In this thesis, we investigate a localization scheme based on the downlink reference and synchronization signal and evaluate the error performance of the proposed scheme for the Third Generation Partnership Project (3GPP) Long Term Evolution (LTE). The proposed scheme is based on the TDOA method, and exploits the correlation and Chan`s method to estimate the position of the Mobile Station (MS). Since several factors such as the antenna configuration, the system bandwidth, and the deployment of the Base Stations (BSs) and the MS influence on the performance, we evaluate the performance by changing the value of the factors. The performance of the proposed scheme is validated through the simulation results.
최근, 스마트폰의 등장 등으로 인하여 이동통신시스템에서 많은 양의 데이터를 전송하고자 하는 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 이러한 수요에 발맞추기 위하여 더욱 높은 용량을 가지는 고용량 저지연 시스템의 필요성이 대두되고 있는 현실이며, 이에 따라 WCDMA 등 다양한 이동통신 표준의 표준화를 진행해온 3GPP (Third Generation partnership Group) 에서는 기존의 이동통신 시스템으로부터 한결 진화하여 향후 10년간 경쟁력을 확보할 수 있는 표준을 만들게 되고, 이를 Long Term Evolution, LTE로 칭하고 있습니다.
한편 E-911과 Location Based Service (LBS)의 등장 등으로 인하여 사용자의 정확한 위치를 추적할 수 있는 기술 개발의 필요성도 꾸준히 제기되어 왔습니다. 현재 실외에서 단말의 위치를 정확하게 추정할 수 있는 방법으로 Global Positioning System (GPS)가 널리 사용되고 있지만, 이 시스템은 인공위성으로부터 내려오는 신호를 사용하기 때문에 실내나 도심지역과 같은 음영지역에서는 측위가 불가능하다는 단점을 가지고 있습니다. 이에 따라 무선통신 시스템을 기반으로 한 다양한 측위 기술들이 연구되어 왔습니다. 하지만 아직까지 LTE 시스템을 기반으로 한 측위 기술은 연구된 바가 없으며 이에 따라 저는 향후 전 세계적인 차세대 이동통신 표준으로서 각광받고 있는 3GPP LTE 시스템 기반 무선 측위 기술을 제안하고 다양한 환경에서의 실험을 통하여 제안된 기술의 성능을 비교, 검증하였습니다.
무선통신 시스템을 기반으로 한 측위 기술로는 Time Of Arrival (TOA), Angle Of Arrival (AOA), Time Difference of Arrival (TDOA) 등이 널리 사용되고 있지만, TOA 방식의 경우 단말과 기지국간의 정확한 시각 동기를 필요로 하고 AOA 방식은 다중안테나 배열을 필요로 하기 때문에 저는 TDOA 방식을 이용하는 측위 기술을 제안하였습니다. 이 때 TDOA 방식을 이용하여 측위를 하기 위해서는 최소 3개의 기지국과 단말사이에 통신이 이루어져야 합니다. 하지만 LTE는 Cell-based network이기 때문에 상향 링크를 통해 측위를 할 경우 단말이 특정 기지국에 가까이 있으면 Power allocation으로 인하여 다른 기지국과의 통신이 불가능 할 가능성이 높아, 하향링크 신호를 이용하여, 단말에서 직접 측위를 하는 기술을 제안 하였습니다. 이에 따라 제안된 기술은 LTE시스템의 Downlink Reference signal과 Synchronization signal을 이용하여 TDOA를 측정하고, 이를 통해 얻어진 두 개의 쌍곡선을 Chan’s method를 이용하여 교점을 찾음으로서 단말의 위치를 추정합니다.
LTE에서는 송신단과 수신단에서의 다양한 안테나 구성과 Scalable bandwidth를 지원하기 때문에 이를 고려하여 다양한 환경에서 제안된 기술의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 검증하였습니다. 또한 Reference signal과 synchronization signal의 특성이 서로 다르기 때문에 성능에 영향을 줄 것이라 판단하여 위 환경에서 두 신호를 각각 이용할 때의 성능 역시 비교하였습니다. 이 밖에도, 단말의 원래 위치에 따라 기지국과의 상대적인 거리가 다르게 되고 이에 따라 성능의 차이가 발생 할 것이라 예상되어 단말의 위치를 달리하면서 측위 성능을 비교하였습니다.
위와 같은 환경에서의 실험을 통하여 저는 제안된 기술이 실제 LTE 시스템에 적용할 수 있을 정도로 뛰어난 성능을 보이는 것을 확인하였고, 특히 E-911을 위하여 미 FCC에서 제정했던 기준인 125m 오차 기준을 충분히 충족함을 확인하였습니다. 또한 여러 시스템 대역폭, 안테나 구성, 사용된 신호 등 다양한 환경에서 제안된 측위 기술의 성능이 변화하는 것을 확인하였습니다. 이에 따라 각 상황과 요구되는 정확도에 맞는 적절한 구성을 사용하면 보다 효율적인 측위 시스템을 구현하는 것이 가능해 질 것이라 기대하는 바입니다.