TOA 측정치들은 신호의 플라이트 시간(전파 지연)을 제공하지만, TOA 측정들은 동시에 이루어질 수 없다(Jakub Marek Borkowski: UMTS를 위한 셀 ID+RTT 하이브리드 위치 결정 방법의 성능).In LTE RTT / TOA / TDOA / OTDOA, including DL-OTDOA, U-TDOA, and UL-TDOA, measurements can be performed with a resolution of 5 meters. RTT measurements are carried during dedicated connections. Thus, multiple simultaneous measurements are possible when the UE is in a handover state and the UE periodically collects measurements and reports it back to the UE, where the DPCH frames are exchanged between the UE and different networks (base stations) do. Similar to RTT, TOA measurements provide the flight time (propagation delay) of the signal, but TOA measurements can not be made simultaneously (Jakub Marek Borkowski: Performance of cell ID + RTT hybrid positioning method for UMTS).

평면상에서의 UE의 위치를 찾기 위해, DLOS 거리들이 적어도 3개의 eNB(들)로부터/에 대해 결정되어야 한다. 3차원 공간에서 UE의 위치를 찾기 위해, 4개의 eNB(들)로부터/에 대해 최소 4개의 DLOS 거리들이 결정되어야 할 것이다(적어도 하나의 eNB가 동일한 평면상에 있지 않다고 가정하면).To find the location of the UE on the plane, the DLOS distances should be determined for / from at least three eNBs. In order to find the location of the UE in the three-dimensional space, at least four DLOS distances should be determined from / to the four eNBs (assuming that at least one eNB is not on the same plane).

UE 위치 결정 방법의 예는 도 1에 도시된다.An example of a UE location method is shown in FIG.

매우 양호한 동기화의 경우에, RTT 측정들은 요구되지 않는다. In the case of very good synchronization, RTT measurements are not required.

동기화의 정도가 충분히 정확하지 않다면, OTDOA, 셀 ID + RTT 및 기타들, 예를 들면 AOA(도착 각)와 같은 방법들 및 다른 방법들과의 그것의 조합들이 UE 위치 찾기를 위해 사용될 수 있다. If the degree of synchronization is not sufficiently accurate, methods such as OTDOA, Cell ID + RTT and others, such as AOA (Arrival Angle), and combinations thereof with other methods, may be used for UE location.

셀 ID + RTT 추적-위치 찾기 방법 정확도는 다중경로(RTT 측정) 및 eNB(기지국) 안테나 빔폭에 의해 영향을 받는다. 기지국 안테나 빔 폭들은 33 및 65도 사이에 있다. 이들 넓은 빔폭들은 도시 영역들에서 50 내지 150미터의 위치 찾기 에러를 야기한다(Jakub Marek Borkowski: UMTS를 위한 셀 ID+RTT 하이브리드 위치 결정 방법의 성능). 많은 다중경로 환경에서, 현재의 LTE RTT 거리 측정 평균 에러는 대략 100미터임을 고려할 때, LTE 셀 ID + RTT 방법에 의해 현재 이용된 전체 예상된 평균 위치 찾기 에러는 대략 150미터이다.Cell ID + RTT tracking - Latitude method accuracy is affected by multipath (RTT measurement) and eNB (base station) antenna beamwidth. Base station antenna beam widths are between 33 and 65 degrees. These wide beam widths cause positioning errors of 50 to 150 meters in urban areas (Jakub Marek Borkowski: Performance of Cell ID + RTT Hybrid Locating Method for UMTS). In many multipath environments, considering the current LTE RTT distance measurement average error is approximately 100 meters, the overall expected average location error currently used by the LTE cell ID + RTT method is approximately 150 meters.

실시예들 중 하나는 AOA 방법에 기초한 UE 위치 찾기이며, 그에 의해 UE로부터 하나 이상의 기준 신호들이 UE 위치 찾기 목적들을 위해 사용된다. 그것은 DLOS AOA를 결정하기 위한 AOA 결정 디바이스 위치를 수반한다. 디바이스는 기지국과 같은 위치에 배치되며 및/또는 기지국 위치에 독립적인 또 다른 하나 이상의 위치들에 설치될 수 있다. 이들 위치들의 좌표들은 아마도 알려져 있다. 어떤 변화들도 UE 측에서 요구되지 않는다.One of the embodiments is UE location based on the AOA method, whereby one or more reference signals from the UE are used for UE location purposes. It involves an AOA decision device location to determine the DLOS AOA. The device may be located at the same location as the base station and / or at another location or locations independent of the base station location. The coordinates of these locations are perhaps known. No changes are required on the UE side.

이러한 디바이스는 소형 안테나 어레이를 포함하며 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 동일한 다중경로 완화 프로세서, 방법(들)/기술들 및 알고리즘들의 변형에 기초한다. 이러한 하나의 가능한 실시예는 UE 유닛으로부터 DLOS RF 에너지의 AOA의 정확한 결정(매우 좁은 대역폭)의 이점을 가진다. Such a device is based on a modification of the same multipath mitigation processor, method (s) / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583, which includes a small antenna array. One such possible embodiment has the advantage of an accurate determination of the AOA of the DLOS RF energy (very narrow bandwidth) from the UE unit.

하나의 다른 옵션에서, 이러한 부가된 디바이스는 단지 디바이스만을 수신한다. 그 결과, 그것의 크기/무게 및 비용은 매우 낮다. In one other option, this added device only receives the device. As a result, its size / weight and cost are very low.

정확한 DLOS 거리 측정들이 획득되는 실시예들 및 정확한 DLOS AOA 결정이 이루어질 수 있는 실시예들의 조합은 셀 ID + RTT 추적-위치 찾기 방법 정확도를 크게 개선할 것이다 - 10X 이상. 이러한 접근법의 또 다른 이점은 UE 위치가 단일 타워를 갖고 언제 어느 때나 결정될 수 있다는 것이다(소프트 핸드오버 모드에 UE를 위치시키는 것을 요구하지 않는다). 정확한 위치 픽스(fix)가 단일 타워를 갖고 획득될 수 있기 때문에, 다수의 셀 타워들을 동기화시킬 필요가 없다. DLOS AOA를 결정하는 또 다른 옵션은 기존의 eNB 안테나 어레이 및 eNB 장비를 사용하는 것이다. 이러한 옵션은 개선된 셀 ID + RTT 모드의 구현의 비용을 추가로 낮출 수 있다. 그러나, eNB 안테나들은 위치 찾기 애플리케이션들을 위해 설계되지 않기 때문에, 위치 결정 정확도는 저하될 수 있다. 또한, 네트워크 운용자들은 기지국에서 요구된 변화들을 구현하는 것을(소프트웨어/하드웨어) 꺼릴 수 있다. Embodiments in which accurate DLOS distance measurements are obtained and combinations of embodiments in which an accurate DLOS AOA decision can be made will greatly improve the accuracy of the cell ID + RTT tracking-location method - above 10X. Another advantage of this approach is that the UE location can be determined at any time with a single tower (does not require placing the UE in soft handover mode). Since exact location fixes can be obtained with a single tower, there is no need to synchronize multiple cell towers. Another option for determining the DLOS AOA is to use existing eNB antenna arrays and eNB equipment. This option can further reduce the cost of implementing the enhanced cell ID + RTT mode. However, because the eNB antennas are not designed for locating applications, the positioning accuracy may be degraded. In addition, network operators may be reluctant to implement the required changes at the base station (software / hardware).

LTE(진화된 범용 지상파 라디오 액세스(E-UTRA); 물리 채널들 및 변조; 3GPP TS 36.211 릴리즈 9 기술 규격)에서, 위치 결정 기준 신호들(PRS)이 부가되었다. 이들 신호들은 UE에 의해 DL-OTDA(다운링크 OTDOA) 위치 결정을 위해 사용될 것이다. 또한, 이러한 릴리즈 9는 eNB(들)가 동기화되도록 요구한다. 따라서, OTDOA 방법들에 대한 마지막 장애물을 제거하자(상기 단락 274 참조). PRS는 다수의 eNB들의 UE에서 UE 가청성을 개선한다. 주의: 릴리즈 9는 eNB 동기화 정확도를 특정하지 않았다(몇몇 제안들: 100 ns).In the LTE (Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation; 3GPP TS 36.211 Release 9 Technical Specification), positioning reference signals (PRS) have been added. These signals will be used by the UE for DL-OTDA (downlink OTDOA) positioning. This Release 9 also requires that the eNB (s) be synchronized. Therefore, the last obstacle to OTDOA methods should be eliminated (see paragraph 274 above). The PRS improves UE audibility in UEs of multiple eNBs. Note: Release 9 does not specify eNB synchronization accuracy (some suggestions: 100 ns).

U-TDOA/UL-TDOA는 연구 단계에 있으며; 2011년에 표준화될 것이다. U-TDOA / UL-TDOA is in the research phase; It will be standardized in 2011.

DL-OTDOA 방법(릴리즈 9에서)은 미국 특허 US 2011/0124347 A1(Chen 외, LTE 네트워크들에서 UE 위치 결정을 위한 방법 및 장치)에서 상세히 설명된다. 릴리즈 9 DL-OTDOA는 다중경로를 겪는다. 다중경로 완화의 몇몇은 증가된 PRS 신호 대역폭을 통해 달성될 수 있다. 그러나, 트레이드-오프는 UE 위치 픽스들 사이에서의 증가된 스케줄링 복잡도 및 보다 긴 시간들이다. 게다가, 제한된 동작 대역폭, 예를 들면, 10 MHz를 가진 네트워크들에 대해, 최상의 가능한 정확도는 100미터이며, Chen의 표 1을 참조하자.The DL-OTDOA method (in Release 9) is described in detail in US Patent US 2011/0124347 A1 (Chen et al., Methods and Apparatus for UE Positioning in LTE Networks). Release 9 DL-OTDOA undergoes multipathing. Some of the multipath mitigation can be achieved through increased PRS signal bandwidth. However, the trade-off is increased scheduling complexity and longer times between UE location fixes. In addition, for networks with limited operating bandwidth, for example 10 MHz, the best possible accuracy is 100 meters, see Table 1 of Chen.

상기 숫자들은 최상의 가능한 경우이다. 다른 경우들은, 특히 DLOS 신호 세기가 반사 신호(들) 세기에 비교하여 상당히 더 낮을 때(10 내지 20 dB), 상당히 더 큰(2X 내지 4X) 상기 언급된 위치 찾기/거리 측정 에러들을 야기한다.These numbers are the best possible cases. Other cases result in the above-mentioned positioning / distance measurement errors which are significantly greater (2X to 4X), especially when the DLOS signal strength is significantly lower (10-20 dB) compared to the reflected signal (s) strength.

여기에 설명된 실시예들은 배경 섹션에 설명된 Chen 외의 UL-PRS 방법 및 릴리즈 9 DL-OTDOA 방법에 의해 달성된 성능에 비해 주어진 신호 대역폭에 대한 50X까지의 거리 측정/위치 찾기 정확도 개선을 허용한다. 따라서, 여기에 설명된 방법들의 실시예들을 릴리즈 9 PRS 프로세싱에 적용하는 것은 모든 가능한 경우들의 95%에서 3미터 이상 아래로 위치 찾기 에러를 감소시킨다. 또한, 이러한 정확도 이득은 UE 위치 픽스들 사이에서의 스케줄링 복잡도 및 시간을 감소시킬 것이다.The embodiments described herein permit an improved distance measurement / positioning accuracy improvement of up to 50X for a given signal bandwidth compared to the performance achieved by the UL-PRS method other than Chen described in the background section and the Release 9 DL-OTDOA method . Accordingly, applying embodiments of the methods described herein to Release 9 PRS processing reduces positioning errors to less than 3 meters down from 95% of all possible cases. This accuracy gain will also reduce the scheduling complexity and time between UE position fixes.

여기에 설명된 실시예들을 갖고, OTDOA 방법에 대한 추가 개선들이 가능하다. 예를 들면, 서빙 셀에 대한 거리 측정은 다른 서빙 셀들의 신호들로부터 결정될 수 있으며, 따라서 이웃 셀들 가청성을 개선하며 UE 위치 픽스들 사이에서의 시간을 포함하여, 스케줄링 복잡도를 감소시킨다. With the embodiments described herein, further improvements to the OTDOA method are possible. For example, a ranging measurement for a serving cell may be determined from signals of other serving cells, thus improving neighboring cells &apos; visibility and reducing scheduling complexity, including time between UE position fixes.

실시예들은 Chen 외로부터(배경에 설명된) U-TDOA 방법 및 UL-TDOA의 정확도를 50배까지 개선될 수 있게 한다. Chen의 UL-TDOA 변형에 실시예들을 적용하는 것은 모든 가능한 경우들의 95%에서 3미터 이상 아래로 위치 찾기 에러를 감소시킨다. 게다가, 이러한 정확도 이득은 UE 위치 픽스들 사이에서의 스케줄링 복잡도 및 시간을 추가로 감소시킨다. Embodiments allow the accuracy of the U-TDOA method (described in the background) and UL-TDOA to be improved up to 50 times from Chen et al. Applying the embodiments to Chen's UL-TDOA variant reduces the positioning error to less than 3 meters below 95% of all possible cases. In addition, this accuracy gain further reduces the scheduling complexity and time between UE position fixes.

다시, 본 실시예들을 갖고, Chen의 UL-TDOA 방법 정확도는 50X까지 개선될 수 있다. 따라서, 본 실시예들을 Chen의 U-TDOA 변형에 적용하는 것은 모든 가능한 경우들의 95%에서 3미터 이상 아래로 위치 찾기 에러를 감소시킬 것이다. 게다가, 이러한 정확도 이득은 UE 위치 픽스들 사이에서의 스케줄링 복잡도 및 시간을 추가로 감소시킬 것이다.Again, with these embodiments, Chen's UL-TDOA method accuracy can be improved to 50X. Therefore, applying these embodiments to Chen's U-TDOA variant will reduce the positioning error to less than 3 meters below 95% of all possible cases. In addition, this accuracy gain will further reduce the scheduling complexity and time between UE position fixes.

상기 언급된 DL-TDOA 및 U-TDOA/UL-TDOA 방법들은 단-방향 측정들(거리 측정)에 의존한다. 본 실시예들 및 실질적으로 모든 다른 거리 측정 기술들은 단-방향 거리 측정의 프로세스에서 사용된 PRS 및/또는 다른 신호들이 주파수 및 위상 간섭성일 것을 요구한다. LTE처럼, OFDM 기반 시스템들은 주파수 간섭성이다. 그러나, UE 유닛들 및 eNB(들)은 수 나노 초들까지 UTC처럼 공통 소스에 의해 위상 또는 시간 동기화되지 않으며, 예로서 랜덤 위상 가산기가 존재하고 있다.The above-mentioned DL-TDOA and U-TDOA / UL-TDOA methods rely on single-direction measurements (distance measurement). The present embodiments and substantially all other distance measurement techniques require that the PRS and / or other signals used in the process of single-direction distance measurement be frequency and phase coherent. Like LTE, OFDM-based systems are frequency coherent. However, the UE units and the eNB (s) are not phase or time synchronized by a common source like UTC to several nanoseconds, for example, there is a random phase adder.

거리 측정 정확도에 대한 위상 간섭성 영향을 회피하기 위해, 다중경로 프로세서의 실시예는 거리 측정 신호(들), 예로서 기준 신호들, 개개의 구성요소들(서브캐리어들) 사이에서의 차동 위상을 산출한다. 이것은 랜덤 위상 기간 가산기를 제거한다. To avoid phase coherence effects on distance measurement accuracy, an embodiment of a multipath processor may include a differential phase between the distance measurement signal (s), e.g., reference signals, individual components (subcarriers) . This removes the random phase period adder.

Chen 등의 논의에서 상기 식별된 바와 같이, 여기에 설명된 실시예들을 적용하는 것은 Chen 등에 의해 달성된 성능에 비교하여 실내 환경들에서 상당한 정확도 개선을 야기한다. 예를 들면, Chen 등에 따르면, DL-OTDOA 및/또는 U-TDOA/UL-TDOA는 대부분 옥외 환경들, 실내(빌딩들, 캠퍼스들 등)를 위한 것이며, DL-OTDOA 및 U-TDOA 기술들은 잘 수행할 수 없다. 보통 실내에서 이용되는 분산 안테나 시스템들(DAS)을 포함하여, 여러 이유들이 언급되며(Chen, #161 내지 164 참조), 그에 의해 각각의 안테나는 고유 ID를 갖지 않는다. Applying the embodiments described herein, as identified above in the discussion of Chen et al., Causes significant accuracy improvements in indoor environments compared to the performance achieved by Chen et al. For example, according to Chen et al., DL-OTDOA and / or U-TDOA / UL-TDOA are mostly for outdoor environments, indoors (buildings, campuses, Can not be performed. Several reasons are mentioned, including distributed antenna systems (DAS), which are typically used indoors (Chen, # 161-164), whereby each antenna does not have a unique ID.

이하에 설명되는 실시예는 OFDM 변조 및/또는 그것의 도함수들을 이용하는 무선 네트워크들; 및 기준/파일럿 및/또는 동기화 신호들을 갖고 동작한다. 따라서, 이하에 설명되는 실시예는 LTE 네트워크들을 갖고 동작하며 그것은 또한, 기준/파일럿/ 및/또는 동기화 신호들을 갖고 또는 그것 없이, 다른 유형들의 변조를 포함하여, 다른 무선 시스템들 및 다른 무선 네트워크들에 적용 가능하다. The embodiments described below include wireless networks using OFDM modulation and / or its derivatives; And reference / pilot and / or synchronization signals. Thus, the embodiments described below operate with LTE networks and it is also possible to use other wireless systems and other wireless networks, including other types of modulation, with or without reference / pilot / and / Lt; / RTI &gt;

여기에 설명된 접근법은 또한 WiMax, WiFi 및 화이트 스페이스를 포함한, 다른 무선 네트워크들에 적용 가능하다. 기준/파일럿 및/또는 동기화 신호들을 사용하지 않는 다른 무선 네트워크들은 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 바와 같이, 다음의 유형들의 대안적인 변조 실시예들 중 하나 이상을 이용할 수 있다: 1) 프레임의 일 부분이 거리 측정 신호/거리 측정 신호 요소들에 전용되는 경우; 2) 거리 측정 신호 요소들이 송신/수신 신호들 프레임(들)에 내장되는 경우; 및 3) 거리 측정 신호 요소들이 데이터와 함께 내장되는 경우.The approach described here is also applicable to other wireless networks, including WiMax, WiFi and white space. Other wireless networks that do not use reference / pilot and / or synchronization signals may use one or more of the following alternative modulation embodiments, as described in U.S. Patent No. 7,872,583: 1) When a portion is dedicated to distance measurement signal / distance measurement signal elements; 2) when the distance measurement signal elements are embedded in the transmit / receive signals frame (s); And 3) the distance measurement signal elements are embedded with the data.

여기에 설명된(또한 미국 특허 번호들 제7,969,311호 및 제8,305,215호에 설명된) 다중경로 완화 범위 추정 알고리즘의 실시예들은 다중경로 반사들 더하기 신호의 직접 경로(DLOS)로 구성된 총체로 범위들의 추정치들을 제공함으로써 작동한다. Embodiments of the multipath mitigation range estimation algorithm described herein (and also described in U.S. Patent Nos. 7,969,311 and 8,305,215) are estimates of the estimates of the ranges of multipath reflections in the aggregate consisting of multipath reflections plus the direct path of the signal (DLOS) Lt; / RTI &gt;

LTE DAS 시스템은 이동 수신기(UE)에 대한 다양한 시간 오프셋들에서 보여진 동일한 신호의 다수의 사본들을 생성한다. 지연들은 안테나들 및 이동 수신기 사이에서의 기하학적 관계들을 고유하게 결정하기 위해 사용된다. 상기 수신기에 의해 보여진 신호는 주요 "다중경로" 구성요소들이 다수의 DAS 안테나들로부터의 오프셋 신호들의 합에 기인한다는 것을 제외하고, 다중경로 환경에서 보여진 것과 비슷하다. The LTE DAS system generates multiple copies of the same signal shown at various time offsets for the mobile receiver (UE). The delays are used to uniquely determine the geometric relationships between the antennas and the mobile receiver. The signal shown by the receiver is similar to that shown in the multipath environment, except that the main "multipath" components are due to the sum of the offset signals from the multiple DAS antennas.

수신기에 의해 보여진 신호 총체는 - 이 경우에, 주요 다중경로 구성요소들이 종래의 다중경로가 아니라는 점을 제외하고, 실시예들이 이용하도록 설계되는 신호 총체의 유형과 동일하다. 현재 다중경로 완화 프로세서(알고리즘들)는 DLOS 및 각각의 경로, 예로서 반사의 감쇠 및 전파 지연을 결정할 수 있다, (식 1 내지 식 3 및 연관된 설명들 참조). 다중경로는 분산 RF 채널(환경) 때문에 존재할 수 있지만, 이러한 신호 총체에서의 주요 다중경로 구성요소들은 다수의 안테나들로부터의 송신들과 연관된다. 본 다중경로 알고리즘의 실시예들은 이들 다중경로 구성요소들을 추정하고, 수신기에 대한 DAS 안테나들의 범위들을 분리하며, 범위 데이터를 위치 프로세서(소프트웨어로 구현된)에 제공할 수 있다. 안테나 배치 기하학에 의존하여, 이러한 해법은 X, Y 및 X, Y, Z 위치 좌표들 양쪽 모두를 제공할 수 있다. The signal aggregate shown by the receiver is identical to the type of signal aggregate that the embodiments are designed to use, except that in this case, the major multipath components are not conventional multipath. The current multipath mitigation processors (algorithms) can determine the DLOS and the attenuation and propagation delay of each path, e. G., Reflections (see Equations 1 through 3 and related explanations). Multipaths may exist because of distributed RF channels (environments), but the major multipath components in such a signal aggregate are associated with transmissions from multiple antennas. Embodiments of the present multipath algorithm may estimate these multipath components, separate ranges of DAS antennas for the receiver, and provide range data to a location processor (implemented in software). Depending on the antenna placement geometry, this solution may provide both X, Y and X, Y, Z position coordinates.

그 결과, 본 실시예들은 임의의 하드웨어 및/또는 새로운 네트워크 신호(들) 부가들을 요구하지 않는다. 게다가, 위치 결정 정확도는 1) 다중경로를 완화시키며 2) 능동형 DAS의 경우에, 위치 결정 에러의 하한이, 대략 50미터들에서 대략 3미터들로 감소하는 바와 같이, 극적으로 감소될 수 있음으로써 상당히 개선될 수 있다. As a result, the embodiments do not require any hardware and / or new network signal (s) additions. In addition, the positioning accuracy can be reduced by 1) mitigating multipath, and 2) in the case of active DAS, the lower limit of the positioning error can be dramatically reduced, such as from about 50 meters to about 3 meters Can be significantly improved.

DAS의 각각의 안테나의 위치(로케이션)가 알려져 있다고 가정된다. 각각의 안테나(또는 다른 안테나에 대한)의 신호 전파 지연이 또한 결정되어야 한다(알려져야 한다).It is assumed that the location (location) of each antenna of the DAS is known. The signal propagation delay of each antenna (or for the other antenna) should also be determined (it should be known).

능동형 DAS 시스템들에 대해, 신호 전파 지연은 루프백 기술들을 사용하여, 자동으로 결정될 수 있으며, 그에 의해 알려진 신호는 왕복으로 전송되며 이러한 왕복 시간이 측정된다. 이러한 루프백 기술은 또한 온도, 시간 등에 따른 신호 전파 지연 변화들(드리프트)을 제거한다.For active DAS systems, the signal propagation delay can be determined automatically using loopback techniques, whereby a signal known by it is transmitted in a round trip and this round trip time is measured. This loopback technique also eliminates signal propagation delay variations (drift) due to temperature, time, and the like.

다수의 매크로 셀들 및 연관된 안테나들을 사용하여, 피코 셀들 및 마이크로 셀들은 부가적인 기준 포인트들을 제공함으로써 분해능을 추가로 강화한다.Using multiple macrocells and associated antennas, the picocells and microcells further enhance resolution by providing additional reference points.

다수의 안테나로부터 다수의 사본들의 신호 총체로 개개의 범위 추정치들에 대한 상기 설명된 실시예는 다음의 두 개의 방식들로 신호 송신 구조에 대한 변화들에 대해 추가로 강화될 수 있다. 첫 번째는 각각의 안테나로부터의 송신들을 시간 다중화하는 것이다. 제2 접근법은 안테나들의 각각에 대해 주파수 다중화하는 것이다. 양쪽 강화들 모두를 사용하여, 동시에 시간 및 주파수 다중화하는 것은 시스템의 거리 측정 및 위치 정확도를 추가로 개선한다. 또 다른 접근법은 각각의 안테나에 전파 지연을 부가하는 것이다. 지연 값들은 특정한 DAS 환경(채널)에서 지연 확산을 초과하기에 충분히 크도록 선택될 것이지만, 부가적인 지연들에 의해 야기된 다중경로가 ISI(심볼 간 간섭)을 야기하지 않도록 순환 전치(CP) 길이보다 작을 것이다.The described embodiment of the individual range estimates from the signal aggregate of multiple copies from multiple antennas can be further enhanced with respect to changes to the signal transmission structure in the following two ways. The first is to time multiplex transmissions from each antenna. The second approach is to frequency multiplex for each of the antennas. Using both enhancements, simultaneous time and frequency multiplexing further improves the distance measurement and position accuracy of the system. Another approach is to add a propagation delay to each antenna. The delay values will be selected to be large enough to exceed the delay spread in a particular DAS environment (channel), but the multipath caused by the additional delays is less than the cyclic prefix (CP) length so as not to cause ISI It will be small.

각각의 안테나에 대한 고유 ID 또는 고유 식별자의 부가는 결과적인 해법의 효율을 증가시킨다. 예를 들면, 그것은 안테나들의 각각으로부터 신호들로부터의 범위들 모두를 제거하기 위해 프로세서에 대한 요구를 제거한다. The addition of a unique ID or unique identifier for each antenna increases the efficiency of the resulting solution. For example, it eliminates the need for a processor to remove all of the ranges from the signals from each of the antennas.

LTE 다운링크를 이용한 일 실시예에서, 파일럿 및 또는 동기화 신호(들) 서브캐리어들을 포함한, 하나 이상의 기준 신호(들) 서브캐리어들은 결과적으로 와일드 포인트들을 잘라내기 위해 다변측량 및 위치 찾기 일관성 알고리즘들을 사용하여 범위 기반 위치 관측 대상들 및 위치 찾기 추정치의 발생 및 다중경로 간섭 완화를 위해 다중-경로 프로세서에 적용되는 서브캐리어들 위상 및 진폭을 결정하기 위해 사용된다. In one embodiment using an LTE downlink, one or more reference signal (s) subcarriers, including pilot and / or synchronization signal (s) subcarriers, may result in using multisurvey and locality coherence algorithms to truncate the wild points Are used to determine the phase and amplitude of the subcarriers applied to the multi-path processor for generation of range-based position objects and location estimates and mitigation of multipath interference.

또 다른 실시예는 LTE 업링크 시그널링이 또한 기준 신호들, 또한 기준 서브캐리어들을 포함하는 베이스에 대한 이동 디바이스를 포함한다는 사실을 이용한다. 사실상, 업링크 디바이스에 주파수 대역을 할당하기 위해 네트워크에 의해 사용된 전체 사운딩 모드로부터 기준 서브캐리어들이 업링크 신호 등의 복조를 돕기 위해 채널 임펄스 응답을 발생시키기 위해 사용되는 모드까지 이들 서브캐리어들을 포함하는 하나 이상의 모드가 있다. 또한, 릴리즈 9에 부가된 DL PRS와 유사하게, 부가적인 UL 기준 신호들은 곧 있을 및 미래 표준 릴리즈들에서 부가될 수 있다. 이 실시예에서, 업링크 신호는 범위 관련 관측 대상들을 발생시키기 위해 위상, 다중경로 완화 프로세싱에 대한 동일한 범위를 사용하여 다수의 베이스 유닛들(eNB)에 의해 프로세싱된다. 이 실시예에서, 위치 일관성 알고리즘들은 와일드 포인트 관측 대상들을 편집하며 위치 추정치를 발생시키기 위해 다변측량 알고리즘에 의해 수립된 바와 같이 사용된다.Another embodiment utilizes the fact that LTE uplink signaling also includes reference signals, and also mobile devices for the base including reference subcarriers. In fact, from the total sounding mode used by the network to allocate the frequency band to the uplink device, the reference subcarriers are used to generate these subcarriers up to the mode used to generate the channel impulse response to aid demodulation, There is one or more modes to include. Also, similar to the DL PRS added to Release 9, additional UL reference signals may be added in upcoming and future standard releases. In this embodiment, the uplink signal is processed by multiple base units (eNBs) using the same range for phase, multipath mitigation processing to generate range related observations. In this embodiment, location consistency algorithms are used as edited by the multivariate survey algorithm to edit the wild point observed objects and generate the position estimate.

또 다른 실시예, LTE 다운링크 및 LTE 업링크 양쪽 모두의 관련 있는 하나 이상의 기준(파일럿 및/또는 동기화를 포함한) 서브캐리어들이 수집되면, 범위 대 위상 매핑이 적용되고, 다중경로 완화가 적용되며 범위 연관 관측 대상이 추정된다. 이들 데이터는 그 후 다변측량 알고리즘 및 위치 일관성 알고리즘들을 사용하여 위치에 대한 관측 대상들의 보다 강력한 세트를 제공하도록 하는 방식으로 융합될 것이다. 이점은 다운링크 및 업링크 두 개의 상이한 주파수 대역들 이래 또는 시스템 간섭성을 개선하는 TDD(시간 분할 이중화)의 경우에 개선된 정확도를 야기하는 리던던시일 것이다.In another embodiment, when one or more associated subcarriers (including pilot and / or synchronization) of both LTE downlink and LTE uplinks are collected, range-to-phase mapping is applied, multipath mitigation is applied, Associated objects are estimated. These data will then be fused in such a way as to provide a more robust set of observations to the location using multivariate and locality consistency algorithms. This will be a redundancy that leads to improved accuracy either in the case of TDD (time division duplexing) that improves system coherence or downlink frequency uplinks and two different frequency bands.

다수의 안테나들이 마이크로 셀로부터 동일한 다운링크 신호를 송신하는 DAS(분산 안테나 시스템) 환경에서, 위치 일관성 알고리즘(들)은 기준 신호(들)(파일럿 및/또는 동기화) 서브캐리어들로부터 다중경로 완화 프로세싱에 의해 발생된 관측 대상들로부터 DAS 안테나들의 범위들을 분리하기 위해 및 다수의 DAS 방출기들(안테나들) 범위들로부터 위치 추정치들을 획득하기 위해 확장된다. In a DAS (Distributed Antenna System) environment in which multiple antennas transmit the same downlink signal from a microcell, the location coherence algorithm (s) may include multipath mitigation processing from the reference signal (s) (pilot and / or synchronization) And to obtain position estimates from a plurality of DAS emitters (antennas) ranges.

DAS 시스템(환경)에서, 정확한 위치 추정치를 획득하는 것은, 개개의 안테나들로부터의 신호 경로들이 높은 정확도를 갖고 분해될 수 있는 경우에만 가능하며, 그에 의해 경로 에러는 단지 안테나들 사이에서의 거리의 부분이다(10미터 이상의 정확도). 모든 기존의 기술들/방법들이 많은 다중경로 환경에서 이러한 정확도를 제공할 수 없기 때문에(다수의 DAS 안테나들로부터의 신호들은 유도된 많은 다중경로처럼 나타날 것이다), 기존의 기술들/방법들은 위치 일관성 알고리즘(들) 및 DAS 환경에서의 이러한 위치 찾기 방법/기술의 상기 언급된 확장을 이용할 수 없다.In a DAS system (environment), obtaining an accurate position estimate is only possible if the signal paths from the individual antennas can be decomposed with high accuracy, whereby the path error is only a function of the distance between the antennas Part (accuracy over 10 meters). Since all existing techniques / methods can not provide this accuracy in many multipath environments (signals from multiple DAS antennas will appear like many derived multipaths), existing techniques / Algorithm (s) and the above-mentioned extensions of this location method / technique in a DAS environment.

미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된, 오브젝트 식별 및 위치 찾기를 위한 InvisiTrack 다중-경로 완화 방법들 및 시스템들은 LTE 다운링크, 업링크 및/또는 양쪽 모두(다운링크 및 업링크), 하나 이상의 기준 신호(들) 서브캐리어들을 이용하며 위치 추정치를 발생시키기 위해 다변측량 및 위치 일관성을 사용하여 범위 기반 위치 관측 대상들을 발생시키기 위해 범위 대 신호 위상 매핑, 다중경로 간섭 완화 및 프로세스에 적용된다. The InvisiTrack multi-path mitigation methods and systems for object identification and location, as described in U.S. Patent No. 7,872,583, are based on LTE downlink, uplink and / or both (downlink and uplink) Multipath interference mitigation and processes to generate range-based positional observations using multivariate metrology and positional consistency to generate position estimates using the (s) subcarriers.

모든 상기 실시예들에서, 삼변측량 위치 결정 알고리즘들이 또한 이용될 수 있다.In all of the above embodiments, trilateration locating algorithms can also be used.

DL-OTDOA 위치 찾기는 LTE 릴리즈 9에 특정되었다: 진화된 범용 지상파 라디오 액세스(E-UTRA); 물리 채널들 및 변조; 3GPP TS 36.211 릴리즈 9 기술 규격. 그러나, 그것은 무선 운용자들(캐리어들)에 의해 구현되지 않았다. 그동안에 다운링크 위치 찾기는 기존의 물리 계층 측정 동작(들)을 사용함으로써 현재의, 예로서 수정되지 않은, LTE 네트워크 환경 내에서 구현될 수 있다.DL-OTDOA Latitude is specific to LTE Release 9: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation; 3GPP TS 36.211 Release 9 Technical Specification. However, it was not implemented by wireless operators (carriers). In the meantime, the downlink location can be implemented in the current, e.g., unmodified, LTE network environment by using the existing physical layer measurement operation (s).

LTE에서, UE 및 eNB는 라디오 특성들의 물리 계층 측정들을 하도록 요구된다. 측정 정의들은 3GPP TS 36.214에 특정된다. 이들 측정들은 주기적으로 수행되며 상위 계층들로 보고되고 주파수-내 및 주파수-간 핸드오버, 라디오-간 액세스 기술(RAT-간) 핸드오버, 타이밍 측정들, 및 RRM(라디오 리소스 관리)을 지지하는 다른 목적들을 포함한 다양한 목적들을 위해 사용된다.In LTE, the UE and the eNB are required to make physical layer measurements of radio characteristics. Measurement definitions are specified in 3GPP TS 36.214. These measurements are periodically performed and reported to higher layers and supported by inter-frequency and inter-frequency handover, inter-radio access technology (RAT-to-H) handover, timing measurements, and RRM It is used for various purposes including other purposes.

예를 들면, RSRP(기준 신호 수신 전력)는 전체 대역폭에 걸쳐 셀-특정 기준 신호들을 운반하는 모든 리소스 요소들의 전력의 평균이다. For example, RSRP (reference signal receive power) is an average of the power of all resource elements carrying cell-specific reference signals over the entire bandwidth.

또 다른 예는 부가적인 정보를 제공하는 RSRQ(기준 신호 수신 품질) 측정이다(RSRQ는 간섭 레벨뿐만 아니라 신호 세기를 조합한다).Another example is a reference signal reception quality (RSRQ) measurement that provides additional information (RSRQ combines signal strength as well as interference level).

LTE 네트워크는 eNB 이웃(서빙 eNB에 대한) 리스트들을 UE에 제공한다. 네트워크 지식 구성에 기초하여, (서빙) e노드B는 이웃하는 eNB의 식별자들 등을 UE에 제공한다. UE는 그 후 그것이 수신할 수 있는 이웃들의 신호 품질을 측정한다. UE는 결과들을 e노드B로 다시 보고한다. 주의: UE는 또한 서빙 eNB의 신호 품질을 측정한다.The LTE network provides eNB neighbor list (for serving eNB) to the UE. Based on the network knowledge configuration, the (serving) eNode B provides the UE with the identifiers of neighboring eNBs, and so on. The UE then measures the signal quality of the neighbors it can receive. The UE reports the results back to the eNodeB. Note: The UE also measures the signal quality of the serving eNB.

규격에 따르면, RSRP는 고려된 측정 주파수 대역폭 내에서 셀-특정 기준 신호들을 운반하는 리소스 요소들의 전력 기여([W]로)에 대한 선형 평균으로서 정의된다. RSRP를 결정하기 위해 UE에 의해 사용되는 측정 대역폭은 대응하는 측정 정확도 요건들이 이행되어야 하는 한계를 갖고 UE 구현에 달려 있다.According to the specification, RSRP is defined as a linear average of power contributions (in [W]) of resource elements carrying cell-specific reference signals within the considered measurement frequency bandwidth. The measurement bandwidth used by the UE to determine the RSRP depends on the UE implementation with the limitation that the corresponding measurement accuracy requirements must be fulfilled.

측정 대역폭 정확도 요건들을 고려하면, 이러한 대역폭은 매우 크며 RSRP 측정들에 사용되는 셀-특정 기준 신호들은 결과적으로 다중경로 간섭 완화 및 범위 기반 위치 관측 대상들의 발생을 위해 다중-경로 프로세서에 적용되는 이들 기준 신호들 서브캐리어들 위상 및 진폭을 결정하기 위해 추가로 프로세싱될 수 있다. 또한, RSRP 측정에 사용되는 다른 기준 신호들, 예를 들면 SSS(2차 동기화 신호)가 또한 사용될 수 있다.Given the measurement bandwidth accuracy requirements, this bandwidth is very large and the cell-specific reference signals used for RSRP measurements are consequently those criteria that apply to multi-path processors for multipath interference mitigation and generation of range- The signals may be further processed to determine the phase and amplitude of the subcarriers. In addition, other reference signals, such as SSS (secondary synchronization signal), used for RSRP measurement may also be used.

그 후, 3개 이상의 셀들로부터의 범위 관측 대상들에 기초하여 위치 픽스가 다변측량 및 위치 일관성 알고리즘들을 사용하여 추정될 수 있다.The location fix can then be estimated using multivariate survey and location consistency algorithms based on range objects from three or more cells.

이전에 언급된 바와 같이 RF 핑거프린팅 데이터베이스 불안정의 여러 원인들이 있지만, 주요한 것들 중 하나는 다중경로이다(RF 서명은 다중경로에 매우 민감하다). 그 결과, RF 핑거프린팅 방법(들)/기술 위치 찾기 정확도는, 수직 불확실성: 디바이스 Z-높이 및/또는 안테나 배향에 의존하여 > 100% 가변성을 포함하여, 다중경로 역학들 - 시간에 걸친 변화들, 환경(예를 들면, 날씨), 사람들 및/또는 오브젝트들 움직임에 의해 매우 영향을 받는다(Tsung-Han Lin 외, RSSI-서명-기반 실내 국소화 시스템의 현미경 검사 참조).As mentioned previously, there are several causes of RF fingerprinting database instability, but one of the major ones is multipath (the RF signature is very sensitive to multipath). As a result, the RF fingerprinting method (s) / technique locating accuracy can be varied by multipath dynamics-over time, including > 100% variability depending on vertical uncertainty: device Z-height and / , Environment (e.g., weather), people and / or objects movement (see Tsung-Han Lin et al., Microscopy of RSSI-signature-based indoor localization systems).

본 실시예들은 상당히 감쇠된 DLOS를 포함하여, 각각의 개개의 경로를 발견하고 특성화하기 위한 능력(다중경로 프로세서) 때문에 RF 핑거프린팅 위치 찾기 정확도를 상당히 개선할 수 있다. 그 결과, 위치 픽스에 대한 RF 핑거프린팅 결정은 실시간 다중경로 분포 정보로 보완될 수 있다. These embodiments can significantly improve the RF fingerprinting locator accuracy because of the ability to discover and characterize each individual path, including a significantly attenuated DLOS (multipath processor). As a result, the RF fingerprinting decision for the position fix can be supplemented with real-time multipath distribution information.

상기 언급된 바와 같이, 위치 픽스는 시간에서의 위치 기준 동기화를 요구할 것이다. 무선 네트워크들에서, 이들 위치 기준들은 액세스 포인트들, 매크로/미니/피코 및 펨토 셀들, 뿐만 아니라 소위 스몰 셀들(eNB)을 포함할 수 있다. 그러나, 무선 운용자들은 정확한 위치 픽스를 위해 요구되는 동기화 정확도를 구현하지 않는다. 예를 들면, LTE의 경우에, 표준은 FDD(주파수 분할 이중화) 네트워크들을 위해 eNB(들) 사이에서 임의의 시간 동기화를 요구하지 않는다. LTE TDD(시간 분할 이중화)에 대해, 이러한 시간 동기화 정확도는 한계가 +/- 1.5 마이크로초가다. 이것은 400+ 미터들 위치 찾기 불확실성과 같다. 요구되지 않지만, LTE FDD 네트워크들이 또한 동기화되지만 훨씬 더 큰(1.5 마이크로초보다) 한계들을 사용한다.As mentioned above, the position fix will require location-based synchronization in time. In wireless networks, these location criteria may include access points, macro / mini / pico and femtocell, as well as so-called small cells (eNB). However, wireless operators do not implement the synchronization accuracy required for correct location fixes. For example, in the case of LTE, the standard does not require any time synchronization between the eNB (s) for FDD (Frequency Division Duplex) networks. For LTE TDD (Time Division Duplex), this time synchronization accuracy has a limit of +/- 1.5 microseconds. This is like a 400+ meter positioning uncertainty. Although not required, LTE FDD networks are also synchronized, but use much larger (less than 1.5 microseconds) limits.

무선 LTE 운영자들은 주파수 및 시간에서 eNB(들)를 동기화하기 위해 GPS/GNSS 신호들을 사용하고 있다. 주의: LTE eNB는 매크로/미니 셀들에 대해 매우 정확한 캐리어 주파수: 0.05 ppm 및 다른 유형의 셀들에 대해 약간 덜 정확한(0.1 내지 0.25 ppm) 캐리어 주파수를 유지해야 한다. GPS/GNSS 신호들은 또한 10 나노 초들 이상의 요구된(위치 찾기를 위해) 시간 동기화 정확도를 가능하게 할 수 있다. 그러나, 네트워크 운용자들 및 네트워크 장비 제조사들은 NTP(네트워크 시간 프로토콜) 및/또는 PTP(정밀 시간 프로토콜), 예를 들면 IEEE 1588v2 PTP를 이용함으로써 패킷 수송/, 예로서 인터넷/이더넷 네트워킹 시간 동기화를 지지하는 GPS/GNSS 유닛들과 연관된 비용들을 감소시키려고 노력한다. Wireless LTE operators are using GPS / GNSS signals to synchronize eNB (s) in frequency and time. Note: The LTE eNB should maintain a carrier frequency of 0.05 ppm for very accurate carrier frequencies for macro / mini-cells and slightly less accurate (0.1 to 0.25 ppm) for other types of cells. GPS / GNSS signals can also enable the required (for locating) time synchronization accuracy of more than 10 nanoseconds. However, network operators and network equipment manufacturers may support packet transport /, e.g., Internet / Ethernet networking time synchronization, by using NTP (Network Time Protocol) and / or PTP (Precision Time Protocol), for example IEEE 1588v2 PTP Try to reduce the costs associated with GPS / GNSS units.

IP 네트워크 기반 동기화는 최소 주파수 및 시간 요건들을 충족시키는 가능성을 갖지만, 위치 찾기 픽스를 위해 요구되는 GPS/GNSS 정밀도가 부족하다.IP network-based synchronization has the potential to meet minimum frequency and time requirements, but lacks the GPS / GNSS precision required for locating fixes.

여기에 설명된 접근법은 GPS/GNSS 신호들 및 eNB 및/또는 AP, 또는 다른 무선 네트워크들 장비에 의해 발생된 신호들에 기초한다. 그것은 또한 IP 네트워킹 동기화 신호들 및 프로토콜들 및 eNB 및/또는 AP, 또는 다른 무선 네트워크들 장비에 의해 발생된 신호들에 기초할 수 있다. 이러한 접근법은 또한 WiMax, WiFi, 및 화이트 스페이스를 포함한, 다른 무선 네트워크들에 적용 가능하다.The approach described herein is based on GPS / GNSS signals and signals generated by eNB and / or AP, or other wireless networks equipment. It may also be based on IP networking synchronization signals and protocols and signals generated by eNB and / or AP, or other wireless networks equipment. This approach is also applicable to other wireless networks, including WiMax, WiFi, and white space.

eNB 신호들은 운용자의 eNB 설비(도 12)에 설치된 시간 관측 유닛(TMO)에 의해 수신된다. 상기 TMO는 또한 외부 동기화 소스 입력을 포함한다. The eNB signals are received by a time observation unit (TMO) installed in the operator's eNB facility (Fig. 12). The TMO also includes an external synchronization source input.

eNB 신호들은 상기 TMO에 의해 프로세싱되며 외부 동기화 소스 입력과 동기화되는 클록들을 사용하여 시간 스탬핑된다.The eNB signals are time stamped using clocks processed by the TMO and synchronized with an external synchronization source input.

상기 외부 동기화 소스는 GPS/GNSS 및/또는 인터넷/이더넷 네트워킹, 예를 들면 PTP 또는 NTP 등으로부터 올 수 있다. The external synchronization source may come from GPS / GNSS and / or Internet / Ethernet networking, e.g. PTP or NTP.

상기 시간-스탬핑된 프로세싱 신호, 예를 들면 LTE 프레임 시작(특히 다른 네트워크들에서, 다른 신호들일 수 있다)은 또한 eNB(셀) 위치 및/또는 셀 ID를 포함하고, 인터넷/이더넷 백홀을 통해 모든 eNB들의 데이터베이스를 생성, 유지 및 업데이트하는 중앙 TMO 서버로 전송된다. The time-stamped processing signal, e.g., an LTE frame start (which may be other signals, especially in other networks), also includes an eNB (cell) location and / or cell ID, and transmitted to a central TMO server that creates, maintains, and updates a database of eNBs.

위치 픽스의 거리를 측정하며 이를 획득하는 프로세스에 수반된 UE 및/또는 eNB(들)는 TMO 서버를 요구할 것이며 상기 서버는 수반된 상기 eNB(들) 사이에서의 시간 동기화 오프셋들을 리턴할 것이다. 이들 시간 동기화 오프셋들은 위치 픽스를 조정하기 위해 위치 픽스를 획득하는 프로세스에 수반된 UE 및/또는 eNB(들)에 의해 사용될 것이다. The UE and / or eNB (s) involved in the process of measuring the distance of the position fix and acquiring it will require the TMO server and the server will return the time synchronization offsets between the entitled eNB (s). These time synchronization offsets will be used by the UE and / or eNB (s) involved in the process of obtaining the position fix to adjust the position fix.

대안적으로, 위치 픽스 산출들 및 조정은 거리 측정의 프로세스에 수반된 UE 및/또는 eNB(들)가 또한 획득된 거리 측정 정보를 상기 TMO 서버에 공급할 때 TMO 서버에 의해 실행될 수 있다. 상기 TMO 서버는 그 후 (조정된) 위치 (위치 찾기) 픽스를 리턴할 것이다.Alternatively, the position fix calculations and adjustments may be performed by the TMO server when the UE and / or eNB (s) involved in the distance measurement process also supply the obtained distance measurement information to the TMO server. The TMO server will then return the (adjusted) location (locating) fix.

하나 이상의 셀 eNB 장비가 함께 같은 장소에 배치된다면, 단일 TMO는 모든 eNB(들)로부터의 신호들을 프로세싱하고 시간 스탬핑할 수 있다.If more than one cell eNB equipment is co-located, a single TMO can process and time stamp signals from all eNB (s).

RTT(왕복 시간) 측정들(거리 측정)은 위치 찾기를 위해 사용될 수 있다. 결점은 RTT 거리 측정이 위치 찾기 정확도에 대한 급격한 영향을 갖는 다중경로를 겪는다는 것이다.RTT (round trip time) measurements (distance measurement) can be used for locating. The drawback is that the RTT distance measurement undergoes multipath with a drastic effect on the latitude accuracy.

다른 한편으로, RTT 위치 찾기는 일반적으로 위치 기준 동기화(시간적으로) 및 LTE의 경우에 특히 eNB를 요구하지 않는다.On the other hand, RTT locating generally does not require eNB in particular in the case of location-based synchronization (in time) and LTE.

동시에, 무선 네트워크의 파일럿 기준 및/또는 다른 신호들을 갖고 동작할 때, 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 다중경로 완화 프로세서, 방법(들)/기술들 및 알고리즘들은 RTT 신호(들)에 대한 채널 응답을 결정할 수 있으며, 예로서 RTT 신호(들)가 겪은 다중경로 채널을 식별한다. 이것은 실제 DLOS 시간이 결정되도록 RTT 측정치들을 교정하도록 허용한다.At the same time, the multi-path mitigation processor, method (s) / techniques and algorithms described in U.S. Patent No. 7,872,583, when operating with pilot reference and / or other signals of the wireless network, To identify the multi-path channel that the RTT signal (s) has undergone. This allows the RTT measurements to be calibrated so that the actual DLOS time is determined.

알려진 DLOS 시간을 갖고, eNB 또는 시간에서의 위치 기준 동기화의 요구 없이 삼변측량 및/또는 유사한 위치 찾기 방법들을 사용하여 위치 픽스를 획득하는 것이 가능할 것이다. It would be possible to have a known DLOS time and obtain a position fix using trilateration and / or similar positioning methods without requiring the eNB or location-based synchronization in time.

가동 중인 TMO 및 TMO 서버를 갖고, InvisiTrack의 기술 통합은 매크로/미니/피코 및 스몰 셀들 및/또는 UE(셀 전화)에서 변화들을 요구할 것이다. 이들 변화들은 단지 SW/FW(소프트웨어/펌웨어)에 제한되지만, 그것은 기존의 기반 시설을 개조하기 위해 많은 노력을 취한다. 또한, 몇몇 경우들에서, 네트워크 운용자들 및/또는 UE/셀 전화 제조사들/공급자들은 장비 변경들에 반대한다. 주의: UE는 무선 네트워크 사용자 장비이다.Having an active TMO and TMO server, the technical integration of InvisiTrack will require changes in macro / mini / pico and small cells and / or UE (cell phone). These changes are limited to SW / FW (software / firmware), but it takes a lot of effort to retrofit existing infrastructure. Also, in some cases, network operators and / or UE / cell phone manufacturers / suppliers are opposed to equipment changes. Note: UE is a wireless network user equipment.

이러한 SW/FW 변화는 TMO 및 TMO 서버 기능이 InvisiTrack 위치 찾기 기술을 지원하기 위해 확대된다면 완전히 회피될 수 있다. 다시 말해서, 이하에 설명되는 또 다른 실시예는 무선 네트워크 신호들을 갖고 동작하지만, 무선 네트워크 장비/기반시설의 임의의 수정들을 요구하지 않는다. 따라서, 이하에 설명된 실시예는 LTE 네트워크들을 갖고 동작하며 그것은 또한 Wi-Fi를 포함하여, 다른 무선 시스템들/네트워크들에 적용 가능하다.This SW / FW change can be completely avoided if the TMO and TMO server functions are extended to support InvisiTrack location-finding technology. In other words, another embodiment described below operates with wireless network signals, but does not require any modifications of the wireless network equipment / infrastructure. Thus, the embodiments described below operate with LTE networks and it is also applicable to other wireless systems / networks, including Wi-Fi.

본질적으로, 이 실시예는 위치 픽스를 획득하기 위해 무선 네트워크 신호들을 사용하는 병렬 무선 위치 찾기 기반 시설을 생성한다. In essence, this embodiment creates a parallel wireless location infrastructure using wireless network signals to obtain location fixes.

TMO 및 TMO 서버와 유사하게, InvisiTrack의 위치 찾기 기반 시설은 범위 및 위치들을 결정하며, 그것을 예로서 전화/UE ID들 및 시간 인스턴스에서의 위치들의 표로 변환하기 위해, 하나 이상의 무선 네트워크 신호들 획득 유닛들(NSAU) 및 NSAU(들)로부터 데이터를 수집하며 그것을 분석하는 하나 이상의 위치 찾기 서버 유닛들(LSU)로 이루어질 것이다. LSU는 네트워크의 API를 통해 무선 네트워크로 인터페이싱한다. Similar to the TMO and TMO servers, the InvisiTrack's location infrastructure determines the range and locations, and converts it into a table of locations in the phone / UE IDs and time instance, (NSAUs) and one or more location server units (LSUs) that collect data from the NSAU (s) and analyze it. The LSU interfaces to the wireless network through an API of the network.

다수의 이들 유닛들은 큰 기반시설에서의 다양한 위치들에 배치될 수 있다. NSAU(들)이 간섭성 타이밍을 갖는다면, 보다 양호한 정확도를 제공할 모두에 대한 결과들이 사용될 수 있다.Many of these units can be deployed at various locations in a large infrastructure. If the NSAU (s) have coherent timing, the results for both can be used to provide better accuracy.

상기 간섭성 타이밍은 GPS 클록 및/또는 다른 안정된 클록 소스들로부터 도출될 수 있다. The coherent timing may be derived from a GPS clock and / or other stable clock sources.

상기 NSAU는 LAN(근거리 네트워크), 도시 영역 네트워크(MAN) 및/또는 인터넷을 통해 LSU와 통신한다.The NSAU communicates with the LSU via a LAN (Local Area Network), an Urban Area Network (MAN) and / or the Internet.

몇몇 설치/인스턴스들에서, NSAU 및 LSU는 조합되고/단일 유닛으로 통합될 수 있다.In some installations / instances, the NSAU and LSU may be combined and / or integrated into a single unit.

LTE 또는 다른 무선 네트워크들을 사용하여 위치 서비스들을 지원하기 위해, 송신기들은 클로킹되며 엄격한 공차들 내로 이벤트 동기화되도록 요구된다. 보통 이것은 GPS의 1 PPS 신호에 고정됨으로써 달성된다. 이것은 3 나노초 1-시그마로 국소적 영역에서의 타이밍 동기화를 야기할 것이다. In order to support location services using LTE or other wireless networks, transmitters are required to be clocked and event synchronized into tight tolerances. Usually this is accomplished by being fixed to one PPS signal of the GPS. This will cause timing synchronization in the localized region with 3 nanosecond 1-sigma.

그러나, 이러한 유형의 동기화가 실현 가능하지 않을 때 많은 인스턴스들이 있다. 이러한 본 실시예들은 위치 프로세스에 지연 보상 값들을 제공하기 위해 시간 오프셋들의 추적 및 다운링크 송신기들 사이에서 시간 오프셋 추정치들을 제공하며, 따라서 위치 프로세스는 송신기들이 클로킹되며 이벤트 동기화되는 것처럼 진행할 수 있다. 이것은 알려진 선험적 안테나 위치를 갖고 송신 안테나(임의의 위치 서비스들을 위해 요구되는) 및 수신기에 대한 이전 지식에 의해 실현된다. 동기화 유닛으로 불리우는 이러한 수신기는 모든 다운링크 송신기들로부터 데이터를 수집하며 위치들에 대한 그것의 지식을 고려하면, 사전 선택된 베이스 안테나로부터 오프셋 타이밍을 산출한다. 이들 오프셋들은 다운링크 송신기들의 클록 드리프트들을 보상하는 추적 알고리즘의 사용을 통해 시스템에 의해 추적된다. 주의: 수신된 데이터로부터 의사 범위들을 도출하기 위한 프로세싱은 InvisiTrack 다중경로 완화 알고리즘들(미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된)을 이용할 것이다. 그러므로, 동기화는 다중경로에 의해 영향을 받지 않을 것이다.However, there are many instances when this type of synchronization is not feasible. These embodiments provide tracking of time offsets and time offset estimates between downlink transmitters to provide delay compensation values to the location process so that the location process can proceed as if the transmitters were clocked and event synchronized. This is accomplished by having a known a priori antenna position and previous knowledge of the transmit antenna (required for any location services) and receiver. This receiver, called a synchronization unit, collects data from all downlink transmitters and calculates offset timing from the preselected base antenna, taking into account its knowledge of the locations. These offsets are tracked by the system through the use of a tracking algorithm that compensates for the clock drifts of the downlink transmitters. Note: Processing to derive pseudoranges from the received data will use InvisiTrack multipath mitigation algorithms (described in U.S. Patent No. 7,872,583). Therefore, synchronization will not be affected by multipath.

이들 오프셋 데이터는 그것이 동기화된 송신기들에 의해 발생되어 온 것처럼 보이도록 각각의 다운링크 송신기로부터 데이터를 적절히 정렬시키기 위해 위치 프로세서(위치 서버, LSU)에 의해 사용된다. 시간 정확도는 최상의 1-PPS 추적과 비교 가능하며 3미터 위치 정확도(1-시그마)를 지원할 것이다.These offset data are used by a location processor (location server, LSU) to properly align data from each downlink transmitter so that it appears to have been generated by synchronized transmitters. Time accuracy is comparable to the best 1-PPS tracking and will support 3-meter position accuracy (1-sigma).

동기화 수신기 및/또는 수신기의 안테나들은 최상의 성능을 위해 최적의 GDOP에 기초하여 위치될 것이다. 큰 설치들에서, 다수의 동기화 수신기들은 네트워크 전체에 걸쳐 등가의 3 나노초 1-시그마 동기화 오프셋을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 동기화 수신기(들)를 이용함으로써, 다운링크 송신기의 동기화를 위한 요건들이 제거된다.The antennas of the synchronization receiver and / or receiver will be located based on the optimal GDOP for best performance. In large installations, multiple synchronization receivers may be used to provide an equivalent 3 nanosecond 1-sigma synchronization offset across the network. By using the synchronization receiver (s), the requirements for synchronization of the downlink transmitter are eliminated.

동기화 수신기 유닛은 NSAU 및/또는 LSU와 통신하는 독립형 유닛일 수 있다. 대안적으로, 이러한 동기화 수신기는 NSAU와 통합될 수 있다. The synchronization receiver unit may be a stand-alone unit that communicates with the NSAU and / or the LSU. Alternatively, this synchronization receiver may be integrated with the NSAU.

대표적인 무선 네트워크 위치 찾기 장비 다이어그램은 도 13에 묘사된다.An exemplary wireless network location device diagram is depicted in FIG.

LTE 신호들을 이용하는, 어떤 고객 네트워크 투자도 없는, 완전히 자율적 시스템의 실시예는 다음의 모드들에서 동작한다:An embodiment of a fully autonomous system that uses LTE signals, without any customer network investment, operates in the following modes:

1. 업링크 모드 - 위치 찾기의 목적을 위해 무선 네트워크 업링크(UL) 신호들을 사용한다(도 16 및 도 17).1. Uplink Mode - Uses wireless network uplink (UL) signals for the purpose of locating (Figures 16 and 17).

2. 다운링크 모드 - 위치 찾기의 목적을 위해 무선 네트워크 다운링크(DL) 신호들을 사용한다(도 14 및 도 15).2. Downlink Mode-Uses wireless network downlink (DL) signals for the purpose of locating (Figures 14 and 15).

3. 양-방향 모드 - 위치 찾기를 위해 양쪽 모두: UL 및 DL 신호들을 사용한다.3. Bi-directional mode - both for locating: use UL and DL signals.

업링크 모드에서 다수의 안테나들은 하나 이상의 NSAU들에 연결된다. 이들 안테나 위치들은 무선 네트워크 안테나들에 독립적이며; NSAU(들) 안테나 위치들은 GDOP(기하학적 정밀도의 감소)를 최소화하기 위해 선택된다.In the uplink mode, multiple antennas are connected to one or more NSAUs. These antenna positions are independent of the wireless network antennas; The NSAU (s) antenna positions are selected to minimize GDOP (reduction in geometric precision).

UE/셀 전화 디바이스들로부터의 네트워크의 RF 신호들은 NSAU(들) 안테나들에 의해 수집되며 모든 관심 신호들의 하나 이상의 인스턴스들을 캡처하기에 적절한 시간 간격 동안 프로세싱된 네트워크의 RF 신호들의 시간 스탬핑된 샘플들을 생성하기 위해 NSAU(들)에 의해 프로세싱된다. The RF signals of the network from the UE / cell phone devices are collected by the NSAU (s) antennas and are time stamped samples of the RF signals of the processed network for a time interval suitable for capturing one or more instances of all signals of interest And processed by the NSAU (s) to generate.

선택적으로, NSAU는 부가적인 정보를 획득하기 위해, 예를 들면 UE/전화 ID 등을 결정하기 위해 다운링크 신호들의 샘플들을 수신, 프로세싱 및 시간 스탬핑할 것이다. Optionally, the NSAU will receive, process, and time stamp samples of the downlink signals to determine additional information, e.g., UE / phone ID, and the like.

캡처된 시간 스탬핑된 샘플들로부터, 각각의 UE/셀 전화 ID(들)과 연관된 관심 있는 시간 스탬핑된 무선 네트워크 신호들과 함께 UE/셀 전화 디바이스들 식별 번호들(ID)이 결정(획득)될 것이다. 이러한 동작은 NSAU에 의해 또는 LSU에 의해 수행될 수 있다.From the captured time stamped samples, the UE / cell phone devices identification numbers (ID) are determined (associated) with the time stamped wireless network signals of interest associated with each UE / cell phone ID (s) will be. This operation can be performed by the NSAU or by the LSU.

NSAU는 LSU에 데이터를 주기적으로 공급할 것이다. 스케줄링되지 않은 데이터가 하나 이상의 UE/셀 전화 ID(들)를 위해 요구된다면, LSU는 부가적인 데이터를 요청할 것이다.The NSAU will periodically supply data to the LSU. If unscheduled data is required for one or more UE / cell phone ID (s), the LSU will request additional data.

어떤 변화들/수정들도 UL 모드 동작을 위해 무선 네트워크 기반시설 및/또는 기존의 UE/셀 전화에서 요구되지 않을 것이다. No changes / modifications will be required in the wireless network infrastructure and / or existing UE / cell phones for UL mode operation.

다운링크(DL) 모드에서, InvisiTrack 가능 UE가 요구될 것이다. 또한, 셀 전화 FW는 전화가 위치 픽스를 획득하기 위해 사용된다면 수정되어야 할 것이다.In the downlink (DL) mode, an InvisiTrack capable UE will be required. Also, the cell phone FW will have to be modified if the phone is used to obtain a location fix.

몇몇 인스턴스들에서, 운영자들은 기저대역 신호들을 BBU(들)(기저 대역 유닛들)로부터 이용 가능하게 만들 수 있다. 이러한 경우들에서, NSAU(들)는 또한 RF 무선 네트워크 신호들 대신에 이들 이용 가능한 기저 대역 무선 네트워크 신호들을 프로세싱할 수 있을 것이다. In some instances, operators may make baseband signals available from the BBU (s) (baseband units). In these cases, the NSAU (s) will also be able to process these available baseband wireless network signals instead of RF wireless network signals.

DL 모드에서, 이들 신호들은 UE/셀 전화에서 프로세싱되거나 또는 UE/셀 전화가 프로세싱된 네트워크의 RF 신호들의 시간 스탬핑된 샘플들을 주기적으로 생성하며 이것들을 LSU에 전송하고; LSU가 결과(들)를 UE/셀 전화로 되돌려 보낼 것이기 때문에 하나 이상의 무선 네트워크 신호들과 UE/셀 전화 ID를 연관시키기 위한 요구는 없다. In DL mode, these signals are processed in a UE / cell phone or periodically generate time-stamped samples of RF signals of the network in which the UE / cell phone is processed and transmit them to the LSU; There is no need to associate the UE / cell phone ID with one or more wireless network signals because the LSU will send the result (s) back to the UE / cell phone.

DL 모드에서, NSAU는 프로세싱된 RF 또는 기저대역(이용 가능할 때) 무선 네트워크 신호들을 프로세싱하고 시간 스탬핑할 것이다. 캡처된 시간 스탬핑된 샘플들로부터, 네트워크 안테나들과 연관된 무선 네트워크 신호 DL 프레임들 시작들이 결정(획득)될 것이며 이들 프레임 시작들 사이에서의 차이(오프셋)가 산출될 것이다. 이 동작은 NSAU에 의해 또는 LSU에 의해 수행될 수 있다. 네트워크 안테나들에 대한 프레임 시작 오프셋들이 LSU 상에 저장될 것이다. In DL mode, the NSAU will process and time stamp the processed RF or baseband (when available) wireless network signals. From the captured time stamped samples, the beginning of the wireless network signal DL frames associated with the network antennas will be determined and a difference (offset) between these frame starts will be calculated. This operation can be performed by the NSAU or by the LSU. Frame start offsets for the network antennas will be stored on the LSU.

DL 모드에서, 네트워크 안테나들의 프레임 시작 오프셋들은 디바이스가 InvisiTrack 기술을 사용하여 그 자신의 위치 픽스를 프로세싱/결정하는 경우에 LSU로부터 UE/전화 디바이스로 전송될 것이다. 그렇지 않다면, UE/셀 전화 디바이스가 프로세싱된 네트워크의 RF 신호들의 시간 스탬핑된 샘플들을 LSU에 주기적으로 전송할 때, LSU는 디바이스의 위치 픽스를 결정할 것이며 위치 픽스 데이터를 디바이스로 되돌려 보낼 것이다. In DL mode, the frame start offsets of network antennas will be transmitted from the LSU to the UE / phone device when the device processes / resolves its own position fix using InvisiTrack technology. Otherwise, when the UE / cell phone device periodically transmits time stamped samples of the RF signals of the processed network to the LSU, the LSU will determine the device's location fix and send the location fix data back to the device.

DL 모드에서, 무선 네트워크 RF 신호들은 하나 이상의 무선 네트워크 안테나들로부터 올 것이다. 결과 정확도에 대한 다중경로 영향을 회피하기 위해, RF 신호는 안테나 또는 안테나 연결로부터 무선 네트워크 장비까지 찾아내어져야 한다. In the DL mode, the wireless network RF signals will come from one or more wireless network antennas. To avoid multipath effects on the resulting accuracy, the RF signal must be found from the antenna or antenna connection to the wireless network equipment.

양-방향 모드는 양쪽 모두: UL 및 DL 동작들로부터의 위치 픽스의 결정을 포함한다. 이것은 위치 찾기 정확도를 추가로 개선하는 것을 허용한다. The bi-directional mode includes both: determination of the position fix from UL and DL operations. This allows further improvement of the latitude accuracy.

몇몇 기업 셋 업들은 하나 이상의 원격 라디오 헤드들(RRH)을 공급하는 하나 이상의 BBU들을 사용하며, 각각의 RRH는 결과적으로 동일한 ID를 가진 다수의 안테나들을 공급한다. 이러한 환경들에서, 무선 네트워크 구성에 의존하여, 네트워크 안테나들의 DL 모드 프레임 시작 오프셋들을 결정하는 것은 요구되지 않을 수 있다. 이것은 다수의 BBU들뿐만 아니라 단일 BBU 셋 업을 포함하며, 그에 의해 각각의 BBU의 안테나들이 특정한 구역에 할당되며 인접한 구역 커버리지들은 중첩한다. Some enterprise setups use one or more BBUs to provide one or more remote radio heads (RRH), each RRH serving a plurality of antennas with the same ID as a result. In these circumstances, depending on the wireless network configuration, it may not be required to determine the DL mode frame start offsets of the network antennas. This includes a number of BBUs as well as a single BBU setup, whereby the antennas of each BBU are assigned to a particular zone and adjacent zone coverage overlaps.

다른 한편으로, 구성, 그에 의해 다수의 BBU들로부터 공급되는 안테나들이 동일한 구역에서 인터리빙되는 구성은 네트워크 안테나들의 DL 모드 프레임 시작들 오프셋들을 결정하는 것을 요구할 것이다. On the other hand, the configuration, whereby the antennas supplied by multiple BBUs are interleaved in the same zone, will require determining the DL mode frame starts offset of the network antennas.

DAS 환경에서 동작의 DL 모드에서, 다수의 안테나들은 동일한 ID를 공유할 수 있다.In the DL mode of operation in a DAS environment, multiple antennas may share the same ID.

본 실시예들에서, 위치 일관성 알고리즘(들)은 기준 신호(들)(파일럿 및/또는 동기화를 포함한) 서브캐리어들로부터 다중경로 완화 프로세싱에 의해 발생된 관측 대상들로부터의 DAS 안테나들의 범위를 분리하기 위해 및 다수의 DAS 방출기들(안테나들) 범위들로부터 위치 추정치들을 획득하기 위해 확장/개발된다.In these embodiments, the location consistency algorithm (s) separates the range of DAS antennas from the observations generated by multipath mitigation processing from the reference signal (s) (including pilot and / or synchronization) And to obtain position estimates from ranges of multiple DAS emitters (antennas).

그러나, 이들 일관성 알고리즘들은 동일한 ID를 방출하는 안테나들의 수의 제한들을 가진다. 다음에 의해 동일한 ID를 방출하는 안테나들의 수를 감소시키는 것이 가능하다However, these consistency algorithms have limitations on the number of antennas that emit the same ID. It is possible to reduce the number of antennas that emit the same ID by:

1. 주어진 커버리지 구역에 대해, 섹터화된 BBU(BBU들은 6개까지의 섹터들을 지원할 수 있다)의 상이한 섹터들로부터 공급되는 안테나들을 인터리빙한다1. For a given coverage area, interleaves the antennas supplied from different sectors of the sectorized BBUs (BBUs can support up to six sectors)

2. 주어진 커버리지 구역에 대해, 상이한 BBU들로부터 공급되는 안테나들뿐만 아니라 섹터화된 BBU의 상이한 섹터들로부터 공급되는 안테나들을 인터리빙한다2. For a given coverage area, the antennas supplied from the different sectors of the sectorized BBU as well as the antennas supplied from different BBUs are interleaved

3. 각각의 안테나에 전파 지연 요소를 부가한다. 상기 지연 값들은 특정한 DAS 환경(채널)에서 지연 확산을 초과하기에 충분히 크도록 선택될 것이지만, 부가적인 지연들에 의해 야기된 다중경로가 ISI(심볼 간 간섭)를 야기하지 않도록 순환 전치(CP) 길이보다 작을 것이다. 하나 이상의 안테나에 대한 고유 지연 ID의 부가는 동일한 ID를 방출하는 안테나들의 수를 추가로 감소시킨다.3. Add propagation delay elements to each antenna. The delay values will be selected to be large enough to exceed the delay spread in a particular DAS environment (channel), but the cyclic prefix (CP) length (length) may be chosen so that multipaths caused by additional delays do not cause ISI Lt; / RTI &gt; The addition of the unique delay ID to one or more antennas further reduces the number of antennas that emit the same ID.

실시예에서, 어떤 고객 네트워크 투자도 갖지 않는 자율 시스템이 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템은 LTE 대역이 아닌 대역 상에서 동작할 수 있다. 예를 들면, ISM(공업용 산업용 및 의료용) 대역들 및/또는 화이트 스페이스 대역들이 LTE 서비스들이 이용 가능하지 않은 곳들에서 사용될 수 있다. In an embodiment, an autonomous system may be provided that does not have any customer network investment. In such an embodiment, the system may operate on a band other than the LTE band. For example, ISM (industrial industrial and medical) bands and / or white space bands may be used where LTE services are not available.

실시예는 또한 매크로/미니/피코/펨토 스테이션(들) 및/또는 UE(셀 전화) 장비와 통합될 수 있다. 통합은 고객 네트워크 투자를 요구할 수 있지만, 그것은 비용 오버헤드를 감소시킬 수 있으며 TCO(총 소유 비용)를 극적으로 개선할 수 있다.Embodiments may also be integrated with macro / mini / pico / femto station (s) and / or UE (cell phone) equipment. Integration can require customer network investment, but it can reduce cost overhead and dramatically improve the total cost of ownership (TCO).

여기에서 상기 언급된 바와 같이, PRS는 다운링크 관측 도착 시간 차(DL-OTDOA) 위치 결정을 위해 UE에 의해 사용될 수 있다. 이웃하는 기지국들(eNB들)의 동기화에 관해, 3GPP TS 36.305(E-UTRAN에서 사용자 장비(UE) 위치 결정의 스테이지 2 기능 규격)는 타이밍을 UE에 전달하는 것을 특정하며, 타이밍은 후보 셀들(예로서, 이웃 셀들)의 e노드B 서비스에 대한 것이다. 3GPP TS 36.305는 또한 측정 목적들을 위해 후보 셀들의 물리 셀 ID들(PCI들) 및 전역적 셀 ID들(GCI들)을 특정한다. As noted above, the PRS may be used by the UE for downlink observation arrival time difference (DL-OTDOA) positioning. Regarding synchronization of neighboring base stations (eNBs), 3GPP TS 36.305 (Stage 2 functional specification of user equipment (UE) location in E-UTRAN) specifies delivering timing to the UE, E. G., Neighboring cells). 3GPP TS 36.305 also specifies physical cell IDs (PCIs) and global cell IDs (GCIs) of candidate cells for measurement purposes.

3GPP TS 36.305에 따르면, 이러한 정보는 E-MLC(강화된 서빙 모바일 위치 센터) 서버로부터 전달된다. TS 36.305는 상기 언급된 타이밍 정확도를 특정하지 않는다는 것이 주의될 것이다. According to 3GPP TS 36.305, this information is communicated from the E-MLC (Enhanced Serving Mobile Location Center) server. It should be noted that TS 36.305 does not specify the timing accuracy mentioned above.

부가적으로, 3GPP TS 36.305는 UE가 E-MLC 다운링크 측정들로 리턴할 것임을 특정하며, 이것은 기준 신호 시간 차(RSTD) 측정들을 포함한다.In addition, 3GPP TS 36.305 specifies that the UE will return with E-MLC downlink measurements, which includes reference signal time difference (RSTD) measurements.

상기 RSTD는 한 쌍의 eNB들(TS 36.214 진화된 범용 지상파 라디오 액세스(E-UTRA); 물리 계층 측정들; 릴리즈 9 참조) 사이에서 취해진 측정이다. 측정은 이웃 셀(j)로부터 수신된 서브프레임 및 서빙 셀(i)의 대응하는 서브프레임 사이에서의 상대적 타이밍 차로서 정의된다. 위치 결정 기준 신호들은 이들 측정들을 하기 위해 사용된다. 결과들은 위치를 산출하는 위치 서버로 다시 보고된다. The RSTD is a measurement taken between a pair of eNBs (TS 36.214 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Layer Measurements; see Release 9). The measurement is defined as the relative timing difference between the subframe received from the neighboring cell j and the corresponding subframe of the serving cell i. Positioning reference signals are used to make these measurements. The results are reported back to the location server that computes the location.

실시예에서, 하이브리드 방법은 새롭게 도입된 PRS 및 이미 존재하는 기준 신호들 양쪽 모두를 수용하기 위해 정의될 수 있다. 다시 말해서, 하이브리드 방법은 PRS를 갖고, 다른 기준 신호들(예로서, 셀 또는 노드-특정 기준 신호들(CRS))을 갖고, 또는 양쪽 신호 유형들 모두를 갖고 사용/동작할 수 있다.In an embodiment, the hybrid method may be defined to accommodate both the newly introduced PRS and pre-existing reference signals. In other words, the hybrid method may have a PRS, have other reference signals (e.g., cell or node-specific reference signals (CRS)), or use / operate with both signal types.

이러한 하이브리드 방법은 네트워크 운용자(들)가 상황들 또는 네트워크 파라미터들에 의존하여 동작의 모드를 동적으로 선택하도록 허용하는 이점을 제공한다. 예를 들면, PRS는 CRS보다 양호한 가청성을 갖지만, 데이터 스루풋에서 7%까지의 감소를 야기할 수 있다. 다른 한편으로, CRS 신호들은 임의의 스루풋 감소를 야기하지 않는다. 또한, CRS 신호들은 모든 이전 LTE 릴리즈들, 예를 들면, 릴리즈 8 이하와 역 호환 가능하다. 이와 같이, 하이브리드 방법은 가청성, 스루풋, 및 호환 가능성 사이에서 트레이드-오프 또는 균형을 이루기 위한 능력을 네트워크 운용자에게 제공한다.This hybrid method provides the advantage of allowing the network operator (s) to dynamically select the mode of operation depending on situations or network parameters. For example, PRS has better audibility than CRS, but can cause a 7% reduction in data throughput. On the other hand, CRS signals do not cause any throughput reduction. In addition, the CRS signals are backwards compatible with all previous LTE releases, e. G., Release 8 and below. As such, the hybrid method provides the network operator with the ability to trade off or balance between audibility, throughput, and compatibility.

롱 텀 에볼루션(LTE) 구현들에서, LTE 다운링크 기저대역 신호들(셀 또는 무선 노드에 의해 발생되며 여기에서 "노드들"로서 불리우는)은 일반적으로 다운링크 프레임들로 조합된다. 이러한 신호들을 검출 및 수신하기 위한 수신기는 다수의 셀들 또는 노드들(둘 이상)로부터 다운링크 프레임들을 검출할 수 있다. 각각의 다운링크 프레임은 다수의 CRS 또는 기준 신호들을 포함한다. 다운링크(DL) 프레임에서, 이들 기준 신호들은 시간 및 주파수에서 미리 결정된 위치들을 가지며, 예를 들면, 주어진 프레임에서 각각의 CRS 및 프레임 시작 사이에 결정적인 시간 오프셋들이 있다. In Long Term Evolution (LTE) implementations, LTE downlink baseband signals (generated by a cell or wireless node, referred to herein as "nodes") are typically combined into downlink frames. A receiver for detecting and receiving such signals may detect downlink frames from a plurality of cells or nodes (two or more). Each downlink frame includes a plurality of CRSs or reference signals. In a downlink (DL) frame, these reference signals have predetermined positions in time and frequency, for example, there are deterministic time offsets between each CRS and frame start in a given frame.

또한, 각각의 CRS는 특수 코드를 갖고 변조된다. 상기 변조 및 코드는 또한 미리 결정된다. 상기 CRS 변조는 모든 노드들에 대해 동일하지만, 코드(시드)는 노드의 ID(식별) 번호에 의해 결정된다.Also, each CRS is modulated with a special code. The modulation and code are also predetermined. The CRS modulation is the same for all nodes, but the code (seed) is determined by the ID (identification) number of the node.

그 결과, 노드 ID(들)를 알고 있음으로써, 기준 신호들의 스펙트럼에서, 각각의 노드(셀)로부터 각각의 프레임에 대한 프레임 시작 시간의 코스 위치를 추정하는 것이 가능하다. 그렇게 하기 위해, 먼저 상이한 노드들로부터 모든 DL 신호들에 대한 프레임 시작들 또는 프레임 시작 시간들을 결정하는 것이 필요하다. 예를 들면, 실시예에서, 코드 변조된 CRS의 알려진 레플리카들(내부적으로 검출기 및/또는 다중경로 완화 프로세서에 의해 발생된)과 수신된 DL 기저대역 신호를 상관시킴으로써, 다양한 노드들로부터 모든 CRS 시퀀스들 또는 다른 기준 신호들을 발견하며, 이러한 정보를 갖고 모든 관측 가능한 노드들의 코스 위치 프레임 시작들을 발견하는 것이 가능하다. 실시예에서, 검출기는 또한 CRS를 복조/디코딩할 수 있으며 그 후 상기 복조된/디코딩된 CRS를 CRS에 할당되는 기저대역 서브-캐리어들과 상관시킬 수 있다. As a result, it is possible to estimate the course position of the frame start time for each frame from each node (cell) in the spectrum of the reference signals by knowing the node ID (s). To do so, it is first necessary to determine frame starts or frame start times for all DL signals from different nodes. For example, in an embodiment, by correlating received DL baseband signals with known replicas of a code modulated CRS (internally generated by a detector and / or multipath mitigation processor), all CRS sequences Or other reference signals, and with this information it is possible to find the course position frame starts of all observable nodes. In an embodiment, the detector may also demodulate / decode the CRS and then correlate the demodulated / decoded CRS with the baseband sub-carriers allocated to the CRS.

동시에, 실시예에서, CRS는 또한 다중경로 완화 프로세서에 의해 거리 측정 신호들로서 사용될 수 있다. 그러므로, 코스 프레임 시작들을 발견하는 것 외에, 검출기의 상관 프로세스는 또한 이들 신호들을 변조하기 위해 사용된 코드를 사용하여 프레임에서 다른 신호들(페이로드와 같은)로부터 CRS를 분리할 수 있다. 그 후, 이들 분리된 CRS, 및 연관된 프레임 시작들은 거리 측정을 위해 다중경로 완화 프로세서로 전달된다. At the same time, in an embodiment, the CRS can also be used as distance measurement signals by a multipath mitigation processor. Therefore, in addition to finding the course frame starts, the correlation process of the detector can also separate the CRS from other signals (such as payload) in the frame using the code used to modulate these signals. These separate CRSs and associated frame starts are then passed to the multipath mitigation processor for distance measurement.

유사한 접근법이 업링크 모드에서 사용될 수 있으며, 그에 의해 상이한 노드 수신기들 사이에서의 타이밍 오프셋들이 결정될 수 있다.A similar approach can be used in the uplink mode, whereby the timing offsets between different node receivers can be determined.

다운링크 실시예에서, 네트워크와 통신하는 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위한 시스템은 네트워크와 통신하는 둘 이상의 노드들로부터 다수의 신호들을 수신하도록 구성된 사용자 장비 수신기로서, 상기 다수의 신호들이 상기 다수의 신호들을 송신하는 둘 이상의 노드들의 각각의 노드의 식별에 의해 결정된 코드를 갖고 변조되고, 상기 사용자 장비 수신기가 상기 식별에 기초하여 기준 신호들을 검출하며 그것을 상기 다수의 신호들로부터 분리하도록 구성된 검출기를 포함하는, 상기 사용자 장비 수신기, 및 상기 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위해 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들로서 상기 기준 신호들을 사용하도록 구성된 프로세서를 포함한다. In a downlink embodiment, a system for tracking and locating one or more wireless network devices in communication with a network is configured to receive a plurality of signals from two or more nodes in communication with a network, Signals are modulated with a code determined by an identification of a respective node of two or more nodes transmitting the plurality of signals, the user equipment receiver detecting reference signals based on the identification and separating the signals from the plurality of signals And a processor configured to use the reference signals as distance measurement signals from each of the nodes to track the one or more wireless network devices and locate its position.

실시예에서, 상기 둘 이상의 노드들의 각각의 노드로부터의 다수의 신호들은 상기 기준 신호들을 포함하는 프레임으로 조합되며, 검출기는 또한 각각의 노드로부터 프레임 시작들의 코스 위치를 추정하도록 구성된다. In an embodiment, a plurality of signals from each node of the two or more nodes are combined into a frame comprising the reference signals, and the detector is also configured to estimate a course position of frame starts from each node.

실시예에서, 검출기는 또한 이러한 기준 신호들의 알려진 레플리카들과 기준 신호들을 상관시킴으로써 코스 위치를 추정하도록 구성된다.In an embodiment, the detector is also configured to estimate the course position by correlating reference signals with known replicas of these reference signals.

실시예에서, 검출기는 또한 프레임에서 임의의 다른 신호들로부터 기준 신호들을 분리하도록 구성되며, 검출기는 또한 둘 이상의 노드들의 각각의 노드에 대한 기준 신호들을 분리하도록 구성된다.In an embodiment, the detector is also configured to separate reference signals from any other signals in the frame, and the detector is also configured to separate reference signals for each node of the two or more nodes.

실시예에서, 프로세서는 적어도 하나의 다중경로 완화 프로세서이며, 다중경로 완화 프로세서는 코스 위치 및 분리된 기준 신호들을 수신하며 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들의 상대적인 도착 시간을 추정하도록 구성된다.In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor, wherein the multipath mitigation processor is configured to receive the course locations and separate reference signals and to estimate the relative arrival times of the distance measurement signals from each node.

실시예에서, 프로세서는 적어도 하나의 다중경로 완화 프로세서이다. In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor.

실시예에서, 둘 이상의 노드들의 각각의 노드로부터 다수의 신호들은 프레임에 있으며, 여기에서 검출기는 또한 각각의 노드로부터 프레임 시작들의 코스 위치를 추정하도록 구성되고, 검출기는 프레임에서 임의의 다른 신호들로부터 기준 신호들을 분리하도록 구성되고, 검출기는 또한 둘 이상의 노드들의 각각의 노드에 대한 기준 신호들을 분리하도록 구성되고, 검출기는 각각의 노드에 대한 코스 위치 및 분리된 기준 신호들을 다중경로 완화 프로세서에 전달하도록 구성되며, 다중경로 완화 프로세서는 코스 위치 및 분리된 기준 신호들을 수신하며 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들의 상대적 도착 시간을 추정하도록 구성된다. In an embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are in a frame, wherein the detector is also configured to estimate the course position of frame starts from each node, and wherein the detector is configured to estimate Wherein the detector is further configured to isolate reference signals for each node of the two or more nodes, and wherein the detector is configured to transmit the course position for each node and separate reference signals to the multipath mitigation processor Wherein the multipath mitigation processor is configured to receive the course locations and the separate reference signals and to estimate the relative arrival times of the distance measurement signals from each of the nodes.

실시예에서, 시스템은 노드 수신기가 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들로부터 디바이스 신호들을 수신하도록 구성되는 업링크 실시예를 추가로 포함하며, 디바이스 신호들은 디바이스 신호들을 송신하는 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들의 각각의 무선 네트워크 디바이스의 디바이스 식별에 의해 결정된 디바이스 코드를 갖고 변조되고, 노드 수신기는 디바이스 식별에 기초하여 디바이스 기준 신호들을 검출하며 그것을 디바이스 신호들로부터 분리하도록 구성된 디바이스 검출기를 포함하며 제2 프로세서는 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위해 각각의 무선 네트워크 디바이스로부터 거리 측정 신호들로서 디바이스 기준 신호들을 사용하도록 구성된다. In an embodiment, the system further comprises an uplink embodiment in which the node receiver is configured to receive device signals from one or more wireless network devices, wherein the device signals are transmitted to each wireless network device Wherein the node receiver comprises a device detector configured to detect device reference signals based on the device identification and to separate the device reference signals from the device signals and the second processor includes a device detector configured to detect device reference signals based on the device identification, And is configured to use device reference signals as distance measurement signals from each wireless network device to track devices and locate its location.

실시예에서, 네트워크와 통신하는 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위한 시스템은 네트워크와 통신하는 둘 이상의 노드들로부터 다수의 신호들을 수신하도록 구성된 사용자 장비 수신기로서, 상기 다수의 신호들은 상기 다수의 신호들을 송신하는 둘 이상의 노드들의 각각의 노드의 식별에 의해 결정된 코드를 갖고 변조되는, 상기 사용자 장비 수신기, 및 상기 식별에 기초하여 기준 신호들을 검출하며 그것을 다수의 신호들로부터 분리하고 상기 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위해 각각의 노드로부터의 거리 측정 신호들로서 상기 기준 신호들을 사용하도록 구성된 프로세서를 포함한다.In an embodiment, a system for tracking and locating one or more wireless network devices in communication with a network is configured to receive a plurality of signals from two or more nodes in communication with a network, Wherein the user equipment receiver is modulated with a code determined by an identification of a respective node of two or more nodes transmitting the plurality of signals; and detecting the reference signals based on the identification, separating the reference signals from the plurality of signals, And a processor configured to use the reference signals as distance measurement signals from each node to track one or more wireless network devices and locate its location.

실시예에서, 둘 이상의 노드들의 각각의 노드로부터의 다수의 신호들은 상기 기준 신호들을 포함하는 프레임으로 조합되며, 프로세서는 또한 각각의 노드로부터 프레임 시작들의 코스 위치를 추정하도록 구성된다.In an embodiment, multiple signals from each node of two or more nodes are combined into a frame containing the reference signals, and the processor is also configured to estimate the course position of frame starts from each node.

실시예에서, 프로세서는 또한 기준 신호들을 상기 기준 신호들의 알려진 레플리카들과 상관시킴으로써 코스 위치를 추정하도록 구성된다.In an embodiment, the processor is also configured to estimate the course position by correlating the reference signals with known replicas of the reference signals.

실시예에서, 프로세서는 또한 코스 위치 및 분리된 기준 신호들에 기초하여 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들의 상대적 도착 시간을 추정하도록 구성된다.In an embodiment, the processor is also configured to estimate the relative arrival time of the distance measurement signals from each node based on the course position and the separated reference signals.

실시예에서, 프로세서는 또한 프레임에서 임의의 다른 신호들로부터 상기 기준 신호들을 분리하도록 구성되며, 프로세서는 또한 둘 이상의 노드들의 각각의 노드에 대한 기준 신호들을 분리하도록 구성된다. In an embodiment, the processor is further configured to separate the reference signals from any other signals in the frame, and the processor is also configured to separate reference signals for each node of the two or more nodes.

실시예에서, 둘 이상의 노드들의 각각의 노드로부터의 다수의 신호들은 프레임에 있으며, 여기에서 프로세서는 또한 기준 신호들을 상기 기준 신호들의 알려진 레플리카들과 상관시킴으로써 각각의 노드로부터 프레임 시작들의 코스 위치를 추정하도록 구성되고, 프로세서는 또한 프레임에서 임의의 다른 신호들로부터 기준 신호들을 분리하도록 및 둘 이상의 노드들의 각각의 노드에 대한 기준 신호들을 분리하도록 구성되며, 프로세서는 또한 코스 위치 및 분리된 기준 신호들에 기초하여 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들의 상대적 도착 시간을 추정하도록 구성된다.In an embodiment, multiple signals from each node of two or more nodes are in a frame, where the processor also estimates a course position of frame starts from each node by correlating reference signals with known replicas of the reference signals And the processor is further configured to separate reference signals from any other signals in the frame and to separate reference signals for each node of the two or more nodes, and wherein the processor is further configured to: And to estimate the relative arrival times of the distance measurement signals from each node based on the estimated arrival time.

실시예에서, 네트워크와 통신하는 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위한 시스템은 네트워크와 통신하는 둘 이상의 노드들로부터 다수의 신호들을 수신하는 것으로서, 상기 다수의 신호들이 다수의 신호들을 송신하는 둘 이상의 노드들의 각각의 노드의 식별에 의해 결정된 코드를 갖고 변조되는, 상기 수신하기, 및 상기 식별에 기초하여 다수의 신호들로부터 기준 신호들을 분리하도록 구성된 검출기, 및 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위해 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들로서 기준 신호들을 사용하도록 구성된 프로세서를 포함한다. In an embodiment, a system for tracking and locating one or more wireless network devices in communication with a network receives a plurality of signals from two or more nodes in communication with a network, the plurality of signals including a plurality of signals A detector configured to demodulate reference signals from the plurality of signals based on the receiving and the identification, wherein the detector is modulated with a code determined by an identification of a respective node of two or more transmitting nodes; And to use reference signals as distance measurement signals from each node to track and locate its position.

실시예에서, 둘 이상의 노드들의 각각의 노드로부터의 다수의 신호들은 기준 신호들을 포함하는 프레임으로 조합되며, 검출기는 또한 각각의 노드로부터 프레임 시작들의 코스 위치를 추정하도록 구성된다.In an embodiment, multiple signals from each node of two or more nodes are combined into a frame containing reference signals, and the detector is also configured to estimate the course position of frame starts from each node.

실시예에서, 검출기는 또한 기준 신호들을 이러한 기준 신호들의 알려진 레플리카들과 상관시킴으로써 코스 위치를 추정하도록 구성된다.In an embodiment, the detector is also configured to estimate the course position by correlating the reference signals with known replicas of these reference signals.

실시예에서, 검출기는 또한 프레임에서 임의의 다른 신호들로부터 기준 신호들을 분리하도록 구성되며, 검출기는 또한 둘 이상의 노드들의 각각의 노드에 대한 기준 신호들을 분리하도록 구성된다.In an embodiment, the detector is also configured to separate reference signals from any other signals in the frame, and the detector is also configured to separate reference signals for each node of the two or more nodes.

실시예에서, 프로세서는 적어도 하나의 다중경로 완화 프로세서이며, 상기 다중경로 완화 프로세서는 코스 위치 및 분리된 기준 신호들을 수신하며 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들의 상대적 도착 시간을 추정하도록 구성된다.In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor, wherein the multipath mitigation processor is configured to receive the course locations and separate reference signals and to estimate the relative arrival times of the distance measurement signals from each node.

실시예에서, 프로세서는 적어도 하나의 다중경로 완화 프로세서이다.In an embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor.

실시예에서, 둘 이상의 노드들의 각각의 노드로부터 다수의 신호들은 프레임에 있으며, 검출기는 또한 각각의 노드로부터 프레임 시작들의 코스 위치를 추정하도록 구성되고, 검출기는 상기 프레임에서 임의의 다른 신호들로부터 기준 신호들을 분리하도록 구성되고, 검출기는 또한 둘 이상의 노드들의 각각의 노드에 대한 기준 신호들을 분리하도록 구성되고, 검출기는 각각의 노드에 대한 코스 위치 및 분리된 기준 신호들을 다중경로 완화 프로세서에 전달하도록 구성되며, 상기 다중경로 완화 프로세서는 코스 위치 및 분리된 기준 신호들을 수신하며 각각의 노드로부터 거리 측정 신호들의 상대적 도착 시간을 추정하도록 구성된다.In an embodiment, the plurality of signals from each node of the two or more nodes are in a frame, and the detector is also configured to estimate the course position of the frame starts from each node, Wherein the detector is further configured to isolate reference signals for each node of the two or more nodes, and wherein the detector is configured to forward the course locations for each node and separate reference signals to the multipath mitigation processor Wherein the multipath mitigation processor is configured to receive the course locations and separate reference signals and to estimate the relative arrival times of the distance measurement signals from each node.

실시예에서, 네트워크와 통신하는 하나 이상의 무선 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위한 시스템은, 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들로부터 디바이스 신호들을 수신하도록 구성된 노드 수신기로서, 상기 디바이스 신호들은 디바이스 신호들을 송신하는 상기 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들의 각각의 무선 네트워크 디바이스의 디바이스 식별에 의해 결정된 디바이스 코드를 갖고 변조되고, 상기 노드 수신기는 디바이스 식별에 기초하여 디바이스 기준 신호들을 검출하며 그것을 디바이스 신호들로부터 분리하도록 구성된 디바이스 검출기를 포함하는, 상기 노드 수신기, 및 하나 이상의 무선 네트워크 디바이스들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위해 각각의 무선 네트워크 디바이스로부터 거리 측정 신호들로서 디바이스 기준 신호들을 사용하도록 구성된 프로세서를 포함한다.In an embodiment, a system for tracking and locating one or more wireless devices in communication with a network is configured to receive device signals from one or more wireless network devices, the device signals comprising: The device comprising: a device detector configured to detect device reference signals based on device identification and to detach device reference signals from device signals based on the device identification, wherein the device receiver is configured with a device code determined by device identification of each wireless network device of the one or more wireless network devices, And a plurality of wireless network devices, each of the plurality of wireless network devices comprising: Lt; RTI ID = 0.0 &gt; signals. &Lt; / RTI &gt;

더욱이, 하이브리드 방법은 LTE UE 위치 결정 아키텍처에 투명할 수 있다. 예를 들면, 하이브리드 방법은 3GPP TS 36.305 프레임워크에서 동작할 수 있다.Moreover, the hybrid method may be transparent to the LTE UE location architecture. For example, the hybrid method may operate in the 3GPP TS 36.305 framework.

실시예에서, RSTD가 측정될 수 있으며, 3GPP TS 36.305에 따르면, UE에서 E-SMLC로 전달될 수 있다. In an embodiment, the RSTD can be measured and, according to 3GPP TS 36.305, can be passed from the UE to the E-SMLC.

UL-TDOA(U-TDOA)는 현재 연구 단계에 있으며 곧 있을 릴리즈 11에서 표준화될 것으로 예상된다. The UL-TDOA (U-TDOA) is currently under study and is expected to be standardized in upcoming Release 11.

UL-TDOA(업링크)의 실시예들이 여기에서 상기에 설명되며 또한 도 16 및 도 17에 도시된다. 여기에서 이하에 설명되는, 도 18 및 도 19는 UL-TDOA의 대안적인 실시예들의 예들을 제공한다.Embodiments of UL-TDOA (uplink) are described herein above and also shown in Figs. 16 and 17. Fig. 18 and 19, which are described herein below, provide examples of alternative embodiments of UL-TDOA.

도 18은 하나 이상의 DAS 및/또는 펨토/스몰 셀 안테나들을 포함할 수 있는 환경을 보여준다. 이러한 예시적인 실시예에서, 각각의 NSAU는 단일 안테나를 구비한다. 묘사된 바와 같이, 적어도 3개의 NSAU들이 요구된다. 그러나, 부가적인 NSAU들은 각각의 UE가 적어도 3개의 NSAU들에 의해 "청취"되어야 하기 때문에 가청성을 개선하기 위해 부가될 수 있다. Figure 18 shows an environment that may include one or more DAS and / or femto / small cell antennas. In this exemplary embodiment, each NSAU has a single antenna. As depicted, at least three NSAUs are required. However, additional NSAUs may be added to improve the audibility because each UE must be "listened" by at least three NSAUs.

더욱이, NSAU(들)은 수신기들로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 NSAU는 공중을 통해 정보를 수신하지만 이를 송신하지 않는다. 동작 시, 각각의 NSAU는 UE들로부터 무선 업링크 네트워크 신호들을 청취할 수 있다. UE들의 각각은 셀 전화, 태그, 및/또는 또 다른 UE 디바이스일 수 있다. Furthermore, the NSAU (s) may be configured as receivers. For example, each NSAU receives information over the air, but does not transmit it. In operation, each NSAU may listen to wireless uplink network signals from the UEs. Each of the UEs may be a cell phone, a tag, and / or another UE device.

게다가, NSAU들은 유선 서비스 또는 LAN과 같은, 인터페이스를 통해 위치 찾기 서버 유닛(LSU)과 통신하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, LSU는 무선 또는 LTE 네트워크와 통신할 수 있다. 통신은 네트워크 API를 통할 수 있으며, 여기에서 LSU는 예를 들면, LTE 네트워크의 E-SMLC와 통신할 수 있으며 LAN 및/또는 WAN과 같은 유선 서비스를 사용할 수 있다. In addition, the NSAUs can be configured to communicate with the Locating Server Unit (LSU) via an interface, such as a wired service or a LAN. As a result, the LSU can communicate with the wireless or LTE network. The communication may be via a network API, where the LSU may communicate with the E-SMLC of the LTE network, for example, and may use wired services such as LAN and / or WAN.

선택적으로, LSU는 또한 DAS 기지국(들) 및 또는 펨토/스몰 셀들과 직접 통신할 수 있다. 이러한 통신은 동일하거나 또는 수정된 네트워크 API를 사용할 수 있다. Optionally, the LSU may also communicate directly with the DAS base station (s) and / or the femto / small cells. Such communications may use the same or modified network APIs.

이 실시예에서, 사운딩 기준 신호(Sounding Reference Signal; SRS)는 위치 찾기 목적들을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다른 신호들이 또한 이용될 수 있다.In this embodiment, a Sounding Reference Signal (SRS) may be used for location purposes. However, other signals may also be used.

상기 NASU들은 UE 업링크 송신 신호들을 디지털 포맷, 예를 들면, I/Q 샘플들로 변환할 수 있으며, 다수의 변환된 신호들을 시간 스탬프를 갖고 LSU에 주기적으로 전송할 수 있다.The NASUs may convert the UE uplink transmission signals into a digital format, e.g., I / Q samples, and periodically transmit a plurality of transformed signals with a time stamp to the LSU.

DAS 기지국(들) 및 또는 펨토/스몰 셀들은 다음의 데이터 중 하나 또는 모두를 LSU에 전달할 수 있다:The DAS base station (s) and / or femto / small cells may forward one or both of the following data to the LSU:

1) SRS, I/Q 샘플들, 및 시간 스탬프;1) SRS, I / Q samples, and time stamp;

2) 서빙된 UE ID들의 리스트; 및2) a list of served UE IDs; And

3) UE ID를 가진 UE당 SRS 스케줄, 상기 스케줄은 SchedulingRequestConfig 정보 및 SRS-UL-Config 정보를 포함한다.3) per-UE SRS schedule with UE ID, scheduling includes SchedulingRequestConfig information and SRS-UL-Config information.

상기 LSU에 전달된 정보는 상기 언급된 정보에 의해 제한되지 않을 수 있다. 그것은 UE SRS과 같은, 각각의 UE 디바이스 업링크 신호를, 각각의 UE ID와 상관시키기 위해 요구된 임의의 정보를 포함할 수 있다.The information communicated to the LSU may not be limited by the above-mentioned information. It may contain any information required to correlate each UE device uplink signal with each UE ID, such as UE SRS.

상기 LSU 기능은 거리 측정 산출들 및 UE의 위치 픽스를 획득하는 것을 포함할 수 있다. 이들 결정들/산출들은 NSAU들, DAS 기지국들, 및/또는 펨토/스몰 셀들로부터 LSU로 전달된 정보에 기초할 수 있다.The LSU function may include obtaining distance measurement calculations and a position fix of the UE. These decisions / calculations may be based on information conveyed from the NSAUs, DAS base stations, and / or femto / small cells to the LSU.

LSU는 또한 NSAU들로부터 LSU로 전달된 이용 가능한 다운링크 송신 정보로부터 타이밍 오프셋들을 결정할 수 있다.The LSU may also determine timing offsets from the available downlink transmission information conveyed from the NSAUs to the LSU.

결과적으로, LSU는 UE 위치 픽스 및 다른 산출들 및 데이터를 무선 또는 LTE 네트워크에 제공할 수 있다. 이러한 정보는 네트워크 API를 통해 전달될 수 있다.As a result, the LSU can provide UE location fixes and other computations and data to the wireless or LTE network. This information can be passed through the network API.

동기화 목적들을 위해, 각각의 NSAU는 다운링크 신호들의 샘플들을 수신, 프로세싱, 및 시간 스탬핑할 수 있다. 각각의 NSAU는 또한 시간 스탬프(들)를 포함하여, 다수의 이러한 샘플들을 LSU에 주기적으로 전송할 수 있다.For purposes of synchronization, each NSAU may receive, process, and time stamp samples of the downlink signals. Each NSAU may also periodically transmit a number of such samples to the LSU, including time stamp (s).

부가적으로, 각각의 NSAU는 외부 신호(들)와의 동기화를 위해 구성된 입력을 포함할 수 있다.Additionally, each NSAU may comprise an input configured for synchronization with the external signal (s).

도 19는 UL-TDOA의 또 다른 실시예를 묘사한다. 도 18 하에서 묘사된 구성요소들 외에, 이 실시예의 환경은 DAS 기지국들 및/또는 펨토/스몰 셀들 대신에 사용될 수 있는 하나 이상의 셀 타워들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 셀 타워들로부터의 데이터는 UE의 위치 픽스를 획득하기 위해 사용될 수 있다. Figure 19 depicts another embodiment of UL-TDOA. In addition to the components depicted under Figure 18, the environment of this embodiment may include one or more cell towers that may be used in place of DAS base stations and / or femto / small cells. Data from one or more cell towers may be used to obtain the location fix of the UE.

이와 같이, 이 실시예의 이점은 단지 단일 셀 타워(eNB)만을 가진 위치 픽스를 획득하는 것을 포함한다. 또한, 이 실시예는, 하나 이상의 eNB들이 DAS 기지국들 및/또는 펨토/스몰 셀들을 대신할 수 있다는 점을 제외하고, 도 18 하에서 설명된 것과 유사한 방식으로 동작하도록 구성될 수 있다. As such, the advantage of this embodiment includes acquiring a location fix with only a single cell tower (eNB). This embodiment may also be configured to operate in a manner similar to that described under Fig. 18, except that one or more eNBs may replace DAS base stations and / or femto / small cells.

UE의 업링크 위치 찾기에 대한 하나의 방법은 셀 식별 방법(CID)이다. 기본 CID 방법에서, UE 위치는 셀 레벨 상에서 결정될 수 있다. 이 방법은 전적으로 네트워크 기반이다. 그 결과, UE, 예를 들면, 핸드셋은 추적되는 사실을 알지 못한다. 이것은 비교적 간단한 방법이지만, 그것은 위치 찾기 불확실성이 셀 직경과 동일하기 때문에 정확도가 부족하다. 예를 들면, 도 20에 예시된 바와 같이, 서빙 셀 타워(2004)의 셀 직경(2002) 내에서의 핸드셋들(2000) 중 임의의 것은, 그것들이 동일한 위치에 있지 않을지라도, 실질적으로 동일한 위치를 가진다. CID 방법의 정확도는 서빙 섹터 식별(섹터 ID) 자식과 조합될 때 개선될 수 있다. 예를 들면, 도 21에 예시되는 바와 같이, 섹터 ID(2100)는 셀 직경(2002)의 다른 섹터들에서 다른 헨드셋들(2000)과 상이한 위치를 갖는 것으로 알려진 다수의 핸드셋들(2104)을 포함하는 셀 직경(2002) 내에서의 섹션(2102)을 식별한다. One way to find the uplink position of the UE is the cell identification method (CID). In the basic CID method, the UE location can be determined on the cell level. This method is entirely network-based. As a result, the UE, e.g., the handset, does not know that it is being traced. This is a relatively simple method, but it lacks accuracy because the positioning uncertainty is equal to the cell diameter. For example, as illustrated in FIG. 20, any of the handsets 2000 within the cell diameter 2002 of the serving cell tower 2004 may be located at substantially the same location, even if they are not at the same location . The accuracy of the CID method can be improved when combined with a serving sector identification (sector ID) child. 21, a sector ID 2100 is associated with a plurality of handsets 2104, which are known to have a different location from the other handles 2000 in the other sectors of the cell diameter 2002. For example, And identifies the section 2102 within the cell diameter 2002 that it contains.

CID 방법에 대한 추가 강화는 강화된 셀 ID(E-CID) 방법을 통해 가능할 수 있으며, 이것은 상기 설명된 기본 CID 방법에 대한 추가 개선들을 제공한다. 하나의 강화는 UE가 eNB(네트워크 노드)로부터 얼마나 멀리 있는지를 산출하기 위해 타이밍 측정들을 사용한다. 이 거리는 왕복 시간(RTT) 절반, 또는 LTE에서의 타이밍 어드밴스(TA)(LTE TA), 곱하기 광의 속도로서 산출될 수 있다. UE가 연결된다면, RTT 또는 TA는 거리 추정을 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우 양쪽 모두:서빙 셀 타워 또는 섹션 및 UE(서빙 eNB 명령 시)는 Rx 서브-프레임들 및 Tx 서브-프레임들 사이에서의 타이밍 차를 측정할 것이다. UE는 그것의 측정치들을 eNB(또한 eNB 제어 하에서)에 보고할 것이다. LTE 릴리즈-9는 랜덤 액세스 절차 동안 PRACH 프리앰블을 수신하는 것으로부터 추정된 타이밍 어드밴스에 의존하는 TA 형 2 측정들을 부가한다. PRACH(물리/패킷 랜덤 액세스 채널) 프리앰블은 어떤 응답도 추적되는 UE로부터 수신되지 않을 때 하나의 PRACH 램핑 사이클 동안 전송될 최대 수의 프리앰블들을 특정한다. LTE 형 1 TA 측정은 다음과 같이, RTT 측정에 상응한다:Further enhancements to the CID method may be possible through the Enhanced Cell ID (E-CID) method, which provides further improvements to the basic CID method described above. One enhancement uses timing measurements to calculate how far the UE is from the eNB (network node). This distance can be calculated as half the round trip time (RTT), or the timing advance (TA) in LTE (LTE TA), the speed of the multiplying light. If the UE is connected, RTT or TA may be used for distance estimation. In both cases: the serving cell tower or section and the UE (on the serving eNB instruction) will measure the timing difference between Rx sub-frames and Tx sub-frames. The UE will report its measurements to the eNB (also under eNB control). LTE Release-9 adds TA Type 2 measurements that depend on the estimated timing advance from receiving the PRACH preamble during the random access procedure. The PRACH (Physical / Packet Random Access Channel) preamble specifies the maximum number of preambles to be transmitted during one PRACH ramping cycle when no response is received from the tracked UE. LTE type 1 TA measurements correspond to RTT measurements, as follows:

RTT=TA(유형 1)=eNB(Rx - Tx) + UE(Rx - Tx)RTT = TA (type 1) = eNB (Rx - Tx) + UE (Rx - Tx)

eNB의 좌표들 및 서빙 셀 타워 안테나의 높이에 대한 지식을 갖고, UE의 위치가 네트워크에 의해 산출될 수 있다.With knowledge of the eNB's coordinates and the height of the serving cell tower antenna, the location of the UE can be calculated by the network.

E-CID 위치 찾기 방법은, 그러나, 일 차원에서, 위치 찾기 정확도가 서빙 셀 타워로부터의 거리 및 섹터 폭에 의존하며, 다른 차원에서, 에러가 TA(RTT) 측정 정확도에 의존하기 때문에, 여전히 제한된다. 섹터 폭은 네트워크 토폴로지에 따라 변하며 전파 현상들, 구체적으로 다중경로에 의해 영향을 받는다. 섹터 정확도 추정치들은 200미터에서 500미터 이상으로 변한다. LTE TA 측정 분해능은 4 Ts이며, 이것은 39미터의 최대 에러에 대응한다. LTE TA 측정에서의 실제 에러는 그러나, 교정 부정확성들 및 전파 현상들(다중경로)로 인해 훨씬 더 크며, 200미터만큼 도달할 수 있다.The E-CID location method is still limited, however, because, in one dimension, the latitude accuracy depends on the distance from the serving cell tower and the sector width and, in another dimension, the error depends on the TA (RTT) measurement accuracy do. Sector width varies with network topology and is affected by propagation phenomena, specifically multipath. Sector accuracy estimates vary from 200 meters to more than 500 meters. The LTE TA measurement resolution is 4 Ts, which corresponds to a maximum error of 39 meters. The actual error in LTE TA measurements is, however, much larger due to calibration inaccuracies and propagation phenomena (multipath), and can reach as much as 200 meters.

도 22에 예시된 바와 같이, E-CID 방법은 도착 각(AoA)으로서 알려진 특징의 부가에 따라 추가로 개선될 수 있다. eNB는 UE가 동일하게 이격된 안테나 요소들(2200)의 선형 어레이를 사용하여 송신하는 방향을 추정한다. 통상적으로, 기준 신호들은 AoA 결정을 위해 사용된다. 기준 신호들이 두 개의 인접한 안테나 요소들(2200)에서 UE로부터 수신될 때, 기준 신호들은 도 23에 도시된 바와 같이, AoA, 캐리어 주파수, 및 요소 간격에 의존하는 양만큼 위상 회전될 수 있다. AoA는 각각의 eNB가 안테나 어레이들/적응형 안테나들을 구비하도록 요구할 것이다. 그것은 또한 다중경로 및 토폴로지 변형들에 노출된다. 그럼에도 불구하고, 정교한 안테나 어레이들은 섹터(2100)의 폭(2202)을 상당히 감소시킬 수 있으며, 이것은 보다 양호한 위치 찾기 정확도를 이끌 수 있다. 게다가, 둘 이상의 서빙 셀 타워들(2300)(방향성 안테나 어레이들을 구비한 eNB의 기지국들)이 도 23에 예시된 바와 같이, 핸드셋 AoA 결정을 하기 위해 사용될 수 있다면, 정확도는 상당히 개선될 수 있다. 이러한 경우에, 정확도는 여전히 다중경로/전파 현상들을 겪는다.As illustrated in FIG. 22, the E-CID method may be further improved in accordance with the addition of a feature known as the arrival angle (AoA). The eNB estimates the direction in which the UE transmits using a linear array of equally spaced antenna elements 2200. Typically, reference signals are used for AoA determination. When the reference signals are received from the UE in two adjacent antenna elements 2200, the reference signals can be phase rotated by an amount dependent on AoA, carrier frequency, and element spacing, as shown in Fig. AoA will require each eNB to have antenna arrays / adaptive antennas. It is also exposed to multipath and topology variants. Nevertheless, sophisticated antenna arrays can significantly reduce the width 2202 of sector 2100, which can lead to better positioning accuracy. In addition, if more than two serving cell towers 2300 (base stations of an eNB with directional antenna arrays) can be used to make a handset AoA determination, as illustrated in FIG. 23, the accuracy can be significantly improved. In this case, the accuracy still experiences multipath / propagation phenomena.

다수의 LTE 대역들에 걸쳐 안테나 어레이들/적응형 안테나들 네트워크 전체에 걸쳐 배치하는 것은 자본, 시간, 유지 등에 대하여 엄청난 노력을 요구한다. 그 결과, 안테나 어레이들/적응형 안테나들은 UE 위치 찾기 목적을 위해 배치되지 않아야 한다. 신호 세기 기반 방법들과 같은, 다른 접근법들은 상당한 정확도 개선을 생성하지 않는다. 하나의 이러한 신호 세기 접근법은 핑거프린팅이며, 이것은 잘못된, 계속해서 변화하는(시간적으로) 핑거프린트 데이터베이스, 예로서 상당한 정확도 개선 없이 큰 자본 및 재발생 비용들을 생성하며 계속해서 업데이트하는 것을 요구한다. 게다가, 핑거프린팅은 UE 기반 기술이며, 그에 의해 UE 위치는 UE 애플리케이션 레벨 상에서의 UE 보조 없이 결정될 수 없다.Placing across the antenna arrays / adaptive antennas network across multiple LTE bands requires enormous effort for capital, time, maintenance, and the like. As a result, the antenna arrays / adaptive antennas should not be placed for UE locator purposes. Other approaches, such as signal strength based methods, do not produce significant accuracy improvements. One such signal strength approach is fingerprinting, which requires the creation and continual updating of large capital and reoccurring costs without a false, continuously changing (temporal) fingerprint database, e.g., without significant accuracy improvement. In addition, fingerprinting is a UE-based technology whereby the UE location can not be determined without UE assistance on the UE application level.

다른 업링크 위치 방법들의 제한들에 대한 해법은 안테나 어레이들/적응형 안테나들에 대한 요구 없이 AoA 능력들의 사용을 수반한다. 이러한 실시예는 AoA 결정을 위한 TDOA(도착 시간 차) 위치 기술들을 이용할 수 있으며, 이것은 다수의 수신기들에서 소스로부터 신호의 도착 시간들에서의 차이를 추정하는 거에 기초할 수 있다. 시간 차 추정치의 특정한 값은 UE와 통신하는 두 개의 수신기들 사이에서 쌍곡선을 정의한다. 수신 안테나들 사이에서의 거리가 위치되는 방출기(핸드셋)의 거리에 비해 작을 때, TDOA는 센서들(수신기들 안테나들)의 기선 및 방출기로부터의 입사 RF 에너지 사이에서의 각도와 같다. 기선 및 진북 사이에서의 각도가 알려져 있다면, 방위각 선(LOB) 및/또는 AoA가 결정될 수 있다.A solution to the limitations of other uplink location methods involves the use of AoA capabilities without the need for antenna arrays / adaptive antennas. This embodiment may use TDOA (arrival time difference) location techniques for AoA determination, which may be based on estimating the difference in arrival times of the signals from the sources at the multiple receivers. The particular value of the time difference estimate defines a hyperbola between the two receivers communicating with the UE. When the distance between the receive antennas is small relative to the distance of the emitter (handset) being located, the TDOA is equal to the angle between the baseline of the sensors (receivers antennas) and the incident RF energy from the emitter. If the angle between the base line and the true north is known, the azimuth line (LOB) and / or AoA can be determined.

TDOA 또는 LOB(또한 AOA로서 알려진)를 사용하는 일반적인 위치 찾기 방법들이 알려져 있지만, TDOA 위치 찾기 방법들은 TDOA 기준 포인트들이 서로에 너무 가까워서 이러한 기술의 정확도를 수용 가능하게 만들 수 없기 때문에 LOB를 결정하기 위해 사용되지 않았다. 오히려, LOB는 보통 방향성 안테나들 및/또는 빔-형성 안테나들을 사용하여 결정된다. 그러나, 여기에 설명된 초 분해능 방법들은 정확도를 극적으로 개선하면서 LOB 결정을 위해 TDOA를 사용하는 것을 가능하게 만든다. 또한, 여기에 설명된 기준 신호 프로세싱 기술들 없이, 예로서 비-서빙 섹터들 및/또는 안테나들에 의해, 서빙 섹터들의 바깥쪽에서 UE로부터 온 기준 신호들을 "청취" 예로서 검출하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 여기에 설명된 분해능 및 프로세싱 능력들 없이, 적어도 두 개의 기준 포인트들이 요구되기 때문에(예로서, 둘 이상의 섹터들 및/또는 안테나들) LOB 결정을 위해 TDOA를 이용하는 것은 가능하지 않을 수 있다. 유사하게, UE는 서빙 섹터들 외로부터, 예로서 비-서빙 섹터들 및/또는 안테나들로부터 UE에 온 기준 신호들을 검출할 수 없을 것이다. While conventional location methods using TDOA or LOB (also known as AOA) are known, TDOA location methods are often used to determine LOBs because TDOA reference points are too close to each other to make the accuracy of such techniques unacceptable. Not used. Rather, the LOB is usually determined using directional antennas and / or beam-forming antennas. However, the super resolution methods described herein make it possible to use TDOA for LOB decision while dramatically improving accuracy. It would also be possible, without the reference signal processing techniques described herein, to detect, by way of example, non-serving sectors and / or antennas, reference signals from the UE outside the serving sectors as "listening & . Without the resolution and processing capabilities described herein, it may not be possible to use TDOA for LOB determination since at least two reference points are required (e.g., two or more sectors and / or antennas). Similarly, the UE will not be able to detect on-reference signals from outside the serving sectors, e.g., from non-serving sectors and / or antennas to the UE.

예를 들면, 도 24에서, 두 개의 안테나 간격 시나리오들이 예시된다: 넓은 간격 및 가까운(작은) 간격. 양쪽 시나리오들 모두에서, 쌍곡선(2400) 및 입사 선(2402)은 핸드셋(2000) 위치에서 교차하지만, 안테나(2404) 간격이 넓은 경우에, 이것은 보다 가파른 각도에서 일어나며, 이것은 결과적으로 위치 찾기 에러를 상당히 감소시킨다. 동시에, 안테나들(2404)이 서로에 가까운 경우에, 쌍곡선(2400)은 RF 에너지 입사 또는 LOB/AoA의 라인(2402)과 상호 교환 가능하게 된다. For example, in FIG. 24, two antenna spacing scenarios are illustrated: wide spacing and near (small) spacing. In both scenarios, the hyperbola 2400 and the incident line 2402 intersect at the handset 2000 location, but when the antenna 2404 spacing is wide, this occurs at a more steep angle, . At the same time, when antennas 2404 are close to each other, hyperbola 2400 becomes interchangeable with RF energy incidence or line 2402 of LOB / AoA.

이하에 제시된 공식은 방출기로부터 입사 RF 에너지를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 여기에서 두 개의 안테나들(센서들) 사이에서의 RF 에너지의 도착 시간에서의 시간 차는 다음에 의해 제공된다:The formula given below can be used to determine the incident RF energy from the emitter, where the time difference in arrival time of the RF energy between the two antennas (sensors) is provided by:

Figure pct00167
Figure pct00167

여기에서:From here:

△t는 초들로의 시간 차이이다;Δt is the time difference to the seconds;

x는 미터에서의 두 개의 센서들 사이에서의 거리이다;x is the distance between two sensors at the meter;

Figure pct00168
는 도들로, 센서들의 기선 및 입사 RF 파 사이에서의 각도이며;
Figure pct00168
Are the angles between the baseline of the sensors and the incident RF wave;

c는 광의 속도이다.c is the speed of light.

여러 개의 위치 찾기 전략들이 다음을 포함하여, TDOA 위치 찾기 실시예의 사용을 통해 이용 가능하다: (1) 둘 이상의 서빙 셀들 사이에서의 TDOA 측정들(다변측량)이 이용 가능할 때, 예로서 넓은 간격; (2) TDOA 측정들이 단지 하나 이상의 서빙 셀들에서 둘 이상의 섹터들로부터만 올 때, 예로서 LOB/AoA와 같은, 소형 안테나 간격들; (3) 전략(2) 및 전략(3)의 조합; 및 (4) TA 측정들 및 전략(1) 내지 전략(3)의 조합, 예로서 개선된 E-CID.Multiple positioning strategies are available through the use of a TDOA positioning embodiment, including: (1) when TDOA measurements (multivariate measurements) between two or more serving cells are available, e.g., wide spacing; (2) small antenna intervals, such as, for example, LOB / AoA, when TDOA measurements come only from more than one sector in one or more serving cells; (3) a combination of strategy (2) and strategy (3); And (4) a combination of TA measurements and Strategy (1) to Strategy (3), such as an improved E-CID.

이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 가깝게 배치된 안테나들의 경우에, TDOA 위치 찾기 실시예는 둘 이상의 안테나들로부터의 신호들이 동일한 셀 타워로부터 올 때 방위각 선을 사용할 수 있다. 이들 신호들은 수신된 합성 신호에서 검출될 수 있다. 각각의 섹터 및/또는 안테나의 타워 위치 및 방위각을 알게 됨으로써, 방위각 선 및/또는 AoA가 위치 프로세스에서 산출되고 이용될 수 있다. LOB/AoA 정확도는 다중경로, 잡음(SNR) 등에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러나, 이러한 영향은 상기 설명된 전진 신호 프로세싱 및 다중경로 완화 프로세싱 기술들에 의해 완화될 수 있으며, 이것은 초 분해능 기술에 기초할 수 있다. 이러한 전진 신호 프로세싱은, 이에 제한되지 않지만, 신호 상관/상관시키기, 필터링, 평균, 동기식 평균 및 다른 방법들/기술들을 포함한다.As will be discussed further below, in the case of closely spaced antennas, the TDOA positioning embodiment may use an azimuth line when signals from two or more antennas come from the same cell tower. These signals can be detected in the received composite signal. By knowing the tower position and the azimuth angle of each sector and / or antenna, azimuth lines and / or AoA can be calculated and used in the location process. LOB / AoA accuracy can be affected by multipath, noise (SNR), and so on. However, this effect can be mitigated by the advanced signal processing and multipath mitigation processing techniques described above, which can be based on a super resolution technology. This forward signal processing includes, but is not limited to, signal correlation / correlation, filtering, averaging, synchronous averaging, and other methods / techniques.

서빙 셀 타워(2500)는 통상적으로 3 섹터(섹터 A, 섹터 B, 및 섹터 C) 구성을 도시하는, 도 25에 예시된 바와 같이, 다수의 섹터들로 이루어진다. 예시된 3 섹터 배치는 섹터 당 하나 이상의 안테나들(2502)을 포함할 수 있다. 섹터(A)와 같은, 단일 섹터는 핸드셋 송신들이 섹터 A의 주 로브(주 로브의 중심은 섹터 방위각과 일치한다)에 있을 것이기 때문에 UE(핸드셋)의 제어에 있을 수 있다. 동시에, 핸드셋 송신들은 섹터 B의 및 C의 주 로브들의 범위 밖에, 예로서 안테나 측 로브들에 있을 것이다. 따라서, 핸드셋 신호들은 섹터들(B 및 C)의 출력 신호 스펙트럼들에 여전히 존재할 것이지만, 섹터 B의 또는 섹터 C의 주 로브들에 위치되는 다른 핸드셋(들)으로부터의 신호들에 대해 상당히 감쇠될 것이다. 그럼에도 불구하고, 상기 및 이하에 설명되는 바와 같이, 전진 신호 프로세싱의 사용을 통해, 그것들을 섹터 B 및 섹터 C 측 로브들과 같은, 이웃 섹터의 측 로브들로부터 검출가능하게 하기 위해 거리 측정 신호들에 대한 충분한 프로세싱 이득을 획득하는 것이 가능하다. 네트워크-기반 위치 찾기 목적들을 위해, LTE 업링크 SRS(사운딩 기준 신호들)는 거리 측정 신호들로서 이용될 수 있다.The serving cell tower 2500 is comprised of a plurality of sectors, as illustrated in Fig. 25, which typically shows a configuration of three sectors (sector A, sector B, and sector C). The illustrated three sector placement may include one or more antennas 2502 per sector. A single sector, such as sector A, may be in control of the UE (handset) because handset transmissions will be in the main lobe of sector A (the center of the main lobe corresponds to the sector azimuth). At the same time, the handset transmissions will be outside the range of sectors B and C main lobes, e.g., antenna side lobes. Thus, the handset signals will still be present in the output signal spectra of sectors B and C, but will be significantly attenuated for signals from the other handset (s) located in sector B or the main lobes of sector C . Nevertheless, through the use of forward signal processing, as described above and below, it is possible to detect them from the side lobes of neighboring sectors, such as sector B and sector C side lobes, It is possible to obtain a sufficient processing gain. For network-based location purposes, LTE uplink SRS (sounding reference signals) may be used as distance measurement signals.

다시 말해서, UE 업링크 기준 신호는 이웃 섹터(들) 안테나들의 측 로브에 있을 수 있지만, 여기에 설명된 기준 신호 프로세싱 방법들을 통한 프로세싱 이득은 두 개(이상)의 섹터 안테나들 사이에서 TDOA의 산출을 허용하기에 충분할 수 있다. 이 실시예의 정확도는 상기 설명된 다중경로 완화 프로세싱 알고리즘들에 의해 상당히 강화될 수 있다. 따라서, LTE TA 타이밍에 의해 산출된 고리와 교차한 LOB/AOA는 대략 20미터×100미터의 에러 타원 내로 UE 위치를 제공할 수 있다. In other words, the UE uplink reference signal may be in a side lobe of neighboring sector (s) antennas, but the processing gain through the reference signal processing methods described herein may be such that the computation of TDOA between two (or more) Lt; / RTI &gt; The accuracy of this embodiment can be significantly enhanced by the multipath mitigation processing algorithms described above. Thus, the LOB / AOA crossing the loop calculated by the LTE TA timing can provide the UE location within an error ellipse of approximately 20 meters by 100 meters.

추가 위치 찾기 에러 감소는 UE가 상기 설명된 프로세싱 이득들 및 다중경로 완화 기술을 갖고 매우 있을법한, 둘 이상의 LTE 타워들에 의해 청취될 수 있을 때 달성될 수 있다. 이러한 경우에, TDOA 쌍곡선 및 하나 이상의 LOB/AoA 라인들의 교차점은 30×20 미터 에러 타원(2개의 섹터 셀 타워에 대해)을 야기할 수 있다. 각각의 셀 타워가 3개 이상의 섹터들을 지원한다면, 에러 타원은 10 내지 15미터 아래로 추가로 감소될 수 있다. UE가 3개 이상의 eNB들(셀 타워들)에 의해 청취된다면, 5 내지 10미터 정확도가 달성될 수 있다. 몰들, 복합 상업 지구들 등과 같은 중요한(high value) 영역들에서, 부가적인 소몰 셀들 또는 수동형 청취 디바이스들이 필요한 커버리지를 생성하기 위해 사용될 수 있다.The additional positioning error reduction can be achieved when the UE can be listened to by two or more LTE towers, with the processing gains and multipath mitigation techniques described above being very likely. In this case, the intersection of the TDOA hyperbola and one or more LOB / AoA lines may cause a 30 x 20 meter error ellipse (for two sector cell towers). If each cell tower supports three or more sectors, the error ellipse can be further reduced down to 10 to 15 meters. If the UE is listened to by three or more eNBs (cell towers), an accuracy of 5 to 10 meters can be achieved. In high value areas such as malls, commercial complexes, etc., additional subtle cells or passive listening devices may be used to generate the required coverage.

언급된 바와 같이, 셀 타워(2500)의 상기 각각의 섹터는 하나 이상의 안테나들(2502)을 포함할 수 있다. 통상적인 설치에서, 주어진 섹터에 대해, 각각의 안테나로부터의 신호들은 섹터의 수신기 입력에서 조합된다. 그 결과, 위치 찾기 목적들을 위해, 둘 이상의 섹터 안테나들이 합성 방향 패턴, 방위각 및 앙각을 갖고 단일 안테나로서 보여질 수 있다. 가상적인 안테나 합성 방향 및 그것의(주 로브) 방위각 및 앙각은 또한 섹터 자체에 할당될 수 있다.As noted, each of the sectors of the cell tower 2500 may include one or more antennas 2502. In a typical installation, for a given sector, the signals from each antenna are combined at the receiver input of the sector. As a result, for location purposes, two or more sector antennas may be viewed as a single antenna with a combined direction pattern, azimuth angle, and elevation angle. The virtual antenna composite direction and its (main lobe) azimuth and elevation angles can also be assigned to the sector itself.

실시예에서, 각각의 서빙 셀 타워 및 이웃 서빙 셀 타워들의 모든 섹터들로부터의 수신된 신호들(디지털 포맷으로)은 위치 결정을 위해 위치 찾기 서버 유닛(LSU)으로 전송된다. 또한, 각각의 서빙된 UE당 SRS 스케줄들 및 TA 측정치들은 각각의 서빙 셀 타워로부터 각각의 서빙 셀 섹터에 의해 LSU에 제공된다. 각각의 서빙 셀 타워 및 각각의 이웃 셀 타워 위치 좌표들, 각각의 가상적인(합성) 섹터 안테나 방위각 및 앙각을 가진 타워당 섹터들의 수, 및 상기 셀 타워에서의 각각의 섹터 위치가 알려져 있다고 가정하면, LSU는 상기 서빙 셀 타워 및/또는 이웃 셀 타워들에 대해 각각의 UE 위치를 결정할 수 있다. 상기 언급된 정보의 모두는 하나 이상의 표준화된 또는 독점 인터페이스들을 사용하여, 유선 네트워크들, 예를 들면, LAN, WAN 등을 통해 전송될 수 있다. 상기 LSU는 또한 표준화된 인터페이스 및/또는 네트워크 캐리어의 정의된 인터페이스/API를 사용하여 무선 네트워크 기반시설을 인터페이싱할 수 있다. 위치 결정은 또한 네트워크 노드 및 LSU 사이에서 분리될 수 있거나 또는 네트워크 노드에서만 수행될 수 있다. In an embodiment, received signals (in digital format) from all sectors of each serving cell tower and neighboring serving cell towers are transmitted to a location server unit (LSU) for location determination. In addition, each served SRS schedules and TA measurements per UE is provided to the LSU by each serving cell sector from each serving cell tower. Assuming that each serving cell tower and each neighboring cell tower location coordinates, the number of sectors per tower with each imaginary (synthetic) sector antenna azimuth and elevation angle, and each sector location in the cell tower are known , The LSU may determine the respective UE location for the serving cell towers and / or neighboring cell towers. All of the above-mentioned information may be transmitted over wired networks, e.g., LAN, WAN, etc., using one or more standardized or proprietary interfaces. The LSU may also interface the wireless network infrastructure using standardized interfaces and / or defined interfaces / APIs of the network carriers. The location determination may also be separate between the network node and the LSU, or may be performed only at the network node.

실시예에서, 위치 결정은 UE에서 수행될 수 있거나 또는 UE 및 LSU 또는 네트워크 노드 사이에서 분리될 수 있다. 이러한 경우들에서, UE는 표준 네트워킹 프로토콜들/인터페이스들을 사용하여 공중에서 통신할 수 있다. 또한, 위치 결정은 UE, LSU 및/또는 네트워크 노드들의 조합을 통해 수행될 수 있거나, 또는 LSU 기능은 그 후 LSU 대신에 사용될 수 있는 SUPL 서버, E-SMLC 서버, 및/또는 LCS(LoCation Services)로 구현(내장)될 수 있다. In an embodiment, location determination may be performed at the UE or may be separate between the UE and the LSU or network node. In these cases, the UE may communicate in the air using standard networking protocols / interfaces. Alternatively, the location determination may be performed through a combination of UE, LSU and / or network nodes, or the LSU function may then be used in place of the SUPL server, E-SMLC server, and / or LCS (LoCation Services) (Built-in).

다운링크(DL) 위치 찾기 방법의 실시예들은 상기 설명된 업링크(UL) 위치 찾기 실시예들에 역들이다. DL 실시예에서, 섹터는 섹터의 수신된 방향성, 방위각 및 앙각에 일치하는 송신 패턴, 방위각 및 앙각을 가진 송신기가 될 수 있다. 업링크 실시예들과 달리, DL 실시예들에서, UE는 통상적으로 단일 수신 안테나를 가진다. 따라서, UE에 대해, 입사된 RF 파를 결정하기 위해 사용될 수 있는 센서 기선이 없다. 그러나, UE는 상이한 섹터들 사이에서의 TDOA(들) 및 결과적으로 섹터들 사이에서의 쌍곡선(들)(다변측량)을 결정할 수 있으며, 동일한 셀 타워 섹터들이 서로에 가깝기 때문에, 쌍곡선은 도 24를 참조하여 상기 설명된 바와 같이, LOB/AoA 또는 입사된 RF 에너지의 라인과 상호 교환 가능하게 된다. LOB/AoA 정확도는 다중경로, 잡음(SNR) 등에 의해 영향을 받을 수 있지만, 이러한 영향은 전진 신호 프로세싱 및 다중경로 완화 프로세싱의 사용을 통해 완화될 수 있으며, 이것은 상기 설명된 초 분해능 기술에 기초한다.Embodiments of the downlink (DL) location method are the inverse of the uplink (UL) location embodiments described above. In a DL embodiment, a sector may be a transmitter having a transmission pattern, an azimuth angle, and an elevation angle that match the received directional, azimuth, and elevation angles of the sector. Unlike uplink embodiments, in DL embodiments, a UE typically has a single receive antenna. Thus, for the UE, there is no sensor baseline that can be used to determine the incident RF waves. However, the UE can determine the TDOA (s) between the different sectors and consequently the hyperbola (s) (multivariate survey) between the sectors, and since the same cell tower sectors are close to each other, And is interchangeable with LOB / AoA or a line of incident RF energy, as described above with reference. Although LOB / AoA accuracy may be affected by multipath, noise (SNR), etc., this effect can be mitigated through the use of forward signal processing and multipath mitigation processing, which is based on the super resolution technology described above .

주지된 바와 같이, UE DL 위치 찾기는 RF 파 입사각이 상기 공식으로부터 결정될 수 없다는 점을 제외하고, UE 업링크 위치 찾기와 유사한 방식들로 실현될 수 있다. 대신에, 다변측량 기술은 각각의 서빙 셀 타워에 대한 LOB/AoA를 결정하기 위해 사용될 수 있다.As is well known, UE DL location can be realized in similar manners as UE uplink location, except that the RF wave incidence can not be determined from the above formula. Instead, multivariate techniques can be used to determine LOB / AoA for each serving cell tower.

UE DL 위치 찾기 실시예들은 또한 기준 신호들을 이용한다. DL 경우에서, 이러한 네트워크-기반 위치 찾기를 위한 하나의 접근법은 거리 측정 신호들로서 LTE 셀-특정 기준 신호들(CRS)을 이용하는 것일 수 있다. 또한, LTE 릴리즈 9에 도입된 위치 기준 신호들(PRS)이 사용될 수 있다. 따라서, 위치 찾기는 CRS만, PRS만, 또는 CRS 및 PRS 양쪽 모두를 사용하여 행해질 수 있다. UE DL location embodiments also use reference signals. In the DL case, one approach for this network-based location search may be to use LTE cell-specific reference signals (CRS) as distance measurement signals. Also, position reference signals (PRS) introduced in LTE Release 9 may be used. Thus, the locating can be done using CRS only, PRS only, or both CRS and PRS.

UE 업링크 위치 찾기 실시예들과 마찬가지로, UE 다운링크 위치 찾기 실시예들에 대해, 디지털 포맷으로 UE 수신 신호의 스냅 샷은 프로세싱을 위해 LSU로 전송될 수 있다. UE는 또한 TA 측정들을 획득하며 이것들을 LSU에 제공할 수 있다. 선택적으로, 각각의 서빙 UE당 TA 측정들은 각각의 서빙 셀 타워(네트워크 노드)로부터 각각의 서빙 섹터에 의해 LSU에 제공될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 각각의 서빙 셀 타워 및 각각의 이웃 셀 타워 위치 좌표들, 각각의 섹터 송신 패턴 방위각 및 앙각을 가진 타워당 섹터들의 수, 및 타워에서의 각각의 섹터 위치가 알려져 있다고 가정하면, LSU는 서빙 셀 타워 및/또는 이웃 셀 타워들에 대한 각각의 UE 위치를 결정할 수 있다. 실시예들에서, 위치 결정은 UE에서 수행될 수 있거나 또는 UE 및 LSU 또는 네트워크 노드 사이에서 분리될 수 있다. 실시예들에서, 모든 위치 결정들은 LSU 또는 네트워크 노드에서 수행될 수 있거나 또는 둘 사이에서 분리될 수 있다.Similar to UE uplink location embodiments, for UE downlink location embodiments, a snapshot of the UE received signal in digital format may be sent to the LSU for processing. The UE may also acquire TA measurements and provide them to the LSU. Alternatively, the TA measurements for each serving UE may be provided to the LSU by respective serving sectors from each serving cell tower (network node). As previously mentioned, it is assumed that each serving cell tower and each neighboring cell tower location coordinates, the number of sectors per tower with each sector transmission pattern azimuth and elevation angle, and the respective sector location in the tower are known , The LSU may determine the respective UE location for the serving cell towers and / or neighboring cell towers. In embodiments, the location determination may be performed at the UE or may be separate between the UE and the LSU or network node. In embodiments, all position determinations may be performed at the LSU or a network node, or may be separate between the two.

UE는 표준 무선 프로토콜들/인터페이스들을 사용하여 공중에서 측정 결과들 및 다른 정보를 전달/수신할 것이다. LSU 및 네트워크 노드(들) 사이에서의 정보 교환은 독점 및/또는 하나 이상의 표준화된 인터페이스들을 사용하여, 유선 네트워크들, 예를 들면, LAN, WAN 등을 통할 수 있다. LSU는 표준화된 인터페이스 및/또는 네트워크 캐리어의 정의된 인터페이스/API를 사용하여 무선 네트워크 기반시설을 인터페이싱할 수 있다. 위치 결정은 또한 네트워크 노드 및 LSU 사이에서 분리될 수 있거나 또는 네트워크 노드에서만 수행될 수 있다.The UE will transmit / receive measurement results and other information in the air using standard wireless protocols / interfaces. The exchange of information between the LSU and the network node (s) may be via wired networks, e.g., LAN, WAN, etc., using proprietary and / or one or more standardized interfaces. LSUs can interface wireless network infrastructures using standardized interfaces and / or network carrier defined interfaces / APIs. The location determination may also be separate between the network node and the LSU, or may be performed only at the network node.

상기 설명된 UE DL 위치 실시예들에 대해, 안테나 포트 매핑 정보가 또한 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 3GPP TS 36.211 LTE 표준은 DL에 대한 안테나 포트들을 정의한다. 별개의 기준 신호들(파일럿 신호들)이 각각의 안테나 포트에 대해 LTE 표준에서 정의된다. 따라서, DL 신호들은 또한 안테나 포트 정보를 운반한다. 이 정보는 PDSCH(물리 다운링크 공유 채널)에 포함된다. PDSCH는 다음의 안테나 포트들: 0; 0 및 1;0, 1, 2 및 3); 또는 5를 사용한다. 이들 논리 안테나 포트들은 도 26에 예시된 바와 같이, 물리 송신 안테나들에 할당(매핑)된다. 그 결과, 이러한 안테나 포트 정보는 안테나 식별(안테나 ID)을 위해 사용될 수 있다.For the UE DL location embodiments described above, antenna port mapping information may also be used to determine the location. The 3GPP TS 36.211 LTE standard defines antenna ports for the DL. Separate reference signals (pilot signals) are defined in the LTE standard for each antenna port. Thus, the DL signals also carry the antenna port information. This information is included in the PDSCH (Physical Downlink Shared Channel). The PDSCH includes the following antenna ports: 0; 0 and 1; 0, 1, 2, and 3); Or 5 is used. These logical antenna ports are assigned (mapped) to physical transmission antennas, as illustrated in Fig. As a result, this antenna port information can be used for antenna identification (antenna ID).

예를 들면, 안테나 포트 매핑 정보는 안테나들(안테나 위치들이 알려져 있다고 가정하면) 사이에서 쌍곡선(들)(다변측량) 및 입사된 RF 파를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 위치 결정이 수행되는 곳에 의존하여, 안테나 매핑 정보는 LSU 또는 UE, 또는 네트워크 노드에 이용 가능해져야 한다. 안테나 포트들은 상이한 시간 슬롯들 및 상이한 리소스 요소들에 CRC 신호들을 위치시킴으로써 표시된다는 것이 주의되어야 한다. 단지 하나의 CRS 신호만이 DL 안테나 포트마다 송신된다.For example, antenna port mapping information can be used to determine hyperbola (s) (multivariate) and incident RF waves between antennas (assuming antenna positions are known). Depending on where the location determination is performed, antenna mapping information should be made available to the LSU or UE, or network node. It should be noted that antenna ports are indicated by placing CRC signals in different time slots and different resource elements. Only one CRS signal is transmitted per DL antenna port.

eNB 또는 네트워크 노드에서의 MIMO(다중 입력 다중 출력) 배치의 경우에, 수신기(들)는 주어진 UE로부터의 도착 시간 차들을 결정할 수 있을 것이다. 안테나들 위치들을 포함한, 안테나들 대 수신기(들) 매핑, 예로서 MIMO 매핑에 대한 지식을 갖고, 주어진 eNB 안테나들에 대한 쌍곡선(들)(다변측량) 및 안테나들에 입사된 RF 파(LOB/AoA)를 결정하는 것이 또한 가능할 수 있다. 마찬가지로, UE에서, UE 수신기(들)는 둘 이상의 eNB 또는 네트워크 노드, 및 MIMO 안테나들로부터의 도착(들) 시간 차들을 결정할 수 있을 것이다. eNB 안테나 위치들 및 안테나들 매핑에 대한 지식을 갖고, 주어진 eNB 안테나들에 대한 쌍곡선(들)(다변측량) 및 안테나들로부터 입사된 RF 파(LOB/AoA)를 결정하는 것이 가능할 것이다. 위치 결정이 수행되는 곳에 의존하여; 안테나 매핑 정보는 LSU 또는 UE, 또는 네트워크 노드에 이용 가능해야 한다.In the case of a MIMO (Multiple Input Multiple Output) arrangement at an eNB or a network node, the receiver (s) will be able to determine arrival time differences from a given UE. (S) (multivariate) for a given eNB antennas and RF waves (LOBs) received at antennas, with knowledge of antenna-to-receiver (s) AoA) &lt; / RTI &gt; Likewise, at the UE, the UE receiver (s) will be able to determine the arrival (s) time differences from the two or more eNBs or network nodes, and the MIMO antennas. it will be possible to determine the hyperbola (s) (multivariate survey) for given eNB antennas and the RF waves (LOB / AoA) incident from the antennas, with knowledge of eNB antenna positions and antennas mappings. Depending on where the positioning is performed; The antenna mapping information should be available to the LSU or UE, or the network node.

단일 입력 다중 출력들(SIMO), 단일 출력 다중 입력들(SOMI), 단일 입력 단일 출력(SISO) 등과 같은, MIMO의 서브세트들인 다른 구성들이 있다. 이들 구성들의 모두는 위치 찾기 목적들을 위해 안테나 포트 매핑 및/또는 MIMO 안테나 매핑 정보에 의해 정의/결정될 수 있다.There are other configurations that are subsets of MIMO, such as single input multiple outputs (SIMO), single output multiple inputs (SOMI), single input single output (SISO) All of these configurations may be defined / determined by antenna port mapping and / or MIMO antenna mapping information for location purposes.

양상에서, 본 실시예들은 RTLS를 포함하여, 오브젝트들의 RF-기반 식별, 추적, 및 위치 찾기를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 일 실시예에 따르면, 방법들 및 시스템들은 각각의 클러스터 내에서, 예로서, 10 nm 이상 내에서, 시간적으로 정확하게 동기화되는 수신기들 및/또는 송신기들의 지리적으로 분포된 클러스터들을 이용하는 반면, 클러스터-간 시간 동기화는 훨씬 덜 정확하거나 또는 전혀 요구되지 않을 수 있다. 10 ns 이상의 정확한 시간 동기화가 일 특정한 실시예에 관하여 설명되지만, 정확한 위치를 달성하기 위해 요구된 미리 결정된 동기화 시간은 이용되는 장비에 의존한다는 것을 주의하는 것이 중요하다. 예를 들면, 몇몇 무선 시스템 장비에 대해, 3 m의 정확도가 정확한 위치 결정을 위해 요구되는 경우, 미리 결정된 시간은 19 ns 이상이도록 요구할 수 있지만, 다른 무선 시스템 장비를 갖고, 50 m의 위치 정확도가 매우 충분하다. 그러므로, 미리 결정된 시간은 무선 시스템을 위한 원하는 정확도 위치에 기초한다. 개시된 방법들 및 시스템들은 지리적으로 분포된 독립형(개개의) 송신기들 및/또는 수신기들에 의존하는, 추적 및 위치 DL-OTDOA 및 U-TDOA 기술들의 기존의 구현에 대해 상당한 개선이다. In an aspect, the embodiments relate to methods and systems for RF-based identification, tracking, and locating of objects, including RTLS. According to one embodiment, the methods and systems utilize geographically distributed clusters of receivers and / or transmitters that are accurately synchronized in time within each cluster, e.g., within 10 nm, while cluster- Time synchronization may be much less accurate or not required at all. Although accurate time synchronization of 10 ns or more is described with respect to one particular embodiment, it is important to note that the predetermined synchronization time required to achieve the correct position depends on the equipment being used. For example, for some wireless system equipment, if an accuracy of 3 m is required for accurate positioning, the predetermined time may require more than 19 ns, but with other radio system equipment and a position accuracy of 50 m It is very sufficient. Therefore, the predetermined time is based on the desired accuracy position for the wireless system. The disclosed methods and systems are a significant improvement over existing implementations of tracking and location DL-OTDOA and U-TDOA techniques that rely on geographically distributed stand-alone (individual) transmitters and / or receivers.

예를 들면, DL-OTDOA 기술에서, 이웃 기지국들(eNB)로부터 온 신호들 사이에서의 상대적 타이밍 차가 산출되며 UE 위치는 UE 도움을 갖거나 또는 그것 없이 UE(핸드셋)를 가진 네트워크에서 또는 네트워크 도움을 갖거나(SUPL 기반 전용을 가진 제어 평면 또는 사용자 평면) 또는 네트워크 도움 없이 UE(핸드셋)에서 추정될 수 있다. DL-OTDOA에서, 3개 이상의 기지국들로부터의 신호들이 수신되면, UE는 기지국들의 쌍으로부터 온 신호들 사이에서의 상대적 타이밍 차를 측정하며 쌍곡선 위치 라인들(LOP들)을 생성한다. 적어도 3개의 기준 포인트들(직선에 속하지 않는 기지국들)은 2개의 쌍곡선들을 정의하기 위해 요구된다. UE의 위치(위치 픽스)는 이들 2개의 쌍곡선들의 교차점에 있다(도 11 참조). UE 위치 픽스는 기지국의 RF 방출기들의(안테나들) 위치들에 상대적이다. 예로서, LPP(LTE 위치 결정 프로토콜, Rel-9)를 사용할 때, DL-OTDOA 위치 찾기는 UE 보조적이며 E-SMLC(진화된 서빙 모바일 위치 센터)는 서버 기반이다.For example, in the DL-OTDOA technique, the relative timing difference between signals from neighboring base stations (eNB) is calculated and the UE position is used in a network with a UE (handset) (A control plane with a dedicated SUPL-based or user plane), or without a network assistance. In DL-OTDOA, when signals from three or more base stations are received, the UE measures the relative timing difference between the signals from the pair of base stations and generates hyperbolic position lines (LOPs). At least three reference points (base stations that do not belong to a straight line) are required to define two hyperbolas. The position of the UE (position fix) is at the intersection of these two hyperboloids (see FIG. 11). The UE location fix is relative to the locations of the RF emitters (antennas) of the base station. For example, when using the LPP (LTE Positioning Protocol, Rel-9), DL-OTDOA locator is UE-assisted and E-SMLC (Evolved Serving Mobile Location Center) is server based.

U-TDOA 기술은 DL-OTDOA와 유사하지만, 역할들은 반대이다. 여기에서, 이웃하는 위치 관리 유닛(LMU)은 UE(핸드셋)로부터 온 업링크 신호의 상대적 도착 시간을 산출하며 UE 위치는 UE 도움없이 네트워크에서 추정될 수 있다. 따라서, U-TDOA는 LMU 보조적이며 E-SMLC(진화된 서빙 모바일 위치 센터)는 서버 기반이다. 일단 3개 이상의 LMU들로부터의 상대적 도착 시간 값들이 이용 가능하다면, 네트워크의 E-SMLC 서버는 쌍곡선 위치 라인들(LOP들) 및 UE의 위치(위치 픽스)를 생성한다(도 27 참조). UE 위치 픽스는 LMU 안테나 위치들에 상대적이다. 일 양상에서, DL-OTDOA와 달리, U-TDOA의 경우에 eNB의(기지국의) 시간 동기화는 필요하지 않다 - 단지 LMU(들)만이 위치 찾기 목적들을 위한 정밀 시간 동기화를 요구할 것이다. 예로서, LMU는 본질적으로 컴퓨팅 능력들을 가진 수신기이다. 추가 예로서, LMU 수신기는 SDR(소프트웨어 정의 라디오) 기술을 이용한다. 추가 예에서, LMU는 스몰 셀, 매크로 셀 또는 단지 수신만 하는 특수 목적 스몰 셀 유형 디바이스일 수 있다.U-TDOA technology is similar to DL-OTDOA, but roles are reversed. Here, the neighboring location management unit (LMU) calculates the relative arrival time of the uplink signal from the UE (handset), and the UE position can be estimated in the network without the help of the UE. Thus, U-TDOA is LMU-assisted and E-SMLC (Evolved Serving Mobile Location Center) is server-based. Once relative arrival time values from three or more LMUs are available, the E-SMLC server of the network generates hyperbolic location lines (LOPs) and the location (location fix) of the UE (see FIG. 27). The UE location fix is relative to the LMU antenna positions. In an aspect, unlike DL-OTDOA, in the case of U-TDOA the time synchronization of the eNB is not needed - only the LMU (s) will require precise time synchronization for location purposes. By way of example, an LMU is essentially a receiver with computing capabilities. As a further example, the LMU receiver utilizes SDR (Software Defined Radio) technology. In a further example, the LMU may be a small cell, a macro cell, or a special purpose small cell type device that only receives.

구현에 관계없이, 네트워크에 의해 공급된 바와 같이, 특정 UE에 대한 SRS의 위치를 상관시키는 것은, UE의 식별 및 위치찾기를 가능하게 할 것이다. SRS의 위치찾기는 빌딩, 스몰 셀 또는 특정 영역을 서비스하는 스몰 셀들 및 매크로 셀들의 조합을 위한 DAS와 같은, 네트워크 레벨에서 또는 로컬 섹터 내에서 행해질 수 있다. UE에 대한 SRS의 위치가 선험적으로 알려지지 않았다면, 해법은 커버된 영역을 통해 UE의 위치를 상관시킬 수 있을 것이다. 그렇게 하는 것은 UE가 이동하는 위치 이력을 보여줄 것이다. 몇몇 상황들에서, 네트워크가 SRS가 특정한 UE에 대해 위치되는 곳의 표시를 제공하지 않을지라도, UE의 위치를 결정하는 것은 바람직할 수 있다. UE의 위치는 알려진 포인트로의 UE의 위치 또는 근접성을 결정함으로써 SRS와 상관될 수 있으며, 그에 의해 그것이 송신하는 SRS와 UE를 상관시킨다. 이러한 위치는 Wi-Fi 및 블루투스와 같은, 다른 위치/근접성 해법들을 통해 실현될 수 있다. 사용자는 또한 UE 애플리케이션을 통해 또는 위치 해법에 대해 그것들의 UE를 식별하기 위해 미리 결정된 위치로 걸어옴으로써 그것들의 위치를 식별할 수 있다.Regardless of implementation, correlating the location of the SRS for a particular UE, as provided by the network, will enable UE identification and location. Localization of the SRS can be done at the network level or within the local sector, such as building, small cell or DAS for a combination of small cells and macrocells serving a specific area. If the location of the SRS for the UE is not known a priori, the solution will be able to correlate the location of the UE over the covered area. Doing so will show the location history of the UE moving. In some situations, it may be desirable to determine the location of the UE, even though the network does not provide an indication of where the SRS is located for a particular UE. The location of the UE can be correlated with the SRS by determining the location or proximity of the UE to a known point, thereby correlating the SRS with the UE it transmits. Such a location may be realized through other location / proximity solutions, such as Wi-Fi and Bluetooth. The user may also identify their location either by way of the UE application or by walking to a predetermined location to identify their UE for location solutions.

도 11 및 도 27에서, 단지 매크로 기지국들만이 도시된다. 또한, 도 27은 기지국들과 같은 장소에 위치되는 LMU들을 묘사한다. 이들 묘사들은 유효한 옵션들이지만, LTE 표준들은 LMU 배치가 다변측량/삼변측량 요건들을 만족시키는 한, LMU들이 위치될 수 있는 곳을 특정하지 않는다. 11 and 27, only macro base stations are shown. Figure 27 also depicts LMUs located in the same location as the base stations. While these representations are valid options, LTE standards do not specify where LMUs can be located, as long as the LMU placement meets the multivariate / trilateration requirements.

일 양상에서, 실내 환경을 위한 공통 배치는 DAS(분산 안테나 시스템) 및/또는 스몰 셀들이며, 이것은 RF와 고도로 통합된 저렴한 기지국들이다. LMU(들)는 또한 실내에 및/또는 캠퍼스-형 환경 내에 위치될 수 있으며, 예로서 U-TDOA는 DAS 및/또는 스몰 셀 환경에서 사용될 수 있다. 또 다른 양상에서, U-TDOA 기반 정확한 실내 위치 찾기는 실내에 위치된 LMU들 및 예로서 DAS 및/또는 스몰 셀들을 배치하는 요구 없이, 바깥쪽에 위치되거나; 또는 감소된 수의 스몰 셀들을 가진 매크로 셀들의 조합으로 달성될 수 있다. 따라서, LMU들은 존재하는 DAS 및/또는 스몰 셀들을 갖고 또는 그것 없이 배치될 수 있다. 추가 양상에서, LMU들은, 존재하는 DAS 및/또는 스몰 셀들을 갖거나 또는 그것 없이, 셀룰러 신호 증폭기들/부스터들이 사용되는 환경들에 위치될 수 있다. In one aspect, common configurations for indoor environments are DAS (Distributed Antenna Systems) and / or small cells, which are low-cost base stations that are highly integrated with RF. The LMU (s) may also be located indoors and / or in a campus-like environment, for example U-TDOA may be used in a DAS and / or small cell environment. In yet another aspect, accurate U-TDOA-based indoor positioning is located outside, without the need to locate LMUs and / or DAS and / or small cells located indoors, for example; Or a combination of macrocells with a reduced number of small cells. Thus, LMUs can be deployed with or without existing DAS and / or small cells. In a further aspect, LMUs can be located in environments where cellular signal amplifiers / booster are used, with or without DAS and / or small cells present.

LTE 릴리즈 11은 또한 LMU 및 eNB의 단일 유닛으로의 통합을 고려한다. 이것은 그러나, 개개의 스몰 셀들 eNB들이 지리적으로 분산된다면 스몰 셀들 사이에서의 시간 동기화 요건들에 대한 부가적인 부담을 줄 것이며, 무선/셀룰러 서비스 제공자들은 특히 실내에서 및/또는 다른 GPS/GNSS 거부 환경들에서 만날 준비가 되지 않는다. LTE Release 11 also considers integration of LMUs and eNBs into a single unit. This will, however, reduce the additional burden on time synchronization requirements among small cells if the individual small cell eNBs are geographically dispersed, and wireless / cellular service providers may not be able to communicate with other GPS / It is not ready to meet at.

DAS 시스템들은 내재적으로 지리적으로 분산된 매크로/미니/스몰 셀/LMU들보다 훨씬 더 높은 정도(정밀도)로 시간 동기화된다. DAS 환경에서 DL-DTOA 해법을 사용하는 것은 시간 동기화 이슈를 완화시킬 것이지만, DAS 환경에서, 단일 기지국은 다수의 분산 안테나들을 제공하며, 따라서 다수의 안테나들은 동일한 셀 ID(식별 번호)를 가진 동일한 다운링크 신호를 송신한다. 그 결과, 종래의 DL-OTDOA 접근법은 상이한 ID를 가진 식별 가능한 이웃 셀들(안테나들) 발생 신호들이 없기 때문에 실패한다. 그럼에도 불구하고, 여기에서 전체적으로 참조로서 통합되는, 미국 특허 번호 제7,872,583호에 설명된 바와 같이, 다중-경로 완화 프로세서 및 다중-경로 완화 기술들/알고리즘들을 이용하며, 감소된 감쇠 RF 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정 및 추적할 때의 다중-경로 완화라는 제목의, 2012년 8월 3일에 출원된, 미국 정규 출원 번호 제13/566,993호에서 설명된 바와 같이, 위치 일관성 알고리즘(들)의 사용을 확장할 때 DL-OTDOA 기술을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 이들 일관성 일고리즘들은 동일한 ID를 가진 신호(들)를 방출하는 안테나의 수의 한계들을 가진다. 하나의 해법은 동일한 ID를 방출하는 안테나의 수를 감소시키는, 예로서 다수의 DAS 안테나들을 상이한 ID들을 가진 둘 이상의 시간 동기화된 클러스터들로 분리하는 것이다. 이러한 배열은 시스템 비용을 증가시키며(기지국들의 수를 증가시키며) 상기 언급된 기술을 지원하기 위해 핸드셋/UE를 요구할 것이다. DAS systems are time synchronized to a much higher degree (precision) than intrinsically geographically distributed macro / mini / small cell / LMUs. Using the DL-DTOA solution in a DAS environment will mitigate the time synchronization issue, but in a DAS environment, a single base station provides multiple distributed antennas, so that multiple antennas may use the same down Link signal. As a result, the conventional DL-OTDOA approach fails because there are no signals for generating identifiable neighboring cells (antennas) with different IDs. Nonetheless, as described in U.S. Patent No. 7,872,583, which is incorporated herein by reference in its entirety, it is to be appreciated that a multi-path mitigation processor and multi-path mitigation techniques / algorithms are used, and using reduced attenuation RF techniques (S), as described in U.S. Serial No. 13 / 566,993, filed August 3, 2012, entitled Multi-Path Mitigation When Distanceing and Tracking Objects, It is possible to use the DL-OTDOA technique when extending the service. However, these coherent algorithms have limitations on the number of antennas that emit signal (s) with the same ID. One solution is to reduce the number of antennas that emit the same ID, e. G., Into multiple DAS antennas into two or more time synchronized clusters with different IDs. This arrangement will increase the system cost (increasing the number of base stations) and will require the handset / UE to support the above mentioned techniques.

DAS 환경에서 U-TDOA를 이용하는 것은 또한 LMU 유닛들을 부가/설치하는 것에 대하여 비용을 부가할 것이다. 그러나, UE(핸드셋)에 대한 어떤 변화들도 요구되지 않을 것이며; 단지 기지국 소프트웨어만이 U-TDOA 기능을 지원하기 위해 업그레이드되어야 할 것이다. 또한, DAS 시스템과(으로) 다수의 LMU들을 통합하는 것이 가능하다. 그러므로, LMU들을 가진 U-TDOA 방법을 사용하는 것은 실내에서, 캠퍼스 환경들에서, 및 다른 GPS/GNSS 도전적인, 지리적으로 제한된 환경들에서 이용될 때 많은 이점들을 가진다. Using U-TDOA in a DAS environment will also add cost for adding / installing LMU units. However, no changes to the UE (handset) will be required; Only base station software will need to be upgraded to support U-TDOA functionality. It is also possible to integrate multiple LMUs with the DAS system. Therefore, using the U-TDOA method with LMUs has many advantages when used indoors, in campus environments, and in other GPS / GNSS challenging, geographically restricted environments.

실내 및 다른 GPS/GNSS 거부 환경에서 지리적으로 분산된 다수의 기지국들 및/또는 스몰 셀들 및/또는 LMU들 중에서 정밀한 시간 동기화는 옥외 매크로 셀, 예로서 GPS/GNSS 친화적 환경에서 사용된 매크로 셀들 및/또는 LMU 장비를 시간 동기화하는 것보다 더 복잡하다. 이것은 옥외 환경에서의 매크로 셀들이 증가되며 널리 알려져 있는 안테나들을 갖기 때문이다. 그 결과, GPS/GNSS 신호(들) 품질은 매우 양호하며 매크로 셀들 안테나 송신들 및/또는 LMU 수신기들은 충분히 큰 면적에 걸쳐, 매우 높은 정확도 - 표준 편차 10ns로 GPS/GNSS를 사용하여 동기화될 수 있다.Precise time synchronization among a plurality of geographically dispersed base stations and / or small cells and / or LMUs in indoor and other GPS / GNSS denied environments can be used for outdoor macrocells, e.g. macrocells used in GPS / GNSS friendly environments and / Or time synchronization of LMU equipment. This is because the macrocells in the outdoor environment are increased and have well-known antennas. As a result, the GPS / GNSS signal (s) quality is very good and macrocell antenna transmissions and / or LMU receivers can be synchronized using a GPS / GNSS with a very high accuracy-standard deviation of 10 ns, .

일 양상에서, 실내 및 다른 GPS/GNSS 거부 환경들을 위해, 다수의 분산된 기지국 및/또는 스몰 셀들/LMU들 중에서의 시간 동기화는 많은 기지국들 및/또는 스몰 셀들 및/또는 LMU들에 의해 공유된 동기화 신호를 생성하는 외부 동기화 소스를 사용함으로써 달성된다. 이러한 동기화 신호는 GPS/GNSS, 예를 들면 1 PPS 신호, 및/또는 인터넷/이더넷 네트워킹, 예를 들면 PTP 또는 NTP 등으로부터 도출될 수 있다. 후자는 저 비용 해법이지만, 그것은 정확한 위치를 위해 요구된 시간 동기화 정밀도를 제공할 수 없고, GPS/GNSS 도출 외부 동기화 신호(들)가 더 정밀하지만 - 20ns 아래로의 표준 편차, 부가적인 하드웨어 및 설치 요건들, 예로서 이들 신호들을 묶는 것을 요구하고, 더 복잡하며/비싸다. 또한, 기지국 및/또는 스몰 셀들 하드웨어/저 레벨 펌웨어에 대한 변화들은 보다 높은 레벨의 정밀도로 외부 동기화 신호를 수용하기 위해 요구될 수 있다. 게다가 20ns 표준 편차는 3미터 요건들, 예로서 약 10 ns의 표준 편차를 만족시키기에 충분히 정확하지 않다. In one aspect, for indoor and other GPS / GNSS reject environments, time synchronization among multiple distributed base stations and / or small cells / LMUs is shared by many base stations and / or small cells and / or LMUs And using an external synchronization source to generate a synchronization signal. This synchronization signal may be derived from GPS / GNSS, e.g. 1 PPS signal, and / or Internet / Ethernet networking, e.g. PTP or NTP. The latter is a low cost solution, but it can not provide the time synchronization accuracy required for the correct location, and the GPS / GNSS derived external synchronization signal (s) is more precise - but with standard deviations below 20 ns, Requirements, such as binding these signals, and are more complex / expensive. In addition, changes to the base station and / or small cell hardware / low level firmware may be required to accommodate external synchronization signals with a higher level of accuracy. In addition, the 20 ns standard deviation is not accurate enough to satisfy the standard deviation of 3 m requirements, for example about 10 ns.

도 28의 다채널 LMU 고 레벨 블록도에 의해 예시된 바와 같이, 상기 언급된 제한들을 극복하기 위해, 일 실시예는 다수의 수신 안테나들(2802) 및 신호 채널들(2804)을 가진 LMU 디바이스(2800)를 사용한다. 예로서, 하나 이상의 신호 채널들(2804)은 RFE(RF 프론트 엔드)(2806), RF 하향 변환기(2808), 및/또는 업링크-위치 찾기 프로세서(2810)와 같은 신호 프로세싱 구성요소들을 포함할 수 있다. 다른 구성요소들 및 구성들이 사용될 수 있다. 일 양상에서, 신호 채널들(2804)은 LMU 디바이스(2800) 내에서 같은 장소에 위치되며 엄격하게 시간 동기화된다(예로서, 약 3 ns 내지 약 10 ns의 표준 편차). 또 다른 예에서, 각각의 LMU 신호 채널(2804)로부터의 안테나들(2802)은 지리적으로 분산된다(예로서, DAS와 유사하게). 추가 예로서, 외부 시간 동기화 구성요소들(예로서, GPS/GNSS, 인터넷/이더넷 등)은 LMU 디바이스(2800)와 통신할 수 있다. 정밀한 시간 동기화는 그것이 다수의 지리적으로 분산된 디바이스들을 엄격하게 동기화하려고 노력하는 것에 의한 것보다 디바이스(예로서, LMU 디바이스(2800)) 안에서 보다 쉽게 달성된다. To overcome the above-mentioned limitations, one embodiment includes a plurality of receive antennas 2802 and an LMU device (not shown) having signal channels 2804, as illustrated by the multi-channel LMU high- 2800). One or more signaling channels 2804 may include signal processing components such as RFE (RF front end) 2806, RF down-converter 2808, and / or uplink-position processor 2810 . Other components and configurations may be used. In an aspect, signal channels 2804 are located in the same place in the LMU device 2800 and are tightly time synchronized (e.g., a standard deviation of about 3 ns to about 10 ns). In another example, antennas 2802 from each LMU signaling channel 2804 are geographically distributed (e.g., similar to DAS). As a further example, external time synchronization components (e.g., GPS / GNSS, Internet / Ethernet, etc.) may communicate with the LMU device 2800. Precise time synchronization is achieved more easily in a device (e.g., LMU device 2800) than by trying to strictly synchronize multiple geographically dispersed devices.

예로서, 둘 이상의 다채널 LMU들(예로서, LMU 디바이스(2800))이 배치될 때, 이들 LMU들 사이에서의 시간 동기화는 저 비용 및 저 복잡도 접근법이 다수의 분산된 다채널 LMU들을 동기화하기 위해 사용될 수 있도록(외부 소스 신호를 사용하여) 완화될 수 있다. 예를 들면, 인터넷/이더넷 네트워킹 동기화가 사용될 수 있거나 또는 공통 센서(디바이스)가 상이한 다채널 LMU들 사이에서 타이밍 동기화를 제공하기 위해 배치될 수 있다.By way of example, when two or more multi-channel LMUs (e.g., LMU device 2800) are deployed, time synchronization between these LMUs may be achieved by a low cost and low complexity approach to synchronizing multiple distributed multi- (Using an external source signal). For example, Internet / Ethernet networking synchronization may be used, or a common sensor (device) may be deployed to provide timing synchronization between different multi-channel LMUs.

다른 한편으로, 다채널 LMU 접근법은 위치 픽스를 결정할 때 사용될 수 있는 쌍곡선 위치 라인들(LOP들)의 수를 감소시키지만, 시간 동기화 개선은 이러한 결점을 극복한다(이하의 설명 및 예 참조).On the other hand, the multichannel LMU approach reduces the number of hyperbolic position lines (LOPs) that can be used when determining the position fix, but time synchronization improvement overcomes this drawback (see discussion and examples below).

다변측량/삼변측량 방법들을 사용할 때, UE 위치 결정 정확도는 2개의 인자들의 함수이다: 매크로 셀 타워들/스몰 셀들/LMU들의 기하학적 배열로 인한, 기하학적 정도 저하율(geometrical dilution of precision; GDOP), 및 단일 거리 측정 σR-pseudo 측정의 정확도(2003, Gunter Seeber, 위성 측지학 참조):When using multivariate / trilateration methods, the UE positioning accuracy is a function of two factors: the geometrical dilution of precision (GDOP) due to the geometric arrangement of macrocell towers / small cells / LMUs, and Single-distance measurements σ R-pseudo accuracy of measurements (see 2003, Gunter Seeber, Satellite Geodesy):

Figure pct00169
Figure pct00169

GDOP는 송신 안테나들(DL-OTDOA의 경우에) 또는 수신 안테나들(U-TDOA의 경우에)의 지리적 분포의 함수이다. 규칙적으로 위치된 안테나의 경우에, 2차원 GDOP 추정은

Figure pct00170
와 같으며(1973, H. B. LEE의, 쌍곡선 다변측량 시스템들의 정확도 제한들); 여기에서 셀룰러 네트워크들의 경우에, N은 UE(DL-OTDOA의 경우에)에 의해 "들을 수 있는" 방출기들(매크로 셀 타워들/스몰 셀들/DAS 안테나들)의 수 또는 UE 업링크 송신(U-TDOA의 경우에)을 "들을" 수 있는 LMU들/LMU 수신 채널들의 수이다. 그러므로, UE 위치 에러의 표준 편차는 다음과 같이 산출될 수 있다:GDOP is a function of the geographic distribution of the transmit antennas (in the case of DL-OTDOA) or the receive antennas (in the case of U-TDOA). In the case of a regularly positioned antenna, the two-dimensional GDOP estimation
Figure pct00170
(1973, HB LEE, Limits of Accuracy of Hyperbolic Multipath Systems); Where N is the number of "hearable" emitters (macrocell towers / small cells / DAS antennas) by the UE (in the case of DL-OTDOA) or UE uplink transmission (U LMU &lt; / RTI &gt; receive channels that can "hear &quot; Therefore, the standard deviation of the UE position error can be calculated as: &lt; RTI ID = 0.0 &gt;

Figure pct00171
Figure pct00171

8개의 지리적으로 분산된(실내) 단일 수신 채널 LMU들(규칙적으로 위치된)이 UE 업링크 송신을 검출하며 이들 LMU들이 1 PPS 신호(예로서, 20 ns의 표준 편차)를 통해 동기화된다고 가정하자. 이 경우에 N=8이며 UE 위치 픽스를 위해 사용될 수 있는 7개의 독립 LOP들이 있을 것이다. 거리 측정 에러 표준 편차(σR)가 3미터(약 10ns)라고 추가로 가정하면; 그 후 단일 거리 측정 측정치의 정확도는 다음과 같다:Assume that eight geographically dispersed (indoor) single receive channel LMUs (regularly located) detect UE uplink transmissions and these LMUs are synchronized via a 1 PPS signal (e.g., a standard deviation of 20 ns) . In this case there will be seven independent LOPs where N = 8 and can be used for UE location fixes. Assuming further that the distance measurement error standard deviation ( R ) is 3 meters (about 10 ns); The accuracy of the single distance measurement measurements is then:

Figure pct00172
Figure pct00172

여기에서 σSYNC는 외부 시간 동기화 신호 표준 편차(20 ns)이다.Where σ SYNC is the external time synchronization signal standard deviation (20 ns).

이 경우에(N=8), 단일 거리 측정 측정치 및 UE 위치 에러(σPOS)의 표준 편차는 4.74 미터와 같다. In this case (N = 8), the standard deviation of single distance measurement measurements and UE position error (? POS ) is equal to 4.74 meters.

예로서, 규칙적으로 위치된 분산 안테나를 가진 2, 4개의 수신 채널 LMU들(예로서, 다채널 LMU 디바이스(2800))가 UE 업링크 송신을 검출하면, 각각의 LMU는 3개의 엄격하게 시간 동기화된 LOP들(예로서, 약 3 ns의 표준 편차)의 세트를 생성할 것이며; 3개의 독립 LOP들에 대해 N=4. 이 경우에, 2개의 UE 위치 픽스들이 생성되며, 각각은 3.12 미터의 표준 편차 에러(σPOS)를 가진다. 평균화 및/또는 다른 수단들/방법들에 의해 이들 두 개의 위치 픽스들을 조합하는 것은 UE 위치 픽스 에러를 추가로 감소시킬 것이다. 일 추정은 에러 감소가 UE 위치 픽스들의 수의 제곱근에 비례한다는 것이다. 본 개시에서, 이 수는 2와 같으며 최종 UE 위치 픽스 에러(σPOS_FINAL)는 2.21미터이며,

Figure pct00173
로서 획득된다. For example, if two or four receive channel LMUs (e.g., a multi-channel LMU device 2800) with regularly located distributed antennas detect UE uplink transmissions, each LMU may be subjected to three strictly time synchronization Will generate a set of LOPs (e.g., a standard deviation of about 3 ns); N = 4 for three independent LOPs. In this case, two UE position fixes are generated, each with a standard deviation error (? POS ) of 3.12 meters. Combining these two position fixes by averaging and / or by other means / methods will further reduce the UE position fix error. The estimate of work is that the error reduction is proportional to the square root of the number of UE position fixes. In the present disclosure, this number is equal to 2 and the final UE position fix error (sigma POS_FINAL ) is 2.21 meters,
Figure pct00173
.

일 양상에서, 이들 다채널 LMU들 사이에 완화된 동기화를 가진 여러 개의 다채널 LMU(예로서, LMU 디바이스(2800))는 실내 및 다른 GPS/GNSS 거부 환경들을 위해 사용될 수 있다. 예로서, 다채널 LMU 디바이스 내에서, LMU들은 엄격하게 동기화될 수 있다(예로서, 약 3ns 및 약 10ns 사이에서의 표준 편차). 또 다른 실시예는 다수의 단일 채널 스몰 셀/LMU 및/또는 통합된 LMU 디바이스 전자 장치(LMU 기능은 eNB로 내장된다)를 가진 스몰 셀들은 랙마운트 엔클로저(도 31, 도 32, 및 도 33) 및/또는 캐비넷, 예로서 19인치 랙에 클러스터링될 수 있다(예로서, 통합되고, 같은 장소에 위치되는 등)는 사실을 이용한다. 각각의 단일 채널 디바이스 안테나는 DAS에서처럼, 지리적으로 분산될 수 있다. 클러스터 내에서의 디바이스들은 엄격하게 시간 동기화될 수 있다(예로서, 10 ns 이하의 표준 편차). 다수의 랙마운트 엔클로저들은 통신 요건, 예를 들면, VoLTE마다 동기화될 수 있으며, 그에 의해 저 비용 및 저 복잡도 접근법이 사용될 수 있다. 랙마운트 엔클로저/캐비넷 안에서 클러스터링된(통합된) 다수의 디바이스들 사이에서의 정밀한(엄격한) 시간 동기화는 다수의 지리적으로 분산된 디바이스들을 엄격하게 시간 동기화하는 경우에서보다 더 쉽게 달성되며 덜 값비싸다.In an aspect, several multi-channel LMUs (e.g., LMU device 2800) with mitigated synchronization between these multi-channel LMUs may be used for indoor and other GPS / GNSS reject environments. By way of example, within a multi-channel LMU device, LMUs can be tightly synchronized (e.g., a standard deviation between about 3 ns and about 10 ns). Another embodiment is a rack-mount enclosure (Figures 31, 32, and 33) in which small cells with multiple single channel small cell / LMU and / or integrated LMU device electronics (LMU functionality embedded in the eNB) And / or can be clustered (e.g., integrated, located in the same place, etc.) in a cabinet, e.g., a 19 inch rack. Each single channel device antenna can be geographically dispersed, as in DAS. Devices in a cluster can be tightly time synchronized (e.g., a standard deviation of 10 ns or less). Multiple rack mount enclosures can be synchronized per communication requirement, e.g., VoLTE, thereby allowing a low cost and low complexity approach to be used. Precise (strict) time synchronization among multiple devices clustered (integrated) within a rackmount enclosure / cabinet is easier to achieve and less expensive than when strictly time synchronizing multiple geographically dispersed devices.

또 다른 양상에서, 다수의 LMU들이 도 34에 예시된 바와 같이 DAS 시스템과(으로) 통합될 수 있다. 예로서, LMU 수신기들은 예로서, DAS 안테나들을 공유하는, 각각의 DAS 안테나에 의해 발생된 수신 신호(들)를 공유할 수 있다. 이들 수신된 신호들의 실제 분포는 DAS 구현에 의존한다: 능동형 DAS 대 수동형 DAS. 그러나, LMU 및 DAS 통합 실시예는 LMU 수신기 채널을 갖고 각각의 DAS 안테나에 의해 발생된 수신 신호(들)를 공유하는 것 및 대응하는 LMU/LMU 수신기 채널과 각각의 DAS 안테나 좌표들을 매칭(상관)시키는 역법(almanac)을 생성하는 것을 수반한다. 다시, 클러스터링 접근법 및/또는 다채널 LMU(들)를 이용하는 것은 LMU 및 DAS 통합을 위한 바람직한 방식들이다. In yet another aspect, multiple LMUs may be integrated with the DAS system as illustrated in FIG. By way of example, LMU receivers may share received signal (s) generated by respective DAS antennas, which share, for example, DAS antennas. The actual distribution of these received signals depends on the DAS implementation: active DAS versus passive DAS. However, the LMU and DAS integrated embodiments have the advantage of having the LMU receiver channel and sharing the received signal (s) generated by each DAS antenna and matching (correlating) each DAS antenna coordinate with the corresponding LMU / Lt; RTI ID = 0.0 &gt; almanac. &Lt; / RTI &gt; Again, using a clustering approach and / or multi-channel LMU (s) is a preferred approach for LMU and DAS integration.

또한, 유사한 방식으로, LMU 수신기 채널과 각각의 스몰 셀 안테나에 의해 발생된 수신 신호(들)를 공유하는 것이 가능하다. 여기에서, 스몰 셀의 시간 동기화는 완화될 수 있으며, 예로서, 위치 찾기 요건을 충족시키도록 요구하지 않지만, LMU/LMU 채널들은 정밀 시간 동기화를 요구할 것이다. 클러스터링 접근법 및/또는 다채널 LMU(들)를 이용하는 것은 이러한 옵션을 위해 LMU(들)에 대한 바람직한 방식이다.Also, in a similar manner, it is possible to share the received signal (s) generated by each small cell antenna with the LMU receiver channel. Here, the time synchronization of the small cell can be mitigated and, for example, LMU / LMU channels will require precise time synchronization, although it does not require to meet the locating requirement. Using a clustering approach and / or multi-channel LMU (s) is the preferred approach for LMU (s) for this option.

단일 유닛으로의 LMU 및 eNB의 통합은 독립형 eNB 및 LMU 디바이스들의 조합에 비해 비용 이점을 가진다. 그러나, 통합된 LMU 및 eNB 수신기와 달리, 독립형 LMU 수신 채널은 UE로부터의 데이터 페이로드를 프로세싱할 필요가 없다. 더욱이, UE 업링크 거리 측정 신호들(LTE의 경우에, SRS, 사운딩 기준 신호)이 반복 가능하며 시간 동기화되기 때문에(서빙 셀에 대해), 각각의 독립형 LMU 수신 채널은 둘 이상의 안테나들을 지원할 수 있으며(그것과 시간 다중화될 수 있으며), 예를 들면, 둘 이상의 스몰 셀들을 제공한다. 이것은 결과적으로 LMU들의 수를 낮추며(스몰 셀들/DAS 및/또는 다른 U-TDOA 위치 찾기 환경들에서) 시스템의 비용을 감소시킬 수 있다(또한 도 28 참조).The integration of LMUs and eNBs into a single unit is a cost advantage over the combination of standalone eNB and LMU devices. However, unlike the integrated LMU and eNB receivers, the standalone LMU receive channel does not need to process the data payload from the UE. Moreover, since the UE uplink distance measurement signals (SRS, sounding reference signal in the case of LTE) are repeatable and time synchronized (for the serving cell), each independent LMU receive channel can support two or more antennas (Which may be time multiplexed with it), for example, two or more small cells. This can result in a reduction in the number of LMUs (in the case of small cells / DAS and / or other U-TDOA locating environments) and the cost of the system (see also Fig. 28).

무선/셀룰러 네트워크 E-SMLC 서버가 DL-OTDOA 및/또는 U-TDOA 기술들을 위해 요구된 기능이 없다면, 이러한 기능은 UE 및/또는 LMU 및 무선/셀룰러 네트워크 기반 시설 및/또는 위치 서비스 서버와 통신할 수 있는 위치 서버에 의해 실행될 수 있다(도 29 및 도 30 참조). 다른 구성들이 사용될 수 있다.If the wireless / cellular network E-SMLC server does not have the functionality required for DL-OTDOA and / or U-TDOA technologies, then this functionality may be communicated to the UE and / or LMU and wireless / cellular network infrastructure and / (See Figures 29 and 30). Other configurations may be used.

또 다른 양상에서, 하나 이상의 LMU 디바이스들(예로서, LMU(2802))이, 예를 들면 도 35에 예시된 바와 같이, WiFi 기반시설을 갖고 배치될 수 있다. 대안적으로, 청취 디바이스는 WiFi 기반시설과 동일한 방식으로 LMU 안테나를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, LMU 디바이스들 및/또는 LMU들을 서비스하는 채널 안테나들은 하나 이상의 WiFi 액세스 포인트들(AP들)과 같은, 하나 이상의 WiFi/청취 디바이스들(3500)과 같은 장소에 배치될 수 있다. 예로서, WiFi 디바이스들(3500)은 지리적으로 분산될 수 있다.In another aspect, one or more LMU devices (e.g., LMU 2802) may be deployed with a WiFi infrastructure, for example, as illustrated in FIG. Alternatively, the listening device may be used to monitor the LMU antenna in the same manner as the WiFi infrastructure. As such, channel antennas serving LMU devices and / or LMUs may be located in the same location as one or more WiFi / listening devices 3500, such as one or more WiFi access points (APs). By way of example, WiFi devices 3500 may be geographically dispersed.

일 실시예에서, WiFi 디바이스(3500)는 전원에 연결될 수 있다. 하나 이상의 LMU 디바이스들 또는 채널들의 RF 아날로그 부분(3502)(예로서, 회로)은 RF 아날로그 부분(3502)이 WiFi 디바이스(3500)와 전원을 공유할 수 있도록 LMU 안테나들과 통합될 수 있다(도 35 참조). 예로서, LMU 디바이스 또는 채널의 RF 아날로그 부분(3502)은 케이블을 통해 업링크-위치 찾기 프로세서 회로(예로서, 업링크-위치 찾기 프로세서(2810))에 연결될 수 있으며, 이것은 기저대역 신호 프로세싱을 포함할 수 있다. 추가 예로서, 안테나 및 RF 아날로그 부분(3502) 및 기저대역 회로 상에서의 상호 연결 케이블 사이에 신호 증폭이 있을 수 있기 때문에, 이러한 실시예는 개선된 신호-대-잡음 비(SNR)를 가능하게 한다. 게다가, RF 아날로그 부분(3502)은 수신된 신호를 하향-변환할 수 있으며(예로서, 기저대역 아래로), 기저대역 신호 주파수들이 안테나에서 수신 신호보다 작은 여러 개의 크기들이기 때문에, 케이블 요건들이 완화될 수 있다. 이러한 케이블 요건들의 완화는 연결들의 비용 감소로 이어갈 수 있으며 송신 거리를 상당히 증가시킬 수 있다. In one embodiment, the WiFi device 3500 may be connected to a power source. The RF analog portion 3502 (e.g., circuitry) of one or more LMU devices or channels may be integrated with the LMU antennas so that the RF analog portion 3502 may share power with the WiFi device 3500 35). By way of example, the RF analog portion 3502 of the LMU device or channel may be coupled to the uplink-position processor circuit (e.g., uplink-position processor 2810) via a cable, . As a further example, this embodiment enables an improved signal-to-noise ratio (SNR) because there may be signal amplification between the antenna and the RF analog portion 3502 and the interconnect cable on the baseband circuit . In addition, since the RF analog portion 3502 can down-convert the received signal (e.g., down the baseband) and the baseband signal frequencies are of several sizes smaller than the received signal at the antenna, . The relaxation of these cable requirements can lead to a reduction in the cost of connections and can significantly increase the transmission distance.

거리 측정 신호들은 SRS 전용에 제한되지 않으며, MIMO, CRS(셀-특정 기준 신호) 등을 포함한, 다른 기준 신호들을 이용할 수 있다는 것이 이해된다. It is understood that the distance measurement signals are not limited to SRS only and may use other reference signals, including MIMO, CRS (cell-specific reference signal), and the like.

시스템 및 방법들의 상이한 실시예들이 그에 따라 설명되면, 설명된 방법 및 장치의 특정한 이점이 달성되었음이 이 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해야 한다. 특히, 오브젝트들을 추적하며 그것의 위치를 찾기 위한 시스템은 매우 작은 증가 비용으로 FPGA 또는 ASIC 및 표준 신호 프로세싱 소프트웨어/하드웨어 조합을 사용하여 어셈블리될 수 있다는 것이 이 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되어야 한다. 이러한 시스템은 다양한 애플리케이션들에서, 예로서 실내에서 또는 옥외 환경들, 혹독하며 적대적인 환경들 등에서 사람들의 위치를 찾을 때 유용하다. It should be apparent to those of ordinary skill in the art that when the different embodiments of the systems and methods are described accordingly, certain advantages of the described methods and apparatus have been achieved. In particular, it should be understood by those of ordinary skill in the art that systems for tracking objects and locating their positions can be assembled using FPGA or ASIC and standard signal processing software / hardware combinations at very small incremental costs do. Such systems are useful in locating people in a variety of applications, such as indoor or outdoor environments, harsh and hostile environments.

그것의 다양한 수정들, 각색들 및 대안적인 실시예들이 본 발명의 사상 및 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. It should also be understood that various modifications, adaptations, and alternative embodiments thereof may be made within the spirit and scope of the present invention.

Claims (37)

무선 시스템에서 하나 이상의 사용자 장비(UE; user equipment)의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서,
둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널을 통해 기준 신호들을 수신하는 단계;
상기 무선 시스템에 대한 위치의 원하는 정확도에 기초하여 미리 결정된 시간 이하의 표준 편차 내에서 상기 둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널의 타이밍들을 동기화시키는 단계; 및
상기 하나 이상의 UE 중에서 적어도 하나의 UE의 상기 위치를 산출하기 위해 수신된 상기 기준 신호들을 이용하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
A method for determining the location of one or more user equipment (UE) in a wireless system,
Receiving reference signals via channels located at two or more same locations;
Synchronizing the timings of the channels located at said two or more same locations within a standard deviation below a predetermined time based on a desired accuracy of location for said wireless system; And
And using the received reference signals to calculate the location of at least one UE among the one or more UEs.
청구항 1에 있어서,
수신된 상기 기준 신호들을 수신 및 프로세싱하도록 구성된 다중경로 완화 프로세서를 이용하는 단계를 더 포함하며, 상기 다중경로 완화 프로세서는 수신된 상기 기준 신호들과 연관된 공간 모호성을 감소시키기 위해 고-분해능 스펙트럼 추정 분석을 이용하고, 상기 고-분해능 스펙트럼 추정은 수신된 상기 기준 신호들의 다수의 주파수 성분들에 대한 모델 크기를 추정하는 것 및 상기 주파수 성분들의 복수의 인공 주파수의 분포에 기초하여 상기 적어도 하나의 UE의 상기 위치를 산출하는 것을 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising using a multipath mitigation processor configured to receive and process the received reference signals, wherein the multipath mitigation processor performs a high-resolution spectral estimation analysis to reduce spatial ambiguity associated with the received reference signals Wherein the high-resolution spectral estimation comprises estimating a model size for a plurality of frequency components of the received reference signals and estimating a model size of the at least one UE based on a distribution of a plurality of artificial frequencies of the frequency components. And calculating a position of the at least one user equipment.
청구항 2에 있어서,
상기 고-분해능 스펙트럼 추정 분석은 하나 이상의 고-분해능 스펙트럼 추정 알고리즘을 이용하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method of claim 2,
Wherein the high-resolution spectral estimation analysis uses one or more high-resolution spectral estimation algorithms.
청구항 3에 있어서,
상기 하나 이상의 고-분해능 스펙트럼 추정 알고리즘은 매트릭스 펜슬(Matrix Pencil) 알고리즘을 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method of claim 3,
Wherein the one or more high-resolution spectral estimation algorithms include a Matrix Pencil algorithm.
청구항 1에 있어서,
상기 둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널의 각각은 위치 관리 유닛 카드 또는 스몰 셀(small cell)을 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein each of the channels located at the two or more same locations comprises a location management unit card or a small cell.
청구항 1에 있어서,
상기 미리 결정된 시간은 약 3 ns 내지 약 10 ns 사이에 있는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the predetermined time is between about 3 ns and about 10 ns.
청구항 1에 있어서,
수신된 상기 기준 신호들은 업링크 기준 신호들, 다운링크 기준 신호들, 분산 안테나 시스템 기준 신호들, 또는 그것의 조합인, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the received reference signals are uplink reference signals, downlink reference signals, distributed antenna system reference signals, or a combination thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 무선 시스템은 하나 이상의 노드를 포함하며 상기 하나 이상의 노드의 각각은 적어도 하나의 섹터를 포함하고, 각각의 노드의 섹터는 위치 찾기 서버 유닛(LSU; locate server unit)과 통신하도록 구성되며, 상기 이용하는 단계는 상기 LSU 또는 상기 하나 이상의 노드 및 상기 LSU의 조합에 의해 수행되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
The wireless system comprising one or more nodes, each of the one or more nodes including at least one sector, wherein a sector of each node is configured to communicate with a locate server unit (LSU) Wherein the step is performed by the LSU or a combination of the one or more nodes and the LSU.
청구항 1에 있어서,
상기 무선 시스템은 하나 이상의 노드를 포함하며 상기 하나 이상의 노드의 각각은 적어도 하나의 섹터를 포함하고, 각각의 노드의 섹터는 위치 찾기 서버 유닛(LSU)과 통신하도록 구성되며, 상기 이용하는 단계는 상기 하나 이상의 UE, 상기 LSU, 상기 하나 이상의 노드, 또는 그것의 조합에 의해 수행되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the wireless system comprises one or more nodes, each of the one or more nodes comprises at least one sector, and wherein a sector of each node is configured to communicate with a locating server unit (LSU) Wherein the method is performed by the UE, the LSU, the one or more nodes, or a combination thereof.
청구항 9에 있어서,
상기 하나 이상의 UE는 상기 LSU와 통신하도록 구성되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method of claim 9,
Wherein the at least one UE is configured to communicate with the LSU.
청구항 10에 있어서,
상기 하나 이상의 UE, 상기 LSU, 상기 하나 이상의 노드, 또는 그것의 조합은 각각의 UE의 상기 위치를 산출하기 위해 다중경로 완화 및 기준 신호 프로세싱을 지원하도록 구성되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method of claim 10,
Wherein the at least one UE, the LSU, the at least one node, or a combination thereof is configured to support multipath mitigation and reference signal processing to yield the location of each UE, Way.
청구항 1에 있어서,
상기 무선 시스템은 네트워크 SUPL 서버, E-SMLC 서버, LCS(LoCation Services) 시스템, 또는 그것의 조합에서 LSU의 기능을 포함하도록 구성되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the wireless system is configured to include the functionality of an LSU in a network SUPL server, an E-SMLC server, a LoCation Services (LCS) system, or a combination thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 무선 시스템은 LSU 및 하나 이상의 노드를 포함하며, 상기 LSU는 상기 하나 이상의 노드 및 상기 무선 시스템의 네트워크 기반시설을 인터페이싱하도록 구성되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the wireless system comprises an LSU and one or more nodes, the LSU being configured to interface the one or more nodes and the network infrastructure of the wireless system.
청구항 1에 있어서,
상기 이용하는 단계는 하나 이상의 위치 라인(LOP; line of position)을 이용하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the utilizing comprises using one or more line of position (LOP). &Lt; Desc / Clms Page number 21 &gt;
청구항 1에 있어서,
상기 기준 신호들은 지리적으로 분산된 안테나로부터 수신되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reference signals are received from a geographically dispersed antenna.
무선 시스템에서 하나 이상의 사용자 장비(UE)의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서,
둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널을 가진 제1 위치 관리 유닛을 통해 기준 신호들을 수신하는 단계;
상기 무선 시스템에 대한 위치의 원하는 정확도에 기초하여 제1 미리 결정된 시간 이하의 제1 표준 편차 내에서 상기 둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널의 타이밍들을 동기화시키는 단계;
둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널을 가진 제2 위치 관리 유닛을 통해 기준 신호들을 수신하는 단계;
상기 무선 시스템에 대한 상기 위치의 상기 원하는 정확도에 기초하여 제2 미리 결정된 시간 이하의 제2 표준 편차 내에서 상기 제2 위치 관리 유닛의 상기 같은 장소에 배치된 채널들의 타이밍들을 동기화시키는 단계; 및
상기 하나 이상의 UE 중에서 적어도 하나의 UE의 상기 위치를 산출하기 위해 상기 제1 위치 관리 유닛으로부터의 수신된 상기 기준 신호들 및 상기 제2 위치 관리 유닛으로부터의 수신된 상기 기준 신호들을 이용하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
A method for determining the location of one or more user equipment (UE) in a wireless system,
Receiving reference signals via a first location management unit having channels located at two or more same locations;
Synchronizing the timings of the channels located at said two or more same locations within a first standard deviation below a first predetermined time based on a desired accuracy of location for said wireless system;
Receiving reference signals via a second location management unit having channels located at two or more same locations;
Synchronizing the timings of the channels located at the same location of the second location management unit within a second standard deviation below a second predetermined time based on the desired accuracy of the location for the wireless system; And
Using the received reference signals from the first location management unit and the received reference signals from the second location management unit to calculate the location of at least one UE among the one or more UEs A method for determining a location of one or more user equipment.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 위치 관리 유닛 및 상기 제2 위치 관리 유닛으로부터의 상기 기준 신호들을 수신 및 프로세싱하도록 구성된 다중경로 완화 프로세서를 이용하는 단계를 더 포함하며, 상기 다중경로 완화 프로세서는 상기 제1 위치 관리 유닛 및 상기 제2 위치 관리 유닛의 수신된 상기 기준 신호들과 연관된 공간 모호성을 감소시키기 위해 고-분해능 스펙트럼 추정 분석을 이용하고, 상기 고-분해능 스펙트럼 추정은 상기 제1 위치 관리 유닛 및 상기 제2 위치 관리 유닛의 수신된 상기 기준 신호들의 다수의 주파수 성분에 대한 모델 크기를 추정하는 것 및 상기 주파수 성분들의 복수의 인공 주파수의 분포에 기초하여 상기 적어도 하나의 UE의 상기 위치를 산출하는 것을 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Further comprising using a multipath mitigation processor configured to receive and process the reference signals from the first location management unit and the second location management unit, wherein the multipath mitigation processor is configured to: Using a high-resolution spectral estimation analysis to reduce spatial ambiguity associated with the received reference signals of the second location management unit, and wherein the high-resolution spectral estimation uses the first location management unit and the second location management unit Estimating a model size for a plurality of frequency components of the received reference signals and computing the position of the at least one UE based on a distribution of a plurality of artificial frequencies of the frequency components. A method for determining a position of a user equipment.
청구항 17에 있어서,
상기 고-분해능 스펙트럼 추정 분석은 하나 이상의 고-분해능 스펙트럼 추정 알고리즘을 이용하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the high-resolution spectral estimation analysis uses one or more high-resolution spectral estimation algorithms.
청구항 18에 있어서,
상기 하나 이상의 고-분해능 스펙트럼 추정 알고리즘은 매트릭스 펜슬 알고리즘을 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the at least one high-resolution spectral estimation algorithm comprises a matrix pencil algorithm.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 미리 결정된 시간 및 상기 제2 미리 결정된 시간은 약 3 ns 내지 약 10 ns 사이에 있는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the first predetermined time and the second predetermined time are between about 3 ns and about 10 ns.
청구항 16에 있어서,
상기 제2 미리 결정된 시간은 약 3 ns 내지 약 10 ns 사이에 있는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the second predetermined time is between about 3 ns and about 10 ns.
청구항 16에 있어서,
수신된 상기 기준 신호들은 업링크 기준 신호들, 다운링크 기준 신호들, 분산 안테나 시스템 기준 신호들, 또는 그것의 조합인, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the received reference signals are uplink reference signals, downlink reference signals, distributed antenna system reference signals, or a combination thereof.
청구항 16에 있어서,
상기 이용하는 단계는 하나 이상의 위치 라인(LOP)을 이용하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the utilizing comprises using one or more location lines (LOPs).
청구항 16에 있어서,
상기 제1 위치 관리 유닛은 지리적으로 분산된 안테나로부터 기준 신호들을 수신하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the first location management unit receives reference signals from a geographically dispersed antenna.
청구항 16에 있어서,
상기 제2 위치 관리 유닛은 지리적으로 분산된 안테나로부터 기준 신호들을 수신하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the second location management unit receives reference signals from a geographically dispersed antenna.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 미리 결정된 시간 및 상기 제2 미리 결정된 시간은 약 10 ns보다 큰, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the first predetermined time and the second predetermined time are greater than about 10 ns.
무선 시스템에서 하나 이상의 사용자 장비(UE)의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서,
둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널을 가진 위치 관리 유닛을 통해 기준 신호들을 수신하는 단계로서, 상기 둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널은 서로 엄격하게 시간 동기화되는, 상기 기준 신호들을 수신하는 단계; 및
상기 하나 이상의 UE 중에서 적어도 하나의 UE의 위치를 산출하기 위해 수신된 상기 기준 신호들을 이용하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
A method for determining the location of one or more user equipment (UE) in a wireless system,
Receiving reference signals via a location management unit having channels located at two or more same locations, wherein the channels located at two or more same locations are strictly time-synchronized with each other; And
And using the received reference signals to calculate a position of at least one UE among the one or more UEs.
청구항 27에 있어서,
상기 둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널의 각각은 위치 관리 유닛 카드 또는 스몰 셀을 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein each of the channels located at the two or more same locations comprises a location management unit card or a small cell.
청구항 27에 있어서,
상기 둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널의 각각은 동일한 랙 마운트 시스템과 통합되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
28. The method of claim 27,
Each of the channels located at the two or more same locations being integrated with the same rack mount system.
청구항 27에 있어서,
상기 같은 장소에 배치된 채널들은 상기 무선 시스템에 대한 상기 위치의 원하는 정확도에 기초하여 미리 결정된 시간의 표준 편차 내에서 동기화되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the channels located at the same location are synchronized within a standard deviation of a predetermined time based on a desired accuracy of the location for the wireless system.
청구항 30에 있어서,
상기 미리 결정된 시간은 약 3 ns 내지 약 10 ns 사이에 있는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
32. The method of claim 30,
Wherein the predetermined time is between about 3 ns and about 10 ns.
청구항 27에 있어서,
상기 이용하는 단계는 하나 이상의 위치 라인(LOP)을 이용하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the utilizing comprises using one or more location lines (LOPs).
청구항 27에 있어서,
상기 기준 신호들은 지리적으로 분산된 안테나로부터 수신되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the reference signals are received from a geographically dispersed antenna.
청구항 27에 있어서,
상기 기준 신호들은 상기 둘 이상의 같은 장소에 배치된 채널과 통신하는 안테나의 공유 그룹으로부터 수신되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the reference signals are received from a shared group of antennas communicating with channels located at the two or more same locations.
청구항 27에 있어서,
상기 위치 관리 유닛 또는 상기 위치 관리 유닛을 서비스하는 안테나는 WiFi 디바이스와 같은 장소에 배치되는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the antenna that serves the location management unit or the location management unit is located in the same location as the WiFi device.
청구항 35에 있어서,
상기 위치 관리 유닛은 상기 WiFi 디바이스와 전원을 공유하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
36. The method of claim 35,
Wherein the location management unit shares power with the WiFi device.
청구항 35에 있어서,
상기 위치 관리 유닛을 서비스하는 상기 안테나는 상기 WiFi 디바이스와 전원을 공유하는, 하나 이상의 사용자 장비의 위치를 결정하기 위한 방법.
36. The method of claim 35,
Wherein the antenna serving the location management unit shares power with the WiFi device.
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