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LR-WPAN에서 비주기적 전송 패턴을 갖는 임펄스 기반의 TOA 추정 기법
박운용(Woon-Yong Park),박철웅(Cheol-Ung Park),홍윤기(Yun-Gi Hong),최성수(Sungsoo Choi),이원철(Won-Cheol Lee) 한국통신학회 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.4A
최근 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4a TG (Task Group)에서는 저소비, 저전력 뿐만 아니라 다수개의 피코넷이 공존하는 즉, SOPs (simultaneously operating piconets) 환경하에서 거리 인지가 가능하도록 규정하고 있으며 거리인지 (ranging)의 서비스에 따라 Ternary 코드를 이용한 coherent/non-coherent 방안이 표준으로 채택되었다. 그러나 표준안에서 제시된 최소의 펄스 간 간격(Pulse Repetition Interval; PRI)은 채널의 최대 초과 지연(Maximum Excess Delay; MED) 보다 좁아 펄스 간 간섭 (Inter-Pulse Interference; IPI) 문제가 발생되어 DS(Direct Sequence) 기반의 추정기법으로는 부정확한 최초 도착 시간(Time Of Arrival; TOA)을 얻게 된다. 따라서 본 논문에서는 IPI을 줄이면서 고정밀 TOA를 추정하기 위한 비주기적 펄스 전송 (non-periodic transmission; NPT) 패턴 기법을 제안한다. 수신단은 저속 무선 개인 영역 네트워크의 모티브를 고려하여 에너지 검출을 이용한 non-coherent 기반의 수신 구조로 구성하였다. TOA 정보는 슬라이딩 상관처리 후 역 탐색 구간 (Search Back Window; SBW)을 두어 오차를 감소시키고 사전 정해진 임계치를 이용하여 얻기 된다. 제안된 펄스 패턴 기법에 대한 성능을 검증하기 위해서 IEEE 802.15.4a TG에서 제시한 두 가지 채널 모델을 적용하였고 시뮬레이션 결과로부터 제안된 기법이 다수개의 피코넷이 공존하는 다중 경로 환경에서 일반적인 기법보다 성능이 개선됨을 확인하였다. Recently Task Group (TG) 4 of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.15a has been recommended a system with ranging capability in existence of multiple Simultaneous operating piconets (SOPs) as well as low-cost, low-power. According to the ranging service, coherent and non-coherent based ranging schemes using ternary code have been adopted as a standard. However it is hard to estimate an accurate time of arrival (TOA) in case of using direct sequence based TOA estimation method because pulse repetition interval (PRI) offered by TG is more limited than the maximum excess delay (MED) of channel. To mitigate inter pulse interference (IPI) problem, this paper proposes a non-coherent TOA estimation scheme using non-periodic transmission (NPT) pattern. The proposed receiver is based on a non-coherent energy detection considering with motivation of low rate wireless personal area network (LR-WPAN). TOA information is estimated via proper comparison with a prescribed threshold after the sliding correlation and search back window (SBW) process for reducing TOA error. To verify the performance of proposed ranging scheme, two distinct channel models approved by IEEE 802.15.4a TG are considered. According to the simulation results, we could conclude that the proposed scheme have performed better performance than the conventional method on the existence of multiple SOPs.
Hybrid TOA/AOA Cooperative Mobile Localization in 4G Cellular Networks
Wu, Shixun,Wang, Shuliang,Xu, Kai,Wang, Honggang The Institute of Electronics and Information Engin 2013 IEIE Transactions on Smart Processing & Computing Vol.2 No.2
this study examined hybrid Time of Arrival/Angle of Arrival (TOA/AOA) localization technique in a cellular network. Based on the linearized equations from the TOA and AOA measurements, the weighted least square (WLS) method is proposed to obtain the location estimation of a mobile station (MS) by analyzing the statistical properties of the error vector in Line of Sight (LOS) and Non-line of Sight (NLOS) environments, respectively. Moreover, the precise expression of the Cramer-Rao lower bound (CRLB) for hybrid TOA/AOA measurements in different LOS/NLOS conditions was derived when the LOS error is a Gaussian variable and the NLOS error is an exponential variable. The idea of cooperative localization is proposed based on the additional information from short-range communication among the MSs in fourth generation (4G) cellular networks. Therefore, the proposed hybrid TOA/AOA WLS method can be improved further with the cooperative scheme. The simulation results show that the hybrid TOA/AOA method has better performance than the TOA only method, particularly when the AOA measurements are accurate. Moreover, the performance of the hybrid TOA/AOA method can be improved further by the cooperative scheme.
Calculation Of Mobile Location Based On TOA/SS Measurements
( Jiyan Huang ) 한국인터넷정보학회 2012 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.6 No.12
Localization of mobile station (MS) has now gained considerable attention. Since the hybrid measurements can help to improve the positioning accuracy, several hybrid localization methods have been proposed in the literature. However, the high performance estimator with the closed-form solution and complete performance analysis for time-of-arrival/signal strength (TOA/SS) localization technique is still an opening issue. Two TOA/SS localization algorithms with the closed-form solutions are proposed for the cases with or without uncertainty in the positions of base stations. Furthermore, performance analysis for the TOA/SS localization technique is presented. Both the theoretical variances and Cramer-Rao lower bounds (CRLBs) are derived and the relationship between the cases with or without uncertainty is given. The paper also proves that the TOA/SS scheme has a lower CRLB than the TOA (or SS) scheme. Theoretical analysis and simulations show that the proposed method can reach its CRLB.
점대점 통신 위치추정을 위한 각도계산 기반의 TOA 알고리즘
먁마르엥흐자야(Enkhzaya Myagmar),권순량(Soonryang Kwon) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.38 No.2
고정 객체의 위치를 추정하는 기법에는 TOA와 AOA 알고리즘을 비롯한 다양한 방식이 존재하며 위치추정을 위해 일반적으로 하나의 송신기와 세 개 이상의 수신기가 필요하다. 이러한 점으로 인해 사용자 단말과 관리 시스템간 연동이 되어야 하므로 한정된 장소에서만 고정객체의 위치를 파악할 수 있다는 제약이 따른다. 그러나 대부분의 실제 환경에서는 시스템 관리 정보를 이용한 연동이 어려운 경우가 많으므로 시스템 관리 정보가 없어도 언제 어디에서든 고정객체의 위치를 추정할 수 있는 기술이 요구된다. 본 연구에서는 이 요구를 만족하기 위해 사용자의 리모컨이 고정객체와 점대점 통신을 통해 고정객체의 위치를 추정할 수 있는 모델을 설계한다. 또한 설계된 모델에 적용되는 각도계산 기반의 TOA 알고리즘을 제시하고 시뮬레이션을 통해 제안된 알고리즘을 검증한다. There are many kinds of technique methods including the TOA and AOA algorithms to estimate the location of fixed objects. To estimate the location, generally one sender and more than three receivers are needed. Because of this reason, the user terminal and the management system should be inter-operated each other. Accordingly, there are restrictions that can estimate the location of fixed objects in only limited places. However, it is hard to work with system management information in most real circumstances, and then a technology is required to estimate the location of a fixed object without system management information anytime and anywhere. In this paper, in order to meet the requirement we design models that can estimate the location of fixed object communicated with user's remote controller by peer-to-peer. We propose angular calculation based TOA algorithm applied to designed models, and verify the proposed algorithm through simulation.
다중경로 환경에서의 TOA방식과 TDOA방식의 측위성능 비교
朴志原(Ji-Won Park),朴智熙(Ji-Hee Park),宋承憲(Seung-Hun Song),成泰慶(Tae-Kyung Sung) 대한전기학회 2009 전기학회논문지 Vol.58 No.2
TOA(time-of-anival) and TDOA(time-difference-of-anival) positioning techniques are commonly used in many radio-navigation systems. From the literature, it is known that the position estimate and error covariance matrix of TDOA obtained by GN(Gauss-Newton) method is exactly the same as that of TOA when the error source of the range measurement is only an lID white Gaussian noise. In case of goo-location and indoor positioning, however, multi-path or NLOS(non-line-of-sight) error is frequently appeared in range measurements. Though its occurrence is random, the multipath acts like a bias for a stationary user if it occurs. This paper presents the comparisons of error characteristics between TOA and TDOA positioning in presence of multi-path or NLOS error. It is analytically shown that the position estimate of TDOA is exactly the same as that of TOA even when bias errors are included in range measurements with different magnitudes. By computer simulation, position estimation error and error distribution are analyzed in presence of range bias errors.
중계기를 이용한 TOA 및 TDOA 기반의 위치추정 기법
전슬비,황석승 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.4
무인화 기술의 획기적인 발달로 인해, 사용자 또는 객체의 위치를 정확히 추정하는 위치추정기술(Location Detection Technology : LDT)이 매우 중요하게 부각되고 있다. 대표적인 위치추정기술로 도달시간을 측정하여 위치를 계산하는 TOA(: Time of Arrival)와 신호의 도달 시간차를 이용하여 위치를 계산하는 TDOA(: Time Difference of Arrival) 방식이 있다. 이들 기술은 3개 이상의 기지국들로부터 수신된 신호들을 기반으로 TOA의 경우에는 원을 TDOA의 경우에는 쌍곡선을 그려 교점을 계산해 위치를 추정하는 기술이다. 도심의 경우 전파 음영지역이 많이 발생하는데, 이 문제점을 개선하기 위해 많은 중계기들이 설치되어 있다. 이러한 중계기를 거쳐서 수신되는 신호를 기반으로 단말기의 오차를 추정할 시 심각한 오차가 발생하게 된다. 본 논문은 중계기를 거쳐 수신된 신호를 이용하여, 위치를 정확하게 추정할 수 있는 기술을 제안한다. 제안된 기술은 한 개의 중계기와 두 개의 기지국으로부터 수신된 신호를 기반으로 TOA 및 TDOA 기법을 이용하여 단말기의 위치를 추정한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해, 제안된 중계기를 고려한 위치추정 기술의 성능을 확인한다.