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JP2009545755A - Weighted least squares positioning method using multipath channel statistics for non-line-of-sight mitigation - Google Patents

Weighted least squares positioning method using multipath channel statistics for non-line-of-sight mitigation Download PDF

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JP2009545755A JP2009523058A JP2009523058A JP2009545755A JP 2009545755 A JP2009545755 A JP 2009545755A JP 2009523058 A JP2009523058 A JP 2009523058A JP 2009523058 A JP2009523058 A JP 2009523058A JP 2009545755 A JP2009545755 A JP 2009545755A
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Abstract

方法は、加重最小二乗(WLS)手法に基づいてNLOS状態を軽減する。その場合、加重値は受信信号のマルチパス成分(MPC)から導出される。加重方法論は、線形及び非線形最小二乗モデルの双方、並びに、剰余ベース・アルゴリズム又は最大尤度手法などのような異なる他のNLOS軽減スキームで使用され得る。
【選択図】図2
The method mitigates NLOS conditions based on a weighted least squares (WLS) approach. In that case, the weight value is derived from the multipath component (MPC) of the received signal. The weighting methodology can be used in both linear and nonlinear least squares models, as well as different other NLOS mitigation schemes such as residue-based algorithms or maximum likelihood approaches.
[Selection] Figure 2

Description

関連出願の相互参照Cross-reference of related applications

本出願は、(a)2006年8月3日に出願された米国仮特許出願第60/821,378号、(b)2006年8月11日に出願された米国仮特許出願第60/822,127号、(c)2006年8月23日に出願された米国仮特許出願第60/823,367号、(d)2007年8月1日に出願された米国特許出願第11/832,547号、(e)2007年8月1日に出願された米国特許出願第11/832,551号、及び(f)2007年8月1日に出願された米国特許出願第11/832,558号に関連し、これら出願の優先権を主張する。これら出願の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。米国指定の場合、本出願は上記米国特許出願第11/832,558号の継続である。   This application includes: (a) U.S. Provisional Patent Application No. 60 / 821,378 filed on August 3, 2006; (b) U.S. Provisional Patent Application No. 60/822 filed on August 11, 2006; 127, (c) U.S. Provisional Patent Application No. 60 / 823,367, filed on August 23, 2006, (d) U.S. Patent Application No. 11/832, filed on Aug. 1, 2007. 547, (e) U.S. Patent Application No. 11 / 832,551 filed on August 1, 2007, and (f) U.S. Patent Application No. 11 / 832,558 filed on Aug. 1, 2007. Claim the priority of these applications. All of these applications are incorporated herein by reference. In the US designation, this application is a continuation of the above-mentioned US patent application Ser. No. 11 / 832,558.

発明の背景Background of the Invention

1.発明の分野
本発明は無線位置決め及び通信技術に関する。更に具体的には、本発明は非見通し(NLOS)状態が存在するときに到着時刻(TOA)手法を使用して移動端末位置を推定することに関する。
1. The present invention relates to wireless positioning and communication technology. More specifically, the present invention relates to estimating mobile terminal location using a time of arrival (TOA) approach when a non-line-of-sight (NLOS) condition exists.

2.関連技術の検討
超広帯域(UWB)技術は、非常に広い帯域幅を理由として、個々のマルチパス成分(MPC)を解決することのできる正確な測距及び位置決めシステムを約束する。UWB技術を使用して、受信信号の到着時刻(TOA)は、最初の到着パスが正しく識別されるとき、高い正確度で推定され得る。UWB技術を使用する様々なシステムが開示されてきた。それらシステムの中には、次の論文で開示されたシステムが含まれる。即ち、(a)B.Alavi 及び K.PahlavanによってProc.IEEE Vehic.Technol.Conf.(VTC),vol.4,Dallas,TX,Sep.2005,pp.2627−2631で発表された“Analysis of undetected direct path in time of arrival based UWB indoor geolocation”、(b)I.Guvenc、Z.Sahinoglu、A.F.Molisch、及びP.OrlikによってProc.IEEE Int.Workshop on Ultrawideband Networks (UWBNETS),Boston,MA,October 2005,pp.245−251で発表された“Non−coherent TOA estimation in IR−UWB systems with different signal waveforms”(招待論文)、(c)D.Dardari、C.C.Chong、及びM.Z.Winによって14th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2006),Florence,Italy,September 2006で発表された“Analysis of threshold−based TOA estimators in UWB channels”(招待論文)、及び(d)D.Dardari、C.C.Chong、及びM.Z.WinによってIEEE Intl.Conf.on Ultra−Wideband (ICUWB 2006),Waltham,MA,USA,September 2006 で発表された“Improved lower bounds on time of arrival estimation error in UWB realistic channels”(招待論文)である。
2. Discussion of Related Art Ultra-wideband (UWB) technology promises an accurate ranging and positioning system that can solve individual multipath components (MPC) because of its very wide bandwidth. Using UWB technology, the arrival time (TOA) of the received signal can be estimated with high accuracy when the first arrival path is correctly identified. Various systems have been disclosed that use UWB technology. Among these systems are the systems disclosed in the following papers. That is, (a) B. Alavi and K.K. By Pahlavan, Proc. IEEE Vehic. Technol. Conf. (VTC), vol. 4, Dallas, TX, Sep. 2005, pp. “Analysis of undetected direct path in time of arrival based on UWB interior geology” published in U.S. Pat. Guvenc, Z .; Sahinoglu, A.I. F. Morich and P.M. Orlik by Proc. IEEE Int. Works on Ultrawideband Networks (UWBNETS), Boston, MA, October 2005, pp. “Non-coherent TOA estimation in IR-UWB systems with differential signal forms” (invited paper), (c) D.C. Dardari, C.I. C. Chong, and M.M. Z. “Analysis of threshold-based Destination B” (Invited by the 14th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2006), Florence, Italy, September 2006). Dardari, C.I. C. Chong, and M.M. Z. Win by IEEE Intl. Conf. on Ultra-Wideband (ICUWB 2006), Waltham, MA, USA, September 2006, “Improved lower bounds on time of arrival estimation error in Uri Buri.

位置決めシステムの1つの挑戦は、NLOS効果を成功裏に軽減することである。アンカーノード(AN)と移動端末との間の直接パスが妨害されるとき、ANへの信号のTOAは遅延され、これは正のバイアスを導入する。NLOS TOA推定値は、位置決め正確度に悪い影響を与える。故に、従来技術のセルラ・ネットワークは、典型的には、NLOS状態におけるANを識別して、それらANの影響を軽減する。例えば、M.P.Wylie 及びJ.HoltzmanによってProc.IEEE Int.Conf.Universal Personal Commun.,Cambridge,MA,Sept.1996,pp.827−831で発表された論文“The non−line of sight problem in mobile location estimation”は、測定雑音分散が知られているときに測距測定値の標準偏差をNLOS信号識別閾値と比較することを教示する。同様に、J.Borras、P.Hatrack、及びN.B.MandayamによってProc.IEEE Vehicular Technol.Conf.(VTC),vol.2,Ontario,Canada,May 1998,pp.1583−1587で発表された論文“Decision theoretic framework for NLOS identification”は、TOA測定値の既知及び未知の確率密度関数(PDF)について様々な仮説検定を使用する決定理論NLOS識別フレームワークを開示する。   One challenge of the positioning system is to successfully mitigate the NLOS effect. When the direct path between the anchor node (AN) and the mobile terminal is interrupted, the TOA of the signal to the AN is delayed, which introduces a positive bias. The NLOS TOA estimate has a negative impact on positioning accuracy. Thus, prior art cellular networks typically identify ANs in NLOS conditions and mitigate the effects of those ANs. For example, M.M. P. Wylie and J.W. By Holtzman, Proc. IEEE Int. Conf. Universal Personal Commun. , Cambridge, MA, Sept. 1996, pp. The paper “The non-line of light in mobile location estimation” published in 827-831 refers to comparing the standard deviation of ranging measurements with the NLOS signal discrimination threshold when the measurement noise variance is known. Teach. Similarly, J.M. Borras, P.M. Hatrack, and N.I. B. Mandyam, Proc. IEEE Vehicular Technol. Conf. (VTC), vol. 2, Ontario, Canada, May 1998, pp. The paper “Decision theoretic framework for NLOS identification” published in 1583-1587 discloses a decision-theoretic NLOS identification framework that uses various hypothesis tests for known and unknown probability density functions (PDFs) of TOA measurements.

S.Gezici、H.Kobayashi、及びH.V.PoorによってProc.IEEE Vehic.Technol.Conf.(VTC),vol.4,Orlando,FL,Oct.2003,pp.2544−2548で発表された論文“Non−parametric non−line−of−sight identification”は、TOA(即ち、距離)測定値のPDFを近似可能にする非パラメータNLOS識別アプローチを開示する。既知の測定雑音分布と非パラメータ推定測定分布との間で、適切な距離計量が使用される。   S. Gezici, H.C. Kobayashi, and H.K. V. Poor by Proc. IEEE Vehic. Technol. Conf. (VTC), vol. 4, Orlando, FL, Oct. 2003, pp. The paper “Non-parametric non-line-of-sight identification” published in 2544-2548 discloses a non-parametric NLOS identification approach that allows approximation of the PDF of TOA (ie distance) measurements. An appropriate distance metric is used between the known measurement noise distribution and the non-parameter estimated measurement distribution.

上記のNLOS識別手法は、全てNLOS基地局(BS)のTOA測定値が時間と共に変化することを仮定する。これは移動している端末について合理的である。移動している端末の場合、TOA測定値の分散は大きくなる。しかしながら、(例えば、無線パーソナル・アプリケーション・ネットワーク(WPAN)アプリケーションにおいて)端末が静止しているとき、NLOS測定値の分布は、LOS状態における分布からほとんど偏差を示さない。そこで、受信信号のマルチパス特性はLOS/NLOS識別について有用な洞察を提供する。例えば、X.Diao及びF.Guoによって2003年3月29日に出願され、2004年10月20日に公開された“A method distinguishing line of sight (LOS)from non−line−of−sight (NLOS)in CDMA mobile communication system”と題する欧州特許出願公報EP1,469,685は、もし(1)ローカル最大パスに対するグローバル最大パスの電力比が所与の閾値よりも大きく、(2)最初のパスと最大パスとの間の到着時刻差が所与の時間よりも小さいならば、受信された符号分割多元接続(CDMA)信号はLOSであることを開示する。同様に、Rabbachin、I.Oppermann、及びB.DenisによってProc.IEEE Int.Conf.Ultrawideband (ICUWB),Waltham,MA,Sept.2006で発表された論文”ML time−of−arrival estimation based on low complexity UWB energy detection”は、正規化された最強パスを固定閾値と比較することによってUWBのNLOS識別が実行されてもよいことを開示する。いずれのスキームにおいても、パラメータ(例えば閾値や時間)を慎重に選択する必要がある。   The above NLOS identification techniques all assume that the NLOS base station (BS) TOA measurements change over time. This is reasonable for mobile terminals. In the case of a moving terminal, the dispersion of TOA measurement values is large. However, when the terminal is stationary (eg, in a wireless personal application network (WPAN) application), the distribution of NLOS measurements shows little deviation from the distribution in the LOS state. Thus, the multipath characteristics of the received signal provide useful insights for LOS / NLOS discrimination. For example, X. Diao and F.D. “A method distributing line of light (LOS) from non-line-of-sight (NLOS) in CDMA mobile communication” filed by Guo on March 29, 2003 and published on October 20, 2004. The European patent application publication EP 1,469,685 entitled: (1) the power ratio of the global maximum path to the local maximum path is greater than a given threshold; (2) the arrival time between the first path and the maximum path If the difference is less than a given time, then the received code division multiple access (CDMA) signal is disclosed to be LOS. Similarly, Rabbachin, I. et al. Oppermann, and B.I. By Denis, Proc. IEEE Int. Conf. Ultrawideband (ICUWB), Waltham, MA, Sept. The paper “ML time-of-arrival estimation based on low complexity UWB energy detection” published in 2006 states that the UWB NLOS identification may be performed by comparing the normalized strongest path to a fixed threshold. Disclose. In either scheme, parameters (eg threshold and time) need to be carefully selected.

受信されたマルチパス信号からNLOS状態を識別する代替案として、モバイル・ネットワーク全体から導出された情報がNLOS状態を軽減するために使用されてもよい。例えば、P.C.ChenによってProc.IEEE Int.Conf.Wireless Commun.Networking (WCNC),vol.1,New Orleans,LA,Sept.1999,pp.316−320で発表された論文“A non−line−of−sight error mitigation algorithm in location estimation”は、NLOS軽減のための剰余ベース・アルゴリズムを開示する。このアルゴリズムは、BSの異なる組み合わせについて場所の推定値及び剰余を使用する3つ以上の利用可能なBSに基づく。(全てのノードがLOSであるとき、2次元(2−D)位置決めを実行するために3つのBSが必要とされ、3次元(3−D)位置決めを実行するために4つのBSが必要とされる。)より小さい剰余を有する場所推定値は、正しい端末場所を表す可能性が大きい。こうして、論文で開示された手法は、異なる場所推定値を、対応する剰余とは逆に加重する。   As an alternative to identifying the NLOS condition from the received multipath signal, information derived from the entire mobile network may be used to mitigate the NLOS condition. For example, P.I. C. Chen by Proc. IEEE Int. Conf. Wireless Commun. Networking (WCNC), vol. 1, New Orleans, LA, Sept. 1999, pp. The paper “A non-line-of-light error mitigation algorithm in location estimation” published at 316-320 discloses a residue-based algorithm for NLOS mitigation. This algorithm is based on three or more available BSs that use location estimates and remainders for different combinations of BSs. (When all nodes are LOS, 3 BSs are required to perform 2D (2-D) positioning and 4 BSs are required to perform 3D (3-D) positioning The location estimate with a smaller remainder is likely to represent the correct terminal location. Thus, the approach disclosed in the paper weights the different location estimates inversely with the corresponding remainder.

モバイル・ネットワークから導出された情報を使用する他のNLOS軽減手法は、(a)R.Casas、A.Marco、J.J.Guerrero、及びJ.FalcoによってEurasip J.Applied Sig.Processing,pp.1−8,2006に発表された“Robust estimator for non−line−of−sight error mitigation in indoor localization”、(b)Y.T.Chan、W.Y.Tsui、H.C.So、及びP.C.ChingによってIEEE Trans.Vehic.Technol.,vol.55,no.1,pp.17−24,Jan.2006に発表された “Time−of−arrival based localization under NLOS conditions”、(c)B.Li、A.G.Dempster、及びC.RizosによってProc.IEEE Position Location and Navigation Symposium (PLANS),San Diego,CA,Apr.2006で発表された“A database method to mitigate the NLOS error in mobile phone positioning”、(d)X.Li によってProc.IST Mobile and Wireless Commun.Summit,Myconos,Greece,June 2006に発表された“An iterative NLOS mitigation algorithm for location estimation in sensor networks”、(e)L.,Cong 及び W.Zhuang によってProc,IEEE INFOCOM,Hong Kong,Mar.2004,pp.650−659に発表された“Non−line−of−sight error mitigation in mobile location”、(f)J.Riba及びA.Urruela によってProc.IEEE Int.Conf.Acoustics,Speech,and Signal Processing (ICASSP),vol.2,Quebec,Canada,May 2004,pp.153−156に発表された“A non−line−of−sight mitigation technique based on ML−detection”、(g)S.Venkatesh 及びR.M.BuehrerによってProc.IEEE IPSN,Nashville,Tennessee,Apr.2006に発表された“A linear programming approach to NLOS error mitigation in sensor networks”、(h)C.L.Chen及びK.T.FengによってProc.IEEE Int.Conf.Wireless Networks,Commun.,Mobile Computing,Hawaii,USA,June 2005,pp.244−249 に発表された“An efficient geometry−constrained location estimation algorithm for NLOS environments”、及び(i)X.Wang、Z.Wang、及びB.O.Dea によってIEEE Trans.Vehic.Technol.,vol.52,no.1,pp.112−116,Jan.2003 に発表された“A TOA based location algorithm reducing the errors due to non−line−of−sight (NLOS)propagation”に開示される。   Other NLOS mitigation techniques that use information derived from mobile networks are: Casas, A.M. Marco, J. et al. J. et al. Guerrero, and J.M. By Falco, Eurasip J. et al. Applied Sig. Processing, pp. 1-8, 2006, “Robust Estimator for non-line-of-light error mitigation in interior localization,” (b) Y. et al. T.A. Chan, W.H. Y. Tsui, H .; C. So, and P.I. C. By Ching, IEEE Trans. Vehic. Technol. , Vol. 55, no. 1, pp. 17-24, Jan. “Time-of-arrival based localization under NLOS conditions” published in 2006, (c) B.R. Li, A.I. G. Dempster, and C.I. Rizos, Proc. IEEE Position Location and Navigation Symposium (PLANS), San Diego, CA, Apr. “A database method to mitigate the NLOS error in mobile phone positioning” published in 2006, (d) X. Li by Proc. IST Mobile and Wireless Commun. “An iterative NLOS mitigation algorithm for location in sensor networks” published in Summit, Myconos, Greece, June 2006, (e) L. , Cong and W.W. Zhuang by Proc, IEEE INFOCOM, Hong Kong, Mar. 2004, pp. “Non-line-of-light error migrating in mobile location” published in 650-659, (f) J. Am. Riba and A.I. Urruela by Proc. IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), vol. 2, quebec, canada, may 2004, pp. “A non-line-of-sight mitigation technique based on ML-detection” published on 153-156, (g) Venkate and R.K. M.M. By Buehler, Proc. IEEE IPSN, Nashville, Tennessee, Apr. “A linear programming approach to NLOS error mitigation in sensor networks” published in 2006, (h) C.I. L. Chen and K.K. T.A. Feng by Proc. IEEE Int. Conf. Wireless Networks, Commun. , Mobile Computing, Hawaii, USA, June 2005, pp. "An effective geometry-constrained location estimation algorithm for NLOS environment" published in 244-249, and (i) X. Wang, Z .; Wang, and B.W. O. Dea by IEEE Trans. Vehic. Technol. , Vol. 52, no. 1, pp. 112-116, Jan. It is disclosed in "A TOA based location algorithm reducing the errors due to non-line-of-sight (NLOS) propagation" published in 2003.

幾つかの従来技術の位置決めアルゴリズムは等しい信頼度を各BSへ割り当てるので、これらの位置決めアルゴリズムはNLOS状態を考慮に入れない。結果として、NLOS BSの存在は、これらのアルゴリズムにおける位置決め正確度を著しく劣化させる。   Because some prior art positioning algorithms assign equal confidence to each BS, these positioning algorithms do not take into account NLOS conditions. As a result, the presence of NLOS BS significantly degrades the positioning accuracy in these algorithms.

従来技術は、更に、移動端末位置を推定するための多くの加重最小二乗アプローチを含む。典型的には、これらのアプローチにおいて、各BSからの受信信号に対する加重値は、測定値分散から導出される(例えば、上述したM.P.Wylieら、J.Borrasら、及びS.Geziciらを参照)。これらのアプローチは、移動中の端末に関する測定値はNLOS状態で大きな分散を示すという事実に依存する。しかしながら、そのようなアプローチは、NLOS BSに関しては、正確な情報を信頼的に提供しない。   The prior art further includes a number of weighted least square approaches for estimating the mobile terminal location. Typically, in these approaches, the weights for the received signal from each BS are derived from the measured variance (eg, MP Wylie et al., J. Borras et al., S. Gezici et al. See). These approaches rely on the fact that measurements for moving terminals exhibit a large variance in the NLOS state. However, such an approach does not reliably provide accurate information regarding NLOS BSs.

測定値分散に基づく加重最小二乗法は、一般的に非常に多くの観察を必要とする。それ故に、測定された距離及び遅延を記憶するための大きなメモリが必要である。これらの測定された距離及び遅延は、移動端末の場所を推定するために必要である。   Weighted least squares based on measured variance generally require a great deal of observation. Therefore, a large memory is needed to store the measured distance and delay. These measured distances and delays are necessary to estimate the location of the mobile terminal.

発明の概要Summary of the Invention

本発明は、UWB通信路の振幅及び遅延統計に基づいてNLOS固定端末(FT)を抑圧するNLOS軽減手法を提供する。そのような統計は、例えば、受信信号の受信マルチパス成分の尖度、平均アクセス遅延、及び二乗平均平方根(RMS)遅延の広がりを含む。本発明の一実施形態によれば、加重最小二乗法は、LOS状態をNLOS状態から区別する尤度関数から取得された加重値を使用する。 The present invention provides an NLOS mitigation technique that suppresses NLOS fixed terminal 1 (FT) based on UWB channel amplitude and delay statistics. Such statistics include, for example, the kurtosis of the received multipath component of the received signal, the average access delay, and the root mean square (RMS) delay spread. According to one embodiment of the present invention, the weighted least squares method uses weight values obtained from a likelihood function that distinguishes LOS states from NLOS states.

固定端末(FT)は、移動端末に対して移動していない端末である。例えばFTは、無線又はセルラ通信ネットワークにおけるBS、無線コンピュータ・ネットワークのアクセス・ポイント、及びセンサ・ネットワークにおけるアンカーノードを含む。 One fixed terminal (FT) is a terminal that has not moved relative to the mobile terminal. For example, the FT includes a BS in a wireless or cellular communication network, an access point in a wireless computer network, and an anchor node in a sensor network.

本発明の一実施形態によれば、本発明の加重最小二乗法は、従来のアルゴリズム(例えば、前の段落で検討されたP.C.Chenらによる論文で開示された剰余ベース加重NLOS 軽減アルゴリズム)の性能を向上するために使用されてもよい。   According to one embodiment of the present invention, the weighted least squares method of the present invention is based on conventional algorithms (eg, the residue-based weighted NLOS mitigation algorithm disclosed in the paper by PC Chen et al. Discussed in the previous paragraph). ) May be used to improve performance.

本発明は、添付の図面と関連させて下記の詳細な説明を考察するときに一層良好に理解される。   The present invention is better understood upon consideration of the detailed description below in conjunction with the accompanying drawings.

好ましい実施形態の詳細な説明Detailed Description of the Preferred Embodiment

本発明の一実施形態によれば、受信信号の通信路インパルス応答(CIR)h(t)は、次式によって表される。

Figure 2009545755
ここで、Lはマルチパス成分(MPC)の総数であり、γ及びτは、それぞれl番目のMPCの振幅及び遅延である。受信信号のTOAはτtoa=τによって与えられる(即ち、最初の到着パスに対する到着時刻)。LOS仮説及びNLOS仮説をそれぞれ表す仮説H及びHは、次式によって与えられる。
Figure 2009545755
ここでdはFTと移動端末との間の距離を表し、cは光の速度を表す。NLOS状態において、最初の到着パスが正しく識別されるときでも、TOA推定値は依然として実際の距離と比較して大きな値を産出する。したがって、位置決め性能の劣化を避けるため、NLOS FTが識別され、次にそれらNLOS FTの効果が軽減される。 According to one embodiment of the present invention, the channel impulse response (CIR) h (t) of the received signal is represented by the following equation.
Figure 2009545755
Here, L is the total number of multipath components (MPC), and γ l and τ l are the amplitude and delay of the l-th MPC, respectively. The TOA of the received signal is given by τ toa = τ 1 (ie the arrival time for the first arrival path). Hypotheses H 0 and H 1 representing the LOS hypothesis and NLOS hypothesis, respectively, are given by:
Figure 2009545755
Here, d represents the distance between the FT and the mobile terminal, and c represents the speed of light. In the NLOS state, even when the first arrival path is correctly identified, the TOA estimate still yields a large value compared to the actual distance. Therefore, to avoid positioning performance degradation, NLOS FTs are identified and then the effects of those NLOS FTs are reduced.

本発明は、受信されたマルチパス成分の統計を使用してLOS及びNLOS状態を区別する方法を提供する。一実施形態において、受信信号の振幅及び遅延を捕捉する統計データ(即ち、尖度、平均過剰遅延、及びRMS遅延の広がり)は、LOS及びNLOS状態を区別するために使用される。   The present invention provides a method for distinguishing LOS and NLOS conditions using received multipath component statistics. In one embodiment, statistical data that captures the amplitude and delay of the received signal (ie, kurtosis, average excess delay, and RMS delay spread) is used to distinguish between LOS and NLOS conditions.

尖度は、確率変数の第2順位モーメントの二乗(即ち、分散)に対する確率変数の第4順位モーメントの比である。尖度はデータがどの程度とがるかを特徴付けるので、尖度はLOS状態がマルチパスCIRでどの程度に強いかも特徴付ける。CIRの高い尖度値は、受信信号がLOS源から来た可能性が大きいことを示唆する。   Kurtosis is the ratio of the fourth rank moment of a random variable to the square (ie, variance) of the second rank moment of the random variable. Since kurtosis characterizes how much data is taken, kurtosis also characterizes how strong the LOS state is in multipath CIR. A high kurtosis value for the CIR suggests that the received signal is likely coming from a LOS source.

CIR h(t)を有する通信路について、|h(t)|の尖度は次式によって与えられる。

Figure 2009545755
ここで、μ|h|及びσ|h|は、それぞれCIRの絶対値の平均及び標準偏差である。κの分布は、標本通信路実現を使用してLOS及びNLOS状態の双方について取得され得る。例えば、IEEE 802.15.4a通信路は、住居内LOS及びNLOS状態、事務所内LOS及びNLOS状態、屋外LOS及びNLOS状態、産業LOS及びNLOS状態に対応する8つの異なる通信路モデルCM1〜CM8についてκのヒストグラムを提供する。ヒストグラムの各々は、次式によって与えられる対数正規PDFによってモデル化されてもよい。
Figure 2009545755
ここで、μはp(k)の平均であり、σは標準偏差である。このモデルは、IEEE 802.15.4a通信路上における5%有意性レベルのコルモゴルフ・スミルノフ (KS)適合度仮説検定を使用して正当化される。 For a channel with CIR h (t), the kurtosis of | h (t) | is given by
Figure 2009545755
Here, μ | h | and σ | h | are the average and standard deviation of absolute values of CIR, respectively. The distribution of κ can be obtained for both LOS and NLOS conditions using a sample channel realization. For example, the IEEE 802.15.4a channel is for eight different channel models CM1-CM8 corresponding to residential LOS and NLOS conditions, office LOS and NLOS conditions, outdoor LOS and NLOS conditions, industrial LOS and NLOS conditions. Provides a histogram of κ. Each of the histograms may be modeled by a log normal PDF given by:
Figure 2009545755
Here, μ k is an average of p (k), and σ k is a standard deviation. This model is justified using the 5% significance level Kolmogolf Smirnov (KS) goodness-of-fit hypothesis test over the IEEE 802.15.4a channel.

尖度は、受信されたMPCの振幅統計に関する情報を提供するが、マルチパス成分の遅延統計は、平均過剰遅延とRMS遅延の広がりとによって提供される。“Wireless Communications: Principles and Practice”,T.S.Rappaport (著者),Indianapolis,IN: Prentice Hall,2002によれば、通信路の平均過剰遅延τは次式によって与えられ、

Figure 2009545755
RMS遅延の広がりτrmsは次式によって与えられる。
Figure 2009545755
The kurtosis provides information about the amplitude statistics of the received MPC, while the delay statistics for multipath components are provided by the average excess delay and the spread of the RMS delay. “Wireless Communications: Principles and Practice”, T.M. S. According to Rappaport (author), Indianapolis, IN: Prentice Hall, 2002, the average excess delay τ m of the channel is given by:
Figure 2009545755
The RMS delay spread τ rms is given by:
Figure 2009545755

上述した尖度分析と同じように、IEEE 802.15.4aからの8つの異なる通信路モデルに対する平均過剰遅延及びRMS遅延広がりのヒストグラムは、5%有意性レベルのコルモゴルフ・スミルノフ検定に基づいて、受信信号における遅延の対数正規分布を正当化する。   Similar to the kurtosis analysis described above, the histogram of mean excess delay and RMS delay spread for eight different channel models from IEEE 802.15.4a is based on the 5% significance level Kolmogolf Smirnov test, Justify the lognormal distribution of delays in the received signal.

もしκ、τ、及びτrmsに対する統計の先験的知識がLOS及びNLOS状態のもとで利用可能であれば、LOS及びNLOS仮説を区別するため尤度比検定が設定され得る。例えば、Plos(x)及びPnlos(x)がそれぞれLOS及びNLOS状態に対応するPDFを表し、κ、τ、及びτrmsが、観察された通信路実現h(t)に対する尖度、平均過剰遅延、及びRMS遅延広がりを表すとすれば、次の3つの尤度比検定の各々は、LOS/NLOS状態を識別するために使用され得る。
(1)尖度検定:

Figure 2009545755
(2)平均過剰遅延検定:
Figure 2009545755
(3)RMS遅延広がり検定:
Figure 2009545755
If statistical a priori knowledge of κ, τ m , and τ rms is available under the LOS and NLOS conditions, a likelihood ratio test can be set up to distinguish the LOS and NLOS hypotheses. For example, P los (x) and P nlos (x) represent PDFs corresponding to the LOS and NLOS states, respectively, and κ, τ m , and τ rms are the kurtosis for the observed channel realization h (t), Given the average excess delay and RMS delay spread, each of the following three likelihood ratio tests can be used to identify the LOS / NLOS condition.
(1) Kurtosis test:
Figure 2009545755
(2) Mean excess delay test:
Figure 2009545755
(3) RMS delay spread test:
Figure 2009545755

各々の検定において、尤度比が1よりも大きい場合にはLOS仮説(H)が選択され、そうでなければNLOS仮説(H)が選択される。3つの全てのパラメータを考慮に入れて、これらのパラメータの個々のPDFから結合PDFを導出すると、次の形式の検定が取得される。

Figure 2009545755
In each test, the LOS hypothesis (H 0 ) is selected if the likelihood ratio is greater than 1, otherwise the NLOS hypothesis (H 1 ) is selected. Taking all three parameters into account and deriving a combined PDF from the individual PDFs of these parameters, a test of the form:
Figure 2009545755

しかしながら、結合PDFは導出するのが困難である。パラメータκ、τ、及びτrmsが独立に得られると仮定して、1つの近似が取得されてもよい。

Figure 2009545755
ここで、
Figure 2009545755
However, the combined PDF is difficult to derive. Assuming that the parameters κ, τ m , and τ rms are obtained independently, one approximation may be obtained.
Figure 2009545755
here,
Figure 2009545755

最小二乗アルゴリズムからのこの計量は、各FTの信頼度を加重するために使用されてもよい。   This metric from the least squares algorithm may be used to weight the reliability of each FT.

位置決めの正確度を改善するため、NLOS状態の識別が多くの方途で使用されてもよい。例えば、NLOS FTが移動局の場所推定値の計算から除外されてもよい。場所推定に利用可能なFTの数が小さい場合、NLOS FTの除外は困難であるかも知れない。更に、(上述した)Venkateshらは、より良好な位置決め正確度を提供するため、特に、高い精密度幾何学的希釈(GDOP)ジオメトリについて、NLOS FT内の情報が使用され得ることを教示する。更に具体的には、3つ以上のLOS FTが1つの線に沿って近似的に配置されるとき、その線から外れた追加のFTを含めて位置の推定値を計算することは、追加のFTがNLOSであっても、位置決め正確度を改善する。   To improve positioning accuracy, NLOS condition identification may be used in many ways. For example, the NLOS FT may be excluded from the calculation of the mobile station location estimate. If the number of FTs available for location estimation is small, it may be difficult to exclude the NLOS FT. Furthermore, Venkatesh et al. (Described above) teach that the information in the NLOS FT can be used, particularly for high precision geometric dilution (GDOP) geometry, to provide better positioning accuracy. More specifically, when more than two LOS FTs are approximately placed along a line, calculating an estimate of the position including additional FTs off that line is Improve positioning accuracy even if FT is NLOS.

N個のFTについて、J.J.Caffery 及びG.L.StuberによってIEEE Commun.Mag.,vol.36,no.4,pp.38−45,Apr.1998で発表された論文“Overview of radiolocation in CDMA cellular systems”は、加重された最小二乗解を教示する。

Figure 2009545755
ここで、βは、i番目のFTで受信された信号の信頼度を反映し、
Figure 2009545755
は移動端末位置の推定値であり、x=[x]はi番目のFTの既知の位置であり、dは移動端末とi番目のFTとの間の測定された距離である。dの1つのモデルは、次式によって与えられる。
=r+b+n
ここで、rは移動端末とi番目のFTとの間の実際の距離であり、n〜N(0,σ)は、分散σを有する加法的白色ガウス雑音(AWGN)であり、bは次式によって与えられる非負NLOSバイアスである。
Figure 2009545755
ここで、Ψ(μψ)は平均μψを有する指数分布を表す。 For N FTs, J. J. et al. Cafery and G.C. L. According to Stuber, IEEE Commun. Mag. , Vol. 36, no. 4, pp. 38-45, Apr. The article “Overview of radiolocation in CDMA cellular systems” published in 1998 teaches a weighted least squares solution.
Figure 2009545755
Here, β i reflects the reliability of the signal received at the i-th FT,
Figure 2009545755
Is an estimate of the mobile terminal position, x i = [x i y i ] is the known position of the i th FT, and d i is the measured distance between the mobile terminal and the i th FT. is there. One model of d i is given by:
d i = r i + b i + n i
Where r i is the actual distance between the mobile terminal and the i-th FT, and n i to N (0, σ 2 ) are additive white Gaussian noise (AWGN) with variance σ 2 . , B i is a non-negative NLOS bias given by:
Figure 2009545755
Here, Ψ (μ ψ ) represents an exponential distribution having an average μ ψ .

上述したCafferyらでは、測定された距離の分散の逆が、i番目のFTの信頼度計量として使用される。しかしながら、静止端末の場合、TOA測定値の分散は、NLOS FTからのLOS FTの区別を許すほど有意に異なってはいない。   In the above-mentioned Cafery et al., The inverse of the measured distance variance is used as a confidence metric for the i th FT. However, for stationary terminals, the dispersion of TOA measurements is not significantly different to allow the distinction of LOS FT from NLOS FT.

本発明の一実施形態によれば、Cafferyらのアプローチに勝る性能は、次の信頼度計量を使用して取得される。
β=log10(1+J(k,τ,τrms))
これは、典型的には0と1の間の加重値をFTに割り当てることによって、NLOS FTにペナルティを科す。そのような手法は軟加重選択(SWS)と呼ばれてもよい。そのようなアプローチの欠点は、LOSノードに対して、加重値の動的範囲が非常に大きくなることである。加重値の大きな動的範囲は、LOS測定値の幾つかを他のLOS測定値に関して不必要に優遇し、それによって、或る場合には位置決め正確度を劣化させる。
According to one embodiment of the present invention, performance superior to the Caffery et al. Approach is obtained using the following confidence metric.
β i = log 10 (1 + J (k, τ m , τ rms ))
This penalizes the NLOS FT, typically by assigning a weight between 0 and 1 to the FT. Such an approach may be referred to as soft weighted selection (SWS). The disadvantage of such an approach is that the dynamic range of the weight values is very large for the LOS node. A large dynamic range of weights unnecessarily favors some of the LOS measurements with respect to other LOS measurements, thereby degrading positioning accuracy in some cases.

SWSの性能は、固定された加重値をLOS及びNLOS測定値へ割り当てることによって、即ち硬加重選択(HWS)を使用することによって、改善されてもよい。HWSアプローチでは、βiは次のように設定され得る。

Figure 2009545755
ここで、k及びkは、NLOS効果を抑圧するように適宜選択された2つの加重値であり、これにより、識別されたNLOS FTが、限定されたインパクトをWLS解の上に有する。k=0及びk=1の場合、NLOS FTの寄与は廃棄される。これは、本明細書で識別及び廃棄(IAD)と呼ばれる手法である。IADは誤識別の危険を冒す(即ち、LOS FTをNLOS FTと間違えるか、この反対)。こうして、或る場合には、移動端末の場所を推定するには、識別されたLOS FTの数が不十分であるかも知れず、それによって、位置決め正確度を可能性として相当に劣化させる。 SWS performance may be improved by assigning fixed weights to LOS and NLOS measurements, ie, using hard weighted selection (HWS). In the HWS approach, β i can be set as follows:
Figure 2009545755
Here, k 1 and k 2 are two weights appropriately selected to suppress the NLOS effect, so that the identified NLOS FT has a limited impact on the WLS solution. If k 1 = 0 and k 2 = 1, the NLOS FT contribution is discarded. This is a technique referred to herein as identification and discard (IAD). The IAD takes the risk of misidentification (ie, mistaken LOS FT for NLOS FT or vice versa). Thus, in some cases, the number of identified LOS FTs may be insufficient to estimate the location of the mobile terminal, thereby potentially significantly degrading positioning accuracy.

上述した非線形費用関数における式を最小にすることは、数値探索法、例えば、最急降下法又はガウス・ニュートン手法を必要とする。これは計算的にコストが高く、費用関数内の極小値への収斂を避けるため良好な初期化を必要とする。(例えば、F.Gustafsson 及びF.GunnarssonによってIEEE Sig.Proc.Mag.,vol.22,no.4,pp.41−53,Juy 2005で発表された“Mobile positioning using wireless networks: Possibilites and fundamental limitations based on available wireless network measurements”を参照)。代替案として、費用関数は、上述のVenkateshで開示された方法を使用し、選択されたFTの位置に関して線形化されてもよい。この方法では、端末位置xへの被選択FTの寄与は、他の寄与から分離されて、次式を産出する。
Ax=p
これは、次式によって与えられる最小二乗解を有する。
x=(AA)−1
ここで、

Figure 2009545755
及び
Figure 2009545755
rは、選択されたFTの索引である(即ち(x,y)は選択されたFTの位置xである)。V.Dizdarevic 及びK.WitrisalによってProc.Workshop on Positioning,Navigation,and Commun.(WPNC),Hannover,Germany,Mar.2006,pp.129−138で発表された論文“On impact of topology and cost function on LSE position determination in wireless networks”で検討されるように、選択されたFT rに関する線形化は費用関数を最小にする。即ち、
Figure 2009545755
Minimizing the equation in the nonlinear cost function described above requires a numerical search method, such as the steepest descent method or the Gauss-Newton method. This is computationally expensive and requires good initialization to avoid convergence to a local minimum in the cost function. (See, for example, “Mobile positioning used fitness networks: Possibilities: pos. base "on wireless network network measurements"). As an alternative, the cost function may be linearized with respect to the location of the selected FT using the method disclosed in Venkatesh above. In this method, the contribution of the selected FT to the terminal position x is separated from the other contributions to yield:
Ax = p
This has a least squares solution given by:
x = (A T A) −1 A T p
here,
Figure 2009545755
as well as
Figure 2009545755
r is the index of the selected FT (i.e. (x r, y r) is the position x r of the selected FT). V. Dizdalevic and K.M. Witrisal, Proc. Works on Positioning, Navigation, and Commun. (WPNC), Hanover, Germany, Mar. 2006, pp. As discussed in the paper “On impact of topology and cost function on LSE position determination in wireless networks” published in 129-138, the linearization on the selected FT r minimizes the cost function. That is,
Figure 2009545755

前に検討された非線形モデルにおけるように、i番目のFTの相対的信頼度は、費用関数内のi番目の項をβだけ加重することによって特徴付けられてもよい。N−1対角行列W=diag(β,β,...,βN−1)によってN−1を構築し、A=WA及びp=WPを取得することによって、移動端末の加重された場所推定値xは、線形モデルを使用して取得される。
x=(A −1
As in the previously discussed nonlinear model, the relative confidence of the i th FT may be characterized by weighting the i th term in the cost function by β i . N-1 is constructed by N-1 diagonal matrix W = diag (β 1 , β 2 ,..., Β N-1 ), and A W = WA and p W = WP are obtained, thereby obtaining a mobile terminal. The weighted location estimate x of is obtained using a linear model.
x = (A W T A W ) -1 A W T p W

こうして、移動端末の場所xへの結果の最小二乗解は、受信信号のマルチパス成分から取得された尤度関数を使用してNLOS FTの効果を抑圧する。   Thus, the least squares solution of the result to the mobile terminal location x uses the likelihood function obtained from the multipath component of the received signal to suppress the effect of the NLOS FT.

図1Aは、NLOS環境下における異なるFTで受信された信号に基づいて到着時刻(TOA)推定及び無線位置決め動作が実行されてもよい通信システムを示す図である。図1で示されるように、FT10、20、及び30の各々は、移動端末5から受信されたそれぞれの信号についてTOAを測定する。TOAは中央処理装置35へ回送され、三角測量によって端末5の場所を推定する。代替案として、端末5はFTにおける受信信号の測定値を使用して自分の場所を推定してよい。   FIG. 1A is a diagram illustrating a communication system in which arrival time (TOA) estimation and wireless positioning operations may be performed based on signals received at different FTs in an NLOS environment. As shown in FIG. 1, each of the FTs 10, 20, and 30 measures the TOA for each signal received from the mobile terminal 5. The TOA is forwarded to the central processing unit 35, and the location of the terminal 5 is estimated by triangulation. As an alternative, the terminal 5 may estimate its location using the measured value of the received signal at the FT.

図1Bは、FT10、20、及び30で受信された信号に基づくTOA推定動作を図解する。典型的には、TOAを測定するため、各受信機は最強パスの上で係止する。図1Bにおいて、FT10、20、及び30のそれぞれの最強パスは参照番号9によって表示される。識別された最強パスから、各受信機は、最初の到着パスを求めて時間を逆方向に探索する。LOS状態で、最初の到着パス(図1Bの参照番号11によって表示される)は、送信機と受信機との間の最短距離に対応する。しかしながら、NLOS状態では(即ち、送信機と受信機との間に妨害物が存在する)、図1Bの参照番号7によって表示される最初の到着パスは、LOSの最初の到着パス11よりも遅れて到着する。こうして、NLOS到着パスは、最初の到着パスが正しく識別されるときにおいても、TOA推定値へ正のバイアスを導入する。更に受信機は、典型的には、最初の到着パスを適格にするために使用される閾値(参照番号8によって表示される)を設定する。NLOSの最初の到着パス7が閾値よりも小さい信号強度を有するとき、推定された最初の到着パス(参照番号12によって表示される)は、一層遅れた値を有する。   FIG. 1B illustrates a TOA estimation operation based on signals received at FTs 10, 20, and 30. FIG. Typically, each receiver locks on the strongest path to measure TOA. In FIG. 1B, the strongest path of each of FTs 10, 20, and 30 is denoted by reference numeral 9. From the identified strongest path, each receiver searches backward in time for the first arrival path. In the LOS state, the first arrival path (indicated by reference numeral 11 in FIG. 1B) corresponds to the shortest distance between the transmitter and the receiver. However, in the NLOS condition (ie, there is an obstruction between the transmitter and the receiver), the first arrival path indicated by reference numeral 7 in FIG. 1B is later than the first arrival path 11 of the LOS. Arrive. Thus, the NLOS arrival path introduces a positive bias into the TOA estimate even when the first arrival path is correctly identified. In addition, the receiver typically sets a threshold (indicated by reference numeral 8) that is used to qualify the first arrival path. When the NLOS first arrival path 7 has a signal strength that is less than the threshold, the estimated first arrival path (indicated by reference numeral 12) has a more delayed value.

従来のシステムにおいて、受信信号のTOAは、測距アルゴリズム(例えば、恣意的な閾値を使用する閾値ベース探索手法)を使用して各FTで推定される。TOA推定値は距離推定値31、32、及び33へ変換される(例えば、図1Aを参照)。例えば、移動端末の場所の推定値は最小二乗法によって提供される。最小二乗法は、次のように全ての剰余の二乗の合計を最小にするxの値を選択する。

Figure 2009545755
ここで、dはi番目のFTと移動端末との間の距離であり、xは利用可能なN個のFTについてi番目のFTの場所である。推定された端末場所の平均二乗剰余誤差(「剰余」)は、次のように書くことができる。
Figure 2009545755
In conventional systems, the TOA of the received signal is estimated at each FT using a ranging algorithm (eg, a threshold-based search technique using arbitrary thresholds). The TOA estimate is converted into distance estimates 31, 32, and 33 (see, eg, FIG. 1A). For example, an estimate of the location of the mobile terminal is provided by the least square method. The least square method selects the value of x that minimizes the sum of the squares of all the remainders as follows:
Figure 2009545755
Here, d i is the distance between the i th FT and the mobile terminal, and x i is the location of the i th FT for the N available FTs. The estimated mean square residue error (“residue”) of the terminal location can be written as:
Figure 2009545755

LOS状態では、剰余は測定雑音及び逆方向探索誤差のみに依存する。逆方向探索誤差は、最初の到着パスの不正確な識別から生じる。それ故に、LOS状態では、各々のFTに対応するTOAの正確な推定値は比較的容易に得られる。結果として、推定された移動端末の場所は実際の移動端末の場所に近くなり、十分な平均化が雑音分散を低減すると仮定すれば剰余誤差は一般的に小さい。しかしながら、1つ又は複数のNLOS FTが存在するとき、導入されたNLOSバイアスに起因して剰余は相当に大きい。上述したように、NLOSバイアスは2つの理由、即ち、(1)LOS TOAとNLOS TOAとの間の遅延、及び(2)推定されたNLOS TOAと実際のNLOS TOAとの間の遅延に起因する。   In the LOS state, the remainder depends only on measurement noise and backward search error. The backward search error results from an incorrect identification of the first arrival path. Therefore, in the LOS state, an accurate estimate of the TOA corresponding to each FT is relatively easy to obtain. As a result, the estimated mobile terminal location is close to the actual mobile terminal location, and the residual error is generally small assuming that sufficient averaging reduces noise variance. However, when there is one or more NLOS FTs, the remainder is quite large due to the introduced NLOS bias. As mentioned above, NLOS bias is due to two reasons: (1) the delay between LOS TOA and NLOS TOA, and (2) the delay between the estimated NLOS TOA and the actual NLOS TOA. .

第1のタイプのバイアス(即ち、LOS TOAとNLOS TOAとの間の差の結果としてのバイアス)は、逆方向探索ステップで直接取り扱うことはできないので、そのようなバイアスは三角測量ステップで対処される。基本的には、通信路のLOS又はNLOS情報はマルチパス受信信号から取得され得る(例えば尤度加重値の形式で)。この情報はNLOS FTの効果を低減するため三角測量ステップで使用され得る。   Since the first type of bias (ie, the bias as a result of the difference between LOS TOA and NLOS TOA) cannot be handled directly in the backward search step, such bias is addressed in the triangulation step. The Basically, the LOS or NLOS information of the channel can be obtained from the multipath received signal (eg in the form of a likelihood weighted value). This information can be used in the triangulation step to reduce the effect of the NLOS FT.

図2は、本発明の一実施形態に従った加重最小二乗(WLS)位置決めアルゴリズム200(又は、代替として、剰余ベース最小二乗位置決めアルゴリズム210)を示す流れ図である。図2で示されるように、TOA推定値100は、尤度関数150と共に加重LSアルゴリズム200(又は、代替として、剰余ベース加重LSアルゴリズム210)へ直接提供される。上記で引用して組み入れられた関連出願“Line−of−Sight (LOS)or non−LOS (NLOS)Identification Method Using Multipath Channel Statistics”で検討されているように、最小二乗位置決めアルゴリズムで加重値を導出してLOS FTとNLOS FTとを区別するために尤度関数150が使用されてもよい。   FIG. 2 is a flow diagram illustrating a weighted least squares (WLS) positioning algorithm 200 (or alternatively, a residue-based least squares positioning algorithm 210) according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the TOA estimate 100 is provided directly to the weighted LS algorithm 200 (or alternatively, the residue-based weighted LS algorithm 210) along with the likelihood function 150. Deriving weights with least squares positioning algorithm as discussed in the related application “Line-of-Sight (LOS) or non-LOS (NLOS) Identification Method Multipath Channel Statistics” incorporated by reference above. Likelihood function 150 may be used to distinguish between LOS FT and NLOS FT.

尤度関数から取得されたLOS加重値は、更に、他のアルゴリズムの性能を改善するために使用されてもよい。例えば、上述したP.C.Chenによる剰余ベース・アルゴリズムは、210で示されるように、LOS加重値をFTの個々の剰余へ割り当てることによって改善されてもよい。この改善された方法では、FTの異なる組み合わせに対応する剰余誤差を計算するとき、各々の観測に対応する誤差がLOS加重値によって更に加重される。受信信号のMPCにおける情報を使用して、異なるFTからの測定値の信頼度を特徴付けることによって、本発明の方法に係るLOS加重値は他の多くの異なる位置決めアルゴリズムと共に使用され得る。   The LOS weight obtained from the likelihood function may be further used to improve the performance of other algorithms. For example, the above-described P.I. C. The residue-based algorithm by Chen may be improved by assigning LOS weights to individual residues in the FT, as shown at 210. In this improved method, when calculating the residual error corresponding to different combinations of FTs, the error corresponding to each observation is further weighted by the LOS weight. By using the information in the MPC of the received signal to characterize the reliability of measurements from different FTs, the LOS weight according to the method of the present invention can be used with many other different positioning algorithms.

図3は、本発明の一実施形態に係る、図2で示されるWLS位置決めアルゴリズム200を一層詳細に示す図である。図3で示されるように、FT201、202、及び203で測定された到着時刻は、図2の最小二乗アルゴリズムのいずれかへ渡される。これらのアルゴリズムでは、移動端末と各FTとの間の距離測定値dが計算される。一実施形態において、加重費用関数(例えば、上述した加重費用関数)が最小にされるように移動端末の場所が選択される。上述したように、最小二乗モデルは線形(したがって閉形態の解を産出する)又は非線形(即ち、考えられる移動端末の場所の全部ではなくても、かなりの部分を探索する必要がある)であってもよい。 FIG. 3 is a diagram illustrating the WLS positioning algorithm 200 shown in FIG. 2 in more detail, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the arrival times measured by FTs 201, 202, and 203 are passed to one of the least square algorithms of FIG. In these algorithms, distance measurements d i between the mobile terminal and each FT are calculated. In one embodiment, the location of the mobile terminal is selected such that a weighted cost function (eg, the weighted cost function described above) is minimized. As mentioned above, the least squares model can be linear (thus producing a closed-form solution) or non-linear (ie a significant portion of the mobile terminal location needs to be searched if not all). May be.

典型的には時間の経過と共にTOA(又は距離)測定値の記録を必要とする従来技術の受信信号ベースNLOS軽減方法とは違って、本発明の方法によれば測定時間履歴は必要でない。LOS/NLOS尤度PDFが利用可能である限り、各FTからの単一通信路実現のように小さくてもNLOS軽減が実行され得る。なぜなら、TOAの変動は考慮されないからである。その代わりに、受信されたマルチパス成分の中のNLOS情報が使用される。   Unlike prior art received signal based NLOS mitigation methods, which typically require the recording of TOA (or distance) measurements over time, the method of the present invention does not require measurement time history. As long as the LOS / NLOS likelihood PDF is available, NLOS mitigation can be performed as small as a single channel realization from each FT. This is because TOA fluctuations are not taken into account. Instead, the NLOS information in the received multipath component is used.

更に、既存の従来のアルゴリズムは移動端末を優遇する。NLOS測定バイアスは、十分な変動を提供してNLOS測定値をLOS測定値から区別する。しかしながら、静止端末の場合にはNLOSバイアスは十分な変動を示さないかも知れず、したがって、NLOS FTの識別及び軽減を困難にする。しかしながら、本発明の方法はNLOS軽減のために受信信号のMPCの中に埋め込まれた情報を使用し、したがって、静止端末の場合にも効果的である。   Furthermore, existing conventional algorithms favor mobile terminals. The NLOS measurement bias provides sufficient variation to distinguish NLOS measurements from LOS measurements. However, in the case of a stationary terminal, the NLOS bias may not show sufficient variation, thus making NLOS FT identification and mitigation difficult. However, the method of the present invention uses information embedded in the MPC of the received signal for NLOS mitigation and is therefore also effective for stationary terminals.

本発明の方法は位置決めの正確さを改善するためにも使用されてよい。十分な数のFTが利用可能であるとき、NLOS FTは廃棄され、移動端末の場所推定値のバイアスを防止する。LOS FTの尤度関数は、上述したLS位置決めアルゴリズムの中で加重することができ、より小さい信頼度がNLOS測定値へ与えられる。   The method of the present invention may also be used to improve positioning accuracy. When a sufficient number of FTs are available, the NLOS FT is discarded, preventing biasing of the mobile terminal's location estimate. The likelihood function of the LOS FT can be weighted in the LS positioning algorithm described above, giving less confidence to the NLOS measurement.

上記の詳細な説明は、本発明の具体的実施形態を例証するために提供され、限定を意図するものではない。本発明の範囲内で多くの修正及び変形が可能である。本発明は添付の特許請求の範囲に記述される。   The above detailed description is provided to illustrate specific embodiments of the present invention and is not intended to be limiting. Many modifications and variations are possible within the scope of the present invention. The invention is set forth in the appended claims.

TOA推定及び無線位置決め動作がNLOS環境下において異なるFTで受信された信号に基づいて実行されてもよい通信システムを示す図である。FIG. 10 illustrates a communication system in which TOA estimation and wireless positioning operations may be performed based on signals received at different FTs in an NLOS environment. FT10、20、及び30で受信された信号に基づくTOA推定動作を示す図である。It is a figure which shows the TOA estimation operation | movement based on the signal received by FT10,20,30. 本発明の一実施形態に係る、加重最小二乗(WLS)位置決めアルゴリズム200(又は、代替として、剰余ベース最小二乗位置決めアルゴリズム210)を示す流れ図である。6 is a flow diagram illustrating a weighted least squares (WLS) positioning algorithm 200 (or alternatively, a residue-based least squares positioning algorithm 210), according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、図2で示されるWLS位置決めアルゴリズム200を一層詳細に示す図である。FIG. 3 shows in more detail the WLS positioning algorithm 200 shown in FIG. 2 according to one embodiment of the invention.

Claims (1)

移動端末の位置決め方法であって、
前記移動端末と複数の固定端末との間で送信された信号を受信するステップと、
各受信信号について、統計計量を使用して前記受信信号が見通し経路を進んだ尤度を決定するステップと、
前記受信信号の見通し経路の前記尤度に部分的に基づく位置決めアルゴリズムを使用して、前記受信信号の到着時刻に基づき前記移動端末の位置を決定するステップと
を含む方法。
A mobile terminal positioning method comprising:
Receiving signals transmitted between the mobile terminal and a plurality of fixed terminals;
For each received signal, using statistical metrics to determine the likelihood that said received signal has traveled the line-of-sight path;
Determining the position of the mobile terminal based on the arrival time of the received signal using a positioning algorithm based in part on the likelihood of the line-of-sight path of the received signal.
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