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JP2021519422A - Network architecture and methods for location services - Google Patents

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JP2021519422A JP2020551851A JP2020551851A JP2021519422A JP 2021519422 A JP2021519422 A JP 2021519422A JP 2020551851 A JP2020551851 A JP 2020551851A JP 2020551851 A JP2020551851 A JP 2020551851A JP 2021519422 A JP2021519422 A JP 2021519422A
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Abstract

異種無線通信環境内で無線デバイスの位置を決定するための分割アーキテクチャを開示する。デバイス内の検出器又は環境の別の構成要素は、デバイスの位置確認信号のパラメータを含む信号を受信する。パラメータは、信号内の事前に知られている信号を記述する。信号の各フレーム開始及び支援データ及び補助情報を含む追加のメタデータも受信される。事前に知られている信号は、位置確認信号のパラメータに基づいて検出される。次いで、事前に知られている信号から抽出されたサンプルが処理され、圧縮され、他の収集データと共に検出器から遠隔の位置特定サーバに送信される。位置サーバは、当該情報並びに環境に関する類似情報を使用して、デバイスの位置を計算し、また、デバイスの追跡及びナビゲーションを実行し、その結果を環境に報告する。Disclose a split architecture for locating wireless devices in a heterogeneous wireless communication environment. A detector in the device or another component of the environment receives a signal that includes the parameters of the device's location signal. The parameters describe a previously known signal within the signal. Additional metadata is also received, including each frame start of the signal and support data and auxiliary information. The pre-known signal is detected based on the parameters of the position confirmation signal. Samples extracted from pre-known signals are then processed, compressed, and sent from the detector to a remote location server along with other collected data. The location server uses that information as well as similar information about the environment to calculate the location of the device, perform device tracking and navigation, and report the results to the environment.

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2018年4月5日出願の米国特許仮出願第62/653,450号、2018年3月27日出願の同第62/648,883号、及び2018年10月18日出願の米国特許出願第16/164,724号に対する優先権を主張する。
(Cross-reference of related applications)
This application is filed in U.S. Patent Provisional Application No. 62 / 653,450 filed April 5, 2018, file No. 62 / 648,883 filed March 27, 2018, and filed October 18, 2018. Claims priority over US Patent Application No. 16 / 164,724.

(発明の分野)
本実施形態は、無線通信及び無線ネットワークシステム、並びに無線周波数(RF)ベースの物体の識別、追跡、及び位置特定、例えば、リアルタイム位置特定サービス(RTLS)、LTEベースの位置特定サービス、及びLocation−as−a−Service(Laas)などのためのシステムに関する。本実施形態はまた、統一フレームワーク/プラットフォーム(アーキテクチャ、機能エンティティ、及び動作)にも関する。これらは、包括的な無線デバイス無線信号、ハイブリッド/融合位置確認など測位技術、方法/技法に対応するであろう。
(Field of invention)
In this embodiment, wireless communication and wireless network systems, as well as radio frequency (RF) -based object identification, tracking, and locating, such as real-time locating services (RTLS), LTE-based locating services, and Location- It relates to a system for as-a-Service (Laas) and the like. The present embodiment also relates to a unified framework / platform (architecture, functional entities, and behavior). These will support positioning technologies, methods / techniques such as comprehensive wireless device radio signals, hybrid / fusion positioning.

物体の相対位置又は地理的位置を決定するためのRFベースの識別及び位置検出システムは、概して、単一の物体又は物体の群を追跡するために、並びに個人を追跡するために使用される。従来の位置検出システムは、開放的な屋外環境における位置決定に使用されてきた。典型的には、RFベースの全地球測位システム(GPS)/全地球航法衛星システム(GNSS)、及び補助GPS/GNSSが使用される。しかしながら、従来の位置検出システムは、閉鎖的な(すなわち、屋内)環境において、並びに屋外環境において物体の位置を特定する際に、特定の不正確さに悩まされる。 RF-based identification and position detection systems for determining the relative or geographical location of an object are generally used to track a single object or group of objects, as well as to track an individual. Traditional position-fixing systems have been used for position-fixing in open outdoor environments. Typically, RF-based Global Positioning System (GPS) / Global Navigation Satellite System (GNSS), and Assisted GPS / GNSS are used. However, conventional position detection systems suffer from certain inaccuracies when locating objects in closed (ie, indoor) and outdoor environments.

セルラー無線通信システムは、屋内及びGPSにあまり適していない環境においてユーザ機器(UE)の位置を特定する様々な方法を提供する。最も正確な方法は、マルチラテレーション/三辺測量法に基づいた測位技法である。例えば、ロングタームエボリューション(LTE)規格リリース9は、DL−OTDOA(ダウンリンク観測到来時間差)を規定し、リリース11は、マルチラテレーション/三辺測量法から派生したU−TDOA(アップリンク到来時間差)技法を規定する。 Cellular radio communication systems provide various methods for locating user equipment (UEs) indoors and in less suitable environments for GPS. The most accurate method is a positioning technique based on multilateration / three-range multilateration. For example, Long Term Evolution (LTE) Standard Release 9 defines DL-OTDOA (Downlink Observation Arrival Time Difference), and Release 11 is U-TDOA (Uplink Arrival Time Difference) derived from the multilateration / three-range multilateration method. ) Define the technique.

時間同期誤差は位置特定精度に影響を及ぼすため、マルチラテレーション/三辺測量ベースのシステムの基本要件は、単一の共通基準時間に対するシステムの完全かつ正確な時間同期である。セルラーネットワークでは、DL−OTDOA及びU−TDOA位置特定法はまた、DL−OTDOAの場合は、複数のアンテナからの送信が時間同期されること、又はU−TDOAの場合は、複数の受信機が時間同期されることを必要とする。 Since time synchronization errors affect positioning accuracy, the basic requirement for a multilateration / ternary multilateration-based system is complete and accurate time synchronization of the system for a single common reference time. In cellular networks, the DL-OTDOA and U-TDOA localization methods also allow transmissions from multiple antennas to be time-synchronized in the case of DL-OTDOA, or multiple receivers in the case of U-TDOA. Requires time synchronization.

LTE規格リリース9及びリリース11は、位置特定のための時間同期の精度を規定しておらず、これを無線/セルラーサービスプロバイダに委ねている。一方、これらの規格は、測距精度に限界を与えている。例えば、10MHzの測距信号帯域幅を使用する場合、DL−OTDOAでは50メートルに対して67%の信頼性、U−TDOAでは100メートルに対して67%の信頼性が要求されている。 LTE standard releases 9 and 11 do not specify the accuracy of time synchronization for location identification, leaving this to the wireless / cellular service provider. On the other hand, these standards limit the distance measurement accuracy. For example, when using a ranging signal bandwidth of 10 MHz, DL-OTDOA is required to have 67% reliability for 50 meters, and U-TDOA is required to have 67% reliability for 100 meters.

上記の限界は、測距誤差と、例えば、時間同期誤差など精密同期の欠如によって生じた誤差とを組み合わせた結果である。関連するLTE試験仕様(3GPP TS 36.133バージョン10.1.0リリース10)及び他の文書から、同期誤差が均一に分散していると仮定して、時間同期誤差を推定することが可能である。そのような推定値の1つは、200ns(100nsのピークツーピーク)に達する。Voice over LTE(VoLTE)機能はまた、同期誤差が均一に分散していると仮定して、150ナノ秒(75nsのピークツーピーク)までのセルラーネットワーク同期を必要とすることに留意されたい。したがって、将来的には、LTEネットワークの時間同期精度は、150ns以内であると仮定されるであろう。 The above limits are the result of a combination of ranging errors and errors caused by lack of precision synchronization, such as 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 the time synchronization error, assuming that the synchronization error is evenly distributed. be. One such estimate reaches 200 ns (100 ns peak-to-peak). Note that the Voice over LTE (VoLTE) function also requires cellular network synchronization up to 150 nanoseconds (75 ns peak-to-peak), assuming that the synchronization errors are evenly distributed. Therefore, in the future, the time synchronization accuracy of LTE networks will be assumed to be within 150 ns.

距離位置精度に関しては、FCC指令NG911が、50メートル及び100メートルの位置精度要件を規定している。しかしながら、位置ベースサービス(LBS)市場では、屋内位置要件は、3メートルに対して67%の信頼性とはるかに厳格である。したがって、150nsの時間同期誤差(43nsの標準偏差)によってもたらされる測距誤差及び位置誤差は、3メートル測距誤差(10nsの標準偏差)よりもはるかに大きい。 Regarding distance position accuracy, FCC Directive NG911 specifies position accuracy requirements for 50 meters and 100 meters. However, in the location-based services (LBS) market, indoor location requirements are much more stringent with 67% reliability for 3 meters. Therefore, the distance measurement error and position error caused by the time synchronization error of 150 ns (standard deviation of 43 ns) are much larger than the distance measurement error of 3 meters (standard deviation of 10 ns).

セルラーネットワークの時間同期は、必須のFCC NG E911緊急位置要件を満たすのに十分であり得るが、この同期精度は、はるかにより正確な位置特定を必要とするLBS又はRTLSシステムユーザのニーズには不十分である。したがって当該技術分野には、LBS及びRTLSをサポートするために、セルラー/無線ネットワークの正確な時間同期の欠如によって生じる位置特定誤差を軽減するニーズが存在する。 Time synchronization of cellular networks may be sufficient to meet the mandatory FCC NG E911 emergency location requirements, but this synchronization accuracy is not suitable for the needs of LBS or RTLS system users who require much more accurate location. It is enough. Therefore, there is a need in the art to mitigate locating errors caused by the lack of accurate time synchronization of cellular / wireless networks to support LBS and RTLS.

LTE4G配備は、端末の利用可能な位置情報を用いる位置ベースサービス(LBS)をサポートするが、提案されている5G配備は、LBSの代わりに、Location−as−a−Service(Laas)データ配信をサポートする。このモデルによると、位置データは、通信サービスキャリアによって収集され、APIを介してクライアントが利用できるようにする。このアプローチは、企業顧客及び消費者の物理的位置データのプライバシーをより良好に保護することを意図しているが、多くの問題も生じる。 The LTE 4G deployment supports location-based services (LBS) that use the available location information of the terminal, while the proposed 5G deployment provides Location-as-a-Service (Laas) data delivery instead of LBS. to support. According to this model, location data is collected by the communication service carrier and made available to clients via the API. While this approach is intended to better protect the privacy of physical location data for enterprise customers and consumers, it also presents many problems.

5Gネットワークにおける測位は、UEデバイス内(デバイス中心)若しくはネットワーク中心のいずれかの方式で、又は両方(LTE規格による)で実行され得る。しかしながら、ネットワーク中心の選択肢は、他のアプローチに対していくつかの利点を有する。第1に、ネットワーク中心の測位により、より高度な位置決め技術を用い、UEデバイスで利用可能な計算能力を大幅に上回る計算能力で更新することができる。ネットワーク中心の測位はまた、測位アルゴリズムのアップグレード及び他の変更を容易に行えるようにする。UEデバイス内での測位は、(搬送波に対して)ロジスティック上の負荷を生じさせる傾向にある。これは、搬送波が必要な変更の実施をデバイスの製造業者に依存しており、デバイスの計算リソースはより限定されるためである。更に、ネットワーク中心の選択肢により、測位エンジンをバックグラウンドで連続的に実行することができ、最新の位置情報を低レイテンシで提供する、ユビキタス高精度測位が可能になり、その一方でまた、屋内及び都市回廊環境内を含むネットワークカバレッジエリアのあらゆる場所で位置情報を得ることが可能になる。また、ネットワーク中心の選択肢は、測位に必要な重い計算負荷をUEから除去するため、ネットワーク中心の測位は、デバイスの視点からよりエネルギー効率が高く、UEの電力消費を著しく改善する。 Positioning in a 5G network can be performed either within the UE device (device-centric), network-centric, or both (according to the LTE standard). However, network-centric options have some advantages over other approaches. First, network-centric positioning allows for more advanced positioning techniques to be updated with computing power that far exceeds the computing power available in UE devices. Network-centric positioning also facilitates positioning algorithm upgrades and other changes. Positioning within the UE device tends to create a logistical load (on the carrier). This is because the carrier relies on the device manufacturer to make the necessary changes and the computational resources of the device are more limited. In addition, network-centric options allow the positioning engine to run continuously in the background, enabling ubiquitous high-precision positioning that provides the latest location information with low latency, while also indoors and Location information can be obtained anywhere in the network coverage area, including within the urban corridor environment. Also, since the network-centric option removes the heavy computational load required for positioning from the UE, network-centric positioning is more energy efficient from a device perspective and significantly improves the power consumption of the UE.

具体的には、UEの電力消費の改善は、IoT(Internet of Things)アプリケーションを標的とする無線モデムにとって非常に重要である。これらのモデムはまた、電力を節約するために、(ネットワーク中心測位に加えて)更なるストラテジーを用いてよい。 Specifically, improving the power consumption of the UE is very important for wireless modems targeting IoT (Internet of Things) applications. These modems may also use additional strategies (in addition to network-centric positioning) to save power.

概して、無線ネットワークは、アップリンク到来時間差(TDOA)及びダウンリンクOTDOAという2つの測位法を用いる。アップリンク法は、UEによってネットワーク要素に送信される信号を使用し、ダウンリンク法は、ネットワーク要素からUEに送信される信号を使用する。具体的には、これらのネットワーク要素は、様々なタイプのセル(マクロ、小型、分散など)であり、信号は基準信号である。各方法は、それ独自のトレードオフを有し、環境に応じて、一方の方法は、他方の方法よりも有利であり得る。両方法が、マルチラテレーション位置特定法に依存する。しかし、ダウンリンクOTDOAの場合、セルタワー送信電力は、UE送信機電力よりも2桁の規模で高い。その結果、ダウンリンクOTDOA法は、よりユビキタスなカバレッジを提供する。同時に、アップリンク位置特定はまた、到来角(AoA)/到来方向(DoA)法をサポートすることができ、AoA/DoAは、UEからのアップリンク送信、及びeNodeB(別名、eNoB/eNB)アンテナアレイの既知の構成に基づいて測定される。このアプローチは、より高い位置特定精度の可能性を有するが、この精度は、特定セルのアンテナの特性に大きく依存する。一方、アップリンクTDOA法及びAoA法は、関連するUE送信がネットワーク要素、例えばeNoBによって受信され、収集され得るため、本質的にネットワーク中心である。 In general, wireless networks use two positioning methods: uplink arrival time difference (TDOA) and downlink OTDOA. The uplink method uses the signal transmitted by the UE to the network element, and the downlink method uses the signal transmitted from the network element to the UE. Specifically, these network elements are various types of cells (macro, small, distributed, etc.) and the signal is a reference signal. Each method has its own trade-offs, and depending on the environment, one method may be more advantageous than the other. Both methods rely on the multilateration positioning method. However, in the case of downlink OTDOA, the cell tower transmission power is two orders of magnitude higher than the UE transmitter power. As a result, the downlink OTDOA method provides more ubiquitous coverage. At the same time, uplink positioning can also support the arrival angle (AoA) / arrival direction (DoA) method, where AoA / DoA is the uplink transmission from the UE and the eNodeB (also known as eNoB / eNB) antenna. Measured based on the known configuration of the array. This approach has the potential for higher positioning accuracy, which is highly dependent on the characteristics of the antenna in the particular cell. On the other hand, the uplink TDOA and AoA methods are essentially network-centric because the associated UE transmission can be received and collected by a network element such as eNoB.

ダウンリンクOTDOAの従来の実施形態は、UE補助(例えば、3GPP 36.305 v14)又はUEベースのいずれかである。UE補助スキームでは、UEはダウンリンクタイミング測定を実行する必要がある。これらの測定は、複数のセルからの基準信号間の基準信号時間差(RSTD)を推定することを含む。次いで、これらの時間差が進化型サービングモバイル一センター(E−SMLC)と呼ばれるネットワーク要素に報告されて、更なる処理が行われる。その結果、RF伝播現象によって生じるダウンリンクタイミング測定誤差を軽減するためには、かなりの技術量が必要とされる。そうしなければ、UE測位精度は、大きな影響を受ける。しかしながら、そのような誤差を軽減するには、最新鋭の位置特定信号処理技術を用いる必要があり、UEリソースへの重い計算負荷というコストを伴う。したがって、より大きい計算リソースを有することをUEに要求せず、かつ搬送波及びUE製造業者にロジスティック上の負荷をもたらすことなく、ダウンリンクOTDOA性能を改善する必要性が存在する。 Conventional embodiments of downlink OTDOA are either UE-assisted (eg, 3GPP 36.305 v14) or UE-based. The UE auxiliary scheme requires the UE to perform downlink timing measurements. These measurements include estimating the reference signal time difference (RSTD) between reference signals from multiple cells. These time differences are then reported to a network element called the Evolved Serving Mobile Center (E-SMLC) for further processing. As a result, a considerable amount of skill is required to reduce the downlink timing measurement error caused by the RF propagation phenomenon. Otherwise, the UE positioning accuracy will be greatly affected. However, in order to reduce such an error, it is necessary to use the state-of-the-art position-specific signal processing technology, which involves a high computational load on UE resources. Therefore, there is a need to improve downlink OTDOA performance without requiring the UE to have larger computational resources and without causing a logistical load on the carrier and UE manufacturer.

同時に、Location−as−a−Service(Laas)データ配信を可能にするネットワーク中心アーキテクチャ、並びに、位置特定システムの信頼性及び位置測定精度を改善する、アップリンク/ダウンリンク又はダウンリンク/アップリンクを組み合わせたUE測位などこれまで不可能であった高度な機能を可能にするアーキテクチャに対するニーズが存在する。同一データに対して複数の位置特定技法が同時に実行されることを可能にし、かつ可能にする、このようなアーキテクチャに対する更なるニーズが存在する。最後に、このようなアーキテクチャは、全ネットワーク要素のデータベース全体を利用可能であるため、より多くのタワー及びインフラストラクチャを認識できることが必要である。 At the same time, a network-centric architecture that enables Location-as-a-Service (Laas) data distribution, as well as uplinks / downlinks or downlinks / uplinks that improve the reliability and location measurement accuracy of location systems. There is a need for an architecture that enables advanced features that were previously impossible, such as combined UE positioning. There is a further need for such an architecture that allows and enables multiple locating techniques to be performed simultaneously on the same data. Finally, such an architecture needs to be able to recognize more towers and infrastructure as the entire database of all network elements is available.

ユーザ機器(UE)としても知られる無線デバイスは、GPS、セルラー信号、Wi−Fi(WLAN)信号、ビーコン信号、並びに様々なパッシブセンサ及びアクティブセンサ、例えばジャイロセンサを含む、広範囲の技術を利用して、長距離位置情報を取得する。単一の技術で全ての地理的環境及び/又は性能要件に対処することはできないため、複数の技術を組み合わせて、ハイブリッド測位(別名、融合測位)にする。 Wireless devices, also known as user equipment (UEs), utilize a wide range of technologies, including GPS, cellular signals, Wi-Fi (WLAN) signals, beacon signals, and various passive and active sensors such as gyro sensors. And acquire long-distance position information. Since a single technology cannot address all geographic environment and / or performance requirements, combine multiple technologies into hybrid positioning (also known as fusion positioning).

加えて、アップリンク、ダウンリンク、及び拡張セルID測位、補助GNSS/GPS、三角測量、三辺測量、マルチラテーション、RFフィンガープリンティング、RSS(受信信号強度)など多数の測位法及び/又は技法が存在する。 In addition, numerous positioning methods and / or techniques such as uplink, downlink, and extended cell ID positioning, auxiliary GNSS / GPS, triangulation, trilateration, multilation, RF fingerprinting, RSS (received signal strength), etc. Exists.

全ての既存の無線通信ネットワークが複数の測位技術を統合するわけではないが、統合に向けた努力は、セルラー通信ネットワークにおいて最も高い。しかしながら、これらのネットワークの測位アーキテクチャ及び機能は、技術/方法/技術に固有であり、したがって、変化し続ける産業/顧客の要件に従う能力、及び/又はハイブリッド/融合測位など測位技術及び方法/技法の進歩を利用する能力を制限する。 Not all existing wireless communication networks integrate multiple positioning technologies, but efforts towards integration are highest in cellular communication networks. However, the positioning architectures and capabilities of these networks are technology / method / technology specific and therefore capable of meeting changing industry / customer requirements and / or positioning technologies and methods / techniques such as hybrid / fusion positioning. Limit your ability to take advantage of progress.

このアーキテクチャの断片化は、現在のセルラーネットワークストラテジーが、位置確認サーバとの通信時に低帯域幅を好むことに起因する。これは、当該位置で可視の各ネットワークノードの多数の受信信号強度インジケータ(RSSI)を収集し、この情報(データ)を位置確認サーバに送信して標的位置確定を決定する、RFフィンガープリンティングなど、確率的位置確認アルゴリズム及び方法の過去の人気を説明する。経時的に、顧客及びアプリケーションは、屋内を含む、より高レベルの性能を要求した(連邦通信委員会(FCC)からのFourth Report and Orderからの無線E911位置精度要件)。これは、標的移動シナリオにおける精度の低下などRFフィンガープリンティングの限界、いわゆるフィンガープリントマップを構築し、更新するために、面倒な人為的関与を持続的に必要とすること、更に、位置確認の曖昧性及びエラーフロア現象の存在を露呈させた。 This architectural fragmentation stems from current cellular network strategies that prefer low bandwidth when communicating with location servers. It collects a number of received signal strength indicators (RSSIs) for each network node visible at the location and sends this information (data) to a location server to determine target positioning, RF fingerprinting, etc. Explain the past popularity of stochastic positioning algorithms and methods. Over time, customers and applications have demanded higher levels of performance, including indoors (Radio E911 Position Accuracy Requirements from the Fourth Report and Order from the Federal Communications Commission (FCC)). This is the limit of RF fingerprinting, such as reduced accuracy in target movement scenarios, which requires persistently troublesome human involvement to build and update so-called fingerprint maps, and ambiguity in location confirmation. The existence of sex and error floor phenomena was revealed.

より高い位置精度及び信頼性に対する上記の要求に応答して、無線産業は、正確な測位の可能性を有する方法及び技術を配備した。無線通信ネットワークで最も広く使用されているのは、ダウンリンク及びアップリンク測位であり、到来時間(TOA)、到来時間差(TDOA)、飛行時間(TOF)、到来角(AOA)、及び受信信号位相の各技法が挙げられる。 In response to the above demands for higher position accuracy and reliability, the radio industry has deployed methods and techniques with the potential for accurate positioning. The most widely used wireless communication networks are downlink and uplink positioning: arrival time (TOA), arrival time difference (TDOA), flight time (TOF), arrival angle (AOA), and received signal phase. Each technique of.

より高精度の可能性はまた、より高度な計算要求を伴う。しかし、低帯域幅アプローチを黙認することにより、既存の無線通信ネットワークアーキテクチャでは、無線デバイス及び/又は特定(専用)ネットワーク要素/構成要素が、TOA、TDOA(別名、RSTD/RTOA)、TOF、AOAなど及びこれらのメトリック(すなわち、観測結果)を使用して測位計算を担うネットワーク位置確認サーバに送信される、観測結果を決定する必要がある。これは、常に進化する測位アルゴリズム/方法の導入を阻止し(計算リソースの制約のため)、測位性能の更なる改善を制限すると言えるほどに、無線デバイス及び/又は特定ネットワーク構成要素の計算リソースに重い負荷を課す。無線デバイス又は特定(専用)ネットワーク要素の計算上の制約は、限定的なサイズ、コスト、電力消費要件、並びにロジスティクス上の負荷及びHW/SWレガシーの制約から生じることに留意されたい。 The possibility of higher accuracy also entails more sophisticated computational requirements. However, by acknowledging the low bandwidth approach, in existing wireless communication network architectures, wireless devices and / or specific (dedicated) network elements / components are TOA, TDOA (also known as RSTD / RTOA), TOF, AOA. Etc. and these metrics (ie, observation results) need to be used to determine the observation results that are sent to the network location confirmation server responsible for positioning calculations. This prevents the introduction of ever-evolving positioning algorithms / methods (due to computational resource constraints) and limits the further improvement of positioning performance to the computational resources of wireless devices and / or specific network components. Imposing a heavy load. Note that the computational constraints of wireless devices or specific (dedicated) network elements arise from limited size, cost, power consumption requirements, as well as logistical loads and HW / SW legacy constraints.

単一の位置特定技術/方法を使用して顧客/アプリケーションの要求を満たすことができないため、無線産業は、2つ以上の技術/方法の組み合わせ、すなわちハイブリッドアプローチを用いている。しかしながら、ハイブリッド位置特定性能の利得は、本質的に増分的であり、顧客/アプリケーションの要求の全てに対処することはできない。例えば、GPS/GNSSとLTE DL OTDOAとを組み合わせると、屋外環境における測位が改善されるが、屋内環境においてはGPS/GNSSが動作しないため、屋内ではこのハイブリッド法は改善をもたらさない。 The wireless industry uses a combination of two or more technologies / methods, a hybrid approach, because a single location technology / method cannot be used to meet customer / application requirements. However, the gain of hybrid locating performance is incremental in nature and cannot meet all customer / application requirements. For example, combining GPS / GNSS and LTE DL OTDOA improves positioning in an outdoor environment, but does not bring improvement indoors because GPS / GNSS does not work in an indoor environment.

同時に、ハイブリッド位置確認は、コストを増大させ、電力消費及びソリューションの複雑性を増加させる。新たに出現したIoT(Internet of Things)アプリケーションは、非常に低コスト、小型、極めて低電力消費、低複雑性、及び広範な環境におけるユビキタスなカバレッジ、並びに建物の深窓の無線デバイス(センサ)を必要とする。これは、電池寿命が非常に重要であり、デバイスが典型的には、基板プロセッサ上で堅牢ではない、Cat−M及びNBIOT IOTベースのソリューションに特に該当する。他の課題としては、測位精度に影響を及ぼす長い休止時間、短い初回測位時間(TTFF)及び信号の狭帯域幅が挙げられる。続いて、追加コスト、電力消費、サイズの増加のためにハイブリッドソリューションを使用することはできない。加えて、深窓の建物環境と相まった狭信号帯域幅の影響を軽減するには、IoT無線デバイスには手が届かない、極めて多量の計算電力/リソースを必要とする、最先端のアルゴリズムを必要とする。したがって、低コストで長い電池寿命に対する適切な位置ソリューションは存在しない。 At the same time, hybrid location increases costs, power consumption and solution complexity. Newly emerging IoT (Internet of Things) applications require very low cost, small size, extremely low power consumption, low complexity, and ubiquitous coverage in a wide range of environments, as well as deep window wireless devices (sensors) in buildings. And. This is especially relevant for Cat-M and NBIOT IOT-based solutions where battery life is very important and the device is typically not robust on the board processor. Other issues include long downtime, short initial positioning time (TTFF), and narrow signal bandwidth that affect positioning accuracy. Subsequently, hybrid solutions cannot be used due to additional costs, power consumption, and increased size. In addition, mitigating the effects of narrow signal bandwidth combined with deep-window building environments requires state-of-the-art algorithms that are out of reach of IoT wireless devices and require extremely large amounts of computational power / resources. And. Therefore, there is no suitable location solution for low cost and long battery life.

今日のWLANアクセスポイント(AP)は、送信機及び受信機にある複数のアンテナ、並びに最先端の位置確認を可能にする信号構造を特徴とする。したがって、Wi−Fi及びLTE信号の両方を用いて、室内環境のハイブリッド測位を使用することが考えられる。しかしながら、最先端の標的位置確認はWLANインフラストラクチャによって実行され、LTE標的位置確認は、典型的には、無線デバイスとLTEインフラストラクチャ測位サーバとの間で分割される。また、Wi−Fi及びLTEのハイブリッドは、Wi−Fiの中間結果とLTEの中間結果とを組み合わせて、標的位置を最終決定する追加処理を必要とするであろう。 Today's WLAN access points (APs) feature multiple antennas on transmitters and receivers, as well as signal structures that allow for state-of-the-art location. Therefore, it is conceivable to use hybrid positioning in an indoor environment using both Wi-Fi and LTE signals. However, state-of-the-art target locating is performed by the WLAN infrastructure, and LTE target locating is typically split between the wireless device and the LTE infrastructure positioning server. Also, the Wi-Fi and LTE hybrids will require additional processing to finalize the target position by combining the Wi-Fi intermediate results and the LTE intermediate results.

無線デバイスの一方の選択肢は、全てのWi−Fi中間計算及びLTE中間計算を実行し、結果をLSUサーバに送信して、標的位置を決定することである。無線デバイスの他方の選択肢は、全ての計算を実行して、その独自の位置を決定することである。無線デバイスの計算リソースの制約を考慮すると、いずれの選択肢も、高度な測位技術をサポートするのに好適ではない。 One option for wireless devices is to perform all Wi-Fi and LTE intermediate calculations and send the results to the LSU server to determine the target location. The other option for wireless devices is to perform all calculations to determine their unique location. Given the computational resource constraints of wireless devices, neither option is suitable for supporting advanced positioning techniques.

更に、WLANインフラストラクチャの別の選択肢は、中間情報及び/又は他の位置特定情報をLSUに提供して、無線デバイスの位置を決定することである。しかしながら、この選択肢は、計算負荷及びロジスティック上の負荷(アルゴリズム/処理の更新、WLAN及びLTEの調整など)をWLANインフラストラクチャに課す。 In addition, another option for the WLAN infrastructure is to provide the LSU with intermediate information and / or other location information to determine the location of the wireless device. However, this option imposes computational and logistical loads (algorithm / processing updates, WLAN and LTE tuning, etc.) on the WLAN infrastructure.

GPS/GNSS位置特定技術は、無線デバイスの位置確認ソリューションの重要な部分である。GPS/GNSSは屋内環境及び高密度な都市環境では機能しないのに対して、その精度は、農村環境及び郊外環境において一致しない。更に、補助GPS/GNSS(AGPS/AGNSS)法(モード)は、精度/信頼性が低下するものの、多くの高密度な都市環境へとGPS/GNSS機能を拡張する。セルラーネットワークは、AGPS/AGNSSモードで動作することができるように、GPS/GNSS受信機を装備した無線デバイスに必要な補助データを提供する。これらの受信機はまた、位置計算が行われるネットワークの位置サーバに送信される擬似範囲、疑似ドップラーなど観測結果の判定を担う。あるいは、無線デバイス(GPS/GNSS)受信機はスタンドアローン動作を実行することができ、セルラーネットワークの補助を受けて、又は補助を受けずに、自身の位置を計算する。 GPS / GNSS locating technology is an important part of wireless device locating solutions. GPS / GNSS does not work in indoor and dense urban environments, whereas its accuracy does not match in rural and suburban environments. In addition, the assisted GPS / GNSS (AGPS / AGNSS) method (mode) extends GPS / GNSS functionality to many high-density urban environments, albeit with reduced accuracy / reliability. The cellular network provides the necessary auxiliary data for wireless devices equipped with GPS / GNSS receivers so that they can operate in AGPS / AGNSS mode. These receivers are also responsible for determining observation results such as pseudo-range, pseudo-Doppler, etc. transmitted to the location server of the network where the location calculation is performed. Alternatively, the wireless device (GPS / GNSS) receiver can perform stand-alone operations and calculate its location with or without the assistance of a cellular network.

したがって、ネットワーク補助GPS/GNSS動作は、各無線デバイスのGPS/GNSS受信機とネットワークインフラストラクチャとの間のシグナリングに依存し、同時に、観測結果及びそのメトリックを計算するために極めて多量の計算リソースを要求し、また、スタンドアローン動作モードでは、観察結果及びデバイス自身の位置の両方を計算するために、更により多くの計算リソースが必要である。いずれの選択肢も、受信機のコスト、サイズ、及び電力排出を増加させる。 Therefore, network assisted GPS / GNSS operation depends on the signaling between the GPS / GNSS receiver of each wireless device and the network infrastructure, and at the same time requires a very large amount of computational resources to calculate the observation results and their metrics. Also required, and in stand-alone operating mode, even more computational resources are needed to calculate both the observations and the position of the device itself. Both options increase the cost, size, and power emissions of the receiver.

Bluetooth、Terrestrial Beacon Systemなど他の技術もまた、無線ネットワークにおける位置確認に使用される。セルラーネットワークに統合されると、上記の無線デバイス測位低通信帯域幅ストラテジーのために、これらの技術固有の機能は、無線デバイス及びネットワーク要素全体に広がる。これは、無線ネットワーク測位性能の将来の進歩を妨げ、顧客/アプリケーションの性能要求を満たすことに失敗し、無線デバイス及び/又はネットワーク構成要素への重い計算負荷、新しい高度なアルゴリズムをサポートするためのネットワーク及びHW/SWレガシーの制約へのロジスティック上の負荷を課す。 Other technologies such as Bluetooth and Terrestrial Beacon System are also used for location in wireless networks. Once integrated into a cellular network, due to the wireless device positioning low communication bandwidth strategy described above, these technology-specific features extend across wireless devices and network elements. This hinders future advances in wireless network positioning performance, fails to meet customer / application performance requirements, heavy computational load on wireless devices and / or network components, to support new advanced algorithms. It imposes a logistical load on network and HW / SW legacy constraints.

高度な無線ネットワークアーキテクチャ、例えば、5G(統一された、より能力の高い、新たな無線のグローバル3GPP規格)は、Location−as−a−Service(LaaS)データ配信を企図し、それにより、無線デバイスは、特に保護された物理的位置データのためにコンピューティングクラウド及びLaaSへのゲートウェイとして機能する。しかしながら、現在の測位アーキテクチャの断片化は、上記の欠陥及び物理的位置データのセキュリティに関する懸念のために、LaaSのサポートには適さない。 Advanced wireless network architectures, such as 5G (a unified, more powerful, new global 3GPP standard for wireless), are intended for Location-as-a-Service (LaaS) data distribution, thereby wireless devices. Acts as a gateway to the computing cloud and LaaS, especially for protected physical location data. However, the fragmentation of current positioning architectures is not suitable for supporting LaaS due to the above defects and security concerns of physical location data.

したがって当該技術分野には、包括的な無線デバイス無線信号、ハイブリッド/融合位置確認を含む測位技術、方法/技法に対応するであろう、統一フレームワーク/プラットフォーム(アーキテクチャ、機能エンティティ、及び動作)に対するニーズが存在する。主な利益は、より優れた位置確認精度、信頼性、エネルギー効率の良い無線デバイス、Location−as−a−Service(LaaS)データ配信、セキュリティの強化、新機能開発の促進、ロジスティック上の負荷及びレガシー制約の低減、モバイルデバイス及び/又は個々のネットワークのインフラストラクチャ要素で利用可能な計算能力を大幅に上回る、拡張可能な計算能力である。 Therefore, the art is for a unified framework / platform (architecture, functional entities, and operations) that will support comprehensive wireless device radio signals, positioning technologies, including hybrid / fusion location, methods / techniques. There is a need. The main benefits are better location accuracy, reliability, energy efficient wireless device, Network-as-a-Service (LaaS) data distribution, enhanced security, promotion of new function development, logistic load and Expandable computing power that significantly exceeds the computing power available in the infrastructure elements of mobile devices and / or individual networks with reduced legacy constraints.

本開示は、既存のシステムに関連する短所のうちの1つ以上を実質的に取り除く、リアルタイム位置特定サービス(RTLS)システムなど、無線周波数(RF)ベースの物体の識別、追跡、及び位置特定のための方法及びシステムに関する。本方法及びシステムは、部分的に同期された(時間的に)受信機及び/又は送信機を使用することができる。一実施形態によると、RFベースの追跡及び位置特定は、セルラーネットワーク内で実施されるが、任意の無線システム及びRTLS環境においても実施され得る。提案されるシステムは、ソフトウェアによるデジタル信号処理及びソフトウェア無線(SDR)技術を使用することができる。デジタル信号処理(DSP)もまた使用することができる。 This disclosure substantially eliminates one or more of the disadvantages associated with existing systems for identifying, tracking, and locating radio frequency (RF) -based objects, such as real-time locating service (RTLS) systems. Regarding methods and systems for. The method and system can use partially synchronized (temporal) receivers and / or transmitters. According to one embodiment, RF-based tracking and relocation is performed within a cellular network, but can also be performed in any wireless system and RTLS environment. The proposed system can use software-defined digital signal processing and software defined radio (SDR) technology. Digital signal processing (DSP) can also be used.

本明細書に記載の1つのアプローチは、各クラスタ内で精密に時間同期された受信機及び/又は送信機のクラスタを用いるが、クラスタ間時間同期の精密度は、かなり低い、又は全く要求されていない場合がある。本実施形態は、全ての無線システム/ネットワークで使用されることができ、単信動作モード、半二重動作モード、及び全二重動作モードを含む。以下に記載の実施形態は、OFDM変調及び/又はその派生物など様々な変調タイプを用いる無線ネットワークで動作する。したがって、以下に記載の実施形態は、LTEネットワークで動作し、他の無線システム/ネットワークにも適用可能である。 One approach described herein uses clusters of receivers and / or transmitters that are precisely time synchronized within each cluster, but the precision of time synchronization between clusters is fairly low or required at all. It may not be. This embodiment can be used in all wireless systems / networks and includes simplex operating modes, half-duplex operating modes, and full-duplex operating modes. The embodiments described below operate in wireless networks using various modulation types such as OFDM modulation and / or derivatives thereof. Therefore, the embodiments described below operate in LTE networks and are also applicable to other wireless systems / networks.

一実施形態で説明するように、3GPP LTEセルラーネットワークで実施されるRFベースの追跡及び位置特定は、精密に同期された(時間的に)受信機及び/又は送信機クラスタから大きな利益を得る。提案されるシステムは、ソフトウェア及び/又はハードウェアによるデジタル信号処理を使用することができる。 As described in one embodiment, RF-based tracking and localization performed in a 3GPP LTE cellular network benefits significantly from precisely synchronized (temporal) receiver and / or transmitter clusters. The proposed system can use digital signal processing by software and / or hardware.

いくつかの実施形態で説明するように、ネットワーク中心のアーキテクチャは、LaaSデータ配信をサポートし、全ての信号処理及び位置推定がクラウド内、すなわち、UE及び/又はeNodeBの外側で行われるときに、5G及び他のネットワーク用に設計される。これをどのように行うことができるかに関して、いくつかの選択肢が存在する。アップリンク位置特定の場合、関連するUE基準信号送信は、マクロ環境ではeNodeB、他の環境ではLMUによって収集/前処理され、位置特定サーバユニット(LSU)に転送されて更に処理され、UEの位置が決定され得る。ダウンリンク(OTDOA)の場合、ダウンリンク基準信号の収集及び前処理のタスクは、UEによって実行されてよい。次いで、UEは、収集したダウンリンクデータをLSUに送信してよい。ダウンリンク(OTDOA)の場合、UEはまた、制御プレーン及び/又はLTEユーザ(データ)プレーンを使用して、LSUとの通信を処理してよい。したがって、シグナリングは、OMA Secure User Plane Location(SUPL)プロトコル及び/又は3GPP、例えばLTE Positioning Protocol(LPP)に則してよい。アップリンクAoA/DoAの場合、eNodeBは、LPPa及びSLmAP(SLmアプリケーションプロトコル)プロトコル又はMTTQを使用して、LSUとの通信を処理してよい。 As described in some embodiments, the network-centric architecture supports LaaS data delivery, when all signal processing and location estimation is done in the cloud, i.e. outside the UE and / or eNodeB. Designed for 5G and other networks. There are several options as to how this can be done. For uplink location identification, the associated UE reference signal transmission is collected / preprocessed by eNodeB in the macro environment and LMU in other environments, transferred to the location server unit (LSU) for further processing, and the location of the UE. Can be determined. In the case of downlink (OTDOA), the task of collecting and preprocessing the downlink reference signal may be performed by the UE. The UE may then send the collected downlink data to the LSU. In the case of downlink (OTDOA), the UE may also use the control plane and / or the LTE user (data) plane to handle communication with the LSU. Therefore, signaling may be in accordance with the OMA Secure User Plane Localization (SUPL) protocol and / or 3GPP, such as the LTE Positioning Protocol (LPP). For uplink AoA / DoA, the eNodeB may use LPPa and SLmAP (SLm application protocol) protocols or MTTQ to process communication with the LSU.

いくつかの実施形態で説明するように、このネットワーク中心アーキテクチャは、これまで不可能であった高度な機能を可能にし得る。これらの機能には、(a)ダウンリンクOTDOAを用いて、サービングセル/タワーとUEとアップリンクAoA/DoAとの間の距離を測定してUEの位置を決定し、その一方で、追跡アルゴリズム/技術を用いることによって、このアップリンク/ダウンリンクUE測位に対するOTDOA同期誤差の影響を軽減すること、(b)アップリンクAoA/DoAに加えてRTT(ラウンドトリップタイム)(別名、タイムアドバンス((TA又はTADV)法を使用してUE位置を決定する場合に、追跡アルゴリズム/技術を用いて、UE測位を改善すること、及び(c)追跡アルゴリズム/技術を用いて、ダウンリンクOTDOA位置特定法における同期誤差を推定し、修正/軽減することが挙げられる。 As described in some embodiments, this network-centric architecture can enable advanced features previously not possible. For these functions, (a) downlink OTDOA is used to measure the distance between the serving cell / tower and the UE and the uplink AoA / DoA to determine the position of the UE, while the tracking algorithm / By using the technology, the influence of the OTDOA synchronization error on the uplink / downlink UE positioning can be reduced, and (b) RTT (round trip time) (also known as time advance (also known as time advance) ((TA)) in addition to the uplink AoA / DoA. Alternatively, when the UE position is determined using the TADV) method, the tracking algorithm / technique is used to improve the UE positioning, and (c) the tracking algorithm / technique is used in the downlink OTDOA positioning method. Estimating the synchronization error and correcting / reducing it.

いくつかの実施形態で説明するように、ダウンリンク(OTDOA)UE位置特定法は、マルチラテレーション技法/方法(別名、双曲線航法)を用いるナビゲーションプロセッサを含む。このマルチラテレーション技法は、多数の双曲線(RSTD/TDOA)方程式を解くことを伴う。反復法及び非反復(閉鎖形態)の解が存在する。一実施形態では、使用可能な(聴取可能な)基準点(基地局)の数を分割して、3つのRSTD/TDOAサブセットの複数のセットを有し、サブセットごとに閉鎖形態の解を見出すハイブリッドアプローチが記載される。その後、位置整合アルゴリズムを用いて、位置確定を最終決定することができる。第2の実施形態では、位置確定は、RSTD/TDOA値の同一セットからの反復及び非反復解の組み合わせを利用して改善されてよい。第3の実施形態では、アップリンクAoA/DoA推定値及びRTTを用いることにより、反復アルゴリズム及び非反復アルゴリズムに基づいて、UE位置について初期位置推定を決定してよい。 As described in some embodiments, the downlink (OTDOA) UE positioning method includes a navigation processor that uses a multilateration technique / method (also known as hyperbolic navigation). This multilateration technique involves solving a large number of hyperbolic (RSTD / TDOA) equations. There are iterative and non-repetitive (closed forms) solutions. In one embodiment, a hybrid that divides the number of available (audible) reference points (base stations) into multiple sets of three RSTD / TDOA subsets and finds a closed form solution for each subset. The approach is described. The position determination can then be finalized using a position matching algorithm. In a second embodiment, positioning may be improved by utilizing a combination of iterative and non-repetitive solutions from the same set of RSTD / TDOA values. In a third embodiment, the uplink AoA / DoA estimates and RTT may be used to determine initial position estimates for UE positions based on iterative and non-repetitive algorithms.

いくつかの実施形態で説明するように、無線ネットワーク環境は、2つの高電力セルのみを使用して、広範囲に大量のRF信号を送り込むため、少なくとも3つの基準点を必要とする(2D位置特定の場合)マルチラテレーション法に従わずに、位置確定を得ることが多い。したがって、RTTが使用可能である場合、UEは、サービングセクタの方位角ビーム幅及びRTT/2範囲によって定義される弧に沿って位置する。AoA/DoA推定値が使用可能である場合、UE位置は、双曲線と弧との交点付近で決定され得る。これらの方法の両方を使用してよい。RTT又はAoA/DoAのいずれの推定値も使用可能でない場合、UE位置は、選択された双曲線上の各セル/タワー(セクタ)に対応する交点をスコアリングすることによって決定され、各タワー(セクタ)のスコアとなる。スコアリングは、セルが向いている方向と双曲線上の点への方向との角度差、及び各点から対応するセル/タワーまでの距離に基づいている。スコアは、これらの対応するセル/タワーのSNRに従って重み付けされ得る。 As described in some embodiments, a wireless network environment requires at least three reference points to deliver a large amount of RF signals over a wide area using only two high power cells (2D localization). In many cases, position determination is obtained without following the multilateration method. Therefore, when RTT is available, the UE is located along the arc defined by the azimuth beamwidth of the serving sector and the RTT / 2 range. If AoA / DoA estimates are available, the UE position can be determined near the intersection of the hyperbola and the arc. Both of these methods may be used. If neither RTT nor AoA / DoA estimates are available, the UE position is determined by scoring the intersections corresponding to each cell / tower (sector) on the selected hyperbola and each tower (sector). ). Scoring is based on the angular difference between the direction the cell is facing and the direction to a point on the hyperbola, and the distance from each point to the corresponding cell / tower. Scores can be weighted according to the SNR of these corresponding cells / towers.

いくつかの実施形態で説明するように、LSUは、UEとのシグナリング及び情報交換用に構成されている通信プロセッサ、eNodeB、及び/又はネットワーク要素を含んでよい。シグナリングは、OMA SUPLプロトコル及び/若しくは3GPP LPP/LPPa、又はLPP、LPPa、及びSUPLの組み合わせ、並びにネットワークとの通信に使用される、若しくは使用され得る他のプロトコル、例えば、LCS−APプロトコルに則してよい。 As described in some embodiments, the LSU may include a communication processor, eNodeB, and / or network elements that are configured for signaling and information exchange with the UE. Signaling conforms to the OMA SUPL protocol and / or 3GPP LPP / LPPa, or a combination of LPP, LPPa, and SUPL, and other protocols used or may be used to communicate with the network, such as the LCS-AP protocol. You can do it.

いくつかの実施形態で説明するように、LSU構成要素は、メモリに記憶され、通信ネットワークのエッジに位置する4.5G MEC(モバイルエッジコンピューティング)サーバのプロセッサ上で実行するように構成されている命令であってよい。LSU構成要素は、4.5G MEC上のホスト型アプリとして統合されてよい。5G配備では、LSU構成要素は、コアネットワークコンピューティングクラウド内でホストされてよい。コアネットワークコンピューティングクラウド内でホストされているLSUはLaaSデータ配信をサポートしてよく、それにより、UEは、コアネットワークコンピューティングクラウド及び保護された物理位置データ専用のLaaSへのゲートウェイとして機能する。 As described in some embodiments, the LSU components are stored in memory and configured to run on the processor of a 4.5G MEC (Mobile Edge Computing) server located at the edge of the communication network. It may be an instruction. LSU components may be integrated as hosted apps on 4.5G MEC. In 5G deployments, LSU components may be hosted within the core network computing cloud. LSUs hosted within the core network computing cloud may support LaaS data delivery, whereby the UE acts as a gateway to the core network computing cloud and LaaS dedicated to protected physical location data.

いくつかの実施形態で説明するように、LSUは、ダウンリンク信号プロセッサ並びにアップリンク信号プロセッサ、及びナビゲーションプロセッサを含んでよい。 As described in some embodiments, the LSU may include a downlink signal processor as well as an uplink signal processor and a navigation processor.

いくつかの実施形態で説明するように、統一フレームワーク/プラットフォームは、例えば、セルラー、WLANなど1つ以上の無線通信ネットワーク、及び/又はGPS/GNSS、Terrestrial Beaconシステムなど1つ以上の専用の位置特定システムからなる環境において無線デバイスの測位を同時にサポートする。 As described in some embodiments, a unified framework / platform is one or more wireless communication networks such as cellular, WLAN, and / or one or more dedicated locations such as GPS / GNSS, Satellite Beamon systems. Simultaneously supports positioning of wireless devices in an environment consisting of a specific system.

いくつかの実施形態で説明するように、統一フレームワーク/プラットフォームが、無線デバイス、及び/又は特定(専用)ネットワーク要素(WLAN AP、eNodeB、LMU、E−SMLCなど)の外部での全ての信号処理、位置確認、追跡、及びナビゲーションタスクを実行し、無線デバイス及び/又はネットワーク要素が、無線デバイスの位置確認、追跡、及びナビゲーションに使用される信号のスナップショットの収集及び前処理を担う。 As described in some embodiments, the unified framework / platform provides all signals outside the wireless device and / or specific (dedicated) network elements (WLAN AP, eNodeB, LMU, E-SMLC, etc.). Performing processing, locating, tracking, and navigation tasks, wireless devices and / or network elements are responsible for collecting and preprocessing snapshots of signals used for locating, tracking, and navigating wireless devices.

いくつかの実施形態で説明するように、信号処理、位置確認、追跡、及びナビゲーションの全てはLSU内で実行され、信号のスナップショットの前処理は、LSUにスナップショットデータを送信すること、及び任意選択的に圧縮動作を行って、LSUに送信されるスナップショットデータの量を低減することを含む。 As described in some embodiments, signal processing, location identification, tracking, and navigation are all performed within the LSU, and preprocessing of signal snapshots involves sending snapshot data to the LSU, and It includes optionally performing a compression operation to reduce the amount of snapshot data sent to the LSU.

本明細書のいくつかの実施形態で説明するように、LSUは、次のとおりである。
1.ネットワークインフラストラクチャ又は事業者のIPサービスネットワークの内部に配備されてよい。
2.クラウドコンピューティングベースの集中型無線アクセスネットワーク(C−RAN)ベースバンド処理のエッジ施設のサーバに配備されてよく、ホスト型アプリケーションとして統合されてよい。
3.セキュアなリモートインターネット接続を介して、ネットワークのコンピューティングクラウド及び/又は事業者のサービスネットワーククラウド内でホストされてよい。
4.セキュアなリモートインターネット接続を介して、1つ以上の事業者のネットワークインフラストラクチャ及び/又はIPサービスネットワークに接続された、完全にホストされ、管理されたクラウドサービスであってよい。
5.CBRS、Licensed Assisted Accessネットワーク、又はWLANネットワークなどスタンドアローンのプライベートネットワークによってホストされてよい。
後3つの実施形態は、LaaSデータ配信をサポートする。
As described in some embodiments herein, the LSUs are:
1. 1. It may be deployed inside the network infrastructure or the operator's IP service network.
2. It may be deployed on a server in a cloud computing-based centralized radio access network (C-RAN) baseband processing edge facility and integrated as a hosted application.
3. 3. It may be hosted within the computing cloud of the network and / or the service network cloud of the operator via a secure remote internet connection.
4. It may be a fully hosted and managed cloud service connected to one or more operators' network infrastructure and / or IP service network via a secure remote internet connection.
5. It may be hosted by a stand-alone private network such as a CBRS, a Selected Access Access network, or a WLAN network.
The latter three embodiments support LaaS data delivery.

無線ネットワークに関連して、ダウンリンク通信は、常に、1つ以上のネットワークのノード(セル基地局、WLAN AP、衛星など)から信号を受信する、無線デバイスである。同時に、アップリンク通信は、常に、無線デバイスから/無線デバイスによって送信される信号を受信する、1つ以上のネットワークのノード(セル基地局、WLAN APなど)及び/又は専用インフラストラクチャ要素(LMU)である。ダウンリンク信号を用いる無線デバイスの位置確認プロセスは、ダウンリンク測位と呼ばれる。同様に、アップリンク信号を用いる位置確認プロセスは、アップリンク測位と呼ばれる。 In connection with wireless networks, downlink communication is a wireless device that always receives signals from nodes in one or more networks (cell base stations, WLAN APs, satellites, etc.). At the same time, uplink communication always receives signals transmitted from / by the wireless device to one or more network nodes (cell base stations, WLAN APs, etc.) and / or dedicated infrastructure elements (LMUs). Is. The process of locating a wireless device using a downlink signal is called downlink positioning. Similarly, the positioning process using the uplink signal is called uplink positioning.

特定のネットワーク(システム)の測位に関連して、無線デバイスの位置確認に使用される信号は、典型的には、ダウンリンク又はアップリンクのいずれか、例えば、GPS/GNSS、Terrestrial Beaconシステムなどである。 The signals used to locate wireless devices in connection with the positioning of a particular network (system) are typically either downlink or uplink, such as GPS / GNSS, Terrestrial Beacon systems, etc. be.

本明細書のいくつかの実施形態で説明するように、統一フレームワーク/プラットフォームは以下を実行する。
1.無線デバイス及び/又は特定(専用)ネットワーク要素から重い計算負荷を軽減する。
2.現在及び将来のネットワークアーキテクチャ/環境についてLaaSを可能にする。
3.(既存のアーキテクチャを使用して)これまで不可能であった高度な機能、例えば、位置特定システムの信頼性及び位置確定精度を改善する、アップリンク/ダウンリンク又はダウンリンク/アップリンクを組み合わせた測位などを可能にする。
4.拡張可能な(事実上無制限の)計算帯域幅及びリソースを提供して、新しい高度な位置特定技術をサポートする。
5.複数ネットワークの管理及びインターフェース、新しい技術のアップグレード、及びHW/SWレガシーの制約に関連するロジスティック上の負荷を低減する。
6.機械学習を可能にして、位置確認の信頼性及び位置確定精度を向上させる。
7.無線デバイス測位プロセスをバックグラウンドで連続的に実行することができる。
8.履歴データ及びクラウドソーシングを活用する。
したがって、低レイテンシで、かつ無線デバイスの電力消費に悪影響を与えることなく最新の位置情報を提供する、ユビキタス高精度測位が可能になる。
As described in some embodiments herein, the unified framework / platform implements:
1. 1. Reduce heavy computational load from wireless devices and / or specific (dedicated) network elements.
2. Enable LaaS for current and future network architectures / environments.
3. 3. Combined uplink / downlink or downlink / uplink that improves the reliability and positioning accuracy of locating systems, such as advanced features that were previously impossible (using existing architectures). Enables positioning and so on.
4. It provides scalable (virtually unlimited) computational bandwidth and resources to support new advanced locating technologies.
5. Reduce the logistical load associated with multi-network management and interfaces, new technology upgrades, and HW / SW legacy constraints.
6. It enables machine learning and improves the reliability of position confirmation and the accuracy of position determination.
7. The wireless device positioning process can be run continuously in the background.
8. Utilize historical data and crowdsourcing.
Therefore, ubiquitous high-precision positioning that provides the latest position information with low latency and without adversely affecting the power consumption of the wireless device becomes possible.

いくつかの実施形態で説明するように、LSUは、1つ以上の無線デバイス及び/又は1つ以上のネットワークの特定(専用)要素からのスナップショットデータで動作する信号プロセッサのうちの1つ以上を含んでよい。 As described in some embodiments, the LSU is one or more of signal processors operating on snapshot data from one or more wireless devices and / or one or more network specific (dedicated) elements. May include.

いくつかの実施形態で説明するように、LSUの1つ以上の信号プロセッサは、ダウンリンク及び/又はアップリンクスナップショットデータで動作する。 As described in some embodiments, one or more signal processors in the LSU operate on downlink and / or uplink snapshot data.

いくつかの実施形態で説明するように、LSUはまた、ナビゲーションプロセッサ(別名、測位エンジン)を含み、このプロセッサは、1つ以上の信号プロセッサから出力を受信し、多数の位置確認(測位)方法/技法/技術、例えば、複数の方法、技法、及び技術の組み合わせ、すなわちハイブリッド測位を用いることによって位置推定及び位置追跡計算を実行する。 As described in some embodiments, the LSU also includes a navigation processor (also known as a positioning engine), which receives output from one or more signal processors and numerous positioning methods. Perform position estimation and position tracking calculations by using a combination of / techniques / techniques, eg, multiple methods, techniques, and techniques, ie hybrid positioning.

いくつかの実施形態で説明するように、LSU信号プロセッサ及び測位エンジンはまた、補助/支援情報を受信する。 As described in some embodiments, the LSU signal processor and positioning engine also receive auxiliary / assist information.

いくつかの実施形態で説明するように、LSUの信号プロセッサは、測位エンジンの一部であってよい。 As described in some embodiments, the LSU signal processor may be part of a positioning engine.

いくつかの実施形態で説明するように、LSUは、無線デバイス並びに/又は1つ以上のネットワーク及び1つ以上のネットワーク内のネットワークの特定(専用)要素とのシグナリング及び情報交換用に構成されている通信プロセッサを含んでよい。例えば、シグナリングは、OMA SUPLプロトコル及び/又は3GPP LPP/LPPaプロトコル、MTTQなどに則してよい。 As described in some embodiments, the LSU is configured for signaling and information exchange with wireless devices and / or specific (dedicated) elements of one or more networks and networks within one or more networks. It may include a communication processor. For example, signaling may be in accordance with the OMA SUPL protocol and / or the 3GPP LPP / LPPa protocol, MTTQ, and the like.

実施形態の更なる特徴及び利点は、以下の説明に記載されており、一部は説明から明らかとなる、又は実施形態の実施によって習得され得る。実施形態の利点は、本明細書の記載及び特許請求の範囲、並びに添付の図面において特に指摘された構造によって実現され、達成されるであろう。 Further features and advantages of the embodiments are described in the following description, some of which may be apparent from the description or may be learned by implementing the embodiments. The advantages of the embodiments will be realized and achieved by the description and claims herein, as well as the structures specifically pointed out in the accompanying drawings.

前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも例示的かつ説明目的あり、特許請求される実施形態の更なる説明を提供することを意図していることを理解されたい。 It should be understood that both the above overview and the following detailed description are exemplary and purposeful and are intended to provide a further description of the claimed embodiment.

添付の図面は、実施形態の理解を深めるために含まれ、本明細書に組み込まれ、かつその一部を構成するが、かかる図面は、いくつかの実施形態を示し、説明と合わせて見ると、実施形態の諸原理を説明するのに役立つであろう。 The accompanying drawings are included to provide a better understanding of the embodiments, are incorporated herein by reference, and form part thereof, but such drawings show some embodiments and are viewed in conjunction with the description. , Will help explain the principles of the embodiments.

一実施形態による、狭帯域測距信号の周波数成分を示す。The frequency component of the narrow band ranging signal according to one embodiment is shown. 一実施形態による、狭帯域測距信号の周波数成分を示す。The frequency component of the narrow band ranging signal according to one embodiment is shown. 例示的な広帯域測距信号の周波数成分を示す。The frequency components of an exemplary broadband ranging signal are shown. 一実施形態による、RF移動追跡及び位置特定システムのマスターユニット及びスレーブユニットのブロック図を示す。A block diagram of a master unit and a slave unit of an RF movement tracking and locating system according to an embodiment is shown. 一実施形態による、RF移動追跡及び位置特定システムのマスターユニット及びスレーブユニットのブロック図を示す。A block diagram of a master unit and a slave unit of an RF movement tracking and locating system according to an embodiment is shown. 一実施形態による、RF移動追跡及び位置特定システムのマスターユニット及びスレーブユニットのブロック図を示す。A block diagram of a master unit and a slave unit of an RF movement tracking and locating system according to an embodiment is shown. 合成された広帯域ベースバンド測距信号の一実施形態を示す。An embodiment of a synthesized wideband baseband ranging signal is shown. 一実施形態による、キャンセルによる信号の先行部分の消去を示す。The erasure of the preceding portion of the signal by cancellation according to one embodiment is shown. 一実施形態による、より少ない搬送波での先行部分のキャンセルを示す。It shows the cancellation of the preceding part with less carrier according to one embodiment. 一方向の伝達関数の位相の一実施形態を示す。An embodiment of the phase of the unidirectional transfer function is shown. 位置特定法の一実施形態を示す。An embodiment of the position identification method is shown. LTE基準信号マッピングを示す。The LTE reference signal mapping is shown. 拡張セルID+RTT位置特定技法の一実施形態を示す。An embodiment of the extended cell ID + RTT positioning technique is shown. OTDOA位置特定技法の一実施形態を示す。An embodiment of the OTDOA positioning technique is shown. 一実施形態による、事業者のeNB施設に設置された時間観測ユニット(TMO)の動作を示す。The operation of the time observation unit (TMO) installed in the eNB facility of the operator according to one embodiment is shown. 無線ネットワーク位置特定機器の図の一実施形態を示す。An embodiment of the figure of a wireless network locating device is shown. 企業アプリケーション用の無線ネットワーク位置特定ダウンリンクエコシステムの一実施形態を示す。An embodiment of a wireless network relocation downlink ecosystem for enterprise applications is shown. ネットワークワイドアプリケーション用の無線ネットワーク位置特定ダウンリンクエコシステムの一実施形態を示す。An embodiment of a wireless network relocation downlink ecosystem for network wide applications is shown. 企業アプリケーション用の無線ネットワーク位置特定アップリンクエコシステムの一実施形態を示す。An embodiment of a wireless network relocation uplink ecosystem for enterprise applications is shown. ネットワークワイドアプリケーション用の無線ネットワーク位置特定アップリンクエコシステムの一実施形態を示す。An embodiment of a wireless network location uplink ecosystem for network wide applications is shown. 1つ以上のDAS及び/又はフェムト/小型セルアンテナを含み得る、UL−TDOA環境の一実施形態を示す。Demonstrates an embodiment of a UL-TDOA environment that may include one or more DAS and / or femto / small cell antennas. DAS基地局及び/又はフェムト/小型セルの代わりに使用可能である1つ以上のセルタワーを含み得る、図18のようなUL−TDOAの一実施形態を示す。FIG. 18 shows an embodiment of a UL-TDOA as shown in FIG. 18, which may include one or more cell towers that can be used in place of a DAS base station and / or a femto / small cell. セルレベルの位置特定の一実施形態を示す。An embodiment of cell-level position identification is shown. サービングセル及びセクタIDの位置特定の一実施形態を示す。An embodiment of specifying the position of a serving cell and a sector ID is shown. E−CID+AoAの位置特定の一実施形態を示す。An embodiment of E-CID + AoA position identification is shown. AoA位置特定の一実施形態を示す。An embodiment of AoA position identification is shown. 受信アンテナ間の広い距離及び近接距離を有するTDOAの一実施形態を示す。An embodiment of a TDOA having a wide distance and a close distance between receiving antennas is shown. 3セクタ配備の一実施形態を示す。An embodiment of a three-sector deployment is shown. アンテナポートマッピングの一実施形態を示す。An embodiment of antenna port mapping is shown. LTEリリース11のU−TDOA位置特定技法の一実施形態を示す。An embodiment of the U-TDOA positioning technique of LTE Release 11 is shown. マルチチャネル位置管理ユニット(LMU)の高レベルブロック図の一実施形態を示す。An embodiment of a high-level block diagram of a multi-channel position management unit (LMU) is shown. 位置サーバを有する無線/セルラーネットワークにおけるDL−OTDOA技法の一実施形態を示す。An embodiment of the DL-OTDOA technique in a wireless / cellular network having a location server is shown. 位置サーバを有する無線/セルラーネットワークにおけるU−TDOA技法の一実施形態を示す。An embodiment of the U-TDOA technique in a wireless / cellular network having a location server is shown. ラックマウント型エンクロージャの描写の一実施形態を示す。An embodiment of the description of a rack mount enclosure is shown. ラックマウント型エンクロージャ内でクラスタ化(統合)された、複数の単一チャネルLMUの高レベルブロック図の一実施形態を示す。An embodiment of a high-level block diagram of a plurality of single-channel LMUs clustered (integrated) within a rack-mounted enclosure is shown. ラックマウント型エンクロージャ内でクラスタ化(統合)された(1対1のアンテナ接続/マッピング)統合LMUを有する複数の小型セルの高レベルブロック図の一実施形態を示す。An embodiment of a high-level block diagram of a plurality of small cells having an integrated (one-to-one antenna connection / mapping) LMU clustered (integrated) within a rack-mounted enclosure is shown. LMUとDASとの統合の高レベルブロック図の一実施形態を示す。An embodiment of a high level block diagram of the integration of LMU and DAS is shown. LMUとWiFiインフラストラクチャとの統合の高レベルブロック図の一実施形態を示す。An embodiment of a high-level block diagram of the integration of LMU and WiFi infrastructure is shown. 「2タワー」環境におけるUE位置確定の描写の一実施形態を示す。An embodiment of a depiction of UE positioning in a "two tower" environment is shown. タイミングアドバンス調整を示す。Indicates timing advance adjustment. eNB及びUEの送受信タイミング差を示す。The transmission / reception timing difference between the eNB and the UE is shown. E−UTRAN内のUE測位用アーキテクチャを示す。The architecture for UE positioning in E-UTRAN is shown. UE測位用無線ネットワークシステムアーキテクチャの一実施形態を示す。An embodiment of a wireless network system architecture for UE positioning is shown. UE測位用無線ネットワークシステムアーキテクチャの任意の実施形態を示す。An arbitrary embodiment of a wireless network system architecture for UE positioning is shown. 現在のマルチネットワーク/複数タイプのアクセスノード環境を示す。Shows the current multi-network / multiple types of access node environment. 現在のLTE EPCアーキテクチャを示す。The current LTE EPC architecture is shown. LSUの実施形態の直接接続を示す。A direct connection of an embodiment of LSU is shown. IPサービスネットワークを介したLSUの実施形態の接続を示す。The connection of the LSU embodiment via the IP service network is shown. 中継エンティティを有するE−SMLCを示す。Shows E-SMLC with a relay entity. 統一フレームワーク/プラットフォームの一実施形態を示す。An embodiment of a unified framework / platform is shown.

ここで、本実施形態の実施形態を詳細に参照し、その実施例を添付の図面に示す。 Here, an embodiment of the present embodiment will be referred to in detail, and an example thereof will be shown in the accompanying drawings.

本実施形態は、RTLSなど、RFベースの物体の識別、追跡、及び位置特定のための方法及びシステムに関する。一実施形態によると、本方法及びシステムは、狭帯域測距信号を用いる。本実施形態はVHF帯で動作するが、HF帯、LF帯、及びVLF帯、並びにUHF帯及びより高い周波数でも使用され得る。これは、マルチパス軽減プロセッサを用いる。マルチパス軽減プロセッサを用いることにより、システムによって実施される追跡及び位置特定の精度が増加する。 The present embodiment relates to methods and systems for identifying, tracking, and locating RF-based objects, such as RTLS. According to one embodiment, the method and system use narrowband ranging signals. Although this embodiment operates in the VHF band, it can also be used in the HF band, LF band, and VLF band, as well as the UHF band and higher frequencies. It uses a multipath mitigation processor. The use of a multipath mitigation processor increases the accuracy of tracking and locating performed by the system.

本実施形態は、ユーザによる複数の個人及び物体の追跡、位置特定、及び監視を可能にする、極めて携帯性の高い、小型ベースユニットを含む。各ユニットは、独自のIDを有する。各ユニットは、そのIDを含むRF信号をブロードキャストし、各ユニットは、そのID並びに音声、データ、及び追加情報を含むことができる帰還信号を返送することができる。各ユニットは、他ユニットからの帰還信号を処理し、三角測量若しくは三辺測量及び/又は使用される他の方法に応じて、それらの相対的位置及び/又は実際の位置を連続的に決定する。本実施形態はまた、GPSデバイス、スマートフォン、送受信兼用無線機、及びPDAなどの製品と容易に統合され得る。結果として得られる製品は、既存のディスプレイ、センサ(例えば、高度計、GPS、加速度計、及びコンパスなど)、及びそのホストの処理能力を活用しつつ、スタンドアローンデバイスの機能の全てを有することになる。例えば、本明細書に記載のデバイス技術を有するGPSデバイスは、マップ上でユーザの位置を提供し、また、グループの他のメンバーの位置をマッピングすることができるであろう。 The embodiment includes an extremely portable, compact base unit that allows the user to track, locate, and monitor multiple individuals and objects. Each unit has its own ID. Each unit broadcasts an RF signal containing its ID, and each unit can return its ID as well as a feedback signal that can contain voice, data, and additional information. Each unit processes the feedback signal from the other unit and continuously determines their relative and / or actual position depending on the triangulation or trilateration and / or other methods used. .. The present embodiment can also be easily integrated with products such as GPS devices, smartphones, transmission / reception radios, and PDAs. The resulting product will have all the capabilities of a standalone device, leveraging the processing power of existing displays, sensors (eg, altimeters, GPS, accelerometers, and compasses, etc.) and their hosts. .. For example, a GPS device with the device technology described herein would be able to provide the user's location on a map and also map the location of other members of the group.

FPGA実施形態に基づく実施形態のサイズは、約2×4×1インチ〜2×2×0.5インチ、又は集積回路技術の向上につれてそれよりも小さくなる。使用される周波数に応じて、アンテナはデバイスに組み込まれる、又はデバイスエンクロージャを通って突出するであろう。ASIC(特定用途向け集積回路)ベースのバージョンのデバイスは、FPGAの機能、及び他の電子部品の大部分をユニット、つまりタグに組み込むことができるであろう。ASICベースのスタンドアローンバージョンの製品は、1×0.5×0.5インチ以下のデバイスサイズをもたらすであろう。アンテナサイズは、使用される周波数によって決定され、アンテナの一部はエンクロージャに組み込まれ得る。ASICベースの実施形態は、チップセットのみで構成され得る製品に組み込まれるように設計される。マスターユニット、つまりタグユニット間では、物理的サイズの大きな差異が存在するべきではない。 The size of the embodiment based on the FPGA embodiment is about 2 x 4 x 1 inch to 2 x 2 x 0.5 inch, or smaller as integrated circuit technology improves. Depending on the frequency used, the antenna will be built into the device or project through the device enclosure. An ASIC (application specific integrated circuit) based version of the device will be able to incorporate the functionality of the FPGA and most of the other electronic components into a unit, or tag. An ASIC-based stand-alone version of the product will result in device sizes of 1 x 0.5 x 0.5 inches or less. The size of the antenna is determined by the frequency used and part of the antenna can be incorporated into the enclosure. ASIC-based embodiments are designed to be incorporated into products that may consist solely of chipsets. There should be no significant difference in physical size between master units, or tag units.

デバイスは、マルチパス軽減アルゴリズムを処理するために、複数の周波数範囲(周波帯)で動作する標準的なシステム構成要素(既製の構成要素)を使用することができる。デジタル信号処理及びソフトウェア無線用ソフトウェアが使用され得る。最小限のハードウェアと組み合わされた信号処理ソフトウェアは、ソフトウェアによって定められた送受信波形を有する無線機の構築を可能にする。 The device can use standard system components (off-the-shelf components) that operate in multiple frequency ranges (frequency bands) to handle the multipath mitigation algorithm. Digital signal processing and software defined radio software may be used. Signal processing software combined with minimal hardware allows the construction of radios with transmit and receive waveforms defined by the software.

米国特許第7,561,048号は、狭帯域測距信号システムを開示しており、狭帯域測距信号は、例えば、数キロヘルツ幅のみの音声チャネルを使用して、低帯域幅チャネルに適合するように設計されている(ただし、一部の低帯域幅チャネルは数十キロヘルツに拡張し得る)。これは、数百キロヘルツ〜数十メガヘルツ幅のチャネルを使用する従来の位置検出システムとは対照的である。 U.S. Pat. No. 7,561,048 discloses a narrowband ranging signal system in which the narrowband ranging signal is adapted to a low bandwidth channel, for example, using an audio channel that is only a few kilohertz wide. (However, some low-bandwidth channels can extend to tens of kilohertz). This is in contrast to traditional position detection systems that use channels that are hundreds of kilohertz to tens of megahertz wide.

この狭帯域測距信号システムの利点は以下のとおりである。すなわち、1)より低い動作周波数/周波帯において、従来の位置検出システムの測距信号帯域幅は、搬送波(動作)周波数値を超える。したがって、LF/VLF帯、及びHF帯など他のより低い周波数帯域にこのようなシステムを配備することはできない。従来の位置検出システムとは異なり、米国特許第7,561,048号に記載されている狭帯域測距信号システムは、その測距信号帯域幅が搬送波周波数値をはるかに下回るため、LF帯、VLF帯、及び他の周波数帯での配備に成功し得る。2)RFスペクトルの下端(一部のVLF帯、LF帯、HF帯、及びVHF帯、例えば、最大でUHF帯)では、FCCが許容チャネル帯域幅を厳しく制限し(12〜25kHz)、そのために従来の測距信号を使用できないため、従来の位置検出システムを使用することができない。従来の位置検出システムとは異なり、狭帯域測距信号システムの測距信号帯域幅は、FCC規制及び他の国際スペクトル規制当局に完全に準拠している。また、3)動作周波数/周波帯とは無関係に、狭帯域信号は、広帯域信号と比較して本質的に高いSNR(信号ノイズ比)を有することが周知である(MRI:the basics,by Ray H.Hashemi,William G.Bradley...−2003を参照)。これにより、UHF帯など、動作する周波数/帯域とは無関係に、狭帯域測距信号位置検出システムの動作範囲が増大する。 The advantages of this narrowband ranging signal system are as follows. That is, at operating frequencies / frequency bands lower than 1), the ranging signal bandwidth of the conventional position detection system exceeds the carrier (operating) frequency value. Therefore, it is not possible to deploy such a system in other lower frequency bands such as the LF / VLF band and the HF band. Unlike conventional position detection systems, the narrowband ranging signal system described in US Pat. No. 7,561,048 has a ranging signal bandwidth far below the carrier frequency value, so that the LF band, Deployment in the VLF band and other frequency bands can be successful. 2) At the bottom of the RF spectrum (some VLF, LF, HF, and VHF bands, eg UHF bands at maximum), the FCC severely limits the permissible channel bandwidth (12-25 kHz), which is why. Since the conventional ranging signal cannot be used, the conventional position detection system cannot be used. Unlike traditional position detection systems, the ranging signal bandwidth of narrowband ranging signal systems is fully compliant with FCC regulations and other international spectral regulators. 3) It is well known that narrowband signals have an essentially higher signal-to-noise ratio (SNR) than wideband signals (MRI: the basics, by Ray), regardless of the operating frequency / frequency band. H. Hashemi, William G. Bradley ...- 2003). This increases the operating range of the narrowband ranging signal position detection system, regardless of the operating frequency / band, such as the UHF band.

したがって、従来の位置検出システムとは異なり、狭帯域測距信号位置検出システムは、マルチパス現象があまり顕著ではない、RFスペクトルの下端(例えばVHF帯)、及びより低い周波帯(最低でLF/VLF帯)で配備することができる。同時に、狭帯域測距位置検出システムはまた、UHF帯及びそれを超えて配備され、測距信号のSNRを改善し、結果として、位置検出システム動作範囲を増大させることができる。 Therefore, unlike conventional position detection systems, narrowband ranging signal position detection systems have less pronounced multipathing at the bottom of the RF spectrum (eg VHF band) and lower frequency bands (at least LF /). It can be deployed in the VLF band). At the same time, the narrowband ranging position detection system can also be deployed in and beyond the UHF band to improve the SNR of the ranging signal and, as a result, increase the operating range of the positioning system.

マルチパス、例えば、RFエネルギー反射を最小化するために、VLF帯/LF帯で動作することが望ましい。しかしながら、これらの周波数では、可搬型/携帯用アンテナの効率が非常に悪い(RF波長に対してアンテナ長(サイズ)が小さいために、約0.1%以下である)。加えて、これらの低周波数では、自然発生源及び人為的発生源からのノイズレベルは、より高い周波数/周波数帯、例えばVHFよりもはるかに高い。これらの2つの現象を合わせると、位置検出システムの適用性、例えば、その動作範囲及び/又は携帯性/可搬性が制限され得る。したがって、動作範囲及び/又は携帯性/可搬性が非常に重要である特定の用途では、より高いRF周波数/周波数帯、例えばHF、VHF、UHF、及びUWBが使用され得る。 It is desirable to operate in the VLF band / LF band in order to minimize multipath, eg RF energy reflection. However, at these frequencies, the efficiency of the portable / portable antenna is very poor (less than about 0.1% due to the small antenna length (size) relative to the RF wavelength). In addition, at these low frequencies, noise levels from natural and anthropogenic sources are much higher than at higher frequencies / frequency bands, such as VHF. The combination of these two phenomena can limit the applicability of the position detection system, eg, its operating range and / or portability / portability. Therefore, higher RF frequencies / frequency bands, such as HF, VHF, UHF, and UWB, may be used in certain applications where range of operation and / or portability / portability is very important.

VHF帯及びUHF帯では、自然発生源及び人為的発生源によるノイズレベルが、VLF帯、LF帯、及びHF帯と比較して著しく低く、VHF周波数及びHF周波数では、マルチパス現象(例えば、RFエネルギー反射)は、UHF及びより高い周波数よりも深刻ではない。また、VHFでは、アンテナ効率は、HF及びより低い周波数よりも著しく良好であり、VHFでは、RF浸透力がUHFよりもはるかに高い。したがって、VHF帯は、携帯/可搬用途に良好な折衷案を提供する。一方、いくつかの特別な場合、例えば、VHF周波数(又はより低い周波数)が電離層に浸透できない(つまり偏向/屈折する)GPSでは、UHFは良好な選択肢であり得る。しかしながら、いずれの場合(及び全ての場合/用途)においても、狭帯域測距信号システムは、従来の広帯域測距信号位置検出システムに勝る利点を有するであろう。 In the VHF and UHF bands, the noise levels from natural and anthropogenic sources are significantly lower than in the VLF, LF, and HF bands, and at VHF and HF frequencies, multipath phenomena (eg, RF). Energy reflection) is less serious than UHF and higher frequencies. Also, in VHF, antenna efficiency is significantly better than in HF and lower frequencies, and in VHF, RF penetration is much higher than in UHF. Therefore, the VHF band provides a good compromise for portable / portable applications. On the other hand, in some special cases, for example, in GPS where the VHF frequency (or lower frequency) cannot penetrate (ie, deflect / refract) the ionosphere, UHF can be a good option. However, in any case (and in all cases / applications), the narrowband ranging signal system will have advantages over conventional wideband ranging signal position detection systems.

実際の用途が、的確な技術仕様(電力、放射、帯域幅、及び動作周波数/周波数帯など)を決定するであろう。狭帯域測距によって、ユーザが、ライセンスを受ける、若しくはライセンシーからライセンスの免除を受けること、又はFCCに記載の非ライセンス周波数帯を使用することが可能になる。これは、低周波数帯測距によって、最も厳格な狭帯域幅(FCCに記載され、適切なセクションの対応する技術要件に準拠する6.25kHz、11.25kHz、12.5kHz、25kHz、及び50kHz)など多くの異なる帯域幅/周波数での動作が可能となるためである。その結果、そのようなセクション内の複数のFCCセクション及び例外が適用可能となる。適用可能である主要なFCC規制は、47 CFR Part 90− Private Land Mobile Radio Services、47 CFR Part 94 personal Radio Services、47 CFR Part 15−Radio Frequency Devicesである(比較すると、この文脈における広帯域信号は数百KHzから10〜20MHzまでである)。 The actual application will determine the exact technical specifications (power, radiation, bandwidth, and operating frequency / frequency band, etc.). Narrowband ranging allows users to be licensed, licensed exempt from licensees, or to use the unlicensed frequency bands described in the FCC. This is due to the tightest narrow bandwidth by low frequency band distance measurement (6.25 kHz, 11.25 kHz, 12.5 kHz, 25 kHz, and 50 kHz, which are described in the FCC and comply with the corresponding technical requirements of the appropriate section). This is because it is possible to operate in many different bandwidths / frequencies. As a result, multiple FCC sections and exceptions within such sections are applicable. The major FCC regulations that are applicable are 47 CFR Part 90-Private Land Mobile Radio Services, 47 CFR Part 94 personal Radio Services, 47 CFR Part 15-Radio Frequency in this signal, and 47 CFR Part 15-Radio Frequency. From 100 KHz to 10 to 20 MHz).

典型的には、Part 90及びPart 94では、VHFの実施形態により、ユーザが、特定の例外(低電力無線サービスは一例である)の下で、デバイスを100mWまで動作させることができる。特定の用途では、VHF帯で許容可能な送信電力は2〜5ワットである。900MHz(UHF帯)では、1Wである。160kHz〜190kHzの周波数(LF帯)では、許容可能な送信電力は1ワットである。 Typically, in Part 90 and Part 94, VHF embodiments allow the user to operate the device up to 100 mW under certain exceptions (low power wireless services are an example). For certain applications, the acceptable transmit power in the VHF band is 2-5 watts. At 900 MHz (UHF band), it is 1 W. At frequencies of 160 kHz to 190 kHz (LF band), the permissible transmit power is 1 watt.

狭帯域測距は、全てではなくても、多くの異なるスペクトル許容範囲に適合することができ、また、最も厳密な規制要件を満たしつつ、正確な測距を可能にする。これは、FCCについてのみではなく、欧州、日本、及び韓国など世界中でスペクトルの使用を規制する他の国際組織についても当てはまる。 Narrowband ranging can accommodate many, if not all, different spectral tolerances and also allows accurate ranging while meeting the most stringent regulatory requirements. This applies not only to FCC, but also to other international organizations that regulate the use of spectra around the world, such as Europe, Japan, and South Korea.

以下は、使用される、一般的な周波数のリストであり、典型的な電力使用量及び実世界環境において別の読取機と通信可能なタグの距離を併記したものである(IndoadPropagation and Wavelength Dan Dobkin,WJ Communications,V1.4 7/10/02を参照されたい)。

Figure 2021519422
The following is a list of common frequencies used, along with typical power usage and the distance of tags that can communicate with another reader in a real-world environment (IndoadPropage and Wavelength Dan Dobkin). , WJ Communications, V1.4 7/10/02).
Figure 2021519422

提案されるシステムは、VHF周波数で動作し、RF信号の送信及び処理に独自の方法を用いる。より具体的には、VHF周波数における狭帯域要件の制約を克服するために、DSP技法及びソフトウェア無線(SDR)を使用する。 The proposed system operates at VHF frequencies and uses proprietary methods for transmitting and processing RF signals. More specifically, DSP techniques and software defined radio (SDR) are used to overcome the constraints of narrowband requirements at VHF frequencies.

より低い(VHF)周波数で動作することにより、散乱を低減させ、はるかに良好に浸透する。最終結果は、一般に使用される周波数のおよそ10倍の範囲の増加である。例えば、プロトタイプの測定範囲を上記のRFID技術の範囲と比較すると、以下のとおりである。

Figure 2021519422
By operating at lower (VHF) frequencies, scattering is reduced and penetration is much better. The end result is an increase in the range of approximately 10 times the commonly used frequencies. For example, comparing the measurement range of the prototype with the range of the RFID technology described above is as follows.
Figure 2021519422

狭帯域測距技法を用いると、一般に使用される周波数、並びに典型的な電力使用量及び実世界環境において別の読取機と通信可能なタグの通信範囲は、著しく増大する。

Figure 2021519422
Using narrowband ranging techniques, the frequencies commonly used, as well as the range of tags that can communicate with other readers in typical power usage and real-world environments, are significantly increased.
Figure 2021519422

バッテリ消費は、デバイスの設計、送信電力、及びデューティ周期、例えば、2つの連続する距離(位置)測定値間の時間間隔に応じる。多くの用途では、デューティ周期は大きく、10倍〜1000倍である。デューティ周期の大きい用途、例えば100倍では、100mWの電力を伝送するFPGAバージョンは、およそ3週間の動作可能時間を有することになる。ASICベースのバージョンは、動作可能時間を10倍増加させる期待される。また、ASICは、本質的により低いノイズレベルを有する。したがって、ASICベースのバージョンはまた、動作範囲を約40%増加させ得る。 Battery consumption depends on the device design, transmit power, and duty cycle, eg, the time interval between two consecutive distance (position) measurements. In many applications, the duty cycle is large, 10 to 1000 times. For high duty cycle applications, such as 100x, the FPGA version transmitting 100 mW of power will have an uptime of approximately 3 weeks. The ASIC-based version is expected to increase the uptime by a factor of 10. Also, ASICs have essentially lower noise levels. Therefore, the ASIC-based version can also increase the operating range by about 40%.

当業者であれば、本実施形態は、システムの長い動作範囲を損なうことなく、RFの困難な環境(例えば建物、都市回廊など)における位置検出精度を著しく増加させることを理解するであろう。 Those skilled in the art will appreciate that this embodiment significantly increases position detection accuracy in RF difficult environments (eg buildings, urban corridors, etc.) without compromising the long operating range of the system.

典型的には、追跡及び位置特定システムは、追跡−位置特定−ナビゲート法を用いる。これらの方法としては、到来時間(TOA)、到来時間差(DTOA)、及びTOAとDTOAとの組み合わせが挙げられる。距離測定技法としての到来時間(TOA)は、米国特許第5,525,967号に概説されている。TOA/DTOAベースのシステムは、RF測距信号の直接見通し線(DLOS)飛行時間(例えば、時間遅延)を測定し、その後、距離範囲に変換する。 Typically, tracking and locating systems use the tracking-locating-navigation method. These methods include arrival time (TOA), arrival time difference (DTOA), and a combination of TOA and DTOA. Time of arrival (TOA) as a distance measurement technique is outlined in US Pat. No. 5,525,967. TOA / DTOA-based systems measure the direct line-of-sight (DLOS) flight time (eg, time delay) of an RF ranging signal and then convert it into a range of distances.

RF反射(例えば、マルチパス)の場合、様々な遅延時間を有するRF測距信号の複数のコピーがDLOS RF測距信号に重畳される。狭帯域測距信号を使用する追跡−位置特定システムは、マルチパスを軽減せずにDLOS信号と反射信号とを弁別することができない。結果として、これらの反射信号は、推定された測距信号のDLOS飛行時間に誤差を生じさせ、次いで、範囲推定精度に影響を及ぼす。 In the case of RF reflection (eg, multipath), multiple copies of the RF ranging signal with different delay times are superimposed on the DLOS RF ranging signal. Tracking-positioning systems that use narrowband ranging signals cannot discriminate between DLOS and reflected signals without mitigating multipath. As a result, these reflected signals cause an error in the DLOS flight time of the estimated ranging signal, which in turn affects the range estimation accuracy.

本実施形態は、マルチパス軽減プロセッサを有利に使用して、DLOS信号及び反射信号を分離する。したがって、本実施形態は、推定された測距信号のDLOS飛行時間における誤差を著しく低減する。提案されたマルチパス軽減法は、全てのRF帯で使用され得る。また、広帯域測距信号位置検出システムでも使用され得る。また、DSS(直接拡散スペクトル)及びFH(周波数ホッピング)など拡散スペクトル技法を含む様々な変調/復調技法をサポートすることができる。 The present embodiment advantageously uses a multipath mitigation processor to separate DLOS and reflected signals. Therefore, the present embodiment significantly reduces the error in the DLOS flight time of the estimated ranging signal. The proposed multipath mitigation method can be used in all RF bands. It can also be used in broadband ranging signal position detection systems. It can also support a variety of modulation / demodulation techniques, including diffusion spectrum techniques such as DSS (Direct Spread Spectrum) and FH (Frequency Hopping).

加えて、本方法の精度を更に改善するために、ノイズ低減法を適用することができる。これらのノイズ低減法としては、限定するものではないが、コヒーレント加算、非コヒーレント加算、整合フィルタリング、時間ダイバーシティ技法などが挙げられる。マルチパス干渉誤差の残部は、最尤推定(例えば、ビタビアルゴリズム)、最小分散推定(カルマンフィルタ)など後処理技術を適用することによって、更に低減することができる。 In addition, a noise reduction method can be applied to further improve the accuracy of this method. Examples of these noise reduction methods include, but are not limited to, coherent addition, non-coherent addition, matching filtering, and time diversity techniques. The balance of the multipath interference error can be further reduced by applying post-processing techniques such as maximum likelihood estimation (eg, Viterbi algorithm) and minimum variance estimation (Kalman filter).

本実施形態は、単信動作モード、半二重動作モード、及び全二重動作モードを有するシステムで使用できる。全二重動作は、複雑性、コスト、及びRF送受信機上でのロジスティックの点で非常に要求が厳しいため、ポータブル/モバイルデバイスの実施形態におけるシステムの動作範囲を制限する。半二重動作モードでは、読取機(「マスター」とも呼ばれることが多い)及びタグ(「スレーブ」又は「標的」とも呼ばれることもある)は、マスター又はスレーブが任意の所与の時間に送信することのみを可能にするプロトコルによって制御される。 This embodiment can be used in a system having a simplex operation mode, a half-duplex operation mode, and a full-duplex operation mode. Full-duplex operation is very demanding in terms of complexity, cost, and logistics on RF transceivers, thus limiting the operating range of the system in portable / mobile device embodiments. In half-duplex mode of operation, the reader (often also referred to as the "master") and tag (sometimes referred to as the "slave" or "target") are transmitted by the master or slave at any given time. Controlled by a protocol that only allows you to do that.

送信及び受信を交互に行うことにより、単一周波数が距離測定で使用されることを可能にする。このような構成は、全二重システムと比較してシステムのコスト及び複雑性を低減する。単信動作モードは、概念的にはより単純であるが、測距信号シーケンスの開始など、マスターユニットと標的ユニットとの間でのイベントのより厳密な同期を必要とする。 Alternating transmission and reception allows a single frequency to be used in distance measurements. Such a configuration reduces the cost and complexity of the system compared to a full-duplex system. The simplex mode of operation is conceptually simpler, but requires tighter synchronization of events between the master unit and the target unit, such as the start of a ranging signal sequence.

本実施形態では、狭帯域測距信号のマルチパス軽減プロセッサは、測距信号帯域幅を増大させない。これは、異なる周波数成分を使用して、有利に狭帯域測距信号の伝播を可能にする。更なる測距信号処理が、超分解能スペクトル推定アルゴリズム(MUSIC、rootMUSIC、ESPRIT)及び/若しくはRELAXなど統計アルゴリズムによって周波数領域において、又は相対的に広い帯域幅を有する合成測距信号を集めて、この信号に更なる処理を適用することによって時間領域において実行され得る。狭帯域測距信号の異なる周波数成分は、疑似ランダムに選択されてよく、周波数において連続的又は離間していてもよく、周波数において均一及び/又は不均一な間隔を有してよい。 In this embodiment, the narrowband ranging signal multipath mitigation processor does not increase the ranging signal bandwidth. This allows the propagation of narrowband ranging signals advantageously using different frequency components. Further ranging signal processing collects synthetic ranging signals in the frequency domain or with a relatively wide bandwidth by statistical algorithms such as super-resolution spectrum estimation algorithms (MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT) and / or RELAX. It can be performed in the time domain by applying further processing to the signal. The different frequency components of the narrowband ranging signal may be pseudo-randomly selected, may be continuous or spaced in frequency, and may have uniform and / or non-uniform spacing in frequency.

本実施形態は、マルチパス軽減技術を拡張する。狭帯域測距用信号モデルは、(本明細書の他の箇所で紹介するように)周波数が、範囲で規定される遅延+遅延がマルチパスに関連する時間遅延で規定される同類項に正比例する複素指数である。このモデルは、信号構造の実施形態、例えば、ステップ状周波数、線形周波数変調などとは無関係である。 This embodiment extends the multipath mitigation technique. In the narrowband ranging signal model, the frequency (as introduced elsewhere in this specification) is directly proportional to the range-defined delay + the delay defined by the time delay associated with multipath. It is a complex exponential. This model is independent of signal structure embodiments, such as stepped frequencies, linear frequency modulation, and the like.

ダイレクトパスとマルチパスとの間の周波数分離は名目上極めて小さく、通常の周波数領域処理は、ダイレクトパス範囲を推定するのに十分ではない。例えば、30メートルの範囲(100.07ナノ秒の遅延)で5MHzを超える100KHzのステッピングレートでのステップ状周波数測距信号は、0.062875ラジアン/秒の周波数をもたらす。パス長35メートルのマルチパス反射は、0.073355の周波数をもたらすであろう。分離は0.0104792である。50のサンプルオブザーバブルの周波数分解能は、0.12566Hzのネイティブ周波数分解能を有する。したがって、従来の周波数推定技術を使用して、反射パスからダイレクトパスを分離し、ダイレクトパスの範囲を正確に推定することは不可能である。 The frequency separation between direct path and multipath is nominally very small, and normal frequency domain processing is not sufficient to estimate the direct path range. For example, a stepped frequency ranging signal at a stepping rate of 100 KHz over 5 MHz over a range of 30 meters (delay of 100.07 nanoseconds) results in a frequency of 0.062875 radians / second. A multipath reflection with a path length of 35 meters will result in a frequency of 0.073355. The separation is 0.0104792. The frequency resolution of the 50 sample observables has a native frequency resolution of 0.12566 Hz. Therefore, it is not possible to separate the direct path from the reflected path and accurately estimate the range of the direct path using conventional frequency estimation techniques.

この制約を克服するために、本実施形態は、部分空間分解高分解能スペクトル推定法及びマルチモーダルクラスタ分析の実施形態という固有の組み合わせを使用する。部分空間分解技術は、観測されたデータの推定共分散行列を、2つの直交する部分空間、つまりノイズ部分空間、及び信号部分空間に分割することに依存する。部分空間分解法の背後にある理論は、ノイズ部分空間へのオブザーバブルの投影はノイズのみからなり、信号部分空間へのオブザーバブルの投影は信号のみからなるというものである。 To overcome this limitation, the present embodiment uses a unique combination of a subspace-resolved high-resolution spectral estimation method and an embodiment of multimodal cluster analysis. The subspace decomposition technique relies on dividing the estimated covariance matrix of the observed data into two orthogonal subspaces, the noise subspace and the signal subspace. The theory behind the subspace decomposition method is that the projection of an observable into a noise subspace consists only of noise, and the projection of an observable into a signal subspace consists only of a signal.

超分解能スペクトル推定アルゴリズム及びRELAXアルゴリズムは、ノイズの存在下でスペクトルにおいて近接して配置された周波数(正弦曲線)を区別することができる。周波数は、調和的に関連付けられる必要はなく、デジタルフーリエ変換(DFT)とは異なって、信号モデルは、いかなる人為的周期性も導入しない。所与の帯域幅に関して、これらのアルゴリズムは、フーリエ変換よりも著しく高い分解能を提供する。したがって、直接見通し線(DLOS)は、高精度で他のマルチパス(MP)から確実に区別され得る。同様に、人為的に生成された、より広い合成帯域測距信号に対して、後で説明する閾値法を適用して、高精度で、他のパスからDLOSを確実に区別することを可能にする。 The super-resolution spectrum estimation algorithm and the RELAX algorithm can distinguish frequencies (sinusoidal curves) placed in close proximity in the spectrum in the presence of noise. Frequencies need not be associated in harmony, and unlike the Digital Fourier Transform (DFT), the signal model does not introduce any anthropogenicity. For a given bandwidth, these algorithms provide significantly higher resolution than the Fourier transform. Therefore, the direct line of sight (DLOS) can be reliably distinguished from other multipaths (MP) with high accuracy. Similarly, it is possible to apply the thresholding method described later to an artificially generated wider synthetic band ranging signal to reliably distinguish DLOS from other paths with high accuracy. do.

本実施形態によると、デジタル信号処理(DSP)は、マルチパス軽減プロセッサによって使用されて、他のMPパスからDLOSを確実に区別することができる。スペクトル分析(スペクトル推定)技術には、様々な超分解能アルゴリズム/技法が存在する。例としては、部分空間ベースの方法、つまりMUltiple SIgnal Characterization(MUSIC)アルゴリズム又はroot−MUSICアルゴリズム、Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques(ESPRIT)アルゴリズム、ピサレンコ調和分解(PHD)アルゴリズム、RELAXアルゴリズムなどが挙げられる。 According to this embodiment, digital signal processing (DSP) can be used by a multipath mitigation processor to reliably distinguish DLOS from other MP paths. There are various super-resolution algorithms / techniques in spectrum analysis (spectrum estimation) techniques. Examples include subspace-based methods, i.e., MUSIC Signalization (MUSIC) algorithm or root-MUSIC algorithm, Estimation of Signals Via Rotational Invariance Technology algorithm, Pilot Be done.

上記の超分解能アルゴリズムは、アンテナに衝突する信号が十分に相関しないことを前提としている。したがって、マルチパス伝播において直面し得るように、高度に相関した信号環境において性能が著しく低下する。マルチパス軽減技法は、空間的平滑化と呼ばれる前処理スキームを伴い得る。その結果、マルチパス軽減プロセスは、計算集約的で複雑になり得る、すなわち、システムの実施形態の複雑性を増加させ得る。より低いシステム計算コスト及び実施形態の複雑性を伴うマルチパス軽減は、超分解能行列束(MP)アルゴリズムを使用することによって達成され得る。MPアルゴリズムは、非探索方法として分類される。したがって、計算的にあまり複雑ではなく、他の超分解能アルゴリズムで使用される探索方法で直面する問題が排除される。更に、MPアルゴリズムは、相関信号に敏感ではなく、単一のチャネル推定のみを必要とし、コヒーレントなマルチパス成分に関連する遅延を推定することもできる。 The above super-resolution algorithm assumes that the signals colliding with the antenna are not sufficiently correlated. Therefore, performance is significantly degraded in a highly correlated signal environment, as can be encountered in multipath propagation. Multipath mitigation techniques can involve a pretreatment scheme called spatial smoothing. As a result, the multipath mitigation process can be computationally intensive and complex, i.e., increasing the complexity of the implementation of the system. Multipath mitigation with lower system computational cost and complexity of embodiments can be achieved by using the Super Resolution Matrix Bundle (MP) algorithm. MP algorithms are classified as non-search methods. Therefore, it is computationally less complex and eliminates the problems faced by the search methods used in other super-resolution algorithms. In addition, the MP algorithm is not sensitive to correlated signals, requires only a single channel estimate, and can also estimate the delay associated with coherent multipath components.

上記の超分解能アルゴリズムの全てにおいて、入力(すなわち、受信)信号は、周波数の複素指数関数及びそれらの複素振幅の線形結合としてモデル化される。マルチパスの場合、受信信号は以下のとおりである。

Figure 2021519422
In all of the above superresolution algorithms, the input (ie, receive) signal is modeled as a complex exponential function of frequency and a linear combination of their complex amplitudes. In the case of multipath, the received signal is as follows.
Figure 2021519422

式中、β×ei2πf×tは送信信号であり、fは動作周波数であり、Lはマルチパス成分の数であり、

Figure 2021519422
及びτは、それぞれK番目のパスの複素減衰及び伝播遅延である。マルチパス成分は、伝播遅延が昇順で考慮されるようにインデックス付けされる。その結果、このモデルでは、τは、DLOSパスの伝播遅延を示す。τ値は全てのτのうちの最小値であるため、明らかに最も興味深い値である。位相θは、通常、ある測定周期から別の測定周期までランダムであり、均一の確率密度関数U(0,2π)を有すると想定される。したがって、本発明者らはα=const(すなわち、一定値)と仮定する。 In the equation, β × e i2πf × t is a transmission signal, f is an operating frequency, and L is the number of multipath components.
Figure 2021519422
And τ K are the complex attenuation and propagation delay of the Kth path, respectively. Multipath components are indexed so that propagation delays are considered in ascending order. As a result, in this model, τ 0 indicates the propagation delay of the DLOS path. The τ 0 value is clearly the most interesting value because it is the smallest of all τ K. The phase θ K is usually assumed to be random from one measurement period to another and have a uniform probability density function U (0,2π). Therefore, we assume α K = const (ie, constant value).

パラメータα及びτは、建物内及びその周辺の人々及び機器の動きを反映するランダムな時変関数である。しかしながら、それらの変動の速度は測定時間間隔と比較して非常に遅いため、これらのパラメータは、所与の測定周期内で、時不変ランダム変数として処理され得る。 The parameters α K and τ K are random time-varying functions that reflect the movement of people and equipment in and around the building. However, since the rate of their variation is very slow compared to the measurement time interval, these parameters can be treated as time-invariant random variables within a given measurement cycle.

これらのパラメータは全て、伝達係数及び反射係数など無線信号特性に関連するため、周波数に依存する。しかしながら、本実施形態では、動作周波数はほとんど変化しない。したがって、上記のパラメータは、周波数に依存しないと仮定することができる。 All of these parameters are frequency dependent as they are related to radio signal characteristics such as transmission and reflection coefficients. However, in this embodiment, the operating frequency hardly changes. Therefore, it can be assumed that the above parameters are frequency independent.

式(1)は、周波数領域において以下のように示され得る。

Figure 2021519422
式中、A(f)は受信信号の複素振幅であり、(2π×τ)は超分解能アルゴリズムによって推定される人工「周波数」であり、動作周波数fは独立変数であり、αはK番目のパス振幅である。 Equation (1) can be expressed as follows in the frequency domain.
Figure 2021519422
In the equation, A (f) is the complex amplitude of the received signal, (2π × τ K ) is the artificial “frequency” estimated by the super-resolution algorithm, the operating frequency f is the independent variable, and α K is K. The second path amplitude.

式(2)において、(2π×τ)の超分解能推定値及びその後のτ値は、連続周波数に基づいている。実際には、有限数の測定値が存在する。したがって、変数fは、連続変数ではなく、むしろ離散変数であろう。したがって、複素振幅A(f)は、以下のように計算され得る。

Figure 2021519422
In equation (2), the super-resolution estimate of (2π × τ K ) and the subsequent τ K value are based on continuous frequencies. In reality, there are a finite number of measurements. Therefore, the variable f would be a discrete variable rather than a continuous variable. Therefore, the complex amplitude A (f) can be calculated as follows.
Figure 2021519422

式中、

Figure 2021519422
は、離散周波数fにおける離散複素振幅推定値(すなわち、測定値)である。 During the ceremony
Figure 2021519422
Is a discrete complex amplitude estimate (ie, a measured value) at a discrete frequency f n.

式(3)では、

Figure 2021519422
は、マルチパスチャネルを通って伝播した後の周波数fの正弦波信号の振幅及び位相として解釈され得る。超分解能アルゴリズムに基づいた全てのスペクトル推定では、複素数入力データ(すなわち、複素振幅)が必要とされることに留意されたい。 In equation (3),
Figure 2021519422
Can be interpreted as the amplitude and phase of a sinusoidal signal of frequency f n after propagating through a multipath channel. Note that all spectral estimates based on super-resolution algorithms require complex input data (ie, complex amplitudes).

場合によっては、実際の信号データ、例えば

Figure 2021519422
を、複素信号(例えば、分析信号)に変換することが可能である。例えば、このような変換は、ヒルベルト変換又は他の方法を使用することによって達成することができる。しかしながら、短距離の場合、値τは非常に小さく、非常に低い(2π×τ)「周波数」をもたらす。 In some cases, the actual signal data, eg
Figure 2021519422
Can be converted into a complex signal (eg, an analytic signal). For example, such a transformation can be achieved by using the Hilbert transform or other methods. However, for short distances, the value τ 0 is very small, resulting in a very low (2π × τ K ) “frequency”.

これらの低「周波数」は、ヒルベルト変換(又は他の方法)の実施形態において問題を生じさせる。加えて、振幅値(例えば、

Figure 2021519422
)のみが使用される場合、推定される周波数の数は、(2π×τ)「周波数」だけでなく、それらの組み合わせも含む。概して、未知の周波数の数を増加させると、超分解能アルゴリズムの精度に影響が及ぶ。したがって、他のマルチパス(MP)パスからDLOSパスを確実かつ正確に分離するには、複素振幅推定値が必要である。 These low "frequency" cause problems in embodiments of the Hilbert transform (or other methods). In addition, the amplitude value (eg,
Figure 2021519422
) Is used, the estimated number of frequencies includes not only (2π × τ K ) “frequency” but also combinations thereof. In general, increasing the number of unknown frequencies affects the accuracy of the super-resolution algorithm. Therefore, complex amplitude estimates are needed to reliably and accurately separate the DLOS path from other multipath (MP) paths.

以下は、マルチパスの存在下で複素振幅

Figure 2021519422
を得るタスク中の、方法及びマルチパス軽減プロセッサの動作の説明である。なお、半二重動作モードを中心に説明しているが、全二重モード向けに容易に拡張され得ることに留意されたい。単信動作モードは半二重モードの一部であるが、追加のイベント同期を必要とする。 The following is the complex amplitude in the presence of multipath
Figure 2021519422
It is a description of the method and the operation of the multipath mitigation processor during the task of obtaining. Although the explanation focuses on the half-duplex mode, it should be noted that it can be easily extended for the full-duplex mode. Simplex mode of operation is part of half-duplex mode, but requires additional event synchronization.

半二重動作モードでは、読取機(「マスター」とも呼ばれることが多い)及びタグ(「スレーブ」又は「標的」とも呼ばれる)は、マスター又はスレーブが任意の所与の時間に送信することのみを可能にするプロトコルによって制御される。この動作モードでは、タグ(標的デバイス)はトランスポンダとして機能する。タグは、読取機(マスターデバイス)から測距信号を受信し、これをメモリに記憶し、次いで特定の時間(遅延)後に、マスターに信号を再送信して戻す。 In half-duplex mode of operation, the reader (often also referred to as the "master") and tag (also referred to as the "slave" or "target") only allow the master or slave to transmit at any given time. Controlled by the enabling protocol. In this mode of operation, the tag (target device) acts as a transponder. The tag receives a ranging signal from the reader (master device), stores it in memory, and then retransmits the signal back to the master after a specific time (delay).

測距信号の例を図1及び図1Aに示す。例示的な測距信号は、連続的な、異なる周波数成分を用いる。疑似ランダムを含む、周波数及び/若しくは時間において離間している、又は直交するなど他の波形はまた、測距信号の帯域幅が狭帯域のままである限り使用され得る。図1では、各周波数成分の期間Tは、測距信号の狭帯域特性を得るのに十分な長さである。 Examples of ranging signals are shown in FIGS. 1 and 1A. An exemplary ranging signal uses continuous, different frequency components. Other waveforms, including pseudo-random, separated or orthogonal in frequency and / or time, may also be used as long as the bandwidth of the ranging signal remains narrow. In FIG. 1, the period T f of each frequency component is long enough to obtain the narrow band characteristics of the ranging signal.

異なる周波数成分を有する測距信号の別の変形例を図2に示す。この図は、個々の周波数を狭帯域にするために長期間にわたって送信される複数の周波数(f、f、f、f、f)を含む。このような信号はより効率的であるが、広帯域幅を占め、広帯域測距信号がSNRに影響を及ぼし、これによって動作範囲を低減する。また、このような広帯域測距信号は、VHF帯又はより低い周波数帯に関するFCC要件に違反する。しかしながら、特定の用途では、この広帯域測距信号は、既存の信号及び伝送プロトコルへのより容易な統合を可能にする。また、このような信号は、追跡−位置特定時間を短縮する。 Another modification of the ranging signal having different frequency components is shown in FIG. This figure includes multiple frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f n ) transmitted over a long period of time to narrow the individual frequencies. Such signals are more efficient, but occupy a wide band width, and the wide band ranging signals affect the SNR, thereby reducing the operating range. Also, such wideband ranging signals violate FCC requirements for VHF bands or lower frequency bands. However, for certain applications, this wideband ranging signal allows for easier integration into existing signals and transmission protocols. Such signals also reduce tracking-locating time.

これらのマルチ周波数(f、f、f、f、f)バーストはまた、連続的及び/若しくは疑似ランダム、周波数及び/若しくは時間において離間している、又は直交するなどであってよい。 These multi-frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f n ) bursts are also continuous and / or pseudo-random, separated or orthogonal in frequency and / or time, and so on. good.

狭帯域測距モードは、広帯域測距と比較して、瞬時広帯域測距の形態で精度をもたらし、その一方では、この精度を実現することができる範囲を増加させる。この性能は、一定の送信電力において、狭帯域測距信号の受信機におけるSNR(適切な信号帯域幅における)は、広帯域測距信号の受信機におけるSNRよりも大きいために達成される。SNR利得は、広帯域測距信号の総帯域幅と狭帯域測距信号の各チャネルの帯域幅とのおよその比率である。これは、例えば、人の歩行又は走行など静止した標的及び動きの遅い標的に、非常に迅速な測距が不要であるときに、良好なトレードオフをもたらす。 The narrowband ranging mode provides accuracy in the form of instantaneous wideband ranging compared to wideband ranging, while increasing the range in which this accuracy can be achieved. This performance is achieved because, at a constant transmit power, the signal-to-noise ratio (at an appropriate signal bandwidth) in the narrowband ranging signal receiver is greater than the SNR in the wideband ranging signal receiver. The SNR gain is an approximate ratio of the total bandwidth of the wideband ranging signal to the bandwidth of each channel of the narrowband ranging signal. This provides a good trade-off for stationary and slow-moving targets, such as a person walking or running, when very rapid ranging is not required.

マスターデバイス及びタグデバイスは同一であり、マスターモード又はトランスポンダモードのいずれかで動作することができる。全てのデバイスは、データ/リモート制御通信チャネルを含む。デバイスは情報を交換することができ、マスターデバイスは、タグデバイスをリモート制御することができる。図1に示すこの実施例では、マスター(すなわち、読取機)の動作中、マルチパス軽減プロセッサが、タグに対して測距信号を発信し、特定の遅延後に、マスター/読取機は、タグから反復測距信号を受信する。 The master device and the tag device are the same and can operate in either master mode or transponder mode. All devices include data / remote control communication channels. Devices can exchange information and the master device can remotely control the tag device. In this embodiment shown in FIG. 1, during the operation of the master (ie, the reader), the multipath mitigation processor sends a ranging signal to the tag, and after a certain delay, the master / reader is from the tag. Receives iterative ranging signals.

その後、マスターのマルチパス軽減プロセッサは、受信した測距信号を、マスターから当初送信された信号と比較し、各周波数成分fの振幅及び位相の形態で

Figure 2021519422
推定値を決定する。式(3)
Figure 2021519422
は、一方向の測距信号トリップのために定義されることに留意されたい。本実施形態では、測距信号は往復する。換言すれば、測距信号は、マスター/読取機から標的/スレーブへ、及び標的/スレーブからマスター/読取機に戻るという両方向に移動する。したがって、マスターによって受信されて戻される、この往復信号の複素振幅は、以下のように計算され得る。
Figure 2021519422
The master's multipath mitigation processor then compares the received ranging signal with the signal originally transmitted from the master in the form of amplitude and phase of each frequency component f n.
Figure 2021519422
Determine the estimate. Equation (3)
Figure 2021519422
Note that is defined for one-way ranging signal trips. In this embodiment, the ranging signal reciprocates. In other words, the ranging signal travels in both directions, from the master / reader to the target / slave and from the target / slave back to the master / reader. Therefore, the complex amplitude of this round-trip signal received and returned by the master can be calculated as follows.
Figure 2021519422

例えば、整合フィルタリング

Figure 2021519422
など複素振幅及び位相値を推定するために使用できる多くの技法が存在する。本実施形態によると、複素振幅の決定は、マスター及び/又はタグ受信機のRSSI(受信信号強度インジケータ)値から導出される
Figure 2021519422
値に基づく。位相値
Figure 2021519422
は、読取機/マスターによって受信された、戻ってきたベースバンド測距信号の位相と元の(すなわち、読取機/マスターによって送信された)ベースバンド測距信号の位相とを比較することによって得られる。加えて、マスター及びタグデバイスは独立したクロックシステムを有するため、位相推定誤差に対するクロック精度の影響を分析することによって、デバイス動作の詳細な説明が増補される。上記の説明が示すように、一方向の振幅の
Figure 2021519422
値は、標的/スレーブデバイスから直接得られる。しかしながら、一方向の位相の
Figure 2021519422
値を直接測定することはできない。 For example, matching filtering
Figure 2021519422
There are many techniques that can be used to estimate complex amplitudes and phase values. According to this embodiment, the determination of complex amplitude is derived from the RSSI (received signal strength indicator) value of the master and / or tag receiver.
Figure 2021519422
Based on value. Phase value
Figure 2021519422
Is obtained by comparing the phase of the returned baseband ranging signal received by the reader / master with the phase of the original (ie, transmitted by the reader / master) baseband ranging signal. Be done. In addition, since the master and tag devices have independent clock systems, analyzing the effect of clock accuracy on phase estimation errors supplements the detailed description of device operation. As the above description shows, the amplitude in one direction
Figure 2021519422
The value is obtained directly from the target / slave device. However, in one-way phase
Figure 2021519422
The value cannot be measured directly.

本実施形態では、測距ベースバンド信号は、図1に示す信号と同じである。しかしながら、簡潔にするために、本明細書では、測距ベースバンド信号は、複数の周期の異なる周波数の余弦波又は正弦波をそれぞれ含む、2つの周波数成分(F及びF)のみからなることが想定される。なお、F=f、F=fであることに留意されたい。第1の周波数成分の周期数はLであり、第2の周波数成分の周期数はPである。T=定数の場合、各周波数成分は異なる周期数を有し得るため、LはPに等しくても、等しくなくてもよい。また、各周波数成分の間に時間差は存在せず、F及びFの両方は、ゼロに等しい初期位相から開始する。 In this embodiment, the ranging baseband signal is the same as the signal shown in FIG. However, for the sake of brevity, in the present specification, the ranging baseband signal consists of only two frequency components (F 1 and F 2), each containing a cosine wave or a sine wave of different frequencies with multiple periods. Is assumed. Note that F 1 = f 1 and F 2 = f 2 . The number of cycles of the first frequency component is L, and the number of cycles of the second frequency component is P. When T f = constant, each frequency component may have a different number of cycles, so L may or may not be equal to P. Also, there is no time difference between each frequency component, and both F 1 and F 2 start from the initial phase equal to zero.

図3A、図3B、及び図3Cは、RF移動追跡及び位置特定システムのマスターユニット又はスレーブユニット(タグ)のブロック図を示す。FOSCは、デバイスシステムクロック(図3Aの水晶発振器20)の周波数を指す。デバイス内で生成される全ての周波数は、このシステムクロック水晶発振器から生成される。以下の定義が使用される。つまり、Mは、マスターデバイス(ユニット)であり、AMはタグ(標的)デバイス(ユニット)である。タグデバイスは、トランスポンダモードで動作し、トランスポンダ(AM)ユニットと称される。 3A, 3B, and 3C show a block diagram of a master unit or slave unit (tag) of an RF movement tracking and locating system. FOSC refers to the frequency of the device system clock (crystal oscillator 20 in FIG. 3A). All frequencies generated within the device are generated from this system clock crystal oscillator. The following definitions are used. That is, M is a master device (unit) and AM is a tag (target) device (unit). The tag device operates in transponder mode and is referred to as a transponder (AM) unit.

一実施形態では、デバイスは、RFフロントエンド及びRFバックエンド、ベースバンド、並びにマルチパス軽減プロセッサからなる。RFバックエンド、ベースバンド、及びマルチパス軽減プロセッサは、FPGA150内に実装される(図3B及び図3Cを参照)。システムクロック発生器20(図3Aを参照)は、FOSC=20MHz又はωOSC=2π×20×10で発振する。実際のデバイスでは、システムクロック周波数が常に20MHzに等しくないため、これは理想的な周波数である:

Figure 2021519422
なお、
Figure 2021519422
であることに留意されたい。 In one embodiment, the device consists of an RF front end and an RF back end, a baseband, and a multipath mitigation processor. The RF backend, baseband, and multipath mitigation processor are implemented within the FPGA 150 (see FIGS. 3B and 3C). System clock generator 20 (see Figure 3A) oscillates at F OSC = 20 MHz or ω OSC = 2π × 20 × 10 6. This is an ideal frequency because in a real device the system clock frequency is not always equal to 20MHz:
Figure 2021519422
note that,
Figure 2021519422
Please note that.

20MHzのFOSC周波数以外は、システム性能に影響を及ぼすことなく使用され得ることに留意されたい。 Note that other than the FOSC frequency of 20 MHz, it can be used without affecting system performance.

両ユニット(マスター及びタグ)の電子構成は同一であり、異なる動作モードはソフトウェアでプログラム可能である。ベースバンド測距信号は、マスターのFPGA150内のブロック155〜180によってデジタル形式で生成される(図2Bを参照)。これは、複数の周期の異なる周波数の余弦波又は正弦波をそれぞれ含む2つの周波数成分からなる。最初に、t=0において、マスターデバイス内のFPGA150(図3B)は、I/Q DAC120及び125を介して、デジタルベースバンド測距信号をそのアップコンバータ50に出力する。FPGA150は、F周波数で開始し、時間Tが経過した後、Tの期間にわたってF周波数の生成を開始する。 The electronic configurations of both units (master and tag) are the same, and different operating modes are programmable in software. The baseband ranging signal is generated in digital form by blocks 155-180 within the master FPGA 150 (see Figure 2B). It consists of two frequency components, each containing a cosine wave or a sine wave of different frequencies with multiple periods. First, at t = 0, the FPGA 150 in the master device (FIG. 3B) outputs a digital baseband ranging signal to its upconverter 50 via the I / Q DACs 120 and 125. FPGA150 begins at F 1 frequency, after the time T 1, it starts generating F 2 frequency over a period of T 2.

水晶発振器の周波数は20MHzとは異なっていてもよいため、FPGAによって生成される実際の周波数は、Fγ及びFγとなるであろう。また、時間TはTβとなり、TはTβとなるであろう。また、ITでは、T,T,F,Fが、FγM*β=F及びFγM*β=Fであり、F及びFのはいずれも整数であると仮定される。これは、F及びFの初期位相がゼロに等しいことを意味する。 Since the frequency of the crystal oscillator may be different from 20 MHz, the actual frequencies produced by the FPGA will be F 1 γ M and F 2 γ M. Also, time T 1 will be T 1 β M and T 2 will be T 2 β M. In IT, T 1 , T 2 , F 1 , and F 2 are F 1 γ M * T 1 β M = F 1 T 1 and F 2 γ M * T 2 β M = F 2 T 2 . It is assumed that both F 1 T 1 and F 2 T 2 are integers. This means that the initial phases of F 1 and F 2 are equal to zero.

システム水晶発振器20から全ての周波数が生成されるため、マスターのベースバンドI/Q DAC120及び125の出力は、

Figure 2021519422
であり、式中、
Figure 2021519422
は定係数である。同様に、周波数シンセサイザ25からの出力周波数TX_LO及びRX_LO(ミキサ50及び85のLO信号)は、定係数によって表され得る。これらの定係数は、マスター(M)及びトランスポンダ(AM)についても同一であり、その違いは、各デバイスのシステム水晶発振器20のクロック周波数にある。 Since all frequencies are generated from the system crystal oscillator 20, the outputs of the master baseband I / Q DACs 120 and 125 are
Figure 2021519422
And during the ceremony,
Figure 2021519422
Is a constant coefficient. Similarly, the output frequencies TX_LO and RX_LO (LO signals of mixers 50 and 85) from the frequency synthesizer 25 can be represented by constant coefficients. These constant coefficients are the same for the master (M) and the transponder (AM), and the difference lies in the clock frequency of the system crystal oscillator 20 of each device.

マスター(M)及びトランスポンダ(AM)は半二重モードで動作する。マスターのRFフロントエンドは、直交アップコンバータ(すなわち、ミキサ)50を使用して、マルチパス軽減プロセッサによって生成されたベースバンド測距信号をアップコンバートし、このアップコンバートされた信号を送信する。ベースバンド信号の送信後、マスターは、RFフロントエンドのTX/RXスイッチ15を使用して、TXモードからRXモードに切り替える。トランスポンダは、そのRFフロントエンドミキサ85(第1のIFを生成する)及びADC140(第2のIFを生成する)を使用して信号を受信し、受信した信号をダウンコンバートして戻す。 The master (M) and transponder (AM) operate in half-duplex mode. The RF front end of the master uses an orthogonal upconverter (ie, mixer) 50 to upconvert the baseband ranging signal generated by the multipath mitigation processor and transmit this upconverted signal. After transmitting the baseband signal, the master switches from TX mode to RX mode using the TX / RX switch 15 on the RF front end. The transponder receives a signal using its RF front-end mixer 85 (which produces a first IF) and ADC 140 (which produces a second IF) and downconverts the received signal back.

その後、この第2のIF信号は、デジタルフィルタ190を使用してトランススポンダのRFバックエンドプロセッサにおいてデジタルフィルタ処理され、RFバックエンド直交ミキサ200、デジタルI/Qフィルタ210及び230、デジタル直交発振器220、及び加算器270を使用して、ベースバンド測距信号へと更にダウンコンバートされる。このベースバンド測距信号は、RAMデータバスコントローラ195及び制御ロジック180を使用してトランスポンダのメモリ170に記憶される。 The second IF signal is then digitally filtered in the transformer's RF backend processor using a digital filter 190, RF backend quadrature mixer 200, digital I / Q filters 210 and 230, digital quadrature oscillator. The 220 and adder 270 are used to further down-convert to the baseband ranging signal. This baseband ranging signal is stored in the memory 170 of the transponder using the RAM data bus controller 195 and the control logic 180.

続いて、RFフロントエンドスイッチ15を使用して、トランスポンダをRxモードからTXモードに切り替え、特定の遅延tRTX後に、記憶されたベースバンド信号の再送信を開始する。この遅延は、AM(トランスポンダ)システムクロックにおいて測定されることに留意されたい。したがって、

Figure 2021519422
である。マスターは、トランスポンダの送信を受信し、そのRFバックエンドの直交ミキサ200、デジタルIフィルタ210、デジタルQフィルタ230、デジタル直交発振器220(図3Cを参照)を使用して、受信した信号をベースバンド信号にダウンコンバートして戻す。 The RF front-end switch 15 is then used to switch the transponder from Rx mode to TX mode and start retransmitting the stored baseband signal after a particular delay t RTX. Note that this delay is measured at the AM (transponder) system clock. therefore,
Figure 2021519422
Is. The master receives the transponder's transmission and uses its RF backend quadrature mixer 200, digital I filter 210, digital Q filter 230, and digital quadrature oscillator 220 (see Figure 3C) to baseband the received signal. Down-convert to a signal and return.

その後、マスターは、マルチパス軽減プロセッサのarctanブロック250及び位相比較ブロック255を使用して、受信した(すなわち、復元された)ベースバンド信号におけるFとFとの間の位相差を計算する。振幅値は、RFバックエンドのRSSIブロック240から導出される。 The master then uses the multipath mitigation processor arctan block 250 and phase comparison block 255 to calculate the phase difference between F 1 and F 2 in the received (ie, restored) baseband signal. .. The amplitude value is derived from RSSI block 240 of the RF backend.

推定精度を改善するために、ブロック240からの振幅推定値及びブロック255からの位相差推定値のSNRを改善することが常に望ましい。一実施形態では、マルチパス軽減プロセッサは、測距信号の周波数成分の期間(T)にわたって、多くの時間インスタンスの振幅推定値及び位相差推定値を計算する。これらの値は、平均されたときにSNRを改善する。SNRの改善は

Figure 2021519422
に比例するオーダーであり得、Nは振幅値及び位相差値が得られた(すなわち、決定された)ときのインスタンスの数である。 In order to improve the estimation accuracy, it is always desirable to improve the SNR of the amplitude estimate from block 240 and the phase difference estimate from block 255. In one embodiment, the multipath mitigation processor calculates amplitude and phase difference estimates for many time instances over the period of the frequency component of the ranging signal (T f). These values improve SNR when averaged. Improvement of SNR
Figure 2021519422
Can be on the order proportional to, where N is the number of instances when the amplitude and phase difference values are obtained (ie determined).

SNRの改善に対する別のアプローチは、一定期間にわたって整合フィルタ技法を適用することによって振幅値及び位相差値を決定することである。更に、別のアプローチは、受信した(すなわち、繰り返された)ベースバンド測距信号周波数成分をサンプリングし、I/Q形式で、期間T≦Tにわたって元の(すなわち、マスター/読取機によって送信された)ベースバンド測距信号周波数成分に対して積分することによって、その位相及び振幅を推定することであろう。積分は、I/Q形式での振幅及び位相の複数のインスタンスの平均化という効果を有する。その後、位相値及び振幅値は、I/Q形式から、

Figure 2021519422
形式及び
Figure 2021519422
形式に変換され得る。 Another approach to improving SNR is to determine the amplitude and phase difference values by applying a matched filter technique over a period of time. Yet another approach is to sample the received (ie, repeated) baseband ranging signal frequency component and transmit it in I / Q format over a period of T ≤ T f by the original (ie, master / reader). The phase and amplitude would be estimated by integrating with the frequency component of the baseband ranging signal. The integration has the effect of averaging multiple instances of amplitude and phase in I / Q format. After that, the phase value and amplitude value are calculated from the I / Q format.
Figure 2021519422
Format and
Figure 2021519422
Can be converted to format.

t=0において、マスターのマルチパスプロセッサの制御下で、マスターのベースバンドプロセッサ(いずれもFPGA150内)がベースバンド測距シーケンスを開始すると仮定する。

Figure 2021519422
式中、T≧Tβである。
マスターのDAC120及び125の出力における位相は、以下のとおりである。
Figure 2021519422
DAC120及び125は、システムクロックに依存しない内部伝播遅延
Figure 2021519422
を有することに留意されたい。 At t = 0, it is assumed that the master baseband processor (both in FPGA 150) initiates the baseband ranging sequence under the control of the master multipath processor.
Figure 2021519422
In the formula, T f ≧ T 1 β M.
The phases at the outputs of the master DACs 120 and 125 are as follows.
Figure 2021519422
DACs 120 and 125 have internal propagation delays that do not depend on the system clock.
Figure 2021519422
Please note that it has.

同様に、送信機の回路部品15、30、40、及び50は、システムクロックに依存しない、更なる遅延

Figure 2021519422
をもたらすであろう。 Similarly, transmitter circuit components 15, 30, 40, and 50 are system clock independent, additional delays.
Figure 2021519422
Will bring.

その結果、マスターによって送信されたRF信号の位相は、以下のように計算することができる。

Figure 2021519422
As a result, the phase of the RF signal transmitted by the master can be calculated as follows.
Figure 2021519422

マスター(M)からのRF信号は、マスターとタグとの間のマルチパス現象に応じた位相シフトφMULTを受ける。 The RF signal from the master (M) undergoes a phase shift φ MULT according to the multipath phenomenon between the master and the tag.

φMULT値は、送信周波数、例えばF及びFに依存する。トランスポンダ(AM)受信機は、受信機のRF部分の帯域幅が制限されている(すなわち、狭い)ため、各パスを解決することができない。したがって、特定の時間後、例えば、1マイクロ秒(〜300メートルの飛行に相当)後に、全ての反射信号が受信アンテナに到着すると、以下の式が適用される。

Figure 2021519422
The φ MULT value depends on the transmission frequency, for example F 1 and F 2 . The transponder (AM) receiver cannot resolve each path because the bandwidth of the RF portion of the receiver is limited (ie, narrow). Therefore, when all the reflected signals arrive at the receiving antenna after a certain time, for example, after 1 microsecond (corresponding to a flight of ~ 300 meters), the following equation is applied.
Figure 2021519422

第1のダウンコンバータ(要素85)におけるAM(トランスポンダ)受信機内では、出力(例えば第1のIF)の信号位相は、以下のとおりである。

Figure 2021519422
In the AM (transponder) receiver in the first down converter (element 85), the signal phase of the output (eg, the first IF) is as follows.
Figure 2021519422

受信機のRF区間(要素15及び60〜85)における伝播遅延

Figure 2021519422
は、システムクロックに依存しないことに留意されたい。RFフロントエンドのフィルタ及び増幅器(要素95〜110及び125)を通過した後、第1のIF信号はRFバックエンドのADC140によってサンプリングされる。ADC140は、入力信号(例えば、第1のIF)をアンダーサンプリングすると仮定する。したがって、ADCはまた、第2のIFを生成するダウンコンバータのように作用する。第1のIFフィルタ、増幅器、及びADCは、伝播遅延時間を加える。ADC出力(第2のIF)においては、以下のとおりである。
Figure 2021519422
Propagation delay in the RF section of the receiver (elements 15 and 60-85)
Figure 2021519422
Note that 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 undersamples the input signal (eg, the first IF). Therefore, the ADC also acts like a downconverter that produces a second IF. The first IF filter, amplifier, and ADC add propagation delay time. The ADC output (second IF) is as follows.
Figure 2021519422

FPGA150では、(ADC出力からの)第2のIF信号は、RFバックエンドのデジタルフィルタ190によってフィルタリングされ、第3のダウンコンバータ(すなわち、直交ミキサ200、デジタルフィルタ230及び210、並びにデジタル直交発振器220)によって、ベースバンド測距信号に更にダウンコンバートされて戻され、加算器270において加算され、メモリ170に記憶される。第3のダウンコンバータ出力(すなわち、直交ミキサ)においては、以下のとおりである。

Figure 2021519422
In the FPGA 150, the second IF signal (from the ADC output) is filtered by the RF backend digital filter 190 and the third downconverter (ie, the quadrature mixer 200, the digital filters 230 and 210, and the digital quadrature oscillator 220). ), Further down-converted to the baseband ranging signal, added back by the adder 270, and stored in the memory 170. In the third down converter output (that is, the orthogonal mixer), it is as follows.
Figure 2021519422

FIR区間190における伝播遅延

Figure 2021519422
は、システムクロックに依存しないことに留意されたい。 Propagation delay in FIR section 190
Figure 2021519422
Note that does not depend on the system clock.

RX−>TX遅延の後、マスター(M)からの(メモリ170内に)記憶されたベースバンド測距信号が再送信される。RX−>TX遅延は

Figure 2021519422
であることに留意されたい。
Figure 2021519422
After the RX-> TX delay, the stored baseband ranging signal (in memory 170) from the master (M) is retransmitted. RX-> TX delay
Figure 2021519422
Please note that.
Figure 2021519422

トランスポンダからの信号がマスター(M)の受信機アンテナに到達するまでに、トランスポンダ(AM)からのRF信号は、マルチパスに応じた別の位相シフトφMULTを受ける。上記のように、この位相シフトは、特定の期間の後に、全ての反射信号がマスターの受信機アンテナに到着したときに生じる。

Figure 2021519422
By the time the signal from the transponder reaches the receiver antenna of the master (M), the RF signal from the transponder (AM) undergoes another phase shift φ MULT according to multipath. As mentioned above, this phase shift occurs when all reflected signals arrive at the master's receiver antenna after a certain period of time.
Figure 2021519422

マスター受信機では、トランスポンダからの信号は、トランスポンダ受信機でのダウンコンバージョンプロセスと同じプロセスを経る。その結果は、復元されたベースバンド測距信号であり、この信号は、マスターによって当初送信されたものである。
第1の周波数成分Fについては、以下のとおりである。

Figure 2021519422
At the master receiver, the signal from the transponder goes through the same process as the down-conversion process at the transponder receiver. The result is a restored baseband ranging signal, which was originally transmitted by the master.
The first frequency component F 1 is as follows.
Figure 2021519422

第2の周波数成分F2については、以下のとおりである。

Figure 2021519422
The second frequency component F2 is as follows.
Figure 2021519422

以下のように置き換える。

Figure 2021519422
式中、TD_M−AMは、マスター(M)及びトランスポンダ(AM)回路による伝播遅延である。
Figure 2021519422
式中、φBB_M−AM(0)は、時間t=0における、マスター(M)及びトランスポンダ(AM)周波数ミキサ(ADCを含む)からのLO位相シフトである。
また、KSYN_TX=KSYN_RX_1+KADC+KSYN_RX_2である。 Replace as follows.
Figure 2021519422
In the equation, TD_M-AM is the propagation delay by the master (M) and transponder (AM) circuits.
Figure 2021519422
In the equation, φBB_M-AM (0) is the LO phase shift from the master (M) and transponder (AM) frequency mixers (including ADC) at time t = 0.
Further, K SYN_TX = K SYN_RX_1 + K ADC + K SYN_RX_2 .

第1の周波数成分F1は、以下のとおりである。

Figure 2021519422
The first frequency component F1 is as follows.
Figure 2021519422

第1の周波数成分F1は、引き続き以下のとおりである。

Figure 2021519422
The first frequency component F1 continues to be as follows.
Figure 2021519422

第2の周波数成分F2は、以下のとおりである。

Figure 2021519422
The second frequency component F2 is as follows.
Figure 2021519422

第2の周波数成分F2は、引き続き以下のとおりである。

Figure 2021519422
The second frequency component F2 continues to be as follows.
Figure 2021519422

以下のように更に置き換える。

Figure 2021519422
式中、αは一定である。 Further replace as follows.
Figure 2021519422
In the formula, α is constant.

次に、最終段階の式は、以下のとおりである。

Figure 2021519422
Next, the formula at the final stage is as follows.
Figure 2021519422

式(5)から、以下のとおりとなる。

Figure 2021519422
式中、i=2、3、4...............であり、2×ΔΦF1/Fi
Figure 2021519422
に等しい。 From equation (5), it is as follows.
Figure 2021519422
In the formula, i = 2, 3, 4. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. And 2 × ΔΦ F1 / Fi is
Figure 2021519422
be equivalent to.

例えば、時間インスタンスt1及びt2における相違

Figure 2021519422
は、以下のとおりである。
Figure 2021519422
For example, the difference between time instances t1 and t2
Figure 2021519422
Is as follows.
Figure 2021519422

2×ΔΦF1/F2の相違を求めるためには、TD_M−AMを知る必要がある。

Figure 2021519422
式中、TLB_M及びTLB_AMは、デバイスをループバックモードにすることによって測定される、マスター(M)及びトランスポンダ(AM)のTX回路及びRX回路を介した伝播遅延である。マスターデバイス及びトランスポンダデバイスは、TLB_M及びTLB_AMを自動的に測定することができ、tRTX値も既知であることに留意されたい。 In order to obtain the difference of 2 × ΔΦ F1 / F2 , it is necessary to know TD_M-AM.
Figure 2021519422
In the equation, T LB_M and T LB_AM are propagation delays through the TX and RX circuits of the master (M) and transponder (AM) measured by putting the device in loopback mode. Master and the transponder device, it is possible to automatically measure the T LB_M and T LB_AM, t RTX value also should be noted that it is known.

上記式及びtRTX値からTD_M−AMは決定され、したがって、所与のt及びtについて、2×ΔΦF1/F2値を以下のように求めることができる。

Figure 2021519422
又は、β=βAM=1と仮定すると、以下のとおりである。
Figure 2021519422
T D_M-AM is determined from the above equation and the t RTX value, and therefore, for a given t 1 and t 2 , the 2 × ΔΦ F1 / F2 value can be determined as follows.
Figure 2021519422
Alternatively, assuming β M = β AM = 1, it is as follows.
Figure 2021519422

式(6)から、動作周波数において、測距信号の複素振幅値は、戻されたベースバンド測距信号を処理することから求めることができると結論付けることができる。 From equation (6), it can be concluded that at the operating frequency, the complex amplitude value of the ranging signal can be obtained by processing the returned baseband ranging signal.

初期位相値

Figure 2021519422
は、部分空間アルゴリズムが一定の位相オフセットに対して感受性がないため、ゼロに等しいと仮定することができる。必要に応じて、
Figure 2021519422
値(位相初期値)は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,561,048号に記載されている狭帯域測距信号法を使用してTOA(到来時間)を決定することによって求めることができる。この方法は、2×TFLTβに等しい測距信号の往復遅延を推定し、
Figure 2021519422
値は、以下の式から求めることができる。
Figure 2021519422
Initial phase value
Figure 2021519422
Can be assumed to be equal to zero because the subspace algorithm is insensitive to constant phase offsets. as needed,
Figure 2021519422
The value (initial phase value) determines the TOA (time of arrival) using the narrowband ranging signal method described in US Pat. No. 7,561,048, which is incorporated herein by reference in its entirety. Can be obtained by doing. This method estimates the reciprocating delay of the ranging signal equal to 2 × T FLT β M and
Figure 2021519422
The value can be obtained from the following formula.
Figure 2021519422

一実施形態では、戻されたベースバンド測距信号の位相値

Figure 2021519422
は、マルチパスプロセッサのarctanブロック250によって計算される。SNRを改善するために、マルチパス軽減プロセッサの位相比較ブロック255は、式(6A)を使用して、多くのインスタンスn(n=2、3、4...............)について
Figure 2021519422
を計算し、次いで、それらを平均してSNRを改善する。なお、2×10−6<t<T+TD_M−AM;t=t+Tであることに留意されたい。 In one embodiment, the phase value of the returned baseband ranging signal
Figure 2021519422
Is calculated by the arctan block 250 of the multipath processor. To improve the SNR, the phase comparison block 255 of the multipath mitigation processor uses equation (6A) to provide many instances n (n = 2, 3, 4 ... ....)about
Figure 2021519422
Are then averaged to improve the SNR. It should be noted that 2 × 10-6 <t n <T f + T D_M-AM ; t m = t 1 + T f.

式5及び式6から、復元された(すなわち、受信された)ベースバンド測距信号は、マスターによって送信された元のベースバンド信号と同じ周波数を有することが明らかになる。したがって、マスター(M)及びトランスポンダ(AM)のシステムクロックが異なるという事実にもかかわらず、周波数変換は存在しない。ベースバンド信号が複数の周波数成分からなるため、各成分は、複数の周期の正弦波からなる。また、受信したベース測距信号の個々の成分周波数を、対応する元の(すなわち、マスターによって送信された)ベースバンド信号の個々の成分周波数を用いてサンプリングし、得られた信号を周期T≦Tにわたって積分することによって、受信した測距信号の位相及び振幅を推定することも可能であろう。 From Equations 5 and 6, it becomes clear that the restored (ie, received) baseband ranging signal has the same frequency as the original baseband signal transmitted by the master. Therefore, despite the fact that the master (M) and transponder (AM) system clocks are different, there is no frequency conversion. Since the baseband signal consists of multiple frequency components, each component consists of a sine wave with multiple periods. Also, the individual component frequencies of the received baseband signal are sampled using the individual component frequencies of the corresponding original (ie, transmitted by the master) baseband signal, and the resulting signal is cycled T≤. It would also be possible to estimate the phase and amplitude of the received ranging signal by integrating over T f.

この動作は、I/Q形式で受信された測距信号の複素振幅値

Figure 2021519422
を生成する。なお、マスターによって送信された各ベースバンド信号の個々の周波数成分は、TD_M−AMによって時間内にシフトされる必要があることに留意されたい。積分動作は、(例えば、SNRを増加させる)振幅及び位相の複数のインスタンスを平均化する効果をもたらす。位相及び振幅値は、I/Q形式から、
Figure 2021519422
形式及び
Figure 2021519422
形式に変換され得ることに留意されたい。 This operation is the complex amplitude value of the ranging signal received in I / Q format.
Figure 2021519422
To generate. It should be noted that the individual frequency components of each baseband signal transmitted by the master need to be shifted in time by TD_M-AM. The integrating operation has the effect of averaging multiple instances of amplitude and phase (eg, increasing the SNR). The phase and amplitude values are from the I / Q format.
Figure 2021519422
Format and
Figure 2021519422
Note that it can be converted to a format.

サンプリング、周期T≦Tにわたっての積分、I/Q形式から

Figure 2021519422
形式及び
Figure 2021519422
形式への変換からなるこの方法は、図3Cの位相比較ブロック255で実施され得る。したがって、ブロック255の設計及び実施形態に応じて、式(5)に基づいた本実施形態の方法、又は本セクションに記載の別の方法のいずれかが使用され得る。 Sampling, integration over period T ≤ T f , from I / Q format
Figure 2021519422
Format and
Figure 2021519422
This method, which consists of conversion to a format, can be performed in the phase comparison block 255 of FIG. 3C. Therefore, depending on the design and embodiment of block 255, either the method of this embodiment based on formula (5) or another method described in this section may be used.

測距信号帯域幅は狭いが、周波数差f−fは、比較的大きく、例えば、数メガヘルツのオーダーであってよい。その結果、受信機の帯域幅は、f:f測距信号周波数成分の全てが通過するのに十分な幅に保たれる必要がある。この受信機の広帯域幅はSNRに影響を及ぼす。受信機の有効帯域幅を低減し、かつSNRを改善するために、受信した測距信号ベースバンドの周波数成分は、受信したベースバンド測距信号の個々の周波数成分ごとに調整されたデジタル狭帯域フィルタによって、FPGA150内のRFバックエンドプロセッサによってフィルタリングされ得る。しかしながら、この多数のデジタルフィルタ(フィルタの数は個々の周波数成分の数nに等しい)は、FPGAリソースに追加的な負担を与え、コスト、サイズ、及び電力消費を増加させる。 Although the ranging signal bandwidth is narrow, the frequency difference f n − f 1 is relatively large and may be on the order of several megahertz, for example. As a result, the bandwidth of the receiver needs to be kept wide enough for all of the f 1 : f n ranging signal frequency components to pass through. The wideband width of this receiver affects SNR. In order to reduce the effective bandwidth of the receiver and improve the SNR, the frequency component of the received distance measurement signal baseband is a digital narrow band adjusted for each individual frequency component of the received baseband distance measurement signal. The filter can be filtered by the RF backend processor in the FPGA 150. However, this large number of digital filters (the number of filters equals the number n of individual frequency components) imposes an additional burden on FPGA resources, increasing cost, size, and power consumption.

一実施形態では、2つの狭帯域デジタルフィルタのみが使用され、一方のフィルタは、常に周波数成分f用に調整され、他方のフィルタは、他の全ての周波数成分f:f用に調整され得る。測距信号の複数のインスタンスが、マスターによって送信される。各インスタンスは、2つの周波数f:f;f:f......;f:f......;f:fのみからなる。同様のストラテジーも可能である。 In one embodiment, only two narrowband digital filters are used, one filter is always tuned for frequency component f 1 and the other filter is tuned for all other frequency components f 2 : f n . Can be done. Multiple instances of ranging signals are transmitted by the master. Each instance has two frequencies f 1 : f 2 ; f 1 : f 3 . .. .. .. .. .. ; F i: f i. .. .. .. .. .. ; F 1 : consists of only f n. Similar strategies are possible.

また、周波数シンセサイザを調整することによって、例えば、KSYNを変更することによって、周波数成分の残りを生成する2つのみに(又は1つにでも)ベースバンド測距信号成分を維持することが全く可能であることに留意されたい。アップコンバータ及びダウンコンバータミキサのLO信号は、ダイレクトデジタル合成(DDS)技術を使用して生成されることが望ましい。高VHF帯周波数では、送受信機/FPGAハードウェアに望ましくない負担を与える可能性がある。しかしながら、より低い周波数では、これは有用なアプローチであり得る。アナログ周波数シンセサイザを使用することもできるが、周波数の変更後に安定するために追加の時間を要する場合がある。また、アナログシンセサイザの場合、アナログシンセサイザの周波数の変更後に発生し得る位相オフセットをキャンセルするために、同一周波数で2つの測定を行う必要がある。 Also, by adjusting the frequency synthesizer, for example by changing the KSYNC , it is entirely possible to maintain the baseband ranging signal component in only two (or even one) that produce the rest of the frequency component. Note that it is possible. The LO signals of the upconverter and downconverter mixers are preferably generated using direct digital compositing (DDS) technology. High VHF band frequencies can impose an undesired burden on the transceiver / FPGA hardware. However, at lower frequencies this can be a useful approach. An analog frequency synthesizer can be used, but it may take additional time to stabilize after changing frequencies. Also, in the case of an analog synthesizer, it is necessary to make two measurements at the same frequency in order to cancel the phase offset that may occur after changing the frequency of the analog synthesizer.

上記の式で使用される実際のTD_M−AMは、マスター(M)システムクロック及びトランスポンダ(AM)システムクロックの両方で測定され、例えば、TLB_AM及びtRTXはトランスポンダ(AM)クロックでカウントされ、TLB_Mはマスター(M)クロックでカウントされる。しかしながら、2×ΔΦF1/F2が両方で計算されるとき、TLB_AM及びtRTXはマスター(M)クロックにおいて測定(カウント)される。これにより、以下の誤差が生じる。

Figure 2021519422
The actual TD_M-AM used in the above equation is measured on both the master (M) system clock and the transponder (AM) system clock, for example TLB_AM and t RTX are counted on the transponder (AM) clock. , T LB_M is counted by the master (M) clock. However, when 2 × ΔΦ F1 / F2 are calculated in both, TLB_AM and t RTX are measured (counted) in the master (M) clock. This causes the following error.
Figure 2021519422

位相推定誤差(7)は、精度に影響を及ぼす。したがって、この誤差を最小限に抑えることが必要である。β=βAMである場合、換言すれば、全てのマスターシステムクロック及びトランスポンダ(タグ)システムクロックが同期している場合、tRTX時間からの寄与分が排除される。 The phase estimation error (7) affects the accuracy. Therefore, it is necessary to minimize this error. If β M = β AM , in other words, if all master system clocks and transponder (tag) system clocks are synchronized, the contribution from the t RTX time is excluded.

一実施形態では、マスターダユニット(デバイス)及びトランスポンダユニット(デバイス)は、デバイスのうちのいずれかとクロックを同期させることができる。例えば、マスターデバイスは、基準として機能することができる。クロック同期は、リモート制御通信チャネルを使用することによって達成され、それにより、FPGA150の制御下で、温度補償水晶発振器TCXO20の周波数が調整される。周波数差は、選択したトランスポンダデバイスによる搬送波信号の送信中に、マスターデバイスの加算器270の出力において測定される。 In one embodiment, the master unit (device) and the transponder unit (device) can synchronize the clock with any of the devices. For example, the master device can serve as a reference. Clock synchronization is achieved by using a remote control communication channel, which regulates the frequency of the temperature compensated crystal oscillator TCXO 20 under the control of the FPGA 150. The frequency difference is measured at the output of adder 270 on the master device during transmission of the carrier signal by the selected transponder device.

その後、マスターは、トランスポンダにコマンドを送信して、TCXO周波数を増減させる。この手順を数回繰り返して、加算器270の出力で周波数を最小化することによって、より高い精度を達成し得る。理想的な場合では、加算器270の出力での周波数がゼロに等しくなるべきであることに留意されたい。別の方法は、周波数差を測定し、トランスポンダのTCXO周波数を調整せずに推定された位相の補正を行うことである。 The master then sends a command to the transponder to increase or decrease the TCXO frequency. Higher accuracy can be achieved by repeating this procedure several times to minimize the frequency at the output of adder 270. Note that in the ideal case the frequency at the output of adder 270 should be equal to zero. Another method is to measure the frequency difference and make an estimated phase correction without adjusting the transponder's TCXO frequency.

β−βAMはかなり低減され得るが、β≠1のときには位相推定誤差が存在する。この場合、誤差の範囲は、基準デバイス(通常はマスター(M))のクロック発生器の長期安定性に依存する。加えて、クロック同期のプロセスは、かなり長い時間がかかり得る(特に、現場で多数のユニットを用いる場合)。同期プロセスの間、追跡−位置特定システムは部分的又は完全に動作不能になり、システムの準備及び性能に悪影響を及ぼす。この場合、トランスポンダのTCXO周波数調整を必要としない上記の方法が好ましい。 β M − β AM can be significantly reduced, but there is a phase estimation error when β M ≠ 1. In this case, the range of error depends on the long-term stability of the clock generator of the reference device (usually the master (M)). In addition, the process of clock synchronization can take quite a long time (especially when using a large number of units in the field). During the synchronization process, the tracking-location system becomes partially or completely inoperable, adversely affecting system readiness and performance. In this case, the above method that does not require the TCXO frequency adjustment of the transponder is preferable.

市販の(既製の)TCXO構成要素は、高い精度及び安定性を有する。具体的には、GPS商用アプリケーションのTCXO構成要素は、非常に正確である。これらのデバイスでは、位置特定精度に対する位相誤差の影響は1メートル未満であり得、頻繁なクロック同期を必要としない。 Commercially available (off-the-shelf) TCXO components have high accuracy and stability. Specifically, the TCXO components of GPS commercial applications are very accurate. In these devices, the effect of phase error on positioning accuracy can be less than 1 meter and does not require frequent clock synchronization.

狭帯域測距信号マルチパス軽減プロセッサが、戻された狭帯域測距信号の複素振幅

Figure 2021519422
を取得した後、更なる処理(すなわち、超分解能アルゴリズムの実行)は、マルチパス軽減プロセッサの一部であるソフトウェアベースの構成要素において実施される。このソフトウェア構成要素は、マスター(読取機)ホストコンピュータのCPU及び/又はFPGA150(図示せず)に埋め込まれたマイクロプロセッサにおいて実施され得る。一実施形態では、マルチパス軽減アルゴリズムのソフトウェア構成要素は、マスターホストコンピュータのCPUによって実行される。 Narrowband ranging signal Multipath mitigation processor returns complex amplitude of narrowband ranging signal
Figure 2021519422
Further processing (ie, execution of the super-resolution algorithm) is performed on the software-based components that are part of the multipath mitigation processor. This software component can be implemented in a microprocessor embedded in the CPU and / or FPGA 150 (not shown) of a master (reader) host computer. In one embodiment, the software components of the multipath mitigation algorithm are executed by the CPU of the master host computer.

超分解能アルゴリズムは、(2π×τ)「周波数」、例えばτ値などを推定する。最終工程では、マルチパス軽減プロセッサは最小値(すなわち、DLOS遅延時間)のτを選択する。 The super-resolution algorithm estimates a (2π × τ K ) “frequency”, such as an τ K value. In the final step, the multipath mitigation processor selects the minimum value (ie, DLOS delay time) τ.

測距信号狭帯域要件がある程度緩和される特定の場合では、DLOSパスは、連続(時間内)チャープを用いることによってMPパスから分離することができる。一実施形態では、この連続チャープは、直線周波数変調(LFM)である。しかしながら、他のチャープ波形も使用され得る。 In certain cases where the ranging signal narrowband requirement is relaxed to some extent, the DLOS path can be separated from the MP path by using a continuous (in-time) chirp. In one embodiment, this continuous chirp is linear frequency modulation (LFM). However, other chirp waveforms can also be used.

マルチパス軽減プロセッサの下で、Bの帯域幅及びTの期間を有するチャープが送信されると仮定する。これにより、

Figure 2021519422
ラジアン/秒のチャープ速度が与えられる。複数のチャープが送信され、受信されて戻される。チャープ信号は、各チャープが同一位相で開始され、デジタル的に生成されることに留意されたい。 Suppose a chirp with a bandwidth of B and a duration of T is transmitted under a multipath mitigation processor. This will
Figure 2021519422
Given a chirp speed of radians / second. Multiple chirps are sent, received and returned. Note that the chirp signal is generated digitally, with each chirp starting in phase.

マルチパスプロセッサでは、それぞれの受信された単一のチャープは、戻されたチャープが対象領域の中心から来るように調整される。 In a multipath processor, each single received chirp is adjusted so that the returned chirp comes from the center of the area of interest.

チャープ波形の式は、

Figure 2021519422
であり、式中、ωは、0<t<Tの初期周波数である。
単一の遅延往復τ、例えばマルチパスがない場合、戻された信号(チャープ)は、s(t−τ)である。 The formula for the chirp waveform is
Figure 2021519422
In the equation, ω 0 is the initial frequency of 0 <t <T.
In the absence of a single delayed round trip τ, eg multipath, the returned signal (chirp) is s (t-τ).

次いで、マルチパス軽減プロセッサは、当初送信されたチャープとの複合共役の混合を実行することによってs(t−τ)を「脱傾斜(deramp)」する。得られた信号は、以下の複素正弦波である。

Figure 2021519422
式中、exp(−iwτ)は振幅であり、2βτは周波数であり、0≦t≦Tである。最後の項は位相であり、ごくわずかであることに留意されたい。 The multipath mitigation processor then "deramps" s (t-τ) by performing a compound conjugate mix with the originally transmitted chirp. The obtained signal is the following complex sine wave.
Figure 2021519422
In the equation, exp (−iw 0 τ k ) is the amplitude, 2β τ is the frequency, and 0 ≦ t ≦ T. Note that the last term is the topology, which is negligible.

マルチパスの場合、合成脱傾斜信号は、以下のように複数の複素正弦波からなる。

Figure 2021519422
式中、Lは、DLOSパスを含む測距信号パスの数であり、0≦t≦Tである。 In the case of multipath, the composite degrading signal consists of a plurality of complex sine waves as follows.
Figure 2021519422
In the formula, L is the number of distance measurement signal paths including the DLOS path, and is 0 ≦ t ≦ T.

複数のチャープが送信され、処理される。各チャープは、上記のように個々に取り扱われる/処理される。その後、マルチパス軽減プロセッサは、個々のチャープ処理の結果を以下のように集約する。

Figure 2021519422
式中、Nはチャープの数であり、
Figure 2021519422
であり、ρ=T+tdeadであり、tdeadは、2つの連続するチャープ間のデッドタイムゾーンであり、2βτは、人為的遅延の「周波数」である。ここでも、最も興味深いのは、DLOSパス遅延に対応する最低「周波数」である。 Multiple chirps are sent and processed. Each chirp is treated / processed individually as described above. The multipath mitigation processor then aggregates the results of the individual chirp processes as follows:
Figure 2021519422
In the formula, N is the number of chirps,
Figure 2021519422
Is a, is a ρ = T + t dead, t dead is a dead time zone between two consecutive chirp, 2βτ k is a "frequency" of the artificial delay. Again, the most interesting is the minimum "frequency" that corresponds to the DLOS path delay.

式(10)では、

Figure 2021519422
は、以下の時点における複素正弦波の合計のうちのN個のサンプルであると考えることができる。
Figure 2021519422
したがって、サンプルの数は、Nの倍数、例えばαN;α=1,2,......であり得る。 In equation (10),
Figure 2021519422
Can be considered to be N samples of the total of complex sine waves at the following time points.
Figure 2021519422
Therefore, the number of samples is a multiple of N, such as αN; α = 1, 2,. .. .. .. .. .. Can be.

式(10)から、マルチパス軽減プロセッサは、更なる処理(すなわち、超分解能アルゴリズムの実行)で使用される時間領域においてαN複素振幅サンプルを生成する。この更なる処理は、マルチパス軽減プロセッサの一部であるソフトウェア構成要素において実施される。このソフトウェア構成要素は、マスター(読取機)ホストコンピュータのCPU及び/若しくはFPGA150に埋め込まれたマイクロプロセッサ(図示せず)によって、又はこの両方によって実行され得る。一実施形態では、マルチパス軽減アルゴリズムソフトウェアは、マスターホストコンピュータのCPUによって実行される。 From equation (10), the multipath mitigation processor produces an αN complex amplitude sample in the time domain used in further processing (ie, execution of the superresolution algorithm). This further processing is performed in software components that are part of the multipath mitigation processor. This software component may be executed by a microprocessor (not shown) embedded in the CPU and / or FPGA 150 of the master (reader) host computer, or both. In one embodiment, the multipath mitigation algorithm software is executed by the CPU of the master host computer.

超分解能アルゴリズムは、2βτ「周波数」の推定値、例えばτ値などを生成する。最終工程では、マルチパス軽減プロセッサは最小値、すなわち、DLOS遅延時間のτを選択する。 Super-resolution algorithm, estimates of 2Betatau k "frequency", to produce a like e.g. tau K value. In the final step, the multipath mitigation processor selects the minimum value, ie, the DLOS delay time τ.

超分解能アルゴリズムの代わりとして機能することができる「閾値技法」と呼ばれる特殊な処理方法について説明する。換言すると、この方法は、人為的に生成された、合成のより広い帯域測距信号を使用して、他のMPパスからDLOSパスを区別する際の信頼性及び精度を向上させるために使用される。 A special processing method called "threshold technique" that can function as an alternative to the super-resolution algorithm will be described. In other words, this method is used to improve reliability and accuracy in distinguishing DLOS paths from other MP paths using artificially generated, broader band ranging signals. NS.

図1及び図1Aに示す周波数領域のベースバンド測距信号は、以下のように時間領域のベースバンド信号s(t)に変換することができる。

Figure 2021519422
s(t)が周期1/Δtで周期的であり、任意の整数kについてはs(k/Δt)=2N+1であり、信号のピーク値であることが容易に確認される。式中、図1及び図1Aにおいてn=Nである。 The baseband ranging signal in the frequency domain shown in FIGS. 1 and 1A can be converted into the baseband signal s (t) in the time domain as follows.
Figure 2021519422
It is easily confirmed that s (t) is periodic with a period of 1 / Δt, s (k / Δt) = 2N + 1 for any integer k, and is the peak value of the signal. In the formula, n = N in FIGS. 1 and 1A.

図4は、N=11及びΔf=250kHzである場合のs(t)の2つの周期を示す。この信号は、1/Δf=4マイクロ秒で分離された高さ2N+1=23のパルスのシーケンスとして現れる。パルス間は、可変振幅及び2Nのゼロを有する正弦波波形である。信号の広い帯域幅は、高パルスの狭さに起因し得る。帯域幅は、ゼロ周波数からNΔf=2.75MHzにまで及ぶことも分かる。 FIG. 4 shows two periods of s (t) when N = 11 and Δf = 250 kHz. This signal appears as a sequence of pulses with a height of 2N + 1 = 23 separated at 1 / Δf = 4 microseconds. Between the pulses is a sinusoidal waveform with variable amplitude and 2N zeros. The wide bandwidth of the signal can be due to the narrowness of the high pulses. It can also be seen that the bandwidth extends from zero frequency to NΔf = 2.75 MHz.

一実施形態で使用される閾値法の基本概念は、他のMPパスからDLOSパスを区別する際に、人為的に生成された、合成のより広い帯域測距の信頼性及び精度を向上させることである。閾値法は、広帯域パルスの前縁の開始部分が受信機に到着する時点を検出する。送信機及び受信機におけるフィルタリングのために、前縁は瞬時には立ち上がらないが、滑らかに増加する勾配でノイズから抜き出る。前縁のTOAは、前縁が所定の閾値Tを超える時点を検出することによって測定される。 The basic concept of the threshold method used in one embodiment is to improve the reliability and accuracy of artificially generated broad band ranging in synthesis when distinguishing DLOS paths from other MP paths. Is. The threshold method detects when the starting edge of the leading edge of a broadband pulse arrives at the receiver. Due to filtering in the transmitter and receiver, the leading edge does not rise instantly, but pulls out of the noise with a smoothly increasing gradient. Leading edge TOA is measured by detecting when the leading edge exceeds a predetermined threshold T.

すぐに超えられ、パルスの真の開始と閾値を超える時点との間の誤差遅延τが小さいため、小さい閾値が望ましい。したがって、レプリカの開始がτよりも大きい遅延を有する場合、マルチパスにより到着するいずれのパルスレプリカも影響を及ぼさない。しかしながら、ノイズの存在により、閾値Tをどの程度小さくすることができるかが制限される。遅延τを低減する1つの方法は、パルス自体の代わりに、受信パルスの導関数を使用することである(導関数の方が早く立ち上がるため)。二次導関数は、更により早く立ち上がる。より高次の導関数を使用することができるが、実際には、ノイズレベルを許容できない値まで上昇させ得るため、閾値化された二次導関数が使用される。 A small threshold is desirable because the error delay τ between the true start of the pulse and the point above the threshold is small, which is quickly exceeded. Therefore, if the replica start has a delay greater than τ, then any pulse replica arriving by multipath has no effect. However, the presence of noise limits how small the threshold T can be. One way to reduce the delay τ is to use the derivative of the received pulse instead of the pulse itself (because the derivative rises faster). The quadratic derivative rises even faster. Higher-order derivatives can be used, but in practice thresholded quadratic derivatives are used because the noise level can be raised to unacceptable values.

図4に示す2.75MHz幅の信号は、かなり広い帯域幅を有するが、上記の方法による範囲測定には好適ではない。この方法は、ゼロ信号の先行部分をそれぞれ有する送信パルスを必要とする。しかしながら、パルス間の正弦波波形が本質的にキャンセルされるように、信号を修正することによって、この目標を達成することが可能である。一実施形態では、高パルス間の選択した間隔で信号に緊密に近似する波形を構築し、次いで元の信号から構築した波形を差し引くことによって行われる。 The 2.75 MHz wide signal shown in FIG. 4 has a fairly wide bandwidth, but is not suitable for range measurement by the above method. This method requires a transmit pulse, each with a leading portion of a zero signal. However, this goal can be achieved by modifying the signal so that the sinusoidal waveform between the pulses is essentially canceled. In one embodiment, it is done by constructing a waveform that closely approximates the signal at selected intervals between high pulses, and then subtracting the constructed waveform from the original signal.

この技法は、図1の信号に適用することによって示すことができる。波形上に示される2つの黒い点は、第1の2つのパルスの間の中心に置かれた、間隔Iのエンドポイントである。最良の結果を提供するために実験によって決定された間隔Iの左右のエンドポイントは、それぞれ以下のとおりである。

Figure 2021519422
This technique can be demonstrated by applying it to the signal of FIG. The two black dots shown on the waveform are the endpoints at interval I, centered between the first two pulses. The left and right endpoints of interval I, which were experimentally determined to provide the best results, are:
Figure 2021519422

この間隔で信号s(t)を本質的にキャンセルするが、間隔外ではそれほど有害ではない関数g(t)を生成する試みが行われる。式(11)は、s(t)が1/sinπΔftによって変調された正弦波sinπ(2N+1)Δftであることを示すため、最初に、間隔Iで1/sinπΔftに緊密に近似する関数h(t)が見出され、次いでその産物として、g(t)が以下のように形成される。

Figure 2021519422
h(t)は、以下のように合計によって生成される。
Figure 2021519422
式中、
Figure 2021519422
であり、係数αは、間隔Iにわたって最小二乗誤差を最小化するように選択される。
Figure 2021519422
Attempts are made to generate a function g (t) that essentially cancels the signal s (t) at this interval but is less harmful outside the interval. Equation (11) first shows that s (t) is a sine wave sinπ (2N + 1) Δft modulated by 1 / sinπΔft, so that first, a function h (t) that closely approximates 1 / sinπΔft at intervals I. ) Is found, and as a product thereof, g (t) is formed as follows.
Figure 2021519422
h (t) is generated by summing as follows.
Figure 2021519422
During the ceremony
Figure 2021519422
The coefficient α k is selected to minimize the least squares error over the interval I.
Figure 2021519422

その解は、αに対してJの偏導関数を取り入れ、ゼロに等しく設定することによって容易に得られる。その結果として、M+1式の線形システムが以下のように得られ、

Figure 2021519422
The solution can be easily obtained by incorporating the partial derivative of J with respect to α k and setting it equal to zero. As a result, a linear system of M + 1 equation is obtained as follows.
Figure 2021519422

これは、αに対して解くことができ、式中、以下のとおりである。

Figure 2021519422
This can be solved for α k and is as follows in the equation.
Figure 2021519422

次に、

Figure 2021519422
next,
Figure 2021519422

(12)によって得られる関数φ(t)の定義を使用すると、以下のとおりである。

Figure 2021519422
Using the definition of the function φ k (t) obtained by (12), it is as follows.
Figure 2021519422

s(t)からg(t)を差し引いて、間隔Iにおいてs(t)を本質的にキャンセルするべき関数r(t)を得る。付属書類に示すように、式(20)での合計の上限Mは、M=2N+1を選択することが適している。この値及び付属書類の結果をすると、以下のとおりである。

Figure 2021519422
式中、以下のとおりである。
Figure 2021519422
Subtract g (t) from s (t) to obtain a function r (t) that should essentially cancel s (t) at interval I. As shown in the annex, it is suitable to select M = 2N + 1 as the upper limit M of the total in the formula (20). The results of this value and the attached documents are as follows.
Figure 2021519422
In the formula, it is as follows.
Figure 2021519422

式(17)から、所望の信号r(t)を得るために、合計2N+3の周波数(ゼロ周波数のDC項を含む)が必要であることが分かる。図5は、図1に示す元の信号s(t)について得られた信号r(t)を示しており、式中、N=11である。この場合、r(t)を構築するために25の搬送波(DC項bを含む)が必要である。 From equation (17), it can be seen that a total of 2N + 3 frequencies (including the zero frequency DC term) is required to obtain the desired signal r (t). FIG. 5 shows the signal r (t) obtained for the original signal s (t) shown in FIG. 1, where N = 11 in the equation. In this case, 25 carrier waves ( including DC term b 0 ) are required to construct r (t).

上記のように構築されるr(t)の重要な特性は、以下のとおりである。 The important properties of r (t) constructed as described above are as follows.

1.(14)から分かるように、最低周波数はゼロHzであり、最高周波数は(2N+1)ΔfHzである。したがって、全帯域幅は(2N+1)ΔfHzである。 1. 1. As can be seen from (14), the lowest frequency is zero Hz and the highest frequency is (2N + 1) ΔfHz. Therefore, the total bandwidth is (2N + 1) ΔfrHz.

2.全ての搬送波は、周波数

Figure 2021519422
に位置する正弦関数である1つの搬送波を除いて、Δf間隔の余弦関数(DCを含む)である。 2. All carriers have frequencies
Figure 2021519422
It is a cosine function (including DC) with a Δf interval, except for one carrier wave which is a sine function located at.

3.元の信号s(t)は周期1/Δfを有するが、r(t)は周期2/Δfを有する。r(t)の各周期の前半(s(t)の全周期である)は、信号のキャンセル部分を含み、後半r(t)は、大きく振動する部分である。したがって、先行部分のキャンセルは、s(t)の一周期おきにのみ生じる。 3. 3. The original signal s (t) has a period 1 / Δf, while r (t) has a period 2 / Δf. The first half of each cycle of r (t) (which is the entire cycle of s (t)) includes a signal canceling portion, and the second half r (t) is a portion that vibrates significantly. Therefore, the cancellation of the preceding portion occurs only every other cycle of s (t).

これは、キャンセル関数g(t)が、実際にはs(t)の一周期おきにs(t)を増強するためである。その理由は、g(t)はs(t)の各ピークにおいてその極性を反転させるが、s(t)は反転させないことである。s(t)の周期ごとに、処理利得を3dBずつ増加させるキャンセル部分を含ませる方法を以下に記載する。 This is because the cancel function g (t) actually enhances s (t) every other cycle of s (t). The reason is that g (t) reverses its polarity at each peak of s (t), but s (t) does not. A method of including a cancel portion that increases the processing gain by 3 dB for each cycle of s (t) will be described below.

4.s(t)のキャンセル部分の長さは1/Δf、の約80〜90%である。したがって、Δfは、マルチパスに起因する、r(t)の以前の非ゼロ部分からの残留信号を全て除去するためにこの長さを十分に長くするように、十分に小さい必要がある。 4. The length of the canceled portion of s (t) is about 80 to 90% of 1 / Δf. Therefore, Δf needs to be small enough to be long enough to remove all residual signals from the previous non-zero portion of r (t) due to multipath.

5.r(t)の各ゼロ部分の直後は、振動部分の第1の周期である。一実施形態では、上記のTOA測定方法では、この周期の前半はTOA、具体的にはその立ち上がりの開始を測定するために使用される。この前半の周期のピーク値(主ピークと呼ばれる)は、ほぼ同一の時点に位置する、対応するs(t)のピークよりも多少大きいことに留意されたい。前半の周期の幅は、NΔfにほぼ反比例する。 5. Immediately after each zero portion of r (t) is the first period of the vibrating portion. In one embodiment, in the TOA measurement method described above, the first half of this cycle is used to measure the start of TOA, specifically its rise. It should be noted that the peak value of this first half period (called the main peak) is slightly larger than the corresponding s (t) peak located at about the same time point. The width of the first half cycle is approximately inversely proportional to NΔf.

6.以下を行うことによって大量の処理利得を達成できる。 6. A large amount of processing gain can be achieved by doing the following:

(a)信号r(t)を繰り返し使用する。これは、r(t)が周期2/Δfで周期的であるためである。また、後述の方法により、更に3dBの処理利得が可能である。 (A) The signal r (t) is used repeatedly. This is because r (t) is periodic with a period of 2 / Δf. Further, a processing gain of 3 dB can be further obtained by the method described later.

(b)狭帯域フィルタリング。2N+3の搬送波のそれぞれは狭帯域信号であるため、信号の占有帯域幅は、割り当てられた周波数帯域全体にわたる広帯域信号の帯域幅よりもはるかに小さい。 (B) Narrowband filtering. Since each of the 2N + 3 carriers is a narrowband signal, the occupied bandwidth of the signal is much smaller than the bandwidth of the wideband signal over the entire allocated frequency band.

N=11、Δf=250kHzである、図5に示す信号r(t)の場合、s(t)のキャンセル部分の長さは、約3.7マイクロ秒、つまり1,110メートルである。これは、マルチパスに起因する、r(t)の以前の非ゼロ部分からの残留信号を全て除去するのに十分過ぎるほどである。主ピークは、およそ35の値を有し、先行部分(すなわち、キャンセル)領域における最大の大きさは、主ピークよりも65dB小さい、約0.02である。これは、上記のようにTOA測定閾値技法を使用して良好な性能を得るために望ましい。 In the case of the signal r (t) shown in FIG. 5, where N = 11 and Δf = 250 kHz, the length of the canceled portion of s (t) is about 3.7 microseconds, that is, 1,110 meters. This is more than sufficient to remove all residual signals from the previous nonzero portion of r (t) due to multipath. The main peak has a value of approximately 35 and the maximum magnitude in the preceding portion (ie, canceled) region is about 0.02, which is 65 dB smaller than the main peak. This is desirable to obtain good performance using the TOA measurement threshold technique as described above.

より少ない搬送波の使用を図6に示す。この図は、合わせてわずか2N+3=9つの搬送波に対して、Δf=850kHz、N=3、及びM=2N+1=7を使用して生成される信号を示す。この場合、信号の周期は、周期が8マイクロ秒である図5の信号と比較して、わずか

Figure 2021519422
マイクロ秒である。この例は、単位時間当たりでより多くの周期を有するため、より多くの処理利得の達成が期待され得る。 The use of fewer carriers is shown in FIG. This figure shows the signals generated using Δf = 850 kHz, N = 3, and M = 2N + 1 = 7 for a total of only 2N + 3 = 9 carriers. In this case, the signal period is slightly smaller than that of the signal of FIG. 5, which has a period of 8 microseconds.
Figure 2021519422
Microseconds. Since this example has more cycles per unit time, more processing gain can be expected to be achieved.

しかしながら、より少ない搬送波が使用されるため、主ピークの振幅は前の約1/3の大きさであり、予想される追加の処理利得をキャンセルする傾向がある。また、ゼロ信号先行部分の長さはより短く、約0.8マイクロ秒、つまり240メートルである。これは、マルチパスに起因する、r(t)の以前の非ゼロ部分からの残留信号を全て除去するのにまだ十分であるはずである。なお、(2N+1)Δf=5.95MHzの合計帯域幅は以前とほぼ同一であり、主ピークの半周期の幅もほぼ同一である。より少ない搬送波が使用されるため、各搬送波が受信機で狭帯域フィルタリングされる場合には、ある程度の追加の処理利得が存在するべきである。更に、先行部分(すなわち、キャンセル)領域における最大の大きさは、ここでは、主ピークよりも約75dB低く、前の例から10dB改善している。 However, because fewer carriers are used, the amplitude of the main peak is about one-third as large as before and tends to cancel the expected additional processing gain. Also, the length of the zero signal leading portion is shorter, about 0.8 microseconds, or 240 meters. This should still be sufficient to remove all residual signals from the previous nonzero portion of r (t) due to multipath. The total bandwidth of (2N + 1) Δf = 5.95 MHz is almost the same as before, and the width of the half cycle of the main peak is also almost the same. Since fewer carriers are used, there should be some additional processing gain if each carrier is narrowband filtered at the receiver. Moreover, the maximum magnitude in the preceding portion (ie, canceled) region is here about 75 dB lower than the main peak, an improvement of 10 dB from the previous example.

RF周波数での送信:この時点まで、r(t)は、簡略化するために、ベースバンド信号として記載してきた。しかしながら、これはRFに変換され、送信され、受信され、その後、受信機においてベースバンド信号として再構成され得る。説明するために、添え字j(ラジアン/秒周波数は、表記を簡略化するために使用される)を有するマルチパス伝播パスのうちの1つを介して伝播する、ベースバンド信号r(t)の周波数成分ωのうちの1つに何が起こるかを検討する。

Figure 2021519422
Transmission at RF Frequency: Up to this point, r (t) has been described as a baseband signal for brevity. However, it can be converted to RF, transmitted, received, and then reconfigured as a baseband signal at the receiver. To illustrate, the baseband signal r (t) propagates through one of the multipath propagation paths having the subscript j (radians / arcs are used to simplify the notation). Consider what happens to one of the frequency components ω k of.
Figure 2021519422

ここでは、送信機及び受信機は周波数同期されていると仮定する。パラメータbは、r(t)に対する、式(21)におけるk番目の係数である。パラメータτ及びφは、j番目の伝播パスのパス遅延及び位相シフト(反射体の誘電特性に起因する)である。パラメータθは、受信機におけるベースバンドへのダウンコンバージョンにおいて生じる位相シフトである。式(21)の正弦成分に対して、同様の一連の関数を提示することができる。 Here, it is assumed that the transmitter and the receiver are frequency-synchronized. The parameter b k is the k-th coefficient in the equation (21) with respect to r (t). The parameters τ j and φ j are the path delay and phase shift of the jth propagation path (due to the dielectric properties of the reflector). The parameter θ is the phase shift that occurs during down-conversion to baseband at the receiver. A similar series of functions can be presented for the sine component of equation (21).

r(t)におけるゼロ信号の先行部分が最大の有意な伝播遅延よりも十分に大きい長さを有する限り、式(20)における最終ベースバンド信号は、依然としてゼロ信号の先行部分を有することに留意することが重要である。当然のことながら、全てのパス(添え字j)にわたる全周波数成分(添え字k)が組み合わされると、受信機におけるベースバンド信号は、全ての位相シフトを含む、r(t)の歪みのあるバージョンとなる。 Note that the final baseband signal in equation (20) still has a leading portion of the zero signal, as long as the leading portion of the zero signal at r (t) has a length sufficiently greater than the maximum significant propagation delay. It is important to. Naturally, when all frequency components (subscript k) over all paths (subscript j) are combined, the baseband signal at the receiver is r (t) distorted, including all phase shifts. It becomes a version.

連続的な搬送波送信及び信号再構成を図1及び図1Aに示す。送信機及び受信機では、時間同期及び周波数同期が行われていると仮定され、2N+3の送信された搬送波は同時に送信される必要はない。一例として、ベースバンドの表現が図1A及び図6の表現である信号の送信を検討する。 Continuous carrier transmission and signal reconstruction are shown in FIGS. 1 and 1A. In the transmitter and receiver, it is assumed that time synchronization and frequency synchronization are performed, and the 2N + 3 transmitted carriers do not need to be transmitted at the same time. As an example, consider transmitting a signal whose baseband representation is that of FIGS. 1A and 6.

図6では、N=3であり、1ミリ秒の9つの周波数成分のそれぞれが順次送信されると仮定する。各周波数送信の開始時間及び終了時間は、受信機において既知であり、そのため、それぞれの時間における各周波数成分の受信を順次開始し、終了することができる。信号伝播時間は、1ミリ秒と比較して非常に短い(通常、意図される用途では数マイクロ秒未満であろう)ため、各受信周波数成分のごく一部は無視されるべきであり、受信機は、容易に消去することができる。 In FIG. 6, it is assumed that N = 3 and each of the nine frequency components of 1 millisecond is transmitted sequentially. The start and end times of each frequency transmission are known to the receiver, so that reception of each frequency component at each time can be started and ended in sequence. Since the signal propagation time is very short compared to 1 millisecond (usually less than a few microseconds for intended use), only a small portion of each reception frequency component should be ignored and received. The machine can be easily erased.

9つの周波数成分を受信するプロセス全体を、9ミリ秒ブロックの追加受信で繰り返して、処理利得を増加させることができる。1秒の総受信時間では、処理利得に使用可能であるこのような9ミリ秒ブロックが約111個ある。更に、各ブロック内には、

Figure 2021519422
の主ピークから使用可能な更なる処理利得が存在する。 The entire process of receiving the nine frequency components can be repeated with additional reception of 9 ms blocks to increase the processing gain. With a total receive time of 1 second, there are about 111 such 9 ms blocks that can be used for processing gain. Furthermore, in each block,
Figure 2021519422
There is additional processing gain available from the main peak of.

概して、信号再構成は、非常に経済的に行われ得、全ての可能な処理利得を本質的に許可することに留意するに値する。2N+3個の受信周波数ごとに、以下を行う。
1.当該周波数の1ミリ秒受信のそれぞれの位相及び振幅を測定して、当該周波数に対応する、一連の記憶されたベクトル(フェーザ)を形成する。
2.当該周波数の記憶されたベクトルを平均化する。
3.最後に、2N+3個の周波数の2N+3個のベクトル平均を使用して、期間2/Δfを有するベースバンド信号の1周期を再構成し、再構成を使用して信号のTOAを推定する。
In general, it is worth noting that signal reconstruction can be very economical and essentially allows all possible processing gains. For each 2N + 3 reception frequencies, do the following:
1. 1. The phase and amplitude of each 1 millisecond reception of the frequency is measured to form a series of stored vectors (phasors) corresponding to the frequency.
2. The stored vector of the frequency is averaged.
3. 3. Finally, 2N + 3 vector means of 2N + 3 frequencies are used to reconstruct one cycle of the baseband signal with period 2 / Δf, and the reconstruction is used to estimate the TOA of the signal.

この方法は、1ミリ秒送信に限定されるものではなく、送信の長さを増減することができる。しかしながら、全送信の総時間は、受信機又は送信機の全ての動作を凍結するのに十分短いはずである。 This method is not limited to 1 millisecond transmission, and the length of transmission can be increased or decreased. However, the total time of all transmissions should be short enough to freeze all operations of the receiver or transmitter.

r(t)の別の半周期でのキャンセル:キャンセル関数g(t)の極性を単に反転させることによって、s(t)のピーク間でのキャンセルが可能である(r(t)は以前に振動していた)。しかしながら、s(t)の全てのピーク間でキャンセルを行うには、受信機において、関数g(t)及びその極性が反転されたバージョンを適用する必要があり、受信機における係数の重み付けを伴う。 Cancellation of r (t) in another half cycle: Cancellation between peaks of s (t) is possible by simply reversing the polarity of the cancel function g (t) (r (t) was previously It was vibrating). However, in order to cancel between all peaks of s (t), it is necessary to apply a version of the function g (t) and its polarity inverted in the receiver, which involves weighting the coefficients in the receiver. ..

受信機における係数の重み付け:所望に応じて、式(21)の係数bは、送信機におけるr(t)の構築に使用され、代わりに受信機において導入されてよい。これは、bが開始時ではなく最終工程で導入される場合に最終信号が同じである式(20)において、一連の信号を考慮することによって容易に分かる。ノイズを無視すると、値は以下のとおりである。

Figure 2021519422
Coefficient weighting in the receiver: If desired, the coefficient b k of equation (21) may be used in the construction of r (t) in the transmitter and instead introduced in the receiver. This, in Formula (20) final signal is the same when b k is introduced in the final step rather than at the start, it can be readily seen by considering a series of signals. Ignoring the noise, the values are:
Figure 2021519422

次に、送信機は、同一振幅を有する全ての周波数を送信することができ、その設計を単純化する。この方法はまた、各周波数においてノイズの重み付けが行われ、その効果を考慮するべきであることに留意するべきである。また、係数の重み付けは、g(t)の極性の反転に影響を及ぼして、使用可能な主ピークの2倍を得るために、受信機において行われるべきであることに留意されたい。 The transmitter can then transmit all frequencies with the same amplitude, simplifying its design. It should also be noted that this method is noise weighted at each frequency and its effect should be taken into account. It should also be noted that the coefficient weighting should be done at the receiver in order to affect the polarity reversal of g (t) and obtain twice the available main peaks.

チャネルにおけるΔfの中心周波数へのスケーリング:VHF又はより低い周波数でFCC要件を満たすために、一定のチャネル間隔を有するチャネル形成された送信が必要となる。割り当てられた全帯域と比較して小さい、一定のチャネル間隔を有するチャネル形成された伝送帯域(VHF及びより低い周波数帯域の場合)では、必要に応じて、Δfに対して多少の調整を加えることによって、全ての送信周波数が、元の設計値から著しく性能を変化させることなく、チャネルの中心に位置できるようになる。以前に提示したベースバンド信号の2つの例では、全ての周波数成分がΔf/2の倍数であり、そのため、チャネル間隔がΔf/2を分割する場合、最低のRF送信周波数が、あるチャネルに集中し、他の全ての周波数はチャネルの中心に収まり得る。 Scaling of Δf to the center frequency in the channel: Channel-formed transmissions with constant channel spacing are required to meet the FCC requirements at VHF or lower frequencies. For channel-formed transmission bands (for VHF and lower frequency bands) with constant channel spacing, which are smaller than the total allocated band, make some adjustments to Δf as needed. This allows all transmit frequencies to be centered on the channel without significant performance changes from the original design values. In the two examples of baseband signals presented earlier, all frequency components are multiples of Δf / 2, so if the channel spacing divides Δf / 2, the lowest RF transmission frequency is concentrated in one channel. However, all other frequencies can fit in the center of the channel.

一部の無線周波数(RF)ベースの識別、追跡、及び位置特定システムでは、マスターユニット及びタグユニットの両方が、距離測定機能を実行することに加えて、音声、データ、及び制御通信機能も実行する。同様に、一実施形態では、マスターユニット及びタグの両方が、距離測定機能に加えて音声、データ、及び制御通信機能を実行する。 In some radio frequency (RF) -based identification, tracking, and locating systems, both the master unit and the tag unit perform voice, data, and control communication functions in addition to performing distance measurement functions. do. Similarly, in one embodiment, both the master unit and the tag perform voice, data, and control communication functions in addition to distance measurement functions.

一実施形態によると、測距信号は、マルチパス軽減など広範な高度な信号処理技法の対象となる。しかしながら、これらの技法は、それ自体が音声、データ、及び制御信号に適していないことがある。その結果、提案されるシステム(並びに他の既存のシステム)の動作範囲は、距離を確実かつ正確に測定する能力によってはなく、音声及び/又はデータ及び/又は制御通信中の範囲外であることによって制限され得る。 According to one embodiment, ranging signals are subject to a wide range of advanced signal processing techniques such as multipath mitigation. However, these techniques may not be suitable in their own right for voice, data, and control signals. As a result, the operating range of the proposed system (and other existing systems) is outside the range during voice and / or data and / or control communication, not by the ability to measure distance reliably and accurately. Can be limited by

他の無線周波数(RF)ベースの識別、追跡、及び位置特定システムでは、距離測定機能は、音声、データ、及び制御通信機能から分離されている。これらのシステムでは、別個のRF送受信機が、音声、データ、及び制御通信機能を実行するために使用される。このアプローチの欠点は、システムのコスト、複雑性、サイズなどを増加させることである。 In other radio frequency (RF) -based identification, tracking, and locating systems, distance measurement functions are separated from voice, data, and control communication functions. In these systems, separate RF transceivers are used to perform voice, data, and control communication functions. The disadvantage of this approach is that it increases the cost, complexity, size, etc. of the system.

上記の欠点を回避するために、一実施形態では、狭帯域測距信号又はベースバンド狭帯域測距信号のいくつかの個々の周波数成分が、同一のデータ/制御信号で変調され、音声の場合には、デジタル音声パケットデータで変調される。受信機では、最高信号強度を有する個々の周波数成分が復調され、得られた情報の信頼性は、情報冗長性を用いる「投票」又は他の信号処理技法を実行することによって更に向上させることができる。 To avoid the above drawbacks, in one embodiment, some individual frequency components of the narrowband ranging signal or baseband narrowband ranging signal are modulated with the same data / control signal, in the case of voice. Is modulated with digital voice packet data. At the receiver, the individual frequency components with the highest signal strength are demodulated, and the reliability of the information obtained can be further improved by performing "voting" or other signal processing techniques with information redundancy. can.

この方法により「ヌル」現象を回避することができ、複数のパスからの着信RF信号は、DLOSパスと、及び互いに破壊的に結合し、したがって、受信信号強度を著しく低減し、それをSNRと関連付ける。更に、このような方法により、複数のパスからの着信信号がDLOSパスと、及び互いに破壊的に結合し、したがって受信信号強度を増加させ、それをSNRと関連付ける周波数のセットを見出すことができる。 By this method, the "null" phenomenon can be avoided and the incoming RF signals from multiple paths are destructively coupled with the DLOS path and with each other, thus significantly reducing the received signal strength, which is referred to as the SNR. Associate. Further, by such a method, it is possible to find a set of frequencies in which incoming signals from multiple paths are destructively coupled to and from the DLOS path, thus increasing the received signal strength and associating it with the SNR.

前述したように、スペクトル推定ベースの超分解能アルゴリズムは、概して、同一モデル(周波数の複素指数関数とそれらの複素振幅の線形結合)を使用する。この複素振幅は、上記の式3によって与えられる。 As mentioned above, spectrum estimation-based superresolution algorithms generally use the same model (complex exponential functions of frequencies and linear combinations of their complex amplitudes). This complex amplitude is given by Equation 3 above.

全てのスペクトル推定ベースの超分解能アルゴリズムでは、複素指数関数の数、すなわちマルチパスのパス数を事前に把握する必要がある。複素指数関数のこの数はモデルサイズと呼ばれ、式1〜3に示すようにマルチパス成分Lの数によって決定される。しかしながら、パス遅延を推定するとき(RF追跡−位置特定用途の場合)には、この情報を入手することができない。これのため、超分解能アルゴリズムによるスペクトル推定処理に、別の次元、すなわちモデルサイズ推定が追加される。 All spectrum estimation-based super-resolution algorithms need to know in advance the number of complex exponential functions, that is, the number of multipath passes. This number of complex exponential functions is called the model size and is determined by the number of multipath components L as shown in Equations 1-3. However, this information is not available when estimating path delays (for RF tracking-location applications). Therefore, another dimension, that is, model size estimation, is added to the spectrum estimation process by the super-resolution algorithm.

モデルサイズが過小評価される場合には、周波数推定の精度が影響を受け、モデルサイズが過大評価される場合には、アルゴリズムが疑似周波数、例えば、存在しない周波数を生成することが示されている(Kei Sakaguchi et al.,Influence of the Model Order Estimation Error in the ESPRIT Based High Resolution Techniques)。AIC(赤池情報量基準)、MDL(最小記述長)などモデルサイズ推定の既存の方法は、信号間の相関性(複素指数関数)に対して高い感度を有する。しかし、RFマルチパスの場合には、これが常に該当する。例えば、前後平滑化アルゴリズムの適用後であっても、常に相関性が残存するであろう。 It has been shown that if the model size is underestimated, the accuracy of frequency estimation is affected, and if the model size is overestimated, the algorithm produces pseudo frequencies, eg, frequencies that do not exist. (Kei Sakaguchi et al., Environment of the Model Order Algorithm Error in the ESPRIT Based High Resolution Techniques). Existing methods of model size estimation, such as AIC (Akaike's Information Criterion) and MDL (Minimum Description Length), are highly sensitive to the correlation between signals (complex exponential function). However, this is always the case for RF multipath. For example, the correlation will always remain, even after the application of the anteroposterior smoothing algorithm.

Sakaguchiの論文では、過大評価モデルを使用し、これらの信号電力(振幅)を推定して、これらの信号電力(振幅)を推定し、次いで、非常に低電力の信号を除去することによって、擬似周波数(信号)から実際の周波数(信号)を弁別することが提案されている。この方法は既存の方法よりも改善されているが、保証されてはいない。本発明者らは、Kei Sakaguchiらの方法を実施し、より大きなモデルサイズを有するより複雑なケースについてシミュレーションを実施した。場合によっては、疑似信号が、実際の信号振幅に非常に近い振幅を有し得ることが観察された。 In Sakaguchi's paper, an overestimation model is used to estimate these signal powers (amplitudes), estimate these signal powers (amplitudes), and then mock by removing very low power signals. It has been proposed to discriminate the actual frequency (signal) from the frequency (signal). This method is an improvement over existing methods, but is not guaranteed. We carried out the method of Kei Sakaguchi et al. And performed simulations for more complex cases with larger model sizes. In some cases, it was observed that the pseudo signal could have an amplitude very close to the actual signal amplitude.

全てのスペクトル推定ベースの超分解能アルゴリズムは、着信信号の複素振幅データを2つの部分空間、つまりノイズ部分空間及び信号部分空間に分割することによって機能する。これらの部分空間が適切に規定される(分離される)場合、モデルサイズは信号部分空間サイズ(次元)に等しい。 All spectrum estimation-based super-resolution algorithms work by dividing the complex amplitude data of the incoming signal into two subspaces, the noise subspace and the signal subspace. When these subspaces are properly defined (separated), the model size is equal to the signal subspace size (dimensions).

一実施形態では、モデルサイズの推定は、「F」統計値を使用して達成される。例えば、ESPRITアルゴリズムでは、共分散行列の推定値の特異値分解(前方/後方相関平滑化を伴う)は、昇順で順序付けられる。その後、(n+1)固有値をn番目の固有値で除する除算が行われる。この比は、「F」ランダム変数である。最悪の場合は、(1,1)自由度の「F」ランダム変数である。(1,1)自由度を有する「F」ランダム変数の95%信頼区間は161である。この値を閾値として設定することにより、モデルサイズが決定される。また、ノイズ部分空間については、固有値はノイズ電力の推定値を表すことに留意されたい。 In one embodiment, model size estimates are achieved using "F" statistics. For example, in the Esprit algorithm, the singular value decomposition (with forward / backward correlation smoothing) of the estimates of the covariance matrix is ordered in ascending order. After that, division is performed by dividing the (n + 1) eigenvalue by the nth eigenvalue. This ratio is an "F" random variable. In the worst case, it is (1,1) a random variable with "F" degrees of freedom. (1,1) The 95% confidence interval for the "F" random variable with degrees of freedom is 161. By setting this value as a threshold value, the model size is determined. Also note that for noise subspaces, the eigenvalues represent an estimate of the noise power.

固有値の比に「F」統計を適用するこの方法は、より正確な、モデルサイズ推定法である。「F」統計における他の自由度は、閾値計算に使用され、結果的にモデルサイズ推定に使用され得ることに留意されたい。 This method of applying "F" statistics to the ratio of eigenvalues is a more accurate model size estimation method. Note that other degrees of freedom in the "F" statistic can be used in threshold calculations and, as a result, in model size estimation.

それにもかかわらず、場合によっては、2つ以上の非常に密接した(時間的に)信号は、実世界測定の欠陥のために、1つの信号に返ることがあり得る。その結果、上記の方法は、信号の数、すなわちモデルサイズを過小評価するであろう。モデルサイズの過小評価は周波数推定精度を低下させるので、特定の数を加えることによってモデルサイズを増大させることが賢明である。この数は、実験によって、及び/又はシミュレーションから決定することができる。しかしながら、信号が密接していない場合、モデルサイズは過大評価されるであろう。 Nevertheless, in some cases, two or more very close (temporal) signals can return to one signal due to a flaw in real-world measurements. As a result, the above method will underestimate the number of signals, i.e. the model size. It is advisable to increase the model size by adding a certain number, as underestimating the model size reduces the accuracy of frequency estimation. This number can be determined experimentally and / or from simulation. However, if the signals are not close together, the model size will be overestimated.

このような場合、疑似、すなわち、存在しない周波数が出現し得る。前述したように、場合によっては、疑似信号は、実際の信号に非常に近い振幅を有することが観察されたため、疑似信号検出用の信号振幅の使用が常に機能するわけではない。したがって、疑似周波数の除去確率を向上させるために、振幅弁別に加えて、フィルタを実装することができる。 In such a case, a pseudo, that is, a frequency that does not exist may appear. As mentioned above, in some cases it has been observed that the pseudo signal has an amplitude very close to the actual signal, so the use of signal amplitude for pseudo signal detection does not always work. Therefore, in addition to the amplitude discrimination, a filter can be implemented to improve the probability of removing the pseudo-frequency.

超分解能アルゴリズムによって推定される周波数は、人工周波数である(式2)。実際には、これらの周波数は、マルチパス環境の個々のパス遅延である。その結果、負の周波数は存在するべきではなく、超分解能アルゴリズムによって生成される全ての負の周波数は、拒絶されるべき疑似周波数である。 The frequency estimated by the super-resolution algorithm is an artificial frequency (Equation 2). In practice, these frequencies are the individual path delays in a multipath environment. As a result, there should be no negative frequencies, and all negative frequencies produced by the super-resolution algorithm are pseudo-frequency to be rejected.

更に、DLOS距離範囲は、超分解能法とは異なる方法を用いて測定中に得られた複素振幅の

Figure 2021519422
値から推定することができる。これらの方法はより低い精度を有するが、このアプローチは、遅延、すなわち周波数の区別に使用される範囲を確立する。例えば、
Figure 2021519422
In addition, the DLOS distance range is the complex amplitude obtained during the measurement using a method different from the super-resolution method.
Figure 2021519422
It can be estimated from the value. Although these methods have lower accuracy, this approach establishes the delay, i.e. the range used to distinguish frequencies. for example,
Figure 2021519422

信号振幅

Figure 2021519422
が最大に近い、すなわちゼロを回避するΔf間隔における比率は、DLOS遅延範囲を提供する。実際のDLOS遅延は、最大で2倍大きく、又は小さくあり得るが、これは、疑似結果を拒絶するのに役立つ範囲を規定する。 Signal amplitude
Figure 2021519422
The ratio at the Δf interval where is close to maximum, i.e. avoiding zero, provides a DLOS delay range. The actual DLOS delay can be up to twice as large or small, but this defines a range that helps reject pseudo-results.

本実施形態では、測距信号は往復である。換言すれば、測距信号は、マスター/読取機から標的/スレーブへ、及び標的/スレーブからマスター/読取機に戻るという両方向に移動する。 In this embodiment, the ranging signal is reciprocating. In other words, the ranging signal travels in both directions, from the master / reader to the target / slave and from the target / slave back to the master / reader.

マスターは、音α×e−jωtを送信し、ωは動作帯域における動作周波数であり、αは音信号振幅である。 The master transmits the sound α × e −jωt , where ω is the operating frequency in the operating band and α is the sound signal amplitude.

標的の受信機では、受信信号(一方向)は以下のとおりである。

Figure 2021519422
At the target receiver, the received signal (one direction) is as follows.
Figure 2021519422

式中、Nは、マルチパス環境における信号パスの数であり、K0及びτは、DLOS信号の振幅及び飛行時間であり、

Figure 2021519422
は、正又は負であり得る。
Figure 2021519422
In the equation, N is the number of signal paths in a multipath environment, K0 and τ 0 are the amplitude and flight time of the DLOS signal.
Figure 2021519422
Can be positive or negative.
Figure 2021519422

式中、

Figure 2021519422
は、周波数領域における一方向マルチパスRFチャネルの伝達関数であり、A(ω)≧0である。 During the ceremony
Figure 2021519422
Is the transfer function of the unidirectional multipath RF channel in the frequency domain, and A (ω) ≥ 0.

標的は、受信信号を以下のように再送信する。

Figure 2021519422
The target retransmits the received signal as follows.
Figure 2021519422

マスター受信機において、往復信号は以下のとおりである。 In the master receiver, the round-trip signal is as follows.

Figure 2021519422
Figure 2021519422

又は Or

Figure 2021519422
Figure 2021519422

一方、式(26)及び(28)から、以下のとおりである。

Figure 2021519422
On the other hand, from equations (26) and (28), it is as follows.
Figure 2021519422

式中、

Figure 2021519422
は、周波数領域における往復マルチパスRFチャネルの伝達関数である。 During the ceremony
Figure 2021519422
Is the transfer function of the round-trip multipath RF channel in the frequency domain.

式29から、往復マルチパスチャネルは、一方向チャネルマルチパスよりも多くのパスを有する。これは、

Figure 2021519422
の式が、τ÷τパス遅延に加えて、例えば、τ+τ、τ+τ.....、τ+τ、τ+τ、...、などこれらのパス遅延の組み合わせを含むためである。 From Equation 29, the round-trip multipath channel has more paths than the one-way channel multipath. this is,
Figure 2021519422
In addition to the τ 0 ÷ τ N path delay, for example, τ 0 + τ 1 , τ 0 + τ 2 . .. .. .. .. , Τ 1 + τ 2 , τ 1 + τ 3 , ... .. .. , Etc. to include a combination of these path delays.

これらの組み合わせは、信号の数(複素指数関数)を劇的に増加させる。したがって、非常に密接した(時間的に)信号の確率も増加し、モデルサイズを著しく過小評価すことがある。したがって、一方向マルチパスRFチャネル伝達関数を得ることが望ましい。 These combinations dramatically increase the number of signals (complex exponential function). Therefore, the probability of very close (temporal) signals also increases, which can significantly underestimate the model size. Therefore, it is desirable to obtain a one-way multipath RF channel transfer function.

一実施形態では、一方向振幅値

Figure 2021519422
は、標的/スレーブデバイスから直接得ることができる。しかしながら、一方向の位相値
Figure 2021519422
を直接測定することはできない。一方向の位相を、往復位相測定値の観測、つまり、 In one embodiment, the unidirectional amplitude value
Figure 2021519422
Can be obtained directly from the target / slave device. However, the phase value in one direction
Figure 2021519422
Cannot be measured directly. Observation of the reciprocating phase measurement value of the phase in one direction, that is,

Figure 2021519422
から決定することは可能である。
Figure 2021519422
It is possible to decide from.

しかしながら、ωの各値については、2つの位相値α(ω)が存在し、以下のようになる。 However, for each value of ω, there are two phase values α (ω), which are as follows.

Figure 2021519422
Figure 2021519422

この曖昧さを解決する詳細な説明を以下に示す。測距信号の異なる周波数成分が互いに近接している場合、大部分について、一方向の位相は、往復位相を2で除することによって見出すことができる。例外は、「ゼロ」に近い領域を含み、位相は、小さい周波数ステップでも有意に変化し得る。注:「ゼロ」現象では、複数のパスからの着信RF信号が、DLOSパスと、及び互いに破壊的に結合し、したがって、受信信号強度を著しく低減し、それをSNRと関連付ける。 A detailed description of resolving this ambiguity is given below. When the different frequency components of the ranging signal are close to each other, for the most part, the unidirectional phase can be found by dividing the reciprocating phase by 2. Exceptions include regions close to "zero" and the phase can change significantly even with small frequency steps. Note: In the "zero" phenomenon, incoming RF signals from multiple paths are destructively coupled to and from the DLOS path, thus significantly reducing the received signal strength and associating it with the SNR.

h(t)を通信チャネルの一方向のインパルス応答とする。周波数領域における対応する伝達関数は、以下のとおりである。 Let h (t) be a one-way impulse response of the communication channel. The corresponding transfer functions in the frequency domain are:

Figure 2021519422
Figure 2021519422

式中、A(ω)≧0は大きさであり、α(ω)は伝達関数の位相である。一方向のインパルス応答が受信されるときに、同一チャネルを介して再送信されて戻される場合、得られる双方向伝達関数は、以下のとおりである。 In the equation, A (ω) ≥ 0 is the magnitude and α (ω) is the phase of the transfer function. When a unidirectional impulse response is received and retransmitted and returned over the same channel, the resulting bidirectional transfer function is:

Figure 2021519422
Figure 2021519422

式中、B(ω)≧0である。双方向の伝達関数G(ω)が、一部の開周波数区間(ω,ω)において全てのωについて既知であると仮定する。G(ω)を生成した(ω,ω)で規定された一方向の伝達関数H(ω)を決定することが可能であるだろうか。 In the formula, B (ω) ≥ 0. It is assumed that the bidirectional transfer function G (ω) is known for all ω in some open frequency intervals (ω 1 , ω 2). Is it possible to determine the unidirectional transfer function H (ω) defined by (ω 1 , ω 2 ) that generated G (ω)?

双方向の伝達関数の大きさは一方向の大きさの二乗であるため、以下が明らかである。 Since the magnitude of the bidirectional transfer function is the square of the magnitude in one direction, the following is clear.

Figure 2021519422
Figure 2021519422

しかしながら、一方向の伝達関数の位相をG(ω)の観察から復元しようとする場合、状況はより微妙である。ωの各値については、以下になるように2つの位相α(ω)の値が存在する。 However, the situation is more subtle when trying to restore the phase of the unidirectional transfer function from the observation of G (ω). For each value of ω, there are two phase α (ω) values as follows.

Figure 2021519422
Figure 2021519422

異なる周波数ωごとに2つの考えられる位相値のうちの1つを独立して選択することによって、多数の異なる解が生成され得る。 By independently selecting one of two possible phase values for each different frequency ω, many different solutions can be generated.

任意の一方向伝達関数が全ての周波数において連続的であると仮定する以下の定理は、この状況を解決するのに役立つ。 The following theorem, which assumes that any one-way transfer function is continuous at all frequencies, helps solve this situation.

定理1:Iを、双方向の伝達関数G(ω)=B(ω)ejβ(ω)のゼロを含まない周波数ωの開区間とする。

Figure 2021519422
をIにおける連続関数とし、式中、β(ω)=2γ(ω)である。次いで、J(ω)及び−J(ω)は、IでG(w)を生成する一方向伝達関数であり、他には存在しない。 Theorem 1: Let I be an open interval of frequency ω that does not include zero in the bidirectional transfer function G (ω) = B (ω) e jβ (ω).
Figure 2021519422
Is a continuous function in I, and β (ω) = 2γ (ω) in the equation. Next, J (ω) and −J (ω) are unidirectional transfer functions that generate G (w) at I, and are not present elsewhere.

証明:一方向伝達関数の解のうちの1つは、Iで連続的な関数

Figure 2021519422
である。これは、Iで弁別可能であり、式中、β(ω)=2α(ω)である。IではG(ω)≠0であるため、Iでは、H(ω)及びJ(ω)はゼロ以外である。したがって、以下のとおりである。 Proof: One of the solutions of the one-way transfer function is a continuous function at I
Figure 2021519422
Is. This can be discriminated by I, and β (ω) = 2α (ω) in the equation. In I, G (ω) ≠ 0, so in I, H (ω) and J (ω) are non-zero. Therefore, it is as follows.

Figure 2021519422
Figure 2021519422

H(ω)及びJ(ω)は、Iで連続的かつゼロ以外であるため、それらの比はIで連続的であり、したがって、(34)の右側は、Iで連続的である。条件β(ω)=2α(ω)=2γ(ω)は、各ω∈Iについて、πが、0又はα(ω)−γ(ω)のいずれかであることを示唆する。しかしながら、α(ω)−γ(ω)は、(34)の右側に不連続を生じさせることなく、これら2つの値を切り替えることはできない。したがって、全てのω∈Iについてα(ω)−γ(ω)=0である、又は全てのω∈Iについてα(ω)−γ(ω)=πであるのいずれかである。第1のケースではJ(ω)=H(ω)を得、第2のケースではJ(ω)=H(ω)を得る。 Since H (ω) and J (ω) are continuous at I and non-zero, their ratio is continuous at I, and therefore the right side of (34) is continuous at I. The condition β (ω) = 2α (ω) = 2γ (ω) suggests that for each ω ∈ I, π is either 0 or α (ω) −γ (ω). However, α (ω) -γ (ω) cannot switch between these two values without causing a discontinuity on the right side of (34). Therefore, either α (ω) −γ (ω) = 0 for all ω ∈ I, or α (ω) −γ (ω) = π for all ω ∈ I. In the first case, J (ω) = H (ω) is obtained, and in the second case, J (ω) = H (ω) is obtained.

この定理は、ゼロ以外の伝達関数G(ω)=B(ω)ejβ(ω)を含む任意の開区間Iで一方向の解を得るためには、関数

Figure 2021519422
を作成し、J(ω)を連続的にするようにβ(ω)=2γ(ω)を満たすγ(ω)の値を選択することを証明する。この特性、すなわちH(ω)を有する解が存在することが知られているため、これを行うことは常に可能である。 This theorem is a function to obtain a one-way solution in any open interval I including the transfer function G (ω) = B (ω) e jβ (ω) other than zero.
Figure 2021519422
To prove that the value of γ (ω) that satisfies β (ω) = 2γ (ω) is selected so that J (ω) is continuous. It is always possible to do this because it is known that there is a solution with this property, i.e. H (ω).

一方向の解を見出す別の手順は、以下の定理に基づいている。 Another procedure for finding a one-way solution is based on the following theorem.

定理2:H(ω)=A(ω)ejα(ω)を一方向の伝達関数とし、IをH(ω)のゼロを含まない周波数ωの開区間とする。その結果、H(ω)の位相関数α(ω)は、Iにおいて連続的でなければならない。 Theorem 2: Let H (ω) = A (ω) e jα (ω) be a unidirectional transfer function, and let I be an open interval of frequency ω that does not include zero in H (ω). As a result, the phase function α (ω) of H (ω) must be continuous at I.

証明:ωを、区間Iの周波数とする。図7では、複素数値H(ω)は、複素平面内の点として、仮説H(ω)≠0によって描かれている。H(ω)を任意の小実数とし、図7に示す2つの測定値εの角度、並びにε>0を中心とし、2つの半直線OA及びOBに接する円を検討する。仮定により、全てのωについてH(ω)は連続的である。したがって、ωが十分にω近い場合、複素数値H(ω)は円内にあり、

Figure 2021519422
であることが分かる。ε>0は任意に選択されたため、α(ω)→α(ω)をω→ωと結論付け、したがって位相関数α(ω)はωにおいて連続的である。 Proof: Let ω 0 be the frequency of interval I. In FIG. 7, the complex value H (ω 0 ) is drawn as a point in the complex plane by the hypothesis H (ω 0 ) ≠ 0. Let H (ω 0 ) be an arbitrary small real number, and consider the angle of the two measured values ε shown in FIG. 7 and the circle tangent to the two half-line OA and OB centered on ε> 0. By assumption, H (ω) is continuous for all ω. Therefore, when ω is sufficiently close to ω 0 , the complex value H (ω) is in the circle.
Figure 2021519422
It turns out that. Since ε> 0 was chosen arbitrarily, we conclude that α (ω) → α (ω 0 ) is ω → ω 0 , so the phase function α (ω) is continuous at ω 0.

定理3:Iを、双方向の伝達関数G(ω)=B(ω)ejβ(ω)のゼロを含まない周波数ωの開区間とする。

Figure 2021519422
をIにおける関数とし、式中、β(ω)=2γ(ω)及びγ(ω)はIにおいて連続的である。次いで、J(ω)及び−J(ω)は、IでG(ω)を生成する一方向伝達関数であり、他には存在しない。 Theorem 3: Let I be an open interval of frequency ω that does not include zero in the bidirectional transfer function G (ω) = B (ω) e jβ (ω).
Figure 2021519422
Is a function in I, and in the equation, β (ω) = 2γ (ω) and γ (ω) are continuous in I. Next, J (ω) and −J (ω) are unidirectional transfer functions that generate G (ω) at I, and are not present elsewhere.

証明:証明は、定理1の証明と同様である。一方向の伝達関数の解のうちの1つが関数

Figure 2021519422
(式中、β(ω)=2α(ω)である)であることは既知である。IではG(ω)≠0であるため、Iでは、H(ω)及びJ(ω)はゼロ以外である。したがって、以下のとおりである。 Proof: The proof is similar to the proof of Theorem 1. One of the solutions of the one-way transfer function is a function
Figure 2021519422
It is known that (in the equation, β (ω) = 2α (ω)). In I, G (ω) ≠ 0, so in I, H (ω) and J (ω) are non-zero. Therefore, it is as follows.

Figure 2021519422
Figure 2021519422

仮説により、γ(ω)は、Iにおいて連続的であり、定理2により、α(ω)もIにおいて連続的である。したがって、α(ω)−γ(ω)は、Iにおいて連続的である。条件β(ω)=2α(ω)=2γ(ω)は、各ω∈Iについて、πが、0又はα(ω)−γ(ω)のいずれかであることを示唆する。しかしながら、α(ω)−γ(ω)は、これらの2つの値の間では、Iで不連続になることなく2つの値の間を切り替えることはできない。したがって、全てのω∈Iについてα(ω)−γ(ω)=0である、又は全てのω∈Iについてα(ω)−γ(ω)=πであるのいずれかである。第1のケースではJ(ω)=H(ω)を得、第2のケースではJ(ω)=−H(ω)を得る。 By hypothesis, γ (ω) is continuous in I, and by Theorem 2, α (ω) is also continuous in I. Therefore, α (ω) −γ (ω) is continuous at I. The condition β (ω) = 2α (ω) = 2γ (ω) suggests that for each ω ∈ I, π is either 0 or α (ω) −γ (ω). However, α (ω) -γ (ω) cannot be switched between these two values without being discontinuous at I. Therefore, either α (ω) −γ (ω) = 0 for all ω ∈ I, or α (ω) −γ (ω) = π for all ω ∈ I. In the first case, J (ω) = H (ω) is obtained, and in the second case, J (ω) = −H (ω) is obtained.

定理3は、ゼロ以外の伝達関数G(ω)=B(ω)ejβ(ω)を含む任意の開区間Iで一方向の解を得るためには、単に関数

Figure 2021519422
を作成し、位相関数γ(ω)を連続的にするようにβ(ω)=2γ(ω)を満たすγ(ω)の値を選択するだけでよいことを証明する。この特性、すなわちH(ω)を有する解が存在することが知られているため、これを行うことは常に可能である。 Theorem 3 is simply a function to obtain a one-way solution in any open interval I containing a non-zero transfer function G (ω) = B (ω) e jβ (ω).
Figure 2021519422
To prove that it is only necessary to select the value of γ (ω) that satisfies β (ω) = 2γ (ω) so that the phase function γ (ω) is continuous. It is always possible to do this because it is known that there is a solution with this property, i.e. H (ω).

上記の定理は、双方向関数G(ω)を生成する2つの一方向伝達関数を再構成する方法を示すが、これらはG(ω)のゼロを含まない周波数区間Iのみで有用である。概して、G(ω)はゼロを含有し得る周波数区間(ω,ω)で観察されるであろう。以下は、(ω,ω)中に有限数のG(ω)のゼロのみが存在し、一方向の伝達関数は(ω,ω)の全ての次数の導関数を有し、その全てが任意の所与の周波数ωにおいてゼロではないと仮定して、この問題を解決し得る方法である。 The above theorem shows how to reconstruct the two unidirectional transfer functions that produce the bidirectional function G (ω), but these are only useful in the zero-free frequency interval I of G (ω). In general, G (ω) will be observed in the frequency interval (ω 1 , ω 2) which can contain zero. Below,1, ω 2) only zeros finite number of G (omega) is present in, one direction of the transfer function have all of the derivative of the order of (ω 1, ω 2), It is a method that can solve this problem, assuming that all of them are not zero at any given frequency ω.

(H)ωを、区間(ω,ω)でG(ω)を生成する一方向の関数であるとし、G(ω)が(ω,ω)において少なくとも1つのゼロを有すると仮定する。G(ω)のゼロは、(ω,ω)を有限数の隣接する開周波数区間J,J,...,Jに分ける。このような各区間において、解(H)ω又は−(H)ωは、理論1又は理論3のいずれかを使用して見出される。これらの解は「まとめる」必要があり、まとめた解が、(ω,ω)の全てについて、(H)ω又は−(H)ωのいずれかである。これを行うために、ある部分区間から次の部分区間に移動する際に(H)ωから−(H)ωに、又は−(H)ωから(H)ωに切り替えないように、2つの隣接する部分区間で解を対にする方法を知る必要がある。 Suppose (H) ω is a unidirectional function that produces G (ω) in the interval (ω 1 , ω 2 ), and G (ω) has at least one zero in (ω 1 , ω 2). Assume. Zero of G (ω) is (ω 1 , ω 2 ) with a finite number of adjacent open frequency intervals J 1 , J 2 , ... .. .. , Divided into J n. In each of these intervals, the solution (H) ω or − (H) ω is found using either Theory 1 or Theory 3. These solutions need to be "combined", and the combined solution is either (H) ω or-(H) ω for all of (ω 1 , ω 2). To do this, two so as not to switch from (H) ω to − (H) ω or from − (H) ω to (H) ω when moving from one segment to the next. We need to know how to pair solutions in adjacent sub-intervals.

第1の2つの隣接する開部分区間J及びJから開始する、まとめの手順を示す。これらの部分区間は、G(ω)のゼロである周波数ωで当接するだろう(当然のことながら、ωはいずれの部分区間に含まれない)。一方向の伝達関数の特性関する上記の仮定により、H(n)(ω)≠0であるように最小の正の整数nが存在しなければならず、式中、上付き文字(n)はn番目の導関数を示す。次に、左からのω→ωとしてのJにおける一方向の解のn番目の導関数の極限は、Jでの解がH(ω)又は−H(ω)であるかに従って、H(n)(ω)又は−H(n)(ω)のいずれかである。同様に、右からのω→ωとしてのJにおける一方向の解のn番目の導関数の極限は、Jでの解がH(ω)又は−H(ω)であるかに従って、H(n)(ω)又は−H(n)(ω)のいずれかである。H(n)(ω)≠0であるため、2つの極限値は、J及びJの解が両方ともH(ω)である、又は両方とも−H(ω)である場合、かつその場合に限り等しいであろう。左側及び右側の極限値が等しくない場合は、部分間隔Jにおいて解を反転させる。そうではない場合には、反転させない。 Starting from the open subintervals J 1 and J 2 are first two adjacent, a summary of the procedure. These subsections will abut at frequency ω 1 , which is zero for G (ω) (of course, ω 1 is not included in any of the subsections). According to the above assumptions about the characteristics of the one-way transfer function, there must be a minimum positive integer n such that H (n)1 ) ≠ 0, and the superscript (n) in the equation. Indicates the nth derivative. Next, according to whether the limit of the n-th derivative of the one-way solution in J 1 as omega → omega 1 from the left, the solution in J 1 is H (omega) or -H (omega), It is either H (n)1 ) or −H (n)1). Similarly, the limit of the nth derivative of the unidirectional solution in J 2 as ω → ω 1 from the right depends on whether the solution in J 2 is H (ω) or −H (ω). It is either H (n)1 ) or −H (n)1). Since H (n)1 ) ≠ 0, the two limit values are when the solutions of J 1 and J 2 are both H (ω) or both are −H (ω) and Only then would it be equal. If extreme values of the left and right are not equal, reversing the solution in subinterval J 2. If not, do not flip.

(必要に応じて)解を部分区間Jにおいて反転させた後、部分区間J及びJについても同一の手順を行い、(必要に応じて)部分区間Jにおいて解を反転させる。このように続行して、最終的に、区間(ω1,ω2)で完全な解を構築する。 After inverting the solution in sub-interval J 2 (if necessary), the same procedure is performed for sub-intervals J 2 and J 3 and the solution is inverting in sub-interval J 3 (if necessary). Continuing in this way, finally, a complete solution is constructed in the intervals (ω1, ω2).

ノイズの存在下での正確な計算は困難であるため、上記の再構成手順においては、H(ω)の高次導関数は必要とされないことが望ましい。この問題は、G(ω)のいずれのゼロにおいてもH(ω)の一次導関数がゼロ以外である可能性が高く、そうではない場合でも、二次導関数がゼロ以外である可能性が非常に高いため、この問題は生じにくい。 Since accurate calculations in the presence of noise are difficult, it is desirable that the higher derivative of H (ω) is not required in the above reconstruction procedure. The problem is that the first derivative of H (ω) is likely to be non-zero at any zero of G (ω), and even if it is not, the second derivative may be non-zero. It is so expensive that this problem is unlikely to occur.

実際のスキームでは、2方向の伝達関数G(ω)は離散周波数において測定され、これらの周波数は、ゼロ付近の導関数G(ω)をかなり正確に計算可能にするために十分に近接している必要がある。 In the actual scheme, the two-way transfer function G (ω) is measured at discrete frequencies, and these frequencies are close enough to make the near zero derivative G (ω) computable fairly accurately. You need to be.

RFベースの距離測定では、推測的に既知の形状を有する測距信号の、未知の数の密接した、重複する、及びノイズが多いエコーを解決する必要がある。測距信号が狭帯域であると仮定すると、周波数領域において、このRF現象は、マルチパス成分ごとの多数の正弦波の合計として、また、それぞれがパスの複素減衰及び伝播遅延を有するものとして説明することができる。 RF-based distance measurements require resolving an unknown number of close, overlapping, and noisy echoes of ranging signals with speculatively known shapes. Assuming that the ranging signal is in a narrow band, in the frequency domain, this RF phenomenon is described as the sum of a large number of sine waves per multipath component, and each with complex attenuation and propagation delay of the path. can do.

上記のフーリエ変換を行うと、合計は、時間領域におけるこのマルチパスモデルを表す。この時間領域の表現において、時間変数と周波数変数の役割を交換すると、このマルチパスモデルは、パスの伝播遅延が高調波信号に変換される高調波信号スペクトルとなる。 When the above Fourier transform is performed, the sum represents this multipath model in the time domain. By exchanging the roles of the time variable and the frequency variable in the representation of this time domain, this multipath model becomes a harmonic signal spectrum in which the propagation delay of the path is converted into a harmonic signal.

超(高)分解能スペクトル推定法は、スペクトル内の密集した周波数を区別するように設計され、複数の高調波信号、例えば、パス遅延の個々の周波数を推定するために使用される。その結果、パス遅延を正確に推定することができる。 Ultra-(high) resolution spectral estimation methods are designed to distinguish dense frequencies within a spectrum and are used to estimate individual frequencies of multiple harmonic signals, eg, path delays. As a result, the path delay can be estimated accurately.

超分解能スペクトル推定は、ベースバンド測距信号サンプルの共分散行列の固有構造及び共分散号列の固有特性を使用して、個々の周波数、例えば、パス遅延の根底にある推定に解をもたらす。固有構造特性の1つは、固有値を組み合わせて、その結果、直交ノイズ及び信号固有ベクトル(別名、部分空間)に分割できることである。別の固有構造特性は、回転不変の信号部分空間特性である。 Super-resolution spectral estimation uses the eigenstructure of the covariance matrix of the baseband ranging signal sample and the eigencharacteristics of the covariance sequence to provide a solution to the underlying estimation of individual frequencies, eg, path delays. One of the eigenvalues is that the eigenvalues can be combined and, as a result, divided into orthogonal noise and signal eigenvectors (also known as subspaces). Another intrinsic structural characteristic is the rotation-invariant signal subspace characteristic.

部分空間分解技術(MUSIC、rootMUSIC、ESPRITなど)は、観測されたデータの推定共分散行列を、2つの直交する部分空間、つまりノイズ部分空間、及び信号部分空間に分割することに依存する。部分空間分解法の背後にある理論は、ノイズ部分空間へのオブザーバブルの投影はノイズのみからなり、信号部分空間へのオブザーバブルの投影は信号のみからなるというものである。 Subspace decomposition techniques (MUSIC, rootMUSIC, ESPRIT, etc.) rely on dividing the estimated covariance matrix of the observed data into two orthogonal subspaces, namely the noise subspace and the signal subspace. The theory behind the subspace decomposition method is that the projection of an observable into a noise subspace consists only of noise, and the projection of an observable into a signal subspace consists only of a signal.

スペクトル推定法は、信号が狭帯域であり、高調波信号の数も既知であり、すなわち、信号部分空間の大きさを知る必要があると仮定する。信号部分空間のサイズは、モデルサイズと呼ばれる。概して、その詳細を全く知ることはできず、環境が変化するにつれて(特に屋内において)急速に変化し得る。いずれの部分空間分解アルゴリズムを適用するときにおいても最も困難かつ微妙な問題のうちの1つは、存在する周波数成分の数と見なされ得る信号部分空間の次元であり、これは、マルチパス反射にダイレクトパスを加えたものである。実際の測定に欠点があるために、モデルサイズ推定には常に誤差が存在し、その結果、周波数推定、すなわち距離の精度が低下する。 The spectral estimation method assumes that the signal is narrowband and the number of harmonic signals is also known, i.e. it is necessary to know the size of the signal subspace. The size of the signal subspace is called the model size. In general, the details are completely unknown and can change rapidly as the environment changes (especially indoors). One of the most difficult and subtle problems when applying any subspace resolution algorithm is the dimension of the signal subspace, which can be considered as the number of frequency components present, which is for multipath reflection. It is the one with the direct path added. Due to the flaws in the actual measurements, there is always an error in the model size estimation, resulting in poor frequency estimation, i.e. distance accuracy.

距離の測定精度を改善するために、一実施形態は、部分空間分解の高解像度推定の最先端の方法を進化させる6つの特徴を含む。遅延パス決定の曖昧性を更に低減する、異なる固有構造特性を使用することによって、個々の周波数を推定する2つ以上のアルゴリズムを組み合わせることが含まれる。 To improve the accuracy of distance measurement, one embodiment includes six features that evolve a state-of-the-art method of high resolution estimation of subspace decomposition. It involves combining two or more algorithms that estimate individual frequencies by using different intrinsic structural properties that further reduce the ambiguity of delay path determination.

Root Musicは、オブザーバブルがノイズ部分空間に投影されるときに、投影のエネルギーを最小化する。Espritアルゴリズムは、回転演算子から個々の周波数を決定する。多くの点では、この演算は、オブザーバブルが信号部分空間に投影されるときに、投影のエネルギーを最大化する周波数を見出すという点で、Musicの共役である。 Root Music minimizes the energy of the projection when the observable is projected into the noise subspace. The Esprit algorithm determines individual frequencies from rotation operators. In many respects, this operation is Music conjugation in that when the observable is projected into the signal subspace, it finds the frequency that maximizes the energy of the projection.

モデルサイズは、これらの両アルゴリズムにとって重要であり、実際には、屋内測距で見られるような複雑な信号環境において、Music及びEspritに最高の性能を提供するモデルサイズは、以下に記載する理由のために、概して等しくない。 Model size is important for both of these algorithms, and in fact, the model sizes that provide the best performance for Music and Esprit in complex signal environments such as those found in indoor ranging are described below. Because of, they are generally not equal.

Musicについては、分解の基本要素を「信号固有値」(I型誤差)として識別し過ぎて失敗することが好ましい。これにより、ノイズ部分空間に投影される信号エネルギーの量を最小化し、精度を向上させる。Espritについては、その反対である。「ノイズ固有値」として分解の基本要素を識別し過ぎて失敗することが好ましい。これも、I型誤差である。これにより、信号部分空間に投影されるエネルギーに対するノイズの影響を最小限に抑える。したがって、Musicのモデルサイズは、概して、Espritのモデルサイズよりも幾分大きい。 For Music, it is preferable to over-identify the basic elements of decomposition as "signal eigenvalues" (type I errors) and fail. This minimizes the amount of signal energy projected into the noise subspace and improves accuracy. For Esprit, the opposite is true. It is preferable to identify the basic elements of decomposition as "noise eigenvalues" and fail. This is also a type I error. This minimizes the effect of noise on the energy projected into the signal subspace. Therefore, the Music model size is generally somewhat larger than the Esprit model size.

第2に、複雑な信号環境では、強力な反射が存在し、ダイレクトパスがマルチパス反射の一部よりもはるかに弱い可能性があるため、十分な統計的信頼性のあるモデルサイズを推定することが困難な場合が生じる。この問題は、Music及びEspritの両方について「ベース」モデルサイズを推定し、それぞれについてベースモデルサイズによって定義されたモデルサイズのウィンドウ内でMusic及びEspritを使用してオブザーバブルデータを処理することによって対処される。これにより、測定ごとに複数の測定が行われる。 Second, in complex signal environments, strong reflections are present and the direct path can be much weaker than some of the multipath reflections, so estimate a sufficiently statistically reliable model size. Sometimes it is difficult. This issue is addressed by estimating the "base" model size for both Music and Esprit and processing the observable data using Music and Esprit within a window of model size defined by the base model size for each. Will be done. As a result, a plurality of measurements are performed for each measurement.

本実施形態の第1の特徴は、モデルサイズの推定にF統計値を使用することである(上記を参照)。第2の特徴は、Music及びEspritのF統計値において異なるI型誤差確率を使用することである。これは、上記のように、MusicとEspritとの間にI型誤差を導入する。第3の特徴は、ダイレクトパスの検出確率を最大化するために、ベースモデルサイズ及びウィンドウを使用することである。 The first feature of this 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 the Music and Esprit F statistics. This introduces a type I error between Music and Esprit, as described above. A third feature is the use of the base model size and window to maximize the probability of detecting a direct path.

物理的環境及び電子環境は急速に変化する可能性があるため、全ての測定値が確固たる答えを提供するわけではない。これは、複数の測定値でクラスタ分析を使用して確固たる答えを提供することによって対処される。本実施形態の第4の特徴は、複数の測定値を使用することである。 Not all measurements provide a solid answer, as the physical and electronic environments can change rapidly. This is addressed by using cluster analysis with multiple measurements to provide a solid answer. A fourth feature of this embodiment is the use of a plurality of measured values.

複数の信号が存在するため、Music及びEspritの両方の実施からの複数のモデルサイズをそれぞれ使用して、複数の測定値から得られた複数の答えの確率分布は、多峰性である。本出願では、従来のクラスタ分析はこの用途に十分ではない。第5の特徴は、多峰性クラスタ分析を行って、反射されたマルチパス成分の直接範囲及び対等範囲を推定することである。第6の特徴は、クラスタ分析によって提供される範囲推定値の統計(範囲及び標準偏差を分析し、統計的に同一であるこれらの推定値を組み合わせることである。これにより、より正確な範囲を推定できる。 Due to the presence of multiple signals, the probability distribution of multiple answers obtained from multiple measurements using multiple model sizes from both Music and Esprit implementations is multimodal. In this application, conventional cluster analysis is not sufficient for this application. A fifth feature is to perform multimodal cluster analysis to estimate the direct and equivalent ranges of the reflected multipath components. A sixth feature is the statistics of the range estimates provided by the cluster analysis (analyzing the range and standard deviation and combining these estimates that are statistically identical, thereby providing a more accurate range. Can be estimated.

上記の方法は、また、広帯域測距信号位置検出システムでも使用することができる。 The above method can also be used in a broadband ranging signal position detection system.

閾値法におけるr(t)を導出するために、式(20)から開始して以下を得る。

Figure 2021519422
To derive r (t) in the threshold method, we start with equation (20) and obtain:
Figure 2021519422

式中、三角関数の公式

Figure 2021519422
が使用される。 Trigonometric formula in the formula
Figure 2021519422
Is used.

ただしαを除いて、偶数kに対する係数αはゼロである。この理由は、区間Iにおいて、h(t)によって近似させようとしている関数1/sinπΔftは、Iの中心の周囲で偶数であるが、偶数k(k≠0)の基底関数sinkπΔftは、Iの中心の周囲で奇数であるため、Iで1/sinπΔftに直交する。したがって、k=2n+1と置き換えることができ、Mを正の奇数とする。実際には、M=2N+1とする。この選択は、区間Iにおける振動の相当量をキャンセルするように実験によって決定されている。

Figure 2021519422
However , except for α 0 , the coefficient α k for even k is zero. The reason for this is that in interval I, the function 1 / sinπΔft to be approximated by h (t) is even around the center of I, but the basis function sinkπΔft of even k (k ≠ 0) is of I. Since it is an odd number around the center, it is orthogonal to 1 / sinπΔft at I. Therefore, it can be replaced with k = 2n + 1, and M is a positive odd number. Actually, M = 2N + 1. This choice has been experimentally determined to cancel a significant amount of vibration in section I.
Figure 2021519422

ここで、第1の積算でk=N−nの置き換えを行い、第2の積算でk=N+n+1の置き換えを行う。

Figure 2021519422
Here, k = N−n is replaced in the first integration, and k = N + n + 1 is replaced in the second integration.
Figure 2021519422

s(t)からg(t)を減じると以下のとおりとなる。

Figure 2021519422
Subtracting g (t) from s (t) gives the following.
Figure 2021519422

ここで、以下のとおりとする。

Figure 2021519422
Here, it is as follows.
Figure 2021519422

次いで、(A4)を以下のように書くことができる。

Figure 2021519422
Then, (A4) can be written as follows.
Figure 2021519422

本実施形態は、従来の技術の短所のうちの1つ以上を実質的に取り除く、無線通信及び他の無線ネットワークにおける測位/位置特定のための方法に関する。本実施形態は、米国特許第7,872,583号に記載されているマルチパス軽減プロセス、技法、及びアルゴリズムを用いることによって、複数種類の無線ネットワーク内での追跡及び位置特定機能の精度を有利に改善する。これらの無線ネットワークとしては、ZigBee及びBluetoothなどのワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPGAN)、WiFi及びUWBなどワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)、典型的には複数のWLANからなり、WiMaxが主な例であるワイヤレスメトロポリタンネットワーク(WMAN)、ホワイトスペースTV帯などワイヤレスワイドエリアネットワーク(WAN)、及び典型的には音声及びデータの送信に使用されるモバイルデバイスネットワーク(MDN)が挙げられる。MDNは、典型的には、Global System for Mobile Communications(GSM)規格及びPersonal Communications Service(PCS)規格に基づいている。より最近のMDNは、ロングタームエボリューション(LTE)規格に基づいている。これらの無線ネットワークは、典型的には、基地局、デスクトップ、タブレット及びラップトップコンピュータ、ハンドセット、スマートフォン、アクチュエータ、専用タグ、センサ、並びに他の通信及びデータデバイス(概して、これらのデバイスは全て、「無線ネットワークデバイス」と称する)などデバイスの組み合わせからなる。 The present embodiment relates to methods for positioning / positioning in wireless communications and other wireless networks that substantially eliminate one or more of the disadvantages of prior art. This embodiment favors the accuracy of tracking and locating functions within multiple types of wireless networks by using the multipath mitigation processes, techniques, and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583. To improve. These wireless networks include wireless personal area networks (WPGAN) such as ZigBee and Bluetooth, wireless local area networks (WLAN) such as WiFi and UWB, and typically multiple WLANs, with WiMax being the main example. Examples include metropolitan networks (WMAN), wireless wide area networks (WAN) such as white space TV bands, and mobile device networks (MDN) typically used for voice and data transmission. MDN is typically based on the 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, handsetes, smartphones, actuators, dedicated tags, sensors, and other communication and data devices (generally, all of these devices are "" It consists of a combination of devices such as "wireless network device").

既存の位置及び測位情報ソリューションは、GPS、AGPS、携帯電話用中継塔の三角測量(Cell Phone Tower Triangulation)、及びWi−Fiなど複数の技術及びネットワークを使用する。この位置情報を導出するために使用される方法の一部としては、RFフィンガープリンティング、RSSI、及びTDOAが挙げられる。現在のE911要件では許容可能であるが、既存の位置特定及び測距方法は、今後のE911要件、並びにLBS及び/又はRTLS適用要件(特に屋内環境及び都市環境)のサポートに必要とされる信頼性及び精度を有さない。 Existing location and positioning information solutions use multiple technologies and networks such as GPS, AGPS, cell phone tower triangulation, and Wi-Fi. Some of the methods used to derive this location information include RF fingerprinting, RSSI, and TDOA. Although acceptable with current E911 requirements, existing locating and ranging methods are required to support future E911 requirements and LBS and / or RTLS application requirements (especially indoor and urban environments). It has no sex and accuracy.

米国特許第7,872,583号に記載されている方法は、単一の無線ネットワーク又は複数の無線ネットワークの組み合わせ内の標的デバイスを正確に位置特定し、追跡する能力を著しく改善する。この実施形態は、DL−OTDOA(ダウンリンクOTDOA)、U−TDOA、UL−TDOAなど、拡張セルID及びOTDOA(観測到来時間差)を使用する無線ネットワークによって使用される追跡方法及び位置特定方法の既存の実施形態に対する有意な改善である。 The method described in US Pat. No. 7,872,583 significantly improves the ability to accurately locate and track target devices within a single radio network or a combination of radio networks. This embodiment is an existing tracking and locating method used by wireless networks that use extended cell IDs and OTDOA (observation arrival time difference), such as DL-OTDOA (downlink OTDOA), U-TDOA, UL-TDOA. Is a significant improvement over the embodiment of.

セルID位置特定技法は、特定のセクタカバレッジエリアの精度でユーザ(UE、ユーザ機器)の位置を推定することを可能にする。したがって、達成可能な精度は、セル(基地局)のセクタ化スキーム及びアンテナビーム幅に依存する。精度を向上させるために、拡張セルID技法は、eNBからRTT(ラウンドトリップタイム)測定値を追加する。注:RTTはダウンリンクDPCH(専用物理チャネル)(DPDCH)/DPCCH(専用物理データチャネル/専用物理制御チャネル)フレームの送信と、対応するアップリンクリンク物理フレームの開始との差を構成する。この場合、上記フレームは測距信号として作用する。この信号がeNBからUEに伝播するまでの時間の情報に基づいて、eNBからの距離が計算され得る(図10を参照)。 The cell ID positioning technique makes it possible to estimate the position of a user (UE, user equipment) with the accuracy of a particular sector coverage area. Therefore, the achievable accuracy depends on the cell (base station) sectorization scheme and antenna beamwidth. To improve accuracy, the extended cell ID technique adds RTT (Round Trip Time) measurements from the eNB. Note: RTT constitutes the difference between the transmission of a downlink DPCH (dedicated physical channel) (DPDCH) / DPCCH (dedicated physical data channel / dedicated physical control channel) frame and the start of the corresponding uplink physical frame. In this case, the frame acts as a ranging signal. The distance from the eNB can be calculated based on the information on the time it takes for this signal to propagate from the eNB to the UE (see FIG. 10).

観測到来時間差(OTDOA)技法では、隣接する基地局(eNB)から到来する信号の到来時間が計算される。3つの基地局からの信号が受信されると、UE位置は、ハンドセット内(UEベースの方法)又はネットワーク内(NTベースの、UEを利用する方法)で推定され得る。測定された信号はCPICH(共通パイロットチャネル)である。信号の伝播時間は、局所的に生成されたレプリカと相関する。相関のピークは、測定された信号の観測伝播時間を示す。2つの基地局間の到来時間差値は、双曲線を決定する。2つの超音波を画定するために、少なくとも3つの基準点が必要である。UEの位置は、これら2つの双曲線の交点にある(図11を参照)。 In the observation arrival time difference (OTDOA) technique, the arrival time of a signal arriving from an adjacent base station (eNB) is calculated. Upon receiving the signals from the three base stations, the UE location can be estimated within the handset (UE-based method) or within the network (NT-based, UE-based method). The measured signal is CPICH (Common Pilot Channel). Signal propagation time correlates with locally generated replicas. The peak of the correlation indicates the observed propagation time of the measured signal. The arrival time difference between the two base stations determines the hyperbola. At least three reference points are needed to define the two ultrasounds. The position of the UE is at the intersection of these two hyperbolas (see FIG. 11).

アイドル周期ダウンリンク(IPDL)は、更にOTDOAを改善する。OTDOA−IPDL技法は、アイドル周期に得られる、通常のOTDOA時間測定値と同じ測定値に基づくものであり、サービングeNBはその送信を中止し、このセルのカバレッジ内のUEが遠くのeNBから到来するパイロットを聴取できるようにする。サービングeNBは、連続モード又はバーストモードでアイドル周期を提供する。連続モードでは、1つのアイドル周期が、全てのダウンリンク物理フレーム(10ms)に挿入される。バーストモードでは、アイドル期間は擬似ランダム方式で発生する。更なる改善は、時間整合IPDL(TA−IPDLL)によって得られる。時間整合は共通アイドル周期を生成し、この周期中、各基地局は、その送信を停止するか、又は共通パイロットを送信する。パイロット信号測定は、アイドル周期に行われる。DL OTDOA−IPDL法を更に強化し得る他の技法、例えば、累積仮想ブランキング(Cumulative Virtual Blanking)、UTDOA(アップリンクTDOA)などがいくつか存在する。これらの技法は全て、他の(非サービング)eNBを聴取する能力を改善する。 Idle Cycle Downlink (IPDL) further improves OTDOA. The OTDOA-IPDL technique is based on the same measurements obtained during the idle cycle as the normal OTDOA time measurements, the serving eNB aborts its transmission and the UE within the coverage of this cell arrives from a distant eNB. To be able to hear the pilot. The serving eNB provides an idle cycle in continuous mode or burst mode. In continuous mode, one idle period is inserted in every downlink physical frame (10 ms). In burst mode, the idle period occurs in a pseudo-random manner. Further improvements are obtained by time-matched IPDL (TA-IPDLL). Time matching produces a common idle cycle, during which each base station either ceases its transmission or transmits a common pilot. The pilot signal measurement is performed during the idle cycle. There are several other techniques that can further enhance the DL OTDOA-IPDL method, such as Cumulative Virtual Blanking, UTDOA (Uplink TDOA), and the like. All of these techniques improve the ability to listen to other (non-serving) eNBs.

OTDOAベースの技法の1つの重大な欠点は、この方法が実行可能であるために、基地局のタイミング関係が既知であるか、又は測定(同期)される必要があることである。非同期UMTSネットワークでは、3GPP規格が、このタイミングの復元法を提案している。しかしながら、ネットワーク事業者は、そのようなソリューションを実施していない。その結果、CPICH信号測定値の代わりにRTT測定値を使用する代替案が提案された(米国特許出願第20080285505号、John Carlsonらの「SYSTEM AND METHOD FOR NETWORK TIMING RECOVERY IN COMMUNICATIONS NETWORKS」を参照)。 One significant drawback of OTDOA-based techniques is that the timing relationships of the base stations need to be known or measured (synchronized) in order for this method to be feasible. In asynchronous UMTS networks, the 3GPP standard proposes a method for restoring this timing. However, network operators do not implement such solutions. As a result, alternatives using RTT measurements instead of CPICH signal measurements have been proposed (see US Patent Application No. 200802855505, John Carlson et al., "SYSTEM AND METHOD FOR NETWORK TIMEING RECORD RECORD IN COMMUNICATIONS").

上記の全ての方法/技法は、地上波信号の到来時間及び/又は到来時間差の測定値(RTT、CPICHなど)に基づいている。このような測定値の問題は、これらがマルチパスによって深刻に影響を受けることである。これは、ひいては、上記の方法/技法の位置特定/追跡精度を低下させる(Jakub Marek Borkowski:Performance of Cell ID+RTT Hybrid Positioning Method for UMTSを参照)。 All of the above methods / techniques are based on measurements of terrestrial signal arrival times and / or arrival time differences (RTT, CPICH, etc.). The problem with such measurements is that they are seriously affected by multipath. This in turn reduces the positioning / tracking accuracy of the methods / techniques described above (see Jakub Marek Borkowski: Performance of Cell ID + RTT Hybrid Positioning Method for UMTS).

あるマルチパス軽減技法は、過剰な数のeNB又は無線基地局(RBS)からの検出値/測定値を用いる。最小値は3であるが、マルチパス軽減では、必要とされるRBSの数は少なくとも6〜8である(「METHOD AND ARRANGEMENT FOR DL−OTDOA(DOWNLINK OBSERVED TIME DIFFERENCE OF ARRIVAL)POSITIONING IN A LTE(LONG TERM EVOLUTION)WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM」、国際公開第2010/104436号を参照)。しかし、この多数のeNBからのUE聴取の確率は、3個のeNBよりもはるかに低い。これは、多数のRBS(eNB)ではUEから遠く離れているものがいくつか存在し、これらのRBSから受信した信号はUE受信機感度レベルを下回るか、又は受信信号が低いSNRを有するためである。 Some multipath mitigation techniques use detections / measurements from an excessive number of eNBs or radio base stations (RBSs). The minimum value is 3, but for multipath mitigation, the number of RBSs required is at least 6-8 (“METHOD AND ARRANGEMENT FOR DL-OTDOA (DOWNLINK OBSERVED TIME DIFFERENCE OF ARRIVAL) POSITIONING INA TERM EVOLUTION) WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM ", International Publication No. 2010/10436). However, the probability of hearing a UE from this large number of eNBs is much lower than that of three eNBs. This is because there are some RBSs (eNBs) that are far from the UE, and the signals received from these RBSs are below the UE receiver sensitivity level or the received signals have a low SNR. be.

RF反射(例えば、マルチパス)の場合、様々な遅延時間を有するRF信号の複数のコピーがDLOS(直接見通し線)信号に重畳される。CPICH、アップリンクDPCCH/DPDCH、及びRTT測定など様々なセルID及びOTDOA法/技法で使用される他の信号は、限定された帯域幅の信号であるため、DLOS信号及び反射信号は、適切なマルチパス処理/軽減を行わなければ弁別され得ない。また、このマルチパス処理を伴わない場合、これらの反射信号は、RTT測定値など、推定到来時間差(TDOA)及び到来時間(TOA)測定値における誤差を誘発する。 In the case of RF reflection (eg, multipath), multiple copies of the RF signal with different delay times are superimposed on the DLOS (direct line of sight) signal. DLOS and reflected signals are suitable because other signals used in various cell IDs and OTDOA methods / techniques such as CPICH, uplink DPCCH / DPDCH, and RTT measurements are signals with limited bandwidth. It cannot be discriminated unless multipath processing / mitigation is performed. Also, without this multipath processing, these reflected signals induce errors in the estimated arrival time difference (TDOA) and arrival time (TOA) measurements, such as RTT measurements.

例えば、3G TS25.515 v.3.0.0(199−10)規格は、RTTを「....ダウンリンクDPCHフレーム(信号)の送信と、UEからの対応するアップリンクDPCCH/DPDCHフレーム(信号)の開始(第1の有意なパス)の受信との間の差」として定義している。この規格は、この「第1の有意なパス」を何が構成するかを定義していない。この規格は、「第1の有意なパスの定義は更なる精緻化を必要とする」と続いている。例えば、重度のマルチパス環境では、第1の有意なパスであるDLOS信号が、1つ以上の反射信号に対して著しく減衰(10dB〜20dB)される状況が頻繁に発生する。「第1の有意なパス」が信号強度の測定によって決定される場合、それは、DLOS信号ではなく、反射信号のうちの1つであり得る。これにより、誤差を含むTOA/DTOA/RTT測定値及び位置特定精度の低下がもたらされる。 For example, 3G TS25.515 v. The 3.0.0 (199-10) standard sets the RTT to "... transmit a downlink DPCH frame (signal) and start a corresponding uplink DPCCH / DPDCH frame (signal) from the UE (first). The difference between the reception and the reception of the significant path). This standard does not define what constitutes this "first significant path". The standard continues that "the definition of the first significant path requires further refinement." For example, in a severe multipath environment, situations often occur in which the DLOS signal, which is the first significant path, is significantly attenuated (10 dB to 20 dB) with respect to one or more reflected signals. If the "first significant path" is determined by measuring the signal strength, it can be one of the reflected signals, not the DLOS signal. This results in a decrease in TOA / DTOA / RTT measurements and positioning accuracy, including errors.

従来の無線ネットワーク世代では、位置特定精度は、位置特定法で使用されるフレーム(信号)、つまりRTT信号、CPCIH信号、及び他の信号の低サンプリングレートの影響を受けた。現在の第3世代以降の無線ネットワーク世代は、はるかに高いサンプリングレートを有する。その結果、これらのネットワークでは、位置特定精度への実際の影響は、地上のRF伝播現象(マルチパス)によるものである。 In the traditional wireless network generation, locating accuracy has been influenced by the low sampling rates of the frames (signals) used in locating methods, namely RTT signals, CPCIH signals, and other signals. The current third and subsequent generations of wireless networks have much higher sampling rates. As a result, in these networks, the actual effect on positioning accuracy is due to the ground-based RF propagation phenomenon (multipath).

本実施形態は、単信動作モード、半二重動作モード、及び全二重動作モードを含む、基準信号及び/若しくはパイロット信号、並びに/又は同期信号を用いる全ての無線ネットワークで使用され得る。例えば、本実施形態は、OFDM変調及び/又はその導関数を用いる無線ネットワークで動作する。したがって、本実施形態はLTEネットワークで動作する。 This embodiment can be used in all wireless networks that use reference and / or pilot signals, and / or sync signals, including simplex, half-duplex, and full-duplex modes of operation. For example, the present embodiment operates in a wireless network that uses OFDM modulation and / or derivatives thereof. Therefore, this embodiment operates in the LTE network.

また、WiMax、WiFi、及びホワイトスペースなど他の無線ネットワークにも適用可能である。基準信号及び/若しくはパイロット信号又は同期信号を使用しない他の無線ネットワークは、米国特許第7,872,583号に記載されているように以下の別のタイプの変調の実施形態のうちの1つ以上を用いてよい:1)米国特許第7,872,583号に記載されているように、フレームの一部が測距信号/測距信号要素専用である;2)測距信号要素(米国特許第7,872,583号)が、送信/受信信号フレームに埋め込まれている;及び3)測距信号要素(米国特許第7,872,583号に記載)が、データに埋め込まれている。 It is also applicable to other wireless networks such as WiMax, WiFi, and white space. Other radio networks that do not use reference and / or pilot or sync signals are one of the following other types of modulation embodiments as described in US Pat. No. 7,872,583. The above may be used: 1) Part of the frame is dedicated to the ranging signal / ranging signal element, as described in US Pat. No. 7,872,583; 2) ranging signal element (US). Patent No. 7,872,583) is embedded in the transmit / receive signal frame; and 3) the ranging signal element (described in US Pat. No. 7,872,583) is embedded in the data. ..

これらの代替実施形態は、米国特許出願公開第7,872,583号に記載されているマルチパス軽減プロセッサ、及びマルチパス軽減技術/アルゴリズムを用い、全ての動作モード(単信、半二重、及び全二重)で使用され得る。 These alternative embodiments use the multipath mitigation processor described in U.S. Patent Application Publication No. 7,872,583, and multipath mitigation techniques / algorithms, in all modes of operation (single, half-duplex, And full double) can be used.

複数の無線ネットワークが同時に、好ましい及び/又は代替の実施形態を利用する可能性も高い。例として、スマートフォンは、Bluetooth、WiFi、GSM、及びLTE機能を有することができ、複数ネットワーク上で同時に動作することができる。アプリケーション需要及び/又はネットワークの可用性に応じて、異なる無線ネットワークを利用して、測位/位置特定情報を提供することができる。 It is also likely that multiple wireless networks will utilize preferred and / or alternative embodiments at the same time. As an example, a smartphone can have Bluetooth, WiFi, GSM, and LTE capabilities and can operate simultaneously on multiple networks. Positioning / location information can be provided using different wireless networks depending on application demand and / or network availability.

提案される実施形態の方法及びシステムは、無線ネットワークの基準/パイロット及び/又は同期信号を活用する。更に、基準/パイロット信号/同期信号の測定は、RTT(ラウンドトリップタイム)測定又はシステムタイミングと組み合わされてよい。一実施形態によると、RFベースの追跡及び位置特定は、3GPP LTEセルラーネットワーク上で実施されるが、様々なシグナリング技法を用いる他の無線ネットワーク上で、例えば、WiMax、Wi−Fi、LTE、センサネットワーク上などで実施され得る。両方の例示的な上記の代替実施形態は、米国特許第7,872,583号に記載されているマルチパス軽減法/技法及びアルゴリズムを用いる。提案されるシステムは、ソフトウェアによるデジタル信号処理を使用することができる。 The methods and systems of the proposed embodiment utilize wireless network reference / pilot and / or synchronization signals. In addition, reference / pilot / sync signal measurements may be combined with RTT (round trip time) measurements or system timing. According to one embodiment, RF-based tracking and relocation is performed on a 3GPP LTE cellular network, but on other wireless networks using various signaling techniques, such as WiMax, Wi-Fi, LTE, sensors. It can be implemented on a network or the like. Both exemplary above alternative embodiments use the multipath mitigation methods / techniques and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583. The proposed system can use digital signal processing by software.

本実施形態のシステムは、ユーザ機器(UE)、例えば、携帯電話又はスマートフォン、ハードウェア/ソフトウェア、並びに基地局(ノードB)/拡張基地局(eNB)ハードウェア/ソフトウェアを活用する。基地局は、概して、フィーダによってアンテナに接続されたキャビン又はキャビネット内の送信機及び受信機からなる。これらの基地局としては、マイクロセル、ピコセル、アンブレラセル、携帯電話用中継塔、ルータ、及びフェムトセルが挙げられる。その結果、UEデバイス及びシステム全体において、追加コストがほとんど又は全く発生しない。同時に、位置特定精度が著しく改善される。 The system of this embodiment utilizes user equipment (UE), such as a mobile phone or smartphone, hardware / software, and base station (node B) / extended base station (eNB) hardware / software. A base station generally consists of a transmitter and a receiver in a cabin or cabinet connected to an antenna by a feeder. These base stations include microcells, picocells, umbrella cells, mobile phone relay towers, routers, and femtocells. As a result, there is little or no additional cost for the UE device and the entire system. At the same time, the positioning accuracy is significantly improved.

改善された精度は、本実施形態及び米国特許第7,872,583号によってもたらされるマルチパスの軽減に由来する。本実施形態は、マルチパス軽減アルゴリズム、ネットワーク基準/パイロット、及び/又は同期信号、並びにネットワークノード(eNB)を使用する。これらは、RTT(ラウンドトリップタイム)測定値で補足されてよい。マルチパス軽減アルゴリズムは、UE及び/若しくは基地局(eNB)、又はUE及びeNBの両方で実施される。 The improved accuracy derives from the multipath mitigation provided by this embodiment and US Pat. No. 7,872,583. This embodiment uses a multipath mitigation algorithm, network reference / pilot, and / or synchronization signals, and a network node (eNB). These may be supplemented with RTT (Round Trip Time) measurements. The multipath mitigation algorithm is implemented on the UE and / or the base station (eNB), or both the UE and the eNB.

本実施形態は、DLOS信号が1つ以上の反射信号に対して著しく減衰される(10dB〜20dB低い)場合であっても、DLOS信号と反射信号とを分離できるようにするマルチパス軽減プロセッサ/アルゴリズム(米国特許第7,872,583号を参照)を有利に使用する。したがって、本実施形態は、推定された測距信号のDLOS飛行時間、その結果としてTOA、RTT、及びDTOA測定値における誤差を著しく低下させる。提案されるマルチパス軽減及びDLOS弁別(認識)法は、全てのRF帯及び無線システム/ネットワーク上で使用され得る。また、DSS(直接拡散スペクトル)及びFH(周波数ホッピング)など拡散スペクトル技法を含む様々な変調/復調技法をサポートすることができる。 The present embodiment is a multipath mitigation processor that allows the DLOS signal and the reflected signal to be separated even when the DLOS signal is significantly attenuated (10 dB to 20 dB lower) with respect to one or more reflected signals. Use the algorithm (see US Pat. No. 7,872,583) to your advantage. Therefore, the present embodiment significantly reduces errors in the estimated distance measurement signal DLOS flight time and, as a result, TOA, RTT, and DTOA measurements. The proposed multipath mitigation and DLOS discrimination (recognition) methods can be used on all RF bands and wireless systems / networks. It can also support a variety of modulation / demodulation techniques, including diffusion spectrum techniques such as DSS (Direct Spread Spectrum) and FH (Frequency Hopping).

加えて、本方法の精度を更に改善するために、ノイズ低減法を適用することができる。これらのノイズ低減法としては、限定するものではないが、コヒーレント加算、非コヒーレント加算、整合フィルタリング、時間ダイバーシティ技法などが挙げられる。マルチパス干渉誤差の残部は、最尤推定(例えば、ビタビアルゴリズム)、最小分散推定(カルマンフィルタ)など後処理技法を適用することによって、更に低減することができる。 In addition, a noise reduction method can be applied to further improve the accuracy of this method. Examples of these noise reduction methods include, but are not limited to, coherent addition, non-coherent addition, matching filtering, and time diversity techniques. The remainder of the multipath interference error can be further reduced by applying post-processing techniques such as maximum likelihood estimation (eg, Viterbi algorithm), minimum variance estimation (Kalman filter).

本実施形態では、マルチパス軽減プロセッサ及びマルチパス軽減技法/アルゴリズムは、RTT、CPCIH、並びに他の信号及び/又はフレームを変更しない。本実施形態は、チャネル応答/推定を取得するために使用される無線ネットワークの基準、パイロット、及び/又は同期信号を活用する。本発明は、UE及び/又はeNBによって生成されるチャネル推定統計を使用する(Iwamatsuらの米国特許出願公開第2003/008156号(「APPARATUS FOR ESTIMATING PROPAGATION PATH CHARACTERISTICS」)、米国特許第7167456 (B2)号を参照)。 In this embodiment, the multipath mitigation processor and multipath mitigation technique / algorithm do not modify the RTT, CPU, and other signals and / or frames. The present embodiment utilizes wireless network reference, pilot, and / or synchronization signals used to obtain channel responses / estimates. The present invention uses channel estimation statistics generated by the UE and / or eNB (U.S. Patent Application Publication No. 2003/008156 of Iwamatsu et al. (“APPARATUS FOR ESTIMATING PROPAGATION PATH CHARACTERISTICS”), U.S. Pat. No. 7,167,456 (B2). See issue).

LTEネットワークは、全てのダウンリンクサブフレーム及びアップリンクサブフレームで送信される、特定の(非データ)基準/パイロット、及び/又は同期信号(既知の信号)を使用し、セル帯域幅全体に及ぶことがある。簡略化するために、以降では、基準/パイロット及び同期信号を基準信号と称することにする。LTE基準信号の一例は図9である(これらの信号はLTEリソース要素間に散在する)。図9から、基準信号(シンボル)が6副搬送波ごとに送信される。更に、基準信号(シンボル)は、時間及び周波数の両方において交互になっている。全体では、基準信号は、3副搬送波ずつを対象としている。 The LTE network uses specific (non-data) reference / pilot and / or sync signals (known signals) transmitted in all downlink and uplink subframes and spans the entire cell bandwidth. Sometimes. For the sake of simplicity, the reference / pilot and synchronization signals will be referred to herein as reference signals. An example of LTE reference signals is shown in FIG. 9 (these signals are interspersed between LTE resource elements). From FIG. 9, reference signals (symbols) are transmitted every 6 subcarriers. Moreover, the reference signals (symbols) alternate in both time and frequency. As a whole, the reference signal is intended for each of the three subcarriers.

これらの基準信号は、UEによる初期セル検索、ダウンリンク信号強度測定、スケジューリング及びハンドオーバーなどに使用される。基準信号には、コヒーレント復調のためのチャネル推定(応答判定)に使用されるUE固有の基準信号が含まれる。UE固有の基準信号に加えて、他の基準信号もチャネル推定のために使用されてよい(Chenらの米国特許出願公開第2010/0091826(A1)号を参照)。 These reference signals are used for initial cell search by the UE, downlink signal strength measurement, scheduling, handover, and the like. The reference signal includes a UE-specific reference signal used for channel estimation (response determination) for coherent demodulation. In addition to UE-specific reference signals, other reference signals may also be used for channel estimation (see US Patent Application Publication No. 2010/00918286 (A1) by Chen et al.).

LTEは、OFDM(直交周波数分割多重)変調(技法)を用いる。LTEでは、マルチパスによって引き起こされるISI(シンボル間干渉)は、各OFDMシンボルの開始時にサイクリックプレフィックス(CP)を挿入することによって処理される。CPは、前のOFDMシンボルの遅延反射信号が次のOFDMシンボルに到達する前に消えるように、十分な遅延を提供する。 LTE uses OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation (technique). In LTE, ISI (intersymbol interference) caused by multipath is handled by inserting a cyclic prefix (CP) at the beginning of each OFDM symbol. The CP provides sufficient delay so that the delayed reflection signal of the previous OFDM symbol disappears before reaching the next OFDM symbol.

OFDMシンボルは、複数の非常に密接した副搬送波からなる。OFDMシンボルの内側では、(マルチパスによって生じた)現在のシンボルの時間差コピーが、搬送波間干渉(ICI)をもたらす。LTEでは、マルチパスチャネル応答を判定し、受信機内でチャネル応答を補正することによって、ICIが処理(軽減)される。 The OFDM symbol consists of multiple very close subcarriers. Inside the OFDM symbol, the staggered copy of the current symbol (caused by multipath) results in intercarrier interference (ICI). In LTE, ICI is processed (reduced) by determining the multipath channel response and correcting the channel response in the receiver.

LTEでは、マルチパスチャネル応答(推定)は、受信機において、基準シンボルを運ぶ副搬送波から計算される。残りの副搬送波でのチャネル応答を推定するためには、補間が使用される。チャネル応答は、チャネル振幅及び位相の形式で計算(推定)される。(既知の基準信号の周期的送信によって)チャネル応答が決定されると、マルチパスによって生じるチャネル歪みは、副搬送波ごとに振幅及び位相シフトを適用することによって軽減される(Jim Zyren,Overview of the 3GPP Long Term Evolution Physical Layer,white paperを参照)。 In LTE, the multipath channel response (estimate) is calculated from the subcarrier carrying the reference symbol at the receiver. Interpolation is used to estimate the channel response on 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 a known reference signal), the channel distortion caused by multipath is mitigated by applying amplitude and phase shifts for each subcarrier (Jim Zylen, Overview of the). 3GPP Long Term Evolution Physical Layer, see white paper).

LTEマルチパス軽減は、(サイクリックプレフィックスを挿入することによって)ISIを除去するように設計されているが、反射信号からDLOS信号を分離するようには設計されていない。例えば、現在のシンボルの時間差コピーは、変調された各副搬送波信号を時間的に広げ、したがってICIを生じさせる。上記のLTE技法を使用したマルチパスチャネル応答の補正は、変調された副搬送波信号を時間的に短縮させるが、このタイプの補正は、得られる変調された副搬送波信号(OFDMシンボルの内側)がDLOS信号であることを保証するものではない。DLOS変調副搬送波信号が遅延反射信号に対して著しく減衰される場合、得られる出力信号は遅延反射信号であり、DLOS信号は失われる。 LTE multipath mitigation is designed to eliminate ISI (by inserting a cyclic prefix), but not to separate the DLOS signal from the reflected signal. For example, a staggered copy of the current symbol temporally spreads each modulated subcarrier signal, thus giving rise to an ICI. Correction of the multipath channel response using the LTE technique described above shortens the modulated subcarrier signal in time, whereas this type of correction is such that the resulting modulated subcarrier signal (inside the OFDM symbol) There is no guarantee that it is a DLOS signal. If the DLOS-modulated subcarrier signal is significantly attenuated with respect to the delayed reflection signal, the resulting output signal is a delayed reflection signal and the DLOS signal is lost.

LTEに準拠した受信機では、更なる信号処理はDFT(デジタルフーリエ変換)を含む。DFT技法では、信号及び/又はチャネル帯域幅に反比例する時間以上の長さの時間遅延する信号のコピーのみを解決(除去)できることが周知である。この方法の精度は、効率的なデータ転送に十分であり得るが、重度のマルチパス環境における正確な距離測定には十分に正確ではない。例えば、30メートルの精度を達成するために、信号及び受信機チャネル帯域幅は、10メガヘルツ(1/10MHz=100ns)以上であるべきである。より良好な精度を得るためには、信号及び受信機チャネル帯域幅はより広く、3メートルに対して100メガヘルツでなくてはいけない。 For LTE compliant receivers, further signal processing includes DFT (Digital Fourier Transform). It is well known that the DFT technique can only resolve (remove) a copy of a signal and / or a time-delayed signal that is longer than the time inversely proportional to the channel bandwidth. The accuracy of this method may be sufficient for efficient data transfer, but not sufficiently accurate for accurate distance measurements in severe multipath environments. For example, to achieve an accuracy of 30 meters, the signal and receiver channel bandwidth should be at least 10 MHz (1/10 MHz = 100 ns). For better accuracy, the signal and receiver channel bandwidth should be wider and 100 MHz per 3 meters.

しかしながら、CPICH、アップリンクDPCCH/DPDCH、様々なセルID及びRTT測定などOTDOA法/技法で使用される他の信号、並びにLTE受信信号の副搬送波は、10メガヘルツより著しく低い帯域幅を有する。その結果、(LTEにおいて)現在用いられている方法/技法では、100メートルの範囲内で位置特定誤差が生じるであろう。 However, other signals used in OTDOA methods / techniques such as CPICH, uplink DPCCH / DPDCH, various cell ID and RTT measurements, and subcarriers of LTE received signals have bandwidths significantly lower than 10 MHz. As a result, the methods / techniques currently in use (in LTE) will result in positioning errors within a range of 100 meters.

上記の制約を克服するために、本実施形態は、部分空間分解高分解能スペクトル推定法の実施とマルチモーダルクラスタ分析の実施という固有の組み合わせを使用する。この分析及び関連するマルチパス軽減方法/技法及びアルゴリズムは、米国特許第7,872,583号に記載されており、他の反射信号パスからDLOSパスを確実かつ正確に分離できるようにする。 To overcome the above constraints, the present embodiment uses a unique combination of performing a subspace-resolved high-resolution spectral estimation method and performing a multimodal cluster analysis. This analysis and related multipath mitigation methods / techniques and algorithms are described in US Pat. No. 7,872,583, which allows the DLOS path to be reliably and accurately separated from other reflected signal paths.

LTEで使用される方法/技法と比較して、重度のマルチパス環境において、この方法/技法及びアルゴリズム(米国特許第7,872,583号)は、他のマルチパス(MP)パスからDLOSパスを確実かつ正確に分離することにより、距離測定の精度を20倍〜50倍改善する。 In a severe multipath environment compared to the methods / techniques used in LTE, this method / technique and algorithm (US Pat. No. 7,872,583) is a DLOS path from another multipath (MP) path. By reliably and accurately separating the above, the accuracy of distance measurement is improved by 20 to 50 times.

米国特許第7,872,583号に記載されている方法/技法及びアルゴリズムは、測距信号の複素振幅推定を必要とする。したがって、チャネル推定(応答判定)に使用されるLTE基準信号、並びに他の基準信号(パイロット信号及び/又は同期信号など)も、米国特許第7,872,583号に記載されている方法/技法及びアルゴリズムにおける測距信号として解釈され得る。この場合、測距信号の複素振幅は、振幅及び位相の形態でLTE受信機によって計算(推定)されるチャネル応答である。換言すれば、LTE受信機によって計算される(推定される)チャネル応答統計は、米国特許第7,872,583号に記載されている方法/技法及びアルゴリズムで要求される複素振幅情報を提供することができる。 The methods / techniques and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583 require complex amplitude estimation of ranging signals. Therefore, LTE reference signals used for channel estimation (response determination), as well as other reference signals (such as pilot signals and / or synchronization signals), are also described in US Pat. No. 7,872,583. And can be interpreted as a ranging signal in the algorithm. In this case, the complex amplitude of the ranging signal is the channel response calculated (estimated) by the LTE receiver in the form of amplitude and phase. In other words, the (estimated) channel response statistics calculated by the LTE receiver provide the complex amplitude information required by the methods / techniques and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583. be able to.

マルチパスを含まない理想的な屋外RF伝播環境では、受信信号(測距信号)、例えばチャネル応答位相の位相変化は、信号の周波数(直線)に正比例することになり、このような環境におけるRF信号の飛行時間(伝播遅延)は、位相対周波数依存性の一次導関数を計算することによって、位相対周波数依存性から直接計算することができる。結果は伝播遅延定数である。 In an ideal outdoor RF propagation environment that does not include multipath, the phase change of the received signal (distance measurement signal), for example, the channel response phase, is directly proportional to the frequency (straight line) of the signal, and RF in such an environment. The flight time (propagation delay) of a signal can be calculated directly from the phase-to-frequency dependence by calculating the first derivative of the phase-to-frequency dependence. The result is a propagation delay constant.

この理想的な環境では、初期(又は任意の)周波数における絶対位相値は、導関数が位相絶対値によって影響されないために重要ではない。 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 absolute phase value.

重度のマルチパス環境では、受信信号の位相変化対周波数は複雑な曲線(直線ではない)であり、一次導関数は、他の反射信号パスからDLOSパスを正確に分離するために使用され得る情報を提供しない。これが、米国特許第7,872,583号に記載されているマルチパス軽減プロセッサ及び方法/技法及びアルゴリズムを用いる理由である。 In a severe multipath environment, the phase change vs. frequency of the received signal is a complex curve (not a straight line), and the first derivative can be used to accurately separate the DLOS path from other reflected signal paths. Does not provide. This is the reason for using the multipath mitigation processors and methods / techniques and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583.

所与の無線ネットワーク/システムで達成される位相及び周波数同期(位相コヒーレンシー)が非常に良好である場合、米国特許第7,872,583号に記載されているマルチパス軽減プロセッサ及び方法/技法及びアルゴリズムは、他の反射信号パスからDLOSパスを正確に分離し、このDLOSパス長(飛行時間)を決定するだろう。 If the phase and frequency synchronization (phase coherency) achieved in a given wireless network / system is very good, then the multipath mitigation processors and methods / techniques described in US Pat. No. 7,872,583 and The algorithm will accurately separate the DLOS path from other reflected signal paths and determine this DLOS path length (flight time).

この位相コヒーレントネットワーク/システムでは、追加測定は不要である。換言すれば、一方向の測距(単信測距)を実現することができる。 No additional measurements are required for this phase coherent network / system. In other words, unidirectional distance measurement (single communication distance measurement) can be realized.

しかしながら、所与の無線ネットワーク/システムで達成される同期の程度(位相コヒーレンシー)が十分に正確ではない場合、重度のマルチパス環境では、受信信号の位相及び振幅変化対周波数は、2つ以上の異なる位置(距離)で実施される測定に極めて類似し得る。この現象は、受信信号のDLOS距離(飛行時間)の決定における曖昧性をもたらし得る。 However, if the degree of synchronization (phase coherency) achieved in a given wireless network / system is not accurate enough, in a severe multipath environment, the phase and amplitude change vs. frequency of the received signal may be more than one. It can be very similar to measurements made at different positions (distances). This phenomenon can lead to ambiguity in determining the DLOS distance (flight time) of the received signal.

この曖昧性を解決するためには、少なくとも1つの周波数の実際の(絶対)位相値を知る必要がある。 To resolve this ambiguity, it is necessary to know the actual (absolute) phase value of at least one frequency.

しかしながら、LTE受信機によって計算される振幅及び位相対周波数依存性は、全ての振幅及び位相値が、例えば互いに対してダウンリンク/アップリンク基準信号から計算されるため、実際の位相値を含まない。したがって、LTE受信機によって算出される(推定される)チャネル応答の振幅及び位相は、少なくとも1つの周波数(副搬送波周波数)において実際の位相値を必要とする。 However, the amplitude and phase vs. frequency dependence calculated by the LTE receiver does not include the actual phase values, as all amplitudes and phase values are calculated from, for example, the downlink / uplink reference signals relative to each other. .. Therefore, the amplitude and phase of the (estimated) channel response calculated by the LTE receiver requires the actual phase value at at least one frequency (subcarrier frequency).

LTEでは、この実際の位相値は、1つ以上のRTT測定値、TOA測定値から決定され得る。又は In LTE, this actual phase value can be determined from one or more RTT and TOA measurements. Or

1)これらの信号をeNBによって送信するこれらのタイムスタンプが、受信機においても既知である(又は逆もまた同様)、2)受信機及びeNBクロックは、時間的に良好に同期されている、並びに/若しくは3)マルチらテーション技法を使用する、という条件で、1つ以上の受信された基準信号のタイムスタンプから決定され得る。 1) These time stamps for transmitting these signals by the eNB are also known at the receiver (or vice versa), 2) the receiver and the eNB clock are well synchronized in time. And / or 3) it may be determined from the time stamps of one or more received reference signals, provided that the multi-ration technique is used.

上記の全ての方法は、1つ以上の基準信号の飛行時間値を提供する。これらの基準信号の飛行時間値及び周波数から、1つ以上の周波数における実際の位相値を計算することができる。 All the above methods provide flight time values for one or more reference signals. From the flight time values and frequencies of these reference signals, the actual phase values at one or more frequencies can be calculated.

本実施形態は、米国特許第7,872,583号に記載されているマルチパス軽減プロセッサ、方法/技法及びアルゴリズムを、1)LTE UE及び/若しくはeNB受信機によって計算される振幅及び位相対周波数依存性、又は2)LTE UE及び/若しくはeNB受信機によって計算される振幅及び位相対周波数依存性、並びにRTT及び/若しくはTOAによって取得される、1つ以上の周波数の実際の位相値との組み合わせと、並びに/又はタイムスタンプ測定値と組み合わせることによって、重度のマルチパス環境における高精度のDLOS距離測定/位置決定を達成する。 This embodiment incorporates the multipath mitigation processors, methods / techniques and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583: 1) Amplitude and phase vs. frequency calculated by the LTE UE and / or eNB receiver. Dependencies, or 2) Amplitude and phase vs. frequency dependencies calculated by the LTE UE and / or eNB receiver, and a combination with the actual phase values of one or more frequencies obtained by RTT and / or TOA. And and / or in combination with time stamp measurements, achieve highly accurate DLOS distance measurement / positioning in severe multipath environments.

これらの場合、実際の位相値は、マルチパスの影響を受ける。しかしながら、これは、米国特許第7,872,583号に記載されている方法/技法及びアルゴリズムの性能には影響しない。 In these cases, the actual phase value is affected by multipath. However, this does not affect the performance of the methods / techniques and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583.

DL−OTDOA、U−TDOA、UL−TDOAなどLTE RTT/TOA/TDOA/OTDOAでは、5メートルの分解能で測定を行うことができる。RTT測定は、専用接続中に行われる。したがって、UEがハンドオーバー状態にあるとき、及びUEが測定値を定期的に収集し、UEに報告を戻すときに、複数の同時測定が可能であり、UEと異なるネットワーク(基地局)との間でDPCHフレームが交換される。RTTと同様に、TOA測定は、信号の飛行時間(伝播遅延)を提供するが、TOA測定は同時に行うことができない(Jakub Marek Borkowski:Performance of Cell ID+RTT Hybrid Positioning Method for UMTS)。 With LTE RTT / TOA / TDOA / OTDOA such as DL-OTDOA, U-TDOA, UL-TDOA, measurement can be performed with a resolution of 5 meters. RTT measurements are made during a dedicated connection. Therefore, when the UE is in the handover state and when the UE periodically collects the measured values and returns the report to the UE, a plurality of simultaneous measurements are possible, and the UE is different from the network (base station). DPCH frames are exchanged between them. Like RTT, TOA measurements provide signal flight time (propagation delay), but TOA measurements cannot be made at the same time (Jakub Marek Borkowski: Performance of Cell ID + RTT Hybrid Positioning Method UMTS).

平面DLOS上でUEの位置を特定するためには、少なくとも3つのeNBから/への距離を測定する必要がある。3次元空間内でUEの位置を特定するために、4つのeNBから/への最低4つのDLOS距離を測定する必要がある(少なくとも1つのeNBが同一平面上にはないと仮定する)。 In order to locate the UE on the plane DLOS, it is necessary to measure the distances from / to at least three eNBs. In order to locate the UE in 3D space, it is necessary to measure at least 4 DLOS distances from / to 4 eNBs (assuming at least one eNB is not coplanar).

UE測位法の一例を図1に示す。 An example of the UE positioning method is shown in FIG.

同期が非常に良好である場合、RTT測定は不要である。 If the synchronization is very good, no RTT measurement is needed.

同期の程度が十分に正確ではない場合、OTDOA、セルID+RTTなどの方法及び他の方法、例えばAOA(到来角)、及び他の方法とのその組み合わせをUEの位置特定に使用することができる。 If the degree of synchronization is not accurate enough, methods such as OTDOA, cell ID + RTT and other methods, such as AOA (AO), and their combination with other methods can be used to locate the UE.

セルID+RTT追跡−位置特定法の精度は、マルチパス(RTT測定)及びeNB(基地局)のアンテナビーム幅の影響を受ける。基地局のアンテナビーム幅は、33〜65度である。これらの広ビーム幅は、都市部において50〜150メートルの位置特定誤差をもたらす(Jakub Marek Borkowski:Performance of Cell ID+RTT Hybrid Positioning Method for UMTS)。重度のマルチパス環境では、現在のLTE RTT距離測定平均誤差がおよそ100メートルであることを考慮すると、LTE セルID+RTT法で現在用いられている、一般的な予想平均位置特定誤差は、約150メートルである。 The accuracy of the cell ID + RTT tracking-positioning method is affected by the multipath (RTT measurement) and eNB (base station) antenna beamwidth. The antenna beam width of the base station is 33 to 65 degrees. These wide beamwidths result in a positioning error of 50-150 meters in urban areas (Jakub Marek Borkowski: Performance of Cell ID + RTT Hybrid Positioning Method for UMTS). Given that the current LTE RTT distance measurement average error is approximately 100 meters in a severe multipath environment, the typical expected average positioning error currently used in the LTE cell ID + RTT method is approximately 150 meters. Is.

本実施形態のうちの1つは、AOA法に基づいたUE位置特定であり、UEを位置特定するために、UEからの1つ以上の基準信号が使用される。これは、DLOS AOAを測定するためのAOA測定デバイスの位置を含む。このデバイスは、基地局と並置されてよく、及び/又は基地局位置から独立した、別の1つ以上の位置に設置されてよい。これらの位置の座標は、既知と思われる。UE側での変更は不要である。 One of the present embodiments is UE positioning based on the AOA method, in which one or more reference signals from the UE are used to locate the UE. This includes the location of the AOA measuring device for measuring DLOS AOA. The device may be juxtaposed with the base station and / or installed in one or more other locations independent of the base station location. The coordinates of these positions appear to be known. No change is required on the UE side.

このデバイスは、小型アンテナアレイを含み、米国特許第7,872,583号に記載されているものと同じマルチパス軽減プロセッサ、方法/技法、及びアルゴリズムの変形例に基づいている。この1つの考えられる実施形態は、UEユニットからのDLOS RFエネルギーのAOAを正確に測定する(非常に狭いビーム幅)という利点を有する。 The device includes a small antenna array and is based on the same multipath mitigation processor, method / technique, and algorithm variants as described in US Pat. No. 7,872,583. This one possible embodiment has the advantage of accurately measuring the AOA of DLOS RF energy from the UE unit (very narrow beamwidth).

1つの他の選択肢では、この追加デバイスは、受信専用デバイスである。その結果、そのサイズ/重量及びコストは非常に小さい。 In one other option, this additional device is a receive-only device. As a result, its size / weight and cost are very small.

正確なDLOS距離測定値が得られる実施形態と、正確なDLOSのAOA測定が行われ得る実施形態との組み合わせは、セルID+RTT追跡−位置特定法の精度を大幅に(10倍以上)改善するであろう。このアプローチの別の利点は、単一のタワーを用いてUEの位置をいつでも決定できる(UEをソフトハンドオーバーモードにする必要がない)ことである。単一のタワーを用いて正確な位置確定を得ることができるため、複数のセルタワーを同期させる必要はない。DLOSのAOAを測定する別の選択肢は、既存のeNBアンテナアレイ及びeNB機器を使用することである。この選択肢は、改善されたセルID+RTT法の実施コストを更に低減し得る。しかしながら、eNBアンテナは、位置特定用途に設計されていないため、測位精度が低下し得る。また、ネットワーク事業者が、基地局(ソフトウェア/ハードウェア)における必要な変更の実施に消極的な場合がある。 The combination of an embodiment in which an accurate DLOS distance measurement can be obtained and an embodiment in which an accurate DLOS AOA measurement can be performed can significantly improve the accuracy of the cell ID + RTT tracking-positioning method (10 times or more). There will be. Another advantage of this approach is that a single tower can be used to locate the UE at any time (the UE does not need to be in soft handover mode). It is not necessary to synchronize multiple cell towers because accurate positioning can be obtained using a single tower. Another option for measuring DLOS AOA is to use existing eNB antenna arrays and eNB equipment. This option can further reduce the cost of implementing the improved cell ID + RTT method. However, since the eNB antenna is not designed for positioning applications, the positioning accuracy may decrease. In addition, network operators may be reluctant to make necessary changes to base stations (software / hardware).

LTE(Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E−UTRA);Physical channels and modulation;3GPP TS 36.211 Release 9 technical Specification)では、Positioning Reference Signal(PRS)が追加された。これらの信号は、UEによってDL OTDA(ダウンリンクOTDOA)、測位に使用される。また、このリリース9は、eNBの同期を要求する。したがって、OTDOA法の最後の障害を解消する(上記の段落274を参照)。PRSは、複数のeNBのUEにおけるUE聴取能力を改善する。注:リリース9はeNB同期精度を指定していない(一部の提案:100ns)。 LTE (Evolved Universal Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation; 3GPP TS 36.211 Release 9 Technical Reference (Prision), PR, Specialization). These signals are used by the UE for DL OTDA (downlink OTDOA), positioning. This release 9 also requires eNB synchronization. Therefore, the last obstacle of the OTDOA method is eliminated (see paragraph 274 above). PRS improves UE listening ability in UEs of multiple eNBs. Note: Release 9 does not specify eNB synchronization accuracy (some suggestions: 100ns).

U−TDOA/UL−TDOAは研究段階であり、2011年に標準化される。 U-TDOA / UL-TDOA is in the research stage and will be standardized in 2011.

DL−OTDOA法(リリース9で)は、米国特許出願公開第2011/0124347(A1)号(「Method and Apparatus for UE positioning in LTE networks」、Chenら)に詳述されている。リリース9のDL−OTDOAは、マルチパスに悩まされる。マルチパス軽減の一部は、PRS信号帯域幅を増加させることによって達成することができる。しかしながら、そのトレードオフは、スケジューリングの複雑性が増加し、UE位置の修正間隔が長くなることである。更に、限定された動作帯域幅、例えば10MHzのネットワークでは、最良の精度は100メートルである(Chen、表1を参照)。 The DL-OTDOA method (in Release 9) is detailed in US Patent Application Publication No. 2011/01/24347 (A1) ("Method and Apparatus for UE positioning in LTE networks", Chen et al.). Release 9 DL-OTDOA suffers from multipath. Part of the multipath mitigation can be achieved by increasing the PRS signal bandwidth. However, the trade-off is that scheduling complexity increases and the UE position correction interval increases. Moreover, for networks with limited operating bandwidth, eg 10 MHz, the best accuracy is 100 meters (Chen, see Table 1).

上記の数は、最良の場合である。他の場合、特に、DLOS信号強度が、反射信号と比較して著しく低い(10〜20dB)場合、上記の位置特定/測距誤差が著しく大きくなる(2倍〜4倍)。 The above numbers are the best cases. In other cases, especially when the DLOS signal strength is significantly lower (10 to 20 dB) than the reflected signal, the above positioning / ranging error becomes significantly larger (2 to 4 times).

本明細書に記載の実施形態では、リリース9のDL−OTDOA法及び「背景技術」セクションに記載のChenらのUL−PRS法によって達成される性能を上回る、最大50倍の測距/位置特定精度の改善を可能にする。したがって、リリース9のPRS処理に本明細書に記載の方法の実施形態を適用することにより、考えられる全事例の95%において、位置特定誤差が3メートル以下に低減する。加えて、この精度利得は、スケジューリングの複雑性及びUE位置確定の間隔を低減する。 In the embodiments described herein, distance measurement / positioning is up to 50 times greater than the performance achieved by the DL-OTDOA method of Release 9 and the UL-PRS method of Chen et al. Described in the "Background Techniques" section. Allows for improved accuracy. Therefore, by applying the embodiment of the method described herein to the PRS process of Release 9, the positioning error is reduced to 3 meters or less in 95% of all possible cases. In addition, this accuracy gain reduces scheduling complexity and UE positioning intervals.

本明細書に記載の実施形態では、OTDOA法の更なる改良が可能である。例えば、サービングセルまでの距離は他のサービングセルの信号から決定することができ、したがって、隣接するセルの聴取性を改善し、UE位置測定の間隔などスケジューリングの複雑性を低減する。 In the embodiments described herein, further improvements to the OTDOA method are possible. For example, the distance to a serving cell can be determined from the signals of other serving cells, thus improving the audibility of adjacent cells and reducing scheduling complexity such as UE position measurement intervals.

いくつかの実施形態では、ChenらからのU−TDOA法及びUL−TDOA(「背景技術」に記載)の精度を最大50倍改善することも可能である。ChenのUL−TDOAの変形例にいくつかの実施形態を適用すると、考えられる全事例の95%において、位置特定誤差を3メートル以下に低減する。加えて、この精度利得は、スケジューリングの複雑性及びUE位置測定の間隔を更に低減する。 In some embodiments, it is also possible to improve the accuracy of the U-TDOA method and UL-TDOA (described in "Background Techniques") from Chen et al. Up to 50 times. Applying some embodiments to Chen's UL-TDOA variants reduces the positioning error to 3 meters or less in 95% of all possible cases. In addition, this accuracy gain further reduces scheduling complexity and UE position measurement intervals.

この場合もまた、本実施形態を用いると、ChenのUL−TDOA法の精度を最大50倍改善することができる。したがって、ChenのUL−TDOAの変形例に本実施形態を適用すると、考えられる全事例の95%において、位置特定誤差を3メートル以下に低減するであろう。更に、この精度利得は、スケジューリングの複雑性及びUE位置測定の間隔を更に低減するであろう。 Again, using this embodiment, the accuracy of Chen's UL-TDOA method can be improved by up to 50 times. Therefore, applying this embodiment to a variant of Chen's UL-TDOA would reduce the positioning error to 3 meters or less in 95% of all possible cases. In addition, this accuracy gain will further reduce scheduling complexity and UE position measurement intervals.

上記のDL−TDOA法及びU−TDOA/UL−TDOA方法は、一方向の測定(測距)に依存する。本実施形態及び実質的に全ての他の測距技術は、一方向の測距プロセスで使用されるPRS及び/又は他の信号が周波数及び位相コヒーレントであることを要求する。LTEなどOFDMベースのシステムは、周波数コヒーレントである。しかしながら、UEユニット及びeNBは、UTCなど共通のソースによって数ナノ秒まで位相同期又は時間同期されておらず、例えば、ランダム位相加算器が存在する。 The DL-TDOA method and the U-TDOA / UL-TDOA method described above depend on one-way measurement (distance measurement). The present embodiment and virtually all other ranging techniques require that the PRS and / or other signals used in the unidirectional ranging process be frequency and phase coherent. OFDM-based systems such as LTE are frequency coherent. However, the UE unit and eNB are not phase-synchronized or time-synchronized up to several nanoseconds by a common source such as UTC, and for example, a random phase adder exists.

測距精度に対する位相コヒーレンシーの影響を回避するために、マルチパスプロセッサの実施形態は、測距信号、例えば、基準信号、個々の成分(副搬送波)間の差動位相を計算する。これにより、ランダム位相項加算器が不要になる。 In order to avoid the influence of phase coherency on the distance measurement accuracy, the embodiment of the multipath processor calculates the distance measurement signal, for example, the reference signal and the differential phase between the individual components (subcarriers). This eliminates the need for a random phase term adder.

Chenらの考察において上述したように、本明細書に記載の実施形態を適用することにより、Chenらによって達成された性能と比較して、室内環境における著しい精度の改善がもたらされる。例えば、Chenらによると、DL−OTDOA及び/又はU−TDOA/UL−TDOAは主として屋外環境用であり、屋内環境(建物、キャンパス内など)では、DL−OTDOA技術及びU−TDOA技術が良好に機能しない場合がある。一般に屋内で用いられる(そのため、各アンテナは固有IDを有さない)分散アンテナシステム(DAS)などいくつかの理由が言及されている(Chen、#161〜164を参照)。] As mentioned above in the discussion of Chen et al., The application of the embodiments described herein results in a significant improvement in accuracy in the indoor environment 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 primarily for outdoor environments, and in indoor environments (buildings, campuses, etc.), DL-OTDOA and U-TDOA technologies are good. May not work. Several reasons are mentioned, such as the Distributed Antenna System (DAS), which is commonly used indoors (hence, each antenna does not have a unique ID) (see Chen, # 161-164). ]

以下に記載する実施形態は、OFDM変調及び/又はその導関数、並びに参照/パイロット/及び又は同期信号を用いる無線ネットワークで動作する。したがって、以下に記載する実施形態は、LTEネットワークで動作し、基準/パイロット/及び/又は同期信号の有無にかかわらず、他のタイプの変調を含む、他の無線システム及び他の無線ネットワークにも適用可能である。 The embodiments described below operate in wireless networks using OFDM modulation and / or derivatives thereof, as well as reference / pilot / and / or synchronization signals. Thus, the embodiments described below also operate in LTE networks and also in other radio systems and other radio networks, including other types of modulation, with or without reference / pilot / and / or synchronization signals. Applicable.

本明細書に記載のアプローチは、WiMax、WiFi、及びホワイトスペースなど他の無線ネットワークにも適用可能である。基準信号/パイロット信号、及び/又は同期信号を使用しない他の無線ネットワークでは、米国特許第7,872,583号に記載されているように以下の別のタイプの変調の実施形態のうちの1つ以上が用いられてよい:1)フレームの一部が測距信号/測距信号要素専用である;2)測距信号要素が、送信/受信信号フレームに埋め込まれている;及び3)測距信号要素が、データに埋め込まれている。 The approaches described herein are also applicable to other wireless networks such as WiMax, WiFi, and white spaces. For other radio networks that do not use reference / pilot signals and / or sync signals, one of the following other types of modulation embodiments, as described in US Pat. No. 7,872,583. One or more may be used: 1) part of the frame is dedicated to the distance measurement signal / distance measurement signal element; 2) the distance measurement signal element is embedded in the transmission / reception signal frame; and 3) measurement. Distance signal elements are embedded in the data.

本明細書に記載のマルチパス軽減範囲推定アルゴリズムの実施形態(米国特許第7,969,311号及び同第8,305,215号にも記載されている)は、信号のダイレクトパス(DLOS)及びマルチパス反射からなる集合で範囲の推定を提供することによって機能する。 An embodiment of the multipath mitigation range estimation algorithm described herein (also described in US Pat. Nos. 7,969,311 and 8,305,215) is a direct path of signal (DLOS). It works by providing range estimation with a set consisting of and multipath reflections.

LTE DASシステムは、様々な時間オフセットで見られる同一信号の複数のコピーを、モバイル受信機(UE)に対して生成する。遅延は、アンテナとモバイル受信機との間の幾何学的関係を一意に決定するために使用される。受信機が認識する信号は、マルチパス環境で認識される信号に類似であるが、主な「マルチパス」成分が、複数のDASアンテナからのオフセット信号の合計から生じる点で異なる。 The LTE DAS system produces multiple copies of the same signal seen at various time offsets for the mobile receiver (UE). The delay is used to uniquely determine the geometric relationship between the antenna and the mobile receiver. The signal recognized by the receiver is similar to the signal recognized in a multipath environment, except that the main "multipath" component results from the sum of the offset signals from multiple DAS antennas.

受信機が認識する信号の集合は、実施形態が利用するように設計されている信号の集合のタイプと同一であるが、この場合、主なマルチパス成分が従来のマルチパスではない点で異なる。本マルチパス軽減プロセッサ(アルゴリズム)は、DLOS及び各パス、例えば反射の減衰及び伝播遅延を決定することができる(式1〜3及び関連する説明を参照)。分散RFチャネル(環境)のためにマルチパスが存在し得るが、この信号集合内の主なマルチパス成分は、複数のアンテナからの送信に関連する。本マルチパスアルゴリズムの実施形態は、これらのマルチパス成分を推定し、受信機までのDASアンテナの範囲を分離し、範囲データを(ソフトウェアにおいて実施される)位置プロセッサに提供することができる。アンテナ配置の形状に応じて、このソリューションは、X、Y位置座標及びX、Y、Z位置座標の両方を提供することができる。 The set of signals recognized by the receiver is the same as the type of set of signals designed to be utilized by the embodiment, except that the main multipath component is not conventional multipath. .. The multipath mitigation processor (algorithm) can determine the DLOS and each path, such as reflection attenuation and propagation delay (see Equations 1-3 and related description). Although multipath may exist due to the distributed RF channel (environment), the main multipath component in this signal set is associated with transmission from multiple antennas. Embodiments of the present multipath algorithm can estimate these multipath components, separate the range of the DAS antenna to the receiver, and provide range data to the position processor (implemented in software). Depending on the shape of the antenna arrangement, this solution can provide both X, Y position coordinates and X, Y, Z position coordinates.

その結果、本実施形態は、ハードウェア及び/又は新たなネットワーク信号の追加を必要としない。更に、測位精度は、1)マルチパスを軽減すること、及び2)アクティブDASの場合、測距誤差の下限を劇的に低下させる(およそ50メートルからおよそ約3メートルに低下させるなど)ことによって著しく改善され得る。 As a result, this embodiment does not require the addition of hardware and / or new network signals. In addition, positioning accuracy is achieved by 1) reducing multipath and 2) in the case of active DAS, by dramatically lowering the lower limit of ranging error (eg from about 50 meters to about 3 meters). Can be significantly improved.

DASの各アンテナの場所(位置)は既知であると想定される。各アンテナの(又は他のアンテナに相対する)信号伝播遅延も、決定される(既知である)必要がある。 It is assumed that the location (position) of each antenna of the DAS is known. The signal propagation delay for each antenna (or relative to other antennas) also needs to be determined (known).

アクティブDASシステムでは、信号伝播遅延は、ループバック技法を使用して自動的に決定され得、それにより、既知の信号が往復送信され、この往復時間が測定される。このループバック技法はまた、温度、時間などによる信号伝播遅延の変化(ドリフト)を排除する。 In an active DAS system, the signal propagation delay can be determined automatically using a loopback technique, which causes a known signal to be transmitted back and forth and this round trip time to be measured. This loopback technique also eliminates changes (drifts) in signal propagation delay due to temperature, time, etc.

複数のマクロセル及び関連するアンテナを使用して、ピコセル及びマイクロセルは、追加の基準点を提供することによって、分解能を更に向上させる。
複数のアンテナからの複数のコピーの信号集合において個々の範囲を推定する上記の実施形態は、以下の2つの方法で信号送信構造を変更することによって更に向上させることができる。第1に、各アンテナからの送信の時分割多重化である。第2のアプローチは、アンテナごとの周波数分割多重化である。両方の改善方法、つまり時間分割多重化及び周波数分割多重化を同時に使用して、システムの測距及び位置精度を更に改善する。別のアプローチは、各アンテナに伝播遅延を加えることである。遅延値は、特定のDAS環境(チャネル)内で遅延スプレッドを超えるように十分大きいが、追加の遅延によって生じるマルチパスがISI(シンボル間干渉)をもたらさないようにサイクリックプレフィックス(CP)より小さいように選択される。
Using multiple macrocells and associated antennas, picocells and microcells further improve resolution by providing additional reference points.
The above embodiment of estimating individual ranges in a plurality of copies of a signal set from a plurality of antennas can be further improved by modifying the signal transmission structure in the following two ways. The first is time division multiplexing of transmission from each antenna. The second approach is frequency division multiplexing for each antenna. Both improvement methods, namely time division multiplexing and frequency division multiplexing, are used simultaneously to further improve the distance measurement and position accuracy of the system. Another approach is to add a propagation delay to each antenna. The delay value is large enough to exceed the delay spread within a particular DAS environment (channel), but smaller than the cyclic prefix (CP) so that the multipath caused by the additional delay does not result in ISI (intersymbol interference). Is selected.

各アンテナの固有ID、つまり固有識別子を追加することにより、得られるソリューションの効率が向上する。例えば、プロセッサが各アンテナからの信号から全ての範囲を推定する必要性がなくなる。 Adding a unique ID, or unique identifier, for each antenna improves the efficiency of the resulting solution. For example, the processor eliminates the need to estimate the entire range from the signal from each antenna.

LTEダウンリンクを使用する一実施形態では、パイロット信号及び/又は同期信号の副搬送波など1つ以上の基準信号の副搬送波が使用されて、副搬送波の位相及び振幅が決定され、これらは次いで、マルチパス干渉を低減し、範囲ベースの位置オブザーバブルを生成するようにマルチパスプロセッサに適用され、マルチラテレーション及び位置特定整合アルゴリズムを使用してワイルドポイントを編集し、位置推定を特定する。 In one embodiment using LTE downlink, the subcarriers of one or more reference signals, such as the subcarriers of the pilot signal and / or the sync signal, are used to determine the phase and amplitude of the subcarriers, which are then then determined. Applied to multipath processors to reduce multipath interference and generate range-based position observers, it edits wildpoints using multilateration and position matching algorithms to identify position estimates.

別の実施形態は、LTEアップリンクシグナリングはまた、基準副搬送波も含む、モバイルデバイスから基地局への基準信号を含むという事実を利用する。実際、ネットワークによって使用されて、周波数帯をアップリンクデバイスに割り当てるフルサウンドモードから、基準副搬送波が使用されて、チャネルインパルス応答を生成し、アップリンク信号の復号を支援するモードまでなどこれらの副搬送波を含む、1つ以上のモードが存在する。また、リリース9に追加されたDL PRSと同様に、今度の及び今後の規格リリースにおいて追加のUL基準信号が追加されてよい。この実施形態では、アップリンク信号は、複数のベースユニット(eNB)によって処理され、同一範囲を位相、マルチパス軽減処理に使用して、オブザーブルに関連する範囲を生成する。この実施形態では、位置整合アルゴリズムは、マルチラテレーションアルゴリズムによって確立されるように使用されて、ワイルドポイントのオブザーブルを編集し、位置推定を生成する。 Another embodiment takes advantage of the fact that LTE uplink signaling also includes a reference signal from the mobile device to the base station, which also includes a reference subcarrier. In fact, these sub-modes are used by the network to allocate frequency bands to uplink devices, from full-sound mode to modes in which a reference subcarrier is used to generate a channel impulse response and assist in decoding the uplink signal. There is one or more modes, including carrier waves. Also, similar to the DL PRS added in Release 9, additional UL reference signals may be added in this and future standard releases. In this embodiment, the uplink signal is processed by multiple base units (eNBs) and the same range is used for phase, multipath mitigation processing to generate the range associated with the observer. In this embodiment, the position matching algorithm is used as established by the multilateration algorithm to edit the wildpoint observations and generate position estimates.

別の実施形態では、LTEダウンリンク及びLTEアップリンクの両方の1つ以上の基準(パイロット及び/又は同期など)副搬送波が収集され、位相マッピングへの範囲が適用され、マルチパス軽減が適用され、オブザーバブルに関連する範囲が推定される。次いで、これらのデータは、マルチラテレーションアルゴリズム及び位置整合アルゴリズムを使用して、位置に関してより確固たるオブザーバブルのセットを提供するように融合される。この利点は、ダウンリンクとアップリンクが2つの異なる周波数帯を結び付けているために向上する精度、又は時分割複信(TDD)の場合には、システムコヒーレンシーを改善する精度をもたらす冗長性であろう。 In another embodiment, one or more reference (such as pilot and / or synchronous) subcarriers for both LTE downlink and LTE uplink are collected, a range to phase mapping is applied, and multipath mitigation is applied. , The range related to the observable is estimated. These data are then fused using a multilateration algorithm and a position matching algorithm to provide a more robust set of observables with respect to position. This advantage is the redundancy that provides increased accuracy because the downlink and uplink connect two different frequency bands, or, in the case of Time Division Duplex (TDD), the accuracy that improves system coherency. Let's go.

複数のアンテナがマイクロセルから同一のダウンリンク信号を送信するDAS(分散アンテナシステム)環境では、位置整合アルゴリズムが拡張されて、基準信号(パイロット及び/又は同期など)の副搬送波からのマルチパス軽減処理によって生成されたオブザーバブルからDASアンテナの範囲を分離し、複数のDASエミッタ(アンテナ)範囲から位置推定を取得する。 In a DAS (Distributed Antenna System) environment where multiple antennas transmit the same downlink signal from a microcell, the position matching algorithm is extended to reduce multipath from the subcarrier of the reference signal (such as pilot and / or synchronization). The range of the DAS antenna is separated from the observer generated by the process, and the position estimation is obtained from a plurality of DAS emitter (antenna) ranges.

DASシステム(環境)では、正確な位置推定値を得ることは個々のアンテナからの信号パスを高精度で解決することができる場合にのみ可能であり、それにより、パス誤差は、アンテナ間の距離のごく一部のみである(10メートル以下の精度)。既存の技法/方法は全て、重度のマルチパス環境においてそのような精度を提供することができないため(複数のDASアンテナからの信号が、誘起された重度のマルチパスとして現れる)ため、既存の技法/方法は、DAS環境内で上記の位置整合アルゴリズムの拡張及びこの位置特定法/技法を活用することができない。 In the DAS system (environment), accurate position estimates are only possible if the signal paths from the individual antennas can be resolved with high accuracy, so that the path error is the distance between the antennas. Only a small part of it (accuracy of 10 meters or less). All existing techniques / methods cannot provide such accuracy in a severe multipath environment (signals from multiple DAS antennas appear as induced severe multipath). / The method cannot utilize the extension of the above-mentioned position matching algorithm and this position identification method / technique in the DAS environment.

米国特許第7,872,583号に記載されている、物体の識別及び位置検出のためのInvisiTrackマルチパス軽減法及びシステムは、範囲から信号位相へのマッピング、マルチパス干渉軽減、及びLTEダウンリンク、アップリンク、及び/又は両方(ダウンリンク及びアップリンク)、1つ以上の基準信号の副搬送波を用いた範囲ベースの位置オブザーバブルの生成プロセスに適用され、マルチラテレーション及び位置整合性を用いて位置推定を生成する。 The InvisiTrack multipath mitigation methods and systems for object identification and position detection described in US Pat. No. 7,872,583 include range to signal phase mapping, multipath interference mitigation, and LTE downlink. , Uplink, and / or both (downlink and uplink), applied to the process of generating range-based position observers using subcarriers of one or more reference signals, using multilateration and position consistency. To generate position estimation.

上記の全ての実施形態では、三辺測量測位アルゴリズムも使用され得る。 In all of the above embodiments, a three-sided surveying positioning algorithm may also be used.

DL−OTDOA位置特定は、LTEリリース9(「Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E−UTRA);Physical channels and modulation;3GPP TS 36.211 Release 9 technical Specification」)に規定されている。しかしながら、無線事業者(キャリア)はまだ実施していない。その一方で、ダウンリンク位置特定は、既存の物理層測定動作を使用することにより、現在の、例えば、未修正のLTEネットワーク環境内で実施され得る。 DL-OTDOA localization is defined in LTE Release 9 (“Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation; 3GPP TS 36.211 Release 9 technology”). However, the wireless operator (carrier) has not yet implemented it. On the other hand, downlink location can be performed within the current, eg, unmodified LTE network environment, by using existing physical layer measurement operations.

LTEでは、UE及びeNBは、無線特性の物理層測定を行うために必要とされる。測定定義は、3GPP TS 36.214に規定されている。これらの測定は定期的に実行され、上位層に報告され、周波数内及び周波数間ハンドオーバー、inter−radio access technology(inter−RAT)ハンドオーバー、タイミング測定、並びに無線リソース管理(RRM)をサポートする他の目的など様々な目的に使用される。 In LTE, UEs and eNBs are required to make physical layer measurements of radio characteristics. The measurement definition is defined in 3GPP TS 36.214. These measurements are performed on a regular basis and reported to the upper layers to support intra-frequency and inter-frequency handover, inter-radio access technology (inter-RAT) handover, timing measurements, and radio resource management (RRM). It is used for various purposes such as other purposes.

例えば、RSRP(基準信号受信電力)は、帯域幅全体にわたってセル固有の基準信号を搬送する全てのリソース要素の電力の平均である。 For example, RSRP (reference signal received power) is the average of the power of all resource elements carrying a cell-specific reference signal over the bandwidth.

別の実施例は、追加情報を提供するRSRQ(基準信号受信品質)測定である(RSRQは信号強度及び干渉レベルを組み合わせる)。 Another embodiment is an RSRQ (reference signal reception quality) measurement that provides additional information (RSRQ combines signal strength and interference level).

LTEネットワークは、UEにeNBの近隣(サービングeNBに対して)リストを提供する。ネットワーク知識構成に基づいて、(サービング)eNodeBは、近隣eNBの識別子などをUEに提供する。次いで、UEは、受信可能な近隣の信号品質を測定する。UEは、結果をeNodeBに折り返し報告する。注:UEはまた、サービングeNBの信号品質を測定する。 The LTE network provides the UE with a list of eNB neighbors (for serving eNBs). Based on the network knowledge configuration, the (serving) eNodeB provides the UE with identifiers of neighboring eNBs and the like. The UE then measures the signal quality of the receivable neighborhood. The UE reports the result back to eNodeB. Note: The UE also measures the signal quality of the serving eNB.

本明細書によると、RSRPは、考慮される測定周波数帯域幅内でセル固有の基準信号を搬送するリソース要素の電力寄与の線形平均([W]単位)として定義される。RSRPを決定するためにUEによって使用される測定帯域幅は、対応する測定精度要件が満たされなければならないという制約を付して、UEの実施に委ねられている。 According to the present specification, RSRP is defined as a linear average (in [W] units) of the power contribution of a resource element carrying a cell-specific reference signal within the measured frequency bandwidth considered. The measurement bandwidth used by the UE to determine the RSRP is left to the implementation of the UE, with the constraint that the corresponding measurement accuracy requirements must be met.

測定帯域幅精度要件を考慮すると、この帯域幅はかなり大きく、RSRP測定で使用されるセル固有基準信号は、これらの基準信号副搬送波の位相及び振幅を決定するために更に処理され得、次いで、マルチパスプロセッサに適用されて、マルチパス干渉を軽減し、範囲ベースの位置オブザーバブルを生成する。加えて、RSRP測定に使用される他の基準信号、例えば二次同期信号(SSS)も使用されてよい。 Given the measurement bandwidth accuracy requirements, this bandwidth is quite large and the cell-specific reference signals used in RSRP measurements can be further processed to determine the phase and amplitude of these reference signal subcarriers, and then Applied to multipath processors to reduce multipath interference and generate range-based position observers. In addition, other reference signals used for RSRP measurements, such as the secondary sync signal (SSS), may also be used.

その後、3つ以上のセルからの範囲オブザーブルに基づいて、マルチラテレーション及び位置整合アルゴリズムを使用して位置測定が推定され得る。 Positional measurements can then be estimated using multilateration and alignment algorithms based on range observations from three or more cells.

前述のように、RFフィンガープリンティングデータベースの不安定性をもたらす原因は複数存在するが、主な原因のうちの1つがマルチパスである(RF署名はマルチパスに非常に敏感である)。その結果、RFフィンガープリンティング法/技術の位置特定精度は、マルチパスダイナミクスに大きく影響され、時間、環境(例えば天候)、人々及び/又は物体の移動によって変化し、デバイスのZ高さ及び/又はアンテナの方向に応じて>100%の変動性(Tsung−Han Lin,et al.Microscopic Examination of an RSSI−Signature−Based Indoor Localization Systemを参照)を示す垂直不確実性を含む。 As mentioned above, there are multiple causes of instability in RF fingerprinting databases, but one of the main causes is multipath (RF signatures are very sensitive to multipath). As a result, the positioning accuracy of RF fingerprinting methods / techniques is highly influenced by multipath dynamics and varies with time, environment (eg weather), movement of people and / or objects, Z height and / or device Z height and / or. Includes vertical uncertainty showing> 100% variability depending on the orientation of the antenna (see Tsung-Han Lin, et al. Microscopic Expanation of an RSSI-Signature-Based Indicator Position System).

本実施形態は、著しく減衰したDLOSを含む各個々のパスを検出し、特徴付ける能力(マルチパスプロセッサ)により、RFフィンガープリンティングの位置特定精度を著しく改善することができる。その結果、位置測定に関するRFフィンガープリンティング決定は、リアルタイムマルチパス分布情報で補足され得る。 In this embodiment, the ability to detect and characterize each individual path, including a significantly attenuated DLOS (multipath processor), can significantly improve the positioning accuracy of RF fingerprinting. As a result, RF fingerprinting decisions regarding position measurements can be supplemented with real-time multipath distribution information.

上記のように、位置測定には、時間的な位置基準同期を必要とする。無線ネットワークでは、これらの位置基準としては、アクセスポイント、マクロ/ミニ/ピコ、及びフェムトセル、並びにいわゆる小型セル(eNB)が挙げられ得る。しかしながら、無線事業者は、正確な位置測定に必要とされる同期精度を実施していない。例えば、LTEの場合、規格では、FDD(周波数分割複信)ネットワークに対してeNB間での時間同期が必要とされていない。LTE TDD(時間分割複信)の場合、この時間同期精度の限度は、+/−1.5マイクロ秒である。これは、400+メートルの位置特定不確実性に等しい。要求されていないものの、LTE FDDネットワークも同期化される。ただし、より大きい(1.5マイクロ秒超)限度を使用する。 As mentioned above, position measurement requires temporal position reference synchronization. In wireless networks, these location criteria may include access points, macro / mini / pico, and femtocells, as well as so-called small cells (eNBs). However, wireless operators do not implement the synchronization accuracy required for accurate position measurements. For example, in the case of LTE, the standard does not require time synchronization between eNBs for FDD (Frequency Division Duplex) networks. In the case of LTE TDD (Time Division Duplex), the limit of this time synchronization accuracy is +/- 1.5 microseconds. This is equal to 400+ meters of localization uncertainty. The LTE FDD network is also synchronized, though not required. However, use a larger limit (> 1.5 microseconds).

無線LTE事業者はGPS/GNSS信号を使用して、周波数及び時間についてeNBを同期させる。注:LTE eNBは、非常に高精度の搬送波周波数を維持しなければならない。マクロ/ミニセルでは0.05ppmであり、他のタイプのセルでは、やや精度が劣る(0.1〜0.25ppm)。GPS/GNSS信号はまた、(位置特定のために)必要とされる、10ナノ秒よりも良好な時間同期精度を可能にすることができる。しかしながら、ネットワーク事業者及びネットワーク機器製造業者は、NTP(ネットワークタイムプロトコル)及び/又はPTP(Precision Time Protocol)、例えば、IEEE 1588v2 PTPを用いることによる、インターネット/イーサネットのネットワーキング時間同期などパケット転送を選択して、GPS/GNSSユニットに関連するコストを低減しようしている。 The wireless LTE operator uses GPS / GNSS signals to synchronize the eNB with respect to frequency and time. Note: LTE eNBs must maintain a very accurate carrier frequency. Macro / minicells are 0.05 ppm and other types of cells are slightly less accurate (0.1 to 0.25 ppm). GPS / GNSS signals can also allow for better time synchronization accuracy than 10 nanoseconds required (for locating). However, network operators and network equipment manufacturers choose packet forwarding, such as Internet / Ethernet networking time synchronization, by using NTP (Network Time Protocol) and / or PTP (Precision Time Protocol), eg, IEEE 1588v2 PTP. Thus, we are trying to reduce the costs associated with GPS / GNSS units.

IPネットワークベースの同期は、最小周波数及び時間要件を満たす可能性を有するが、位置測定に必要とされるGPS/GNSS精度は欠如している。 IP network-based synchronization has the potential to meet minimum frequency and time requirements, but lacks the GPS / GNSS accuracy required for position measurements.

本明細書に記載のアプローチは、GPS/GNSS信号、並びにeNB及び/若しくはAP又は他の無線ネットワーク機器によって生成される信号に基づいている。また、IPネットワーキング同期信号及びプロトコル、並びにeNB及び/若しくはAP又は他の無線ネットワーク機器によって生成される信号に基づき得る。このアプローチはまた、WiMax、WiFi、及びホワイトスペースなど他の無線ネットワークにも適用可能である。 The approach described herein is based on GPS / GNSS signals and signals generated by eNBs and / or APs or other wireless network equipment. It may also be based on IP networking synchronization signals and protocols, as well as signals generated by eNBs and / or APs or other wireless network equipment. This approach is also applicable to other wireless networks such as WiMax, WiFi, and white spaces.

eNB信号は、事業者のeNB施設に設置された時間観測ユニット(TMO)によって受信される(図12)。TMOはまた、外部同期ソース入力を含む。 The eNB signal is received by a time observation unit (TMO) installed in the operator's eNB facility (Fig. 12). The TMO also includes an external synchronous source input.

eNB信号はTMOによって処理され、外部同期ソース入力と同期されるクロックを使用してタイムスタンプされる。 The eNB signal is processed by the TMO and time stamped using a clock that is synchronized with the external sync source input.

外部同期ソースは、GPS/GNSS及び/又はインターネット/イーサネットネットワーキング、例えばPTP又はNTPなどからであり得る。 External synchronization sources can be from GPS / GNSS and / or Internet / Ethernet networking, such as PTP or NTP.

タイムスタンプ処理された信号、例えば、LTEフレーム開始(特に他のネットワークでは他の信号であり得る)はまた、eNB(セル)の位置及び/又はセルIDを含み、インターネット/イーサネットバックホールを介して全てのeNBのデータベースを作成し、維持し、更新する中央TMOサーバに送信される。 Time-stamped signals, such as LTE frame initiation (which can be other signals, especially in other networks), also include the location and / or cell ID of the eNB (cell) and via the Internet / Ethernet backhaul. It is sent to a central TMO server that creates, maintains, and updates a database of all eNBs.

測距及び位置測定取得のプロセスに関与するUE及び/又はeNBは、TMOサーバに照会し(quire)、サーバは、関与するeNB間の時間同期オフセットを返す。これらの時間同期オフセットは、位置測定を取得して位置測定を調整するプロセスに関与するUE及び/又はeNBによって使用されるであろう。 UEs and / or eNBs involved in the distance measurement and position measurement acquisition process require the TMO server, which returns a time synchronization offset between the involved eNBs. These time-synchronized offsets will be used by UEs and / or eNBs involved in the process of acquiring and coordinating position measurements.

あるいは、測距プロセスに関与するUE及び/又はeNBがまた、取得した測距情報のTMOサーバに供給する場合には、TMOサーバによって位置測定計算及び調整が実行され得る。次いで、TMOサーバは、正確な(調整された)位置(位置特定)確定を返す。 Alternatively, if the UE and / or eNB involved in the ranging process also supplies the acquired ranging information to the TMO server, the TMO server may perform position measurement calculations and adjustments. The TMO server then returns an accurate (adjusted) position (location) determination.

2つ以上のセルeNB機器が並置される場合、単一のTMOが全てのeNBからの信号を処理し、タイムスタンプすることができる。 When two or more cell eNB devices are juxtaposed, a single TMO can process and time stamp signals from all eNBs.

位置特定のために、RTT(ラウンドタイムトリップ)測定(測距)が使用され得る。この欠点は、RTT測距が、位置特定精度に対して劇的な影響を有するマルチパスの影響下にあることである。 RTT (Round Time Trip) measurements (distance measurement) may be used for positioning. The drawback is that RTT ranging is under the influence of multipath, which has a dramatic effect on positioning accuracy.

一方、RTT位置特定は、概して位置基準同期(時間)を必要とせず、LTEの場合は、特にeNBは必要としない。 On the other hand, RTT position identification generally does not require position-based synchronization (time), and in the case of LTE, eNB is not particularly required.

同時に、パイロット基準及び/又は無線ネットワークの他の信号を用いて動作するとき、米国特許第7,872,583号に記載されているマルチパス軽減プロセッサ、方法/技法、及びアルゴリズムは、RTT信号に対するチャネル応答を決定することができ、例えば、RTT信号が通過しているマルチパスチャネルを識別することができる。これにより、RTT測定の補正が可能になり、実際のDLOS時間が決定される。 At the same time, when operating with pilot reference and / or other signals of the wireless network, the multipath mitigation processors, methods / techniques, and algorithms described in US Pat. No. 7,872,583 are for RTT signals. The channel response can be determined, for example, the multipath channel through which the RTT signal is passing can be identified. This makes it possible to correct the RTT measurement and determine the actual DLOS time.

DLOS時間が既知である場合、eNB又は時間的な位置基準同期を必要とせずに、三辺測量及び/又は同様の位置特定法を使用して、位置測定を得ることが可能であろう。 If the DLOS time is known, it would be possible to obtain position measurements using trilateration and / or similar positioning methods without the need for eNB or temporal position reference synchronization.

TMO及びTMOサーバが所定の位置に存在しても、InvisiTrackの技術統合は、マクロ/ミニ/ピコ及び小型セル及び/又はUE(携帯電話)における変更を必要とする。これらの変更は、SW/FW(ソフトウェア/ファームウェア)のみに限定されるが、既存のインフラストラクチャを改良するために多くの労力を要する。また、場合によっては、ネットワーク事業者及び/又はUE/携帯電話の製造業者/供給業者が機器変更に抵抗する。注:UEは無線ネットワークユーザ機器である。 Even with the TMO and TMO server in place, the InvisiTrack technology integration requires changes in macro / mini / pico and small cells and / or UEs (cell phones). These changes are limited to SW / FW (software / firmware), but require a lot of effort to improve the existing infrastructure. In some cases, network operators and / or UE / mobile phone manufacturers / suppliers resist equipment changes. Note: The UE is a wireless network user device.

TMO及びTMOの機能が拡張されてInvisiTrack位置特定技術をサポートする場合には、このSW/FWの変更を完全に回避することができる。換言すれば、以下に記載する別の実施形態は、無線ネットワーク信号で動作するが、無線ネットワーク機器/インフラストラクチャの変更は不要である。したがって、以下に記載の実施形態は、LTEネットワークで動作し、Wi−Fiなど他の無線システム/ネットワークにも適用可能である。 When the functions of TMO and TMO are extended to support InvisiTrack positioning technology, this SW / FW change can be completely avoided. In other words, another embodiment described below operates on a wireless network signal, but does not require modification of the wireless network equipment / infrastructure. Therefore, the embodiments described below operate on LTE networks and are also applicable to other wireless systems / networks such as Wi-Fi.

本質的に、この実施形態は、無線ネットワーク信号を使用して位置測定を取得する、並列無線位置特定インフラストラクチャを形成する。 In essence, this embodiment forms a parallel radio locating infrastructure that uses radio network signals to obtain location measurements.

TMO及びTMOサーバに類似して、InvisiTrackの位置特定インフラストラクチャは、1つ以上の無線ネットワーク信号取得ユニット(NSAU)、並びにNSAUからデータを収集し、そのデータを分析し、範囲及び位置を決定し、それを、例えば電話/UE ID及び位置のテーブルに瞬時に変換する1つ以上の位置特定サーバユニット(LSU)からなるであろう。LSUは、ネットワークのAPIを介して無線ネットワークにインターフェースする。 Similar to TMOs and TMO servers, InvisiTrack's locating infrastructure collects data from one or more wireless network signal acquisition units (NSAUs), as well as NSAUs, analyzes the data, and determines range and location. Will consist of one or more relocation server units (LSUs) that instantly translate it into, for example, a table of telephone / UE IDs and locations. The LSU interfaces with the wireless network via the network API.

複数のこれらのユニットは、大規模インフラストラクチャ内の様々な場所に配備され得る。NSAUがコヒーレントなタイミングを有する場合、全ての結果を使用することができ、これにより更に良好な精度が得られる。 Multiple of these units can be deployed at various locations within a large infrastructure. If the NSAU has coherent timing, all results can be used, which gives even better accuracy.

コヒーレントなタイミングは、GPSクロック及び/又は他の安定したクロック源から導出することができる。 Coherent timing can be derived from GPS clocks and / or other stable clock sources.

NSAUは、ローカルエリアネットワーク(LAN)、メトロエリアネットワーク(MAN)及び/又はインターネットを介してLSUと通信する。 NSAU communicates with LSU via local area network (LAN), metropolitan area network (MAN) and / or the Internet.

設備/場合によっては、NSAU及びLSUは、単一ユニットに組み合わされ得る/統合され得る。 Equipment / In some cases, NSAU and LSU can be combined / integrated into a single unit.

LTE又は他の無線ネットワークを使用して位置サービスをサポートするためには、送信機が、厳格な許容誤差内でクロック同期及びイベント同期される必要がある。これは、通常、GPSの1PPS信号にロックすることによって達成される。これにより、ローカルエリアにおいて、3ナノ秒(1σ)内のタイミング同期がもたらされる。 In order to support location services using LTE or other wireless networks, transmitters need to be clock-synchronized and event-synchronized within tight tolerances. This is usually achieved by locking to the GPS 1PPS signal. This results in timing synchronization within 3 nanoseconds (1σ) in the local area.

しかしながら、このタイプの同期が実用的ではない、多くの事例が存在する。本実施形態は、遅延補償値を位置プロセスに提供するために、ダウンリンク送信機と時間オフセットの追跡との間の時間オフセット推定を提供し、その結果、位置プロセスは、送信機がクロック同期及びイベント同期されているかのように進行できる。これは、送信アンテナ(全ての位置サービスに必須)及び推測的なアンテナの位置が既知である受信機の事前知識によって達成される。同期ユニットと呼ばれるこの受信機は、全てのダウンリンク送信機からデータを収集し、位置が既知であることを前提として、予め選択された基地アンテナからのオフセットタイミングを計算するであろう。これらのオフセットは、ダウンリンク送信機のクロックドリフトを補償する追跡アルゴリズムを使用してシステムによって追跡される。注:受信データから疑似範囲を導出する処理は、InvisiTrackマルチパス軽減アルゴリズム(米国特許第7,872,583号に記載されている)を用いる。したがって、同期はマルチパスの影響を受けない。 However, there are many cases where this type of synchronization is not practical. The present embodiment provides a time offset estimate between the downlink transmitter and the tracking of the time offset in order to provide a delay compensation value to the position process so that the position process allows the transmitter to clock synchronize and You can proceed as if the events were synchronized. This is achieved by prior knowledge of the transmitting antenna (required for all location services) and the receiver whose speculative antenna location is known. This receiver, called a synchronization unit, will collect data from all downlink transmitters and calculate the offset timing from a preselected base antenna, assuming the location is known. These offsets are tracked by the system using a tracking algorithm that compensates for downlink transmitter clock drift. Note: The process of deriving the pseudorange from the received data uses the InvisiTrack multipath mitigation algorithm (described in US Pat. No. 7,872,583). Therefore, synchronization is not affected by multipath.

これらのオフセットデータは、位置プロセッサ(位置サーバ、LSU)によって使用されて、各ダウンリンク送信機からのデータを適切に整合させ、その結果、同期送信機によって生成されたように見える。時間精度は、最良の1PPS追跡と同等であり、3メートルの位置精度(1σ)をサポートする。 These offset data are used by the location processor (location server, LSU) to properly align the data from each downlink transmitter and, as a result, appear to be generated by the synchronous transmitter. The time accuracy is comparable to the best 1PPS tracking and supports a position accuracy of 3 meters (1σ).

同期受信機及び/又は受信機のアンテナは、最良の性能を得るために最適なGDOPに基づいて位置付けられる。大型設備では、複数の同期受信機が用いられて、ネットワーク全体にわたって同等の3ナノメートル秒(1σ)の同期オフセットを提供することができる。同期受信機を用いることにより、ダウンリンク送信機の同期に関する要件が排除される。 Synchronous receivers and / or receiver antennas are positioned based on optimal GDOP for best performance. In large equipment, multiple synchronization receivers can be used to provide equivalent 3 nanometer seconds (1σ) synchronization offsets across the network. The use of synchronous receivers eliminates the requirement for downlink transmitter synchronization.

同期受信ユニットは、NSAU及び/又はLSUと通信するスタンドアローンユニットであり得る。あるいは、この同期受信機は、NSAUと統合され得る。 The synchronous receiving unit can be a stand-alone unit that communicates with NSAU and / or LSU. Alternatively, this synchronous receiver can be integrated with NSAU.

例示的な無線ネットワーク位置特定機器の図を図13に示す。 A diagram of an exemplary wireless network locating device is shown in FIG.

LTE信号を用いる、完全自律システムの実施形態(顧客側のネットワーク投資は不要)は、以下のモードで動作するLTE信号を用いる。
1.アップリンクモード:位置特定のために無線ネットワークアップリンク(UL)信号を使用する(図16及び図17)
2.ダウンリンクモード:位置特定のために無線ネットワークダウンリンク(DL)信号を使用する(図14及び図15)。
3.双方向モード:位置特定のためにUL信号及びDL信号の両方を使用する。
アップリンクモードでは、複数のアンテナが1つ以上のNSAUに接続される。これらのアンテナ位置は、無線ネットワークアンテナから独立しており、NSAUアンテナの位置は、精度の幾何学的希釈(GDOP)を最小化するように選択される。
An embodiment of a fully autonomous system that uses LTE signals (no network investment on the customer side is required) uses LTE signals that operate in the following modes.
1. 1. Uplink mode: Uses wireless network uplink (UL) signals for location (FIGS. 16 and 17).
2. Downlink mode: Uses a wireless network downlink (DL) signal for location (FIGS. 14 and 15).
3. 3. Bidirectional mode: Both UL signal and DL signal are used for positioning.
In uplink mode, multiple antennas are connected to one or more NSAUs. These antenna positions are independent of the radio network antenna, and the NSAU antenna position is chosen to minimize precision geometric dilution (GDOP).

UE/携帯電話デバイスからのネットワークのRF信号は、NSAUアンテナによって収集され、NSAUによって処理されて、対象の全信号のうちの1つ以上のインスタンスを捕捉するために十分な時間間隔の間に、処理されたネットワークのRF信号のタイムスタンプされたサンプルを生成する。 The network RF signals from the UE / mobile phone device are collected by the NSAU antenna and processed by the NSAU during a time interval sufficient to capture one or more instances of all signals of interest. Generate a time-stamped sample of the RF signal of the processed network.

任意選択的に、NSAUはまた、ダウンリンク信号のサンプルを受信し、処理し、タイムスタンプして、例えば、UE/電話IDを決定するためなどの追加情報を得る。 Optionally, the NSAU also receives, processes, and time stamps a sample of the downlink signal to obtain additional information, such as for determining the UE / telephone ID.

捕捉された、タイムスタンプされたサンプルから、UE/携帯電話デバイスの識別番号(ID)が、各UE/携帯電話のIDに関連する、対象のタイムスタンプされた無線ネットワーク信号と共に決定される(取得される)。この動作は、NSAU又はLSUのいずれかによって実行され得る。 From the captured, time-stamped sample, the UE / mobile phone device identification number (ID) is determined (acquired) along with the time-stamped wireless network signal of interest associated with each UE / mobile phone ID. Will be). This operation can be performed by either NSAU or LSU.

NSAUは、定期的にデータをLSUに供給する。1つ以上のUE/携帯電話のIDに予定外のデータが必要である場合、LSUは追加データを要求する。 NSAU periodically supplies data to LSU. If the IDs of one or more UEs / mobile phones require unscheduled data, LSU requests additional data.

ULモード動作では、無線ネットワークインフラストラクチャ及び/又は既存のUE/携帯電話において、変更/修正は不要である。 In UL mode operation, no changes / modifications are required in the wireless network infrastructure and / or existing UE / mobile phones.

ダウンリンク(DL)モードでは、InvisiTrackを有効にしたUEが必要となる。また、位置測定を取得するために電話が使用される場合、携帯電話FWは変更される必要がある。 Downlink (DL) mode requires a UE with InvisiTrack enabled. Also, if the phone is used to obtain a position measurement, the mobile phone FW needs to be modified.

場合によっては、事業者が、BBU(ベースバンドユニット)からベースバンド信号を使用可能にすることができる。そのような場合、NSAUはまた、RF無線ネットワーク信号の代わりに、これらの使用可能なベースバンド無線ネットワーク信号を処理することができる。 In some cases, the operator can enable the baseband signal from the BBU (baseband unit). In such cases, the NSAU can also process these available baseband radio network signals instead of the RF radio network signals.

DLモードでは、UE/携帯電話のIDを1つ以上の無線ネットワーク信号と関連付ける必要はない。これは、これらの信号がUE/携帯電話で処理される、又はUE/携帯電話が、処理されたネットワークのRF信号のタイムスタンプされたサンプルを定期的に生成し、これらをLSUに送信し、LSUがUE/携帯電話に結果を送り返すためである。 In DL mode, it is not necessary to associate the UE / mobile phone ID with one or more wireless network signals. It processes these signals on the UE / mobile phone, or the UE / mobile phone periodically generates time-stamped samples of the RF signals of the processed network and sends them to the LSU. This is because the LSU sends the result back to the UE / mobile phone.

DLモードでは、NSAUは、RF又はベースバンド(使用可能な場合)無線ネットワーク信号を処理し、処理された信号をタイムスタンプする。捕捉され、タイムスタンプされたサンプルから、ネットワークアンテナに関連する無線ネットワーク信号のDLフレーム開始が決定され(取得され)、これらのフレーム開始間の差(オフセット)が計算される。この動作は、NSAU又はLSUのいずれかによって実行され得る。ネットワークアンテナのフレーム開始オフセットは、LSUに記憶される。 In DL mode, NSAU processes RF or baseband (if available) radio network signals and time stamps the processed signals. From the captured and time stamped sample, the DL frame start of the radio network signal associated with the network antenna is determined (acquired) and the difference (offset) between these frame starts is calculated. This operation can be performed by either NSAU or LSU. The frame start offset of the network antenna is stored in the LSU.

DLモードにおいて、デバイスがInvisiTrack技術を使用して自身の位置測定を処理/決定する場合には、ネットワークアンテナのフレームオフセット開始がLSUからUE/電話デバイスに送信される。そうでなければ、UE/携帯電話デバイスが、処理されたネットワークのRF信号のタイムスタンプされたサンプルをLSUに定期的に送信するとき、LSUは、デバイスの位置測定を決定し、位置測定データをデバイスに折り返し送信する。 In DL mode, when the device uses InvisiTrack technology to process / determine its position measurement, the frame offset start of the network antenna is transmitted from the LSU to the UE / telephone device. Otherwise, when the UE / mobile phone device periodically sends a time-stamped sample of the processed network's RF signal to the LSU, the LSU determines the device's position measurement and sends the position measurement data. Call back to the device.

DLモードにおいて、無線ネットワークRF信号は、1つ以上の無線ネットワークアンテナから送信される。結果の精度に対するマルチパスの影響を回避するために、RF信号は、アンテナ又は無線ネットワーク機器へのアンテナ接続から傍受されるべきである。 In DL mode, the radio network RF signal is transmitted from one or more radio network antennas. To avoid the multipath effect on the accuracy of the result, the RF signal should be intercepted from the antenna or the antenna connection to the wireless network equipment.

双方向モードは、UL動作及びDL動作の両方からの位置測定の決定を包含する。これにより、位置特定精度を更に改善することができる。 The bidirectional mode includes determining the position measurement from both UL and DL operations. Thereby, the position identification accuracy can be further improved.

一部の企業セットアップは、1つ以上のリモート無線ヘッド(RRH)を供給する1つ以上のBBUを使用し、次いで各RRHは複数のアンテナに同一IDを供給する。このような環境では、無線ネットワーク構成に応じて、ネットワークアンテナのDLモードフレーム開始オフセットを決定することは、必須ではない場合がある。これは、単一のBBUセットアップ、並びに複数のBBUを含み、各BBUのアンテナが、特定ゾーンに割り当てられ、隣接するゾーンのカバレッジは重複している。 Some enterprise setups use one or more BBUs that supply one or more remote radio heads (RRHs), and then each RRH supplies the same ID to multiple antennas. In such an environment, it may not be essential to determine the DL mode frame start offset of the network antenna, depending on the wireless network configuration. This includes a single BBU setup, as well as multiple BBUs, where the antenna for each BBU is assigned to a particular zone and the coverage of adjacent zones overlaps.

一方、複数のBBUから供給されるアンテナが同一ゾーンに交互に配置される構成では、ネットワークアンテナのDLモードのフレーム開始を決定することが必要である。 On the other hand, in a configuration in which antennas supplied from a plurality of BBUs are alternately arranged in the same zone, it is necessary to determine the frame start of the DL mode of the network antenna.

DAS環境におけるDL動作モードでは、複数のアンテナが同一IDを共有してよい。 In the DL operation mode in the DAS environment, a plurality of antennas may share the same ID.

本実施形態では、位置整合アルゴリズムが拡張されて/開発されて、基準信号(パイロット及び/又は同期など)の副搬送波からのマルチパス軽減処理によって生成されたオブザーバブルからDASアンテナの範囲を分離し、複数のDASエミッタ(アンテナ)範囲から位置推定を取得する。 In this embodiment, the position matching algorithm has been extended / developed to separate the range of the DAS antenna from the observables generated by the multipath mitigation process from the subcarriers of the reference signal (such as pilot and / or synchronization). , Obtain position estimates from multiple DAS emitter (antenna) ranges.

しかしながら、これらの整合アルゴリズムは、同一IDを発行するアンテナの数という制約を有する。同一IDを発行するアンテナの数は、以下の方法で低減することができる。
1.所与のカバレッジゾーンでは、セクタ化されたBBUの異なるセクタから供給されるアンテナを交互に配置する(BBUは、最大6つのセクタをサポートすることができる)。
2.所与のカバレッジゾーンでは、セクタ化されたBBUの異なるセクタ並びに異なるBBUから供給されるアンテナを交互に配置する。
3.伝播遅延要素を各アンテナに追加する。遅延値は、特定のDAS環境(チャネル)内で遅延スプレッドを超えるように十分大きいが、追加の遅延によって生じるマルチパスがISI(シンボル間干渉)をもたらさないようにサイクリックプレフィックス(CP)より小さいように選択される。1つ以上のアンテナに固有の遅延IDを追加することにより、同一IDを発行するアンテナの数を更に低減する。
However, these matching algorithms are limited by the number of antennas that issue the same ID. The number of antennas that issue the same ID can be reduced by the following method.
1. 1. In a given coverage zone, antennas supplied from different sectors of the sectorized BBU are alternated (the BBU can support up to 6 sectors).
2. In a given coverage zone, different sectors of the sectorized BBU and antennas supplied by different BBUs are alternated.
3. 3. Add a propagation delay element to each antenna. The delay value is large enough to exceed the delay spread within a particular DAS environment (channel), but smaller than the cyclic prefix (CP) so that the multipath caused by the additional delay does not result in ISI (intersymbol interference). Is selected. By adding a delay ID unique to one or more antennas, the number of antennas that issue the same ID is further reduced.

一実施形態では、顧客側のネットワーク投資を伴わない自律システムが提供され得る。このような実施形態では、システムはLTE帯以外の周波数帯で動作することができる。例えば、ISM(産業科学医療用)帯及び/又はホワイトスペース帯は、LTEサービスを利用できない場所で使用され得る。 In one embodiment, an autonomous system can be provided that does not involve network investment on the customer side. In such an embodiment, the system can operate in a frequency band other than the LTE band. For example, ISM (industrial science and medical) bands and / or white space bands may be used where LTE services are not available.

本実施形態はまた、マクロ/ミニ/ピコ/フェムト局及び/又はUE(携帯電話)機器に統合され得る。統合には、顧客側のネットワーク投資を要する場合があるが、間接費を低減することができ、TCO(総所有コスト)を劇的に改善することができる。 The present embodiment may also be integrated into macro / mini / pico / femto stations and / or UE (mobile phone) devices. The integration may require network investment on the customer side, but overhead costs can be reduced and TCO (total cost of ownership) can be dramatically improved.

上記のように、PRSは、ダウンリンク観測到来時間差(DL−OTDOA)測位用のUEによって使用され得る。隣接基地局(eNBs)の同期に関しては、3GPP TS 36.305(Stage 2 functional specification of User Equipment(UE)positioning in E−UTRAN)がUEへの転送タイミングを規定しており、このタイミングとは、候補セル(例えば、隣接セル)のeNode Bサービスに対するタイミングである。3GPP TS 36.305はまた、測定のために、候補セルの物理セルID(PCI)及びグローバルセルID(GCI)を規定している。 As mentioned above, the PRS can be used by UEs for downlink observation arrival time difference (DL-OTDOA) positioning. Regarding the synchronization of adjacent base stations (eNBs), 3GPP TS 36.305 (Stage 2 functional specification of User Positioning in E-UTRAN) defines the transfer timing to the UE. This is the timing for the eNodeB service of the candidate cell (for example, the adjacent cell). 3GPP TS 36.305 also defines the physical cell ID (PCI) and global cell ID (GCI) of candidate cells for measurement.

3GPP TS 36.305によると、この情報はE−MLC(Enhanced Serving Mobile Location Centre)サーバから配信される。TS 36.305は、上記のタイミングの精度を規定しないことに留意されたい。 According to 3GPP TS 36.305, this information is distributed from the E-MLC (Enhanced Serving Mobile Location Center) server. Note that TS 36.305 does not specify the timing accuracy described above.

また、3GPP TS 36.305は、UEが、基準信号時間差(RSTD)測定値を含むダウンリンク測定値をE−MLCに戻すことを規定している。 3GPP TS 36.305 also specifies that the UE returns downlink measurements, including reference signal time difference (RSTD) measurements, to the E-MLC.

RSTDは、一対のeNB間で得られる測定値である(TS 36.214 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E−UTRA);Physical Layer measurements;Release 9を参照)。この測定値は、隣接セルjから受信されるサブフレームとサービングセルiの対応するサブフレームとの間の相対タイミング差として定義される。これらの測定値を得るために、測位基準信号が使用される。結果は、位置を計算する位置サーバに折り返し報告される。 RSTD is a measurement obtained between a pair of eNBs (see TS 36.214 Evolved Universal Radio Access (E-UTRA); Physical Layer measurement; Release 9). This measured value is defined as the relative timing difference between the subframe received from the adjacent cell j and the corresponding subframe of the serving cell i. Positioning reference signals are used to obtain these measurements. The result is reported back to the location server that calculates the location.

一実施形態では、ハイブリッド法は、新たに導入されたPRS及び既存の基準信号の両方に対応するように定義することができる。換言すれば、ハイブリッド法は、PRSで、他の基準信号(例えば、セル又はノード固有の基準信号(CRS))で、又は両信号タイプで使用/動作することができる。 In one embodiment, the hybrid method can be defined to accommodate both the newly introduced PRS and the existing reference signal. In other words, the hybrid method can be used / operated with PRS, with other reference signals (eg, cell or node specific reference signal (CRS)), or with both signal types.

このようなハイブリッド法は、ネットワーク事業者が、状況又はネットワークパラメータに応じて動作モードを動的に選択することを可能にするという利点をもたらす。例えば、PRSは、CRSよりも良好な聴取能力を有するが、データスループットが最大7%低減し得る。一方、CRS信号がスループット低減を引き起こすことはない。加えて、CRS信号は、全ての以前のLTEリリース、例えばリリース8以下との後方互換性がある。したがって、ハイブリッド法は、ネットワーク事業者に、聴取能力、スループット、及び互換性の間でトレードオフを行う、つまりバランスを保つ能力を提供する。 Such a hybrid method has the advantage of allowing the network operator to dynamically select the operating mode according to the situation or network parameters. For example, PRS has better listening ability than CRS, but can reduce data throughput by up to 7%. On the other hand, the CRS signal does not cause a reduction in throughput. In addition, the CRS signal is backwards compatible with all previous LTE releases, such as Release 8 and below. Therefore, the hybrid method provides network operators with the ability to make trade-offs, or balance, between listening ability, throughput, and compatibility.

ロングタームエボリューション(LTE)の実施形態においては、LTEダウンリンクベースバンド信号(セル又は無線ノードによって生成され、本明細書では「ノード」と称する)は、概してダウンリンクフレームに組み込まれる。このような信号を検出し、受信するための受信機は、複数のセル又はノード(2つ以上)からのダウンリンクフレームを検出してよい。各ダウンリンクフレームは、複数のCRS又は基準信号を含む。ダウンリンク(DL)フレームでは、これらの基準信号は、時間及び周波数において所定の位置を有し、例えば、フレーム開始と所与のフレーム内の各CRSとの間には決定論的時間オフセットが存在する。 In the Long Term Evolution (LTE) embodiment, the LTE downlink baseband signal (generated by the cell or radio node, referred to herein as a "node") is generally incorporated into the downlink frame. The receiver for detecting and receiving such a signal may detect downlink frames from a plurality of cells or nodes (two or more). Each downlink frame contains a plurality of CRS or reference signals. In downlink (DL) frames, these reference signals have predetermined positions in time and frequency, for example, there is a deterministic time offset between the start of the frame and each CRS within a given frame. do.

加えて、各CRSは、特別コードで変調される。変調及びコードも所定である。CRS変調は全てのノードについて同一であるが、コード(シード)は、ノードのID(識別)番号によって決定される。 In addition, each CRS is modulated with a special code. Modulation and code are also predetermined. The CRS modulation is the same for all nodes, but the code (seed) is determined by the node's ID (identification) number.

その結果、ノードIDを知ることによって、基準信号のスペクトルにおいて、各ノード(セル)から各フレームのフレーム開始時間のコース位置を推定することができる。そうするためには、最初に、異なるノードからの全てのDL信号についてフレーム開始時間又はフレーム開始を決定することが必要である。例えば、一実施形態では、受信されたDLベースバンド信号を、コード変調されたCRS(検出器及び/又はマルチパス軽減プロセッサによって内部で生成される)と相関させることによって、様々なノードから全てのCRSシーケンス又は他の基準信号を見出すことができ、この情報を用いて、全てのオブザーバブルノードの粗位置フレーム開始を見出す。一実施形態では、検出器がまた、CRSを復調/復号し、次いで、復調/復号されたCRSを、CRSに割り当てられたベースバンド副搬送波と相関させることもできる。 As a result, by knowing the node ID, it is possible to estimate the course position of the frame start time of each frame from each node (cell) in the spectrum of the reference signal. To do so, it is first necessary to determine the frame start time or frame start for all DL signals from different nodes. For example, in one embodiment, the received DL baseband signal is correlated with a code-modulated CRS (generated internally by a detector and / or a multipath mitigation processor) from all nodes. A CRS sequence or other reference signal can be found and this information is used to find the coarse frame start of all observable nodes. In one embodiment, the detector can also demodulate / decode the CRS and then correlate the demodulated / decoded CRS with the baseband subcarrier assigned to the CRS.

同時に、一実施形態では、CRSはまた、マルチパス軽減プロセッサによって測距信号として使用されてよい。したがって、検出器の相関プロセスは、粗フレーム開始を見出すことに加えて、フレーム内の他の信号(ペイロードなど)からCRSを、これらの信号の変調に使用されたコードを使用して分離することもできる。その後、これらの分離されたCRS及び関連するフレーム開始がマルチパス軽減プロセッサに転送されて、測距される。 At the same time, in one embodiment, the CRS may also be used as a ranging signal by a multipath mitigation processor. Therefore, in addition to finding the coarse frame start, the detector correlation process separates the CRS from other signals in the frame (such as the payload) using the code used to modulate these signals. You can also. These separated CRSs and associated frame starts are then transferred to the multipath mitigation processor for distance measurement.

同様のアプローチがアップリンクモードで使用され得、異なるノード受信機間のタイミングオフセットが決定され得る。 A similar approach can be used in uplink mode to determine the timing offset between different node receivers.

ダウンリンクの実施形態では、ネットワークと通信している1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するためのシステムは、ネットワークと通信する2つ以上のノードから複数の信号を受信するように構成されたユーザ機器受信機であって、複数の信号は、複数の信号を送信する2つ以上のノードの各ノードを識別することによって決定されたコードで変調され、ユーザ機器受信機は、この識別に基づいて複数の信号から基準信号を検出し、分離するように構成された検出器を含む、ユーザ機器受信機と、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するために、各ノードからの測距信号として基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。 In a downlink embodiment, the system for tracking and locating one or more wireless network devices communicating with the network receives multiple signals from two or more nodes communicating with the network. In the configured user equipment receiver, the plurality of signals are modulated by a code determined by identifying each node of two or more nodes transmitting the plurality of signals, and the user equipment receiver is this. Each to track and locate user equipment receivers and one or more wireless network devices, including detectors configured to detect and separate reference signals from multiple signals based on identification. It comprises a processor configured to use a reference signal as a distance measurement signal from a node.

本実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、基準信号を含むフレームに組み入れられ、検出器は、各ノードからフレームのコース位置を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are incorporated into a frame containing a reference signal, and the detector is further configured to estimate the course position of the frame from each node. ..

本実施形態では、検出器は、基準信号を、当該基準信号の既知のレプリカと相関させることによってコース位置を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, the detector is further configured to estimate the course position by correlating the reference signal with a known replica of the reference signal.

本実施形態では、検出器は、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように更に構成されており、検出器は、2つ以上のノードの各ノードの基準信号を分離するように更に構成されている。 In this embodiment, the detector is further configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the detector is to separate the reference signal of each node of two or more nodes. It is further configured in.

本実施形態では、プロセッサは、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサであり、マルチパス軽減プロセッサは、コース位置及び分離された基準信号を受信し、各ノードから測距信号の相対到来時間を推定するように構成されている。 In the present embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor, such that the multipath mitigation processor receives the course position and the separated reference signal and estimates the relative arrival time of the ranging signal from each node. It is configured in.

本実施形態では、プロセッサは、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサである。 In this embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor.

本実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号がフレーム内にあり、検出器は、各ノードからのフレーム開始のコース位置を推定するように更に構成されており、検出器は、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように構成されており、検出器は、2つ以上のノードの各ノードの基準信号を分離するように更に構成されており、検出器は、各ノードのコース位置及び分離された基準信号をマルチパス軽減プロセッサに渡すように構成されており、マルチパス軽減プロセッサは、コース位置及び分離された基準信号を受信し、各ノードからの測距信号の相対到来時間を推定するように構成されている。 In this embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are in the frame, and the detector is further configured to estimate the course position of the frame start from each node, and the detector. Is configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the detector is further configured to separate the reference signal of each node of two or more nodes. The instrument is configured to pass the course position of each node and the separated reference signal to the multipath mitigation processor, which receives the course position and the separated reference signal from each node. It is configured to estimate the relative arrival time of the ranging signal.

本実施形態では、システムは、ノード受信機が、1つ以上の無線ネットワークデバイスからデバイス信号を受信するように構成されているアップリンクの実施形態を含み、デバイス信号は、デバイス信号を送信する1つ以上の無線ネットワークデバイスの各無線ネットワークデバイスのデバイスを識別することによって決定されたデバイスコードで変調され、ノード受信機は、デバイスの識別に基づいてデバイス基準信号を検出し、デバイス信号から分離するように構成されたデバイス検出器を含み、第2のプロセッサは、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するために、各無線ネットワークデバイスからの測距信号としてデバイス基準信号を使用するように構成されている。 In this embodiment, the system includes an uplink embodiment in which the node receiver is configured to receive device signals from one or more wireless network devices, where the device signals transmit the device signals. Modulated with a device code determined by identifying the device of each wireless network device of one or more wireless network devices, the node receiver detects the device reference signal based on the device identification and separates it from the device signal. A second processor, including a device detector configured as described above, uses a device reference signal as a ranging signal from each wireless network device to track and locate one or more wireless network devices. It is configured as follows.

一実施形態では、ネットワークと通信する1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するためのシステムは、ネットワークと通信する2つ以上のノードから複数の信号を受信するように構成されたユーザ機器受信機であって、複数の信号は、複数の信号を送信する2つ以上のノードの各ノードを識別することによって決定されたコードで変調される、ユーザ機器受信機と、この識別に基づいて複数の信号から基準信号を検出し、分離するように、また、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するために、各ノードからの測距信号として基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。 In one embodiment, the system for tracking and locating one or more wireless network devices communicating with the network is configured to receive multiple signals from two or more nodes communicating with the network. A device receiver, the plurality of signals being modulated by a code determined by identifying each node of two or more nodes transmitting the plurality of signals, based on the user device receiver and this identification. To detect and separate reference signals from multiple signals, and to use reference signals as distance measurement signals from each node to track and locate one or more wireless network devices. It includes a configured processor.

本実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、基準信号を含むフレームに組み入れられ、プロセッサは、各ノードからフレームのコース位置を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are incorporated into a frame containing a reference signal, and the processor is further configured to estimate the course position of the frame from each node.

本実施形態では、プロセッサは、基準信号を、基準信号の既知のレプリカと相関させることによってコース位置を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, the processor is further configured to estimate the course position by correlating the reference signal with a known replica of the reference signal.

本実施形態では、プロセッサは、コース位置及び分離された基準信号に基づいて、各ノードからの測距信号の相対到来時間を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, the processor is further configured to estimate the relative arrival time of the ranging signal from each node based on the course position and the separated reference signal.

本実施形態では、プロセッサは、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように更に構成されており、プロセッサは、2つ以上のノードの各ノードの基準信号を分離するように更に構成されている。 In this embodiment, the processor is further configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the processor is further configured to separate the reference signal of each node of the two or more nodes. It is configured.

本実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号がフレーム内にあり、プロセッサは、基準信号を基準信号の既知のレプリカと相関させることによって、フレーム開始のコース位置を推定するように更に構成されており、プロセッサは、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように、また、2つ以上のノードの各ノードの基準信号を分離するように更に構成されており、プロセッサは、コース位置及び分離された基準信号に基づいて、各ノードからの測距信号の相対到来時間を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are in the frame, and the processor estimates the course position of the frame start by correlating the reference signal with a known replica of the reference signal. The processor is further configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and to separate the reference signal of each node of two or more nodes. The processor is further configured to estimate the relative arrival time of the ranging signal from each node based on the course position and the separated reference signal.

一実施形態では、ネットワークと通信する1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するためのシステムは、ネットワークと通信する2つ以上のノードから複数の信号を受信することであって、複数の信号は、複数の信号を送信する2つ以上のノードの各ノードを識別することによって決定されたコードで変調される、ことと、この識別に基づいて複数の信号から基準信号を検出し、分離することと、を行う検出器と、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するために、各ノードからの測距信号として基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。 In one embodiment, the system for tracking and locating one or more wireless network devices communicating with the network is to receive multiple signals from two or more nodes communicating with the network. The signal is modulated by a code determined by identifying each node of two or more nodes transmitting the plurality of signals, and based on this identification, a reference signal is detected from the plurality of signals. A detector that separates and performs, and a processor that is configured to use a reference signal as a ranging signal from each node to track and locate one or more wireless network devices. Be prepared.

本実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号が、基準信号を含むフレームに組み入れられ、検出器は、各ノードからフレームのコース位置を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are incorporated into a frame containing a reference signal, and the detector is further configured to estimate the course position of the frame from each node. ..

本実施形態では、検出器は、基準信号を、当該基準信号の既知のレプリカと相関させることによってコース位置を推定するように更に構成されている。 In this embodiment, the detector is further configured to estimate the course position by correlating the reference signal with a known replica of the reference signal.

本実施形態では、検出器は、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように更に構成されており、検出器は、2つ以上のノードの各ノードの基準信号を分離するように更に構成されている。 In this embodiment, the detector is further configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the detector is to separate the reference signal of each node of two or more nodes. It is further configured in.

本実施形態では、プロセッサは、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサであり、マルチパス軽減プロセッサは、コース位置及び分離された基準信号を受信し、各ノードから測距信号の相対到来時間を推定するように構成されている。 In the present embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor, such that the multipath mitigation processor receives the course position and the separated reference signal and estimates the relative arrival time of the ranging signal from each node. It is configured in.

本実施形態では、プロセッサは、少なくとも1つのマルチパス軽減プロセッサである。 In this embodiment, the processor is at least one multipath mitigation processor.

本実施形態では、2つ以上のノードの各ノードからの複数の信号がフレーム内にあり、検出器は、各ノードからのフレーム開始のコース位置を推定するように更に構成されており、検出器は、フレーム内の任意の他の信号から基準信号を分離するように構成されており、検出器は、2つ以上のノードの各ノードの基準信号を分離するように更に構成されており、検出器は、各ノードのコース位置及び分離された基準信号をマルチパス軽減プロセッサに渡すように構成されており、マルチパス軽減プロセッサは、コース位置及び分離された基準信号を受信し、各ノードからの測距信号の相対到来時間を推定するように構成されている。 In this embodiment, a plurality of signals from each node of two or more nodes are in the frame, and the detector is further configured to estimate the course position of the frame start from each node, and the detector. Is configured to separate the reference signal from any other signal in the frame, and the detector is further configured to separate the reference signal of each node of two or more nodes. The instrument is configured to pass the course position of each node and the separated reference signal to the multipath mitigation processor, which receives the course position and the separated reference signal from each node. It is configured to estimate the relative arrival time of the ranging signal.

一実施形態では、ネットワークと通信する1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するためのシステムは、1つ以上の無線ネットワークデバイスからのデバイス信号を受信するように構成されたノード受信機であって、デバイス信号は、デバイス信号を送信する1つ以上の無線ネットワークデバイスの各無線ネットワークデバイスのデバイスを識別することによって決定されたデバイスコードで変調され、ノード受信機は、デバイスの識別に基づいてデバイス基準信号を検出し、デバイス信号から分離するように構成されたデバイス検出器を含む、ノード受信機と、1つ以上の無線ネットワークデバイスを追跡し、位置特定するために、各無線ネットワークデバイスからの測距信号としてデバイス基準信号を使用するように構成されたプロセッサと、を備える。 In one embodiment, the system for tracking and locating one or more wireless network devices communicating with the network is a node receiver configured to receive device signals from the one or more wireless network devices. The device signal is modulated with a device code determined by identifying the device of each wireless network device of one or more wireless network devices transmitting the device signal, and the node receiver is responsible for identifying the device. Each wireless network to track and locate node receivers and one or more wireless network devices, including device detectors that are configured to detect and isolate the device reference signal based on the device signal. It comprises a processor configured to use a device reference signal as a ranging signal from the device.

更に、ハイブリッド法は、LTE UE測位アーキテクチャに対して透過的であり得る。例えば、ハイブリッド法は、3GPP TS 36.305フレームワークで動作することができる。 In addition, the hybrid method can be transparent to the LTE UE positioning architecture. For example, the hybrid method can operate with the 3GPP TS 36.305 framework.

一実施形態では、RSTDが測定され、3GPP TS 36.305に従ってUEからE−SMLCに転送され得る。 In one embodiment, the RSTD can be measured and transferred from the UE to the E-SMLC according to 3GPP TS 36.305.

UUL TDOA(U−TDOA)は、現在研究段階にあり、今後のリリース11での標準化が期待されている。 UUL TDOA (U-TDOA) is currently in the research stage and is expected to be standardized in future release 11.

UL−TDOA(アップリンク)の実施形態は、本明細書に上述しており、図16及び図17にも示している。下記の図18及び図19は、UL−TDOAの別の実施形態の実施例を提供する。 Embodiments of UL-TDOA (uplink) are described herein above and are also shown in FIGS. 16 and 17. 18 and 19 below provide examples of another embodiment of UL-TDOA.

図18は、1つ以上のDAS及び/又はフェムト/小型セルアンテナを含み得る環境を示す。この例示的な実施形態では、各NSAUは単一のアンテナを備える。図示するように、少なくとも3つのNSAUが必要である。しかしながら、各UEは、少なくとも3つのNSAUに「聴取される」必要があるため、更なるNSAUが追加されて、聴取性を向上させ得る。 FIG. 18 shows an environment that may include one or more DAS and / or femto / small cell antennas. In this exemplary embodiment, each NSAU comprises a single antenna. As shown, at least three NSAUs are required. However, since each UE needs to be "listened" to at least three NSAUs, additional NSAUs may be added to improve audibility.

更に、NSAUは、受信機として構成され得る。例えば、各NSAUは、無線で情報を受信するが、送信はしない。動作中、各NSAUは、UEからの無線アップリンクネットワーク信号を聴取することができる。UEのそれぞれは、携帯電話、タグ、及び/又は別のUEデバイスであり得る。 In addition, the NSAU may be configured as a receiver. For example, each NSAU receives information wirelessly but does not transmit it. During operation, each NSAU can hear the wireless uplink network signal from the UE. Each of the UEs can be a mobile phone, a tag, and / or another UE device.

更に、NSAUは、有線サービス又はLANなどインターフェースを介して、位置特定サーバユニット(LSU)と通信するように構成され得る。次に、LSUは、無線又はLTEネットワークと通信することができる。通信は、ネットワークAPIを介してであり得、LSUは、例えば、LTEネットワークのE−SMLCと通信することができ、LAN及び/又はWANなど有線サービスを使用することができる。 Further, the NSAU may be configured to communicate with a location-specific server unit (LSU) via an interface such as a wired service or LAN. The LSU can then communicate with the radio or LTE network. The communication can be via the network API, the LSU can communicate with, for example, the LTE network E-SMLC, and wired services such as LAN and / or WAN can be used.

任意選択的に、LSUはまた、DAS基地局及び/又はフェムト/小型セルと直接通信してよい。この通信は、同一の、又は変更されたネットワークAPIを使用することができる。 Optionally, the LSU may also communicate directly with the DAS base station and / or the femto / small cell. This communication can use the same or modified network API.

この実施形態では、サウンディング基準信号(SRS)が位置特定のために使用され得る。しかしながら、他の信号も使用されてよい。 In this embodiment, a sounding reference signal (SRS) can be used for locating. However, other signals may also be used.

NSAUは、UEアップリンク送信信号を、例えばI/Qサンプルなどデジタル形式に変換することができ、タイムスタンプと共に、多数の変換された信号をLSUに周期的に送信することができる。 The NSAU can convert the UE uplink transmission signal into a digital format, such as an I / Q sample, and can periodically transmit a large number of converted signals to the LSU along with a time stamp.

DAS基地局及び/又はフェムト/小型セルは、以下のデータのうちの1つ又は全てをLSUに渡すことができる。
1)SRS、I/Qサンプル、及びタイムスタンプ;
2)サービングされたUE IDのリスト;並びに
3)UEごとのSRSスケジュール(SRS SchedulingRequestConfig情報及びSRS−UL−Config情報を含む)及びUE ID。
The DAS base station and / or femto / small cell can pass one or all of the following data to the LSU.
1) SRS, I / Q samples, and time stamps;
2) A list of served UE IDs; and 3) SRS schedules (including SRS SchedulingRequestConfig information and SRS-UL-Config information) and UE IDs for each UE.

LSUに渡される情報は、上記の情報に限定されない場合がある。UE SRSなどUEデバイスのアップリンク信号をそれぞれのUE IDと相関させるために必要な任意の情報を含み得る。 The information passed to LSU may not be limited to the above information. It may contain any information needed to correlate the uplink signal of a UE device, such as a UE SRS, with its respective UE ID.

LSU機能は、測距計算、UEの位置測定の取得を含み得る。これらの決定/計算は、NSAU、DAS基地局、及び/又はフェムト/小型セルからLSUに渡された情報に基づき得る。 The LSU function may include distance measurement calculation, acquisition of UE position measurement. These decisions / calculations may be based on information passed to the LSU from NSAUs, DAS base stations, and / or femto / small cells.

LSUはまた、NSAUからLSUに渡された、使用可能なダウンリンク送信情報からのタイミングオフセットを決定してよい。 The LSU may also determine the timing offset from the available downlink transmission information passed from the NSAU to the LSU.

次に、LSUは、UEの位置測定並びに他の計算及びデータを、無線又はLTEネットワークに提供することができる。このような情報は、ネットワークAPIを介して通信され得る。 The LSU can then provide UE location measurements and other calculations and data to the wireless or LTE network. Such information may be communicated via the network API.

同期するために、各NSAUは、ダウンリンク信号のサンプルの受信、処理、及びタイムスタンプを行ってよい。各NSAUはまた、タイムスタンプを含む、多数のそのようなサンプルをLSUに定期的に送信してよい。 For synchronization, each NSAU may receive, process, and time stamp a sample of the downlink signal. Each NSAU may also periodically send a large number of such samples to the LSU, including time stamps.

更に、各NSAUは、外部信号との同期用に構成された入力を含んでよい。 In addition, each NSAU may include an input configured for synchronization with an external signal.

図19は、UL−TDOAの別の実施形態を示す。本実施形態の環境は、図18に示す構成要素に加えて、DAS基地局及び/又はフェムト/小型セルの代わりに使用可能である1つ以上のセルタワーを含んでよい。1つ以上のセルタワーからのデータを使用して、UEの位置測定を取得することができる。 FIG. 19 shows another embodiment of UL-TDOA. The environment of this embodiment may include, in addition to the components shown in FIG. 18, one or more cell towers that can be used in place of DAS base stations and / or femto / small cells. Data from one or more cell towers can be used to obtain UE position measurements.

したがって、本実施形態の利点としては、単一のセルタワー(eNB)のみを用いて位置測定を取得することが挙げられる。加えて、この実施形態は、1つ以上のeNBが、DAS基地局及び/又はフェムト/小型セルを置き換えることができる点を除いて、図18に記載の方法と同様に動作するように構成され得る。 Therefore, an advantage of this embodiment is that the position measurement is acquired using only a single cell tower (eNB). In addition, this embodiment is configured to behave similarly to the method described in FIG. 18, except that one or more eNBs can replace DAS base stations and / or femto / small cells. obtain.

UEのアップリンク位置特定の1つの方法は、セル識別法(CID)である。基本的なCID法では、UE位置がセルレベルで決定され得る。この方法は、純粋にネットワークベースである。その結果、UE、例えばハンドセットは、追跡されているという事実を認識しない。これは比較的単純な方法であるが、位置特定不確実性がセル径に等しいため、正確性に欠ける。例えば、図20に示すように、サービングセルタワー2004のセル径2002内のあらゆるハンドセット2000は、同一位置にあるわけではないが、実質的に同一位置を有する。CID法の精度は、サービングセクタID(セクタID)に関する知識と組み合わせると、改善され得る。例えば、図21に示すように、セクタID2100は、セル径2002の他のセクタ内の他のハンドセット2000とは異なる位置を有することが知られている多数のハンドセット2104を含む、セル径2002内のセクション2102を識別する。 One method of determining the uplink position of the UE is the cell identification method (CID). In the basic CID method, the UE position can be determined at the cell level. This method is purely network-based. As a result, the UE, such as the handset, is unaware of the fact that it is being tracked. This is a relatively simple method, but it lacks accuracy because the positioning uncertainty is equal to the cell diameter. For example, as shown in FIG. 20, not all handset 2000s in the cell diameter 2002 of the serving cell tower 2004 are in the same position, but have substantially the same position. The accuracy of the CID method can be improved when combined with knowledge of serving sector IDs (sector IDs). For example, as shown in FIG. 21, sector ID 2100 in cell diameter 2002 includes a number of handset 2104s known to have different positions than other handset 2000 in other sectors of cell diameter 2002. Identify section 2102.

CID法の更なる改善は、上記の基本的なCID法に更なる向上を提供する拡張セルID(E−CID)法によって可能であり得る。1つの改善策では、タイミング測定を使用して、UEがeNB(ネットワークノード)からどれだけ離れているかを計算する。この距離は、ラウンドトリップタイム(RTT)の半分、つまりLTEにおけるタイミングアドバンス(TA)(LTE TA)に光速を乗じたものとして計算することができる。UEが接続されている場合、RTT又はTAを距離推定に使用してよい。この場合、サービングセルタワー又はセクタ及びUE(サービングeNBコマンド時)の両方が、RxサブフレームとTxサブフレームとの間のタイミング差を測定する。UEは、その測定値をeNBに報告する(これもeNBの制御下にある)。LTEリリース9は、ランダムアクセス手順中のPRACHプリアンブルの受信から推定されるタイミングアドバンスに依存するTAタイプ2の測定値を追加することに留意されたい。物理/パケットランダムアクセスチャネル(PRACH)プリアンブルは、追跡されているUEから応答が受信されない場合に、1つのPRACHランピング周期中に送信されるプリアンブルの最大数を指定する。LTEタイプ1のTA測定値は、以下のようにRTT測定値に等しい。
RTT=TA(タイプ1)=eNB(Rx−Tx)+UE(Rx−Tx)
eNBの座標及びサービングセルタワーアンテナの高さに関する知識を用いて、UEの位置をネットワークによって計算することができる。
Further improvements to the CID method may be possible by the extended cell ID (E-CID) method, which provides further improvements to the basic CID method described above. One remedy is to use 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), that is, the timing advance (TA) (LTE TA) in LTE multiplied by the speed of light. If the UE is connected, RTT or TA may be used for distance estimation. In this case, both the serving cell tower or sector and the UE (at the time of the serving eNB command) measure the timing difference between the Rx subframe and the Tx subframe. The UE reports its measurements to the eNB (also under the control of the eNB). Note that LTE Release 9 adds TA type 2 measurements that depend on the timing advance estimated from the reception of the PRACH preamble during the random access procedure. The physical / packet random access channel (PRACH) preamble specifies the maximum number of preambles transmitted during a PRACH ramping cycle if no response is received from the tracked UE. The LTE type 1 TA measurement is equal to the RTT measurement as follows.
RTT = TA (type 1) = eNB (Rx-Tx) + UE (Rx-Tx)
With knowledge of the coordinates of the eNB and the height of the serving cell tower antenna, the position of the UE can be calculated by the network.

しかしながら、E−CID位置特定法は、依然として限定的である。これは、ある次元では、位置精度が、セクタ幅及びサービングセルタワーからの距離に依存しているためであり、別の次元では、誤差がTA(RTT)測定精度に依存しているためである。セクタ幅は、ネットワークトポロジーによって変化し、伝播現象、具体的にはマルチパスの影響を受ける。セクタ精度の推定値は、200メートルから500メートル超と様々である。LTE TAの測定分解能は4Tsであり、39メートルの最大誤差に相当する。しかしながら、LTE TA測定値における実際の誤差は、較正の不正確性及び伝播現象(マルチパス)に起因して更に大きく、200メートルに達することがある。 However, the E-CID positioning method is still limited. This is because in one dimension the position accuracy depends on the sector width and the distance from the serving cell tower, and in another dimension the error depends on the TA (RTT) measurement accuracy. The sector width varies depending on the network topology and is affected by the propagation phenomenon, specifically multipath. Estimates of sector accuracy vary from 200 meters to over 500 meters. The measurement resolution of LTE TA is 4 Ts, which corresponds to a maximum error of 39 meters. However, the actual error in LTE TA measurements is even greater due to calibration inaccuracies and propagation phenomena (multipath), which can reach up to 200 meters.

図22に示すように、E−CID法は、到来角(AoA)として既知の特徴を追加することにより、更に改善され得る。eNBは、等間隔のアンテナ要素2200の線形アレイを使用して、UEの送信方向を推定する。典型的には、AoA測定には基準信号が使用される。2つの隣接するアンテナ要素2200においてUEからの基準信号が受信されると、基準信号は、図23に示すように、AoA、搬送波周波数、及び要素間隔に依存する量だけ位相回転されてよい。AoAでは、各eNBがアンテナアレイ/適応アンテナを備えている必要がある。マルチパス及びトポロジーの変動にも曝される。それでもなお、高度なアンテナアレイは、セクタ2100の幅2202を大幅に低減することができ、より良好な位置特定精度をもたらし得る。また、2つ以上のサービングセルタワー2300(指向性アンテナアレイを備えるeNBの基地局)を使用して、図23に示すように、ハンドセットAoA測定を行う場合、精度を大幅に向上させることができる。そのような場合、精度は、依然としてマルチパス/伝播現象の影響下にある。 As shown in FIG. 22, the E-CID method can be further improved by adding a feature known as the angle of arrival (AoA). The eNB uses a linear array of equally spaced antenna elements 2200 to estimate the transmit direction of the UE. Typically, a reference signal is used for AoA measurement. When a reference signal from the UE is received by the two adjacent antenna elements 2200, the reference signal may be phase-rotated by an amount depending on the AoA, carrier frequency, and element spacing, as shown in FIG. In AoA, each eNB needs to have an antenna array / adaptive antenna. It is also exposed to multipath and topology variations. Nonetheless, advanced antenna arrays can significantly reduce the width 2202 of sectors 2100, which can result in better positioning accuracy. Further, when two or more serving cell towers 2300 (eNB base stations having a directional antenna array) are used to perform handset AoA measurement as shown in FIG. 23, the accuracy can be significantly improved. In such cases, accuracy is still under the influence of the multipath / propagation phenomenon.

複数のLTE帯にわたってネットワーク全体にアンテナアレイ/適応アンテナを配備することは、資本、時間、メンテナンスなどの観点で途方もない労力を要する。その結果、アンテナアレイ/適応アンテナは、UEの位置特定のために配備されていない。信号強度に基づく方法など他のアプローチは、著しい精度の改善をもたらさない。そのような信号強度アプローチの1つは、フィンガープリンティングデータベースを作成し、その大量の連続的な変化(時間的に)を継続的に更新することを必要とするフィンガープリンティングであり、例えば、精度はあまり向上しないものの、莫大な資本と繰り返し発生する費用を必要とする。更に、フィンガープリンティングはUEベースの技術であり、UEのアプリケーションレベルでのUEの支援を受けずにUE位置を決定することができない。 Deploying antenna arrays / adaptive antennas across multiple LTE bands across the network requires tremendous effort in terms of capital, time, maintenance, and so on. As a result, the antenna array / adaptive antenna is not deployed for UE positioning. Other approaches, such as signal strength-based methods, do not result in significant accuracy improvements. One such signal strength approach is fingerprinting, which requires creating a fingerprinting database and continuously updating its large number of continuous changes (in time), for example, accuracy. It does not improve much, but it requires huge capital and recurring costs. In addition, fingerprinting is a UE-based technology that does not allow UE positioning without UE assistance at the UE's application level.

他のアップリンク位置法の制約の解決策は、アンテナアレイ/適応アンテナを必要としないAoA機能を使用することを伴う。このような実施形態は、AoA測定にTDOA(到来時間差)位置特定技法を用いてよく、複数の受信機におけるソースからの信号の到来時間差を推定することに基づいてよい。時間差推定の特定の値は、UEと通信する2つの受信機間の双曲線を定める。受信アンテナ間の距離が、位置しているエミッタ(ハンドセット)の距離に対して小さい場合、TDOAは、センサ(受信アンテナ)の基線とエミッタからの入射RFエネルギーとの間の角度に等しい。基線と真北との間の角度が既知である場合、象限方位線(LOB)及び/又はAoAを決定することができる。 Another solution to the constraints of the uplink position method involves using the AoA function, which does not require an antenna array / adaptive antenna. Such an embodiment may use the TDOA (arrival time difference) positioning technique for AoA measurement and may be based on estimating the arrival time difference of signals from sources in a plurality of receivers. A particular value of time difference estimation defines a hyperbola between two receivers communicating with the UE. If the distance between the receiving antennas is small relative to the distance of the emitter (handset) in which it is located, the TDOA is equal to the angle between the baseline of the sensor (receiving antenna) and the incident RF energy from the emitter. If the angle between the baseline and true north is known, the quadrant azimuth line (LOB) and / or AoA can be determined.

TDOA又はLOB(AoAとしても既知である)のいずれかを使用する一般的な位置特定法が既知であるが、このような技術の正確性を許容可能にするためにはTDOA基準点が互いに接近し過ぎているために、LOBの測定には使用されていない。むしろ、LOBは、通常、指向性アンテナ及び/又はビーム形成アンテナを使用して測定される。しかしながら、本明細書に記載の超分解能法は、LOB測定にTDOAを使用できるようにし、同時に精度を劇的に改善する。加えて、本明細書に記載の基準信号処理技法を使用せずに、例えば、非サービングセクタ及び/又はアンテナによって、サービングセクタの外側のUEから到来する基準信号を「聴取する」、例えば検出することは不可能であり得る。本明細書に記載の分解能及び処理能力を使用しない場合、少なくとも2つの基準点、例えば2つ以上のセクタ及び/又はアンテナ)が必要であるため、LOB測定にTDOAを用いることは不可能であり得る。同様に、UEは、サービングセクタ以外から、例えば、非サービングセクタ及び/又はアンテナからUEに到来する基準信号を検出することができない場合がある。 Common locating methods using either TDOA or LOB (also known as AoA) are known, but the TDOA reference points are close to each other to allow the accuracy of such techniques. It is not used to measure LOB because it is too much. Rather, LOBs are typically measured using directional antennas and / or beam forming antennas. However, the superresolution methods described herein allow TDOA to be used for LOB measurements while dramatically improving accuracy. In addition, without using the reference signal processing techniques described herein, for example, by a non-serving sector and / or antenna, a reference signal arriving from a UE outside the serving sector is "listened", eg, detected. That can be impossible. Without the resolution and processing power described herein, it is not possible to use TDOA for LOB measurements because at least two reference points (eg, two or more sectors and / or antennas) are required. obtain. Similarly, the UE may not be able to detect a reference signal arriving at the UE from other than the serving sector, for example, from a non-serving sector and / or an antenna.

例えば図24は、分離が広い場合と分離が近接している(小さい)場合という2つのシナリオを示す。両方のシナリオでは、双曲線2400及び入射線2402は、ハンドセット2000の位置で交差するが、アンテナ2404の分離が広い場合、これは急勾配で発生し、位置特定誤差を大きく低減させる。同時に、アンテナ2404が互いに近接している場合、双曲線2400は、RFエネルギー入射、つまりLOB/AoAの線2402と交換可能になる。 For example, FIG. 24 shows two scenarios, one is when the separation is wide and the other is when the separation is close (small). In both scenarios, the hyperbola 2400 and the incident line 2402 intersect at the position of the handset 2000, but if the separation of the antenna 2404 is wide, this will occur on a steep slope, greatly reducing the positioning error. At the same time, if the antennas 2404 are in close proximity to each other, the hyperbola 2400 becomes interchangeable with the RF energy incident, i.e. the LOB / AoA line 2402.

以下に記載の式は、エミッタからの入射RFエネルギーを決定するために使用することができ、2つのアンテナ(センサ)間のRFエネルギーの到来時間の時間差は以下の式で得られる。

Figure 2021519422
式中、
Δtは、時間差(秒単位)であり、
xは、2つのセンサ間の距離(メートル単位)であり、
Θは、センサの基線と入射RF波との間の角度(度単位)であり、
cは光速である。 The formula described below can be used to determine the incident RF energy from the emitter, and the time difference in the arrival time of RF energy between the two antennas (sensors) can be obtained by the following formula.
Figure 2021519422
During the ceremony
Δt is the time difference (in seconds),
x is the distance (in meters) between the two sensors
Θ is the angle (in degrees) between the baseline of the sensor and the incident RF wave.
c is the speed of light.

TDOA位置特定の実施形態を使用することにより、いくつかの位置特定戦略、つまり、(1)2つ以上のサービングセル間のTDOA測定値(マルチラテレーション)が使用可能である場合には、例えば、広い分離、(2)TDOA測定値が、1つ以上のサービングセルにおける2つ以上のセクタからのみ得られる場合には、例えば、小さいアンテナ分離(LOB/AoAなど)、(3)戦略(2)と(3)との組み合わせ、及び(4)TA測定値と戦略(1)〜(3)との組み合わせ(例えば、改善されたE−CID)が使用可能である。 By using the TDOA locating embodiment, some locating strategies, i.e., (1) TDOA measurements (multilateration) between two or more serving cells, are available, for example, for example. Wide isolation, (2) TDOA measurements can only be obtained from two or more sectors in one or more serving cells, for example, small antenna isolation (LOB / AoA, etc.), (3) strategy (2). Combinations with (3) and (4) TA measurements with strategies (1)-(3) (eg, improved E-CID) can be used.

以下で更に説明するように、近接して配置されたアンテナの場合、TDOA位置特定実施形態は、2つ以上のアンテナからの信号が同一セルタワーからの信号であるとき、象限方位線を使用してよい。これらの信号は、受信した復号信号で検出することができる。タワーの位置並びに各セクタ及び/又はアンテナの方位角を知ることによって、象限方位線及び/又はAoAを計算し、位置特定処理で用いることができる。LOB/AoAの精度は、マルチパス、ノイズ(SNR)などの影響を受ける場合がある。しかしながら、この影響は、高度な信号処理及び上記のマルチパス軽減処理技法(超分解能技術に基づき得る)によって軽減されてよい。このような高度な信号処理としては、信号相関(correlation)/相関(correlating)、フィルタリング、平均化、同期平均化、及び他の方法/技法が挙げられるが、これらに限定されない。 As will be further described below, in the case of closely arranged antennas, the TDOA positioning embodiment uses quadrant azimuth lines when the signals from two or more antennas are from the same cell tower. good. These signals can be detected by the received decoding signal. By knowing the position of the tower and the azimuth angle of each sector and / or antenna, the quadrant azimuth line and / or AoA can be calculated and used in the position identification process. The accuracy of LOB / AoA may be affected by multipath, noise (SNR), and the like. However, this effect may be mitigated by advanced signal processing and the multipath mitigation processing techniques described above (which can be based on super-resolution techniques). Such advanced signal processing includes, but is not limited to, signal correlation / correlation, filtering, averaging, synchronous averaging, and other methods / techniques.

サービングセルタワー2500は、典型的には、3セクタ(セクタA、セクタB、及びセクタC)構成を示している図25に示すように、複数のセクタからなる。示した3セクタ配備は、セクタごとに1つ以上のアンテナ2502を含んでよい。セクタAなどの単一のセクタは、ハンドセット送信がセクタAのメインローブ内にある(メインローブの中心がセクタ方位角と一致する)ため、UE(ハンドセット)の制御下にあってよい。同時に、ハンドセット送信は、例えば、セクタB及びCのメインローブから外れて、例えば、アンテナのサイドローブに入るであろう。したがって、ハンドセット信号は、依然としてセクタB及びセクタCの出力信号スペクトル内に存在するが、セクタB又はセクタCのメインローブ内に位置する他のハンドセットからの信号に対して著しく弱まるであろう。それにもかかわらず、上記及び下記のように、高度な信号処理を使用することにより、測距信号で十分な処理利得を得て、セクタB及びセクタCのサイドローブなど、隣接セクタのサイドローブからこれらの信号を検出できるようにする。ネットワークベースの位置特定のために、LTEアップリンクSRS(サウンディング基準信号)が測距信号として用いられ得る。 The serving cell tower 2500 typically consists of a plurality of sectors, as shown in FIG. 25, which shows a three-sector (sector A, sector B, and sector C) configuration. The three-sector deployment shown may include one or more antennas 2502 per sector. A single sector, such as sector A, may be under the control of the UE (handset) because the handset transmission is within the main lobe of sector A (the center of the main lobe coincides with the sector azimuth). At the same time, the handset transmission will, for example, depart from the main lobes of sectors B and C and enter, for example, the side lobes of the antenna. Therefore, the handset signal is still present in the output signal spectrum of sector B and sector C, but will be significantly weakened against signals from other handsets located within the main lobe of sector B or sector C. Nevertheless, by using advanced signal processing, as described above and below, sufficient processing gain can be obtained from the ranging signal from the side lobes of adjacent sectors, such as the side lobes of sector B and sector C. Allows these signals to be detected. LTE uplink SRS (sounding reference signal) can be used as a ranging signal for network-based locating.

換言すれば、UEアップリンク基準信号は、隣接セクタアンテナのサイドローブ内にあり得るが、本明細書に記載の基準信号処理法による処理利得は、2つ(又はそれ以上)のセクタアンテナ間でのTDOAの計算を可能にするのに十分であり得る。この実施形態の精度は、上記のマルチパス軽減処理アルゴリズムによって著しく向上し得る。したがって、LTE TAタイミングによって計算された環と交差するLOB/AOAは、およそ20メートル×100メートルの誤差楕円内にUE位置を提供し得る。 In other words, the UE uplink reference signal can be in the sidelobe of adjacent sector antennas, but the processing gain of the reference signal processing method described herein is between two (or more) sector antennas. It may be sufficient to enable the calculation of the TDOA of. The accuracy of this embodiment can be significantly improved by the multipath mitigation processing algorithm described above. Therefore, the LOB / AOA that intersects the ring calculated by LTE TA timing can provide the UE position within an error ellipse of approximately 20m x 100m.

更なる位置特定誤差の低減は、2つ以上のLTEタワーによってUEが聴取され得るときに達成されてよく、これは、上記の処理利得及びマルチパス軽減技術を用いる場合に可能性が高い。そのような場合、TDOA双曲線と1つ以上のLOB/AoA線との交点は、30×20メートルの誤差楕円(2つのセクタセルタワーの場合)をもたらしてよい。各セルタワーが3つ以上のセクタをサポートする場合、誤差楕円は10〜15メートルへと更に低減され得る。UEが3つ以上のeNB(セルタワー)によって聴取される場合、5〜10メートルの精度が達成され得る。ショッピングモール、オフィスパークなど高値領域では、追加の小型セル又はパッシブ聴取デバイスを使用して、必要なカバレッジを形成することができる。 Further reduction of positioning error may be achieved when the UE can be heard by two or more LTE towers, which is likely when using the processing gain and multipath mitigation techniques described above. In such cases, the intersection of the TDOA hyperbola with one or more LOB / AoA lines may result in an error ellipse of 30 x 20 meters (in the case of two sector cell towers). If each cell tower supports more than two sectors, the error ellipse can be further reduced to 10-15 meters. If the UE is listened to by three or more eNBs (cell towers), an accuracy of 5-10 meters can be achieved. In high-priced areas such as shopping malls and office parks, additional small cells or passive listening devices can be used to form the required coverage.

上記のように、セルタワー2500の各セクタは、1つ以上のアンテナ2502を含んでよい。典型的な設備では、所与のセクタに関して、各アンテナからの信号がセクタの受信機入力において統合される。その結果、位置特定のために、2つ以上のセクタアンテナを、複合の指向性パターン、方位角、及び仰角を有する単一アンテナと見なすことができる。仮想的なアンテナの複合の方向性及びその(メインローブ)方位角及び仰角はまた、セクタ自体に割り当てられてよい。 As mentioned above, each sector of the cell tower 2500 may include one or more antennas 2502. In a typical facility, for a given sector, the signals from each antenna are integrated at the sector's receiver input. As a result, for positioning purposes, two or more sector antennas can be considered as a single antenna with a composite directional pattern, azimuth, and elevation. The composite orientation of the virtual antenna and its (main lobe) azimuth and elevation may also be assigned to the sector itself.

一実施形態では、各サービングタワー及び隣接サービングセルタワーの全セクタから(デジタル形式で)受信した信号は、位置決定のために、位置特定サーバユニット(LSU)に送信される。また、サービングされるUEごとのSRSスケジュール及びTA測定値は、各サービングセクタによって各サービングセルタワーからLSUに提供される。各サービングセルタワー及び各隣接セルタワーの位置座標、仮想的な各(複合)セクタアンテナの方位角及び仰角を有するタワーごとのセクタ数、及びセルタワーにおける各セクタの位置が既知であると仮定すると、LSUは、サービングセルタワー及び/又は隣接セルタワーに対する各UEの位置を決定し得る。上記の全情報は、1つ以上の標準又は専用インターフェースを使用して、有線ネットワーク、例えばLAN、WANなどを通じて送信されてよい。LSUはまた、標準インターフェース及び/又はネットワークキャリアの定義済みインターフェース/APIを使用して、無線ネットワークインフラストラクチャをインターフェースしてよい。位置決定はまた、ネットワークノードとLSUとの間で分割されてよく、又はネットワークノードのみで実行されてよい。 In one embodiment, signals received (in digital form) from all sectors of each serving tower and adjacent serving cell towers are transmitted to a positioning server unit (LSU) for positioning. Further, the SRS schedule and TA measurement value for each UE to be served are provided to the LSU from each serving cell tower by each serving sector. Assuming that the position coordinates of each serving cell tower and each adjacent cell tower, the number of sectors per tower with the azimuth and elevation of each virtual (composite) sector antenna, and the position of each sector in the cell tower are known, the LSU is , The position of each UE with respect to the serving cell tower and / or the adjacent cell tower may be determined. All of the above information may be transmitted over a wired network, such as a LAN, WAN, etc., using one or more standard or dedicated interfaces. The LSU may also interface the wireless network infrastructure using standard interfaces and / or defined interfaces / APIs of network carriers. Positioning may also be split between the network node and the LSU, or may be performed solely on the network node.

一実施形態では、位置決定は、UE内で実行されてよい、又はUEとLSU若しくはネットワークノードとの間で分割されてよい。このような場合、UEは、標準的なネットワーキングプロトコル/インターフェースを使用して無線で通信してよい。加えて、位置決定は、UE、LSU及び/若しくはネットワークノードの組み合わせによって実行することができる、又はLSU機能が、LSUの代わりに使用され得るSUPLサーバ、E−SMLCサーバ、及び/又はLCS(位置サービス)システムに組み入れられ(組み込まれ)得る。 In one embodiment, the positioning may be performed within the UE or may be split between the UE and the LSU or network node. In such cases, the UE may communicate wirelessly using standard networking protocols / interfaces. In addition, location determination can be performed by a combination of UE, LSU and / or network nodes, or the LSU function can be used in place of the LSU SUPL server, E-SMLC server, and / or LCS (location). Service) Can be incorporated (incorporated) into the system.

ダウンリンク(DL)位置特定法の実施形態は、上記のアップリンク(UL)位置特定の実施形態に相反する。DLの実施形態では、セクタは、セクタの受信方向、方位角、及び仰角と一致する送信パターン、方位角、及び仰角を有する送信機となり得る。アップリンクの実施形態とは異なり、DLの実施形態では、UEは、典型的には単一の受信アンテナを有する。したがって、UEでは、RF波の入射の測定に使用され得るセンサ基線は存在しない。しかしながら、UEは、異なるセクタ間のTDOA、したがって、セクタ間の双曲線(マルチラテーション)を決定することができ、同一セルタワーのセクタは互いに近接しているため、双曲線は、図24を参照して上述したように、RFエネルギー入射線又はLOB/AoAと交換可能になる。LOB/AoAの精度はマルチパス、ノイズ(SNR)などの影響を受けることがあるが、この影響は、上記の超分解能技術に基づいた、高度な信号処理及びマルチパス軽減処理を使用することによって軽減され得る。 The embodiment of the downlink (DL) position identification method contradicts the above-mentioned embodiment of the uplink (UL) position identification method. In a DL embodiment, the sector can be a transmitter having a transmission pattern, azimuth, and elevation that match the receiving direction, azimuth, and elevation of the sector. Unlike the uplink embodiment, in the DL embodiment the UE typically has a single receiving antenna. Therefore, in the UE, there is no sensor baseline that can be used to measure the incident of RF waves. However, the UE can determine the TDOA between different sectors, and thus the hyperbola (multilateration) between the sectors, and since the sectors of the same cell tower are close to each other, the hyperbola can be seen in FIG. 24. As mentioned above, it can be exchanged for RF energy incident lines or LOB / AoA. The accuracy of LOB / AoA may be affected by multipath, noise (SNR), etc., but this effect is achieved by using advanced signal processing and multipath mitigation processing based on the above super-resolution technology. Can be mitigated.

上記のように、UE DL位置特定は、上記の式からRF波の入射角を決定することができないことを除いて、UEアップリンク位置特定に類似の方法で達成することができる。代わりに、マルチラテレーション技法が、各サービングセルタワーのLOB/AoAを決定するために使用されてよい。 As described above, UE DL locating can be achieved in a manner similar to UE uplink locating, except that the angle of incidence of the RF wave cannot be determined from the above equation. Instead, a multilateration technique may be used to determine the LOB / AoA of each serving cell tower.

UE DL位置特定の実施形態はまた、基準信号を用いる。DLの場合、そのようなネットワークベースの位置特定のための1つのアプローチは、LTEセル固有の基準信号(CRS)を測距信号として用いることであり得る。また、LTEリリース9で導入された位置基準信号(PRS)が使用されてよい。したがって、位置特定は、CRSのみ、PRSのみ、又はCRS及びPRSの両方を使用して行われてよい。 The UE DL positioning embodiment also uses a reference signal. In the case of DL, one approach for such network-based locating may be to use an LTE cell-specific reference signal (CRS) as the ranging signal. Also, the position reference signal (PRS) introduced in LTE Release 9 may be used. Therefore, positioning may be performed using CRS only, PRS only, or both CRS and PRS.

UEアップリンク位置特定の実施形態と同様に、UEダウンリンク位置特定の実施形態では、デジタル形式のUE受信信号のスナップショットが、LSUに送信されて処理されてよい。UEはまた、TA測定値を取得し、それらをLSUに提供してよい。任意選択的に、サービングされるUEごとのTA測定値は、各サービングセクタによって各サービングセルタワー(ネットワークノード)からLSUに提供されてよい。前述したように、各サービングセルタワー及び各隣接セルタワーの位置座標、各セクタの送信パターンの方位角及び仰角を有するタワーごとのセクタ数、及びタワーにおける各セクタの位置が既知であると仮定すると、LSUは、サービングセルタワー及び/又は隣接セルタワーに対する各UEの位置を決定し得る。いくつかの実施形態では、位置決定は、UE内で実行されてよい、又はUEとLSU若しくはネットワークノードとの間で分割されてよい。いくつかの実施形態では、全ての位置決定は、LSU又はネットワークノード内で実行されてよい、又は2つの間で分割されてよい。 Similar to the UE Uplink Positioning Embodiment, in the UE Downlink Positioning Embodiment, a snapshot of the UE received signal in digital form may be transmitted to the LSU for processing. The UE may also take TA measurements and provide them to the LSU. Optionally, TA measurements for each served UE may be provided to the LSU from each serving cell tower (network node) by each serving sector. As mentioned above, assuming that the position coordinates of each serving cell tower and each adjacent cell tower, the number of sectors per tower having the azimuth and elevation of the transmission pattern of each sector, and the position of each sector in the tower are known, the LSU Can determine the position of each UE with respect to the serving cell tower and / or the adjacent cell tower. In some embodiments, the positioning may be performed within the UE or may be split between the UE and the LSU or network node. In some embodiments, all positioning may be performed within the LSU or network node, or may be split between the two.

UEは、標準的な無線プロトコル/インターフェースを使用して、測定結果及び他の情報を無線で通信/受信するであろう。LSUとネットワークノードとの間での情報交換は、専用インターフェース及び/又は1つ以上の標準インターフェースを使用して、有線ネットワーク、例えばLAN、WANなどを介して行われてよい。LSUは、標準インターフェース及び/又はネットワークキャリアの定義済みインターフェース/APIを使用して、無線ネットワークインフラストラクチャをインターフェースしてよい。位置決定はまた、ネットワークノードとLSUとの間で分割されてよく、又はネットワークノードのみで実行されてよい。 The UE will wirelessly communicate / receive measurement results and other information using standard wireless protocols / interfaces. Information exchange between the LSU and the network node may take place over a wired network, such as a LAN, WAN, etc., using a dedicated interface and / or one or more standard interfaces. The LSU may interface the wireless network infrastructure using standard interfaces and / or network carrier defined interfaces / APIs. Positioning may also be split between the network node and the LSU, or may be performed solely on the network node.

上記のUE DL位置の実施形態では、位置を決定するためにアンテナポートマッピング情報が使用され得る。3GPP TS 36.211 LTE規格は、DL用のアンテナポートを規定する。別個の基準信号(パイロット信号)が、アンテナポートごとにLTE規格で定義される。したがって、DL信号は、アンテナポート情報も伝達する。この情報はPDSCH(物理ダウンリンク共有チャネル)に含まれる。PDSCHは、アンテナポート0;0及び1;0、1、2、及び3);又は5を使用する。これらの論理アンテナポートは、図26に示すように、物理送信アンテナに割り当てられる(マッピングされる)。その結果、このアンテナポート情報が、アンテナ識別子(アンテナID)に使用され得る。 In the UE DL position embodiment described above, antenna port mapping information may be used to determine the position. The 3GPP TS 36.211 LTE standard defines antenna ports for DL. A separate reference signal (pilot signal) is defined in the LTE standard for each antenna port. Therefore, the DL signal also transmits antenna port information. This information is included in the PDSCH (Physical Downlink Shared Channel). The PDSCH uses antenna ports 0; 0 and 1; 0, 1, 2, and 3); or 5. These logical antenna ports are assigned (mapped) to physical transmitting antennas, as shown in FIG. As a result, this antenna port information can be used for the antenna identifier (antenna ID).

例えば、アンテナポートマッピング情報は、(アンテナ位置が既知であると仮定して)アンテナ間のRF波入射及び双曲線(マルチラテレーション)を決定するために使用され得る。位置決定が実行される場所に応じて、アンテナマッピング情報は、LSU若しくはUE、又はネットワークノードで使用可能でなければならない。アンテナポートは、異なるタイムスロット及び異なるリソース要素にCRS信号を配置することによって示されることに留意されたい。DLアンテナポート当たり1つのCRS信号のみが送信される。 For example, antenna port mapping information can be used to determine RF wave incidence and hyperbola (multilateration) between antennas (assuming the antenna position is known). Depending on where the positioning is performed, the antenna mapping information must be available on the LSU or UE, or network node. Note that antenna ports are indicated by placing CRS signals in different time slots and different resource elements. Only one CRS signal is transmitted per DL antenna port.

eNB又はネットワークノードにMIMO(マルチ入力マルチ出力)を配備する場合、受信機は、所与のUEからの到来時間差を測定することができてよい。アンテナ位置を含む、受信機へのアンテナのマッピング、例えば、MIMOマッピングに関する知識を用いて、アンテナに対するRF波の入射(LOB/AoA)及び所与のeNBアンテナについての双曲線(マルチラテレーション)を決定することも可能であり得る。同様に、UEにおいて、UE受信機は、2つ以上のeNB又はネットワークノード、及びMIMOアンテナからの到来時間差を決定することができる。eNBアンテナの位置、アンテナのマッピングに関する知識を用いて、アンテナからのRF波の入射(LOB/AoA)及び所与のeNBアンテナの双曲線(マルチラテレーション)を決定することも可能である。位置決定が実行される場所に応じて、アンテナマッピング情報は、LSU若しくはUE、又はネットワークノードで使用可能でなければならない。 When deploying MIMO (Multi-Input Multi-Output) on an eNB or network node, the receiver may be able to measure the arrival time difference from a given UE. Knowledge of antenna mapping to the receiver, including MIMO mapping, including antenna position, is used to determine the incidence of RF waves on the antenna (LOB / AoA) and the hyperbola (multilateration) for a given eNB antenna. It may also be possible. Similarly, in the UE, the UE receiver can determine the arrival time difference from two or more eNBs or network nodes and MIMO antennas. It is also possible to determine the incident of RF waves from the antenna (LOB / AoA) and the hyperbola (multilateration) of a given eNB antenna using knowledge of the position of the eNB antenna and the mapping of the antenna. Depending on where the positioning is performed, the antenna mapping information must be available on the LSU or UE, or network node.

単一入力多重出力(SIMO)、単一出力多重出力(SOMI)、単一入力単一出力(SISO)などMIMOのサブセットである他の構成が存在する。これらの構成の全ては、位置特定のために、アンテナポートマッピング及び/又はMIMOアンテナマッピング情報によって定義/決定され得る。 There are other configurations that are a subset of MIMO, such as single-input multiple-output (SIMO), single-output multiple-output (SOMI), and single-input single-output (SISO). All of these configurations can be defined / determined by antenna port mapping and / or MIMO antenna mapping information for positioning.

一態様では、本実施形態は、RTLSなど、RFベースの物体の識別、追跡、及び位置特定のための方法及びシステムに関する。一実施形態によると、本方法及びシステムは、各クラスタ内で精密に(例えば10ns以内以下)時間同期された受信機及び/又は送信機の地理的に分散されたクラスタを用いるが、クラスタ間時間同期の精密度は、かなり低い、又は全く要求されていない場合がある。1つの特定の実施形態に関して、10ns以下の精密な同期時間が記載されているが、正確な位置を達成するために必要とされる所定の同期時間は、用いられる機器に依存することに留意することが重要である。例えば、正確な位置決定に3mの精度が必要とされるいくつかの無線システム機器では、所定の時間は10ns以下である必要があり得るが、他の無線システム機器では、50mの位置精度が十分以上であってよい。したがって、所定の時間は、無線システムの所望の精密な位置に基づく。本開示の方法及びシステムは、地理的に分散したスタンドアローンの(個々の)送信機及び/又は受信機に依存する、追跡及び位置特定DL−OTDOA技法及びU−TDOA技法の既存の実施形態に対する有意な改善である。 In one aspect, the present embodiment relates to methods and systems for identifying, tracking, and locating RF-based objects, such as RTLS. According to one embodiment, the method and system use geographically dispersed clusters of receivers and / or transmitters that are precisely (eg, within 10 ns or less) time synchronized within each cluster, but inter-cluster time. The precision of synchronization may be fairly low or not required at all. Although precise synchronization times of 10 ns or less have been described for one particular embodiment, it should be noted that the predetermined synchronization time required to achieve an accurate position depends on the equipment used. This is very important. For example, in some wireless system devices that require an accuracy of 3 m for accurate position determination, the predetermined time may need to be 10 ns or less, but in other wireless system devices, a position accuracy of 50 m is sufficient. That may be the above. Therefore, the predetermined time is based on the desired precise position of the wireless system. The methods and systems of the present disclosure are for existing embodiments of tracking and locating DL-OTDOA and U-TDOA techniques that rely on geographically dispersed stand-alone (individual) transmitters and / or receivers. This is a significant improvement.

例えば、DL−OTDOA技法では、隣接基地局(eNB)から到来する信号間の相対タイミング差が計算され、UE位置が、UEの支援を受けた若しくは受けないUE(ハンドセット)を備えるネットワーク内で、又はネットワーク支援(SUPLベースのみの制御プレーン又はユーザプレーン)を受けた若しくはネットワーク支援を受けないUE(ハンドセット)内で推定されることができる。DL−OTDOAでは、3つ以上の基地局からの信号が受信されると、UEは、一対の基地局から到来する信号間の相対タイミング差を測定し、双曲線の位置線(LOP)を生成する。2つの双曲線を定めるために、少なくとも3つの基準点(直線に属しない基地局)が必要である。UEの位置(位置測定)は、これら2つの双曲線の交点にある(図11を参照)。UEの位置測定は、基地局のRFエミッタ(アンテナ)位置に対するものである。一例として、LPP(LTE測位プロトコル、リリース9)を使用するとき、DL−OTDOAの位置特定はUEの支援を受け、E−SMLC(進化型サービングモバイル位置センター)はサーバベースである。 For example, in the DL-OTDOA technique, the relative timing difference between signals coming from an adjacent base station (eNB) is calculated and the UE position is in a network with a UE (handset) with or without UE support. Alternatively, it can be estimated within a UE (handset) with or without network assistance (SUPL-based only control plane or user plane). In DL-OTDOA, when signals from three or more base stations are received, the UE measures the relative timing difference between the signals coming from the pair of base stations and generates a hyperbolic position line (LOP). .. At least three reference points (base stations that do not belong to a straight line) are required to define the two hyperbolas. The position (position measurement) of the UE is at the intersection of these two hyperbolas (see FIG. 11). The position measurement of the UE is for the RF emitter (antenna) position of the base station. As an example, when using LPP (LTE Positioning Protocol, Release 9), DL-OTDOA localization is UE-assisted and E-SMLC (Evolved Serving Mobile Location Center) is server-based.

U−TDOA技法は、DL−OTDOAに類似しているが、その役割は反転している。ここで、隣接する位置管理ユニット(LMU)は、UE(ハンドセット)から到来するアップリンク信号の相対到来時間を計算し、UEの支援を受けずに、UE位置をネットワーク内で推定することができる。したがって、U−TDOAは、LMU支援型であり、E−SMLC(進化型サービングモバイル位置センター)はサーバベースである。3つ以上のLMUからの相対到来時間値が使用可能となると、ネットワークのE−SMLCサーバは、双曲線の位置線(LOP)及びUEの位置(位置測定)を生成する(図27を参照)。UEの位置測定は、LMUのアンテナ位置に対するものである。一態様では、DL−OTDOAとは異なって、U−TDOAの場合には、eNBの(基地局の)時間同期は必須ではない。LMUのみが、位置特定のために精密な時間同期を必要とする。一例として、LMUは、本質的に、計算能力を有する受信機である。更なる例として、LMU受信機は、SDR(ソフトウェア無線)技術を用いる。更なる例では、LMUは、小型セル、マクロセル、又は受信のみを行う、小型セルタイプの専用デバイスであってよい。 The U-TDOA technique is similar to DL-OTDOA, but its role is reversed. Here, the adjacent position management unit (LMU) can calculate the relative arrival time of the uplink signal arriving from the UE (handset) and estimate the UE position in the network without the assistance of the UE. .. Therefore, the U-TDOA is LMU-supported and the E-SMLC (Evolved Serving Mobile Location Center) is server-based. When relative arrival time values from three or more LMUs become available, the network's E-SMLC server generates a hyperbolic position line (LOP) and a UE position (position measurement) (see FIG. 27). The UE position measurement is for the LMU antenna position. In one aspect, unlike DL-OTDOA, in the case of U-TDOA, time synchronization of the eNB (of the base station) is not mandatory. Only LMUs require precise time synchronization for positioning. As an example, an LMU is essentially a computationally capable receiver. As a further example, the LMU receiver uses SDR (Software Defined Radio) technology. In a further example, the LMU may be a small cell, a macro cell, or a small cell type dedicated device that only receives.

実施形態にかかわらず、ネットワークによってプロビジョニングされるように、特定のUEについてSRSの位置を相関させることにより、UEの識別及び位置特定が可能になる。SRSの位置特定は、ネットワークレベルで、又は建物用DAS、小型セル、又は特定エリアで機能する小型セルとマクロセルとの組み合わせなどローカルセクタ内で行われてよい。UEのSRSの位置が事前に不明である場合、本ソリューションは、カバレッジエリア全体でUEの位置を相関させることができ得る。そうすることにより、UEの移動場所の履歴を示すであろう。状況によっては、特定のUEについてSRSの配置場所をネットワークが示さない場合であっても、UEの位置を決定することが望ましい場合がある。UEの位置は、既知の位置に対するUEの位置又はその近接性を決定することによってSRSと相関させ、UEを送信しているSRSと相関させることができる。このような位置特定は、Wi−Fi及びBluetoothなど他の位置/近接性ソリューションによって達成され得る。ユーザはまた、自身のUEを位置特定ソリューションに対して識別するために、UEアプリケーションを用いて、又は所定の位置まで歩くことによって、それらの位置を識別することができる。 Regardless of the embodiment, correlating the location of the SRS with respect to a particular UE, as provisioned by the network, allows UE identification and location. The location of the SRS may be done at the network level or within a local sector, such as a building DAS, a small cell, or a combination of small cells and macrocells that function in a particular area. If the location of the UE's SRS is unknown in advance, the solution may be able to correlate the location of the UE over the entire coverage area. By doing so, it will show the history of the UE's location. In some situations, it may be desirable to determine the location of a UE, even if the network does not indicate where to place the SRS for a particular UE. The position of the UE can be correlated with the SRS by determining the position of the UE or its proximity to a known position and can be correlated with the SRS transmitting the UE. Such location can be achieved by other location / proximity solutions such as Wi-Fi and Bluetooth. Users can also identify their UEs with a UE application or by walking to a predetermined location in order to identify them to the location solution.

図11及び図27では、マクロ基地局のみを示す。また、図27は、基地局と並置されたLMUを示す。これらの描写は有効な選択肢であるが、LTE規格は、LMUの配置がマルチラテレーション/三辺測量要件を満たす限り、LMUが配置され得る場所を規定しない。 11 and 27 show only macro base stations. In addition, FIG. 27 shows an LMU juxtaposed with a base station. Although these depictions are valid options, the LTE standard does not specify where the LMU can be placed, as long as the placement of the LMU meets the multilateration / three-range survey requirements.

一態様では、室内環境用の一般的な配備は、DAS(分散アンテナシステム)及び/又は小型セルであり、これはRFと高度に統合された、安価な基地局である。LMUは、屋内及び/又はキャンバス型環境内にも配置されることができ、例えば、U−TDOAは、DAS及び/又は小型セル環境で使用され得る。別の態様では、U−TDOAベースの正確な屋内位置特定は、例えばDAS及び/又は小型セルの配備を必要とせずに、屋内に位置付けられたLMUと外部に位置付けられたマクロセルとの組み合わせによって達成し得る、又はより少ない数の小型セルを有し得る。したがって、LMUは、DAS及び/又は小型セルが存在して、又はこれらが不在で配備され得る。更なる態様では、LMUは、セル信号増幅器/ブースターが使用される環境内に配置され得、DAS及び/又は小型セルは存在している、又は不在である。 In one aspect, a common deployment for indoor environments is a DAS (Distributed Antenna System) and / or small cell, which is an inexpensive base station that is highly integrated with RF. LMUs can also be placed indoors and / or in canvas-type environments, for example U-TDOA can be used in DAS and / or small cell environments. In another aspect, U-TDOA-based accurate indoor localization is achieved by a combination of an indoor-positioned LMU and an externally-positioned macrocell, for example, without the need for deployment of DAS and / or small cells. Or may have a smaller number of small cells. Therefore, the LMU can be deployed with or without DAS and / or small cells. In a further aspect, the LMU can be placed in an environment where cell signal amplifiers / boosters are used, and DAS and / or small cells are present or absent.

LTEリリース11はまた、LMU及びeNBの単一ユニットへの統合を企図する。しかしながら、これにより、個々の小型セルeNBが地理的に分散している場合に小型セル間の時間同期要件に更なる負担が課せられ、無線/セルラーサービスプロバイダは、特に屋内で、及び/又は他のGPS/GNSSが拒否される環境においてこれらを満たす準備ができていない。 LTE Release 11 also contemplates the integration of LMU and eNB into a single unit. However, this imposes an additional burden on the time synchronization requirements between small cells when the individual small cell eNBs are geographically dispersed, allowing wireless / cellular service providers to be especially indoors and / or others. Not ready to meet these in an environment where GPS / GNSS is rejected.

DASシステムは、地理的に分散したマクロ/ミニ/小型セル/LMUよりもはるかに高い程度(精度)まで本質的に時間同期される。DAS環境でDL−DTOAソリューションを使用することにより、時間同期の問題は軽減されるが、DAS環境では単一の基地局が多数の分散アンテナのために機能し、その結果、複数のアンテナが同一のセルID(識別番号)で同一のダウンリンク信号を送信する。その結果、従来のDL−OTDOAアプローチは、異なるIDを用いて信号を生成する、識別可能な隣接セル(アンテナ)が存在しないために機能しない。それにもかかわらず、米国特許第7,872,583号に記載されているように、マルチパス軽減プロセッサ及びマルチパス軽減技法/アルゴリズムを用いると、DL−OTDOA技法を使用することが可能であり、2012年8月3日出願の米国特許非仮出願第13/566,993号、名称「MULTI−PATH MITIGATION IN RANGEFINDING AND TRACKING OBJECTS USING REDUCED ATTENUATION RF TECHNOLOGY」に記載されているように、位置整合アルゴリズムの使用を拡張する(これらの特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。しかしながら、これらの整合アルゴリズムは、同一IDで信号を発するアンテナの数という制約を有する。1つの解決策は、同一IDを発行するアンテナの数を低減することであり、例えば、多数のDASアンテナを、異なるIDを有する2つ以上の時間同期クラスタに分割することである。このような構成は、システムコストを増加させ(基地局の数を増加させる)、上記の技術をサポートするためにハンドセット/UEを必要とする。 DAS systems are essentially time-synchronized to a much higher degree (accuracy) than geographically dispersed macro / mini / small cells / LMUs. Using the DL-DTOA solution in a DAS environment alleviates the time synchronization problem, but in a DAS environment a single base station works for multiple distributed antennas, resulting in multiple antennas being the same. The same downlink signal is transmitted with the cell ID (identification number) of. As a result, the conventional DL-OTDOA approach does not work due to the absence of identifiable adjacent cells (antennas) that generate signals with different IDs. Nevertheless, as described in US Pat. No. 7,872,583, it is possible to use the DL-OTDOA technique with multipath mitigation processors and multipath mitigation techniques / algorithms. U.S. Pat. Extended use (these patents are incorporated herein by reference in their entirety). However, these matching algorithms are limited by the number of antennas that emit signals with the same ID. One solution is to reduce the number of antennas that issue the same ID, for example, dividing a large number of DAS antennas into two or more time-synchronized clusters with different IDs. Such a configuration increases the system cost (increases the number of base stations) and requires a handset / UE to support the above techniques.

DAS環境でU−TDOAを用いることにより、LMUユニットの追加/設置に関するコストも追加される。しかしながら、UE(ハンドセット)に対する変更は不要であり、基地局ソフトウェアのみをアップグレードして、U−TDOA機能をサポートする必要がある。また、複数のLMUを、DASシステムと統合することが可能である。したがって、LMUを用いたU−TDOA法は、屋内環境において、キャンパス環境において、及び他のGPS/GNSSが困難な、地理的に限定された環境において使用されるときに多くの利点を有する。 Using U-TDOA in a DAS environment also adds to the costs associated with adding / installing LMU units. However, no changes to the UE (handset) are required and only the base station software needs to be upgraded to support the U-TDOA function. It is also possible to integrate multiple LMUs with a DAS system. Therefore, the U-TDOA method with LMU has many advantages when used in indoor environments, in campus environments, and in other geographically limited environments where GPS / GNSS is difficult.

地理的に分散した複数の基地局及び/若しくは小型セル間、並びに/又は屋内及び他のGPS/GNSSが拒否される環境のLMU間での精密な時間同期は、マクロセル及び/又は屋外例えばGPS/GNSSフレンドリ環境のマクロセルで使用されるLMU機器と比較してより複雑である。これは、屋外環境のマクロセルが、高位置にあり、戸外に設置されたアンテナを有するためである。その結果、GPS/GNSS信号品質は非常に良好であり、マクロセルアンテナの送信及び/又はLMU受信機は、GPS/GNSSを使用して、十分に広い範囲にわたって非常に高精度(標準偏差10ns)まで同期され得る。 Precise time synchronization between multiple geographically dispersed base stations and / or small cells, and / or between indoors and other LMUs in GPS / GNSS-denied environments, macrocells and / or outdoors such as GPS / It is more complex than the LMU equipment used in macrocells in a GNSS friendly environment. This is because the macrocell in the outdoor environment is in a high position and has an antenna installed outdoors. As a result, the GPS / GNSS signal quality is very good, and the transmission and / or LMU receiver of the macrocell antenna uses GPS / GNSS to a very high accuracy (standard deviation 10ns) over a sufficiently wide range. Can be synchronized.

一態様では、屋内及び他のGPS/GNSSが拒否される環境では、複数の分散基地局及び/又は小型セル/LMU間の時間同期は、多数の基地局及び/又は小型セル及び/又はLMUによって共有される同期信号を生成する外部同期ソースを使用することによって達成される。この同期信号は、GPS/GNSS、例えば、1PPS信号、及び/又はインターネット/イーサネットネットワーキング、例えばPTP又はNTPなどから導出され得る。後者は低コストのソリューションであるが、正確な位置特定に必要とされる時間同期精度をもたらすことができない。GPS/GNSSから導出される外部同期信号は、より正確(20nsまでの標準偏差)であるが、追加のハードウェア及び設置要件(例えば、これらの信号の配線)を必要とし、より複雑/高価である。また、外部同期信号をより高いレベルの精度に適応させるために、基地局及び/又は小型セルハードウェア/低レベルファームウェアに対する変更が必要であり得る。更に、20nsの標準偏差は、3メートル要件、例えば、約10nsの標準偏差を満たすのに十分な精度ではない。 In one aspect, indoors and in other GPS / GNSS rejected environments, time synchronization between multiple distributed base stations and / or small cells / LMUs is performed by multiple base stations and / or small cells and / or LMUs. Achieved by using an external synchronization source that produces a shared synchronization signal. This synchronization signal can be derived from GPS / GNSS, eg, 1PPS signal, and / or Internet / Ethernet networking, eg, PTP or NTP. The latter is a low-cost solution, but cannot provide the time synchronization accuracy required for accurate positioning. External sync signals derived from GPS / GNSS are more accurate (standard deviation up to 20 ns), but require additional hardware and installation requirements (eg wiring of these signals) and are more complex / expensive. be. Also, changes to the base station and / or small cell hardware / low level firmware may be required to adapt the external sync signal to a higher level of accuracy. Moreover, the standard deviation of 20 ns is not accurate enough to meet the 3 meter requirement, eg, the standard deviation of about 10 ns.

上記の制約を克服するために、図28のマルチチャネルLMUの高レベルブロック図で示すように、一実施形態は、複数の受信アンテナ2802及び信号チャネル2804を有するLMUデバイス2800を使用する。一例として、1つ以上の信号チャネル2804は、RFE(RFフロントエンド)2806、RFダウンコンバータ2808、及び/又はアップリンク位置特定プロセッサ2810など信号処理構成要素を含み得る。他の構成要素及び構成が使用され得る。一態様では、信号チャネル2804は、LMUデバイス2800内に並置され、緊密に時間同期されている(例えば、約3ns〜約10nsの標準偏差)。別の実施例では、各LMU信号チャネル2804からのアンテナ2802は、地理的に分散している(例えば、DASに類似)。更なる例として、外部時間同期構成要素(例えば、GPS/GNSS、インターネット/イーサネットなど)は、LMUデバイス2800と通信することができる。精密な時間同期は、多数の地理的に分散した機器を緊密に同期させようとすることによるよりも、デバイス(例えば、LMUデバイス2800)内でより容易に達成される。 To overcome the above limitations, one embodiment uses an LMU device 2800 with multiple receiving antennas 2802 and signal channels 2804, as shown in the high level block diagram of the multichannel LMU of FIG. As an example, one or more signal channels 2804 may include signal processing components such as an RFE (RF front end) 2806, an RF down converter 2808, and / or an uplink positioning processor 2810. Other components and components may be used. In one aspect, the signal channel 2804 is juxtaposed within the LMU device 2800 and closely time synchronized (eg, standard deviation of about 3 ns to about 10 ns). In another embodiment, the antennas 2802 from each LMU signal channel 2804 are geographically dispersed (eg, similar to DAS). As a further example, external time synchronization components (eg GPS / GNSS, Internet / Ethernet, etc.) can communicate with the LMU device 2800. Precise time synchronization is more easily achieved within a device (eg, LMU device 2800) than by attempting to closely synchronize a large number of geographically dispersed devices.

一例として、2つ以上のマルチチャネルLMU(例えば、LMUデバイス2800)が配備されるとき、これらのLMU間での時間同期は緩和され、その結果、(外部ソース信号を使用して)多数の分散マルチチャネルLMUを同期させるために、低コスト、かつ複雑性の低いアプローチが使用され得る。例えば、インターネット/イーサネットネットワーキング同期が使用され得る、又は共通センサ(デバイス)が配備されて、異なるマルチチャネルLMU間のタイミング同期を提供し得る。 As an example, when two or more multi-channel LMUs (eg, LMU device 2800) are deployed, time synchronization between these LMUs is relaxed, resulting in a large number of variances (using external source signals). A low-cost, low-complexity approach can be used to synchronize multi-channel LMUs. For example, Internet / Ethernet networking synchronization may be used, or common sensors (devices) may be deployed to provide timing synchronization between different multichannel LMUs.

一方、マルチチャネルLMUアプローチは、位置測定を決定する際に使用可能な双曲線の位置線(LOP)の数を低減するが、時間同期の改善によってこの欠陥を克服する(以下の説明及び実施例を参照)。 The multi-channel LMU approach, on the other hand, reduces the number of hyperbolic position lines (LOPs) that can be used in determining position measurements, but overcomes this deficiency by improving time synchronization (see description and examples below). reference).

マルチラテレーション/三辺測量法を使用するとき、UE測位精度は、マクロセルタワー/小型セル/LMUの幾何学的配置による精度の幾何学的希釈(GDOP)、及び単一測距σR_pseudo測定の精度(Gunter Seeber,Satellite Geodesy,2003を参照)という2つの因子の以下の関数である。

Figure 2021519422
When using multilateration / three-range multilateration, UE positioning accuracy is based on the geometric dilution (GDOP) of accuracy due to the geometric placement of macrocell towers / small cells / LMUs , and single ranging σ R_pseudo measurements. It is the following function of two factors: accuracy (see Gunter Seeber, Satellite Geometry, 2003).
Figure 2021519422

GDOPは、送信アンテナ(DL−OTDOAの場合)又は受信アンテナ(U−TDOAの場合)の地理的分散の関数である。規則的に配置されたアンテナの場合、2次元GDOP推定は、2/√Nに等しく(H.B.LEE,ACCURACY LIMITATIONS OF HYPERBOLIC MULTILATERATION SYSTEMS,1973)、セルラーネットワークの場合、Nは、UEによって「聴取可能」であるエミッタ(マクロセルタワー/小型セル/DASアンテナ)の数(DL−OTDOAの場合)、又はUEアップリンク送信を「聴取」可能なLMU/LMU受信チャネルの数(U−TDOAの場合)である。したがって、UE位置誤差の標準偏差は、以下のように計算することができる。

Figure 2021519422
GDOP is a function of the geographical distribution of the transmitting antenna (in the case of DL-OTDOA) or the receiving antenna (in the case of U-TDOA). For regularly placed antennas, the two-dimensional GDOP estimate is equal to 2 / √N (HBB LEE, ACCURACY LIMITED OF HYPERBOLIC MULTILATERATION SYSTEMS, 1973), and for cellular networks, N is "by the UE. The number of emitters (macrocell tower / small cell / DAS antenna) that are "audible" (in the case of DL-OTDOA), or the number of LMU / LMU receiving channels that can "listen" to UE uplink transmission (in the case of U-TDOA). ). Therefore, the standard deviation of the UE position error can be calculated as follows.
Figure 2021519422

地理的に分散した8つの(屋内の)単一受信チャネルLMU(規則的に配置されている)がUEアップリンク送信を検出しており、これらのLMUは、1PPS信号(例えば、20nsの標準偏差)を介して同期されると仮定する。この場合、N=8であり、UE位置測定に使用され得る、7つの独立したLOPが存在するであろう。更に、測距誤差標準偏差の範囲、σが3メートル(約10ns)であると仮定する。その結果、単一測距測定の精度は以下のとおりある。

Figure 2021519422
式中、σSYNCは、外部時間同期信号の標準偏差(20ns)である。
この場合(N=8)、単一の測距測定値、及びUE位置誤差σPOSの標準偏差は4.74メートルに等しい。 Eight (indoor) single receive channel LMUs (regularly arranged) that are geographically dispersed detect UE uplink transmissions, and these LMUs have a standard deviation of 1 PPS signal (eg, 20 ns). ) Is assumed to be synchronized. In this case, there will be 7 independent LOPs with N = 8 and which can be used for UE position measurement. Further, it is assumed that the range of the distance measurement error standard deviation, σ R, is 3 meters (about 10 ns). As a result, the accuracy of the single ranging measurement is as follows.
Figure 2021519422
In the equation, σ SYNC is the standard deviation (20 ns) of the external time sync signal.
In this case (N = 8), the single ranging measurement and the standard deviation of the UE position error σ POS are equal to 4.74 meters.

一例として、分散型アンテナが規則的に配置されている、2つの4受信チャネルLMU(例えば、マルチチャネルLMUデバイス2800)がUEアップリンク送信を検出している場合、各LMUは、3つの緊密に同期されたLOP(例えば、約3nsの標準偏差)のセットを生成し、3つの独立したLOPの場合、N=4である。この場合、それぞれ3.12メートルの標準偏差誤差σPOSを有する、2つのUE位置測定が生成される。これらの2つの位置測定を平均化及び/又は他の手段/方法によって組み合わせることにより、UE位置測定誤差が更に低減されるであろう。1つの推定は、誤差の低減がUE位置測定数の平方根に比例するというものである。本開示では、この数は2に等しく、最終的なUE位置測定誤差σPOS_FINALは2.21メートルであり、3.12/√2として取得される。 As an example, if two 4-receive channel LMUs (eg, multi-channel LMU device 2800) with regularly arranged distributed antennas are detecting UE uplink transmissions, then each LMU will be three tightly packed. Generate a set of synchronized LOPs (eg, standard deviation of about 3 ns) and for 3 independent LOPs N = 4. In this case, two UE position measurements are generated, each with a standard deviation error of 3.12 meters σ POS. Combining these two position measurements by averaging and / or other means / methods will further reduce UE position measurement errors. One estimate is that the reduction in error is proportional to the square root of the number of UE position measurements. In the present disclosure, this number is equal to 2, and the final UE position measurement error σ POS_FINAL is 2.21 meters, which is acquired as 3.12 / √2.

一態様では、いくつかのマルチチャネルLMU(例えば、LMUデバイス2800)は、これらのマルチチャネルLMU間で緩和された同期を有し、屋内環境及び他のGPS/GNSSが拒否される環境に使用することができる。一例として、マルチチャネルLMUデバイス内において、LMUは緊密に同期することができる(例えば、約3ns〜約10nsの標準偏差)。別の実施形態は、多数の単一チャネルの小型セル/LMU及び/又は統合型LMUデバイス電子機器(LMU機能がeNBに埋め込まれる)を備える小型セルが、ラックマウント型エンクロージャ(図31、図32、及び図33)及び/又はキャビネット(例えば、19インチラック)内でクラスタ化(例えば、統合、並置など)され得るという事実を利用する。各単一チャネルデバイスのアンテナは、DASと同様に地理的に分散させられ得る。クラスタ内のデバイスは、緊密に時間同期され得る(例えば、10ns以下の標準偏差)。複数のラックマウント型エンクロージャは、通信要件(例えば、VoLTE)ごとに同期され得、それによって、低コストかつ複雑性の低いアプローチが使用され得る。ラックマウント型エンクロージャ/キャビネット内のクラスタ化(統合)された多数のデバイス間の精密な(緊密な)時間同期は、多数の地理的に分散されたデバイスを緊密に時間同期させる場合よりも、より容易に達成され、低コストである。 In one aspect, some multi-channel LMUs (eg, LMU device 2800) have relaxed synchronization between these multi-channel LMUs and are used in indoor environments and other GPS / GNSS rejected environments. be able to. As an example, within a multichannel LMU device, LMUs can be closely synchronized (eg, standard deviation of about 3 ns to about 10 ns). In another embodiment, a small cell with a large number of single-channel small cells / LMUs and / or integrated LMU device electronics (LMU functionality embedded in the eNB) is a rack-mounted enclosure (FIGS. 31 and 32). And / or the fact that they can be clustered (eg, integrated, juxtaposed, etc.) within a cabinet (eg, 19-inch rack). The antennas of each single channel device can be geographically dispersed, similar to DAS. The devices in the cluster can be closely time synchronized (eg, standard deviation of 10 ns or less). Multiple rack-mounted enclosures can be synchronized for each communication requirement (eg VoLTE), thereby using a low cost and low complexity approach. Precise (tight) time synchronization between a large number of clustered (integrated) devices in a rack-mounted enclosure / cabinet is more than when a large number of geographically dispersed devices are closely time-synchronized. Easy to achieve and low cost.

別の態様では、複数のLMUが、図34に示すように、DASシステムと(に)統合され得る。一例として、LMU受信機は、各DASアンテナ、例えば、共有DASアンテナによって生成された受信信号を共有することができる。これらの受信信号の実際の配信は、DASの実施形態(アクティブDAS対パッシブDAS)に依存する。しかしながら、LMUとDASとを統合した実施形態は、LMU受信機チャネルを有する各DASアンテナによって生成された受信信号を共有し各DASアンテナ座標を対応するLMU/LMU受信機チャネルと一致させる(相関させる)アルマナックを生成することを伴う。ここでも、クラスタ化アプローチ及び又はマルチチャネルLMUを用いることは、LMU及びDASの統合に好ましい方法である。 In another aspect, multiple LMUs can be integrated with the DAS system, as shown in FIG. As an example, the LMU receiver can share the received signal generated by each DAS antenna, eg, a shared DAS antenna. The actual delivery of these received signals depends on the DAS embodiment (active DAS vs. passive DAS). However, an embodiment that integrates LMU and DAS shares the received signal generated by each DAS antenna having an LMU receiver channel and matches (correlates) each DAS antenna coordinate with the corresponding LMU / LMU receiver channel. ) Accompanied by producing Armanac. Again, using a clustering approach and / or multi-channel LMU is the preferred method for LMU and DAS integration.

また、同様の方式で、各小型セルアンテナによって生成された受信信号をLMU受信機チャネルと共有することが可能である。ここで、小型セルの時間同期は、緩和され得、例えば、位置特定要件を満たす必要はないが、LMU/LMUチャネルでは、精密な時間同期を必要とする。クラスタ化アプローチ及びマルチチャネルLMUを用いることは、そのような選択肢のためにLMUにとって好ましい方法である。 Further, in the same manner, the received signal generated by each small cell antenna can be shared with the LMU receiver channel. Here, the time synchronization of small cells can be relaxed, for example, it is not necessary to meet the positioning requirement, but the LMU / LMU channel requires precise time synchronization. Using a clustering approach and a multi-channel LMU is the preferred method for LMUs for such options.

LMU及びeNBの単一ユニットへの統合は、スタンドアローンeNB及びLMUデバイスの組み合わせよりもコスト優位性を有する。しかしながら、統合したLMU及びeNB受信機とは異なり、スタンドアローンLMU受信チャネルは、UEからのデータペイロードを処理する必要がない。更に、UEアップリンク測距信号(LTEの場合には、SRS(サウンディング基準信号))は反復可能であり、(サービングセルに)時間同期されるため、各スタンドアローンLMU受信チャネルは、2つ以上のアンテナ、例えば、2つ以上の小型セルをサポートする(時間多重される)ことができる。これは、次に、LMU(小型セル/DAS及び/又は他のU−TDOA位置特定環境内)の数を低減し、システムのコストを低減することができる(図28も参照)。 The integration of LMU and eNB into a single unit has a cost advantage over the combination of stand-alone eNB and LMU devices. However, unlike integrated LMU and eNB receivers, the standalone LMU receive channel does not need to process the data payload from the UE. In addition, the UE uplink ranging signal (SRS (sounding reference signal) in the case of LTE) is repeatable and time synchronized (to the serving cell), so that each stand-alone LMU receive channel has more than one. It can support an antenna, eg, two or more small cells (time-multiplexed). This can then reduce the number of LMUs (in small cells / DAS and / or other U-TDOA locating environments) and reduce the cost of the system (see also FIG. 28).

無線/セルラーネットワークのE−SMLCサーバにDL−OTDOA及び/又はU−TDOA技法に必要な機能が無い場合、この機能は、UE及び/若しくはLMUと通信することができる位置サーバ、並びに無線/セルラーネットワークインフラストラクチャ、並びに/又は位置サービスサーバによって実行され得る(図29及び図30を参照)。他の構成が使用され得る。 If the E-SMLC server of the wireless / cellular network does not have the required functionality for the DL-OTDOA and / or U-TDOA technique, this functionality will be available to the location server capable of communicating with the UE and / or LMU, as well as the wireless / cellular. It can be run by the network infrastructure and / or the location service server (see Figures 29 and 30). Other configurations may be used.

別の態様では、1つ以上のLMUデバイス(例えば、LMU2802)が、例えば、図35に示すように、WiFiインフラストラクチャを伴って配備され得る。あるいは、聴取デバイスを使用して、WiFiインフラストラクチャと同じ方式でLMUアンテナを監視することができる。したがって、LMUデバイス及び/又はLMUにサービングするチャネルアンテナは、1つ以上のWiFiアクセスポイント(AP)など1つ以上のWiFi/聴取デバイス3500と並置され得る。一例として、WiFiデバイス3500は地理的に分散され得る。 In another aspect, one or more LMU devices (eg, LMU2802) may be deployed with a WiFi infrastructure, eg, as shown in FIG. Alternatively, a listening device can be used to monitor the LMU antenna in the same way as the WiFi infrastructure. Therefore, the LMU device and / or the channel antenna serving the LMU can be juxtaposed with one or more WiFi / listening devices 3500, such as one or more WiFi access points (APs). As an example, the WiFi device 3500 can be geographically dispersed.

一実施形態では、WiFiデバイス3500は電源に接続され得る。1つ以上のLMUデバイス又はチャネルのRFアナログ部分3502(例えば、回路)は、RFアナログ部分3502が電源をWiFiデバイス3500と共有することができるように、LMUアンテナと統合され得る(図35を参照)。一例として、LMUデバイス又はチャネルのRFアナログ部分3502は、ベースバンド信号処理を含み得るアップリンク位置特定プロセッサ回路(例えば、アップリンク位置特定プロセッサ2810)にケーブルを介して接続され得る。更なる例として、アンテナと、RFアナログ部分3502とベースバンド回路との間の相互接続ケーブルとの間には信号増幅が存在し得るため、このような実施形態は、信号対ノイズ比(SNR)の改善を促進する。更に、RFアナログ部分3502は、受信信号を(例えば、ベースバンドまで)ダウンコンバートすることができ、ベースバンド信号周波数がアンテナ内の受信信号よりも数段階小さいため、ケーブル要件が緩和され得る。このようなケーブル要件の緩和は、接続コストの削減となり、送信距離を大幅に増加させることができる。 In one embodiment, the WiFi device 3500 may be connected to a power source. The RF analog portion 3502 (eg, circuit) of one or more LMU devices or channels can be integrated with the LMU antenna so that the RF analog portion 3502 can share power with the WiFi device 3500 (see Figure 35). ). As an example, the RF analog portion 3502 of an LMU device or channel may be cabled to an uplink locating processor circuit (eg, uplink locating processor 2810) that may include baseband signal processing. As a further example, such an embodiment is a signal-to-noise ratio (SNR) because signal amplification can be present between the antenna and the interconnect cable between the RF analog portion 3502 and the baseband circuit. Promote improvement. In addition, the RF analog portion 3502 can downconvert the received signal (eg, to the baseband) and the baseband signal frequency is several steps lower than the received signal in the antenna, which can ease cable requirements. Such relaxation of cable requirements can reduce connection costs and significantly increase transmission distance.

測距信号はSRSのみに限定されるのではなく、MIMO、CRS(セル固有の基準信号)など他の基準信号を用いることができることを理解されたい。 It should be understood that the ranging signal is not limited to the SRS, and other reference signals such as MIMO and CRS (cell-specific reference signal) can be used.

更なる実施形態では、5Gのネットワーク中心の位置特定アプローチは、ダウンリンクOTDOA法及びアップリンクTDOA法を融合することによって改善され得る。例えば、マクロセル環境では、アップリンクTDOA方法は、範囲の不足に悩まされる。これは、UEによるアップリンク信号送信では、マクロセルによる、対応するダウンリンク信号送信よりも電力が桁違いに低いためである。その結果、UE信号が隣接セルによって検出される確率が低くなる。アップリンクTDOAについて、3GPP規格は、アップリンク信号の検出可能性の改善を支援するLMUの配備を企図している(すなわち、LMUは、本質的に追加の信号処理能力を有するアップリンク送信受信機である)。多くのLMUの配備は、アップリンク信号の検出可能性の問題に対処し、UEの位置を特定するためのマルチラテレーション測位を可能にするが、この配備及び多数のこのようなデバイスに関わる著しいコストが存在する。その結果、無線ネットワークキャリアは、LTE 4G環境においてLMUを配備しなかった。 In a further embodiment, the 5G network-centric location approach can be improved by fusing the downlink OTDOA and uplink TDOA methods. For example, in a macrocell environment, the uplink TDOA method suffers from a lack of range. This is because the uplink signal transmission by the UE is orders of magnitude lower in power than the corresponding downlink signal transmission by the macrocell. As a result, the probability that the UE signal will be detected by the adjacent cell is low. For uplink TDOA, the 3GPP standard contemplates the deployment of LMUs that help improve the detectability of uplink signals (ie, LMUs are uplink transmitters and receivers with essentially additional signal processing capabilities. Is). Many LMU deployments address the issue of uplink signal detectability and allow multilateration positioning to locate the UE, but significant involvement with this deployment and many such devices. There is a cost. As a result, wireless network carriers did not deploy LMUs in the LTE 4G environment.

したがって、4G環境及び5G環境におけるアップリンク位置特定を可能にするために、異なるUE位置決定方法のためにサービングアンテナシステムの特性(プロパティ)を活用する必要があり得る。例えば、サービングセルアンテナのシステム設計に応じて、水平(別名、方位角)面でのUE基準信号の到来方向(角度)(DoA/AoA)を推定するアップリンク法を使用することができる。理論的には、垂直(別名、仰角)面でDoA/AoAを推定することも可能であり得る。水平面及び垂直面の両方におけるDoA/AoA計算を組み合わせることにより、UEの位置を特定することが可能であり得る。しかしながら、実際には、マクロセルアンテナの設計のために、垂直面に関するDoA/AoA推定の精度が、精密に位置を決定するには低すぎる、又は垂直面内のアンテナ要素にアクセスできないため、垂直面におけるDoA/AoA推定を全く実行することができない。 Therefore, it may be necessary to utilize the characteristics (property) of the serving antenna system for different UE positioning methods to enable uplink position identification in 4G and 5G environments. For example, depending on the system design of the serving cell antenna, an uplink method can be used to estimate the arrival direction (angle) (DoA / AoA) of the UE reference signal in the horizontal (also known as azimuth) plane. Theoretically, it may be possible to estimate DoA / AoA in a vertical (also known as elevation) plane. By combining DoA / AoA calculations in both horizontal and vertical planes, it may be possible to locate the UE. However, in practice, due to the design of the macrocell antenna, the accuracy of the DoA / AoA estimation for the vertical plane is too low for precise positioning, or the antenna elements in the vertical plane are inaccessible. DoA / AoA estimation cannot be performed at all.

そのため、アップリンクDoA/AOA法を用いて位置測定を行うためには、UEからサービングセルまでの距離を推定する必要があり得る。この距離は、サービングセルによって実行される測定に基づく、ラウンドトリップタイム(RTT)及びタイムアドバンス(TA)情報から導出されてよい。しかしながら、これらの測定値は、電波伝播現象のために必要な精度を欠く場合がある。精度問題に対処するための1つの可能な方法は、ダウンリンクOTDOAを使用して、UEとサービングセルとの間の距離を推定することである。この解決策の欠点は、ダウンリンクOTDOAが、UE位置決定に使用されるサービングセルと隣接セルとの間に正確な同期を必要とし、例えば、位置特定精度が同期誤差の影響を受けることである。マクロ環境内のアップリンクTDOAも同一の影響に悩まされるため、代替策は存在しない。 Therefore, in order to measure the position using the uplink DoA / AOA method, it may be necessary to estimate the distance from the UE to the serving cell. This distance may be derived from round trip time (RTT) and time advance (TA) information based on measurements performed by the serving cell. However, these measurements may lack the accuracy required for radio wave propagation phenomena. One possible way to address the accuracy problem is to use the downlink OTDOA to estimate the distance between the UE and the serving cell. The disadvantage of this solution is that the downlink OTDOA requires accurate synchronization between the serving cell and the adjacent cell used for UE positioning, for example, the positioning accuracy is affected by the synchronization error. There is no alternative, as uplink TDOAs in the macro environment suffer from the same effects.

しかし、アップリンクDoA/AoAには、この誤差はない。これは、サービングセルのみが使用される、すなわち、隣接セルは使用されず、同期が必要とされないためである。これに対して、サービングセルとUEとの間の距離を決定するためにダウンリンクOTDOAが使用される場合、この測定は上記の同期誤差を含み得る。ただし、ダウンリンクOTDOAが初期UE位置の決定のみ使用される場合には、誤差が軽減され得る。その後、同一サービングセルが使用される限り、UE位置は、UEのDoA/AoA及びUE速度(DoA/AoAと同じ基準信号及び/又は他の基準信号から推定される)測定値に基づいて、最先端の追跡アルゴリズムを用いて計算され得る。時間(すなわち、測定回数)にわたって、追跡アルゴリズム又はトラッカーは、同期誤差の影響を低減するであろう。サービングセル間のソフト/ソフターハンドオーバーは、4G LTEでサポートされていないため、サービングセルまでの初期UE距離測定は、UEが、あるサービングセルから別のサービングセルに切り替えられるたびに繰り返される必要があり得ることに留意されたい。 However, the uplink DoA / AoA does not have this error. This is because only serving cells are used, i.e. adjacent cells are not used and synchronization is not required. On the other hand, if the downlink OTDOA is used to determine the distance between the serving cell and the UE, this measurement may include the synchronization error described above. However, if the downlink OTDOA is used only to determine the initial UE position, the error can be reduced. The UE position is then state-of-the-art based on the UE's DoA / AoA and UE velocity (estimated from the same reference signal and / or other reference signal as DoA / AoA) measurements as long as the same serving cell is used. Can be calculated using the tracking algorithm of. Over time (ie, the number of measurements), the tracking algorithm or tracker will reduce the effects of synchronization errors. Since soft / softer handover between serving cells is not supported in 4G LTE, the initial UE distance measurement to the serving cell may need to be repeated each time the UE switches from one serving cell to another. Please note.

追跡アルゴリズムは、レーダー及びソーナー性能改善ストラテジーに基づいてよい。追跡アルゴリズム又はトラッカーは、センサシステムによって報告された個々の物体の位置及び速度の履歴に基づいて、複数の移動物体の将来の位置を予測する能力を提供し得る。粒子フィルタアルゴリズム、カルマンアルゴリズムなど多数の異なるタイプのトラッカーが存在する。トラッカーの使用はまた、上記のRTT測定値に基づいて初期UE位置が計算されるときに、UE測位を改善し得る。ダウンリンクOTDOA又はRTT/TAを使用して、UEからサービングセルまでの距離を測定するかどうかの選択は、距離推定における誤差の大きさに依存する。誤差が大きいほど、トラッカーの性能は大きく影響され得る。また、ハンドオーバー後には、ネットワークによるRTTの推定にある程度の時間がかかる。この時間中、報告されたRTT測定値が有効ではないことがある。一実施形態では、2つの異なる独立したトラッカーが同時に用いられ、より短時間で収束する(すなわち、最初に位置を決定する)位置を使用する。更に別の実施形態では、位置測定ごとにダウンリンクOTDOAを使用して距離を推定し、トラッカーを用いて距離を推定し、同期誤差を補正する。このアプローチは、最良の精度をもたらし得る。 The tracking algorithm may be based on radar and sonar performance improvement strategies. A tracking algorithm or tracker may provide the ability to predict future positions of multiple moving objects based on the position and velocity history of individual objects reported by the sensor system. There are many different types of trackers, such as particle filter algorithms and Kalman algorithms. The use of trackers can also improve UE positioning when the initial UE position is calculated based on the RTT measurements described above. The choice of whether to measure the distance from the UE to the serving cell using the downlink OTDOA or RTT / TA depends on the magnitude of the error in the distance estimation. The greater the error, the greater the impact on tracker performance. Further, after the handover, it takes a certain amount of time to estimate the RTT by the network. During this time, the reported RTT measurements may not be valid. In one embodiment, two different independent trackers are used simultaneously, using a position that converges in a shorter time (ie, determines the position first). In yet another embodiment, the downlink OTDOA is used to estimate the distance and the tracker is used to estimate the distance for each position measurement to correct the synchronization error. This approach can provide the best accuracy.

上記のように、アップリンク法は本質的にネットワーク中心であり、関連するUE基準信号送信は、eNodeB及び/若しくはマクロ環境でeNodeBと統合されたLMU、又はスタンドアローンLMU、他の環境でDASシステムなどと統合されたLMUによって収集され、前処理されてよく、次いで、LSUに転送されて更に処理され、1つ以上のネットワークプロトコルを使用してUE位置を決定する。ダウンリンクOTDOAの場合、ダウンリンク基準信号の収集及び前処理のタスクは、UEによって実行される。次いで、UEは、収集したダウンリンクデータをLSUに送信する。UEは、制御プレーン及び/又はLTEユーザ(データ)プレーンを使用して、LSUとの通信を処理する。したがって、シグナリングは、OMA Secure User Plane Location(SUPL)プロトコル及び/又は3GPP、例えばLTE Positioning Protocol(LPP)に則してよい。 As mentioned above, the uplink method is network-centric in nature, and the associated UE reference signal transmission is an LMU integrated with eNodeB in an eNodeB and / or macro environment, or a stand-alone LMU, or a DAS system in other environments. It may be collected and preprocessed by an LMU integrated with, etc., and then transferred to the LSU for further processing to determine the UE location using one or more network protocols. In the case of downlink OTDOA, the task of collecting and preprocessing the downlink reference signal is performed by the UE. The UE then sends the collected downlink data to the LSU. The UE uses the control plane and / or the LTE user (data) plane to handle communication with the LSU. Therefore, signaling may be in accordance with the OMA Secure User Plane Localization (SUPL) protocol and / or 3GPP, such as the LTE Positioning Protocol (LPP).

UE位置決定のために、多数のアップリンク及びダウンリンク基準信号が用いられてよい。アップリンク位置特定に最も一般的に使用されるものとしては、サウンディング基準信号(SRS)及び/又は復調基準信号(DMRS)が挙げられる。ダウンリンク位置特定に最も一般的に使用されるものとしては、測位基準信号(PRS)及び/又はセル固有の基準信号(CRS)が挙げられる。基準信号は、LSUに送信される前に前処理され得るデジタル形式、すなわち、サンプルで収集されてよい。基準信号のデジタルサンプルは、時間領域内のベースバンドI/Qサンプル、又は周波数領域内のベースバンドI/Qサンプル、並びにOFDMシンボルからのリソース要素(RE)から抽出されてよい。リソース要素は、1つのOFDMシンボルの期間に対する1つのOFDM副搬送波を表す複素係数である。したがって、REは、周波数領域内のLTEシンボルを表すことができる。I/Q値は、信号の同相(I)成分及び直交(Q)成分を表す。その結果、基準信号は、時間領域内のI/Qサンプル、又は周波数領域内のI/Qサンプル、又は基準信号を含むシンボルのREによって表され得る。 A large number of uplink and downlink reference signals may be used for UE positioning. The most commonly used uplink positioning is a sounding reference signal (SRS) and / or a demodulation reference signal (DMRS). The most commonly used downlink positioning is a positioning reference signal (PRS) and / or a cell-specific reference signal (CRS). The reference signal may be collected in digital form, i.e. a sample, which can be preprocessed before being transmitted to the LSU. The digital sample of the reference signal may be extracted from the baseband I / Q sample in the time domain or the baseband I / Q sample in the frequency domain, as well as the resource element (RE) from the OFDM symbol. The resource element is a complex coefficient representing one OFDM subcarrier for the duration of one OFDM symbol. Therefore, RE can represent an LTE symbol in the frequency domain. The I / Q value represents the in-phase (I) component and the orthogonal (Q) component of the signal. As a result, the reference signal can be represented by an I / Q sample in the time domain, or an I / Q sample in the frequency domain, or a symbol RE containing the reference signal.

ダウンリンクOTDOA UEの実施形態では、PRS基準信号及びCRS基準信号の両方が収集され得る。換言すれば、この方法は、PRS、CRS、又は両タイプの信号を用いてよい。このハイブリッド動作モード(すなわち、PRS若しくはCRS、又はPRS及びCRSの両方)は、ネットワーク事業者が、状況又は特定のネットワークパラメータに応じて動作モードを動的に選択できるようにするという利点を有する。例えば、PRSは、CRSよりも良好な聴取能力を有し得るが、PRSを用いることによりデータスループットが低減し得る。CRSはスループットに影響を与えず、より高い基準信号密度を有する。これはUEの移動時に有利である。加えて、CRSは、全ての以前のLTEリリース、例えばリリース8以下との後方互換性がある。したがって、ハイブリッド法は、ネットワーク事業者に、聴取性、スループット、互換性、及び移動する標的の正確な位置特定/追跡の間でトレードオフを行う、つまりバランスを保つ能力を提供する。 In the downlink OTDOA UE embodiment, both the PRS reference signal and the CRS reference signal can be collected. In other words, the method may use PRS, CRS, or both types of signals. This hybrid operating mode (ie, PRS or CRS, or both PRS and CRS) has the advantage of allowing the network operator to dynamically select the operating mode depending on the situation or specific network parameters. For example, PRS may have better listening ability than CRS, but the use of PRS may reduce data throughput. CRS does not affect throughput and has a higher reference signal density. This is advantageous when moving the UE. In addition, the CRS is backwards compatible with all previous LTE releases, such as Release 8 and below. Thus, the hybrid method provides network operators with the ability to make trade-offs, or balance, between audibility, throughput, compatibility, and accurate positioning / tracking of moving targets.

ダウンリンクOTDOAの一実施形態では、UE受信機は、1つ以上のダウンリンクフレームからの基準信号、例えばPRS及び/又はCRSを搬送する多数のOFDMシンボルを検出し、分離するように構成された検出器を含んでよい。この検出器は、1シンボルごとにOFDMシンボルからリソース要素(RE)(図9を参照)を抽出するように更に構成されてよく、また、1シンボルごとに多数のOFDMシンボルからリソース要素(RE)を収集し、記憶するように、すなわち、シンボルID(ID)ごとに、このシンボルIDと相関性があるREを含むダウンリンクデータ構造を生成するように構成されてよい。加えて、検出器は、各フレーム開始及び他の関連及び/又は補助情報を含むダウンリンクメタデータを収集するように構成されてよい。 In one embodiment of the downlink OTDOA, the UE receiver is configured to detect and separate a number of OFDM symbols carrying reference signals from one or more downlink frames, such as PRS and / or CRS. It may include a detector. The detector may be further configured to extract a resource element (RE) (see FIG. 9) from an OFDM symbol for each symbol, and a resource element (RE) from a large number of OFDM symbols for each symbol. May be configured to collect and store, that is, for each symbol ID (ID), to generate a downlink data structure containing a RE that correlates with this symbol ID. In addition, the detector may be configured to collect downlink metadata including each frame start and other related and / or auxiliary information.

一実施形態では、CRS RE要素を含むOFDMシンボルの例示的なデータ構造は、以下のとおりである。
−CRSR_data_sruct:[捕捉ブロック内で捕捉された無線スロットの数、捕捉ブロック間の時間間隔(スロット数)、CRSデータ長、及びCRSデータ(リソース要素)]。
In one embodiment, the exemplary data structure of the OFDM symbol containing the CRS RE element is:
-CRSR_data_sruct: [Number of radio slots captured within the capture block, time interval between capture blocks (number of slots), CRS data length, and CRS data (resource element)].

一実施形態では、UEからLSUに送信される例示的なメタデータは、以下を含む。
−サービングセル情報:[physCellId、cellGlobalId、CellGlobalIdEUTRA−AndUTRA、earfcn−DL、systemFrameNumber、スロット番号、UTCタイムスタンプ、rsrp−Result、rsrq−Result、
−ue−RxTxTimeDiff、DownlinkPathLoss、帯域幅(物理リソースブロック(PRB)における)。
−隣接セル情報(0〜32個の隣接セル):[physCellId、cellGlobalId、CellGlobalIdEUTRA−AndUTRA、earfcn−DL、systemFrameNumber、rsrp−Result、rsrq−Result。
−UE情報:[UE ID、UEカテゴリ、移動度、MobilityHistoryReport]。
In one embodiment, exemplary metadata transmitted from the UE to the LSU includes:
-Serving cell information: [physCellId, cellGlobalId, CellGlobalIdEUTRA-AndUTRA, earfcn-DL, systemFrameNumber, slot number, UTC time stamp, rsrp-Result, rsrq-Result,
-Ue-RxTxTimeDiff, DownlinkPathLoss, Bandwidth (in Physical Resource Block (PRB)).
-Adjacent cell information (0 to 32 adjacent cells): [physCellId, cellGlobalId, CellGlobalIdEUTRA-AndUTRA, earthcn-DL, systemFrameNumber, rsrp-Result, rsrq-Result.
-UE information: [UE ID, UE category, mobility, MobilityHistory Report].

ダウンリンクOTDOAの一実施形態では、UE受信機は、LSUにREデータ及びメタデータを送信し、コマンド及び支援情報を受信するように構成されるなど、LSUに信号を送信し、ダウンリンクデータを交換するように構成された通信プロセッサを含んでよい。シグナリングは、OMA SUPLプロトコル及び/若しくは3GPP LPP、又はLPPとSUPLとの組み合わせに則してよいことに留意されたい。更に、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 In one embodiment of the downlink OTDOA, the UE receiver sends signals to the LSU, such as being configured to send RE data and metadata to the LSU to receive commands and support information, and to send the downlink data. It may include a communication processor configured to be exchanged. Note that signaling may be in accordance with the OMA SUPL protocol and / or 3GPP LPP, or a combination of LPP and SUPL. In addition, dedicated interfaces and / or protocols may be used.

ダウンリンクOTDOAの一実施形態では、UE受信機の検出器は、1シンボルごとにOFDMシンボルから時間領域内の基準信号I/Qサンプルを抽出するように構成されてよく、また、1シンボルごとに多数のOFDMシンボルから時間領域内のこれらのI/Qサンプルを収集する、すなわち、シンボルIDごとに、このシンボルIDに関連する時間領域内のI/Qサンプルを含むダウンリンクデータ構造を生成するように構成されてよい。加えて、検出器は、各フレーム開始及び他の関連及び/又は補助情報を含むダウンリンクメタデータを収集するように構成されてよい。 In one embodiment of the downlink OTDOA, the detector of the UE receiver may be configured to extract a reference signal I / Q sample in the time domain from the OFDM symbol for each symbol, and for each symbol. Collect these I / Q samples in the time domain from a large number of OFDM symbols, i.e. for each symbol ID, generate a downlink data structure containing the I / Q samples in the time domain associated with this symbol ID. May be configured in. In addition, the detector may be configured to collect downlink metadata including each frame start and other related and / or auxiliary information.

ダウンリンクOTDOAの一実施形態では、UE受信機の検出器は、1シンボルごとに多数のOFDMシンボルから時間領域内のI/Qサンプルを収集する、すなわち、シンボルIDごとに、このシンボルIDと関連がある時間領域内のI/Qサンプルを含むダウンリンクデータ構造を生成するように構成されてよい。加えて、検出器は、各フレーム開始及び他の関連及び/又は補助情報を含むダウンリンクメタデータを収集するように構成されてよい。 In one embodiment of the downlink OTDOA, the detector of the UE receiver collects I / Q samples in the time domain from a large number of OFDM symbols per symbol, ie, for each symbol ID, associated with this symbol ID. It may be configured to generate a downlink data structure containing I / Q samples within a certain time domain. In addition, the detector may be configured to collect downlink metadata including each frame start and other related and / or auxiliary information.

ダウンリンクOTDOAの一実施形態では、UE受信機の検出器は、1シンボルごとに多数のOFDMシンボルからREを収集する、すなわち、シンボルIDごとに、このシンボルIDと関連があるREを含むダウンリンクデータ構造を生成するように構成されてよい。加えて、検出器は、各フレーム開始及び他の関連及び/又は補助情報を含むダウンリンクメタデータを収集するように構成されてよい。 In one embodiment of the downlink OTDOA, the detector of the UE receiver collects RE from a large number of OFDM symbols for each symbol, i.e., for each symbol ID, a downlink that includes a RE associated with this symbol ID. It may be configured to generate a data structure. In addition, the detector may be configured to collect downlink metadata including each frame start and other related and / or auxiliary information.

基準信号REを搬送するOFDMシンボルは、ペイロード及び基準信号REの両方を含んでよい。その結果、検出器によってOFDMシンボルから収集されたRE、したがってこれらの収集物から生成されたダウンリンクデータ構造は、ペイロード及び基準信号REの両方を含む。このデータがLSUに送信されると、ペイロードREはオーバーヘッドとなり、アップリンク容量を低減する。 The OFDM symbol carrying the reference signal RE may include both the payload and the reference signal RE. As a result, the RE collected from the OFDM symbols by the detector, and thus the downlink data structure generated from these collections, contains both the payload and the reference signal RE. When this data is sent to the LSU, the payload RE becomes overhead and reduces the uplink capacitance.

シンボルの周波数次元におけるCRS基準信号RE及びPRS基準信号REの位置は、セルID、アンテナ構成、アンテナポート、無線フレーム内のスロット番号、及びスロット内のOFDMシンボル番号によって決定されてよい(3GPP 36.211 v13又はETSI TS 136 211 V13.0.0も参照)。この情報がUE受信機の検出器にとって既知である場合、検出器は、ペイロードREを除去し、それによってLSUに送信されるダウンリンクデータのサイズを縮小する、すなわち、オーバーヘッドを低減するように構成されてよい。低減量は、基準信号のタイプ、隣接セルID、及び他のセルパラメータに応じて様々であり得る。例えば、CRSの場合、データサイズの縮小は、(デュアルアンテナセクタを有するセルの)3倍であってもよい。他の場合では、それほど低減しないことがあり得るが、むしろ稀であり得る。これは、シンボルの周波数次元での基準信号REの位置が、[(セルID)mod6]基準で繰り返されるためである。したがって、CRSについては、平均して、データサイズの低減は、最悪の事態と比較して約40%であり得る。 The positions of the CRS reference signal RE and the PRS reference signal RE in the frequency dimension of the symbol may be determined by the cell ID, antenna configuration, antenna port, slot number in the radio frame, and OFDM symbol number in the slot (3GPP 36. See also 211 v13 or ETSI TS 136 211 V13.0.0). If this information is known to the UE receiver detector, the detector is configured to remove the payload RE, thereby reducing the size of the downlink data sent to the LSU, i.e. reducing the overhead. May be done. The amount of reduction can vary depending on the type of reference signal, adjacent cell ID, and other cell parameters. For example, in the case of CRS, the reduction in data size may be three times (for cells with dual antenna sectors). In other cases, it may not be significantly reduced, but rather rare. This is because the position of the reference signal RE in the frequency dimension of the symbol is repeated based on the [(cell ID) mod6] reference. Therefore, for CRS, on average, the reduction in data size can be about 40% compared to the worst.

更なるデータサイズの低減は、複素REの大きさ及び位相をより少数のビットに圧縮することによって得ることができる。多数の圧縮アルゴリズムが存在する。一部は周知であり、例えば、A−law及びu−lawコンパンディングアルゴリズムなどである。他のアルゴリズムは、C−RAN(集中型、協調クラウド無線アクセスネットワーク)アーキテクチャのベースバンドユニット(BBU)プール及びリモート無線ユニット(RRU)接続帯域幅の低減を標的としている。注:C−RANアーキテクチャでは、ベースバンドユニット(BBU)は、光ファイバを介してリモート無線ユニット(RRU)に接続されているプールの中央に位置する。更に、レーダー技術で使用されるコンパンディングアルゴリズムが存在する。 Further reductions in data size can be obtained by compressing the size and phase of the complex RE to fewer bits. There are many compression algorithms. Some are well known, such as A-law and u-law companding algorithms. Other algorithms target the reduction of baseband unit (BBU) pool and remote radio unit (RRU) connection bandwidth in the C-RAN (Centralized, Coordinated Cloud Radio Access Network) architecture. Note: In the C-RAN architecture, the baseband unit (BBU) is located in the center of the pool connected to the remote radio unit (RRU) via optical fiber. In addition, there are companding algorithms used in radar technology.

一実施形態では、UE受信機の検出器は、16ビット〜32ビットのREサイズを8ビットのREサイズに圧縮し、例えば、2倍〜4倍のデータサイズ低減を行うように構成されている。 In one embodiment, the detector of the UE receiver is configured to compress a 16-bit to 32-bit RE size to an 8-bit RE size, for example, to reduce the data size by a factor of 2-4. ..

ダウンリンクOTDOAの一実施形態では、LSUは、ダウンリンク基準信号データ並びに、1つ以上のUEから送信されたフレーム開始など他の関連及び/又は補助ダウンリンク情報を処理するように構成されている。この処理は、位置確認されたデータベース/リストから、全ての検出可能な(特定の基準を満たす)基準信号エミッタを検索することを含む。また、この処理は、アンテナごとに、例えばLTEデバイスのアンテナポート及び/又は関連するLTEネットワーク構成要素ごとに実行される。LSUの出力は、1つ以上のUEの位置及び他のダウンリンク位置関連メタデータ(信頼半径値、FCC NG911位置精度メトリックなど)である。 In one embodiment of the downlink OTDOA, the LSU is configured to process downlink reference signal data and other related and / or auxiliary downlink information such as frame initiation transmitted from one or more UEs. .. This process involves searching for all detectable (meeting certain criteria) reference signal emitters in the located database / list. This process is also performed for each antenna, eg, for the antenna port of the LTE device and / or for each associated LTE network component. The output of the LSU is the position of one or more UEs and other downlink position related metadata (reliable radius value, FCC NG911 position accuracy metric, etc.).

LSUは、ダウンリンク基準信号データからの基準信号の到来時間(ToA/TDOA)及び/又は飛行時間(ToF)並びにUEによって送信された他の情報を推定するように構成された、ダウンリンク信号プロセッサを含んでよい。このプロセッサはまた、基準セルと隣接セル(測定セル)との間の時間差(すなわち、RSTD/TDOA(RSTDは基準信号時間差を意味する))を決定するように構成されている。ダウンリンク信号プロセッサは、位置特定信号処理アルゴリズム、並びに高度なスペクトル推定アルゴリズム、定アラームレート(CFAR)検出アルゴリズム、時空間適応処理(STAP)などマルチパス軽減アルゴリズム及び方法を含む他の技法及び技術を含んでよい。加えて、ダウンリンク信号プロセッサは、1つ以上の特定のアルゴリズム及び/又は技法を用いて、搬送波周波数オフセット(CFO)を推定するように構成されてよく、これにより、LSUが1つ以上の移動するUEを追跡し、送信機(セル)と受信機(UE)との間のクロック周波数の不整合を軽減できるようにし得る。CFO推定値は、ダウンリンク基準信号データを更新(修正)するために使用される。 The LSU is a downlink signal processor configured to estimate the arrival time (ToA / TDOA) and / or flight time (ToF) of the reference signal from the downlink reference signal data and other information transmitted by the UE. May include. The processor is also configured to determine the time difference between a reference cell and an adjacent cell (measurement cell) (ie, RSTD / TDOA (RSTD means reference signal time difference)). The downlink signal processor uses positioning signal processing algorithms as well as other techniques and techniques including multipath mitigation algorithms and methods such as advanced spectrum estimation algorithms, constant alarm rate (CFAR) detection algorithms, and spatiotemporal adaptive processing (STAP). May include. In addition, the downlink signal processor may be configured to estimate the carrier frequency offset (CFO) using one or more specific algorithms and / or techniques, which causes the LSU to move one or more. It may be possible to track the UE to be used and reduce the clock frequency mismatch between the transmitter (cell) and the receiver (UE). The CFO estimate is used to update (correct) the downlink reference signal data.

セルタワーの大部分は、MIMOアンテナを用いる。各セルタワーセクタは、複数の(2つ以上の)アンテナからなるMIMOサブシステムを有する。これらのアンテナは完全にコヒーレントである。すなわち、時間及び位相が同期されている。基準信号送信間の干渉を回避するために、a)ゴールドコードシード(基準信号のコード化/生成に使用される)は、アンテナごとに異なり、b)異なるリソース要素(副搬送波)は、アンテナの基準信号送信ごとに割り当てられ、c)セクタのMIMOサブシステムからの1つのアンテナが基準信号を送信しているとき、他のアンテナからの送信はミュートされる。その結果、UE受信機は、各セクタのサブシステムアンテナからの基準信号の送信を検出(弁別)することができる。 Most cell towers use MIMO antennas. Each cell tower sector has a MIMO subsystem consisting of multiple (two or more) antennas. These antennas are completely coherent. That is, the time and phase are synchronized. To avoid interference between reference signal transmissions, a) the gold code seed (used to encode / generate the reference signal) is different for each antenna, and b) different resource elements (subcarriers) are for the antenna. Assigned for each reference signal transmission, c) when one antenna from the MIMO subsystem of the sector is transmitting the reference signal, transmissions from the other antennas are muted. As a result, the UE receiver can detect (discriminate) the transmission of the reference signal from the subsystem antenna of each sector.

今日、最も一般的に配備されているのはデュアルアンテナを有するセクタアンテナサブシステムであり、あらゆるMIMOアンテナサブシステムのように、これらのアンテナは空間的に分離されている(およそ6フィート)。しかしながら、セクタMIMOサブシステムは、2つのアンテナに限定されず、アンテナ分離距離が様々であり得ることが理解されよう。同一セクタの異なるアンテナから基準信号を選択する従来の方法は、最も高いSNR(信号対ノイズ比)及び/又はSNIR(信号対ノイズ+干渉比)を有するアンテナ(信号)を選択することである。しかしながら、多くの場合、これらの基準は、直接見通し線(DLOS)又は基準信号のダイレクトパスの検出を保証せず、UE位置測定は、反射信号から決定される。この場合、すなわち、DLOS/ダイレクトパスは検出されず、位置精度が影響を受ける。したがって、正確な位置特定のために、(DLOS)又はダイレクトパス信号を検出する必要がある。 The most commonly deployed today are sector antenna subsystems with dual antennas, and like any MIMO antenna subsystem, these antennas are spatially separated (approximately 6 feet). However, it will be appreciated that the sector MIMO subsystem is not limited to two antennas and can have varying antenna separation distances. A conventional method of selecting a reference signal from different antennas in the same sector is to select the antenna (signal) with the highest SNR (signal-to-noise ratio) and / or SNIR (signal-to-noise + interference ratio). However, in many cases, these criteria do not guarantee detection of the direct line of sight (DLOS) or the direct path of the reference signal, and the UE position measurement is determined from the reflected signal. In this case, that is, the DLOS / direct path is not detected and the position accuracy is affected. Therefore, it is necessary to detect (DLOS) or direct path signals for accurate positioning.

無線ネットワークは地上系であるため、DLOSパスは、様々な程度で頻繁に遮断され、DLOS信号強度が、反射信号強度よりも著しく(15dB以上)低いことが多くある。同時に、無線ネットワークは地上系であり、たとえ、RF伝播現象(表面波、フレネル波など)のためにDLOSの遮断が深刻である(>15dB)場合であっても、セクタアンテナからUE受信機へのRF信号のダイレクトパスが常に存在する。このダイレクトパスはDLOSパスよりも幾分長いが、反射パスよりもDLOSパス長にはるかに近い。すなわち、位置決定精度に及ぼす影響は最小限である。 Since the wireless network is a terrestrial system, the DLOS path is often blocked to varying degrees, and the DLOS signal strength is often significantly lower (15 dB or more) than the reflected signal strength. At the same time, the wireless network is a terrestrial system, and even if the DLOS is severely blocked (> 15 dB) due to RF propagation phenomena (surface waves, Fresnel waves, etc.), from the sector antenna to the UE receiver. There is always a direct path for the RF signal. This direct path is somewhat longer than the DLOS path, but much closer to the DLOS path length than the reflective path. That is, the influence on the positioning accuracy is minimal.

セクタアンテナの空間分離は、UEからセクタアンテナまでの距離よりも少なくとも2桁小さい。その結果、各アンテナの信号伝播パスは、非常に近接しており、同様の減衰を経験するはずである。しかし、セクタアンテナの空間分離は、各セクタアンテナからの基準信号がマルチパス現象を経験するには十分に大きく、DLOS/ダイレクトパス信号強度並びに反射パス信号強度に影響を及ぼす。マルチパス干渉は、強め合う又は弱め合う、すなわち、信号を増幅させる又は減衰させることができ、また、各アンテナからのセクタのアンテナの空間分離信号のために、異なる影響を受ける、すなわち、衝撃はアンテナに依存する。 The spatial separation of the sector antenna is at least two orders of magnitude smaller than the distance from the UE to the sector antenna. As a result, the signal propagation paths of each antenna are very close and should experience similar attenuation. However, the spatial separation of the sector antennas is large enough for the reference signal from each sector antenna to experience the multipath phenomenon, affecting the DLOS / direct path signal strength as well as the reflected path signal strength. Multipath interference can be strengthened or weakened, i.e., the signal can be amplified or attenuated, and due to the antenna spatial separation signal of the sector from each antenna, i.e. impact is affected differently. Depends on the antenna.

同一セクタの2つのアンテナからの信号を比較するとき、第1のアンテナからの基準信号が増幅された反射信号を有し、一方では、DLOS/ダイレクトパス信号が減衰されることがあり、例えば、反射信号電力は、DLOS/ダイレクトパス信号電力よりも著しく高い(>20dB)ことがある。第1のアンテナと比較して、第2のアンテナからの基準信号は、より高い(例えば3dB又は4dB)DLOS/ダイレクトパス信号強度、及び低減された(例えば5dB低い)反射信号を有することがある。同時に、両アンテナのDLOS/ダイレクトパス信号電力は、反射信号電力よりもはるかに低い(場合によっては>=10dB)。その結果、例えば第1のアンテナからの、より大きい反射信号電力を有する信号は、より高いSNR/SNIRを有し、UE位置測定を決定するために(アンテナからの基準信号を選択する従来のアプローチを使用して)選択される。しかしながら、第1のアンテナのDLOS/ダイレクトパス信号電力は、検出閾値を下回って、位置精度に影響を及ぼし得る。続いて、DLOS/ダイレクトパス検出の確率を高めるために、より高いDLOS/ダイレクトパス信号強度(3dB〜4dB)を有する、第2のアンテナからの信号を選択する。 When comparing signals from two antennas in the same sector, the reference signal from the first antenna may have an amplified reflected signal, while the DLOS / direct path signal may be attenuated, eg, The reflected signal power can be significantly higher (> 20 dB) than the DLOS / direct path signal power. The reference signal from the second antenna may have a higher (eg 3 dB or 4 dB) DLOS / direct path signal strength and a reduced (eg 5 dB lower) reflected signal as compared to the first antenna. .. At the same time, the DLOS / direct path signal power of both antennas is much lower than the reflected signal power (in some cases> = 10 dB). As a result, the signal with the higher reflected signal power, for example from the first antenna, has a higher SNR / SNIR and the conventional approach to determine the UE position measurement (selecting the reference signal from the antenna). Is selected (using). However, the DLOS / direct path signal power of the first antenna may fall below the detection threshold and affect the position accuracy. Subsequently, in order to increase the probability of DLOS / direct path detection, a signal from the second antenna having a higher DLOS / direct path signal strength (3 dB to 4 dB) is selected.

LSUダウンリンク信号プロセッサの一実施形態では、DLOS/ダイレクトパスを決定するために、所与のセクタのアンテナごとにToA/ToFの結果が評価される(比較される)。定義により、DLOS/ダイレクトパスは、反射パスに対して、UEとタワーとの間の最短距離を表す。したがって、DLOS/ダイレクトパスは、最短のToA又は最小のToFを有する。上記の説明に基づいて、1対のアンテナからのToA/TOF結果を比較する際に考えられる結果は以下のとおりである。
1.両アンテナからの信号は、同一の最短のToA値及び/又は最小のToF値をもたらす。
2.あるアンテナからの最短の信号ToA及び/又は最小のToF値は、別のアンテナからの最短のToA値及び/又は最小のToF値よりも小さい。
第1のケースでは、アンテナ(信号)の選択は、信頼性メトリックに基づく(以下を参照)。第2のケースでは、この信号が信頼性メトリックパラメータ閾値要件を満たすという条件で、位置測定を計算するために、より低いToA/ToF値を有するアンテナ(信号)が用いられる。注:この信頼性メトリックは、誤認警報、例えば、検出閾値を超えるノイズ及び/又は干渉によって生じる、DLOS/ダイレクトパスの誤検出(決定)を回避する(軽減する)ために必要とされる。
In one embodiment of the LSU downlink signal processor, ToA / ToF results are evaluated (compared) for each antenna in a given sector to determine the DLOS / direct path. By definition, DLOS / direct path represents the shortest distance between the UE and the tower with respect to the reflection path. Therefore, the DLOS / Direct Path has the shortest ToA or the lowest ToF. Based on the above description, the possible results when comparing ToA / TOF results from a pair of antennas are as follows.
1. 1. The signals from both antennas result in the same shortest ToA value and / or minimum ToF value.
2. The shortest signal ToA and / or minimum ToF value from one antenna is smaller than the shortest ToA value and / or minimum ToF value from another antenna.
In the first case, antenna (signal) selection is based on reliability metrics (see below). In the second case, an antenna (signal) with a lower ToA / ToF value is used to calculate the position measurement, provided that this signal meets the reliability metric parameter threshold requirement. Note: This reliability metric is needed to avoid (mitigate) false positives (determinations) of DLOS / direct paths caused by false alarms, such as noise and / or interference above the detection threshold.

セルタワーセクタのアンテナサブシステムが3つ以上のアンテナからなる場合、反復プロセスが用いられ、a)工程番号1では、多数のアンテナ対が形成され、これらの対が評価され、b)工程番号2では、残りのアンテナからアンテナ対のサブセットが形成され、各アンテナ対が評価され、c)対を形成できなくなる、すなわち、1つのアンテナ(信号)のみが残される(使用可能である)まで工程番号2が繰り返される。 If the antenna subsystem of the cell tower sector consists of three or more antennas, an iterative process is used, a) in step number 1 a large number of antenna pairs are formed and these pairs are evaluated, b) in step number 2 , A subset of antenna pairs is formed from the remaining antennas, each antenna pair is evaluated, c) until the pair cannot be formed, i.e., only one antenna (signal) is left (available). Is repeated.

更に、ダウンリンク信号プロセッサは、各セル及び各セルセクタのアンテナからの各ToA/ToFに対するTOA信頼性メトリックを計算するように構成されている。この計算は、全信号強度及び/又は受信信号のSNR/SNIRが所望の閾値、及び標準偏差、平均絶対偏差(MAD)などToA/ToF信号統計を満たすかどうかを含んでよい。ダイレクトパス/DLOSが見つかったかどうか、ダイレクトパスが識別された場合には、ダイレクトパス/DLOSのSNR/SNIRを含んでよい。追加情報は、サービングセルが最も近いセルかどうか、及びサービングセルが最も高いSNR/SNIRを有するかどうか、並びに、RSTDの組み合わせごとの精度の幾何学的希釈(GDOP)計算を含んでよい。GDOPは、セル位置の幾何学的形状、及びセクタのアンテナサブシステムの方向性(方位角面における)に依存することに留意されたい。GDOPは、この幾何学的形状が最終的なUE位置推定に及ぼす影響を示し得る。GDOP値は、2つの所与のRSTD/TDOA線が交差する角度に依存し得る。最良の場合(GDOP=1)、この角度は90度である。最悪の場合(GDOP>20)、角度は小さい。RSTD/TDOA双曲線は、位置線(LOP)と呼ばれることもある。 In addition, the downlink signal processor is configured to calculate the TOA reliability metric for each ToA / ToF from the antenna of each cell and each cell sector. This calculation may include whether the total signal strength and / or the SNR / SNIR of the received signal meets the desired threshold and ToA / ToF signal statistics such as standard deviation, mean absolute deviation (MAD). Whether or not the direct path / DLOS is found, and if the direct path is identified, may include the SNR / SNIR of the direct path / DLOS. Additional information may include whether the serving cell is the closest cell, whether the serving cell has the highest SNR / SNIR, and an accurate geometric dilution (GDOP) calculation for each combination of RSTDs. Note that the GDOP depends on the geometry of the cell position and the orientation (in the azimuth plane) of the sector's antenna subsystem. GDOP may indicate the effect of this geometry on the final UE position estimation. The GDOP value may depend on the angle at which two given RSTD / TDOA lines intersect. In the best case (GDOP = 1), this angle is 90 degrees. In the worst case (GDOP> 20), the angle is small. The RSTD / TDOA hyperbola is sometimes referred to as the position line (LOP).

セルセクタのアンテナサブシステムの場合と同様に、UEは、複数の(2つ以上の)アンテナを含み、これらのアンテナを複数の受信チャネルと関連付けてよい。これらのアンテナのうちのいずれかは、基準信号を受信し、それにより、UEに、各UEアンテナからの着信信号を収集する選択肢を与えてよい。各アンテナからの基準信号は、上記のダウンリンクOTDOA UEの実施形態のように、UEによって収集され、前処理され、次いでLSUに送信されてよい。UEアンテナは密接しており、アンテナ間のマルチパスの影響の変動を低減していてよい。しかしながら、UEアンテナは、偏波ダイバーシティ用に設計されてよい。その結果、上記のアンテナ(信号)選択決定フロー(アルゴリズム)は、UEアンテナごとにセクタのアンテナ選択アルゴリズムを繰り返し、次いで、上記のセクタのアンテナ選択アルゴリズムを使用して残りの候補の間で選択することによって、拡張される。 As with the cell sector antenna subsystem, the UE may include multiple (two or more) antennas and associate these antennas with multiple receiving channels. Any of these antennas may receive a reference signal, thereby giving the UE the option of collecting incoming signals from each UE antenna. The reference signal from each antenna may be collected by the UE, preprocessed, and then transmitted to the LSU, as in the downlink OTDOA UE embodiment described above. The UE antennas may be in close contact to reduce variations in the effects of multipath between the antennas. However, UE antennas may be designed for polarization diversity. As a result, the above-mentioned antenna (signal) selection determination flow (algorithm) repeats the sector antenna selection algorithm for each UE antenna, and then uses the above-mentioned sector antenna selection algorithm to select among the remaining candidates. By doing so, it is extended.

LSUの実施形態は、所与のセル/セクタの各アンテナからのToA/ToF結果間で結果を比較するダウンリンク信号プロセッサを含んでよい。ダウンリンク信号プロセッサはまた、上記のように、各UEアンテナ間で結果を比較してよい。このような比較の論理的根拠は、アンテナ偏波現象が一部の干渉及び/又は反射パスを減衰させ、同時にDLOS/ダイレクトパス信号を増幅し得ることである。換言すれば、このような比較に関連する情報冗長性は、DLOS/ダイレクトパス検出の確率を増加させ得る。 Embodiments of LSU may include a downlink signal processor that compares results between ToA / ToF results from each antenna in a given cell / sector. The downlink signal processor may also compare the results between each UE antenna as described above. The rationale for such a comparison is that the antenna polarization phenomenon can attenuate some interference and / or reflection paths and at the same time amplify the DLOS / direct path signal. In other words, the information redundancy associated with such a comparison can increase the probability of DLOS / direct path detection.

ダウンリンク信号プロセッサはまた、搬送波周波数オフセット(CFO)を推定するように構成されている。CFOには、2つの主な原因が存在する。第1の原因は、モバイル環境に存在する送信機(セル)と受信機(UE)との間の相対運動の結果である、ドップラーシフトであり、第2の原因は、ダウンコンバージョンプロセス後のUE受信機における残留CFOをもたらす、送信機(セル)と受信機(UE)との間のクロック周波数の不整合である。直交性の喪失がOFDMシステムの通信性能を低下させるため、副搬送波の直交性を維持/保持するために、CFO推定が必要とされる。同様に、OFDM基準信号がUE位置特定のための測距信号として使用される場合、すなわち、ToA/TDOA及び/又はToF時間を決定する場合、副搬送波周波数のオフセットは到来時間(ToA/TDOA)及び/又は飛行時間(ToF)の推定精度に影響を及ぼす。したがって、UEの移動及び/又はクロック周波数の不整合の影響を軽減するために、ダウンリンク信号プロセッサは、基準データを修正するために使用されて、TOA/TDOA及び/又はToFの推定精度に対するUEの移動及び/又はクロック周波数オフセットの影響を軽減するCFO推定を実行する。なお、UE受信機はサービングセルと同期し、サービングセルに対するCFOを計算する一方で、UE位置決定に使用されるToA/TDOA及び/又はToFを推定する、複数の隣接セルからのCFOを修正する必要があることに留意されたい。ここでは、ドップラーシフトは、セル位置に対するハンドセットの移動方向に応じてセルごとに異なる。また、各セルと受信機(UE)との間のクロック周波数の不整合は、セルに依存する。更に、正確な位置特定のためには、これらのCFOは、通信目的よりも高い精度で推定されるべきである。 The downlink signal processor is also configured to estimate the carrier frequency offset (CFO). There are two main causes of CFO. The first cause is the Doppler shift, which is the result of the relative movement between the transmitter (cell) and the receiver (UE) in the mobile environment, and the second cause is the UE after the down-conversion process. A clock frequency mismatch between the transmitter (cell) and the receiver (UE) that results in residual CFO at the receiver. Since the loss of orthogonality reduces the communication performance of the OFDM system, CFO estimation is required to maintain / maintain the orthogonality of the subcarriers. Similarly, when the OFDM reference signal is used as a ranging signal to locate the UE, i.e., when determining the ToA / TDOA and / or ToF time, the subcarrier frequency offset is the arrival time (ToA / TDOA). And / or affect the estimation accuracy of flight time (ToF). Therefore, to mitigate the effects of UE movement and / or clock frequency inconsistencies, downlink signal processors are used to modify reference data and UEs for TOA / TDOA and / or ToF estimation accuracy. Perform CFO estimation to mitigate the effects of movement and / or clock frequency offset. It should be noted that while the UE receiver synchronizes with the serving cell and calculates the CFO for the serving cell, it needs to modify the CFO from multiple adjacent cells to estimate the ToA / TDOA and / or ToF used for UE positioning. Please note that there is. Here, the Doppler shift differs from cell to cell depending on the direction of movement of the handset with respect to the cell position. Also, the clock frequency mismatch between each cell and the receiver (UE) is cell dependent. Furthermore, for accurate positioning, these CFOs should be estimated with higher accuracy than for communication purposes.

LTE及び他のOFDMベースのシステムでは、CFOは、時間領域法又は周波数領域法のいずれかを使用して推定され得る。時間領域においては、サイクリックプレフィックス(CP)法及びトレーニングシーケンス法が一般に使用される。周波数ドメイン推定法は、トレーニングシンブオール法及びパイロット法に更に分類され得る。トレーニングシーケンス及びトレーニングシンボルの両方法は、LTEフレーム又はシンボル構造内に存在しない(送信されない)専用のトレーニングシーケンス又はトレーニングシンボルを必要とする。これらのアプローチのうちの1つを用いる場合には、LTEフレーム/シンボル形式の変更が必要となり、既存のモバイル無線ネットワークでの実施に影響を及ぼす。一方、CP及びパイロット(別名、基準)信号は、LTEフレーム又はシンボル構造の一部である。CPベースのCFO推定及びパイロットベースの方法と比較して、より正確なCFO推定値が生成される。また、時間領域CPベースの推定は、リソース要素がUEによって収集され、LSUに送信されて、位置測定を決定する実施形態では使用できない。これは、REデータセットがCPデータを含まないためである。したがって、本発明者らのCFO推定の実施形態は、LTE(OFDM)フレーム内の複数のパイロット信号、すなわち、基準信号を用いる。 In LTE and other OFDM-based systems, the CFO can be estimated using either the time domain method or the frequency domain method. In the time domain, the cyclic prefix (CP) method and the training sequence method are commonly used. The frequency domain estimation method can be further classified into the training chimbuol method and the pilot method. Both the training sequence and training symbol methods require a dedicated training sequence or training symbol that does not exist (is not transmitted) within the LTE frame or symbol structure. If one of these approaches is used, LTE frame / symbol format changes will be required, affecting implementation on existing mobile wireless networks. On the other hand, CP and pilot (also known as reference) signals are part of the LTE frame or symbol structure. More accurate CFO estimates are generated compared to CP-based CFO estimates and pilot-based methods. Also, time domain CP-based estimation cannot be used in embodiments where resource elements are collected by the UE and sent to the LSU to determine position measurements. This is because the RE dataset does not contain CP data. Therefore, an embodiment of our CFO estimation uses a plurality of pilot signals in the LTE (OFDM) frame, that is, a reference signal.

CFO推定の一実施形態では、CFOは周波数領域において推定され、基準信号は、時間領域において推定CFOで補償される。この実施形態では、周波数領域内の全てのスロット基準信号副搬送波のFFTからなる。CFO推定は、周波数領域で形成された二次元空間内のピークを探索することによって行われる。以下のCFO推定プロセスのプロセスを参照されたい。 In one embodiment of CFO estimation, the CFO is estimated in the frequency domain and the reference signal is compensated by the estimated CFO in the time domain. In this embodiment, it consists of an FFT of all slot reference signal subcarriers in the frequency domain. CFO estimation is performed by searching for peaks in the two-dimensional space formed in the frequency domain. See the process of the CFO estimation process below.

本実施形態では、単一のLTEフレームがCFOを決定するために使用される。しかしながら、2つ以上のフレーム、またフレームの画分、例えば10スロット(ハーフフレーム)が使用され得るため、単一フレームは制約ではない。LTEフレームでは、全てのシンボルに基準信号が存在しない場合がある。図9のCRS信号の例を参照されたい。一方、図9から、各LTEフレームスロットは、同一に配信されたCRS信号を有し、その結果、CFO推定はスロットベースで実行され得る。 In this embodiment, a single LTE frame is used to determine the CFO. However, a single frame is not a constraint, as two or more frames and frame fractions, such as 10 slots (half frames), can be used. In the LTE frame, there may be no reference signal for all symbols. See the example of the CRS signal in FIG. On the other hand, from FIG. 9, each LTE frame slot has the same distributed CRS signal, so that the CFO estimation can be performed slot-based.

以下は、CFOを推定するプロセスの説明である。このプロセスは、サービングセル及び聴取可能な隣接セルのそれぞれからの個々の基準信号に適用される。 The following is a description of the process of estimating the CFO. This process applies to individual reference signals from each of the serving cell and the audible adjacent cell.

工程1:周波数領域内の整合フィルタを使用して、基準信号のREを復調する。 Step 1: Demodulate the RE of the reference signal using a matching filter in the frequency domain.

工程2:CRSを使用するとき、(CRS副搬送波において)各スロット内の復調CRSサンプルを組み合わせて、1スロットごと、すなわち、0.5ミリ秒の周期(間隔)で複数の結合CRS信号を、又は10ミリ秒の期間である1フレーム当たり20の信号を生成する。注:上記の説明から、各スロット内の結合CRSサンプルシーケンスは、周波数領域に存在する。 Step 2: When using the CRS, the demodulated CRS samples in each slot (on the CRS subcarrier) are combined to produce multiple combined CRS signals per slot, ie, with a period (interval) of 0.5 ms. Alternatively, it produces 20 signals per frame for a period of 10 milliseconds. Note: From the above description, the coupled CRS sample sequence within each slot is in the frequency domain.

工程3:逆高速フーリエ変換(IFFT)は、全てのスロットCRS(周波数領域内のCRS副搬送波)に適用されて、時間領域内でスロットごとにCRSシーケンスを生成する。したがって、この工程の最後には、時間領域にそれぞれ20のCRSシーケンスが存在する。全てのCRSシーケンス(時間領域)内の要素の数は同一であり、(時間領域内で)ADCサンプリングレートによって除されたCRS信号の期間に等しい。CRSシーケンス内の要素の数がNであり、全てのnについて、nが1,......,Nに属すると仮定すると、20個の要素のシーケンスを形成することが可能である。このような「n」シーケンスにおいて、各要素は、異なるスロットからのものである。 Step 3: The Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) is applied to all slot CRSs (CRS subcarriers in the frequency domain) to generate a CRS sequence slot by slot in the time domain. Therefore, at the end of this step, there are 20 CRS sequences each in the time domain. The number of elements in all CRS sequences (in the time domain) is the same and is equal to the duration of the CRS signal divided by the ADC sampling rate (in the time domain). The number of elements in the CRS sequence is N, and for all n, n is 1. .. .. .. .. .. Assuming that it belongs to, N, it is possible to form a sequence of 20 elements. In such an "n" sequence, each element is from a different slot.

工程4:高速フーリエ変換(FFT)は、20個の要素の「n」シーケンスごとに適用され、周波数領域内のそれぞれ20個の要素によって合計N個のシーケンスを生成する。 Step 4: The Fast Fourier Transform (FFT) is applied for each "n" sequence of 20 elements to generate a total of N sequences with each of the 20 elements in the frequency domain.

工程5:周波数領域内のN×20要素の空間をピークに対して探索し、このピークの最大値からCFOを計算する。 Step 5: The space of N × 20 elements in the frequency domain is searched for the peak, and the CFO is calculated from the maximum value of this peak.

ピーク最大値の決定精度、その結果としてCFO推定精度は、スロットとフレーム期間との間の時間間隔によって制限される。したがって、本実施形態において精度を向上させるために、ピークの最大値を見出す際に補間アルゴリズムが用いられる。 The accuracy of determining the maximum peak value, and thus the CFO estimation accuracy, is limited by the time interval between the slot and the frame period. Therefore, in order to improve the accuracy in this embodiment, an interpolation algorithm is used when finding the maximum value of the peak.

別の実施形態では、工程4では、行列束、MUSIC、ESPRITなどの高度なスペクトル推定アルゴリズムが、FFT動作の代わりとなる。これらのアルゴリズムは、ピークの最大値決定精度の更なる改善を可能にする。 In another embodiment, in step 4, advanced spectral estimation algorithms such as matrix pencils, MUSIC, and ESPRIT replace the FFT operation. These algorithms allow for further improvement in peak maximum determination accuracy.

また、a)他の基準信号を同様の方法で処理することができ、b)基準信号をスロットごと以外で結合してよく、c)基準信号がシンボルごとに使用可能である場合に基準信号の結合は必須ではない場合があることも理解されたい。 Further, a) other reference signals can be processed in the same manner, b) the reference signals may be combined other than slot by slot, and c) the reference signal can be used for each symbol. It should also be understood that binding may not be required.

LSUの実施形態では、ToA/ToF値、RSTD/TDOA値、信頼性メトリック、DLOS/ダイレクトパス確率などダウンリンク信号プロセッサからの出力(結果)が、1つ以上のUE位置を推定し、信頼半径値、FCC NG911位置特定精度メトリックなど他のダウンリンク位置関連メタデータを生成するように構成されたナビゲーション(位置)プロセッサに渡される。 In the LSU embodiment, the output (result) from the downlink signal processor, such as ToA / ToF value, RSTD / TDOA value, reliability metric, DLOS / direct path probability, estimates one or more UE positions and has a confidence radius. It is passed to a navigation (position) processor configured to generate other downlink position-related metadata such as values, FCC NG911 position-specific accuracy metrics.

ダウンリンクOTDOA UE位置特定の実施形態では、LSUは、双曲線ナビゲーションとしても知られるマルチラテレーション技法又は方法を用いるナビゲーションプロセッサを含んでよい。双曲線ナビゲーションは、タイミングの差、すなわち、RSTD/TDOAに基づいており、共通クロックを参照しない。ナビゲーションプロセッサはまた、上記の情報冗長性、例えば、TOA/TOF、信頼性メトリック、DLOS/ダイレクトパス確率などを用いて、マルチラテレーション位置測定の曖昧性を軽減し、また、位置整合アルゴリズムを適用するように構成されてよい。 In a downlink OTDOA UE positioning embodiment, the LSU may include a navigation processor using a multilateration technique or method also known as hyperbolic navigation. Hyperbolic navigation is based on the timing difference, ie RSTD / TDOA, and does not refer to the common clock. Navigation processors also use the above information redundancy, such as TOA / TOF, reliability metrics, DLOS / direct path probabilities, to reduce ambiguity in multilateration position measurements and apply position matching algorithms. It may be configured to do so.

マルチラテレーション技法及び方法は、多数の双曲線(RSTD/TDOA)式を解くことを伴い、多数の異なるアルゴリズム/アプローチが使用されて正しい解が見つけられ得る。一部のアルゴリズム/アプローチは、標的(UE)位置の初期推定、つまり「推測」で開始し得る反復法を含む。次いで、局所線形最小2乗法の位置解を決定することによって、各反復で推定値を改善することができる。このアプローチの1つの欠点は、著しい位置誤差をもたらし得る極小値の収束及び/又は不在を保証するために、初期位置推定を最終位置解に極めて近づける必要があることである。一方、未知数よりも多くの測定方程式が存在する、過剰決定系の状況において良好に機能し得る。この点に関して、過剰決定系の状況は、必要最低限の測定値のみが使用可能である場合に生じ得る、曖昧な解及び/又は無縁解の可能性を低減することに留意されたい。 Multilateration techniques and methods involve solving a large number of hyperbolic (RSTD / TDOA) equations, and a number of different algorithms / approaches can be used to find the correct solution. Some algorithms / approaches include an initial estimation of the target (UE) position, an iterative method that can be initiated by "guessing". Estimates can then be improved at each iteration by determining the position solution of the local linear least squares method. One drawback of this approach is that the initial position estimation needs to be very close to the final position solution to ensure the convergence and / or absence of local values that can lead to significant position errors. On the other hand, it can work well in overdetermined situations where there are more measurement equations than unknowns. In this regard, it should be noted that the overdetermined situation reduces the possibility of ambiguous and / or unrelated solutions that may occur if only the minimum required measurements are available.

また、双曲線位置推定の問題に対する非反復解法も存在する。これらの解法は閉形式であり、遠いソース及び近いソースの両方に対して有効であり得、それによって、反復アプローチの収束及び/又は極小の問題を排除する。非反復解法に対する1つの欠点は、UEと第1のセル、例えば、サービングセルとの間の距離など、決定される概算位置の事前知識を必要とすることである。非反復解法の別の欠点は、それらが、過剰決定系の状況に向けて設計されていない、閉形式の解法であることである。それにもかかわらず、追加変数を使用して、元のTDOA非線形方程式セットを別の線形方程式のセットに変換することによって、過剰決定系の状況で非反復解法を機能させることが可能であり得る。例えば、重み付き線形最小二乗アルゴリズムは、初期位置解を提供し、次いで、第2の重み付き最小二乗は、ソース座標の既知の制約及び追加変数を使用して、改善された位置/位置特定推定値を提供する。 There is also a non-repetitive solution to the problem of hyperbolic position estimation. These solutions are closed form and can be valid for both distant and near sources, thereby eliminating the convergence and / or minimal problems of the iterative approach. One drawback to the non-repetitive solution is that it requires prior knowledge of the approximate position to be determined, such as the distance between the UE and the first cell, eg, the serving cell. Another drawback of non-repetitive solutions is that they are closed-form solutions that are not designed for overdetermined situations. Nevertheless, it may be possible to make the non-repetitive solution work in the context of overdetermined systems by using additional variables to transform the original TDOA nonlinear equation set into another set of linear equations. For example, a weighted linear least squares algorithm provides an initial position solution, and then a second weighted least squares uses known constraints and additional variables in the source coordinates to improve position / position estimation. Provide a value.

一実施形態では、過剰決定系の状況が生じると、3RSTD/TDOAサブセットの複数のセットが形成される。続いて、サブセットごとに、閉形式の解が見出される。その後、位置整合アルゴリズムを利用して、位置測定を最終決定する。
別の実施形態では、位置測定は、RSTD/TDOA値の同一セットからの反復及び非反復解法の組み合わせによって見出される。
In one embodiment, when an overdetermined situation occurs, multiple sets of 3RSTD / TDOA subsets are formed. Then, for each subset, a closed form solution is found. The position measurement is then finalized using a position matching algorithm.
In another embodiment, position measurements are found by a combination of iterative and non-repetitive solutions from the same set of RSTD / TDOA values.

上記から、反復アプローチ及び非反復アプローチは、UE位置の正確な初期推定値を有する必要がある。この推定は、タイムアドバンス(TADV又はTA)(別名、RTT)情報によって向上させることができる。タイミングアドバンスは、信号がUEとサービングセルタワーとの間を移動する際の伝播遅延を補償するために使用される。サービングセルの基地局は、測定したUEの離隔距離に基づいてTAをUEに割り当てる(図37を参照)。 From the above, the iterative and non-repetitive approaches need to have accurate initial estimates of UE position. This estimation can be improved by time advance (TAV or TA) (also known as RTT) information. Timing advance is used to compensate for propagation delay as the signal travels between the UE and the serving cell tower. The base station of the serving cell allocates TA to the UE based on the measured distance of the UE (see FIG. 37).

LTEタイミングアドバンスタイプ1の測定(図38を参照)は、ラウンドトリップタイム、すなわち、信号の往復伝播遅延に対応する。タイミングアドバンス伝播遅延は、DLOS/ダイレクトパス又は反射パスからのものであってもよく、セルタワーケーブル及び基地局/UE電子機器による伝播遅延を含む。更に、UEは、4倍のT精度で送信タイミングを調整する(TはLTEシステムタイミングであり、32.55nsに等しい)。 The LTE Timing Advance Type 1 measurement (see FIG. 38) corresponds to a round trip time, i.e., a signal reciprocating propagation delay. Timing advance propagation delays may be from DLOS / direct paths or reflection paths and include propagation delays from cell tower cables and base stations / UE electronics. In addition, the UE adjusts the transmission timing with four times the T s accuracy (T s is the LTE system timing, which is equal to 32.55 ns).

タイプ1は、以下のようにeNBにおける送受信タイミング差とUEにおける送受信タイミング差との和として定義される。
TADV=(eNB Rx−Tx時間差)+(UE Rx−Tx時間差)。
したがって、基地局までの距離dは、以下の式を用いて推定される。
d=c(TADV/2)(式中、cは光速である)、又は
d□□c□□(RTT/2)(式中、cは光速である)。
Type 1 is defined as the sum of the transmission / reception timing difference in the eNB and the transmission / reception timing difference in the UE as follows.
TADV = (eNB Rx-Tx time difference) + (UE Rx-Tx time difference).
Therefore, the distance d to the base station is estimated using the following equation.
d = c * (TADV / 2) (in the formula, c is the speed of light) or d □□ c □□ (RTT / 2) (in the formula, c is the speed of light).

TA(RTT)はサービングセルから入手可能であり、サービングセクタから独立したUE範囲推定値を表す。しかしながら、UEからTAを入手することはできない。その代わりに、UEは、送受信タイミング差、すなわち、UE Rx−Txへのアクセスを提供する。上記から、UE Rx−Tx=RTT−eNB Rx−Txである。一方、図37及び図38から、UE TAが調整されると、サービングセルのeNB Rx−Tx時間差が全てのUEについて同一になる。その結果として、UE Rx−Tx測定値は、依然としてRTTに対応するが、セルタワーアンテナのケーブル長及び基地局の電子機器に依存するバイアスを伴う。 TA (RTT) is available from the serving cell and represents a UE range estimate independent of the serving sector. However, TA cannot be obtained from the UE. Instead, the UE provides a transmit / receive timing difference, i.e., access to the UE Rx-Tx. From the above, UE Rx-Tx = RTT-eNB Rx-Tx. On the other hand, from FIGS. 37 and 38, when the UE TA is adjusted, the eNB Rx-Tx time difference of the serving cell becomes the same for all UEs. As a result, UE Rx-Tx measurements still correspond to RTT, but with a bias that depends on the cable length of the cell tower antenna and the electronics of the base station.

一実施形態では、アンテナのケーブル長の伝播遅延は、タワーの高さから推定することができ、基地局の電子機器の伝播遅延は、様々なタワーから収集された統計データから推定することができる。 In one embodiment, the propagation delay of the antenna cable length can be estimated from the height of the tower, and the propagation delay of the base station electronics can be estimated from the statistical data collected from the various towers. ..

RTTが既知である場合、UEは、サービングセクタの方位角ビーム幅及びRTT/2範囲(別名、半径)によって定められる弧に沿って位置し得る。サービングセクタの方位角ビーム幅は、120度に到達する大きな値であり得るため、弧の長さは、その距離と共に迅速に増加し、初期UE位置の推定精度に影響を及ぼす。しかしながら、位置/位置推定の精度は、UEはまた、サービングセクタ及び隣接セルセクタの方位角ビーム幅の交点によって位置付けられ得るという事実により、改善され得る。このアプローチは、弧の拡大の影響の軽減に役立つ。更なる改善は、また、セクタアンテナの機械的ダウンチルト角及び/又は電気的ダウンチルト角、アンテナ利得、仰角ビーム幅(方位角ビーム幅に加えて)、並びにセルタワーの高さ及びタワーの構造タイプを考慮することによって達成され得る。 If the RTT is known, the UE may be located along an arc defined by the azimuth beamwidth of the serving sector and the RTT / 2 range (also known as the radius). Since the azimuth beamwidth of the serving sector can be a large value reaching 120 degrees, the arc length increases rapidly with that distance, affecting the estimation accuracy of the initial UE position. However, the accuracy of position / position estimation can be improved by the fact that the UE can also be positioned by the intersection of the azimuth beamwidths of the serving sector and adjacent cell sectors. This approach helps mitigate the effects of arc expansion. Further improvements also include the mechanical downtilt angle and / or electrical downtilt angle of the sector antenna, antenna gain, elevation beamwidth (in addition to azimuth beamwidth), and cell tower height and tower structural type. Can be achieved by considering.

LTEは、ソフトUEハンドオーバーをサポートしないが、多くの場合、UEが定常状態又は準定常状態であっても、UEは2つ以上の隣接セルの間で切り替えられる。信号伝播外乱に加えて、このサービングセルの切り替えは、無線ネットワークのeNBの負荷を均等化しようとする取り組みの結果であり得る。 LTE does not support soft UE handover, but in many cases the UE is switched between two or more adjacent cells, even if the UE is in steady or quasi-steady state. In addition to signal propagation disturbances, this serving cell switching can be the result of efforts to equalize the eNB load of the wireless network.

一実施形態において、これらの頻繁なサービングセルのハンドオーバーは、2つ以上の地理的に多様なサービングセルからRTT値を推定するために使用される。上記のように、UEは、サービングセクタの方位角ビーム幅及びRTT/2範囲によって定められる弧に沿って位置し得る。したがって、2つ以上の地理的に多様なサービングセルから定められる、2つ以上のそのような弧が存在し、UEの位置は、これらの弧の交点において決定される。固有のRTT推定誤差のため、複数の交点が存在する、又は全く存在しない場合があることに留意されたい。しかしながら、冗長な弧に関する情報は、この実施形態でも用いられる、上記のRTTベースの位置測定を更に改善する。 In one embodiment, these frequent serving cell handovers are used to estimate RTT values from two or more geographically diverse serving cells. As mentioned above, the UE may be located along the arc defined by the azimuth beamwidth of the serving sector and the RTT / 2 range. Therefore, there are two or more such arcs, defined from two or more geographically diverse serving cells, and the position of the UE is determined at the intersection of these arcs. Note that due to the inherent RTT estimation error, multiple intersections may or may not be present at all. However, the information about redundant arcs further improves the RTT-based position measurement described above, which is also used in this embodiment.

更により精緻な初期UE位置推定を開発するために、LSUナビゲーションプロセッサは、LSUアップリンク信号プロセッサと協働するように構成されてよい。LSUダウンリンク信号プロセッサと同様に、LSUアップリンク信号プロセッサは、アップリンク基準信号、例えばSRS及び/又はDMRS、1つ以上のUEから収集され、eNodeB(セル)によって前処理されたデータを受信してよい。eNodeBにおいて、アップリンク基準信号のデジタルサンプルはベースバンドから抽出され、関連するアップリンクメタデータと共にアップリンク基準信号として収集される。次いで、UEアップリンクデータ及び関連するアップリンクメタデータは、LSUアップリンク信号プロセッサに送信される。アップリンク信号プロセッサは、UEアップリンクデータ及び関連するアップリンクメタデータ、並びにアップリンクメタデータに含まれるeNodeBセクタアンテナアレイの既知の構成/パラメータに基づいて、AoA/DoAオブザーバブルを決定するように構成されてよい。次いで、AoA/DoAオブザーブルは、LSUナビゲーションプロセッサに送信され、オブザーブルの曖昧性を低減し、AoAオブザーブル及びアップリンクメタデータからAoA象限方位線(LOB)及び/又は到来方向(DoA)を生成してよい。 To develop even more sophisticated initial UE position estimation, the LSU navigation processor may be configured to work with the LSU uplink signal processor. Like the LSU downlink signal processor, the LSU uplink signal processor receives uplink reference signals, such as SRS and / or DMRS, data collected from one or more UEs and preprocessed by the eNodeB (cell). You can. In eNodeB, a digital sample of the uplink reference signal is extracted from the baseband and collected as the uplink reference signal along with the relevant uplink metadata. The UE uplink data and associated uplink metadata are then transmitted to the LSU uplink signal processor. The uplink signal processor will determine the AoA / DoA observable based on the UE uplink data and associated uplink metadata, as well as the known configuration / parameters of the eNodeB sector antenna array contained in the uplink metadata. It may be configured. The AoA / DoA observation is then transmitted to the LSU navigation processor to reduce the ambiguity of the observation and generate the AoA quadrant azimuth line (LOB) and / or direction of arrival (DoA) from the AoA observation and uplink metadata. good.

一実施形態では、LSUナビゲーションプロセッサによって生成されるAoA/DoA推定値は、eNodeB(サービングセクタ)からの距離に対する弧の拡大を劇的に制限する。これは、120度に到達し得るセクタ方位角ビーム幅とは異なり、LSUナビゲーションプロセッサによって推定されるAoA象限方位線(LOB)及び/又は到来方向(DoA)の誤差が、ほぼ1度以下であるためである。したがって、セクタの方位角ビーム幅の従来の使用と比較して、LSUアップリンク信号プロセッサ及びLSUナビゲーションプロセッサを用いるときの弧の拡大は、100倍未満であり得る。その結果として、初期UE位置推定の正確性が、100倍増加し得る。したがって、AoA/DoA推定は、ナビゲーションプロセッサのダウンリンクOTDOA UE測位精度を改善することができ、このより正確なダウンリンクOTDOA UE位置特定は、次にナビゲーションプロセッサのアップリンクAoA/DoA/UE位置測定を改善することができる。その結果、アップリンク/ダウンリンク又はダウンリンク/アップリンクを組み合わせたUE測位を用いる実施形態が可能となる。 In one embodiment, the AoA / DoA estimates generated by the LSU navigation processor dramatically limit the expansion of the arc relative to the distance from the eNodeB (serving sector). This is unlike the sector azimuth beamwidth, which can reach 120 degrees, where the AoA quadrant azimuth line (LOB) and / or arrival direction (DoA) error estimated by the LSU navigation processor is approximately 1 degree or less. Because. Therefore, the arc expansion when using the LSU uplink signal processor and the LSU navigation processor can be less than 100 times compared to the conventional use of sector azimuth beamwidth. As a result, the accuracy of the initial UE position estimation can be increased by a factor of 100. Therefore, AoA / DoA estimation can improve the downlink OTDOA UE positioning accuracy of the navigation processor, and this more accurate downlink OTDOA UE positioning is then the uplink AoA / DoA / UE positioning of the navigation processor. Can be improved. As a result, an embodiment using UE positioning that combines uplink / downlink or downlink / uplink becomes possible.

無線ネットワーク環境では、UE位置を取得するために、少なくとも3つの基準点を必要とする(2D位置特定の場合)マルチラテレーション法を使用できない場合がある。4つ以上の基準点を使用できる場合、3D位置を抽出することもできる。更に、信号がMIMOアンテナによって受信される場合、UEの方位が確立され得る。MIMOアンテナから垂直スナップショット情報を入手できる場合、UEの仰角も決定され得る。例えば、一部の高密度都市環境無線ネットワークでは、広範囲に大量のRF信号を送り込む、2つの高電力セルタワーのみを使用する。この環境ではDLOSを使用できないが、DLOSの不在の影響は小さい。これは、データ通信目的では、反射パス遅延がサイクリックプレフィックス(CP)長未満である限り、反射信号を使用して通信が実行され得るためである。これにより、検出可能な少なくとも3つの基準点に依存する一般的なナビゲーション技法に問題が生じる。 In a wireless network environment, it may not be possible to use the multilateration method, which requires at least three reference points (in the case of 2D position identification) to obtain the UE position. If four or more reference points can be used, 3D positions can also be extracted. Furthermore, if the signal is received by a MIMO antenna, the orientation of the UE can be established. If vertical snapshot information is available from the MIMO antenna, the elevation angle of the UE can also be determined. For example, some high-density urban environment wireless networks use only two high-power cell towers that deliver large amounts of RF signals over a wide area. DLOS cannot be used in this environment, but the effect of the absence of DLOS is small. This is because for data communication purposes, communication can be performed using the reflected signal as long as the reflected path delay is less than the cyclic prefix (CP) length. This creates problems with common navigation techniques that rely on at least three detectable reference points.

一実施形態では、2タワー/セル環境内に位置するUEを図36に更に示す。この方法は、双曲線3606及び3608など検出可能な2つのセル/タワーセクタ3602及び3604のTDOA双曲線をプロットし、標的UEが属する双曲線を見出すことで開始してよい。UEの双曲線は、UEが内在するセル/タワー3602及び3604のそれぞれからのセクタ方位角ビームを見出すことによって決定され得る。両セクタ方位角ビームに属する双曲線が選択される双曲線である。図36に示すように、セル/タワー3602はセクタ方位角ビーム幅3610を有し、セル/タワー3604はセクタ方位角ビーム幅3612を有する。図36の例では、セクタ方位角ビーム幅は同一であり、60度に等しい。セクタ方位角ビーム幅3610とセクタ方位角ビーム幅3612との交点3616は、UEが位置する確率の最も高い領域である。最高確率のこの領域に属する双曲線3608は、選択される双曲線である。 In one embodiment, UEs located within a two-tower / cell environment are further shown in FIG. The method may be initiated by plotting the TDOA hyperbolas of two detectable cells / tower sectors 3602 and 3604, such as the hyperbolas 3606 and 3608, and finding the hyperbola to which the target UE belongs. The hyperbola of the UE can be determined by finding the sector azimuth beams from each of the cells / towers 3602 and 3604 in which the UE resides. A hyperbola that belongs to both sector azimuth beams is selected. As shown in FIG. 36, the cell / tower 3602 has a sector azimuth beamwidth 3610 and the cell / tower 3604 has a sector azimuth beamwidth 3612. In the example of FIG. 36, the sector azimuth beamwidths are the same and equal to 60 degrees. The intersection 3616 between the sector azimuth beamwidth 3610 and the sector azimuth beamwidth 3612 is the region with the highest probability of the UE being located. The hyperbola 3608 belonging to this region with the highest probability is the hyperbola selected.

少なくとも1つのセクタ(タワー)からのTA又はUE Rx−Tx(別名、RTT)測定値を使用できる場合、UEは、サービングセクタの方位角ビーム幅及びRTT/2範囲、例えば、弧の半径によって定められる弧に沿って位置してよい。したがって、UEは、双曲線及びアーク交点付近に位置付けられてよい。注:固有のRTT推定誤差のため、複数の交点が存在する、又は全く存在しない場合がある。しかしながら、冗長な弧情報は、RTTベースの位置測定を更に強化する。 If TA or UE Rx-Tx (also known as RTT) measurements from at least one sector (tower) are available, the UE is determined by the azimuth beamwidth and RTT / 2 range of the serving sector, eg, the radius of the arc. It may be located along the arc to be. Therefore, the UE may be positioned near the hyperbola and arc intersection. Note: Due to the inherent RTT estimation error, multiple intersections may or may not exist at all. However, redundant arc information further enhances RTT-based position measurements.

少なくとも1つのセクタ(タワー)からのAoA/DoA推定値を使用できる場合、UEはLOB及び双曲線の交点に属する。この解は、最も正確であり得る。 A UE belongs to the intersection of LOBs and hyperbolas if AoA / DoA estimates from at least one sector (tower) are available. This solution can be the most accurate.

更に、RTT、AoA/DoA推定値のいずれも使用できない場合、UE位置測定は、1つ以上のヒューリスティックアプローチ、例えば、選択された双曲線3608上の各セル/タワー(セクタ)に対応する交点をスコアリングすることによって決定され得る。スコアは、セル/タワーが向いている方向と、セル/タワーセクタから試験される双曲線上の点の方向との間の角度の差の余弦に部分的に基づいてよい。図36に示すように、セル/タワー3602は方向3620を向いており、セル/タワー3604は、交点3630及び3634を画定する方向3622を向いている。スコアの残りの部分は、各点3630及び3634から対応するセル/タワーまでの距離から得られてよい。各点3630及び3634のスコアが決定されると、最も高いスコアを有する点がセル/タワー3602及びセル/タワー3604から決定され得る。次いで、双曲線上の2つの最高スコアを得た点が、それらの対応するセル/タワーのSNRに従って重み付けされる。最後に、2つの最高スコアを得た点の間の点(SNRによる、より高く重み付けされた点に近い)が、UE位置測定として選択される。図36に示すように、UEの真の位置が位置3652である場合、UE位置3650が推定される。 In addition, if neither RTT nor AoA / DoA estimates are available, the UE position measurement scores one or more heuristic approaches, eg, intersections corresponding to each cell / tower (sector) on the selected hyperbola 3608. It can be determined by ringing. The score may be based in part on the cosine of the difference in angle between the direction in which the cell / tower is facing and the direction of the point on the hyperbola tested from the cell / tower sector. As shown in FIG. 36, the cell / tower 3602 points in the direction 3620 and the cell / tower 3604 faces the direction 3622 that defines the intersections 3630 and 3634. The rest of the score may be obtained from the distance from each point 3630 and 3634 to the corresponding cell / tower. Once the scores for each of the points 3630 and 3634 are determined, the point with the highest score can be determined from cell / tower 3602 and cell / tower 3604. The points with the two highest scores on the hyperbola are then weighted according to their corresponding cell / tower SNR. Finally, the point between the two highest scored points (closer to the higher weighted point by SNR) is selected as the UE position measurement. As shown in FIG. 36, when the true position of the UE is position 3652, the UE position 3650 is estimated.

LSUの実施形態の考察に戻ると、LSUは、シグナリング及びUEとの情報交換用に構成されている通信プロセッサと、eNodeBと、ネットワーク要素と、を更に含んでよい。シグナリングは、OMA SUPLプロトコル及び/若しくは3GPP LPP/LPPa、又はLPP、LPPa、及びSUPLの組み合わせ、並びにネットワークとの通信に使用される、若しくは使用され得る他のプロトコル、例えば、LCS−APプロトコルに則してよい。更に、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 Returning to the discussion of LSU embodiments, the LSU may further include a communication processor configured for signaling and information exchange with the UE, an eNodeB, and network elements. Signaling conforms to the OMA SUPL protocol and / or 3GPP LPP / LPPa, or a combination of LPP, LPPa, and SUPL, and other protocols used or may be used to communicate with the network, such as the LCS-AP protocol. You can do it. In addition, dedicated interfaces and / or protocols may be used.

このように交換される情報の例は、以下のとおりであり得る。
−サイト名:
技術(すなわち、4G、5G)、アクティブ(例えば、Y/N)(すなわち、無線)、建物内(例えば、Y/N);
グローバルセルID、PCI値、周波数、IsGPSsynchronized、DL Tx構成(すなわち、Txポートの数、maxTx電力、DL帯域幅);
タワー構造タイプ(すなわち、屋上、モノポール、建物の側部など)、ケーブル長及び損失;アンテナタイプ(すなわち、オムニ、指向性)、緯度、経度、アンテナの高度AGL(すなわち、地表を超える)、タワー基部高度MSL(すなわち、平均界面)、ジオイド;
アンテナの方位角、仰角、機械的ダウンチルト角、電気的ダウンチルト角、利得、Hビーム幅、Vビーム幅;
セル帯域幅、TA、隣接セルのリスト、PRS構成;
eNodeBセクタアンテナアレイの構成。
Examples of information exchanged in this way can be:
-Site name:
Technology (ie 4G, 5G), active (eg Y / N) (ie radio), in-building (eg Y / N);
Global cell ID, PCI value, frequency, IsGPS synchronized, DL Tx configuration (ie, number of Tx ports, maxTx power, DL bandwidth);
Tower structure type (ie rooftop, monopole, side of building, etc.), cable length and loss; antenna type (ie omni, directivity), latitude, longitude, antenna altitude AGL (ie above the surface), Tower base altitude MSL (ie, average interface), geoid;
Antenna azimuth, elevation, mechanical down-tilt, electrical down-tilt, gain, H-beam width, V-beam width;
Cell bandwidth, TA, list of adjacent cells, PRS configuration;
Configuration of eNodeB sector antenna array.

IoTアプリケーションでのUE電力消費を再考すると、IoTをサポートするLTEモデムは、更なる電力低減オプションを追求してよい。例えば、UEの1つの選択肢は、UEが(ネットワークに)既に接続されているときにのみ測距信号データを送信することである。UEの別の選択肢は、高位置精度を達成するのに望ましい条件が満たされた場合、例えば、検出されたタワーの数が閾値数Nよりも大きい、及び/又はSNR/SNIR値が特定のレベルを超えるなどの場合にのみ測距信号データを送信することである。注:このアプローチは、瞬時の位置測定が必要な場合には適用され得ないが、ある程度の遅延が許容可能である、移動中のUEの追跡(軌跡の決定)には許容可能であり得る。 Rethinking UE power consumption in IoT applications, LTE modems that support IoT may pursue further power reduction options. For example, one option for UEs is to send ranging signal data only when the UE is already connected (to the network). Another option for the UE is that if the desired conditions are met to achieve high position accuracy, for example, the number of towers detected is greater than the threshold number N and / or the SNR / SNIR value is at a particular level. The distance measurement signal data is transmitted only when the value exceeds. Note: This approach cannot be applied when instantaneous position measurements are required, but can be acceptable for tracking UEs in motion (trajectory determination), where some delay is acceptable.

LSUの実施形態では、全てのLSU構成要素/要素(通信プロセッサ、ダウンリンク信号プロセッサ、アップリンク信号プロセッサ、及びナビゲーションプロセッサなど)は、1つ以上のネットワークコア要素上で実行され得るソフトウェアで実施されてよい。一実施形態では、これらのLSU構成要素はまた、施設のエッジにある、進化する4.5G MEC(モバイルエッジコンピューティング)サーバで実行され得、それにより、例えば、LSU構成要素は、4.5G MEC上のホスト型アプリとして統合されてよい。 In LSU embodiments, all LSU components / elements (communication processors, downlink signal processors, uplink signal processors, navigation processors, etc.) are implemented in software that can run on one or more network core elements. You can. In one embodiment, these LSU components can also be run on an evolving 4.5G MEC (Mobile Edge Computing) server at the edge of the facility, thereby, for example, the LSU component is 4.5G. It may be integrated as a hosted application on MEC.

別の実施形態では、5G配備内のLSU構成要素は、コアネットワークコンピューティングクラウド内でホストされてよい。この実施形態では、コアネットワークコンピューティングクラウド内でホストされているLSUはLocation−as−a−Service(LaaS)データ配信をサポートしてよく、それにより、UEは、コアネットワークコンピューティングクラウド及び保護された物理位置データ専用のLaaSへのゲートウェイとして機能する。 In another embodiment, the LSU components in the 5G deployment may be hosted within the core network computing cloud. In this embodiment, the LSU hosted within the core network computing cloud may support Infrastructure-as-a-Service (LaaS) data delivery, whereby the UE is protected against the core network computing cloud. It functions as a gateway to LaaS dedicated to physical position data.

全てのLSU構成要素/要素(通信プロセッサ、ダウンリンク信号プロセッサ、アップリンク信号プロセッサ、及びナビゲーションプロセッサ)は、ソフトウェアで実施される。 All LSU components / elements (communication processor, downlink signal processor, uplink signal processor, and navigation processor) are implemented in software.

以下は、LSUの配置を含む、更なるシステム配備の選択肢の説明である。
1.LSUは、コアネットワーク及び/又は事業者のIPサービスネットワークの内部に配備されてよい。
2.LSUは、クラウドコンピュータベースの集中型RAN(C−RAN)ベースバンド処理のエッジ施設においてサーバ上に、例えば、進化する4.5G MEC(モバイルエッジコンピューティング)サーバに配備され得、ホスト型アプリケーションとして統合され得る。注:RANは無線アクセスネットワークである。
3.LSUは、コアネットワークコンピューティングクラウド及び/又は事業者のサービスネットワーククラウド内でホストされる。
4.LSUは、完全にホストされ、管理されたクラウドサービスであり得、セキュアなリモートインターネット接続を介して、事業者のネットワークインフラストラクチャ及び/又はIPサービスネットワークに接続する。
The following is a description of further system deployment options, including LSU placement.
1. 1. The LSU may be deployed inside the core network and / or the operator's IP service network.
2. LSUs can be deployed on servers in cloud computer-based centralized RAN (C-RAN) baseband processing edge facilities, for example on evolving 4.5G MEC (Mobile Edge Computing) servers, as hosted applications. Can be integrated. Note: RAN is a radio access network.
3. 3. LSUs are hosted within the core network computing cloud and / or the operator's service network cloud.
4. LSU can be a fully hosted and managed cloud service that connects to the operator's network infrastructure and / or IP service network via a secure remote internet connection.

実施形態3及び4は、Location−as−a−Service(LaaS)データ配信をサポートし、それにより、UEは、コアネットワークコンピューティングクラウド及び保護された物理位置データ専用のLaaSへのゲートウェイとして機能する。しかしながら、選択肢3は、コンピューティングクラウド内でホストされる、進化型パケットコア(EPC)(別名、ネットワークコア)を有する5Gネットワーク専用である。同時に、選択肢4は、現在配備されている無線ネットワークの選択肢並びに5Gの配備により適切であり、したがって、一実施形態である。前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも例示的かつ説明目的あり、特許請求される実施形態の更なる説明を提供することを意図していることを理解されたい。 Embodiments 3 and 4 support Location-as-a-Service (LaaS) data delivery, whereby the UE acts as a gateway to the core network computing cloud and LaaS dedicated to protected physical location data. .. However, option 3 is dedicated to 5G networks with evolved packet cores (EPCs) (also known as network cores) hosted within the computing cloud. At the same time, option 4 is more appropriate for currently deployed wireless network options as well as 5G deployments, and is therefore an embodiment. It should be understood that both the above overview and the following detailed description are exemplary and purposeful and are intended to provide a further description of the claimed embodiment.

E−UTRAN(3GPP TS 36.305バージョン14.3.0リリース14)内のUE測位用アーキテクチャに基づく、LSU配備の第4の選択肢を用いるシステムの一実施形態を図39に示す。この実施形態は、OMA(Open Mobile Alliance)のSecure User Plane Location(SUPL)アーキテクチャバージョン2.1(OMA−AD−SUPL−V2_1−20120529−C)を用いてよい。LTE制御プレーンを用いる従来のE−UTRAN測位とは異なり、SUPLはLTEユーザプレーン上でE−UTRAN測位を実行する。SUPLソリューションは、既存の規格、例えば、LTEインターフェース及びUE測位をサポートするプロトコルを用いて、IPなどユーザプレーンベアラ上での支援データ及び測位データを転送し、SUPL対応端末(SET)の位置を決定してよい。このタスクを達成するために、SUPLソリューションは、既存のLTEインターフェース及びプロトコル、例えばLPPプロトコルを拡張する。注:SETは、デバイス内の論理エンティティ、すなわち、SUPL位置プラットフォーム(SLP)と通信することができる。SLPは、位置サービス管理及び位置決定を担う。SLPは、SLC機能及びSPC機能を含む。SUPLネットワーク内のSUPL測位センター(SPC)エンティティは、位置計算及び支援データの送達に必要な全てのメッセージ及びプロシージャを担う。SUPL位置センター(SLC)は、ネットワーク内のSUPLの動作を調整し、ユーザプレーンベアラ上のSETと相互作用する。 FIG. 39 shows an embodiment of a system with a fourth option of LSU deployment based on the UE positioning architecture in E-UTRAN (3GPP TS 36.305 version 14.3.0 release 14). In this embodiment, OMA (Open Mobile Alliance) Secure User Plane Location (SUPL) architecture version 2.1 (OMA-AD-SUPL-V2_1-20120529-C) may be used. Unlike conventional E-UTRAN positioning using the LTE control plane, SUPL performs E-UTRAN positioning on the LTE user plane. The SUPL solution uses existing standards, such as LTE interfaces and protocols that support UE positioning, to transfer support and positioning data on user plane bearers such as IP to determine the location of SUPL-enabled terminals (SETs). You can do it. To accomplish this task, the SUPL solution extends existing LTE interfaces and protocols, such as the LPP protocol. Note: SETs can communicate with logical entities within the device, namely the SUPL Location Platform (SLP). SLP is responsible for location service management and position fixing. SLP includes SLC function and SPC function. The SUPL Positioning Center (SPC) entity within the SUPL network is responsible for all the messages and procedures required for location calculation and delivery of assistive data. The SUPL location center (SLC) coordinates the behavior of the SUPL in the network and interacts with the SET on the user plane bearer.

図40は、測位の基盤となるシステムアーキテクチャの一実施形態のブロック図を示す。この図は、a)1つ以上のLTEデバイス4001(別名、UE)、b)E−UTRAN eNodeB4002、c)ネットワークコア要素(モバイル管理エンティティ(MME)4005、進化型サービングモバイル位置センター(E−SMLC)4009、サービングゲートウェイ(SGW)4003、及びパケットゲートウェイ(PGW)4004、d)ネットワークのコアIPサービスネットワーク4006、e)PoLTE LSU4007、並びにd)スタンドアローンLMU又はDASシステム4010と統合されたLMUを示している。図40には、位置サービス(LCS)タスクを管理/サポートすることができるIPサービスネットワークエンティティ4008が含まれる。注:ユニット4008は、他のエンティティも含んでよい。加えて、図40では、LTE及びSUPLインターフェース及びユーザプレーンが識別される。 FIG. 40 shows a block diagram of an embodiment of a system architecture that is the basis of positioning. This figure shows a) one or more LTE devices 4001 (also known as UE), b) E-UTRAN eNodeB 4002, c) network core elements (mobile management entity (MME) 4005, advanced serving mobile location center (E-SMLC). ) 4009, Serving Gateway (SGW) 4003, and Packet Gateway (PGW) 4004, d) Network Core IP Service Network 4006, e) PoLTE LSU4007, and d) Standalone LMU or LMU integrated with DAS system 4010. ing. FIG. 40 includes an IP service network entity 4008 capable of managing / supporting location service (LCS) tasks. Note: Unit 4008 may also include other entities. In addition, in FIG. 40, LTE and SUPL interfaces and user planes are identified.

本実施形態は、デバイス(UE)位置を決定するために、SUPL位置プラットフォーム(SLP)ソリューションを活用する。しかしながら、SUPLとPoLTEシステムアーキテクチャとの間には、いくつかの重要なアーキテクチャの相違点が存在し、SUPLソリューションの拡張及び/又は修正、並びに新しい要素/機能の導入が必要である。これらのアーキテクチャの相違点を以下に記載する。 The present embodiment utilizes a SUPL position platform (SLP) solution to determine device (UE) position. However, there are some important architectural differences between the SUPL and PoLTE system architectures that require enhancement and / or modification of the SUPL solution and the introduction of new elements / features. The differences between these architectures are described below.

まず、図40に示すシステムはSLPを含まない。その代わりに、SLP機能はLSU4007によって実行される。 First, the system shown in FIG. 40 does not include SLP. Instead, the SLP function is performed by the LSU4007.

第2に、SUPLアーキテクチャは、スタンドアローンエンティティとしてネットワークのコアと共にSUPL位置プラットフォーム(SLP)を配置する、又は位置プラットフォームの一部の要素をネットワークコア構成要素と結合する、例えば、E−SMLC4009にSUPL位置センター(SPC)を統合する、又は専用インターフェースを介してSPCに接続する(3GPP TS 36.305 version 14.3.0 Release 14,section B.2 SUPL 2.0 and LTE Architectureを参照)。しかしながら、LaaSをサポートするために、LSUは、ネットワークのコア及び/又はコアIPサービスネットワークの外部のクラウド内でホスティングされる。したがって、このアーキテクチャでは、測位要素が、コア及び/又はサービスネットワーク構成要素と統合されなくてよい。その代わりに、情報は、まず、E−SMLCに統合され、SUPL Llpインターフェースを用いるユーザプレーンを介して(インターフェースの拡張したプロトコルを介して)、又は専用インターフェース及び/若しくはプロトコルを介して、この情報をLSUに渡すための中継装置として機能する、中継(図40を参照)エンティティに運ばれてよい。 Second, the SUPL architecture places the SUPL location platform (SLP) with the core of the network as a stand-alone entity, or combines some elements of the location platform with the network core components, eg, SUPL on the E-SMLC4009. Integrate the location center (SPC) or connect to the SPC via a dedicated interface (see 3GPP TS 36.305 version 14.3.0 Release 14, section B.2 SUPL 2.0 and LTE Architecture). However, to support LaaS, LSUs are hosted in the cloud outside the core and / or core IP service network of the network. Therefore, in this architecture, the positioning elements do not have to be integrated with the core and / or service network components. Instead, the information is first integrated into the E-SMLC and this information via a user plane with a SUPL Llp interface (via an extended protocol of the interface) or via a dedicated interface and / or protocol. May be carried to a relay (see FIG. 40) entity that acts as a relay for passing the to the LSU.

第3に、ダウンリンク測位のために、SUPLは、SETから支援データ、すなわち、完全にLPP/LPPeセッション内で行われる動作を取得する。しかしながら、一部のダウンリンク測位のケースでは、eNodeB及びUEからの情報は、測位動作のためにマージされる必要がある。SUPLは、本質的にユーザプレーン上で実行され、eNodeBにおいて終了する動作をサポートしない。したがって、様々なeNodeBsによって供給される支援データを必要とする動作は、LPPa上で制御プレーンプロシージャと組み合わせて行う必要がある(3GPP TS 36.305 version 14.3.0 Release 14,section B.4 Procedures combining C−plane and U−plane operationsを参照)。LTEリリース14ソリューションは、SPC(SUPL測位センター)をE−SMLCに統合する、又は専用インターフェースを介してSPCをE−SMLCに接続する。 Third, for downlink positioning, SUPL obtains support data from the SET, i.e., actions that take place entirely within the LPP / LPPe session. However, in some downlink positioning cases, the information from the eNodeB and UE needs to be merged for positioning operations. SUPL essentially runs on the user plane and does not support terminating operations in eNodeB. Therefore, operations that require support data supplied by various eNodeBs need to be performed on LPPa in combination with control plane procedures (3GPP TS 36.305 version 14.3.0 Release 14, section B.4). Procedures combining C-plane and U-plane operations). The LTE Release 14 solution integrates the SPC (SUPL Positioning Center) into the E-SMLC or connects the SPC to the E-SMLC via a dedicated interface.

しかしながら、このソリューションは、支援データの収集/転送に限定され、例えば、基準信号のデジタルサンプルの転送を必要とするPoLTEアップリンクAoA/DoA及びU−TDOA測位動作をサポートしない。また、このソリューションは、ネットワークのコア内にいくつかの測位機能を配置し、上記のアーキテクチャの相違点に関する考察によると、このソリューションは、全ての測位機能が、ネットワークのコア及び/又はコアIPサービスネットワークの外部にある単一エンティティ(LSU)に属するPoLTEシステムアーキテクチャ(図40)をサポートすることができない。 However, this solution is limited to the collection / transfer of assistive data and does not support, for example, PoLTE uplink AoA / DoA and U-TDOA positioning operations that require the transfer of digital samples of reference signals. The solution also places several positioning functions within the core of the network, and according to the above architectural differences, this solution has all positioning functions in the core of the network and / or core IP services. PoLTE system architecture (Fig. 40) belonging to a single entity (LSU) outside the network cannot be supported.

第4に、PoLTE動作は、時間領域内のベースバンドI/Qサンプル若しくは周波数領域のベースバンドI/Qサンプルのデジタルサンプル、又は基準信号を搬送するOFDMシンボルのリソース要素(RE)若しくはOFDMシンボルからの基準信号のREのUE及び/又はLMUにおける収集/抽出及びLSUへの転送を必要とする。これは、LTE測位規格、すなわち、E−UTRAN内のUE測位アーキテクチャ、及びOMA SUPLアーキテクチャのいずれでもサポートされていない固有の要件である。 Fourth, the PoLTE operation is from the digital sample of the baseband I / Q sample in the time domain or the baseband I / Q sample in the frequency domain, or from the resource element (RE) or OFDM symbol of the OFDM symbol that carries the reference signal. Requires collection / extraction and transfer to the LSU of the RE reference signal in the UE and / or LMU. This is a unique requirement that is not supported by either the LTE positioning standard, ie the UE positioning architecture within E-UTRAN, or the OMA SUPL architecture.

このアプローチには複数の利点があり、以下に主要な利点を列挙する(他の利点は、本開示全体に記載している)。
1.UEでは、測位(RSTDの計算)に必要な重い計算負荷が軽減されるため、UEの電力消費を著しく改善する。このことは、IoT(Internet of Things)アプリケーションを標的にするモデムにとって非常に重要である。同時に、このアプローチにより、測位エンジンをバックグラウンドで連続的に実行することができ、低レイテンシ、かつUE電力の消費に悪影響を及ぼすことなく最新の位置情報を提供する、ユビキタス高精度測位が可能になる。
2.LMU(位置管理ユニット)の複雑性が劇的に低減され、LMUとeNodeBとのシームレスな統合が可能になる。その現在の形態では、LMUは、アップリンク基準信号を受信して処理し、RTOA(相対到来時間)値(別名、測定値)を計算することに完全に特化した、複雑なスタンドアローンデバイスである。したがって、その現在の形態では、LMUはeNodeBに容易に統合されない。一方、ベースバンド基準信号のデジタルサンプルの収集/抽出及びLSUへの転送は、軽い計算負荷のみを示す複雑性の低いタスク(労力)である。
3.LSUは、ネットワーク及び/若しくはIPサービスネットワーク内、又はネットワーク外のいずれかに配置され、コンピューティングクラウド内でホストされ得る。したがって、最新及び将来のネットワークアーキテクチャ/環境についてLaaSを可能にする。
4.基準信号のベースバンドI/Qサンプルのデジタルサンプルは、制御プレーン及び/又はユーザプレーンを介して実行され得、ユーザプレーン上でのアップリンク測位を可能にする。これは、SUPLソリューションでは達成することができない。
5.単一エンティティであるLSUにおいてアップリンク基準信号及びダウンリンク基準信号の両方を処理する能力は、例えば、位置特定システムの信頼性及び位置測定精度を改善する、アップリンク/ダウンリンク又はダウンリンク/アップリンク/アップリンクを組み合わせたUE測位など、これまで実現不可能であった特徴を進歩させることができる。
6.複数のネットワークを処理する能力は、Bluetooth、WLAN、LTEなどを結合する。
This approach has several advantages, the main advantages of which are listed below (other advantages are described throughout this disclosure).
1. 1. In the UE, the heavy calculation load required for positioning (calculation of RSTD) is reduced, so that the power consumption of the UE is significantly improved. This is very important for modems targeting IoT (Internet of Things) applications. At the same time, this approach allows the positioning engine to run continuously in the background, enabling ubiquitous high-precision positioning that provides up-to-date location information with low latency and without adversely affecting UE power consumption. Become.
2. The complexity of the LMU (Position Management Unit) is dramatically reduced, allowing seamless integration of the LMU and eNodeB. In its current form, the LMU is a complex standalone device that is fully specialized in receiving and processing uplink reference signals and calculating RTOA (relative arrival time) values (also known as measurements). be. Therefore, in its current form, LMU is not easily integrated into eNodeB. On the other hand, collecting / extracting a digital sample of a baseband reference signal and transferring it to LSU is a less complex task (labor) that exhibits only a light computational load.
3. 3. The LSU may be located within or outside the network and / or IP service network and hosted within the computing cloud. Therefore, it enables LaaS for the latest and future network architectures / environments.
4. A digital sample of the baseband I / Q sample of the reference signal can be performed via the control plane and / or the user plane, allowing uplink positioning on the user plane. This cannot be achieved with the SUPL solution.
5. The ability to process both uplink and downlink reference signals in a single entity LSU, for example, improves the reliability and positioning accuracy of locating systems, uplink / downlink or downlink / uplink. It is possible to advance features that were not possible until now, such as UE positioning that combines link / uplink.
6. The ability to handle multiple networks combines Bluetooth, WLAN, LTE, and more.

図40を参照すると、SET及びLMU機能が変更され、LTE/SUPLインターフェース(図40)を介してメッセージ/情報を配信する、基盤となるプロトコル(図40には示さない)が、システム要件に適応するように拡張される。また、新たな中継エンティティ(図40を参照)が導入される。これは、アップリンクベースバンド基準信号のサンプル、支援データ、及び他の情報のデジタルサンプルをLSUに渡すE−SMLCに統合される。 With reference to FIG. 40, the SET and LMU functions have been modified and the underlying protocol (not shown in FIG. 40) that delivers messages / information via the LTE / SUPL interface (FIG. 40) adapts to system requirements. Is extended to. Also, a new relay entity (see FIG. 40) will be introduced. It will be integrated into E-SMLC, which passes a sample of the uplink baseband reference signal, support data, and a digital sample of other information to the LSU.

前述したように、LMU機能は、スタンドアローンLMUユニットとして実施されてよく、又は無線ネットワークインフラストラクチャの他の要素と統合された、例えば、eNodeBと統合されたLMU、DASシステムと統合されたLMUなどとして実施されてよい。しかしながら、全ての変形例では、関連するUEアップリンクベースバンド基準信号のデジタルサンプルが収集され、前処理され、支援データ及び他の情報と共にLSUに転送されて更に処理される。 As mentioned above, the LMU function may be implemented as a stand-alone LMU unit or integrated with other elements of the wireless network infrastructure, such as an LMU integrated with eNodeB, an LMU integrated with a DAS system, etc. May be carried out as. However, in all variants, a digital sample of the relevant UE uplink baseband reference signal is collected, preprocessed, transferred to the LSU along with support data and other information for further processing.

更に、SLP及びその主要構成要素であるSLC及びSPCもまた、変更され、LSUに統合される。例えば、変更としては、アップリンク及び/又はダウンリンク測位のために信号処理及び測位計算アルゴリズム/技法を用いること、ベースバンド基準信号のアップリンク/ダウンリンクデジタルサンプルの受信/取得のためにサポートを追加すること、アップリンク位置特定に適応するために補助配信機能を拡張することなどが挙げられる。加えて、Lup及びLlpメッセージサポート及び基盤となるプロトコルが拡張されて、ベースバンド基準信号のデジタルサンプルの中継エンティティからLSUへの転送/受け渡しを可能にする。 In addition, SLP and its key components, SLC and SPC, will also be modified and integrated into LSU. For example, changes include using signal processing and positioning calculation algorithms / techniques for uplink and / or downlink positioning, and support for receiving / acquiring uplink / downlink digital samples of baseband reference signals. Additions, expansion of auxiliary distribution functions to adapt to uplink location identification, etc. can be mentioned. In addition, Lup and Llp message support and underlying protocols have been extended to allow transfer / transfer of digital samples of baseband reference signals from the relay entity to the LSU.

SETの変更例としては、SUPL測位計算機能(SPCF)によって、ダウンリンクベースバンド基準信号のデジタルサンプルを取得し、前処理し、及びLSUに送信する能力を追加することが挙げられる。また、SPCFの変更は、これらのサンプルをLSUに転送する前に前処理することを含んでよい。SUPLは、Uuインターフェース及びeNodeBを介してUEとネットワークのコア要素の間で、またLupを介してSLPに支援情報を含む情報を配信するために使用される、LPP(LTE測位プロトコル)を拡張済みである。しかしながら、一実施形態では、この拡張LPPプロトコル(LPPe)は、デジタルサンプル配信に対応するように更に拡張される。一方、SET機能は、デジタルサンプルの取得及びLSUへの送信、及びこれらのサンプルを前処理に制限することによって簡略化され得る。 An example of a SET modification would be to add the ability to acquire, preprocess, and transmit a digital sample of a downlink baseband reference signal by the SUPL Positioning Calculator (SPCF). Modifications to SPCF may also include preprocessing these samples prior to transfer to LSU. SUPL is an extended LPP (LTE Positioning Protocol) used to deliver information, including assistive information, between UEs and network core elements via the Uu interface and eNodeB, and to SLPs via Loop. Is. However, in one embodiment, the extended LPP protocol (LPPe) is further extended to accommodate digital sample delivery. The SET function, on the other hand, can be simplified by acquiring digital samples and sending them to LSU, and limiting these samples to preprocessing.

本質的に、上記のLMU機能のいずれについても、本実施形態は、代わりのLMU機能を用いる。つまり中継エンティティを介して、アップリンクベースバンド基準信号のデジタルサンプルを取得し、前処理し、PoLTE LSUに送信する能力だけを用いる。更に、eNodeB機能を拡張して、アップリンクベースバンド基準信号のデジタルサンプルを取得し、前処理し、PoLTE LSUに直接、又は中継エンティティを介して送信することができる。 In essence, for any of the above LMU functions, the present embodiment uses an alternative LMU function. That is, it uses only the ability to take a digital sample of the uplink baseband reference signal via the relay entity, preprocess it, and send it to the PoLTE LSU. In addition, the eNodeB function can be extended to take a digital sample of the uplink baseband reference signal, preprocess it, and send it directly to the PoLTE LSU or via a relay entity.

また、LMUは、中継エンティティによって支援情報が収集され得る、例えば、E−SMLCが中継エンティティに支援情報を配信するため、この情報をeNodeB及びE−SMLCから得る必要がない。LMUは、基盤となるSLM−APプロトコルを使用して、SLmインターフェースを介してE−SMLC及び中継エンティティと通信する。後者は、デジタルサンプル転送及びLMU/中継通信に対応するように拡張される。 Further, the LMU does not need to obtain the support information from the eNodeB and the E-SMLC because the support information can be collected by the relay entity, for example, the E-SMLC distributes the support information to the relay entity. The LMU uses the underlying SLM-AP protocol to communicate with the E-SMLC and relay entities via the SLm interface. The latter is extended to support digital sample transfer and LMU / relay communication.

本実施形態は、新しいエンティティ(中継)を導入する。その目的は、アーキテクチャの相違に関する考察(第3の点)で述べた、現在のLTE/SUPLアーキテクチャ(3GPP TS 36.305 version 14.3.0 Release 14,section B.4 Procedures combining C−plane and U−plane operations)の制約に対処することである。中継エンティティは、LMUからサーバへとデジタルサンプルを渡す。また、中継エンティティは、サーバとE−SMLCとの間の通信を可能にし、LPPa(LTE測位プロトコルアネックス)を介して配信された支援データをサーバに転送できるようにする。LPPaは、eNodeBが、UEの測位のために、支援データを含む位置情報をE−SMLCと交換できるようにする。サーバの要求時には、支援データは、E−SMLCにおいて既に使用可能であってよい、又はE−SMLCが、適切なeNodeBsからこのデータを取得するのいずれかである。注:支援データは、アップリンクAoA/DoA、U−TDOA、ダウンリンクOTDOA、及びE−CID測位用であってよい。中継エンティティは、LlPインターフェース又は専用インターフェースを介してサーバと通信する。LlPインターフェースの場合、そのメッセージサポート及び基盤となるプロトコルが拡張されて、ベースバンド基準信号のデジタルサンプル及び/又は支援データの転送/受け渡しが可能になる。 This embodiment introduces a new entity (relay). The purpose is the current LTE / SUPL architecture (3GPP TS 36.305 version 14.3.0 Release 14, section B.4 Procedures combining C-plane and) described in the discussion on architectural differences (third point). It is to deal with the limitation of U-plane architectures). The relay entity passes the digital sample from the LMU to the server. The relay entity also enables communication between the server and the E-SMLC and allows the support data delivered via LPPa (LTE Positioning Protocol Annex) to be transferred to the server. LPPa allows eNodeB to exchange location information, including support data, with E-SMLC for UE positioning. At the time of the server's request, the assistive data may already be available in the E-SMLC, or the E-SMLC may obtain this data from the appropriate eNodeBs. Note: Support data may be for uplink AoA / DoA, U-TDOA, downlink OTDOA, and E-CID positioning. The relay entity communicates with the server via an LlP interface or a dedicated interface. In the case of an LlP interface, its message support and underlying protocol will be extended to allow the transfer / transfer of digital samples and / or support data of baseband reference signals.

IPサービスネットワークエンティティ4008の実施形態は、MNOに依存する。MNOは、無線サービスプロバイダ、無線通信事業者、携帯電話会社などとしても知られている移動体通信事業者である。したがって、サーバ及びユニット4008コマンド/制御通信インターフェースは、MNO専用であってよい。本実施形態では、サーバとの全ての通信はインターネット上であり、この接続はセキュアであると仮定される。また、ユニット4008は、サーバとシステム要素との間での測位情報の交換をチャネリングする。例えば、プロトコルトンネル技法を用いるなど、この情報交換をチャネリングする方法はいくつか存在する。 The embodiment of the IP service network entity 4008 depends on the MNO. MNOs are mobile operators, also known as wireless service providers, wireless operators, mobile operators, and the like. Therefore, the server and unit 4008 command / control communication interface may be dedicated to the MNO. In this embodiment, it is assumed that all communication with the server is on the Internet and this connection is secure. Unit 4008 also channels the exchange of positioning information between the server and system elements. There are several ways to channel this information exchange, for example using protocol tunneling techniques.

本実施形態は、システム内での測位データの転送及び通信にユーザプレーンを用いる。しかし、中継エンティティの導入により、システム内での測位データの転送及び通信に制御プレーンを用いる、別のシステムの実施形態が可能になる。前述したように、従来のE−UTRAN測位は、測位データの転送及び通信にLTE制御プレーンを用いる。これらのオブザーブル、すなわちRSTD、RTOA、AoAなど、並びにデータ及び支援情報は、基盤となるLPP、LPPa、及びSlm−APプロトコルを介して、UE及び/又はLMUとE−SMLCとの間で伝達される。E−SMLCは、位置測定の決定を担う(図39)。同様に、一実施形態に対して、LPP/LPPa及びSlm−APプロトコルは、ベースバンド基準信号及び/又はPoLTE専用支援データのデジタルサンプルのE−SMLC、最終的には中継要素への転送/受け渡しをサポートするように拡張される。サーバとの中継エンティティの通信/データ交換は、IPサービスネットワークエンティティ4008(図40)を介する。インターフェース及びプロトコルは、専用であってよく、又は、変更/拡張された、基盤となるプロトコルを用いるLTE/SUPLインターフェースのうちの1つであってよい。 In this embodiment, a user plane is used for transfer and communication of positioning data in the system. However, the introduction of relay entities makes it possible to implement another system that uses a control plane for the transfer and communication of positioning data within the system. As described above, the conventional E-UTRAN positioning uses the LTE control plane for the transfer and communication of the positioning data. These observations, such as RSTD, RTOA, AoA, etc., as well as data and support information are transmitted between the UE and / or LMU and E-SMLC via the underlying LPP, LPPa, and Slm-AP protocols. NS. The E-SMLC is responsible for determining the position measurement (Fig. 39). Similarly, for one embodiment, the LPP / LPPa and Slm-AP protocols transfer / pass digital samples of baseband reference signals and / or PoLTE dedicated support data to E-SMLC, and ultimately to relay elements. Extends to support. Communication / data exchange of the relay entity with the server is via the IP service network entity 4008 (FIG. 40). The interface and protocol may be dedicated or may be one of the LTE / SUPL interfaces that use the underlying protocol that has been modified / extended.

更に、この代替のシステム実施形態は複雑性を低減し、例えば、SET機能が簡略化されるか、又はSET要素全体が排除される。また、サーバ(一実施形態では)に統合されたSLPのSLC及びSPC機能は、著しく簡略化され、更には完全に除去される。 Moreover, this alternative system embodiment reduces complexity and, for example, simplifies the SET function or eliminates the entire SET element. Also, the SLC and SPC functionality of the SLP integrated into the server (in one embodiment) is significantly simplified and even eliminated altogether.

更に別の実施形態を図41に示す。この実施形態は、SUPLアーキテクチャによって定められる機能のごく一部のみを用い、スタンドアローンLMU機能及びその関連するE−SMLC、又は実際にはeNBにおけるLMU機能のみを含んでよい。この実施形態の特定の動作モードを以下に列挙する。
1.UEクライアント及びLSUは、IPプロトコルを介して独自の形式でデータパケットを交換し、
a.パケットコンテンツは、測定データ、補助情報、又は制御コマンドを含んでよい。
b.データパケットは、LTEユーザプレーン、又は例えば、3GPP LTE−WLAN Aggregation(LWA)又は3GPP LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel (LWIP)技術(図41)を使用した、Wi−Fi(4011)及び/又はWi−Fi+ePDG(4012)の組み合わせなどセキュアなデータベアラの任意の代替形態を介して転送されてよい。
i.注:ePDGエンティティ4012は、LTE EPC(進化型パケットコア)と、Wi−Fi、LTEメトロ、及びフェムトセルアクセスネットワークなどセキュアなアクセスを要する非3GPPネットワークとの間の相互作用を担う。
c.データパケットは、UEとLSUとの間で直接交換されても、又はAmazon Web Services(AWS)IoT、Google Cloud、又はAT&T M2xなどInternet of Thing(IoT)プラットフォームを介して交換されてもよい。
i.任意選択的に、Internet of Thing(IoT)プラットフォームのインターネットは、IPサービスネットワークエンティティ4008の一部であってよい。
2.E−SMLC及びLSUは、IPプロトコルを介して独自の形式でデータパケットを交換し、
a.パケットコンテンツは、測定データ、補助情報、又は制御コマンドを含んでよい。
b.データパケットは、E−SMLCとLSUとの間で直接交換されても、又はAmazon Web Services(AWS)IoT、Google Cloud、又はAT&T M2xなどInternet of Thing(IoT)プラットフォームを介して交換されてもよい(図41)。
3.LMU(及び/又はeNB内のLMU)及びLSUは、IPプロトコルを介して独自の形式でデータパケットを交換し、
a.データパケットは、LMUとLSUとの間で直接交換されても、又はAmazon Web Services(AWS)IoT、Google Cloud、又はAT&T M2xなどInternet of Thing(IoT)プラットフォームを介して交換されてもよい。
b.データパケットはまた、E−SMLCを介してLMUとLSUとの間で交換されてよい(図41)。
Yet another embodiment is shown in FIG. This embodiment uses only a small portion of the functions defined by the SUPL architecture and may include only the stand-alone LMU function and its associated E-SMLC, or in fact the LMU function in the eNB. The specific operating modes of this embodiment are listed below.
1. 1. UE clients and LSUs exchange data packets in their own format over the IP protocol.
a. The packet content may include measurement data, auxiliary information, or control commands.
b. The data packet is a Wi-Fi (4011) and / or using the LTE user plane, or, for example, 3GPP LTE-WLAN Aggregation (LWA) or 3GPP LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel (LWIP) technology (FIG. 41). It may be transferred via any alternative form of secure data bearer, such as a Wi-Fi + ePDG (4012) combination.
i. Note: The ePDG entity 4012 is responsible for the interaction between LTE EPC (Evolved Packet Core) and non-3GPP networks that require secure access, such as Wi-Fi, LTE Metro, and femtocell access networks.
c. Data packets may be exchanged directly between the UE and the LSU, or via an Internet of Things (IoT) platform such as Amazon Web Services (AWS) IoT, Google Cloud, or AT & T M2x.
i. Optionally, the Internet of Things (IoT) platform Internet of Things may be part of the IP Services Network Entity 4008.
2. E-SMLC and LSU exchange data packets in their own format over the IP protocol.
a. The packet content may include measurement data, auxiliary information, or control commands.
b. Data packets may be exchanged directly between the E-SMLC and the LSU, or via an Internet of Things (IoT) platform such as Amazon Web Services (AWS) IoT, Google Cloud, or AT & T M2x. (Fig. 41).
3. 3. LMUs (and / or LMUs within the eNB) and LSUs exchange data packets in their own format via the IP protocol.
a. Data packets may be exchanged directly between LMUs and LSUs, or via Internet of Things (IoT) platforms such as Amazon Web Services (AWS) IoT, Google Cloud, or AT & T M2x.
b. Data packets may also be exchanged between LMUs and LSUs via E-SMLC (FIG. 41).

一実施形態では、例示的なLTEネットワークの無線デバイスは、1つ以上の通信ネットワーク及び/又は1つ以上の専用位置特定システム(ネットワーク)とインターフェースしてよい。これらのネットワーク(システム)は、ダウンリンク測位若しくはアップリンク測位、又はその両方を用いてよい。 In one embodiment, the wireless device of the exemplary LTE network may interface with one or more communication networks and / or one or more dedicated locating systems (networks). These networks (systems) may use downlink positioning, uplink positioning, or both.

ダウンリンク測位は、1つ以上のネットワーク/システムからの、デバイスの位置確認に使用される信号を受信する無線デバイスを含む。現在、ダウンリンク測位は、これらの信号を検出し、処理するための無線デバイスを必要とし、それにより、処理は、ネットワークの構成要素(E−SMLC)によって行われる無線デバイスの位置計算で用いられる、疑似範囲、疑似ドップラーなどGPS/GNSS、TOA、TDOAなどタイミング、AOA、到来位相など方向というオブザーバブルのうちの1つ以上を計算することを含む。あるいは、無線デバイスは、上記の計算の両方を実行することによって、自身の位置を決定してよい。 Downlink positioning includes wireless devices that receive signals from one or more networks / systems that are used to locate the device. Currently, downlink positioning requires a wireless device to detect and process these signals, so that the processing is used in the positioning of the wireless device performed by the network components (E-SMLC). , Pseudo range, pseudo Doppler, etc. GPS / GNSS, TOA, TDOA, etc. Timing, AOA, arrival phase, etc. Includes calculating one or more of the observables such as directions. Alternatively, the wireless device may determine its position by performing both of the above calculations.

アップリンク測位は、1つ以上の無線デバイスから、デバイスの位置確認に使用される信号を受信する、1つ以上の専用ネットワークの要素を含む。ダウンリンクと同様に、現在のアップリンク測位はまた、ネットワーク要素(例えば、LMU)がこれらの信号を検出し、処理し、計算すすることを要求するが、位置計算は、別のネットワーク構成要素(E−SMLC)によって実行される。また、場合によっては、ネットワーク要素はまた、無線デバイスの位置を計算してよい。 Uplink positioning includes elements of one or more dedicated networks that receive signals from one or more wireless devices that are used to locate the device. Similar to downlinks, current uplink positioning also requires network elements (eg, LMUs) to detect, process, and calculate these signals, while location calculations are another network component. Performed by (E-SMLC). Also, in some cases, the network element may also calculate the location of the wireless device.

無線デバイス及び/又はネットワークの要素はまた、位置確認をサポートする補助/支援情報メッセージを受信してよい。ただし、いくつかの実施態様では、これらのメッセージ及び信号が、デバイスの位置確認に使用されてよい。例えば、GNSSメッセージは、測距コード(タイミング計算用)及びナビゲーションデータ(補助情報)を含む。 Wireless devices and / or network elements may also receive auxiliary / assistive information messages that support location confirmation. However, in some embodiments, these messages and signals may be used to locate the device. For example, the GNSS message includes a distance measurement code (for timing calculation) and navigation data (auxiliary information).

いくつかの例では、無線デバイスの測位用の信号は、特にデバイスの位置確認用に使用される、すなわち特化した使用法である。しかしながら、他の場合には、これらの信号は二重用途である。例えば、多くの通信ネットワーク送信に存在するパイロット信号も、デバイスの位置確認に使用されてよい。 In some examples, the radio device positioning signal is used specifically for device positioning, i.e., a specialized use. However, in other cases, these signals are dual purpose. For example, pilot signals present in many communication network transmissions may also be used to locate the device.

本実施形態では(現在の実施形態とは異なり)、無線デバイスも特定のネットワーク要素も信号のオブザーブルを計算しない。その代わりに、無線デバイス及び/又は特定のネットワークの要素は、無線デバイスの測位に使用される信号の1つ以上のスナップショットを収集して前処理し、スナップショットは、GPS/GNSS擬似範囲/疑似ドップラーなどを含む信号のオブザーバブルを決定し、無線デバイスの位置確認を実行するLSUに送信される。1つ以上のスナップショットを収集し、前処理する計算負荷は、現在必要とされている計算能力及びリソースよりも少なくとも1桁低い。したがって、本実施形態では、無線デバイス及び/又は特定のネットワーク要素は、重い計算負荷から解放され、より少ない量の計算リソースを必要とする。 In this embodiment (unlike current embodiments), neither wireless devices nor specific network elements calculate signal observations. Instead, the wireless device and / or certain network elements collect and preprocess one or more snapshots of the signal used to position the wireless device, and the snapshots are GPS / GNSS pseudorange / It is transmitted to the LSU that determines the observable of the signal including the pseudo Doppler and executes the position confirmation of the wireless device. The computational load of collecting and preprocessing one or more snapshots is at least an order of magnitude lower than the computational power and resources currently required. Therefore, in this embodiment, the wireless device and / or certain network elements are freed from heavy computational loads and require less computational resources.

LSU(位置確認サーバ)と通信するとき、スナップショットデータは、現在の実施形態よりも広い帯域幅を消費する。続いて、本実施形態で達成されるエネルギー節約の一部は、スナップショットデータを送信する際に消費される追加電力によって相殺されるであろう。しかしながら、発明者らの電力推定計算によると、本開示は、依然として相当な電力節約をもたらす。 When communicating with the LSU (Positioning Server), the snapshot data consumes a wider bandwidth than the current embodiment. Subsequently, some of the energy savings achieved in this embodiment will be offset by the additional power consumed in transmitting the snapshot data. However, according to our power estimation calculations, this disclosure still results in significant power savings.

同時に、本実施形態の利点は、スナップショットのより大きい通信オーバーヘッドを上回る。例えば、スナップショットのより広い帯域幅は非常に小さく、例えば、(全てのカテゴリにおいて)LTEアップリンク帯域幅の1%未満である。また、LSUとの特定のネットワーク要素の通信に関連して、より大きなスナップショット通信オーバーヘッドは、関連性(影響)を有さない。 At the same time, the advantages of this embodiment outweigh the greater communication overhead of snapshots. For example, the wider bandwidth of a snapshot is very small, eg, less than 1% of the LTE uplink bandwidth (in all categories). Also, the larger snapshot communication overhead in relation to the communication of a particular network element with the LSU has no relevance (impact).

本実施形態の利点を以下に列挙する。
無線デバイス:より長い電池寿命、より良好なエネルギー効率、より低い複雑性、コスト、及びサイズ。
特定のネットワーク要素:
1)デバイスの位置確認に使用される信号の受信、検出、処理、及びオブザーバブルの計算に完全に特化したスタンドアローン要素では、複雑性が劇的に低減され、電力消費が低減され、これにより、他のネットワーク要素とのシームレスな統合を可能にする。
2)他のネットワーク要素では、無線デバイスの測位に使用される信号のスナップショットを収集し、前処理する(スナップショットはLSUに送信される)ことを含むようにネットワークの構成要素機能が容易に拡張される。
The advantages of this embodiment are listed below.
Wireless devices: longer battery life, better energy efficiency, lower complexity, cost, and size.
Specific network elements:
1) A stand-alone element that is fully specialized in receiving, detecting, processing, and calculating observables of signals used to locate devices can dramatically reduce complexity, reduce power consumption, and so on. Allows seamless integration with other network elements.
2) Other network components facilitate network component functions to include collecting and preprocessing snapshots of signals used for positioning wireless devices (snapshots are sent to LSU). Expanded.

例えば、セルラーネットワークのLMU(位置管理/測定ユニット)は、その現在の形態では、eNodeBのハードウェア及びソフトウェアに影響を与えることなく、別のネットワーク構成要素、つまりeNodeBと容易に統合することができない、信号のオブザーバブルを計算する、複雑なスタンドアローンの構成要素である。一方、スナップショットの収集及び前処理、及びこれらのLSUへの送信は、ごくわずかな追加の計算負荷のみをeNodeBに与える、複雑性の低いタスクである。 For example, the LMU (Position Management / Measurement Unit) of a cellular network, in its current form, cannot be easily integrated with another network component, the eNodeB, without affecting the hardware and software of the eNodeB. , A complex stand-alone component that calculates signal observables. On the other hand, collecting and pre-processing snapshots and sending them to the LSU is a less complex task that puts only a small additional computational load on the eNodeB.

別の例は、無線デバイスの位置確認に使用される1つ以上の信号のオブザーバブルの計算を含み、重い計算負荷及び計算リソース負荷がもたらされる、これらの信号の処理を課せられ得るAP、WLAN構成要素である。更に、既にインストールされているAP(レガシー)の計算に関する制約は、重い計算負荷を有する、最先端の位置特定アルゴリズムの配備を阻止する。同時に、本実施形態は、スナップショットの収集及び前処理、及びこれらのLSUへの送信が、ごくわずかの計算負荷のみをWLAN APに与えるため、APの計算リソースに重い負荷をかけない。
他の利点は、以下のとおりである。
1)既存のネットワークインフラストラクチャ構成要素のリソースに重い負荷をかけることなく、より優れた位置確認精度、信頼性をもたらす、高計算帯域幅の高度なアルゴリズムを配備すること。
2)ロジスティック向上の取り組みを大幅に低減(最小化)すること(HW/SWレガシーの制約はない)。
3)最先端の機械学習を配備して、位置確認の信頼性及び位置測定精度を更に向上させること。
4)電力消費を増加させることなく、かつ無線デバイス/特定のネットワーク構成要素の計算リソースに重い負荷をかけることなく、LSU内、すなわちバックグラウンドで無線デバイスを連続的に実行すること。
Another example involves the calculation of observables of one or more signals used to locate wireless devices, resulting in heavy computational and computational resource loads, APs, WLANs that may be subject to processing of these signals. It is a component. In addition, the computational constraints of APs (legacy) that are already installed prevent the deployment of state-of-the-art location algorithms that have heavy computational loads. At the same time, the present embodiment does not impose a heavy load on the computing resources of the AP because the collection and preprocessing of snapshots and the transmission of these to the LSU give the WLAN AP a very small computational load.
Other advantages are:
1) Deploy advanced algorithms with high computational bandwidth that provide better location accuracy and reliability without overwhelming the resources of existing network infrastructure components.
2) Significantly reduce (minimize) efforts to improve logistic (there are no restrictions on HW / SW legacy).
3) Deploy state-of-the-art machine learning to further improve the reliability of position confirmation and the accuracy of position measurement.
4) Continuously running wireless devices within the LSU, i.e. in the background, without increasing power consumption and without overwhelming the computational resources of the wireless device / specific network component.

本実施形態では、デバイスの位置確認に使用される信号のスナップショットは、デジタル形式、すなわち、デジタルサンプルで収集されてよい。デジタルサンプルは、ベースバンド信号からであり、時間領域又は周波数領域内にあり得、I/Qサンプル、リソース要素(RE)、チャネル状態情報(CSI)などによって表され得る。デジタルサンプルはまた、アンテナごとである。注:RE及びCSIは、OFDM副搬送波ごとの複素係数である。I/Q値は、信号の同相(I)成分及び直交(Q)成分を表す。 In this embodiment, snapshots of the signals used to locate the device may be taken in digital form, i.e., digital samples. The digital sample is from the baseband signal, can be in the time domain or frequency domain, and can be represented by an I / Q sample, resource element (RE), channel state information (CSI), and the like. Digital samples are also antenna-by-antenna. Note: RE and CSI are complex coefficients for each OFDM subcarrier. The I / Q value represents the in-phase (I) component and the orthogonal (Q) component of the signal.

一実施形態では、無線デバイスの要素及び/又はネットワークの要素は、デバイスの位置確認に使用される信号のデジタルサンプルを検出し、抽出するように構成された、検出器(別名、論理エンティティ)を含んでよく、また、アンテナごとに、また信号の識別子(ID)ごとに多数のデジタルサンプルを収集し、記憶するように構成されてよい。加えて、検出器は、メタデータ、例えば、各フレーム開始及び他の補助及び/又は支援情報を収集/記憶するように構成されてよい。 In one embodiment, a wireless device element and / or a network element is a detector (also known as a logical entity) configured to detect and extract a digital sample of a signal used to locate the device. It may be included and may be configured to collect and store a large number of digital samples for each antenna and for each signal identifier (ID). In addition, the detector may be configured to collect / store metadata such as each frame start and other auxiliary and / or support information.

一実施形態では、検出器はまた、収集した(記憶した)デジタルスタンプを前処理して、例えば、LSUへの送信前にデータサイズを低減する、例えば、通信帯域幅を低減するように構成されてよい。この低減は、デバイスの位置確認に使用される信号のみを表すデジタルサンプルを抽出すること、すなわち、ペイロードを有するデジタルサンプルを除外することを含んでよい。 In one embodiment, the detector is also configured to preprocess the collected (stored) digital stamps, eg, to reduce the data size prior to transmission to the LSU, eg, to reduce the communication bandwidth. You can. This reduction may include extracting digital samples that represent only the signals used to locate the device, i.e. excluding digital samples that have a payload.

一実施形態では、検出器は、GPS/GNSSナビゲーションメッセージフレーム内のデータのデジタルサンプルの一部、すなわち、メッセージのごく一部を収集し、保持するように構成されてよい。このアプローチは、ナビゲーションメッセージにおいて伝達される情報の大部分がLSU(GPS/GNSS支援データ)において使用可能であり、情報としては、基準時間、基準位置、衛星のエフェメリス、クロック補正、電離層モデル、地球方位パラメータ、GNSS時間オフセット、取得支援、アルマナック、UTCモデルなどが挙げられる。 In one embodiment, the detector may be configured to collect and retain a portion of a digital sample of data within a GPS / GNSS navigation message frame, i.e. a small portion of the message. In this approach, most of the information transmitted in navigation messages is available in LSU (GPS / GNSS assisted data), which includes reference time, reference position, satellite ephemeris, clock correction, ionospheric model, and earth. Orientation parameters, GPS time offset, acquisition support, ephemeris, UTC model, etc. can be mentioned.

一実施形態では、検出器は、デジタルサンプルをより少数のビットに圧縮することによって、更なるデータサイズの低減を得るように構成されてよい。デジタルサンプルの圧縮は、以下の方法によって検出器内で相関エンジンを実行することによって達成され得る。 In one embodiment, the detector may be configured to obtain a further reduction in data size by compressing the digital sample to a smaller number of bits. Compression of digital samples can be achieved by running a correlation engine within the detector by the following methods.

エミッタの検出:基準信号は、高い自己相関特性及び低い相互相関特性を有して、複数のエミッタからの同時送信中にエミッタ(供給源)の検出(弁別)をサポートする。注:基準信号は、エミッタのID/パラメータ及び/又は基準信号の構成に基づいて弁別され得る。基準信号を含むOFDMシンボルは、受信機によって捕捉される。基準信号を含む任意の数のOFDMシンボルは、使用可能なメモリによってのみ捕捉され、処理され、制限されてよい。したがって、エミッタ検出エンジンへの入力は、複素二次元アレイである。入力データ要素は、複数のエミッタからの基準信号の重畳を含む。エミッタ検出エンジンは、所与の位置確認されたデータベース/リスト内の各エミッタによって生成された既知の基準信号の入力データ内での有無を検索する。この検索は、エミッタのアンテナにおいて、入力データ基準信号を既知の基準信号、すなわち、変調など基準信号の理想的なレプリカと相互相関させることによって実行される。したがって、エミッタ検出機能は、エミッタのID/パラメータ及び/又は基準信号構成に関連する基準信号の理想的なレプリカを生成する理想的なレプリカの生成を含む。入力データと同様に、理想的なレプリカは、測位機会データと同数のREを含む二次元アレイの形態である。また、同一の周波数−サンプルインデックス、及びシンボルインデックスによってインデックス付けされる。 Emitter detection: The reference signal has high autocorrelation and low cross-correlation characteristics to support emitter (source) detection (discrimination) during simultaneous transmission from multiple emitters. Note: The reference signal can be discriminated based on the emitter's ID / parameters and / or the configuration of the reference signal. The OFDM symbol containing the reference signal is captured by the receiver. Any number of OFDM symbols, including reference signals, may be captured, processed, and limited only by available memory. Therefore, the input to the emitter detection engine is a complex two-dimensional array. Input data elements include superposition of reference signals from multiple emitters. The emitter detection engine searches the input data for a known reference signal generated by each emitter in a given located database / list. This search is performed at the antenna of the emitter by cross-correlating the input data reference signal with a known reference signal, i.e., an ideal replica of the reference signal, such as modulation. Therefore, the emitter detection function includes the generation of an ideal replica that produces an ideal replica of the reference signal associated with the emitter's ID / parameter and / or reference signal configuration. Like the input data, the ideal replica is in the form of a two-dimensional array containing as many REs as the positioning opportunity data. It is also indexed by the same frequency-sample index and symbol index.

相互相関:エミッタ検出エンジンは、受信した各OFDMシンボルに、理想的なOFDM基準信号の共役を乗じることによって、周波数領域において相互相関を実行する。これは、時間領域整合フィルタに相当する周波数領域である。受信した基準シンボルと理想的な基準シンボルとの間の相互相関が適用されたとき、基準信号の生成に用いられる任意の符号化スキームが除去され、各副搬送波に関する残留相情報が残される。この動作の結果は、位相コヒーレントの二次元アレイである。次いで、位相コヒーレントの二次元アレイを合計して統合する。この方法を使用して、任意の数のOFDMシンボルが統合されてよい。出力ベクトルにおける複素数値の大きさ及び位相は、受信機における、エミッタによって送信された基準信号の有無及びTOAに対応する。 Cross-correlation: The emitter detection engine performs cross-correlation in the frequency domain by multiplying each received OFDM symbol by the conjugate of the ideal OFDM reference signal. This is the frequency domain corresponding to the time domain matched filter. When the cross-correlation between the received reference symbol and the ideal reference symbol is applied, any coding scheme used to generate the reference signal is removed, leaving residual phase information for each subcarrier. The result of this operation is a phase coherent two-dimensional array. The phase coherent two-dimensional array is then summed and integrated. Any number of OFDM symbols may be integrated using this method. The magnitude and phase of the complex numbers in the output vector correspond to the presence or absence of a reference signal transmitted by the emitter and TOA in the receiver.

検出:検出プロセスは、相互相関の出力の大きさ及び位相を調べて、エミッタによって送信され、受信機で捕捉された基準信号が、受信信号のTOAを正確に推定するために十分な特性を有するかどうかを判定する。 Detection: The detection process examines the magnitude and phase of the cross-correlation output and the reference signal transmitted by the emitter and captured by the receiver has sufficient characteristics to accurately estimate the TOA of the received signal. Determine if.

圧縮:信号の特性が十分である場合、相互相関の出力は有効と見なされ、複素ベクトルの非ゼロ部分がTOA推定の二次処理ブロックに送信される。この方法では、TOA推定ブロックは、エミッタ検出エンジンから遠隔に位置し得る。 Compression: If the signal properties are sufficient, the cross-correlation output is considered valid and the non-zero portion of the complex vector is sent to the TOA estimation secondary processing block. In this method, the TOA estimation block may be located remote from the emitter detection engine.

2xMIMOエミッタから受信したCRSデータを用いるダウンリンク位置の場合、1フレームのLTEデータ内に40個のCRS OFDMシンボルが存在する。10MHzのLTE帯域幅の場合、各OFDMシンボル内に含まれる600の副搬送波が存在する。受信機が16ビットのアナログ−デジタル受信機に用いる場合、各複素副搬送波は、32ビットの全ビット深度を有する。1フレーム相当のCRSデータからなるデータでは、データセットのビットの合計サイズは、40×600×32ビット、つまり768000ビットである。 In the case of a downlink position using CRS data received from a 2xMIMO emitter, there are 40 CRS OFDM symbols in one frame of LTE data. For an LTE bandwidth of 10 MHz, there are 600 subcarriers contained within each OFDM symbol. When the receiver is used for a 16-bit analog-digital receiver, each complex subcarrier has a full bit depth of 32 bits. In the data consisting of CRS data corresponding to one frame, the total size of the bits of the data set is 40 × 600 × 32 bits, that is, 768,000 bits.

しかしながら、本発明者らのコヒーレント圧縮スキームを使用すると、TOA推定に使用される結果データのサイズは、相互相関出力の非ゼロ部分に検出されたエミッタの数を乗じたサイズへと低減される。データのサイズは、検出されたエミッタ当たり1×200×32ビット、つまり6400ビットへと低減される。 However, using our coherent compression scheme, the size of the resulting data used for TOA estimation is reduced to a size obtained by multiplying the non-zero portion of the cross-correlation output by the number of detected emitters. The size of the data is reduced to 1 x 200 x 32 bits per detected emitter, or 6400 bits.

10サブフレーム構成を使用して基地局において受信したSRSデータを用いるアップリンク位置の場合、1フレームのLTEデータ内に8個のCRS OFDMシンボルが存在する。10MHzのLTE帯域幅の場合、各OFDMシンボル内に含まれる600の副搬送波が存在する。受信機が16ビットのアナログ−デジタル受信機に用いる場合、各複素副搬送波は、32ビットの全ビット深度を有する。1フレーム相当のSRSデータからなるデータでは、データセットのビットの合計サイズは、8×600×32ビット、つまり1536000ビットである。 In the case of the uplink position using the SRS data received at the base station using the 10 subframe configuration, there are 8 CRS OFDM symbols in the LTE data of 1 frame. For an LTE bandwidth of 10 MHz, there are 600 subcarriers contained within each OFDM symbol. When the receiver is used for a 16-bit analog-digital receiver, each complex subcarrier has a full bit depth of 32 bits. In the data consisting of SRS data corresponding to one frame, the total size of the bits of the data set is 8 × 600 × 32 bits, that is, 1536000 bits.

全帯域幅SRS信号を仮定すると、この場合のデータのサイズは、検出されたエミッタ当たり1×288×32ビット、つまり9216ビットへと低減される。 Assuming a full bandwidth SRS signal, the size of the data in this case is reduced to 1 x 288 x 32 bits per detected emitter, or 9216 bits.

コヒーレント圧縮プロセスは、相互相関プロセスで使用されるシンボルの数で必要とされるデータの量を低減した。 The coherent compression process has reduced the amount of data required for the number of symbols used in the cross-correlation process.

更に、データのサイズを更に低減し得る、多くの圧縮アルゴリズムが存在する。一部は周知であり、例えば、A−law及びu−lawコンパンディングアルゴリズム(Compounding Algorithms)などである。一部のあまり知られていないアルゴリズムもレーダー技術で使用されるが、他のアルゴリズムは光ファイバデータ転送を対象にする。したがって、検出器は、例えば、32ビットから16ビット又は32ビットから8ビットにデジタルサンプルサイズを圧縮して、2倍又は4倍のデータサイズ低減をもたらすように構成されてよい。 In addition, there are many compression algorithms that can further reduce the size of the data. Some are well known, such as A-law and u-law Compounding Algorithms. Some lesser-known algorithms are also used in radar technology, while others target fiber optic data transfer. Thus, the detector may be configured to compress the digital sample size, for example, from 32 bits to 16 bits or from 32 bits to 8 bits, resulting in a 2 or 4 times data size reduction.

一実施形態では、検出器は、デバイスの位置確認に使用される信号の整合フィルタリング、信号のデジタルサンプルのうちの1つ以上から形成された行列の特異値分解(SVD)原理の固有値の計算など、(データサイズを更に低減するために)追加の前処理を実行するように構成されてよい。この追加の前処理は、計算負荷/リソース対位置確認サーバでの通信帯域幅の低減のトレードオフである。 In one embodiment, the detector performs matching filtering of the signal used to locate the device, calculation of the eigenvalues of the Singular Value Decomposition (SVD) principle of a matrix formed from one or more of the digital samples of the signal, etc. , May be configured to perform additional preprocessing (to further reduce the data size). This additional pre-processing is a trade-off for reduced communication bandwidth on the computational load / resource vs. location confirmation server.

例えば、整合フィルタリングをネットワークノードID当たりの搬送波周波数オフセット(CFO)処理と組み合わせ、続いて多数のサンプルを統合(時間的に)することにより、デジタルサンプルのデータサイズを更に低減することができる。一実施形態では、位置を決定するために使用される信号の検出に関連するデータは、圧縮信号の送信に使用されるバックホールデータよりも大きい。これは、IOT配備において特に当てはまる。例えば、LTEネットワークと通信するためにダウンリンク上で、通常1.4MHzの帯域幅を使用するCat−Mモデムは、位置決定に使用され得るCRS信号など、最大10MHzのLTE信号帯域幅を参照することができる。これは、Cat−Mモデムが、典型的に、通常のLTE通信に使用される10MHzチャネル内(帯域内)に配備されるために可能である。ダウンリンク信号の圧縮された情報は、次に、Cat−Mアップリンクチャネルを使用して、又はWi−Fi、Bluetooth、ZigBee、他のIEEE802.15無線技術、又は現在存在する若しくは今後開発される他の低帯域幅通信技術を使用して、LSUに返送され得る。同タイプの実施形態がNB−IOTに使用され得、それにより、より多くの信号がモデムによって取り込まれ得る。一例としては、Cat−Mダウンリンク信号が圧縮され、次いで、NB−IOTデータチャネルを介してLSUに返送され得る。同等のアプローチが、eNBに対して逆順に使用されてよく、それにより、アップリンク信号が取り込まれ、圧縮され、次いで、上記のようなより低い帯域幅通信プロトコルを使用してLSUに渡され得る。これにより、位置ソリューションは、位置計算のためにより多くの信号を使用できるようにし得る。これはまた、以下の理由からより良好な位置結果をもたらし得る。つまり、1)位置精度が帯域幅に反比例し、より多くの帯域幅を有することが、より良好な位置精度をもたらすことが周知である。2)より多くの帯域幅を有することにより、信号が干渉によって抑制される可能性が減少し、また、特に本明細書に記載の超分解能技法を考慮すると、より良好なマルチパス軽減が可能になる。3)より多くの信号を積分に使用できるようにし得る。 For example, matching filtering can be combined with carrier frequency offset (CFO) processing per network node ID, followed by a large number of samples being integrated (in time) to further reduce the data size of the digital samples. In one embodiment, the data associated with the detection of the signal used to determine the position is larger than the backhaul data used to transmit the compressed signal. This is especially true for IOT deployments. For example, a Cat-M modem that typically uses a bandwidth of 1.4 MHz over a downlink to communicate with an LTE network refers to an LTE signal bandwidth of up to 10 MHz, such as a CRS signal that can be used for positioning. be able to. This is possible because the Cat-M modem is typically deployed within the 10MHz channel (in-band) used for normal LTE communication. The compressed information of the downlink signal is then used using the Cat-M uplink channel, or Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, other IEEE802.15 radio technologies, or currently existing or will be developed. It may be returned to the LSU using other low bandwidth communication technologies. The same type of embodiment can be used for NB-IOT, whereby more signals can be captured by the modem. As an example, the Cat-M downlink signal may be compressed and then sent back to the LSU via the NB-IOT data channel. An equivalent approach may be used in reverse order for the eNB, whereby the uplink signal can be captured, compressed, and then passed to the LSU using the lower bandwidth communication protocol as described above. .. This may allow the position solution to use more signals for position calculations. This can also lead to better position results for the following reasons: That is, it is well known that 1) position accuracy is inversely proportional to bandwidth, and having more bandwidth results in better position accuracy. 2) Having more bandwidth reduces the likelihood that the signal will be suppressed by interference and also allows for better multipath mitigation, especially considering the super-resolution techniques described herein. Become. 3) More signals can be used for integration.

一実施形態では、例示的な測位LTEネットワーク、補助/支援情報は、以下を含む。
a.サービングセル情報:[physCellId、cellGlobalId、CellGlobalIdEUTRA−AndUTRA、earfcn−DL、systemFrameNumber、スロット番号、UTCタイムスタンプ、rsrp−Result、rsrq−Result];
b.ue−RxTxTimeDiff、DownlinkPathLoss、帯域幅(物理リソースブロック(PRB)における);
c.隣接セル情報(0〜32個の隣接セル):[physCellId、cellGlobalId、CellGlobalIdEUTRA−AndUTRA、earfcn−DL、systemFrameNumber、rsrp−Result、rsrq−Result];
d.UE情報:[UE ID、UEカテゴリ、移動度、MobilityHistoryReport]。
In one embodiment, the exemplary positioning LTE network, auxiliary / support information includes:
a. Serving cell information: [physCellId, cellGlobalId, CellGlobalIdEUTRA-AndUTRA, earfcn-DL, systemFrameNumber, slot number, UTC time stamp, rsrp-Result, rsrq-Result];
b. ue-RxTxTimeDiff, DownlinkPathLoss, Bandwidth (in Physical Resource Block (PRB));
c. Adjacent cell information (0 to 32 adjacent cells): [physCellId, cellGlobalId, CellGlobalIdEUTRA-AndUTRA, earthcn-DL, systemFrameNumber, rsrp-Result, rsrq-Result];
d. UE information: [UE ID, UE category, mobility, Mobility History Report].

一実施形態では、例示的な測位LTEネットワーク、補助/支援情報は、以下を含む。
a.サイト名:
b.技術(すなわち、4G、5G)、アクティブ(すなわち、無線)、屋内/屋外;
c.グローバルセルID、PCI値、周波数、IsGPSsynchronized、DL Tx構成(すなわち、Txポートの数、maxTx電力、DL帯域幅);
d.タワー構造タイプ(すなわち、屋上、モノポール、建物の側部など)、ケーブル長及び損失;アンテナタイプ(すなわち、オムニ、指向性)、緯度、経度、アンテナの高度AGL(すなわち、地表を超える)、タワー基部高度MSL(すなわち、平均界面)、ジオイド;
e.信号の捕捉に使用されるアンテナごと:アンテナの方位角、仰角、機械的ダウンチルト角/電気的ダウンチルト角、利得、Hビーム幅、Vビーム幅;
f.セル帯域幅、TA、隣接セルのリスト、PRS構成、任意;
g. eNodeBセクタアンテナアレイの構成。
In one embodiment, the exemplary positioning LTE network, auxiliary / support information includes:
a. Site name:
b. Technology (ie 4G, 5G), active (ie wireless), indoor / outdoor;
c. Global cell ID, PCI value, frequency, IsGPS synchronized, DL Tx configuration (ie, number of Tx ports, maxTx power, DL bandwidth);
d. Tower structure type (ie rooftop, monopole, side of building, etc.), cable length and loss; antenna type (ie omni, directivity), latitude, longitude, antenna altitude AGL (ie above the surface), Tower base altitude MSL (ie, average interface), geoid;
e. For each antenna used to capture signals: antenna azimuth, elevation, mechanical downtilt / electrical downtilt, gain, H-beam width, V-beam width;
f. Cell bandwidth, TA, list of adjacent cells, PRS configuration, optional;
g. Configuration of eNodeB sector antenna array.

一実施形態では、UEによって送信されるサウンディング基準シンボルは、SRS送信時にUEに割り当てられた構成に関する補助情報と共に捕捉され、報告されてよい。この情報は、3GPP TS 36.355のとおりにUL構成IEの以下の要素の一部又は全てを含んでよい。
−サービングセルのPCI
−コールタイミングアドバンス
−セルUL−bandwidth
−UL−CyclicPrefixLength
−セルsrs−BandwidthConfig
−UE srs−Bandwidth
−UE srs−AntennaPort
−srs−HoppingBandwidth
−srs−cyclicShift
−srs−ConfigIndex
−transmissionComb
−freqDomainPosition
−groupHoppingEnabled
−deltaSS
−SFN開始時間
In one embodiment, the sounding reference symbol transmitted by the UE may be captured and reported with auxiliary information about the configuration assigned to the UE during SRS transmission. This information may include some or all of the following elements of the UL Configuration IE as per 3GPP TS 36.355.
-Serving cell PCI
-Call Timing Advance-Cell UL-bandwidth
-UL-CycloPrefixLength
-Cell srs-BandwidthConfig
-UE srs-Bandwidth
-UE srs-AntennaPort
-Srs-HoppingBandwise
-Srs-cyclicShift
-Srs-ConfigIndex
-TransmissionComb
− FreqDomainPosition
-GrowpHoppingEnabled
-DeltaSS
-SFN start time

一実施形態では、サウンディング基準シンボルデータの捕捉は、UEによって送信されるアップリンク復調基準シンボルの捕捉によって補完される、又は置き換えられてよい。 In one embodiment, the capture of the sounding reference symbol data may be complemented or replaced by the capture of the uplink demodulation reference symbol transmitted by the UE.

一実施形態では、復調基準シンボルは、以下の補助/支援情報によって補完されるものとする。
a.プッシュ送信開始の時間:フレーム及びサブフレーム番号
b.アップリンク許可情報:
(i)周波数ホッピングフラグ
(ii)リソースブロック割り当て及びホッピングリソース割り当て
c.DM RS及びOCCインデックスの循環シフト
d.PUSCH構成:
e.n−SB
f.ホッピングモード
g.puschHoppingOffset
h.UL−ReferenceSignalsPUSH:
(i)groupHoppingEnabled、
(ii)groupAssignmentPUSCH
(iii)sequenceHoppingEnabled
(iv)cyclicShift
In one embodiment, the demodulation reference symbol shall be complemented by the following auxiliary / support information.
a. Push transmission start time: Frame and subframe number b. Uplink permission information:
(I) Frequency hopping flag (ii) Resource block allocation and hopping resource allocation c. Circular shift of DM RS and OCC indexes d. PUSCH configuration:
e. n-SB
f. Hopping mode g. pushingHoppingOffset
h. UL-ReferenceSignalsPUSH:
(I) growPhoppingEnabled,
(Ii) groupAssignmentPUSCH
(Iii) sexhoppingEnabled
(Iv) cyclicShift

一実施形態では、2つ以上の復調基準シンボルブロック及び関連する補助情報が捕捉され、報告され得る。 In one embodiment, two or more demodulation reference symbol blocks and associated ancillary information can be captured and reported.

一実施形態では、例示的なスナップショットメタデータ情報としては、通信ネットワーク/位置特定システムの説明及びタイプ、位置、信号分類(ダウンリンク又はアップリンク)、信号の説明、タイプ、構造及びパラメータ、日付/時間スタンプ、スナップショットデータサイズ、データ作成のソース(無線デバイス/デバイスID、ネットワーク/システム要素(ネットワーク/システム要素IDなど)、データ圧縮情報、補助/支援情報の可用性、無線サブフレームの開始に対する最初に報告されたデジタルサンプルの時間オフセットなどが挙げられる。 In one embodiment, exemplary snapshot metadata information includes a description and type of communication network / location system, location, signal classification (downlink or uplink), signal description, type, structure and parameters, date. / Time stamp, snapshot data size, data creation source (wireless device / device ID, network / system element (network / system element ID, etc.), data compression information, availability of auxiliary / support information, wireless subframe start Examples include the time offset of the first reported digital sample.

本実施形態では、スナップショットのデータは、メタデータ及び関連する補助/支援情報と共に(論理エンティティによって)分類されてよく、測位機会と称される。測位機会は、定期的に生じてよい。 In this embodiment, the snapshot data may be categorized (by logical entity) along with metadata and associated auxiliary / assistive information and is referred to as a positioning opportunity. Positioning opportunities may occur on a regular basis.

一実施形態によると、無線デバイスの、及び/又はネットワークの要素の論理エンティティは、測位機会データ(スナップショットデータ、メタデータ、補助/支援情報)を整理し、LSUと交換し、コマンド及び他の情報を受信するように構成された通信プロセッサを含んでよい。シグナリングは、業界標準インターフェース/プロトコル、例えば、OMA SUPLプロトコル及び/又は3GPP LPP、インターネットプロトコルセキュリティ(IPsec)などに則し得ることに留意されたい。また、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 According to one embodiment, the logical entity of the wireless device and / or network element organizes positioning opportunity data (snapshot data, metadata, auxiliary / support information), exchanges it with the LSU, commands and other It may include a communication processor configured to receive information. Note that signaling can be in accordance with industry standard interfaces / protocols such as the OMA SUPL protocol and / or 3GPP LPP, Internet Protocol security (IPsec), and the like. Dedicated interfaces and / or protocols may also be used.

本実施形態では、LSUは、1つ以上の関連する測位機会から無線デバイス位置/場所を決定するように構成された測位エンジンを含んでよい。このエンジンの出力はまた、Fourth Report and Order(FCC)からの信頼半径値、GDOP、無線E911位置精度メトリックなど位置関連メタデータ(メトリック)を含んでよい。 In this embodiment, the LSU may include a positioning engine configured to determine the location / location of the wireless device from one or more related positioning opportunities. The output of this engine may also include position-related metadata (metrics) such as confidence radius values from the Fourth Report and Order (FCC), GDOP, and radio E911 position accuracy metrics.

一実施形態では、LSUは、1つ以上の無線デバイス、1つ以上の通信ネットワーク/位置システム(ネットワークの/システムの構成要素及び/又はサービス)並びに測位エンジンと相互作用するように構成された位置管理プロセッサを含んでよい。位置管理プロセッサは、a)1つ以上の無線デバイス間の全てのメッセージ、ネットワーク/システム(ネットワークの/システムの要素、ネットワークサービスと、LSUとの間の全てのメッセージを管理し、b)1つ以上の論理エンティティから測位エンジンへの測位機会(スナップショットのメタデータ及び/又は支援/補助データ)の送達を管理し、c)セキュリティを管理する、ように構成されている。 In one embodiment, the LSU is configured to interact with one or more wireless devices, one or more communication networks / location systems (network / system components and / or services) and positioning engines. It may include a management processor. The location management processor a) manages all messages between one or more wireless devices, network / system (network / system elements, network services and all messages between the LSU, b) one. It is configured to manage the delivery of positioning opportunities (snapshot metadata and / or support / auxiliary data) from the above logical entities to the positioning engine, and c) manage security.

一実施形態では、位置管理プロセッサは、(1つ以上の論理エンティティから)測位機会を受信し、標的位置の計算し、この情報を測位エンジンに渡して、追跡、すなわち、ナビゲーションを行う。その後、測位エンジンは、標的の位置及び追跡情報を、例えば、ネットワークのサービス、無線デバイスなどに提供され得る位置/追跡関連メタデータと共に(位置管理プロセッサに)返す。 In one embodiment, the location management processor receives a positioning opportunity (from one or more logical entities), calculates a target location, and passes this information to a positioning engine for tracking, or navigation. The positioning engine then returns the target's location and tracking information (to the location management processor) along with location / tracking-related metadata that may be provided, for example, to network services, wireless devices, and so on.

精密位置確認法は、2段階位置プロセスを用い、第1の工程は、1つ以上のオブザーブル(観測結果)、つまり、TOA、TDOA、TOF、AOA/DOA、受信信号位相、及びこれらの結果メトリック(SNR、標準偏差、信頼度など)関連の計算を伴う。第2の工程中に、観測結果及びそれらのメトリックを用いて、無線デバイスの(標的)位置/ナビゲーションを決定する。 The precision positioning method uses a two-step position process, where the first step is one or more observations, namely TOA, TDOA, TOF, AOA / DOA, received signal phase, and their result metrics. Accompanied by related calculations (SNR, standard deviation, reliability, etc.). During the second step, the observations and their metrics are used to determine the (target) location / navigation of the wireless device.

同時に、1段階の位置プロセスを使用する、すなわち、前述の観測結果(オブザーブル)を必要としない他の位置特定方法、例えば、RFフィンガープリンティング、直接位置決定などが存在する。しかしながら、1段階のプロセスの複雑性がやや低いことは、精度の低下、位置確認の曖昧性、及び他の性能を制約する現象を犠牲にした結果である。 At the same time, there are other positioning methods that use a one-step positioning process, i.e., do not require the aforementioned observations (observables), such as RF fingerprinting, direct positioning and the like. However, the slightly lower complexity of the one-step process is the result of sacrificing reduced accuracy, ambiguity in location, and other performance-constraining phenomena.

本開示によると、2段階プロセスのオブザーバブル(TOA、TDOA、TOFなど)の結果の精度は、上記の高度なスペクトル推定(超分解能)アルゴリズムを使用したマルチパス軽減によって独自に向上させることができる。同様に、AOA/DOAの独自の改善/適応は、各アンテナでの受信時の測距信号の時間差、すなわちTDOAの上記超分解能推定値と、各アンテナによって収集された測距信号の位相差を比較するAOA/DOA技法とを組み合わせる。 According to the present disclosure, the accuracy of the results of two-step process observables (TOA, TDOA, TOF, etc.) can be independently improved by multipath mitigation using the advanced spectral estimation (super-resolution) algorithm described above. .. Similarly, AOA / DOA's unique improvement / adaptation is the time difference of the ranging signal at the time of reception at each antenna, that is, the phase difference between the above super-resolution estimate of TDOA and the ranging signal collected by each antenna. Combine with the AOA / DOA techniques to be compared.

本開示によると、上記の2段階位置プロセス(測位/追跡)における第2の工程の精度及び堅牢性の改善は、ヒューリスティックなアドホック測位/追跡技法、並びに共通の測位アルゴリズムを通信ネットワーク信号構造に対して、かつネットワーク環境内で適応させることを含む。 According to the present disclosure, improvements in the accuracy and robustness of the second step in the two-step position process (positioning / tracking) described above apply heuristic ad hoc positioning / tracking techniques, as well as common positioning algorithms, to communication network signal structures. And includes adaptation within the network environment.

本開示によると、2段階プロセスはまた、1段階位置プロセスに適応する。無線デバイスの要素及び/又はネットワークの要素は、デバイスの位置確認のために確率統計(データ)を検出して抽出するように構成され、また、アンテナごとに、及び信号の識別子(ID)ごとにこの情報を収集し、記憶するように構成されてよい。加えて、検出器は、メタデータ及び/又は他の補助/支援情報を収集/記憶するように構成されてよい。この検出器は、これらの確率統計をそのメタデータ及び関連する補助/支援情報と共に分類して、確率的測位機会を生成することができる。その後、論理エンティティに含まれる通信プロセッサは、これらの測位機会データを整理し、LSUと交換するように構成される。 According to the present disclosure, the two-step process also adapts to the one-step position process. Wireless device elements and / or network elements are configured to detect and extract probability statistics (data) for device location, and per antenna and per signal identifier (ID). This information may be configured to be collected and stored. In addition, the detector may be configured to collect / store metadata and / or other auxiliary / assistive information. The detector can classify these stochastic statistics along with its metadata and associated auxiliary / assistive information to generate stochastic positioning opportunities. The communication processor included in the logical entity is then configured to organize and exchange these positioning opportunity data with the LSU.

一実施形態では、2段階プロセスによると、測位エンジンは、信号処理ユニットと、データ処理ユニットとを含み、信号処理ユニットは位置管理プロセッサから測位機会情報を受信し、位置管理プロセッサは、データ処理ユニットからの位置/追跡関連メタデータ/メトリックと共に、標的の位置及び追跡情報を受信する。各ユニットは、補助/支援情報、及び測位機会に含まれるスナップショットのメタデータを用いる。 In one embodiment, according to a two-step process, the positioning engine includes a signal processing unit and a data processing unit, the signal processing unit receives positioning opportunity information from the position management processor, and the position management processor is the data processing unit. Receives target location and tracking information, along with location / tracking-related metadata / metrics from. Each unit uses auxiliary / support information and snapshot metadata included in the positioning opportunity.

一実施形態では、信号処理ユニットは、1つ以上の通信ネットワーク及び/又は1つ以上の専用位置特定システム(ネットワーク)からのダウンリンク信号及び/又はアップリンク信号のオブザーバブル及びそれらのメトリックを推定するように構成されてよい。 In one embodiment, the signal processing unit estimates observations of downlink and / or uplink signals from one or more communication networks and / or one or more dedicated locating systems (networks) and their metrics. It may be configured to do so.

一実施形態では、信号処理ユニットは、1つ以上の特定のアルゴリズム及び/又は技法を用いて、搬送波周波数オフセット(CFO)を推定するように構成されてよく、これにより、LSUの信号処理ユニットが1つ以上の移動する無線デバイスを追跡し、1つ以上のネットワークのノードと無線デバイスとの間のクロック周波数の不整合を軽減できるようにし得る。CFO推定値を使用して、オブザーバブルが計算されるスナップショットデジタルサンプルを補正する。 In one embodiment, the signal processing unit may be configured to estimate the carrier frequency offset (CFO) using one or more specific algorithms and / or techniques, whereby the signal processing unit of the LSU may be configured. It may be possible to track one or more mobile wireless devices and reduce clock frequency inconsistencies between nodes in one or more networks and wireless devices. The CFO estimate is used to correct the snapshot digital sample from which the observable is calculated.

一実施形態では、データ処理ユニットは、信号処理ユニットの出力、すなわち、オブザーブル/メトリックを使用して、位置確認及び追跡を実行するように構成されてよい。標的の位置測定に加えて、データ処理ユニットは、オブザーブルとそれらの標準偏差値との多数の組み合わせから得られた、複数の位置確認結果の共分散行列を含むメトリックデータを生成する。 In one embodiment, the data processing unit may be configured to perform location and tracking using the output of the signal processing unit, i.e., observer / metric. In addition to target position measurements, the data processing unit produces metric data containing a covariance matrix of multiple position confirmation results obtained from numerous combinations of observers and their standard deviations.

一実施形態では、データ処理ユニットは、1つ以上の通信ネットワーク及び/又は1つ以上の専用位置特定システム(ネットワーク)から得られたオブザーバブル及びそれらのメトリックを用いて、ダウンリンク及びアップリンク測位/追跡を実行するように構成されてよい。データ処理ユニットはまた、1つ以上の通信ネットワーク及び/又は1つ以上の専用位置特定システムからのダウンリンク及び/又はアップリンクオブザーバブル/メトリックの組み合わせ、すなわち、ハイブリッド測位/追跡を使用するように構成されてよい。 In one embodiment, the data processing unit uses observables and their metrics obtained from one or more communication networks and / or one or more dedicated locating systems (networks) for downlink and uplink positioning. / May be configured to perform tracking. Data processing units should also use a combination of downlinks and / or uplink observables / metrics from one or more communication networks and / or one or more dedicated location systems, ie, hybrid positioning / tracking. It may be configured.

一実施形態では、データ処理ユニットは、マルチラテレーション(別名、双曲線測位)、三辺測量、三角測量、及び優れたDOA/AOA/E−CID測位法を用いて、位置測定及びそのメトリックを得てよい。マルチラテレーションは、信頼性メトリックを用いて位置特定コスト関数を形成して、コスト関数の最小(例えば、位置測定)を識別する確率を増加させることによって更に強化される。 In one embodiment, the data processing unit uses multilateration (also known as hyperbolic positioning), trilateration, triangulation, and excellent DOA / AOA / E-CID positioning methods to obtain position measurements and their metrics. You can. Multilateration is further enhanced by forming a location-specific cost function using reliability metrics to increase the probability of identifying the minimum cost function (eg, position measurement).

一実施形態では、信号ユニット及びデータ処理ユニットは、確率的位置特定アルゴリズムを実行して、無線デバイスの位置測定を決定する、すなわち、1つ以上の無線デバイス及び/又は1つ以上のネットワーク要素の論理エンティティからの確率測位情報を用いて、1工程の位置特定プロセスを実行するように構成されてよい。 In one embodiment, the signaling unit and the data processing unit perform a probabilistic locating algorithm to determine the positioning of the wireless device, i.e., one or more wireless devices and / or one or more network elements. It may be configured to execute a one-step positioning process using the stochastic positioning information from the logical entity.

無線ネットワーク配備では、無線デバイス(UE)の位置を取得するために、少なくとも3つの基準点(2D位置特定の場合)を必要とするマルチラテレーション/三辺測量法を使用できない場合がある。例えば、一部の環境では、2つの高電力セル又はAPのみが配備され、広範囲に大量のRF信号を送り込む。これにより、検出可能な少なくとも3つの基準点に依存するこれらの方法に問題が生じる。この問題を軽減するために、本開示は、ヒューリスティックなアドホック測位/追跡技法を用い、また、共通の測位アルゴリズムを通信ネットワーク信号構造に対して、かつネットワーク環境内で適応させる。 In wireless network deployments, it may not be possible to use multilateration / three-range multilateration, which requires at least three reference points (in the case of 2D position identification) to obtain the position of the wireless device (UE). For example, in some environments, only two high power cells or APs are deployed to deliver large amounts of RF signals over a wide area. This raises issues with these methods, which depend on at least three detectable reference points. To alleviate this problem, the present disclosure uses heuristic ad hoc positioning / tracking techniques and adapts common positioning algorithms to and within the network environment of communication network signals.

一実施形態では、マルチラテレーション/三辺測量法は、全ての検出可能な基準点(ネットワークのノード)のセットを3つ以上のサブセットに分割し、各サブセットの標的位置を決定し、機械学習アルゴリズムなど位置整合アルゴリズムを得られた複数の位置推定に適用することによって標的位置確認を実行することによって、更に向上する。 In one embodiment, the multilateration / trilateration method divides the set of all detectable reference points (nodes of the network) into three or more subsets, determines the target position of each subset, and performs machine learning. It is further improved by performing target position confirmation by applying it to a plurality of position estimates for which a position matching algorithm such as an algorithm has been obtained.

セルラーネットワークでは、本開示の優れたDOA/AOA測位は、上記のE−CID法に基づいている。これは、2つのオブザーバブル(サービングセルによって計算されるラウンドトリップパス遅延(RTT)及びサービングセクタの水平(方位角)ビーム幅)を用いる単一タワーベースのアップリンク位置プロセスである。現在の配備におけるセクタアンテナは、大きい(60度又は120度)水平面ビーム幅を有するため、この方法は精度の欠如に悩まされる。上記のように、本開示独自の改善/適応は、既存のセクタアンテナダイバーシティを用いる(AOA/DOA推定にMIMOセクタアンテナを使用する)。これは、AOAの角度誤差を1度未満に効果的に低減する。しかしながら、2Dで位置測定を得るためには、AOA/DOA推定に加えて、UEからサービングセルまでの距離を把握する必要がある。この距離は、サービングセルによって実行される測定に基づいた、ラウンドトリップタイム(RTT)/タイムアドバンス(TA)推定値から導出されてよい。また、RTT/TAを推定するとき、サービングセル受信機は、電波伝播現象、例えばマルチパスを軽減しない。 In cellular networks, the excellent DOA / AOA positioning of the present disclosure is based on the E-CID method described above. This is a single tower based uplink position process with two observables (round trip path delay (RTT) calculated by the serving cell and horizontal (azimuth) beamwidth of the serving sector). This method suffers from lack of accuracy because the sector antennas in current deployments have large (60 degrees or 120 degrees) horizontal beamwidths. As mentioned above, the improvements / adaptations unique to this disclosure utilize existing sector antenna diversity (using MIMO sector antennas for AOA / DOA estimation). This effectively reduces the AOA angular error to less than 1 degree. However, in order to obtain the position measurement in 2D, it is necessary to grasp the distance from the UE to the serving cell in addition to the AOA / DOA estimation. This distance may be derived from round trip time (RTT) / time advance (TA) estimates based on measurements performed by the serving cell. Also, when estimating RTT / TA, the serving cell receiver does not mitigate radio wave propagation phenomena, such as multipath.

その結果、RTT測定は、必要な精度を欠く場合がある。精度の問題に対処する1つの方法は、本開示のアルゴリズムを用いて、サービングセルと無線デバイス(UE)との間で、ダウンリンクTOAオブザーバブルからの上記の距離(RTTの代わり)を計算することである。この解決策の欠点は、このダウンリンクTOAが一方向の測定であり、サービングセルと無線デバイスとの間の正確な同期を必要とする、すなわち、位置精度がこの同期誤差の影響を受けることである。一方、無線デバイスはサービングセルにロックされ、上記で開示したCFO推定及び補正によるクロック周波数の不整合が低減されるため、この誤差が低減されて、本開示のアルゴリズムによって達成される精度利得を損なわない。 As a result, RTT measurements may lack the required accuracy. One way to address accuracy issues is to use the algorithms of the present disclosure to calculate the above distance (instead of RTT) from the downlink TOA observable between the serving cell and the wireless device (UE). Is. The drawback of this solution is that this downlink TOA is a one-way measurement and requires accurate synchronization between the serving cell and the wireless device, i.e. the position accuracy is affected by this synchronization error. .. On the other hand, the wireless device is locked to the serving cell, reducing the clock frequency mismatch due to the CFO estimation and correction disclosed above, thus reducing this error and not compromising the accuracy gain achieved by the algorithms of the present disclosure. ..

セルラーネットワークでは、タイミングアドバンス(TA)は、信号がUE(無線デバイス)とサービングセルのセクタアンテナタワーとの間を移動する際の伝播遅延を補償するために使用される。サービングセルの基地局は、測定したUEの離隔距離に基づいてTAをUEに割り当てる(図37を参照)。 In cellular networks, timing advance (TA) is used to compensate for propagation delay as the signal travels between the UE (wireless device) and the sector antenna tower of the serving cell. The base station of the serving cell allocates TA to the UE based on the measured distance of the UE (see FIG. 37).

LTEでは、タイミングアドバンスタイプ1の測定(図38を参照)は、ラウンドトリップタイム(RTT)、すなわち、信号のラウンドトリップ伝播遅延に対応する。タイミングアドバンス伝播遅延は、DLOS/ダイレクトパス又は反射パスからのものであってもよく、セルタワーケーブル及び基地局/UE電子機器による伝播遅延を含む。更に、UEは、4倍のTs精度で送信タイミングを調整する(Tsは32.55nsに等しいLTEシステムタイミングである)。 In LTE, timing-advanced type 1 measurements (see FIG. 38) correspond to round trip time (RTT), or round trip propagation delay of the signal. Timing advance propagation delays may be from DLOS / direct paths or reflection paths and include propagation delays from cell tower cables and base stations / UE electronics. Further, the UE adjusts the transmission timing with four times the Ts accuracy (Ts is the LTE system timing equal to 32.55 ns).

タイプ1は、以下のようにeNBにおける送受信タイミング差とUEにおける送受信タイミング差との和として定義される。
TA=TADV=(eNB Rx−Tx時間差)+(UE Rx−Tx時間差)。
したがって、基地局までの距離dは、以下の式を用いて推定される。
d=c(TADV/2)(式中、cは光速である)、又は
d=c(RTT/2)(式中、cは光速である)。
Type 1 is defined as the sum of the transmission / reception timing difference in the eNB and the transmission / reception timing difference in the UE as follows.
TA = TADV = (eNB Rx-Tx time difference) + (UE Rx-Tx time difference).
Therefore, the distance d to the base station is estimated using the following equation.
d = c * (TADV / 2) (in the formula, c is the speed of light) or d = c * (RTT / 2) (in the formula, c is the speed of light).

TA(RTT)はサービングセルから入手可能であり、サービングセクタから独立したUE範囲推定値を表す。しかしながら、UE(無線デバイス)からTAを入手することはできない。その代わりに、UEは、送受信タイミング差、すなわち、UE Rx−Txへのアクセスを提供する。上記から、UEのRx−Tx=RTT−eNB Rx−Txである。しかしながら、図37及び図38から、UE TAが調整されると、サービングセルのeNBのRx−Tx時間差が全てのUEについて同一になる。その結果、UEのRx−Txの測定は、依然としてRTTに対応する。 TA (RTT) is available from the serving cell and represents a UE range estimate independent of the serving sector. However, TA cannot be obtained from the UE (wireless device). Instead, the UE provides a transmit / receive timing difference, i.e., access to the UE Rx-Tx. From the above, Rx-Tx = RTT-eNB Rx-Tx of the UE. However, from FIGS. 37 and 38, when the UE TA is adjusted, the Rx-Tx time difference of the eNB of the serving cell becomes the same for all UEs. As a result, the measurement of Rx-Tx in the UE still corresponds to the RTT.

RTTは、セルタワーアンテナのケーブル長及び基地局の電子機器に応じてバイアスされるTOF/TOA推定値に等しい。 The RTT is equal to the TOF / TOA estimate biased according to the cable length of the cell tower antenna and the electronics of the base station.

一実施形態では、アンテナのケーブル長の伝播遅延は、タワーの高さから推定することができ、基地局の電子機器の伝播遅延は、様々なタワーから収集された統計データから推定することができる。 In one embodiment, the propagation delay of the antenna cable length can be estimated from the height of the tower, and the propagation delay of the base station electronics can be estimated from the statistical data collected from the various towers. ..

ダウンリンク及びアップリンクを組み合わせた測位を使用して、単一のダウンリンク又はアップリンク位置確認の欠点を克服することができる場合が多数存在する。例えば、2つのノードのみからの信号を使用できる環境では、ダウンリンクTOA/TDOAとアップリンクAOA/DOA(サービングBSから)の組み合わせの推定が、セルラーネットワークにおける位置精度/信頼性を改善することができる。これは、追加のアップリンクAOA/DOAの制約が、3未満の基準点(セル)の数から生じる、ダウンリンクのUE(無線デバイス)2D位置特定の曖昧性を低減するためである。 There are many cases in which positioning with a combination of downlinks and uplinks can be used to overcome the shortcomings of a single downlink or uplink location. For example, in an environment where signals from only two nodes can be used, estimating the combination of downlink TOA / TDOA and uplink AOA / DOA (from the serving BS) can improve location accuracy / reliability in cellular networks. can. This is because the additional uplink AOA / DOA constraint reduces the ambiguity of downlink UE (wireless device) 2D positioning resulting from the number of reference points (cells) less than three.

別の例では、AOA/DOA推定からの更なる制約が、上記のヒューリスティックなアドホック測位/追跡技法に対する更なる改善をもたらし得る。 In another example, additional constraints from the AOA / DOA estimate may result in further improvements to the heuristic ad hoc positioning / tracking techniques described above.

更に、3つ以上のノードからのオブザーブルが使用可能である場合であっても、追加のAOA/DOAの制約は、ノード同期誤差、不十分なGDOP、セクタアンテナの座標誤差(高さなど)、補償されていないケーブル遅延誤差(較正誤差)など、マルチラテレーション/三辺測量法に影響を及ぼす多数のネットワークの固有誤差を軽減するのに役立つ。サービングセルのAOA/DOA推定に使用されるMIMOセクタアンテナが時間及び位相コヒーレントであるため、このAOA/DOA推定はこれらの誤差を含まない。注:AOA/DOA LOBは、センサ(アンテナ)の基線と無線デバイスからの入射RFエネルギーとの間の角度に等しい。基線と、例えば真北との間の角度が既知である場合、真の象限方位線(LOB)及び/又はAOAを決定することができる。基線角度誤差はまた、AOA/DOA精度に影響を及ぼし得るが、上記の誤差からの全体的な影響よりも低い。 Furthermore, even if observations from three or more nodes are available, additional AOA / DOA constraints include node synchronization error, inadequate GDOP, sector antenna coordinate error (height, etc.), Helps reduce the inherent errors of many networks that affect multilateration / true-range multilateration, such as uncompensated cable delay errors (calibration errors). This AOA / DOA estimation does not include these errors because the MIMO sector antenna used for the AOA / DOA estimation of the serving cell is time and phase coherent. Note: AOA / DOA LOB is equal to the angle between the baseline of the sensor (antenna) and the incident RF energy from the radio device. If the angle between the baseline and, for example true north, is known, the true quadrant azimuth line (LOB) and / or AOA can be determined. Baseline angle errors can also affect AOA / DOA accuracy, but less than the overall effect from the above errors.

同時に、サービングセル又は無線デバイスから収集されたRTTオブザーバブルはまた、多数の上記のネットワーク固有のエラーの軽減に役立つ、追加のTOF/TOA制約を提供することができる。したがって、ダウンリンク及びアップリンクのハイブリッド測位はまた、位置確認誤差の低減のための追加の制約(AOA/DOA及びRTTのTOF/TOAオブザーブルから)を含んでよい。 At the same time, RTT observables collected from serving cells or wireless devices can also provide additional TOF / TOA constraints that help mitigate a number of network-specific errors described above. Therefore, downlink and uplink hybrid positioning may also include additional constraints (from the AOA / DOA and RTT TOF / TOA observers) for reducing positioning errors.

ハイブリッド測位はまた、2つ以上のネットワークにわたって拡張することができる。例えば、屋内無線デバイスの測位は、WLAN及びセルラーネットワークからのオブザーバブルに基づいて達成され得る。WLAN位置確認RSSI系システムは、非常に一般的であるが、精度は低い。また、アクセスポイント(AP)のクロックが互いに緩くしか同期されていないため、マルチラテレーション法の精度は深刻な影響を受ける。APとデバイスとの間の正確な同期の欠如はまた、TOA/TOF精度を低下させる。正確な位置確認のために、AOA/DOA法は、MIMOアンテナ(典型的には3つ以上の個々のアンテナを用いる)を装備したWLAN APによって決定されたオブザーブルを用いて使用される。 Hybrid positioning can also be extended across two or more networks. For example, positioning of indoor wireless devices can be achieved based on observables from WLANs and cellular networks. The WLAN location confirmation RSSI system is very common, but its accuracy is low. Also, the accuracy of the multilateration method is severely affected because the access point (AP) clocks are only loosely synchronized with each other. Lack of precise synchronization between the AP and the device also reduces TOA / TOF accuracy. For accurate positioning, the AOA / DOA method is used with an observer determined by a WLAN AP equipped with MIMO antennas (typically using three or more individual antennas).

本開示の統合フレームワーク/プラットフォーム及び独自に改善したAOA/DOAアルゴリズムは、LSUの信号処理及びデータ処理ユニットが、1つ以上のAPから正確なLOBを計算できるようにする。その結果、WLANとセルラーネットワークとの組み合わせに基づくこの位置確認ハイブリッドアプローチは、単一ネットワークベースの測位よりも高い精度を有することになる。これは、位置確認を組み合わせることにより、RF伝播現象を無効にする、より良好な空間ダイバーシティがもたらされ、また、固有の個々のネットワークの欠陥が軽減されるためである。 The integrated framework / platform and proprietary improvements of the AOA / DOA algorithms of the present disclosure allow LSU signal processing and data processing units to calculate accurate LOBs from one or more APs. As a result, this location-based hybrid approach, which is based on a combination of WLAN and cellular network, will have higher accuracy than single network-based positioning. This is because the combination of location confirmation provides better spatial diversity that negates the RF propagation phenomenon and also reduces the inherent individual network defects.

本実施形態では、データ処理ユニットは、無線デバイスの位置確認にマルチラテレーション(別名、双曲線測位)を用いてよい。双曲線ナビゲーションは、タイミングの差、すなわち、TDOAオブザーバブルに基づいており、共通クロックを参照しない。データ処理ユニットはまた、上記のオブザーバブルのメトリックを用いて、マルチラテレーション位置測定の曖昧性を軽減し、また、機械学習アルゴリズムなど位置整合アルゴリズムを適用するように構成されてよい。 In this embodiment, the data processing unit may use multilateration (also known as hyperbolic positioning) to locate the wireless device. Hyperbolic navigation is based on timing differences, ie TDOA observables, and does not refer to a common clock. The data processing unit may also be configured to use the observable metrics described above to reduce ambiguity in multilateration position measurements and to apply position matching algorithms such as machine learning algorithms.

マルチラテレーション法は、多数の双曲線(TDOA、セルラーネットワークではRSTD/TDOAとしても知られている)方程式を解くことを伴い、多数の異なるアルゴリズム/アプローチが使用されて正しい解が見出され得る。注:RTOA(相対到来時間)オブザーバブルは、セルラーネットワーク内でのアップリンク位置特定においてTDOAの形態である。 The multilateration method involves solving a large number of hyperbolic (TDOA, also known as RSTD / TDOA in cellular networks) equations, and a number of different algorithms / approaches can be used to find the correct solution. Note: The RTOA (Relative Arrival Time) observable is a form of TDOA in uplink positioning within a cellular network.

未知数よりも多くの方程式が存在する、すなわち、2D位置確認のために4以上の独立したオブザーブルが使用可能である、過剰決定系の状況では、この解は、無線デバイスの位置の初期推定又は「推測」から始まる反復アプローチを含む。次いで、局所線形最小2乗法の位置解を決定することによって、各反復で推定値を改善することができる。 In the context of overdetermined systems, where there are more equations than unknowns, i.e., 4 or more independent observers are available for 2D positioning, this solution is an initial estimation of the position of the radio device or " Includes an iterative approach starting with "guess". Estimates can then be improved at each iteration by determining the position solution of the local linear least squares method.

このアプローチの1つの欠点は、著しい位置誤差をもたらし得る極小値の収束及び/又は不在を保証するために、初期位置推定を最終位置解に近づける必要があることである。一方、過剰決定系の状況は、必要最低限のオブザーバブルのみを使用できる場合、例えば、2D位置特定で3つのみ使用できる場合に生じ得る、曖昧な解及び/又は無縁解の可能性を低減する。 One drawback of this approach is that the initial position estimation needs to be closer to the final position solution to ensure the convergence and / or absence of local values that can result in significant position errors. On the other hand, the overdetermined situation reduces the possibility of ambiguous and / or unrelated solutions that can occur when only the minimum required observables can be used, for example, when only three can be used for 2D positioning. do.

上記から、反復アプローチは、UE位置の正確な初期推定値を有する必要がある。この推定は、上記の開示されたハイブリッド法又は単一ネットワークベースのダウンリンクとアップリンクとを組み合わせた位置確認のうちの1つを用いることによって向上させることができる。 From the above, the iterative approach needs to have an accurate initial estimate of the UE position. This estimation can be improved by using one of the disclosed hybrid methods described above or a combination of single network based downlinks and uplinks.

本開示の統合フレームワーク/プラットフォームの、単一エンティティ、LSUにおける、様々なネットワーク/システムからの包括的なダウンリンク/アップリンク信号の処理能力は、位置特定システムの信頼性及び位置測定精度を改善する、アップリンク−ダウンリンク又はダウンリンク−アップリンク無線測位の組み合わせなど、これまで不可能であった、高度なハイブリッド/融合位置確認を可能にする。 Comprehensive downlink / uplink signal processing capabilities from various networks / systems in a single entity, LSU of the integrated framework / platform of the present disclosure improves the reliability and positioning accuracy of locating systems. Enables advanced hybrid / fusion positioning, such as uplink-downlink or downlink-uplink radio positioning combinations, which was not possible before.

LSUの実施形態の考察に戻ると、LSUの位置管理プロセッサは、シグナリング及び無線デバイスとの情報交換用に構成されている通信プロセッサと、ネットワークの/システムの要素など通信ネットワーク/位置特定システム(ネットワーク)と、を更に含んでよい。シグナリングは、OMA SUPLプロトコル及び/若しくは3GPP LPP/LPPa、又はLPP、LPPa、及びSUPLの組み合わせ、インターネットプロトコルセキュリティ(IPsec)、並びにネットワークとの通信に使用される、若しくは使用され得る他のプロトコル、例えば、セルラーLCS−APプロトコル及び/又はIPSec/IKEv2若しくはプロキシモバイルIPv6プロトコルに則してよい。注:後者のプロトコルは、WiFi、LTEメトロ、及びフェムトセルなどセルラーと他のネットワークとの間のセキュアな相互作用を担う、進化型パケットデータゲートウェイ(ePDG)要素によって用いられる。更に、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 Returning to the consideration of the embodiment of the LSU, the position management processor of the LSU is a communication processor configured for signaling and information exchange with a wireless device, and a communication network / location identification system (network) such as a network / system element. ) And may be further included. Signaling is the OMA SUPL protocol and / or 3GPP LPP / LPPa, or a combination of LPP, LPPa, and SUPL, Internet Protocol Security (IPsec), and other protocols used or can be used to communicate with the network, such as , Cellular LCS-AP protocol and / or IPsec / IKEv2 or proxy mobile IPv6 protocol. Note: The latter protocol is used by the Evolved Packet Data Gateway (ePDG) element, which is responsible for the secure interaction between cellular and other networks, such as WiFi, LTE Metro, and femtocells. In addition, dedicated interfaces and / or protocols may be used.

本実施形態では、通信プロセッサはまた、Word−Wide Reference Network(WWRN)局からワードワイドGPS/GNSS衛星データを収集するように構成されている。注:World Wide Reference Networkは、いわゆる支援データを有する地上監視局である。 In this embodiment, the communication processor is also configured to collect word-wide GPS / GNSS satellite data from the Word-Wide Reference Network (WWRN) station. Note: World Wide Reference Network is a ground surveillance station with so-called support data.

支援データは、無線デバイスの位置決定のために、LSUの測位エンジン(信号処理ユニット及びデータ処理ユニット)によって使用される。 The assistive data is used by LSU's positioning engine (signal processing unit and data processing unit) for positioning the wireless device.

追跡アルゴリズム又はトラッカーは、センサシステムによって報告された個々の物体の位置の履歴及び速度に基づいて、複数の移動物体の将来の位置を予測する能力を提供する。 The tracking algorithm or tracker provides the ability to predict future positions of multiple moving objects based on the history and velocity of individual object positions reported by the sensor system.

本実施形態では、無線デバイス(標的)の位置測定及びその測位機会ごとのそのメトリックが、位置/速度信頼性メトリックなど標的位置及び標的速度を連続的に推定するトラッカーアルゴリズムによって用いられる。したがって、時間の経過(すなわち、多数の測位機会)とともに、追跡アルゴリズムは、位置/速度推定値の標準偏差を減少させ、位置確認精度を改善する。 In this embodiment, the position measurement of the wireless device (target) and its metric for each positioning opportunity are used by a tracker algorithm that continuously estimates the target position and target speed, such as the position / velocity reliability metric. Therefore, over time (ie, a large number of positioning opportunities), the tracking algorithm reduces the standard deviation of position / velocity estimates and improves positioning accuracy.

一実施形態では、データ処理ユニットは、カルマンフィルタ、粒子フィルタ、改良されたα−βフィルタを用いて、位置及び/又は速度推定値を補正/平滑化する、例えば、追跡を実行するように構成されてよい。α−βフィルタは、位置/速度信頼性メトリックを使用して、α−β値を調整する。 In one embodiment, the data processing unit is configured to use a Kalman filter, a particle filter, and an improved α-β filter to correct / smooth position and / or velocity estimates, eg, to perform tracking. It's okay. The α-β filter uses the position / velocity reliability metric to adjust the α-β value.

更に、別の実施形態では、データ処理ユニットはまた、トラッカーの出力(位置測定及びそのメトリック)及び測位機会データに含まれる他の情報からユーザインターフェース(UI)情報を生成するように構成されてよい。 Furthermore, in another embodiment, the data processing unit may also be configured to generate user interface (UI) information from tracker output (position measurements and their metrics) and other information contained in positioning opportunity data. ..

本実施形態では、全てのLSU構成要素/要素(信号ユニット、データ処理ユニット、位置管理プロセッサ、通信プロセッサなど)は、ソフトウェアで実施されてよい。LSU配備(サーバソフトウェア実行)のいくつかの選択肢を以下に列挙する。
1.LSUは、ネットワークのコア及び/又は事業者のIPサービスネットワークの内部に配備されてよい。
2.LSUは、クラウドコンピューティングベースの集中型RAN(C−RAN)ベースバンド処理のエッジ施設にあるセルラーネットワークのサーバに、例えば、進化する4.5G MEC(モバイルエッジコンピューティング)サーバに配備され得、ホスト型アプリケーションとして統合されてよい。注:RANは無線アクセスネットワークである。
3.LSUは、コアネットワークコンピューティングクラウド及び/又は事業者のサービスネットワーククラウド内でホストされる。
4.LSUは、ネットワークのコア及び/又は事業者のIPサービスネットワークの外部に配備され得、1つ以上のネットワークに接続され得る。
5.LSUは、ネットワークのコア及び/又は事業者のIPサービスネットワークの外部に配備されてよく、完全にホストされ、管理されたクラウドサービスであり、セキュアなリモートインターネット接続を介して1つ以上のネットワークに接続される。
6.LSUは、一部のLSU構成要素/要素(信号データ取得及びデータ処理ユニットなど)がインスタンス化され、仮想eNodeBインスタンスと統合されて、又は仮想eNodeBインスタンスに近接して配備される(例えば、同一クラウド処理ユニット上、又はeNodeBインスタンスをサポートするクラウド処理ユニットへの直接インターフェースを有する処理ユニット内で)クラウドRANアーキテクチャ内に配備されてよい。
7.LSUは、スタンドアローンエンティティとして、又は当該無線ネットワークのいくつかの要素と統合される、任意のプライベート無線ネットワーク(無線LAN、Citizens Broadband Radio Service、及びLAAなど)内に配備されてよい。
8.LSUは、E−SMLC又はその変形に組み込まれてよい、又はLSUの位置決定に関連するために、E−SMLCの機能の一部を置き換えることができる。
In this embodiment, all LSU components / elements (signal units, data processing units, location management processors, communication processors, etc.) may be implemented in software. Some options for LSU deployment (server software execution) are listed below.
1. 1. The LSU may be deployed within the core and / or operator's IP service network of the network.
2. LSUs can be deployed on cellular network servers in cloud computing-based centralized RAN (C-RAN) baseband processing edge facilities, such as evolving 4.5G MEC (Mobile Edge Computing) servers. It may be integrated as a hosted application. Note: RAN is a radio access network.
3. 3. LSUs are hosted within the core network computing cloud and / or the operator's service network cloud.
4. The LSU can be deployed outside the core and / or operator's IP service network of the network and can be connected to one or more networks.
5. LSU is a fully hosted and managed cloud service that may be deployed outside the network's core and / or operator's IP service network, to one or more networks via a secure remote internet connection. Be connected.
6. The LSU has some LSU components / elements (such as signal data acquisition and data processing units) instantiated and integrated with the virtual eNodeB instance, or deployed in close proximity to the virtual eNodeB instance (eg, same cloud). It may be deployed within a cloud RAN architecture (on a processing unit or within a processing unit that has a direct interface to a cloud processing unit that supports eNodeB instances).
7. The LSU may be deployed as a stand-alone entity or within any private wireless network (such as a wireless LAN, Citizens Broadband Radio Service, and LAA) that integrates with several elements of the wireless network.
8. The LSU may be incorporated into the E-SMLC or a variant thereof, or may replace some of the functions of the E-SMLC to be involved in the positioning of the LSU.

5番目の選択肢は、a)現在の4G及び次の5Gセルラー無線ネットワーク配備、b)非セルラーネットワーク/システムの配備、及びc)Location−as−a−Service(LaaS)位置確認データ配信をサポートし、それにより、無線デバイスがゲートウェイとして機能して、(LSUによって)保護された物理位置データをサポートする。したがって、この選択肢は、本開示の実施形態である。 Fifth options support a) current 4G and next 5G cellular wireless network deployments, b) non-cellular network / system deployments, and c) Location-as-a-Service (LaaS) location confirmation data delivery. , Thereby, the wireless device acts as a gateway to support protected physical location data (by LSU). Therefore, this option is an embodiment of the present disclosure.

更に、本実施形態は、異種マルチネットワーク及び/又は複数タイプのアクセスノード環境である。マルチネットワーク環境の場合、1つ以上の通信ネットワーク及び/又は位置特定専用システムは、それぞれが特定の用途、例えば、セルラー、WLANなどを果たす、完全に別個のエンティティとして、及び/又はGPS/GNSS、Terrestrial Beaconシステムなど1つ以上の専用の位置特定システムとして存在する。複数タイプのアクセスノードの場合は、HetNet環境と呼ばれる。更に、1つ以上のネットワークとHetNetとを組み合わせる環境もサポートされる。 Further, the present embodiment is a heterogeneous multi-network and / or a plurality of types of access node environment. In a multi-network environment, one or more communication networks and / or dedicated location systems, as completely separate entities, each serving a particular application, eg, cellular, WLAN, etc., and / or GPS / GNSS, It exists as one or more dedicated positioning systems such as the Terrestrial Beacon system. In the case of multiple types of access nodes, it is called a HetNet environment. In addition, an environment that combines one or more networks with HetNet is also supported.

注:HetNetは、無線ネットワークにおける複数タイプのアクセスノードの使用を示す。広域ネットワークは、開放的な屋外環境からオフィスビル、住宅、及び地下圏にわたる幅広い無線カバレッジゾーンを有する環境において無線カバレッジを提供するために、マクロセル、小型セル(マイクロ/ピコ/フェムト)及び/又はDASを使用することができる。 Note: HetNet indicates the use of multiple types of access nodes in a wireless network. Wide area networks provide macrocells, small cells (micro / pico / femto) and / or DAS to provide radio coverage in environments with wide radio coverage zones ranging from open outdoor environments to office buildings, homes, and underground areas. Can be used.

更に、HetNet(異種無線ネットワーク(HWN))という特別なケースもある。HetNetはまた、オペレーティングシステム、ハードウェア、プロトコルなどに関して異なる能力を有する要素/構成要素からなってよく、HWNは、異なる、基盤となる無線アクセス技術(RAT)を使用するデバイスからなる無線ネットワークである。 In addition, there is a special case called HetNet (Heterogeneous Wireless Network (HWN)). HetNet may also consist of elements / components with different capabilities with respect to operating system, hardware, protocol, etc., and HWN is a wireless network consisting of devices that use different underlying wireless access technologies (RATs). ..

現在のマルチネットワーク及び複数タイプのアクセスノード環境を図42に示す。これは、LTE及びWi−Fi無線通信ネットワークに加えて、GPS/GNSS及びTerrestrial Beacon専用位置特定システムを含む。 The current multi-network and multiple types of access node environments are shown in FIG. This includes GPS / GNSS and Terrestrial Beacon dedicated locating systems, in addition to LTE and Wi-Fi wireless communication networks.

様々なノードタイプとしては、基地局4203を備えたマクロセル4202、メトロセル4204、小型セル:屋外/キャンバス−4204、屋内−4214;WLAN AP4218、アクティブDAS(室内/キャンパス)−4230及びパッシブDAS(屋内のみ)−4224;Terrestrial Beacon4208及びLMU(位置測定/管理ユニット):屋内−4220、屋外−4210、また、マクロセルの基地局4203に存在し得る統合LMU(図示せず)が挙げられる。LMUは、DAS基地局(BS)4225と統合されていないことに留意されたい。 Various node types include Macrocell 4202 with Base Station 4203, Metrocell 4204, Small Cell: Outdoor / Canvas-4204, Indoor-4214; WLAN AP4218, Active DAS (Indoor / Campus) -4230 and Passive DAS (Indoor Only) ) -4224; Terrestrial Beacon 4208 and LMUs (Position Measurement / Management Units): Indoors-4220, Outdoors-4210, and Integrated LMUs (not shown) that may be present at Macrocell base station 4203. Note that LMU is not integrated with DAS Base Station (BS) 4225.

また、図42には、UEとしても知られている無線デバイス4260が示されており、これは、ハンドセット、無線IoTセンサ、又はタグであってよい。無線デバイス4260はまた、GPS/GNSS衛星4250からダウンリンク送信を受信する。 Also shown in FIG. 42 is a wireless device 4260, also known as a UE, which may be a handset, wireless IoT sensor, or tag. The wireless device 4260 also receives downlink transmissions from the GPS / GNSS satellite 4250.

現在のLTE EPC(進化型パケットコア)を図43Aに示す。図43Aには、ネットワークのコアIPサービスネットワーク4306及び位置サービス(LCS)タスクを管理/サポートすることができる及びIPサービスネットワークのエンティティ4308が含まれる。また、他のエンティティも含まれ得る。IPサービスネットワーク4306及びIPサービスネットワークのエンティティ4308はEPCの一部ではない。 The current LTE EPC (Evolved Packet Core) is shown in FIG. 43A. FIG. 43A includes the core IP service network 4306 of the network and the entity 4308 of the IP service network capable of managing / supporting location services (LCS) tasks. It may also include other entities. The IP service network 4306 and the IP service network entity 4308 are not part of the EPC.

図43Aによると、上記のノードは、バックホールネットワーク4240(図42)を介してLTE EPC(進化型パケットコア)と接続される。図42のバックホールは、EPCへの小型セル、メトロセル、及びWi−Fi接続をサポートする1つ以上のゲートウェイ/アグリゲーションポイント4242を含む。例えば、WLANコントローラ4216は、ePDG(進化型パケットデータゲートウェイ)を介して、EPC構成要素、つまりPGW4304に接続されている。バックホールネットワークはまた、ノードとLSUとの間の接続もサポートし得る。GPS/GNSSシステムの一部であるWWRN4252は、EPC構成要素と通信している。 According to FIG. 43A, the node is connected to an LTE EPC (evolved packet core) via a backhaul network 4240 (FIG. 42). The backhaul of FIG. 42 includes a small cell to the EPC, a metro cell, and one or more gateway / aggregation points 4242 that support Wi-Fi connectivity. For example, the WLAN controller 4216 is connected to an EPC component, or PGW 4304, via an ePDG (Evolved Packet Data Gateway). Backhaul networks may also support connections between nodes and LSUs. The WWRN4252, which is part of the GPS / GNSS system, communicates with the EPC components.

図43Aに示すように、マクロセルのバックホール接続は、EPC MME4305及びSGW4303構成要素で終端する。メトロセル、小型セル及び/又は小型セルコントローラ4212からのデータは、ゲートウェイ/アグリゲーションポイント4242を通過し、その後、MME4305/SGW4303に到達する。同時に、WLANコントローラ4216からのデータは、バックホールゲートウェイ4242を通過した後、PGW4304で終端する。LMUの屋内4220及び/又は屋外4210ノードは、E−SMLC4309構成要素、並びに必要な衛星/システム支援情報をE−SMLCに提供するWWRN4252と通信しており、次いで、E−SMLCはこの情報を無線デバイスに流す、又はAGPS/AGNSSモードで標的の位置測定が決定されるときに、この情報を用いてよい。 As shown in FIG. 43A, the macrocell backhaul connection terminates at the EPC MME4305 and SGW4303 components. Data from the metrocell, small cell and / or small cell controller 4212 passes through the gateway / aggregation point 4242 and then reaches the MME4305 / SGW4303. At the same time, the data from the WLAN controller 4216 passes through the backhaul gateway 4242 and then terminates at PGW 4304. The LMU indoor 4220 and / or outdoor 4210 nodes are communicating with the E-SMLC4309 component and the WWRN4252 that provides the E-SMLC with the necessary satellite / system support information, which is then wirelessly transmitted by the E-SMLC. This information may be used when flowing to the device or determining the position measurement of the target in AGPS / AGNSS mode.

本実施形態の特定の動作モードを以下に列挙する。現在の位置特定アーキテクチャとは異なり、本実施形態では、E−SMLC4309も、本開示のUE4260も無線デバイス位置計算を実行していない。同様に、本開示のLMUネットワーク要素も、無線デバイス位置計算を実行していない。また、UEもLMUも、オブザーバブル及びそれらのメトリックを計算していない。更に、現在のアーキテクチャでは、補助/支援情報は、E−SMLCによって収集され、配布されるが、本実施形態のアーキテクチャでは、この情報は、本開示のLSUによって収集され、配布される。 The specific operation modes of this embodiment are listed below. Unlike current location-specific architectures, neither the E-SMLC4309 nor the UE 4260 of the present disclosure perform wireless device position calculations in this embodiment. Similarly, the LMU network elements of the present disclosure do not perform wireless device location calculations. Also, neither the UE nor the LMU have calculated observables and their metrics. Further, in the current architecture, auxiliary / support information is collected and distributed by E-SMLC, whereas in the architecture of this embodiment, this information is collected and distributed by the LSU of the present disclosure.

コマンド及び制御/ステータスメッセージ交換に関しては、業界標準インターフェース/プロトコル/プロシージャ、例えばOMA SUPL又は3GPP(E−SMLCを介して)、又はMQTTなど代替プロトコルに則してよい。また、専用インターフェース及び/又はプロトコル/プロシージャも用いられ得る。 For command and control / status message exchange, industry standard interfaces / protocols / procedures, such as OMA SUPL or 3GPP (via E-SMLC), or alternative protocols such as MQTT may be followed. Dedicated interfaces and / or protocols / procedures may also be used.

1.ダウンリンク位置確認: 1. 1. Downlink location confirmation:

GPS/GNSSを含むダウンリンク測位機会データパケットは、(デバイスに常駐する本開示の論理エンティティによって)無線デバイスからLSUに送信される。これらのデータパケットは、LPP(LTE測位プロトコル)を拡張して、本開示の測位機会情報を伝達することによって、LTEユーザプレーン上で転送されてよい。 Downlink positioning opportunity data packets, including GPS / GNSS, are transmitted from the wireless device to the LSU (by the logical entity of the disclosure residing on the device). These data packets may be forwarded on the LTE user plane by extending the LPP (LTE Positioning Protocol) to convey the positioning opportunity information of the present disclosure.

現在、LPPは、UEとネットワーク化コア要素との間でのデータ交換に使用され、OMA Secure User Plane Location Architecture(SUPL)の場合には、拡張LPP(LPPe)が、UEとSUPL位置プラットフォーム(SLP)との間でのデータ交換に用いられる。(LPPeを用いる)この通信方法はまた、必要に応じてLSUによって使用されて、本開示の無線デバイスに支援/補助情報を提供することができる。 Currently, LPPs are used for data exchange between UEs and networking core elements, and in the case of OMA Secure User Plane Location Architecture (SUPL), extended LPPs (LPPes) are UEs and SUPL location platforms (SLPs). ) Is used for data exchange. This communication method (using LPPe) can also be used by LSU as needed to provide assistive / auxiliary information to the wireless devices of the present disclosure.

あるいは、データパケットは、バックホールゲートウェイを介してEPCデータ(ユーザ)プレーンに接続されたWi−Fiなど、任意の他の形態のセキュアなデータベアラを介して転送されてよい。他のWi−Fi選択肢としては、3GPP LTE−WLAN Aggregation(LWA)又は3GPP LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel(LWIP)技術を用いることが挙げられる。 Alternatively, the data packet may be forwarded via any other form of secure data bearer, such as Wi-Fi connected to the EPC data (user) plane via a backhaul gateway. Other Wi-Fi options include using 3GPP LTE-WLAN Aggregation (LWA) or 3GPP LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel (LWIP) technology.

別の選択肢は、Amazon Web Services(AWS)IoT、Google Cloud、又はAT&T M2xなどInternet of Thing(IoT)プラットフォームを介してUEとLSUとの間でデータパケットを交換することである。 Another option is to exchange data packets between the UE and LSU via an Internet of Things (IoT) platform such as Amazon Web Services (AWS) IoT, Google Cloud, or AT & T M2x.

更に、本開示の無線デバイス(UE)がLSUにデータを渡す(LSUとデータを交換する)別の方法は、MQTTのようなプロトコルを使用することである。MQTTは、マシン同士(M2M)の軽量通信用に設計されたパブリッシュ/サブスクライブメッセージプロトコルである。これは、Amazon Web Services、Azure、及び多くの他のクラウドベースのソリューションによって使用されている。更なる選択肢としては、Advanced Message Queuing Protocol(AMQP)、Streaming Text Oriented Messaging Protocol(STOMP)、IETF Constrained Application Protocol、XMPP、DDS、OPC UA、及びWeb Application Messaging Protocol(WAMP)が挙げられる。 Furthermore, another way for the wireless device (UE) of the present disclosure to pass data to the LSU (exchange data with the LSU) is to use a protocol such as MQTT. MQTT is a publish / subscribe message protocol designed for lightweight communication between machines (M2M). It is used by Amazon Web Services, Azure, and many other cloud-based solutions. Further options include Advanced Message Queuing Protocol (AMQP), Streaming Text Oriented Messaging Protocol (STOMP), IETF Constrained Application Protocol (STOMP), IETF Constrained Application Application and Protocol, XMPPP, DS.

このようなパブリッシュ/サブスクライブメカニズムの1つの利点は、位置サーバ(LSU)が、UE IMSI若しくはIMEI、又はそのIPアドレスなどセルラーネットワークのUE識別子を把握する必要がないことである。その代わりに、全ての通信は、位置サービスによって定義され、管理される識別子を使用する。通信は、3G、4G、5G、及び/又はWi−Fiなどにわたって等しく行われ得る。実のところ、通信がセルラーネットワークを使用する必要はない。通信は、インターネット接続を提供する任意のタイプの接続を使用してよい。 One advantage of such a publish / subscribe mechanism is that the location server (LSU) does not need to know the UE identifier of the cellular network, such as the UE IMSI or IMEI, or its IP address. Instead, all communications use identifiers defined and managed by location services. Communication can occur equally over 3G, 4G, 5G, and / or Wi-Fi and the like. In fact, communication does not have to use a cellular network. Communication may use any type of connection that provides an internet connection.

更に、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 In addition, dedicated interfaces and / or protocols may be used.

2.アップリンク位置確認: 2. Uplink position confirmation:

その現在の形態では、LMUは、アップリンク基準信号を受信して処理し、TDOAの一形態、つまりRTOA(相対到来時間)オブザーバブル(別名、アップリンク測定値)を計算することに完全に特化した、複雑なスタンドアローンデバイスである。LTE規格リリース11及びそれ以降は、LMU及びeNodeBの統合を規定しているが、現在の形態では、LMUは、eNodeB及び/又は他のデバイスに容易に統合されない。 In its current form, the LMU is entirely special in receiving and processing an uplink reference signal to calculate a form of TDOA, an RTOA (relative arrival time) observable (also known as an uplink measurement). It is a complex, stand-alone device. LTE standard release 11 and beyond specify the integration of LMU and eNodeB, but in the current form, LMU is not easily integrated into eNodeB and / or other devices.

一方、本開示のLMU論理エンティティを実行するネットワークの要素については、ごく少量の計算負荷を提示する複雑性の低いタスク(労力)である。これにより、全てのタイプのeNodeB、つまり、マクロセル、小型セル、メトロセル、並びにWLAN AP、アクティブDASヘッドエンドユニットなど他のデバイスとLMU論理エンティティとを統合するための容易なパスが可能になる。更に、本開示のスタンドアローン(屋内/屋外)LMUの複雑性、コスト、及び電力消費が大幅に低減される。 On the other hand, the element of the network that executes the LMU logical entity of the present disclosure is a low-complexity task (labor) that presents a very small computational load. This allows for all types of eNodeBs, i.e. macrocells, small cells, metrocells, and easy paths to integrate LMU logical entities with other devices such as WLAN APs, active DAS headend units. In addition, the complexity, cost, and power consumption of the stand-alone (indoor / outdoor) LMUs of the present disclosure are significantly reduced.

したがって、本実施形態では、アップリンク測位機会データパケットは、(LMUの常駐論理エンティティによって)本開示のLMUと統合されたネットワーク要素からLSUに送信される。同時に、アップリンク測位機会データパケットはまた、本開示のスタンドアローン(屋内/屋外)LMUからも送信される。 Therefore, in this embodiment, the uplink positioning opportunity data packet is transmitted to the LSU from a network element integrated with the LMU of the present disclosure (by the resident logical entity of the LMU). At the same time, the uplink positioning opportunity data packet is also transmitted from the stand-alone (indoor / outdoor) LMU of the present disclosure.

現在のアップリンクアーキテクチャでは、LMUは、SLm interface Application Protocol(SLmAP)を使用して、SLmインターフェース(図43Aを参照)を介してE−SMLCとデータパケットを交換している。したがって、データパケットは、SLMインターフェースを使用してLSUに直接転送され、SLmAPを拡張して測位機会情報を伝達してよい。この通信方法はまた、必要に応じてLSUによって使用されて、本開示のLMUに支援/補助情報を提供することができる。 In the current uplink architecture, the LMU uses the SLm interface Application Protocol (SLmAP) to exchange data packets with the E-SMLC via the SLm interface (see Figure 43A). Therefore, the data packet may be forwarded directly to the LSU using the SLM interface and the SLmAP may be extended to convey positioning opportunity information. This communication method can also be used by the LSU as needed to provide assistive / auxiliary information to the LMUs of the present disclosure.

あるいは、測位機会データパケットは、インターネット接続、例えば、インターネットプロトコルセキュリティ(IPsec)を提供する接続を介して、別の形態のセキュアなデータベアラを介して転送されてよい。更に、アップリンク測位機会データは、本開示の無線デバイス論理エンティティを介してLSUに送信されてよい。通信は、3G、4G、5G、及び/又はWi−Fiなどにわたって行われ得る。このアプローチの欠点は、使用可能な帯域幅に対する追加オーバーヘッド(負荷)である。 Alternatively, the positioning opportunity data packet may be forwarded through another form of secure data bearer over an internet connection, eg, a connection that provides internet protocol security (IPsec). Further, the uplink positioning opportunity data may be transmitted to the LSU via the wireless device logical entity of the present disclosure. Communication may take place over 3G, 4G, 5G, and / or Wi-Fi and the like. The drawback of this approach is the additional overhead (load) on the available bandwidth.

別の選択肢は、Amazon Web Services(AWS)IoT、Google Cloud、AT&T M2x、Azure及び多くの他のクラウドベースのソリューションを介して、本開示のLMUとLSUとの間でデータパケットを直接交換することである。 Another option is to exchange data packets directly between the LMUs and LSUs of the present disclosure via Amazon Web Services (AWS) IoT, Google Cloud, AT & T M2x, Azure and many other cloud-based solutions. Is.

更に、別の選択肢は、ダウンリンクアプローチに類似であり、本開示のLMUは、Amazon Web Services、Azure、及び多くの他のクラウドベースのソリューションを用いて、MQTTなどのプロトコルを使用することによって、LSUとデータを交換することである。 Yet another option is similar to the downlink approach, where the LMUs of the present disclosure use protocols such as MQTT with Amazon Web Services, Azure, and many other cloud-based solutions. To exchange data with LSU.

本開示のLMUとLSUとの間に確立された通信リンクを用いて、アップリンク位置確認は、本開示のLMUを、マクロセルのeNodeB4203、アクティブDASヘッドエンドユニット4231、小型セル4214/4206、メトロセル4204、及びWLAN AP4218に統合して達成され得る。 Using the communication link established between the LMUs of the present disclosure and the LSUs, the uplink position confirmation uses the LMUs of the present disclosure as macrocell eNodeB 4203, active DAS headend unit 4231, small cell 4214/4206, metro cell 4204. , And can be achieved by integrating with WLAN AP4218.

3.本開示のLSU接続: 3. 3. LSU connection of the present disclosure:

図43B及び図43Cは、LSUの実施形態の接続を示す。本実施形態では、LSUとの全ての通信はインターネットを介して行われ、この接続はセキュアであり、例えば、IPsecを介すると想定される。他のオプションも使用されてもよい(上記のダウンリンク及びアップリンクに関する説明を参照)。 43B and 43C show the connections of the LSU embodiments. In this embodiment, all communication with the LSU is via the Internet, and this connection is assumed to be secure, eg, via IPsec. Other options may also be used (see downlink and uplink descriptions above).

一実施形態では、測位機能の全ては、ネットワークのコア(EPC)及び/又はコアIPサービスネットワーク4306の外部にある単一のエンティティ(LSU)に属する。したがって、いくつかの実施形態で説明するように、信号処理、位置確認、追跡、及びナビゲーションの全てがLSU内で実行される。更に、本実施形態のアーキテクチャでは、支援/補助情報はまた、バックホールネットワークを介して受信されたWWRNからのデータを含めて、LSUによって収集され、配信される。注:WWRNはGPS/GNSSシステムの一部である。 In one embodiment, all positioning functions belong to a single entity (LSU) outside the core (EPC) and / or core IP service network 4306 of the network. Therefore, signal processing, location identification, tracking, and navigation are all performed within the LSU, as described in some embodiments. Further, in the architecture of this embodiment, the support / auxiliary information is also collected and distributed by the LSU, including data from the WWRN received via the backhaul network. Note: WWRN is part of the GPS / GNSS system.

LSUはまた、測位機会データパケット及び他の情報を、本開示による1つ以上のスタンドアローンLMU及び/又は本開示の1つ以上の統合型LMUと交換する。同時に、LSUは、測位機会データパケット及び他の情報を、本開示の1つ以上の無線デバイスと交換する。 The LSU also exchanges positioning opportunity data packets and other information with one or more stand-alone LMUs according to the present disclosure and / or one or more integrated LMUs according to the present disclosure. At the same time, LSU exchanges positioning opportunity data packets and other information with one or more wireless devices of the present disclosure.

ここでは、データパケット及び他の情報の交換は、IPプロトコルを介して、及び独自の形式で実行することができる。あるいは、データパケット及び他の情報は、Amazon Web Services(AWS)、Google Cloud、AT&T M2x、Azure、及び多くの他のクラウドベースのソリューションなどプラットフォームを介して交換され得る。更に、データパケット及び他の情報交換には、MQTTのようなプロトコルも使用することができる。他の選択肢としては、Advanced Message Queuing Protocol(AMQP)、Streaming Text Oriented Messaging Protocol(STOMP)などが挙げられる。また、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 Here, the exchange of data packets and other information can be performed via the IP protocol and in its own form. Alternatively, data packets and other information can be exchanged via platforms such as Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, AT & TM2x, Azure, and many other cloud-based solutions. In addition, protocols such as MQTT can be used for data packets and other information exchanges. Other options include Advanced Message Queuing Protocol (AMQP), Streaming Text Oriented Messaging Protocol (STOMP), and the like. Dedicated interfaces and / or protocols may also be used.

一実施形態(図43C)では、上記のLSUデータパケットの全て及び他の情報交換は、IPサービスネットワークエンティティ4308を介して実行されてよい。 In one embodiment (FIG. 43C), all and other information exchange of the above LSU data packets may be performed via the IP service network entity 4308.

別の実施形態(図43B)では、1つ以上のLMU及びLSUと他の情報源との間の通信リンクは、IPサービスネットワークエンティティ4308を使用しない。したがって、バックホールネットワークはまた、1つ以上のネットワークノードと本開示のLSUとの間の直接接続をサポートしてよい。 In another embodiment (FIG. 43B), the communication link between one or more LMUs and LSUs and other sources does not use the IP service network entity 4308. Therefore, the backhaul network may also support a direct connection between one or more network nodes and the LSUs of the present disclosure.

本実施形態では、ユニット4308は、本開示のLSUと本開示のモバイルデバイス及び/又は1つ以上のネットワークの要素、例えばLMUとの間でデータパケット及び他の情報交換をチャネリングする。例えば、プロトコルトンネル技法を用いるなど、この情報交換をチャネリングする方法はいくつか存在する。 In this embodiment, unit 4308 channels data packets and other information exchanges between the LSUs of the present disclosure and the mobile devices and / or one or more network elements of the present disclosure, such as the LMUs. There are several ways to channel this information exchange, for example using protocol tunneling techniques.

IPサービスネットワークエンティティ4308の実施形態は、MNOに依存する。MNOは、無線サービスプロバイダ、無線通信事業者、携帯電話会社などとしても知られている移動体通信事業者である。したがって、本開示のLSU及びユニット4308コマンド/制御通信インターフェースは、MNO専用であってよい。 The embodiment of IP service network entity 4308 depends on the MNO. MNOs are mobile operators, also known as wireless service providers, wireless operators, mobile operators, and the like. Therefore, the LSU and unit 4308 command / control communication interface of the present disclosure may be dedicated to the MNO.

4.E−SMLC: 4. E-SMLC:

本実施形態では、本開示のLSUは、本質的にE−SMLC4309の機能を引き継ぐが、3GPP規格インターフェース/プロトコル/プロシージャに則してE−SMLCを介して実行され得るコマンド及び制御/ステータスメッセージ交換については例外が存在する可能性がある。同時に、これらのタスクは、OMA SUPLアプローチに基づいて、又はMQTTプロトコルのような代替策を用いることによって実行することができる。加えて、この目的で、専用インターフェース及び/又はプロトコル/プロシージャも用いられ得る。したがって、コマンド及び制御/ステータスメッセージの交換にE−SMLCを用いる必要はない。 In this embodiment, the LSU of the present disclosure essentially inherits the functionality of the E-SMLC4309, but commands and control / status message exchanges that can be performed via the E-SMLC in accordance with 3GPP standard interfaces / protocols / procedures. There may be exceptions for. At the same time, these tasks can be performed based on the OMA SUPL approach or by using alternatives such as the MQTT protocol. In addition, dedicated interfaces and / or protocols / procedures may be used for this purpose. Therefore, it is not necessary to use E-SMLC for exchanging commands and control / status messages.

別の考えられる例外は、1つ以上のeNodeBからの支援/補助情報が無線デバイスの位置確認に必要とされる場合である。注:E−SMLCは、LTE Positioning Protocol A(LPPa)を使用してこの情報を取得する。この場合も、LSUは、他の手段によってこの情報を取得するように構成されてよい。 Another possible exception is when support / auxiliary information from one or more eNodeBs is required to locate the wireless device. Note: E-SMLC uses LTE Positioning Protocol A (LPPa) to obtain this information. Again, the LSU may be configured to obtain this information by other means.

しかしながら、段階的な実施中には、E−SMLCサービスの一部を用いる必要があり得る。これは、ネットワークの要素であるE−SMLCに、本開示の論理エンティティである、上記の支援/補助情報を収集し、記憶するように構成された、図43B、図43C、及び図43Dの中継エンティティ4310を含めることによって達成され得る。中継エンティティはまた、この情報をLSUに配信するように構成されてよい。また、中継論理エンティティは、3GPP規格に則してE−SMLCを介して実行される、上記のコマンド及び制御/ステータスメッセージの交換をサポートするように構成されてよい。 However, it may be necessary to use some of the E-SMLC services during the phased implementation. It is a relay of FIGS. 43B, 43C, and 43D configured to collect and store the above-mentioned support / auxiliary information, which is the logical entity of the present disclosure, in E-SMLC, which is an element of the network. It can be achieved by including entity 4310. The relay entity may also be configured to deliver this information to the LSU. Also, the relay logic entity may be configured to support the exchange of the above commands and control / status messages executed via E-SMLC in accordance with the 3GPP standard.

中継論理エンティティ及びLSUは、上記のパート3における本開示のLSU接続に関する説明に一致するIPサービスネットワークエンティティ4308を介して、又はIPサービスネットワークエンティティ4308を用いずに直接、上記のパート3の説明と同じ手段/方法によって通信することができる。また、専用インターフェース及びプロトコルも用いられ得る。 The relay logical entity and the LSU are with the description of Part 3 above, either through the IP Service Network Entity 4308, which is consistent with the description of the LSU connection of the present disclosure in Part 3 above, or directly without the IP Service Network Entity 4308. You can communicate by the same means / methods. Dedicated interfaces and protocols may also be used.

上記の説明に基づくと、以下のとおりとなる。
1.一実施形態では、LSU位置管理プロセッサは、E−SMLCとの相互作用を伴って、又は伴わずに、1つ以上のeNodeBから支援/補助情報を取得するように構成されてよい。
2.一実施形態では、LSU位置管理プロセッサは、E−SMLCとの相互作用を伴って、又は伴わずに、3GPP規格のとおりにコマンド及び制御/ステータスメッセージの交換をサポートするように構成されてよい。
Based on the above explanation, it is as follows.
1. 1. In one embodiment, the LSU location management processor may be configured to obtain assistive / auxiliary information from one or more eNodeBs with or without interaction with E-SMLC.
2. In one embodiment, the LSU location management processor may be configured to support the exchange of commands and control / status messages as per the 3GPP standard, with or without interaction with E-SMLC.

更に、一実施形態では、本開示のLSU位置管理プロセッサは、測位機会データパケット及び他の情報を本開示の1つ以上のLMU及び本開示の1つ以上の無線デバイスと交換し、また、支援/補助情報の全てをE−SMLCを介して交換し、E−SMLCとのコマンド及び制御/ステータスメッセージの交換をサポートするように構成されてよい。 Further, in one embodiment, the LSU location management processor of the present disclosure exchanges and assists positioning opportunity data packets and other information with one or more LMUs of the present disclosure and one or more wireless devices of the present disclosure. / All auxiliary information may be exchanged via E-SMLC to support the exchange of command and control / status messages with E-SMLC.

このような実施形態が図43Dに図示されており、測位機会データパケットの全て及びLSUに送信される支援/補助情報など他の情報を収集するように構成された、上記の中継エンティティを用いる。中継エンティティはまた、本開示のLSUとE−SMLCとの間の通信を担うであろう。 Such an embodiment is illustrated in FIG. 43D and uses the relay entity described above configured to collect all of the positioning opportunity data packets and other information such as assistive / auxiliary information transmitted to the LSU. The relay entity will also be responsible for the communication between the LSU and E-SMLC of the present disclosure.

本実施形態によると、現在(E−SMLCによって)用いられている通信プロトコルが拡張されて、LPP、SLmAP、及びLPPaプロトコルなど本開示の測位機会形式(データ)をサポートしてよい。 According to this embodiment, the communication protocol currently used (by E-SMLC) may be extended to support the positioning opportunity formats (data) of the present disclosure, such as the LPP, SLmAP, and LPPa protocols.

この実施形態によると、中継論理エンティティと本開示のLSUとの間の全ての通信はインターネット上で行われ、この接続はセキュアである。他の選択肢も使用されてよい(上記の説明を参照)。また、専用インターフェース及びプロトコルも用いられ得る。 According to this embodiment, all communication between the relay logic entity and the LSU of the present disclosure takes place over the Internet and this connection is secure. Other options may be used (see description above). Dedicated interfaces and protocols may also be used.

本実施形態によると、本開示の中継エンティティ及びLSUは、上記のパート3における本開示のLSU接続に関する説明に一致するIPサービスネットワークエンティティ4308を介して、又はIPサービスネットワークエンティティ4308を用いずに直接、上記のパート3の説明と同じ手段/方法によって通信することができる。 According to this embodiment, the relay entities and LSUs of the present disclosure are directly through or without the IP service network entity 4308, which is consistent with the description of the LSU connection of the present disclosure in Part 3 above. , Can be communicated by the same means / methods as described in Part 3 above.

別の実施形態では、本開示のLSUの測位エンジン(信号処理及びデータ処理ユニット)機能は、E−SMLCと統合される。この実施形態によると、LSU機能は、EPC構成要素であるE−SMLCにおいて実行される。 In another embodiment, the LSU positioning engine (signal processing and data processing unit) function of the present disclosure is integrated with E-SMLC. According to this embodiment, the LSU function is performed in the EPC component E-SMLC.

統一フレームワーク/プラットフォームの実施形態を図44に示す。これは、マルチネットワーク及びマルチタイプのアクセスノード環境であり、LTE及びWi−Fi無線通信ネットワークに加えて、GPS/GNSS及びTerrestrial Beacon専用位置特定システムを含む。 An embodiment of the unified framework / platform is shown in FIG. This is a multi-network and multi-type access node environment, including LTE and Wi-Fi wireless communication networks, as well as GPS / GNSS and Terrestrial Beacon dedicated locating systems.

図42に示す現在の環境とは異なり、本実施形態は、マクロセルのeNodeB4403、アクティブDAS(4430)ヘッドエンドユニット4431、小型セル:屋内4414(小型セルコントローラ4412)及び屋外4406、メトロセル4404及びWLAN AP4418(WLANコントローラ4416)、本開示のスタンドアローンLMU:屋内4120及び屋外4110に統合された本開示のLMUをサポートする。本開示のLMUは、DAS基地局(BS)4425と統合されていないことに留意されたい。 Unlike the current environment shown in FIG. 42, the present embodiment includes macrocell eNodeB 4403, active DAS (4430) headend unit 4431, small cells: indoor 4414 (small cell controller 4412) and outdoor 4406, metro cell 4404 and WLAN AP4418. (WLAN controller 4416), Stand-alone LMU of the present disclosure: Supports the LMU of the present disclosure integrated into the indoor 4120 and outdoor 4110. Note that the LMUs in this disclosure are not integrated with DAS Base Station (BS) 4425.

また、図44には、UEとしても知られている無線デバイス4460が示されており、これは、ハンドセット、無線IoTセンサ、又はタグであってよい。IOTセンサは、追跡を必要とする物体に埋め込まれ得る。無線デバイス4460はまた、GPS/GNSS衛星4450からダウンリンク送信を受信する。 Also shown in FIG. 44 is a wireless device 4460, also known as a UE, which may be a handset, wireless IoT sensor, or tag. The IOT sensor can be embedded in an object that requires tracking. The wireless device 4460 also receives downlink transmissions from the GPS / GNSS satellite 4450.

これらの要素と本開示のLSUとの間の通信は、バックホール4440を介して、EPCの外部で、すなわちEPC要素のいずれも関与せずに行われる。これらの通信リンクを青色で示す。 Communication between these elements and the LSUs of the present disclosure is carried out via the backhaul 4440, outside the EPC, i.e. without the involvement of any of the EPC elements. These communication links are shown in blue.

また、Word−Wide Reference Network(WWRN4452)と本開示のLSUとの間の通信(データ)は、バックホール4440を介してEPCの外部で行われる。この通信リンクも青色で示す。 Further, the communication (data) between the Word-Wide Reference Network (WWRN4452) and the LSU of the present disclosure is performed outside the EPC via the backhaul 4440. This communication link is also shown in blue.

上記の開示によると、ネットワーク中心のアーキテクチャは、LaaSデータ配信をサポートし、全ての信号処理及び位置推定がクラウド内、すなわち、UE及び/又はeNodeBの外部で行われる場合の5G及び他のネットワーク用に設計されると記載されている。これをどのように行うことができるかに関して、いくつかの選択肢が存在する。アップリンク位置特定の場合、関連するUE基準信号の送信は、eNodeBによって収集/前処理され、位置特定サーバユニット(LSU)に転送されて更に処理され、UEの位置を決定することができる。ダウンリンク(OTDOA)の場合、ダウンリンク基準信号の収集及び前処理のタスクは、UEによって実行されてよい。次いで、UEは、収集したダウンリンクデータをLSUに送信してよい。ダウンリンク(OTDOA)の場合、UEはまた、制御プレーン及び/又はLTEユーザプレーンを使用して、LSUとの通信を処理してよい。したがって、シグナリングは、OMA Secure User Plane Location(SUPL)プロトコル及び/又は3GPP、例えばLTE Positioning Protocol(LPP)に則してよい。アップリンクAoA/DoAの場合、eNodeBは、LPPa及びSLmAP(SLmアプリケーションプロトコル)を使用して、LSUとの通信を処理してよい。更に、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 According to the above disclosure, the network-centric architecture supports LaaS data delivery for 5G and other networks when all signal processing and location estimation is done in the cloud, ie outside the UE and / or eNodeB. It is stated that it will be designed in. There are several options as to how this can be done. In the case of uplink location identification, the transmission of the associated UE reference signal can be collected / preprocessed by the eNodeB, transferred to the location identification server unit (LSU) for further processing, and determining the position of the UE. In the case of downlink (OTDOA), the task of collecting and preprocessing the downlink reference signal may be performed by the UE. The UE may then send the collected downlink data to the LSU. In the case of downlink (OTDOA), the UE may also use the control plane and / or the LTE user plane to handle communication with the LSU. Therefore, signaling may be in accordance with the OMA Secure User Plane Localization (SUPL) protocol and / or 3GPP, such as the LTE Positioning Protocol (LPP). For uplink AoA / DoA, the eNodeB may use LPPa and SLmAP (SLm application protocol) to process communication with the LSU. In addition, dedicated interfaces and / or protocols may be used.

上記によると、このネットワーク中心のアーキテクチャは、これまで不可能であった高度な機能を可能にし得る。これらの機能には、(a)ダウンリンクOTDOAを用いて、サービングセル/タワーとUEとアップリンクAoA/DoAとの間の距離を測定してUEの位置を決定し、その一方で、追跡アルゴリズム/技術を用いることによって、このアップリンク/ダウンリンクUE測位に対するOTDOA同期誤差の影響を軽減すること、(b)アップリンクAoA/DoAに加えてRTT法を使用してUE位置を決定する場合に、追跡アルゴリズム/技術を利用して、UE測位を改善すること、及び(c)追跡アルゴリズム/技術を用いて、ダウンリンクOTDOA位置特定法における同期誤差を推定し、修正/軽減することが挙げられる。 According to the above, this network-centric architecture can enable advanced features that were previously impossible. For these functions, (a) downlink OTDOA is used to measure the distance between the serving cell / tower and the UE and the uplink AoA / DoA to determine the position of the UE, while the tracking algorithm / By using the technique, the influence of the OTDOA synchronization error on the uplink / downlink UE positioning can be reduced, and (b) when the UE position is determined by using the RTT method in addition to the uplink AoA / DoA. Tracking algorithms / techniques can be used to improve UE positioning, and (c) tracking algorithms / techniques can be used to estimate, correct / mitigate, synchronization errors in the downlink OTDOA positioning method.

上記によると、ナビゲーションプロセッサがマルチラテレーション技法/方法(別名、双曲線ナビゲーション)用いる場合に、ダウンリンク(OTDOA)UEの位置特定法も記載されている。このマルチラテレーション技法は、多数の双曲線(RSTD/TDOA)方程式を解くことを伴う。反復法及び非反復(閉鎖形態)の解が存在する。一実施形態では、利用可能な(聴取可能な)基準点(基地局)の数を分割して、3つのRSTD/TDOAサブセットの複数のセットを有し、サブセットごとに閉鎖形態の解を見出すハイブリッドアプローチが記載される。その後、位置整合アルゴリズムを利用して、位置測定を最終決定することができる。第2の実施形態では、位置測定は、RSTD/TDOA値の同一セットからの反復及び非反復解の組み合わせを利用して改善されてよい。第3の実施形態では、アップリンクAoA/DoA推定値及びRTTを用いることにより、反復アルゴリズム及び非反復アルゴリズムに基づいて、UE位置について初期位置推定を決定してよい。 According to the above, a method for locating a downlink (OTDOA) UE is also described when the navigation processor uses a multilateration technique / method (also known as hyperbolic navigation). This multilateration technique involves solving a large number of hyperbolic (RSTD / TDOA) equations. There are iterative and non-repetitive (closed forms) solutions. In one embodiment, a hybrid that divides the number of available (audible) reference points (base stations) into multiple sets of three RSTD / TDOA subsets and finds a closed form solution for each subset. The approach is described. The position matching algorithm can then be used to make the final decision on the position measurement. In a second embodiment, the position measurement may be improved by utilizing a combination of iterative and non-repetitive solutions from the same set of RSTD / TDOA values. In a third embodiment, the uplink AoA / DoA estimates and RTT may be used to determine initial position estimates for UE positions based on iterative and non-repetitive algorithms.

上記によると、無線ネットワーク環境は、2つの高電力セルのみを使用して、広範囲に大量のRF信号を送り込むため、少なくとも3つの基準点(2D位置特定の場合)を必要とするマルチラテレーション法に従わずに、位置測定を得ることがあると記載されている。したがって、RTTが使用可能である場合、UEが、サービングセクタの方位角ビーム幅及びRTT/2範囲によって定義される弧に沿って位置する方法が記載されている。また、AoA/DoA推定値が使用可能である場合、UE位置が、双曲線と弧との交点付近で決定され得る方法が記載されている。これらの方法の両方を使用してよい。RTT又はAoA/DoA推定値のいずれも使用可能でない場合、UE位置は、選択された双曲線3608(図36を参照)上の各セル/タワー(セクタ)に対応する交点をスコアリングすることによって決定される。スコアリングは、セルが向いている方向と双曲線上の点への方向との角度差、及び各点から対応するセル/タワーまでの距離に基づいている。スコアは、これらの対応するセル/タワーのSNRに従って重み付けされ得る。 According to the above, the wireless network environment uses only two high power cells to send a large amount of RF signals over a wide area, so a multilateration method that requires at least three reference points (in the case of 2D positioning). It is stated that position measurements may be obtained without following. Therefore, there is described how the UE is located along the arc defined by the azimuth beamwidth of the serving sector and the RTT / 2 range when RTT is available. Also described are methods in which the UE position can be determined near the intersection of the hyperbola and the arc when AoA / DoA estimates are available. Both of these methods may be used. If neither RTT nor AoA / DoA estimates are available, the UE position is determined by scoring the intersections corresponding to each cell / tower (sector) on the selected hyperbola 3608 (see Figure 36). Will be done. Scoring is based on the angular difference between the direction the cell is facing and the direction to a point on the hyperbola, and the distance from each point to the corresponding cell / tower. Scores can be weighted according to the SNR of these corresponding cells / towers.

上記によると、LSUは、シグナリング及びUEとの情報交換のために構成されている通信プロセッサ、eNodeB、及び/又はネットワーク要素を含んでよい。シグナリングは、OMA SUPLプロトコル及び/若しくは3GPP LPP/LPPa、又はLPP、LPPa、及びSUPLの組み合わせ、並びにネットワークとの通信に使用される、若しくは使用され得る他のプロトコル、例えば、LCS−APプロトコルに則してよい。更に、専用インターフェース及び/又はプロトコルも用いられ得る。 According to the above, the LSU may include a communication processor, eNodeB, and / or network elements that are configured for signaling and information exchange with the UE. Signaling conforms to the OMA SUPL protocol and / or 3GPP LPP / LPPa, or a combination of LPP, LPPa, and SUPL, and other protocols used or may be used to communicate with the network, such as the LCS-AP protocol. You can do it. In addition, dedicated interfaces and / or protocols may be used.

上記によると、LSU構成要素は、メモリに記憶され、通信ネットワークのエッジに位置する4.5GMEC(モバイルエッジコンピューティング)サーバのプロセッサ上で実行するように構成されている命令であってよい。LSU構成要素は、4.5G MEC上のホスト型アプリとして統合されてよい。5G配備では、LSU構成要素は、コアネットワークコンピューティングクラウド内でホストされてよい。コアネットワークコンピューティングクラウド内でホストされているLSUはLaaSデータ配信をサポートしてよく、それにより、UEは、コアネットワークコンピューティングクラウド及び保護された物理位置データ専用のLaaSへのゲートウェイとして機能する。 According to the above, the LSU component may be an instruction stored in memory and configured to be executed on a processor of a 4.5 GMEC (Mobile Edge Computing) server located at the edge of a communication network. LSU components may be integrated as hosted apps on 4.5G MEC. In 5G deployments, LSU components may be hosted within the core network computing cloud. LSUs hosted within the core network computing cloud may support LaaS data delivery, whereby the UE acts as a gateway to the core network computing cloud and LaaS dedicated to protected physical location data.

上記によると、LSUは、ダウンリンク信号プロセッサ並びにアップリンク信号プロセッサ、及びナビゲーションプロセッサを含んでよい。 According to the above, the LSU may include a downlink signal processor as well as an uplink signal processor and a navigation processor.

したがって、システム及び方法の異なる実施形態を説明してきたが、記載の方法及び装置の特定の利点が達成されていることが、当業者には明らかであろう。具体的には、当業者は、物体を追跡及び位置特定するためのシステムが、ごくわずかな追加コストで、FGPA又はASICと、標準信号処理ソフトウェア/ハードウェアとの組み合わせを使用して構築できることを理解するであろう。このようなシステムは、様々な用途、例えば屋内環境又は屋外環境、過酷かつ好ましくない環境において人々の位置を特定するなどにおいて有用である。 Thus, although different embodiments of the system and method have been described, it will be apparent to those skilled in the art that certain advantages of the described methods and devices have been achieved. Specifically, one of ordinary skill in the art will be able to build a system for tracking and locating objects using a combination of FPGA or ASIC and standard signal processing software / hardware at a very small additional cost. You will understand. Such systems are useful in a variety of applications, such as locating people in indoor or outdoor environments, harsh and unfavorable environments.

また、本開示の範囲及び趣旨内で、様々な変更、適合、及びその代替的な実施形態がなされ得ることを理解されたい。 It should also be understood that various modifications, adaptations, and alternative embodiments thereof may be made within the scope and purpose of this disclosure.

Claims (27)

セルラーネットワーク、ワイドローカルエリアネットワーク、スタンドアローンプライベートネットワーク、衛星ネットワーク、及び地上無線ネットワークのうちの1つ以上を含む異種無線通信環境内で無線モバイルデバイスの位置を決定するための方法であって、
検出器において、
前記無線モバイルデバイスの位置確認信号のパラメータを含む、1つ以上の受信チャネルからの信号を受信することであって、前記位置確認信号の前記パラメータは、前記信号内の事前に知られている信号を記述する、ことと、
前記信号の各フレーム開始と、第1の支援データ及び第1の補助情報のうちの1つ以上とを含む第1のメタデータを受信することと、
前記位置確認信号の前記パラメータに基づいて、前記1つ以上の受信チャネル中の各受信チャネルから前記事前に知られている信号を検出することと、
前記事前に知られている信号から抽出された、デジタル形式の複数のサンプルをバッファリングすることと、
前記複数のサンプルをデジタル形式で圧縮して、前記複数のサンプルのデータサイズを低減することと、
前記圧縮されたデータ、前記位置確認信号の前記パラメータ、及び前記メタデータを、前記検出器から物理的に遠隔の位置特定サーバに送信することと、
前記位置特定サーバにおいて、
前記圧縮されたデータ、前記位置確認信号の前記パラメータ、及び前記メタデータを、前記検出器から受信することと、
前記異種無線通信環境のパラメータを受信することと、
前記異種無線通信環境から、第2の支援データ及び第2の補助情報のうちの1つ以上を含む第2のメタデータを受信することと、
前記圧縮されたデータ、前記異種無線通信環境の前記パラメータ、前記第2のメタデータ、並びに前記第2の支援データ及び前記第2の補助情報のうちの1つ以上に基づいて、前記異種無線通信環境の追加パラメータを計算することと、
前記圧縮されたデータ、前記位置確認信号の前記パラメータ、前記異種無線通信環境の前記パラメータ、前記追加パラメータ、前記第1のメタデータ、及び前記第2のメタデータに基づいて、前記無線モバイルデバイスの前記位置を計算することと、
前記無線モバイルデバイスの追跡及びナビゲーションを実行することと、
前記追跡及び前記ナビゲーションの結果を前記異種無線通信環境に報告することと、を含む、方法。
A method for locating wireless mobile devices within heterogeneous wireless communication environments, including cellular networks, wide local area networks, standalone private networks, satellite networks, and one or more of terrestrial wireless networks.
In the detector
Receiving a signal from one or more receiving channels, including a parameter of the location confirmation signal of the wireless mobile device, wherein the parameter of the position confirmation signal is a previously known signal within the signal. To describe, and
Receiving each frame start of the signal and receiving first metadata including one or more of the first support data and the first auxiliary information.
To detect the previously known signal from each receive channel in the one or more receive channels based on the parameters of the position confirmation signal.
Buffering multiple samples in digital format extracted from the previously known signal,
To reduce the data size of the plurality of samples by compressing the plurality of samples in a digital format,
Sending the compressed data, the parameters of the location confirmation signal, and the metadata from the detector to a physically remote location server.
In the location identification server
Receiving the compressed data, the parameters of the position confirmation signal, and the metadata from the detector.
Receiving the parameters of the heterogeneous wireless communication environment
Receiving a second metadata including one or more of the second support data and the second auxiliary information from the heterogeneous wireless communication environment, and
The heterogeneous radio communication is based on one or more of the compressed data, the parameters of the heterogeneous radio communication environment, the second metadata, and the second support data and the second auxiliary information. Calculating additional parameters for the environment and
Based on the compressed data, the parameters of the location confirmation signal, the parameters of the heterogeneous wireless communication environment, the additional parameters, the first metadata, and the second metadata of the wireless mobile device. To calculate the position and
Performing tracking and navigation of the wireless mobile device and
A method comprising reporting the results of said tracking and said navigation to said heterogeneous wireless communication environment.
前記第1の補助情報は、1つ以上の感覚情報及びセンサデータを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the first auxiliary information includes one or more sensory information and sensor data. 前記位置特定サーバは、
前記無線モバイルデバイス及び前記異種無線通信環境と相互作用すること、
測位エンジンと相互作用すること、
前記無線モバイルデバイスと前記異種無線通信環境と前記位置特定サーバとの間のメッセージを管理すること、
前記無線モバイルデバイス及び前記異種無線通信環境へのデータの配信を管理すること、並びに
セキュリティを提供すること、のうちの1つ以上を実行するように構成された、位置管理プロセッサである、請求項1に記載の方法。
The location identification server
Interacting with the wireless mobile device and the heterogeneous wireless communication environment,
Interacting with the positioning engine,
Managing messages between the wireless mobile device, the heterogeneous wireless communication environment, and the location-specific server.
A location management processor configured to perform one or more of managing the delivery of data to the wireless mobile device and the heterogeneous wireless communication environment, and providing security, claim. The method according to 1.
前記測位エンジンにおいて、
前記圧縮されたデータ、前記位置確認信号の前記パラメータ、前記異種無線通信環境の前記パラメータ、前記追加パラメータ、前記第1のメタデータ、及び前記第2のメタデータを前記位置管理プロセッサから受信することと、
前記位置管理プロセッサから受信したデータを用いて、位置推定及び位置追跡計算を実行することと、
前記位置管理プロセッサから受信した前記データから導出されたアップリンクオブザーバブル及びダウンリンクオブザーバブルのうちの1つ以上を用いて位置推定を実行することと、
信頼半径値、精度の幾何学的希釈、及び無線E911位置精度のうちの1つ以上を含む位置関連メトリックを計算することと、
前記位置推定及び位置追跡計算、前記位置推定、及び位置関連メトリックを前記位置管理プロセッサに提供することと、を更に含む、請求項3に記載の方法。
In the positioning engine
Receiving the compressed data, the parameters of the location confirmation signal, the parameters of the heterogeneous wireless communication environment, the additional parameters, the first metadata, and the second metadata from the location management processor. When,
Using the data received from the position management processor, performing position estimation and position tracking calculation, and
Performing position estimation using one or more of the uplink observables and downlink observables derived from the data received from the position management processor.
Calculating position-related metrics that include a radius of confidence, geometric dilution of accuracy, and one or more of radio E911 position accuracy.
The method of claim 3, further comprising providing the position estimation and position tracking calculation, the position estimation, and a position related metric to the position management processor.
前記測位エンジンは、前記位置管理プロセッサに提供された、前記位置推定及び位置追跡計算、前記位置推定、並びに位置関連メトリックに最新情報を連続的に提供する、請求項4に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the positioning engine continuously provides up-to-date information on the position estimation and position tracking calculations, the position estimation, and the position related metrics provided to the position management processor. 前記測位エンジンはナビゲーションプロセッサである、請求項3に記載の方法。 The method according to claim 3, wherein the positioning engine is a navigation processor. 前記測位エンジンは、信号処理ユニットと、データ処理ユニットと、を含み、
前記信号処理ユニットにおいて、前記圧縮されたデータ、前記位置確認信号の前記パラメータ、前記異種無線通信環境の前記パラメータ、前記追加パラメータ、前記第1のメタデータ、及び前記第2のメタデータを受信して、オブザーバブルを含む信号処理ユニットの出力を生成することと、
前記位置管理プロセッサにおいて、位置推定及び位置追跡計算、前記位置推定、及び位置関連メトリックを前記データ処理ユニットから受信することと、
前記データ処理ユニットにおいて、前記信号処理ユニットの出力を使用して前記無線モバイルデバイスの位置確認及び追跡を実行し、前記位置確認及び前記追跡からメトリックメタデータを生成することと、を更に含む、請求項3に記載の方法。
The positioning engine includes a signal processing unit and a data processing unit.
The signal processing unit receives the compressed data, the parameters of the position confirmation signal, the parameters of the heterogeneous wireless communication environment, the additional parameters, the first metadata, and the second metadata. To generate the output of the signal processing unit including the observer bubble,
Receiving position estimation and position tracking calculations, position estimation, and position-related metrics from the data processing unit in the position management processor.
Claims that the data processing unit uses the output of the signal processing unit to perform location determination and tracking of the wireless mobile device and generate metric metadata from the location identification and tracking. Item 3. The method according to item 3.
前記バックホールネットワークを介して受信された前記World−Wide Reference Network(WWRN)局からのデータを含む、前記支援情報及び/又は前記補助情報はまた、前記LSUによって収集されて配信され、前記WWRNは、前記GPSシステム及び/又は前記GNSSシステムの一部である、請求項3に記載の方法。 The support information and / or the auxiliary information, including data from the World-Wide Reference Network (WWRN) station received via the backhaul network, is also collected and distributed by the LSU, where the WWRN The method of claim 3, which is part of the GPS system and / or the GNSS system. 前記位置管理プロセッサは、
シグナリング、並びに1つ以上の通信ネットワーク及び/又は位置特定システムの無線デバイス(UE)とのデータ及び情報の交換を行うこと、
シグナリング、並びに1つ以上1つ以上のネットワークの要素及び/又は位置特定システムの要素を含む前記1つ以上のネットワーク及び/又は位置特定システムとデータ及び情報の交換を行うことであって、前記World−Wide Reference Network(WWRN)局からの前記LCS及び前記ワールドワイドGPS/GNSS衛星データを含む、こと、並びに
1つ以上のネットワーキングプロトコル、インターフェース、コンピューティングプラットフォーム、並びに/又は専用プロトコル及びインターフェースを用いることのために構成された通信プロセッサを含む、請求項3に記載の方法。
The location management processor
Signaling and exchanging data and information with one or more communication networks and / or wireless devices (UEs) of location systems.
Signaling and exchanging data and information with the one or more networks and / or locating systems, including elements of one or more networks and / or locating systems, the World. -Include the LCS and the Worldwide GPS / GNSS satellite data from the Wide Reference Network (WWRN) station, and use one or more networking protocols, interfaces, computing platforms, and / or dedicated protocols and interfaces. The method of claim 3, comprising a communication processor configured for.
前記信号処理ユニットは、
1つ以上の通信ネットワーク及び/又は1つ以上の位置特定システムからの前記ダウンリンク信号及び/又は前記アップリンク信号の前記位置オブザーバブル及びそれらのメトリックを推定することであって、前記位置オブザーブルはTOF(飛行時間)、TOA(到来時間)、TDOA(到来時間差)、AOA(到来角度)、及びDOA(到来方向)を含む、こと、並びに
米国特許第7,872,583号に記載されている方法、技法、及びアルゴリズムを含むマルチパス軽減プロセッサを用いて、前記オブザーバブルの結果精度を向上させること、
複数の方法、技法、及び技術の組み合わせを含む、包括的な信号処理の方法、技法、及び技術によって、混合された信号及び感覚情報を用いて前記位置オブザーバブルの計算を実行することのために構成され得る、請求項7に記載の方法。
The signal processing unit
The location observable is to estimate the position observables and their metrics of the downlink signal and / or the uplink signal from one or more communication networks and / or one or more locating systems. Includes TOF (flying time), TOA (arrival time), TDOA (arrival time difference), AOA (arrival angle), and DOA (arrival direction), and is described in US Pat. No. 7,872,583. Improving the result accuracy of the observable using a multilateration processor that includes methods, techniques, and algorithms.
To perform said position observable calculations with mixed signal and sensory information by comprehensive signal processing methods, techniques, and techniques, including combinations of methods, techniques, and techniques. The method of claim 7, which may be configured.
信号ユニットと、データ処理ユニットと、位置管理プロセッサと、通信プロセッサとを含む前記LSU及び/又は前記LSU構成要素は、
ネットワークの前記コア及び/又は事業者のIPサービスネットワーク、
進化する4.5G MEC(モバイルエッジコンピューティング)サーバなど、クラウドコンピュータベースのC−RAN(集中型無線アクセスネットワーク(RAN))ベースバンド処理のエッジ施設のセルラーネットワークのサーバであって、ホスト型アプリケーションとして統合され得る、セルラーネットワークのサーバ、
前記コアネットワークコンピューティングクラウド及び/又は事業者のサービスネットワーククラウド内(すなわちクラウド内でホストされる)、
1つ以上のネットワークに接続される、ネットワークの前記コア及び/又は事業者のIPサービスネットワークの外部、
完全にホストされ、管理されたクラウドサービスであり、セキュアなリモートインターネット接続を介して1つ以上のネットワークに接続される、ネットワークの前記コア及び/又は事業者のIPサービスネットワークの外部、
一部のLSU構成要素が仮想eNodeBインスタンスと統合される、又は並置され、同一のクラウド処理ユニット又は前記eNodeBインスタンスをサポートする前記クラウド処理ユニットへの直接インターフェースを有する処理ユニット内に配備される、クラウドRANアーキテクチャ内、
スタンドアローンエンティティとして、又は当該無線ネットワークのいくつかの要素と統合される、無線LAN、Citizens Broadband Radio Service、及びLicensed Assisted Access(LAA)など任意のプライベート無線ネットワーク内、
前記LSUの位置決定に関連するために、完全に統合される、又は前記E−SMLCの機能の一部を置き換える、前記E−SMLC内のうちの1つに配備される、請求項3に記載の方法。
The LSU and / or the LSU component, including a signal unit, a data processing unit, a location management processor, and a communication processor,
The IP service network of the core and / or operator of the network,
A cellular network server for cloud computer-based C-RAN (Centralized Radio Access Network (RAN)) baseband processing edge facilities, such as the evolving 4.5G MEC (Mobile Edge Computing) server, and a hosted application. Can be integrated as a cellular network server,
Within the core network computing cloud and / or the operator's service network cloud (ie, hosted within the cloud),
Outside of said core and / or operator's IP service network of the network, connected to one or more networks.
A fully hosted and managed cloud service that is connected to one or more networks via a secure remote internet connection, outside the network's core and / or operator's IP service network.
A cloud in which some LSU components are integrated or juxtaposed with a virtual eNodeB instance and deployed within the same cloud processing unit or a processing unit that has a direct interface to the cloud processing unit that supports the eNodeB instance. Within the RAN architecture,
Within any private wireless network, such as a wireless LAN, Citizens Broadband Radio Service, and Selected Assisted Access (LAA), as a stand-alone entity or integrated with several elements of the wireless network.
3. The third aspect of the invention, which is deployed in one of the E-SMLCs, which is fully integrated or replaces some of the functions of the E-SMLCs in order to relate to the positioning of the LSUs. the method of.
前記LSUは、
現在の4G及び次の5Gのセルラー無線ネットワーク配備で動作すること、
非セルラーネットワーク及び/又はシステムで動作すること、
前記Location−as−a−Service(LaaS)位置確認データ配信で動作することであって、前記無線デバイスは、(前記LSUによって)保護された物理的位置データへのゲートウェイとして機能する、こと、
前記UE及び/又は前記eNodeBの外部で動作することであって、全ての信号処理及び位置推定が前記クラウド内で実行される、こと、並びに
前記ネットワークのコア及び/又はコアIPサービスネットワークの外部で動作することであって、前記信号処理、位置確認、追跡、及びナビゲーションの全てが前記LSU内で実行されることのために構成され得る、請求項11に記載の方法。
The LSU is
To work with current 4G and next 5G cellular wireless network deployments,
Working on non-cellular networks and / or systems,
Acting on the Location-as-a-Service (LaaS) location confirmation data delivery, the wireless device acts as a gateway to the protected physical location data (by the LSU).
Operating outside the UE and / or the eNodeB, all signal processing and location estimation is performed within the cloud, and outside the core and / or core IP service network of the network. 11. The method of claim 11, which is to operate and all of the signal processing, location, tracking, and navigation can be configured to be performed within the LSU.
前記LSUは、
異種マルチネットワークで動作することであって、1つ以上の通信ネットワーク及び/又は位置特定専用システムが、完全に別個のエンティティとして存在し、それぞれセルラー及びWLAN及び/又はGPS/GNSS及び/又はTerrestrial Beacon専用位置特定システムなど特定用途の機能を果たす、こと、
HetNet環境など複数タイプのアクセスノード環境で動作することであって、HetNetは、異なるセルタイプ及び異なるアクセス技術の組み合わせからなる通信ネットワークに使用される用語である、こと、並びに、
1つ以上のネットワークと前記HetNetとを組み合わせる環境で動作することのために構成され得る、請求項11に記載の方法。
The LSU is
Operating in a heterogeneous multi-network, one or more communication networks and / or dedicated location systems exist as completely separate entities, cellular and WLAN and / or GPS / GNSS and / or Terrestrial Beacon, respectively. To fulfill the function of a specific purpose such as a dedicated position identification system,
To operate in multiple types of access node environments, such as the HetNet environment, HetNet is a term used for communication networks consisting of a combination of different cell types and different access technologies.
11. The method of claim 11, which may be configured to operate in an environment that combines one or more networks with the HetNet.
前記無線デバイス及び/又はネットワークの要素は検出器を含んでよく、前記検出器は、
デバイスの位置特定に使用される信号のデジタルサンプルを検出し、抽出すること、
アンテナごと及び信号の識別子(ID)ごとに多数のデジタルサンプルを収集すること、
各フレーム開始、並びに補助及び/又は支援情報を含む、メタデータを収集し、記憶すること、
前記LSUに送信される前に収集されたデジタルサンプルを前処理して、前記データサイズを低減することであって、このデータサイズの低減は、デバイスの位置確認に使用される信号のみを表すデジタルサンプルを抽出することを含み得る、こと、並びに、
前記メッセージのごく一部である、前記GPS/前記GNSSナビゲーションメッセージフレーム内のデータサンプルの一部を収集すること、を行うように構成され、
このナビゲーションメッセージにおいて伝達された前記情報の残りは、前記GPS支援データ及び/又は前記GNSS支援データとして前記LSUにおいて使用可能であり、
前記支援データは、基準時間、基準位置、衛星エフェメリス、クロック補正、電離層モデル、地球方位パラメータ、GNSS時間オフセット、取得支援、アルマナック、UTCモデルなどを含む、請求項1に記載の方法。
The wireless device and / or network element may include a detector, which may include a detector.
Detecting and extracting digital samples of signals used to locate devices,
Collecting a large number of digital samples by antenna and by signal identifier (ID),
Collecting and storing metadata, including the start of each frame and auxiliary and / or support information,
Preprocessing a digital sample collected prior to being transmitted to the LSU to reduce the data size, which reduction is digital representing only the signal used to locate the device. It may include extracting a sample, as well as
It is configured to collect a portion of the data sample within the GPS / GNSS navigation message frame, which is a small part of the message.
The rest of the information transmitted in this navigation message is available in the LSU as the GPS assisted data and / or the GNSS assisted data.
The method according to claim 1, wherein the support data includes a reference time, a reference position, a satellite ephemeris, clock correction, an ionospheric model, an earth orientation parameter, a GNSS time offset, acquisition support, an almanac, a UTC model, and the like.
前記検出器は、前記無線デバイス及び/又はネットワークの要素と統合される、又は並置されるのいずれかであり得、前記検出器は、前記無線デバイス(UE)の前記受信機から前記信号のサンプル及び他の関連情報を受信する、請求項14に記載の方法。 The detector can either be integrated with or juxtaposed with the wireless device and / or network elements, the detector can be a sample of the signal from the receiver of the wireless device (UE). The method of claim 14, wherein the method of receiving and other relevant information. 前記ネットワークの要素は、LMU及び/若しくはeNodeB、又は両方の組み合わせであり得る、請求項14に記載の方法。 14. The method of claim 14, wherein the elements of the network can be LMU and / or eNodeB, or a combination of both. 前記検出器は通信プロセッサを含み、このプロセッサは、
サンプルデータを整理すること、
1つ以上のネットワーキングプロトコル、インターフェース、コンピューティングプラットフォーム、並びに/又は専用プロトコル及びインターフェースを用いてシグナリングし、前記LSUとデータ及び情報を交換すること、並びに、
サンプルデータ及びメタデータを前記LSUに送信し、コマンド及び支援情報を受信することを行うように構成されている、請求項14に記載の方法。
The detector includes a communication processor, which processor
Organize sample data,
Signaling and exchanging data and information with said LSUs using one or more networking protocols, interfaces, computing platforms, and / or dedicated protocols and interfaces, and
14. The method of claim 14, which is configured to transmit sample data and metadata to the LSU to receive commands and support information.
前記通信プロセッサは、前記異なるセルタイプ並びに/又はセルラー、WLAN、Bluetooth、ZigBee、及びIEEE802.15無線技術など1つ以上のアクセス技術を使用して、前記LSUにデータ及び情報を返送するように構成されている、請求項14に記載の方法。 The communication processor is configured to return data and information to the LSU using the different cell types and / or one or more access technologies such as cellular, WLAN, Bluetooth, ZigBee, and IEEE802.15 radio technologies. The method according to claim 14. 前記デバイスの(UEの)データチャネルが、より広い帯域幅チャネルの帯域内(内部)に割り当てられ、前記デバイスの受信機は、前記割り当てられたチャネルの帯域幅を越えて、前記デバイスの位置確認に使用される信号にアクセスすることができ、前記検出器は、前記割り当てられたチャネル帯域幅の内外で信号を処理し、得られたサンプルデータ及び他の関連情報を前記LSUに送信するために構成されている、請求項14に記載の方法。 The data channel (of the UE) of the device is allocated within (internally) the bandwidth of the wider bandwidth channel, and the receiver of the device locates the device beyond the bandwidth of the allocated channel. The detector can access the signal used in the LSU to process the signal inside and outside the allocated channel bandwidth and transmit the obtained sample data and other relevant information to the LSU. The method of claim 14, which is configured. 前記検出器は、
前記確率統計、例えば、デバイス(UE)の位置確認のデータを検出し、抽出すること、及び
これらの確率統計をそのメタデータ並びに関連する補助及び/又は支援情報と共に分類することを行うように構成されている、請求項14に記載の方法。
The detector
Configured to detect and extract said probabilistic statistics, eg, device (UE) location confirmation data, and to classify these probabilistic statistics along with their metadata and associated auxiliary and / or support information. The method according to claim 14.
前記検出器は、
A−law及びu−lawコンパンディングアルゴリズムなど1つ以上の圧縮アルゴリズムを用いること、
各デジタルサンプルサイズをより少数のビットに低減すること、
前記コヒーレント圧縮スキームを用いることであって、オブザーバブル推定(LSUに送信される)に使用される前記得られたデータサンプルの前記サイズは、前記受信機で捕捉された信号の相互相関出力の前記非ゼロ部分に、検出された固有ID(識別子)信号の数を乗じたサイズに低減される、こと、
圧縮スキームを用いることであって、デバイスの位置確認に使用される信号の検出に成功した後、更なる動作は、受信信号のIDごとの搬送波周波数オフセット(CFO)処理と組み合わされた整合フィルタリングを含む、こと、続いて、これらの受信信号の多数のサンプルの統合(時間的に)が続くことによって、更なるデータサイズ低減を達成するように構成されている、請求項14に記載の方法。
The detector
Using one or more compression algorithms, such as A-law and u-law companding algorithms,
Reducing each digital sample size to fewer bits,
By using the coherent compression scheme, the size of the obtained data sample used for observable estimation (transmitted to the LSU) is said to be the cross-correlation output of the signal captured by the receiver. The size is reduced by multiplying the non-zero part by the number of detected unique ID (identifier) signals.
After successfully detecting the signal used to locate the device by using a compression scheme, a further operation is matching filtering combined with carrier frequency offset (CFO) processing for each ID of the received signal. The method of claim 14, wherein the method of claim 14 is configured to include, followed by integration (in time) of a large number of samples of these received signals to achieve further data size reduction.
前記検出器は、デバイスの位置確認に使用される信号の整合フィルタリング、前記信号のデジタルサンプルのうちの1つ以上から形成された行列の特異値分解(SVD)原理固有値の計算など追加圧縮処理を実行してデータサイズを低減するように構成されており、この追加処理は、計算負荷及び/又は必要リソースとLSUでの通信帯域幅の低減とのトレードオフである、請求項21に記載の方法。 The detector performs additional compression processing such as matching filtering of the signal used to locate the device, calculation of the singular value decomposition (SVD) principle eigenvalues of a matrix formed from one or more of the digital samples of the signal. 21. The method of claim 21, configured to perform and reduce the data size, where this additional processing is a trade-off between computational load and / or required resources and reduced communication bandwidth in the LSU. .. 前記検出器及び前記LSUは、
OMA SUPL、3GPP LPP、LPPa、又はLPP、LPPa、SUPL、及び/若しくはLCS−APの組み合わせなどLTEインターフェース及びプロトコルを用いて、サンプルデータ、メタデータ、補助情報及び/若しくは支援情報、シグナリング、並びに/又はコマンドからなる通信コンテンツを転送すること、
前記3GPP LTE−WLAN Aggregation(LWA)又は前記3GPP LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel(LWIP)技術などWLANベアラを用いて前記通信コンテンツを転送すること、
Message Queuing Telemetry Transport(MQTT)及び/又は代替接続プロトコルを用いて、Amazon Web Services(AWS)、Google Cloud、AT&T M2xなどコンピューティングプラットフォームを介して、前記通信コンテンツを転送すること、
インターネットプロトコルセキュリティ(IPsec)、IKEv2を用いるIPsec及びプロキシモバイルIPv6など、セキュアなベアラの任意の代替形態を介して前記通信コンテンツを転送すること、並びに、
専用インターフェース及び/又はプロトコルを介して前記通信コンテンツを転送することのために構成されている、請求項1に記載の方法。
The detector and the LSU
Sample data, metadata, auxiliary information and / or support information, signaling, and / or using LTE interfaces and protocols such as OMA SUPL, 3GPP LPP, LPPa, or a combination of LPP, LPPa, SUPL, and / or LCS-AP. Or transfer communication content consisting of commands,
Transferring the communication content using a WLAN bearer such as the 3GPP LTE-WLAN Aggregation (LWA) or the 3GPP LTE WLAN Radio Integration with IPsec Tunnel (LWIP) technology.
Transferring the communication content via a computing platform such as Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, AT & T M2x, using the Message Questing Telemetry Transport (MQTT) and / or alternative connection protocols.
Transferring said communication content via any alternative form of secure bearer, such as Internet Protocol Security (IPsec), IPsec with IKEv2 and Proxy Mobile IPv6, and
The method of claim 1, which is configured to transfer the communication content via a dedicated interface and / or protocol.
前記進化型パケットデータゲートウェイ(ePDG)は、前記LTEと、WLAN、LTEメトロ及びフェムトセルアクセスネットワークなど、セキュアなアクセスを必要とする非3GPPネットワークとの間の相互作用のために用いられる、請求項23に記載の方法。 The evolutionary packet data gateway (ePDG) is used for interaction between the LTE and non-3GPP networks that require secure access, such as WLAN, LTE metro and femtocell access networks. 23. 前記LSUはネットワーク及び前記ネットワークのIPサービスの外部にあり、前記デバイス(UE)の測位は、前記ネットワーク要素のいずれかの外部で決定され、前記中継ユニットを用いる前記E−SMLCは、
前記検出器と前記LSUとの間で、サンプルデータ、メタデータ、補助情報及び/若しくは支援情報、シグナリング、並びに/又はコマンドを転送すること、並びに
SUPL Llpインターフェース及び基盤となるプロトコルを用いる、又は専用インターフェース及び/若しくはプロトコルを介することのために構成されている、請求項11に記載の方法。
The LSU is outside the network and the IP service of the network, the positioning of the device (UE) is determined outside of any of the network elements, and the E-SMLC using the relay unit is the E-SMLC.
Transferring sample data, metadata, auxiliary and / or assistive information, signaling, and / or commands between the detector and the LSU, and using or using the SUPL Llp interface and underlying protocol. 11. The method of claim 11, which is configured to go through an interface and / or protocol.
前記LMUは、拡張されたSLm−APプロトコルを使用して前記SLmインターフェースを介してE−SMLC及び中継エンティティと通信して、前記LMU及び中継通信及び転送に対応する、請求項25に記載の方法。 25. The method of claim 25, wherein the LMU uses the extended SLm-AP protocol to communicate with the E-SMLC and the relay entity via the SLm interface to accommodate the LMU and the relay communication and transfer. .. 前記中継ユニットは、サンプル及び支援データなど全ての位置確認関連情報へのアクセスを有する、請求項25に記載の方法。 25. The method of claim 25, wherein the relay unit has access to all location confirmation related information such as samples and support data.
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