채널 위상 변화량 및 잡음에 강인한 5G PRS 기반 직교 위상 도달 측위 기법 설계

초록

본 연구에서는 Time Difference of Arrival(TDOA) 기반 측위 정확도 향상을 위해 Time of Arrival(TOA) 추정정밀도를 높이는 기법인 Optimal and Robust Phase - Orthogonal Phase of Arrival Positioning Scheme(ORP？ OPoAPS)를 제안한다. 기존 Orthogonal Phase-of-Arrival Positioning Scheme(OPoAPS)는 직교 위상 도달 기반으로 한 샘플 이내의 오차를 보상하여 정밀한 TOA 추정이 가능하지만, 위상 wrap around에 따른 추정 오류가 발생한다. 이에 본 논문에서는 위상 wrap around로 인한 추정 오류를 방지하는 수학적 조건을 정립하였다. 또한 채널 주파수 응답의 Signal-to-Noise Ratio(SNR)을 기반으로 TOA 추정에 사용할 최적의 Channel Frequency Response(CFR) 개수를 도출하였다. 이를 기반으로 설계된 ORP？OPoAPS는 기존 OPoAPS 대비 위상 wrap around에 대한 강인성과 잡음 억제 성능이 향상되어 TOA 추정의 정밀도를 개선한다. 5G 신호 방사 환경에서 실험한 결과, 제안 기법은 기존 기법 대비 추정 거리 오차를 평균적으로 37.44cm 감소시켰다. 이는 1m 이내의 측위 정확도를 요구하는 5G 환경에서 실질적인 성능 향상으로 평가할 수 있다. ORP？OPoAPS는 낮은 연산 복잡도에서도 높은 TOA 추정 정확도를 보이며, 다양한 신호 모델에도 범용적으로 적용 가능하여, TDOA 기반 측위 시스템의 성능 향상에 기여할 것으로 기대된다.

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