KR101075660B1

KR101075660B1 - Method and apparatus for measuring location of a mobile station in a mobile communication system

Info

Publication number: KR101075660B1
Application number: KR1020050008176A
Authority: KR
Inventors: 손형철; 김학열
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2011-10-21
Also published as: KR20060087239A

Abstract

본 발명은 GPS의 의사거리(pseudorange) 측정치와 기지국의 파일럿 채널 신호로부터 획득한 파일럿 위상(Pilot Phase) 측정치를 이용한 이동 단말의 위치 측정 방법 및 장치에 대한 것으로서, 본 발명은 GPS(Global Positioning System) 의사거리를 이용한 제1 측정치와 기지국의 파일럿 채널 신호로부터 획득한 제2 측정치를 이용한 이동 단말의 위치 측정 시 상기 이동 단말이 GPS 신호를 수신하여 상기 제1 측정치를 획득하고 상기 파일럿 채널 신호를 수신하여 상기 제2 측정치를 획득한다. 그리고 상기 획득된 제2 측정치로부터 상기 제1 측정치와 공통의 시계오차를 갖는 TOA(Time of Arrival)를 획득한 후, 상기 제1 및 제2 측정치의 개수에 따라 미리 정해진 위치 결정 모드를 선택하여 상기 선택된 위치 결정 모드에 따라 상기 이동 단말의 현재 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 결정함을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면, GPS 의사거리 측정치와 기지국의 파일럿 위상 측정치를 혼합하여 이동 단말의 위치를 측정하는 경우 공통의 시계오차를 갖는 TOA 측정치를 얻을 수 있으므로 이동 단말의 위치 측정 영역을 더욱 확대할 수 있다.
The present invention relates to a method and apparatus for measuring a position of a mobile terminal using a pseudorange measurement of GPS and a pilot phase measurement obtained from a pilot channel signal of a base station. The present invention relates to a global positioning system (GPS). When measuring the position of the mobile terminal using the first measurement using the pseudorange and the second measurement obtained from the pilot channel signal of the base station, the mobile terminal receives the GPS signal to obtain the first measurement and receives the pilot channel signal Obtain the second measurement. After acquiring a time of argument (TOA) having a clock error common to the first measurement value from the obtained second measurement value, a predetermined positioning mode is selected according to the number of the first and second measurement values, The clock position of the GPS receiver and the current position of the mobile terminal are determined according to the selected position determination mode. Therefore, according to the present invention, when measuring the position of the mobile terminal by mixing the GPS pseudorange measurement value and the pilot phase measurement value of the base station, a TOA measurement value having a common clock error can be obtained, thereby further expanding the position measurement area of the mobile terminal. have.

GPS, 위치 측정, TOA, TDOA, PRM, PPM, 시계 오차GPS, position measurement, TOA, TDOA, PRM, PPM, clock error

Description

METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LOCATION OF A MOBILE STATION IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 종래 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제1 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도1 is a flowchart illustrating a process of determining a first location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a conventional mobile communication system.

도 2는 종래 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제2 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도2 is a flowchart illustrating a process of determining a second location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a conventional mobile communication system.

도 3은 PRM/PPM 혼합 위치 결정을 위한 이동통신 시스템의 구성을 도시한 도면3 is a diagram illustrating a configuration of a mobile communication system for determining a PRM / PPM mixed position;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PRM/PPM 혼합 위치결정을 위한 이동 단말의 구성을 도시한 블록도4 is a block diagram illustrating a configuration of a mobile terminal for PRM / PPM mixed positioning according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PRM/PPM 혼합 위치결정을 위한 이동통신 시스템의 구성을 도시한 블록도5 is a block diagram illustrating a configuration of a mobile communication system for PRM / PPM mixed positioning according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PRM/PPM 혼합 위치결정 시 PPM을 TDOA가 아닌 PRM과 같은 공통의 시계오차를 갖는 TOA 측정치로 이용하는 원리를 설명하기 위한 도면 FIG. 6 is a view for explaining a principle of using PPM as a TOA measurement value having a common clock error such as PRM instead of TDOA when PRM / PPM mixed positioning according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제1 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도7 is a flowchart illustrating a process of determining a first location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제2 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도8 is a flowchart illustrating a process of determining a second location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말의 위치를 측정한 실험 결과를 도시한 도면9 is a diagram illustrating an experimental result of measuring the position of a mobile terminal according to an embodiment of the present invention.

도 10a는 GPS 위성 2개, 기지국 1개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 위치 오차를 도시한 도면10A is a diagram illustrating a position error of a mobile terminal calculated by a positioning method according to the present invention when two GPS satellites and one base station are used.

도 10b는 GPS 위성 2개, 기지국 1개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 시계 오차를 도시한 도면FIG. 10B is a diagram illustrating a clock error of a mobile terminal calculated by a positioning method according to the present invention when two GPS satellites and one base station are used.

도 11a는 GPS 위성 1개, 기지국 2개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 위치 오차를 도시한 도면11a is a diagram illustrating a position error of a mobile terminal calculated by a position measuring method according to the present invention when one GPS satellite and two base stations are used.

도 11b는 GPS 위성 1개, 기지국 2개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 시계 오차를 도시한 도면
FIG. 11B is a diagram illustrating a clock error of a mobile terminal calculated by a positioning method according to the present invention when one GPS satellite and two base stations are used.

본 발명은 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access : CDMA) 시스템에서 GPS(Global Positioning System)를 이용한 이동 단말의 위치 측정 방법 및 장치에 대한 것으로서, 특히 GPS의 의사거리(pseudorange) 측정치와 기지국의 파일럿 채널 신호로부터 획득한 파일럿 위상(Pilot Phase) 측정치를 이용한 이동 단말의 위치 측정 방법 및 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring a position of a mobile terminal using a global positioning system (GPS) in a code division multiple access (CDMA) system, and in particular, a pseudorange measurement of GPS and a pilot of a base station. The present invention relates to a method and apparatus for measuring a position of a mobile terminal using pilot phase measurements obtained from a channel signal.

GPS(Global Positioning System)은 24개의 GPS 위성으로부터 수신 받은 신호를 이용하여 목적물의 위치를 구하는 항법 시스템이다. GPS는 위성이 전송한 신호가 GPS 수신기에 도달하는데 걸린 도달 시간(Time of Arrival : 이하, "TOA")를 측정하여 목적물의 위치를 결정하게 된다. TOA 방식에서는 기본적으로 GPS 위성과 GPS 수신기가 모두 동기화 되어야 하며, 시간 기반 측정치를 사용하기 때문에 GPS 위성뿐만 아니라 GPS 수신기의 시계가 정확해야 한다. GPS 위성의 시계는 원자 시계를 사용하여 정확한 시간을 유지하고 있으나, GPS 수신기의 시계는 상대적으로 부정확하다. 이로 인해 측정된 TOA에는 GPS 수신기의 시계오차가 포함되어 있고, 이러한 시계오차가 포함된 측정값을 의사거리(pseudorange)(즉, PRM)라 부른다. GPS 수신기의 시계오차는 각 위성의 의사거리에 공통으로 포함되어 있기 때문에 위치 계산 시에 공통 오차로 계산이 가능하다.GPS (Global Positioning System) is a navigation system that uses the signals received from 24 GPS satellites to find the position of the object. The GPS determines the position of the object by measuring the time of arrival (“TOA”) that the signal transmitted from the satellite reaches the GPS receiver. In the TOA method, both the GPS satellites and the GPS receiver should be synchronized by default, and since the time-based measurement is used, the clocks of the GPS receiver as well as the GPS satellites must be accurate. GPS satellite clocks use atomic clocks to maintain accurate time, but GPS receiver clocks are relatively inaccurate. As a result, the measured TOA includes the clock error of the GPS receiver, and the measured value including the clock error is called a pseudorange (ie, PRM). Since the clock error of the GPS receiver is included in the pseudo range of each satellite in common, it can be calculated with a common error when calculating the position.

일반적인 GPS 수신기에서 GPS를 이용하여 위치를 결정할 때, 3차원 위치와 수신기 시계오차(Clock bias)를 추정해야 하기 때문에 최소 4개 이상의 가시위성을 필요로 한다. 실제 개방된 실외에서는 4개 이상의 가시위성 확보가 용이하나, 실내나 도심의 빌딩숲에서는 GPS 신호의 세기가 미약하여 4개 이상의 가시위성을 확보하지 못하는 경우가 발생한다. 이러한 경우 일반적인 GPS 수신기에서는 위치 계산이 불가능하다. 따라서 GPS 수신기가 내장된 이동 단말의 경우 GPS 가시위성이 부 족한 경우 기지국 신호를 이용하여 측정한 TOA 또는 TDOA(Time Difference of Arrival)를 혼합하여 위치 결정을 하도록 되어있다. 3GPP2 표준에서도 GPS와 기지국 신호의 측정치를 혼합하여 사용하도록 되어 있다.In GPS positioning in a typical GPS receiver, at least four visible satellites are required because three-dimensional position and receiver clock bias must be estimated. In fact, it is easy to secure four or more visible satellites in the open outdoors, but in the case of indoor or urban building forests, GPS signals are not strong enough to secure four or more visible satellites. In this case, a position calculation is not possible with a typical GPS receiver. Therefore, in the case of a mobile terminal having a GPS receiver, when the GPS visibility is insufficient, the mobile terminal is equipped with a TOA or TDOA (Time Difference of Arrival) measured using a base station signal. The 3GPP2 standard also uses a mixture of measurements from GPS and base station signals.

상기와 같이 GPS 신호가 미약한 도심이나 실내에서 4개 이상의 가시위성을 확보하지 못하는 경우에는 GPS 만을 이용하여 위치 결정이 불가능하다. 그러나 일반적인 GPS 수신기와 달리 이동통신 시스템의 이동 단말은 GPS 가시위성이 부족한 경우에 GPS 의사거리 측정치(PseudoRange Measurement)(이하, "PRM")와 기지국이 전송한 순방향 파일럿 채널 신호의 파일럿 위상 측정치(Pilot Phase Measurement)(이하, "PPM")를 혼합하여 위치 결정이 가능하다. 여기서 상기 PPM을 이용한 위치 결정은 현재 이동 단말이 통신을 하고 있는 기준 기지국(reference base station)과 주변 기지국간(neighbor base station)의 TDOA(Time Difference of Arrival)를 측정한다.As described above, when four or more visible satellites are not secured in a city or a room where a GPS signal is weak, positioning is impossible using only GPS. However, unlike a general GPS receiver, a mobile terminal of a mobile communication system has a GPS pseudorange measurement ("PRM") and a pilot phase measurement of a pilot channel signal transmitted by a base station when GPS visibility is insufficient. Position Measurement can be performed by mixing Phase Measurement (hereinafter, "PPM"). Here, the position determination using the PPM measures a time difference of arrival (TDOA) between a reference base station and a neighbor base station with which the mobile terminal is currently communicating.

상기 TDOA는 이동 단말과 기준 기지국간의 거리와 이동 단말과 주변 기지국간의 거리의 차로 정의된다. TDOA 방식에서는 기준 기지국과 이동 단말까지 거리와 주변 기지국과 이동 단말까지 거리의 차에 비례하는 전파 도달시간 차를 측정한다. 그리고 두 신호원(기준 기지국, 주변 기지국)을 초점으로 하는 쌍곡선 위에 이동 단말이 위치하는 것으로 가정하고, 하나의 기준 기지국과 2개의 주변 기지국으로부터 2개의 쌍곡선이 얻어지면, 두 곡선의 교점을 이동 단말의 위치로 결정한다. 따라서 상기 PPM을 이용하여 TDOA를 결정하기 위해서는 반드시 기준 기지국의 PPM과 함께 주변 기지국의 PPM 측정값이 필요하다. 즉 기준 기지국의 PPM을 포함하여 2개 이상의 기지국으로부터 PPM을 측정해야 1개 이상의 TDOA를 획득할 수 있다.The TDOA is defined as a difference between the distance between the mobile terminal and the reference base station and the distance between the mobile terminal and the neighbor base station. In the TDOA method, a propagation time difference is measured which is proportional to the difference between the distance between the reference base station and the mobile terminal and the distance between the neighbor base station and the mobile terminal. If the mobile terminal is located on a hyperbola focusing on two signal sources (reference base station and neighboring base stations), and two hyperbolas are obtained from one reference base station and two neighboring base stations, the intersection of the two curves is determined by the mobile terminal. Determine the position of. Therefore, in order to determine the TDOA using the PPM, the PPM measurement value of the neighboring base station is necessary together with the PPM of the reference base station. That is, one or more TDOAs may be obtained by measuring PPM from two or more base stations, including the PPM of the reference base station.

이하에서는 도 1과 도 2를 참조하여 PRM과 PPM를 모두 이용하는 종래 위치 측정 방식을 설명하기로 한다.Hereinafter, a conventional position measuring method using both PRM and PPM will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

먼저 GPS 수신기가 내장된 이동 단말에서는 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 PRM을 측정하고, 기지국의 파일럿 신호를 수신하여 PPM을 측정한다. 이동 단말은 PRM과 PPM을 이용하여 단말의 위치와 시계오차를 계산하는 위치 결정 수단(도시되지 않음)을 구비할 수 있다. 이러한 위치 결정 수단은 또한 이동 단말에 내장하지 않고 기지국과 연동되는 독립적인 장치로 존재할 수 있다. 따라서 위치 결정 수단이 이동 단말 내부에 내장된 경우 PRM과 PPM은 단말의 측정치를 직접 사용하고, 독립적인 장치에 존재하는 경우 이동 단말에서 측정된 PRM과 PPM을 기지국을 통해 수신하여 사용하게 된다.First, a mobile terminal having a GPS receiver receives a GPS signal from a GPS satellite to measure a PRM, and receives a pilot signal of a base station to measure a PPM. The mobile terminal may be equipped with positioning means (not shown) for calculating the position and clock error of the terminal using the PRM and PPM. Such positioning means may also be present as an independent device interworking with the base station without being embedded in the mobile terminal. Therefore, when the location determination means is embedded in the mobile terminal, the PRM and the PPM directly use the measured values of the terminal, and when present in an independent device, the PRM and PPM measured by the mobile terminal are received and used through the base station.

상기 위치 결정 수단(도시되지 않음)은 측정된 PRM과 PPM의 개수에 따라 제1 위치 결정 모드를 구성하는 GPS 모드와, 하이브리드 모드, AFLT(Advanced Forward Link Trilateration) 모드 또는 셀/섹터 모드(Cell/Sector) 중 어떤 방법으로 이동 단말의 위치를 계산할 것인지를 선택하고, 3차원 또는 2차원의 제2 위치 결정 모드를 선택한다. 그리고 상기 위치 결정 수단은 선택된 제1 및 제2 위치 결정 모드에 따라 PRM과 PPM를 이용하여 이동 단말의 최종적인 위치해와 수신기 시계오차를 계산한다.The positioning means (not shown) includes a GPS mode constituting a first positioning mode according to the measured number of PRMs and PPMs, a hybrid mode, an advanced forward link trilateration (AFLT) mode, or a cell / sector mode (Cell / Sector) selects a method for calculating the position of the mobile terminal, and selects a 3D or 2D second positioning mode. The positioning means calculates the final position and receiver clock error of the mobile terminal using the PRM and the PPM according to the selected first and second positioning modes.

도 1은 종래 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제1 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a process of determining a first location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a conventional mobile communication system.

먼저 PRM 및/또는 PPM이 측정되어 이동 단말 또는 기지국으로 전달되면, 이동 단말 또는 기지국과 연결된 위치 결정 수단은 수신된 PRM 및/또는 PPM의 개수를 확인한다.First, when the PRM and / or PPM is measured and delivered to the mobile terminal or base station, the positioning means connected with the mobile terminal or base station confirms the number of received PRM and / or PPM.

이때 101 단계에서 PRM의 개수가 4개 이상이거나, 103 단계에서 PRM의 개수가 3 개이고, PPM의 개수가 0인 경우 위치 결정 수단은 105 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 GPS 모드를 선택한다. 상기 GPS 모드는 GPS 가시위성 개수가 충분하여 PRM 만으로 이동 단말의 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 계산하는 모드이다.If the number of PRMs is 4 or more in step 101 or the number of PRMs is 3 and the number of PPMs is 0 in step 103, the positioning means moves to step 105 to select the GPS mode as the first positioning mode. . The GPS mode is a mode for calculating the position of the mobile terminal and the clock error of the GPS receiver using only PRM because the number of GPS visible satellites is sufficient.

3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산하는 경우 요구되는 GPS 위성의 개수는 4개 이상이므로 GPS 신호만을 이용하여 3차원 위치 계산시 요구되는 PRM의 개수는 4개 이상이다. 상기 101단계는 PRM의 개수가 4개 이상이므로 3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산할 수 있다. 그러나 상기 103 단계와 같이 PRM 개수가 3개인 경우 위치 결정 수단은 고도를 제외한 2차원 평면 위치와 수신기 시계오차를 계산한다. 이 때 고도(高度)의 경우 고도를 지평면으로 고정하거나, 미리 준비된 고도 데이터 베이스를 이용하는 등의 다양한 방법으로 결정이 가능하다.When calculating the 3D position and the receiver clock error, the number of GPS satellites required is 4 or more. Therefore, the number of PRMs required when calculating the 3D position using only the GPS signal is 4 or more. In step 101, since the number of PRMs is 4 or more, the 3D position and the receiver clock error may be calculated. However, when the number of PRMs is three as in step 103, the positioning unit calculates the two-dimensional plane position excluding the altitude and the receiver clock error. At this time, the altitude can be determined by various methods such as fixing the altitude to a horizontal plane or using a previously prepared altitude database.

107 단계에서 PRM 개수가 3개이고, PPM 개수가 2개 이상인 경우 또는 109 단계에서 PRM 개수가 2개이고, PPM 개수가 2개 이상인 경우 또는 111 단계에서 PRM 개수가 1개이고, PPM 개수가 3개이상인 경우 위치 결정 수단은 113 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 하이브리드 모드를 선택한다. 상기 하이브리드 모드는 GPS 가시위성의 개수가 부족할 때 PRM과 PPM을 혼합하여 이동 단말의 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 계산하는 방법이다.When the number of PRMs is 3 and the number of PPMs is 2 or more in step 107, or when the number of PRMs is 2 and the number of PPMs is 2 or more in step 109, or when the number of PRMs is 1 and the number of PPMs is 3 or more in step 111. The positioning means moves to step 113 to select a hybrid mode as the first positioning mode. The hybrid mode is a method of calculating the position of the mobile terminal and the clock error of the GPS receiver by mixing PRM and PPM when the number of GPS visibility satellites is insufficient.

즉 종래 위치 측정 방법에서는 2개 PPM으로 1개의 TDOA를 계산하므로 상기 107 단계에서는 3개의 PRM과 한개 이상의 TDOA로 3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산할 수 있다. 상기 109 단계에서는 PPM이 2개인 경우 2개의 PRM과 1개의 TDOA로 2차원 위치와 수신기 시계오차를 계산할 수 있고, PPM이 3개 이상인 경우 2개의 PRM과 2개 이상의 TDOA로 3차원 위치와 수신기 시계오차의 계산이 가능하다. 마지막으로 상기 111 단계에서는 PPM이 4개 이상인 경우 1개의 PRM과 3개 이상의 TDOA를 이용하여 3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산할 수 있고, PPM이 3개인 경우 1개의 PRM과 2개의 TDOA를 이용하여 2차원 위치와 수신기 시계오차의 계산이 가능하다. 한편 상기 하이브리드 모드에서 2차원 위치를 계산하는 경우 상기 103 단계에서와 같이 고도를 지평면으로 고정하거나, 고도 데이터 베이스를 이용할 수 있다.That is, in the conventional position measuring method, since one TDOA is calculated using two PPMs, the three-dimensional position and the receiver clock error may be calculated using three PRMs and one or more TDOAs in step 107. In step 109, if two PPMs are used, two PRMs and one TDOA can calculate a two-dimensional position and a receiver clock error. If the PPM is three or more, two PRMs and two or more TDOAs can be three-dimensional positions and a receiver clock. Error calculation is possible. Finally, in step 111, when three or more PPMs are used, one PRM and three or more TDOAs may be used to calculate a three-dimensional position and a receiver clock error. When three PPMs are used, one PRM and two TDOAs may be used. Two-dimensional position and receiver clock errors can be calculated. Meanwhile, when calculating the two-dimensional position in the hybrid mode, as in step 103, the altitude may be fixed to the horizontal plane or an altitude database may be used.

115 단계에서 PRM이 측정되지 않고, PPM 개수만 3개 이상인 경우 위치 결정 수단은 117 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 AFLT 모드를 선택하여 위치를 계산한다. PPM이 4개 이상인 경우에는 제2 위치 결정 모드로 3개 이상의 TDOA를 사용하여 3차원 위치 결정이 가능하다. PPM이 3개인 경우에는 2개의 TDOA를 이용하여 2차원 위치 결정이 가능하다. 상기 AFLT 모드는 PRM의 사용없이 PPM 만을 이용하여 위치를 계산하는 방법이다. 상기 AFLT 모드에서는 위치 결정시 TDOA만을 사용하므로 GPS 수신기의 시계오차는 계산하지 않는다. 한편 상기 AFLT 모드에서 2차원 위치를 계산하는 경우 상기와 같이 고도를 지평면으로 고정하거나, 고도 데이터 베이스를 이용하여 고도 정보의 획득이 가능하다. If the PRM is not measured in step 115 and only the number of PPMs is 3 or more, the positioning means moves to step 117 and selects the AFLT mode as the first positioning mode to calculate the position. When four or more PPMs are used, three-dimensional positioning is possible using three or more TDOAs in the second positioning mode. In the case of three PPMs, two-dimensional positioning is possible using two TDOAs. The AFLT mode is a method of calculating a location using only PPM without using PRM. In the AFLT mode, since only TDOA is used for positioning, the clock error of the GPS receiver is not calculated. Meanwhile, when calculating the 2D position in the AFLT mode, the altitude may be fixed to the horizontal plane as described above, or the altitude information may be acquired using an altitude database.

마지막으로 상기 101 단계 내지 115 단계의 모든 조건을 충족하지 못하는 경우 즉 측정된 PRM의 개수는 없고, PPM의 개수는 3개 미만인 경우 위치 결정 수단은 119 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 셀/섹터 모드를 선택한다. 상기 셀/섹터 모드는 이동 단말의 위치 계산이 불가능한 경우 이동 단말이 현재 통신중인 기준 기지국의 위치를 단말의 위치 정보로 사용한다.Finally, if all the conditions of steps 101 to 115 are not satisfied, i.e., the number of measured PRMs is not present and the number of PPMs is less than 3, the positioning means moves to step 119 to select the cell / cell in the first positioning mode. Select sector mode. In the cell / sector mode, when the position calculation of the mobile terminal is impossible, the mobile station uses the position of the reference base station with which the mobile terminal is currently communicating as the position information of the terminal.

도 2는 종래 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제2 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a process of determining a second location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a conventional mobile communication system.

도 1의 제1 위치 결정 모드 선택 과정에서 PRM과 PPM의 개수에 따라 하나의 모드가 결정되면 위치 결정 수단은 도 2와 같이 이동 단말의 위치 계산을 2차원(2D)으로 할지 또는 3차원(3D)으로 할지 결정하는 제2 위치 결정 모드를 수행한다.When one mode is determined according to the number of PRMs and PPMs in the first positioning mode selection process of FIG. 1, the positioning means determines whether the position of the mobile terminal is 2D (2D) or 3D (3D) as shown in FIG. 2. Perform a second positioning mode for determining whether to

즉 201 단계에서 PPM의 개수가 4개 이상이거나 또는 204 단계에서 GPS 모드 또는 하이브리드 모드가 선택되고, PRM과 PPM의 합한 개수가 5개 이상인 경우 또는 205 단계에서 AFLT 모드가 선택되고, PPM의 개수가 4개 이상인 경우는 TOA 및/또는 TDOA의 개수가 3차원 위치를 계산하기에 충분하므로 위치 결정 수단은 207 단계에 따라 3차원 모드를 선택하고, 상기 201 단계 내지 205 단계의 모든 조건을 충족하지 못하는 경우는 209 단계에 따라 2차원 모드를 선택한다.That is, if the number of PPMs is 4 or more in step 201 or the GPS mode or hybrid mode is selected in step 204, the total number of PRMs and PPMs is 5 or more, or the AFLT mode is selected in step 205, and the number of PPMs is increased. In the case of four or more, since the number of TOA and / or TDOA is sufficient to calculate the three-dimensional position, the positioning means selects the three-dimensional mode in accordance with step 207, and fails to satisfy all the conditions of steps 201 to 205. In the case of step 209, the two-dimensional mode is selected.

상기한 종래 기술에서도 GPS 가시위성이 부족한 경우 PPM을 혼합하여 위치 및 수신기 시계오차의 계산은 가능하다. 그러나 종래 기술에서는 TDOA 이용 시 기준 기지국의 PPM을 포함하여 최소 2개 이상의 PPM이 측정되어야 1개 이상의 TDOA를 생성할 수 있는 제약이 존재한다. 따라서 이동 단말이 주변 기지국의 파일럿 채널 신호를 획득하지 못하는 경우 TDOA를 혼합하여 사용하는 것이 불가능하고, 실제 실내나 도심에서 수신 가능한 GPS 위성 신호 및 기지국의 수가 적은 경우가 빈번하게 발생하기 때문에 이동 단말의 위치 계산에 어려움이 발생된다. 결국 PRM과 PPM을 혼합하여 위치를 결정하는 경우에도 다음 1), 2)과 같이 측정치가 부족할 경우에 종래의 위치 결정 알고리즘으로는 위치 결정이 불가능함을 알 수 있다.Even in the above-described prior art, when the GPS visibility is insufficient, the position and receiver clock errors can be calculated by mixing the PPM. However, in the prior art, when using TDOA, at least two or more PPMs, including the PPM of the reference base station, must be measured to generate one or more TDOAs. Therefore, when the mobile station cannot acquire the pilot channel signal of the neighboring base station, it is impossible to mix and use the TDOA, and because the GPS satellite signal and the number of base stations that can be received indoors or in the city frequently occur frequently, Difficulties arise in position calculation. As a result, even when the position is determined by mixing the PRM and PPM, it can be seen that the position cannot be determined by the conventional positioning algorithm when the measurement value is insufficient as in the following 1) and 2).

1) PRM이 2개이고, PPM이 1개(기준 기지국의 PPM)인 경우1) 2 PRMs and 1 PPM (the base station's PPM)

2) PRM이 1개이고, PPM이 2개(기준 기지국, 주변 기지국의 PPM)인 경우2) One PRM and two PPMs (reference base station and neighboring base station PPM)

또한 종래 기술에서는 도 1에서 설명한 GPS 모드와 하이브리드 모드에서 PRM이 4개 이상인 경우 또는 PRM과 PPM의 합이 5개 이상일 경우에만 직접적인 3차원 위치 측정이 가능하다. 따라서 상기 1), 2)와 같이 PRM과 PPM의 측정치가 부족한 경우에도 이동 단말의 위치 측정을 수행할 수 있으며, 직접적인 3차원 위치 측정이 가능한 PRM과 PPM의 제한 범위를 확장할 수 있는 방안이 요구된다.
In addition, in the prior art, direct three-dimensional position measurement is possible only when four or more PRMs or five or more PRMs and PPMs are combined in the GPS mode and the hybrid mode described with reference to FIG. 1. Therefore, even when the measurement values of PRM and PPM are insufficient as in 1) and 2), a method for measuring the position of the mobile terminal can be performed and a method for extending the limitation range of PRM and PPM capable of direct three-dimensional position measurement is required. do.

본 발명의 목적은 GPS 의사거리 측정치와 기지국의 파일럿 위상 측정치를 이용하여 이동 단말의 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring the position of a mobile terminal and the clock error of a GPS receiver using GPS pseudorange measurements and pilot phase measurements of a base station.

본 발명의 다른 목적은 GPS 의사거리 측정치와 기지국의 파일럿 위상 측정치를 혼합하여 이동 단말의 위치를 측정하는 경우 측정 영역을 확장할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of expanding a measurement area when measuring a position of a mobile terminal by mixing a GPS pseudorange measurement and a pilot phase measurement of a base station.

본 발명의 또 다른 목적은 GPS 의사거리 측정치와 기지국의 파일럿 위상 측정치를 혼합하여 이동 단말의 위치를 측정하는 경우 공통의 시계오차를 갖는 TOA 측정치를 얻을 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method and apparatus for obtaining TOA measurements having a common clock error when measuring the position of a mobile terminal by mixing GPS pseudorange measurements and pilot phase measurements of a base station.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 GPS(Global Positioning System) 의사거리를 이용한 제1 측정치와 기지국의 파일럿 채널 신호로부터 획득한 제2 측정치를 이용한 이동 단말의 위치 측정 방법에 있어서, 상기 이동 단말이 GPS 신호를 수신하여 상기 제1 측정치를 획득하고 상기 파일럿 채널 신호를 수신하여 상기 제2 측정치를 획득하는 과정과, 상기 획득된 제2 측정치로부터 상기 제1 측정치와 공통의 시계오차를 갖는 TOA(Time of Arrival)를 획득하는 과정과, 상기 제1 및 제2 측정치의 개수에 따라 미리 정해진 위치 결정 모드를 선택하는 과정과, 상기 선택된 위치 결정 모드에 따라 상기 이동 단말의 현재 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 결정하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a position of a mobile terminal using a first measurement using a global positioning system (GPS) pseudorange and a second measurement obtained from a pilot channel signal of a base station. Receiving the GPS signal to obtain the first measurement and receiving the pilot channel signal to obtain the second measurement; and a TOA having a common clock error from the obtained second measurement to the first measurement. Obtaining a Time of Arrival), selecting a predetermined positioning mode according to the number of the first and second measurements, and a current position of the mobile terminal and a clock of the GPS receiver according to the selected positioning mode Characterized in that it comprises a process of determining the error.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 GPS(Global Positioning System) 의사거리를 이용한 제1 측정치와 기지국의 파일럿 채널 신호로부터 획득한 제2 측정치를 이용한 이동 단말의 위치 결정 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 측정치를 수신하고 상기 제1 및 제2 측정치의 개수에 따라 미리 정해진 다수의 위치 결정 모드 중 하나의 모드를 선택하는 모드 결정부와, 상기 획득된 제2 측정치로부터 상기 제1 측정치와 공통의 시계오차를 갖는 TOA(Time of Arrival)를 획득하고 상기 선택된 위치 결정 모드에 따라 상기 이동 단말의 현재 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 계산하는 위치 계산부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The apparatus of the present invention for achieving the above object is a positioning device of a mobile terminal using a first measurement using a GPS (Global Positioning System) pseudo-range and a second measurement obtained from a pilot channel signal of a base station, And a mode determiner for receiving a second measurement value and selecting one of a plurality of predetermined positioning modes according to the number of the first and second measurement values, and a common value with the first measurement value from the obtained second measurement value. And a position calculator for acquiring a time of argument having a clock error of and calculating a current position of the mobile terminal and a clock error of a GPS receiver according to the selected position determination mode.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

먼저 본 발명의 기본 개념을 설명하면, 본 발명은 이동통신 시스템에서 PRM과 PPM을 이용하여 이동 단말의 위치와 시계오차를 측정하는 새로운 방안을 제안한 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 GPS 가시위성이 부족하여 GPS만으로 위치 계산이 불가능한 경우 기지국 신호로부터 얻을 수 있는 PPM으로부터 PRM에서와 같이 공통의 시계오차를 갖는 TOA 측정치를 획득하는 알고리즘을 제안한다. 본 발명의 알고리즘을 이용하면, PRM이 2개이고, PPM이 1개인 경우 또는 PRM이 1개이고, PPM이 2개인 경우와 같이 종래 PPM을 TDOA로 사용하여 위치를 계산하지 못하는 경우에 대해서도 이동 단말의 위치 측정이 가능한 방안을 제공할 수 있다First, the basic concept of the present invention will be described. The present invention proposes a new method for measuring the position and clock error of a mobile terminal using PRM and PPM in a mobile communication system. To this end, the present invention proposes an algorithm for obtaining TOA measurements having a common clock error, as in PRM, from a PPM obtained from a base station signal when GPS location cannot be calculated due to lack of GPS visibility. According to the algorithm of the present invention, the position of the mobile terminal is also used when the position cannot be calculated using the conventional PPM as the TDOA, such as when there are two PRMs, one PPM, or one PRM, and two PPMs. Can provide a measurable solution

이하에서는 본 발명의 이해를 돕도록 PRM과 PPM을 이용하여 이동 단말의 위치를 결정하는 일반적인 알고리즘을 설명한 후, 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, after explaining the general algorithm for determining the position of the mobile terminal using the PRM and PPM to help understand the present invention, embodiments of the present invention will be described.

도 3은 PRM/PPM 혼합 위치 결정을 위한 이동통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration of a mobile communication system for determining a PRM / PPM mixed position.

먼저 도 3과 하기 <수학식 1> 내지 <수학식 5>를 참조하여 PRM과 PPM을 이용하는 이동 단말의 일반적인 위치 결정 알고리즘을 설명하기로 한다. First, a general positioning algorithm of a mobile terminal using PRM and PPM will be described with reference to FIGS. 3 and 5 below.

하기 <수학식 1>은 이동 단말이 GPS 신호로부터 측정한 PRM(

)을 나타낸 것이고, <수학식 2>는 기지국 신호로부터 측정한 PPM(

)을 나타낸 것이다.<Equation 1> is a PRM measured by the mobile terminal from the GPS signal (

<Equation 2> represents the PPM (

).

상기 <수학식 1>과 <수학식 2>에 사용된 변수들의 의미는 하기와 같다.The meanings of the variables used in Equations 1 and 2 are as follows.

은 GPS 위성(330) i로부터 측정된 PRM을 의미하고,

는 기지국 k로부터 측정된 PPM을 의미한다. 상기 PPM은 기준 기지국(350)과 주변 기지국(370) k간의 TDOA에 광속을 곱한 값으로 결정된다. 그리고

는 GPS 수신기의 시계오차이다.

Means PRM measured from GPS satellite 330 i,

Denotes the PPM measured from the base station k. The PPM is determined by multiplying the TDOA between the reference base station 350 and the neighbor base station 370 k by the luminous flux. And

Is the clock error of the GPS receiver.

또한

는 GPS 위성 i의 위치 좌표이고, Also

Is the location coordinates of GPS satellite i,

는 주변 기지국 k의 위치 좌표이며,

Is the location coordinates of neighboring base station k,

는 이동 단말의 위치 좌표를 의미한다. 그리고 상기 변수들의 정의에서 k가 1인 경우는 기준 기지국의 좌표이다.

Denotes the location coordinates of the mobile terminal. And k in the definition of the variables is the coordinate of the reference base station.

상기 <수학식 1>, <수학식 2>를 살펴보면, 상기 PRM 측정은 이동 단말과 GPS 위성과의 거리와 시계오차를 고려하므로 TOA와 관련되고, 상기 PPM 측정은 이동 단말과 기지국들간의 거리의 차를 고려하므로 TDOA와 관련됨을 알 수 있다. 상기 PRM과 PPM을 혼합하면, 이동 단말의 위치해와 함께 수신기 시계오차를 결정할 수 있다. 이동 단말의 초기 추정 위치와 GPS 수신기의 시계오차 대하여 선형화된 측정식은 하기 <수학식 3>과 같다.Referring to Equation 1 and Equation 2, the PRM measurement is related to the TOA since the distance between the mobile terminal and the GPS satellite is considered and a clock error, and the PPM measurement is based on the distance between the mobile terminal and the base stations. Considering the difference, we can see that it is related to TDOA. When the PRM and PPM are mixed, the receiver clock error can be determined together with the location of the mobile terminal. The linearized measurement equation for the initial estimated position of the mobile terminal and the clock error of the GPS receiver is shown in Equation 3 below.

: (측정된 PRM/PPM) - (초기 추정위치와 수신기 시계오차로 계산한 PRM/PPM)

: (Measured PRM / PPM)-(PRM / PPM calculated from initial estimated position and receiver clock error)

: 이동 단말의 위치와 수신기 시계오차

: Position of mobile terminal and receiver clock error

상기 <수학식 3>에서 H는 초기 추정위치에서 GPS 위성과 기지국의 시선각 행렬(line of sight matrix)이며, 상기 시선각 행렬은 하기 <수학식 4>와 같이 정의된다. In Equation 3, H is a line of sight matrix of a GPS satellite and a base station at an initial estimated position, and the line of sight matrix is defined as Equation 4 below.

: 이동 단말의 초기 추정 위치

: Initial estimated position of mobile terminal

: 이동 단말의 초기 추정 위치와 GPS 위성 i 간의 거리

: Distance between initial estimated position of mobile terminal and GPS satellite i

: 이동 단말의 초기 추정 위치와 기지국 k 간의 거리

: Distance between initial estimated position of mobile terminal and base station k

상기 <수학식 3>에 대해 최소자승법(least square method)을 사용하면 하기 <수학식 5>, <수학식 6>과 같이 이동 단말의 위치해 및 수신기 시계오차를 구할 수 있다.Using the least square method for Equation 3, the position of the mobile terminal and the receiver clock error can be obtained as shown in Equation 5 and Equation 6.

X : 이동 단말의 최종 위치해와 수신기 시계오차 X: The final position of the mobile terminal and the receiver clock error

X₀ : 이동 단말의 초기 추정 위치와 수신기 시계오차X ₀ : initial estimated position of mobile terminal and receiver clock error

이하 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 위치 결정 알고리즘이 적용된 이동 단말과, 기지국과 연동되는 위치 결정 장치의 구성을 각각 설명하기로 한다.Hereinafter, configurations of the mobile terminal to which the location determination algorithm of the present invention is applied and the location determination device interworking with the base station will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PRM/PPM 혼합 위치결정을 위한 이동 단말의 구성을 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PRM/PPM 혼합 위치결정을 위한 이동통신 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a configuration of a mobile terminal for PRM / PPM mixed positioning according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a mobile communication for PRM / PPM mixed positioning according to another embodiment of the present invention. It is a block diagram showing the configuration of the system.

먼저 도 4에서 안테나와 연결된 PPM 측정기(410)는 CDMA 통신망의 신호, 즉 기지국의 파일럿 채널 신호를 수신하여 시스템 시간과 PPM을 측정한다. 또한 PRM 측정기(430)는 상기 PPM 측정기(410)로부터 전달된 시스템 시간을 기준으로 안테나를 통해 수신된 GPS 신호를 처리하여 PRM을 측정한다. 여기서 상기 시스템 시간은 이동 단말이 기지국과 동기되는 시간으로 이동 단말의 파일럿 수신기(도시되지 않음)에서 측정된다. 상기 PPM 측정기(410)는 편의상 파일럿 수신기에서 시스템 시간을 측정하는 부분을 포함하여 하나의 기능 블록으로 도시한 것이다.First, in FIG. 4, the PPM measurer 410 connected to the antenna receives a signal of a CDMA communication network, that is, a pilot channel signal of a base station, and measures a system time and a PPM. In addition, the PRM measuring unit 430 measures the PRM by processing the GPS signal received through the antenna based on the system time transmitted from the PPM measuring unit 410. Herein, the system time is measured at a pilot receiver (not shown) of the mobile terminal at a time at which the mobile terminal is synchronized with the base station. The PPM meter 410 is illustrated as one functional block including a part for measuring a system time in a pilot receiver for convenience.

본 발명의 위치 결정기(450)는 상기 PPM 측정기(410)와 PRM 측정기(430)로부터 전달되는 PPM과 PRM을 이용하여 이동 단말의 위치와 수신기 시계오차를 계산하는 장치로 도 4과 같이 이동 단말 내부에 존재하거나, 도 5와 같이 이동통신망의 기지국(530)과 연동되어 독립적인 장치로 구성될 수 있다. 위치 결정기(450, 550)는 도 4와 같이 이동 단말 내부에 내장된 경우 이동 단말에서 측정된 PRM과 PPM을 직접 받아서 사용하고, 도 5와 같이 이동통신망에 존재하는 경우 이동 단말(510)에 서 측정된 PRM과 PPM을 기지국(530)을 통해 수신하여 사용한다.Position determiner 450 of the present invention is a device for calculating the position of the mobile terminal and the receiver clock error using the PPM and PRM transmitted from the PPM measuring unit 410 and PRM measuring unit 430 as shown in FIG. 5 may be configured as an independent device in conjunction with the base station 530 of the mobile communication network. When the location determiners 450 and 550 are embedded in the mobile terminal as illustrated in FIG. 4, the location determiners 450 and 550 directly receive and use the PRM and PPM measured by the mobile terminal, and when present in the mobile communication network as illustrated in FIG. The measured PRM and PPM are received through the base station 530 and used.

도 4와 도 5에서 위치 결정기(450, 550)내 모드 결정부(451, 551)은 PRM과 PPM의 개수에 따라 GPS 모드, 하이브리드 모드, AFLT 모드 또는 셀/섹터 모드 중 적어도 하나를 포함하는 제1 위치 결정 모드에서 어떤 방법을 사용하여 이동 단말의 위치를 측정할지 선택하고, 3차원 또는 2차원 모드의 제2 위치 결정 모드를 선택하게 된다. 그리고 PRM/PPM이 측정되고, 제1 및/또는 제2 위치 결정 모드가 결정되면 위치 결정기(450, 550)내 위치 계산부(453, 553)는 결정된 모드에 따라 이동 단말의 위치해와 수신기 시계오차를 계산한다. 그리고 상기 제2 위치 결정 모드는 선택적으로 수행하는 것이 가능할 것이다.In FIGS. 4 and 5, the mode determiners 451 and 551 in the positioners 450 and 550 may include at least one of a GPS mode, a hybrid mode, an AFLT mode, and a cell / sector mode according to the number of PRMs and PPMs. In the 1 positioning mode, a method of measuring the position of the mobile terminal is selected and a second positioning mode of the 3D or 2D mode is selected. When the PRM / PPM is measured and the first and / or second location determination mode is determined, the location calculators 453 and 553 in the location determiner 450 and 550 determine the position of the mobile terminal and the receiver clock error according to the determined mode. Calculate And it may be possible to selectively perform the second positioning mode.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PRM/PPM 혼합 위치결정 시 PPM을 TDOA가 아닌 PRM과 같은 공통의 시계오차를 갖는 TOA 측정치로 이용하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining a principle of using PPM as a TOA measurement having a common clock error such as PRM instead of TDOA when determining PRM / PPM mixed positioning according to an embodiment of the present invention.

도 6에서 이동 단말(630)은 GPS 위성(650)의 의사거리인 PRM과, 기지국의 파일럿 위상 측정치인 PPM을 측정하는 기준 시간으로 기지국(610)과 동기된 신호를 사용한다. 이러한 동기된 신호는 순방향 파일럿 채널 신호를 이용할 수 있다. CDMA 이동통신 시스템에서 기준 기지국으로부터 전송된 순방향 파일럿 채널 신호는 공간상의 시간 지연(OTA(over the air) Rx delay) τ를 거쳐서 이동 단말에 도달한다. 여기서 시간 지연 τ는 기지국이 전송한 신호가 이동 단말에 도착하기까지 걸린 시간으로 τ에 광속을 곱한 값의 크기는 이동 단말과 기지국 사이의 거리가 된다. 이동 단말은 파일럿 채널 신호를 통해 기지국과 동기를 맞춘 후, 순방향 동기 채널 (Sync Channel)을 수신한다.In FIG. 6, the mobile terminal 630 uses a signal synchronized with the base station 610 as a reference time for measuring PRM which is a pseudo distance of the GPS satellite 650 and PPM which is a pilot phase measurement of the base station. This synchronized signal may use a forward pilot channel signal. In a CDMA mobile communication system, a forward pilot channel signal transmitted from a reference base station arrives at a mobile terminal through an over-the-air delay (OTA Rx delay) τ. In this case, the time delay τ is the time taken until the signal transmitted from the base station arrives at the mobile terminal. The value of tau multiplied by the luminous flux is the distance between the mobile terminal and the base station. The mobile terminal synchronizes with the base station through a pilot channel signal and then receives a forward sync channel.

또한 이동 단말은 동기 채널의 메세지로부터 기지국의 시스템 시간을 획득하고, 이 시간을 단말의 시스템 시간으로 사용한다. 이러한 방법으로 획득한 이동 단말의 시스템 시간은 기준 기지국의 시간과 시간 지연 τ만큼 옵셋(offset)을 갖는다. 이 시간 옵셋을 τ라고 정의한다. CDMA 이동통신 시스템에서 모든 기지국은 GPS 시간에 동기 되어 있기 때문에 이동 단말의 시스템 시간과 GPS 시스템 시간간의 시간 옵셋도 τ가 된다. 결과적으로 이동 단말의 시스템 시간을 기준으로 측정한 PRM의 수신기 시계오차(clock bias)는 τ가 된다.The mobile terminal also obtains the system time of the base station from the message of the synchronization channel and uses this time as the system time of the terminal. The system time of the mobile terminal obtained in this way has an offset by the time of the reference base station and the time delay τ. This time offset is defined as τ. In the CDMA mobile communication system, since all base stations are synchronized with the GPS time, the time offset between the system time of the mobile terminal and the GPS system time is also τ. As a result, the receiver clock bias of the PRM measured based on the system time of the mobile terminal is τ.

PPM 측정은 PRM 측정과 같이 기준 기지국에 동기된 시스템 시간을 기준으로 탐색될 PN 옵셋만큼 논리 쉬프트 레지스터(local shift register)의 마스크(mask)를 이용하여 위상 천이(phase shift)한 후, 해당 위상에서 이동 단말의 로컬 코드와 기지국의 파일럿 채널 신호를 상호 상관(cross-correlation)하여 최대 크기의 에너지를 갖는 위상을 찾는다. 여기서 PPM 측정의 기준 시간은 기준 기지국의 파일럿 채널 신호로부터 생성되기 때문에 이동 단말의 로컬 코드(local code)와 기준 기지국의 파일럿 채널 신호를 상호 상관했을 경우 최대 크기의 에너지를 갖는 위상 차이는 0 칩(chip)이 된다. 즉 기준 기지국의 PPM은 0 칩이다. 주변 기지국에 대해서는 주변 기지국과 이동 단말간의 거리와, 기준 기지국과 이동 단말사이의 거리의 차에 해당하는 PPM이 측정된다. 즉 PPM은 이동 단말과 기지국 사이의 거리에서 시간 지연 τ의 값이 수신기 시계오차로 더해진 값이 된다. 따라서 PRM과 PPM은 모두 크기가 τ*c(c: 광속)인 수신기 시계오차를 갖는 TOA 측정값으로 설정할 수 있다. PPM measurement is phase shifted using a mask of a local shift register by a PN offset to be searched based on a system time synchronized with a reference base station, such as a PRM measurement, and then The local code of the mobile terminal and the pilot channel signal of the base station are cross-correlated to find a phase having the maximum energy. Since the reference time of the PPM measurement is generated from the pilot channel signal of the reference base station, when the local code of the mobile terminal and the pilot channel signal of the reference base station are correlated with each other, the phase difference having the maximum energy is 0 chips ( chip). That is, the PPM of the reference base station is 0 chips. For the neighbor base station, the PPM corresponding to the difference between the distance between the neighbor base station and the mobile terminal and the distance between the reference base station and the mobile terminal is measured. That is, PPM is a value obtained by adding a time delay τ to a receiver clock error in the distance between the mobile station and the base station. Therefore, both PRM and PPM can be set to TOA measurements with receiver clock errors of magnitude τ * c (c: beam).

이하에서는 도 7과 도 8을 참조하여 PRM과 PPM를 혼합하는 본 발명의 위치 측정 방식을 설명하기로 한다.Hereinafter, the position measuring method of the present invention in which the PRM and the PPM are mixed will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

먼저 GPS 수신기를 구비한 이동 단말은 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 PRM을 측정하고, 기지국의 파일럿 신호를 수신하여 PPM을 측정한다. 이동 단말은 PRM과 PPM을 이용하여 단말의 위치와 시계오차를 계산하는 위치 결정기(450)를 구비할 수 있다. 이러한 위치 결정 수단은 또한 이동 단말에 내장하지 않고 기지국과 연동되는 독립적인 위치 결정기(550)로 존재할 수 있다. 따라서 위치 결정기(450, 550)가 이동 단말 내부에 내장된 경우 PRM과 PPM은 단말의 측정치를 직접 사용하고, 독립적인 장치에 존재하는 경우 이동 단말에서 측정된 PRM과 PPM을 기지국을 통해 수신하여 사용하게 된다.First, a mobile terminal having a GPS receiver receives a GPS signal from a GPS satellite to measure a PRM, and receives a pilot signal of a base station to measure a PPM. The mobile terminal can include a positioner 450 that calculates the position and clock error of the terminal using the PRM and the PPM. Such location determination means may also exist as an independent location determiner 550 which interworks with the base station without being embedded in the mobile terminal. Therefore, when the location determiners 450 and 550 are embedded in the mobile terminal, the PRM and the PPM directly use the measurement values of the terminal, and when the location determiner 450 and 550 are present in an independent device, the PRM and PPM measured by the mobile terminal are received and used through the base station. Done.

상기 위치 결정기(450, 550)의 모드 결정부(451, 551)는 측정된 PRM과 PPM의 개수에 따라 전술한 GPS 모드, 하이브리드 모드, AFLT 모드, 셀/섹터 모드를 포함하는 제1 위치 결정 모드 중 어떤 방법으로 이동 단말의 위치를 계산할 것인지를 선택하고, 3차원 또는 2차원의 제2 위치 결정 모드를 선택한다. 그리고 상기 위치 결정기(450, 550)의 위치 계산부(453, 553)은 선택된 제1 및 제2 위치 결정 모드에 따라 PRM과 PPM를 이용하여 이동 단말의 최종적인 위치해와 수신기 시계오차를 계산한다.The mode determiners 451 and 551 of the positioners 450 and 550 may include a first positioning mode including the aforementioned GPS mode, hybrid mode, AFLT mode, and cell / sector mode according to the measured number of PRMs and PPMs. Which method is selected to calculate the position of the mobile terminal, and selects the second positioning mode of the three-dimensional or two-dimensional. The position calculators 453 and 553 of the positioners 450 and 550 calculate the final position and the receiver clock error of the mobile terminal using the PRM and the PPM according to the selected first and second position determination modes.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제1 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a process of determining a first location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.

먼저 PRM 및/또는 PPM이 측정되면, 위치 결정기(450, 550)의 모드 결정부 (451, 551)는 측정된 PRM 및/또는 PPM의 개수를 확인한다.First, when the PRM and / or PPM is measured, the mode determiners 451 and 551 of the positioners 450 and 550 check the number of measured PRMs and / or PPMs.

이때 701 단계에서 PRM의 개수가 4개 이상이거나, 703 단계에서 PRM의 개수가 3 개이고, PPM의 개수가 0인 경우 모드 결정부(451, 551)는 705 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 GPS 모드를 선택한다. 상기 GPS 모드는 PRM 만으로 이동 단말의 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 계산하는 모드이다.In this case, if the number of PRMs is 4 or more in step 701 or the number of PRMs is 3 in step 703 and the number of PPMs is 0, the mode determination units 451 and 551 move to step 705 in step 1705. Select the GPS mode. The GPS mode is a mode for calculating the position of the mobile terminal and the clock error of the GPS receiver using only PRM.

3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산하는 경우 요구되는 GPS 위성의 개수는 4개 이상이므로 GPS 신호만을 이용하여 3차원 위치 계산시 요구되는 PRM의 개수는 4개 이상이다. 상기 701단계는 PRM의 개수가 4개 이상이므로 3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산할 수 있다. 그러나 상기 703 단계와 같이 PRM 개수만 3개인 경우 상기 제1 위치 결정 모드로 GPS 모드를 선택하면서 상기 제2 위치 결정 모드로 2차원 위치계산을 선택한다. 이 경우 고도를 지표면으로 고정하거나 별도의 고도 데이터베이스를 이용하여 고도는 계산에서 제외하고 2차원 평면 위치와 수신기 시계오차를 계산한다.When calculating the 3D position and the receiver clock error, the number of GPS satellites required is 4 or more. Therefore, the number of PRMs required when calculating the 3D position using only the GPS signal is 4 or more. In step 701, since the number of PRMs is 4 or more, the 3D position and the receiver clock error may be calculated. However, when the number of PRMs is only 3 as shown in step 703, the 2D position calculation is selected as the second position determination mode while the GPS mode is selected as the first position determination mode. In this case, the altitude is fixed to the surface or a separate altitude database is used to calculate the two-dimensional planar position and receiver clock error, except for the altitude.

또한 707 단계에서 PRM 개수가 3개이고, PPM 개수가 1개 이상인 경우 또는 709 단계에서 PRM 개수가 2개이고, PPM 개수가 1개 이상인 경우 또는 711 단계에서 PRM 개수가 1개이고, PPM 개수가 2개 이상인 경우 모드 결정부(451, 551)는 713 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 하이브리드 모드를 선택한다. 상기 하이브리드 모드는 GPS 가시위성의 개수가 부족할 때 PRM과 PPM을 혼합하여 이동 단말의 위치와 GPS 수신기의 시계오차를 계산하는 방법이다.In addition, if the number of PRMs is 3, the number of PPMs is 1 or more in step 707, or the number of PRMs is 2, the number of PPMs is 1 or more in step 709, or the number of PRMs is 1, and the number of PPMs is 2 or more in step 711. In this case, the mode determination units 451 and 551 go to step 713 to select the hybrid mode as the first positioning mode. The hybrid mode is a method of calculating the position of the mobile terminal and the clock error of the GPS receiver by mixing PRM and PPM when the number of GPS visibility satellites is insufficient.

상기 707 단계에서는 PRM 개수와 PPM 개수의 합이 4개 이상이므로 3차원 위 치와 수신기 시계오차를 계산할 수 있다. 상기 709 단계에서는 PRM이 2개 이고 PPM이 1개인 경우 2차원 위치와 수신기 시계오차를 계산하고, PRM이 2개 이고 PPM이 2개 이상인 경우 3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산한다. 마지막으로 상기 711 단계에서는 PRM이 1개이고 PPM이 2개인 경우 2차원 위치와 수신기 시계오차를 계산하고, PRM이 1개이고 PPM이 3개 이상인 경우 3차원 위치와 수신기 시계오차를 계산한다. 한편 상기 하이브리드 모드에서 제2 위치 결정 모드로 2차원 위치계산을 선택하는 경우 고도를 지표면으로 고정하거나 별도의 고도 데이터베이스를 이용하여 고도는 계산에서 제외하고 2차원 평면 위치와 수신기 시계오차를 계산한다.In step 707, since the sum of the number of PRMs and the number of PPMs is four or more, a three-dimensional position and a receiver clock error can be calculated. In step 709, when two PRMs and one PPM are calculated, a two-dimensional position and a receiver clock error are calculated. When two PRMs and two or more PPMs are calculated, a three-dimensional position and a receiver clock error are calculated. Finally, in step 711, when the PRM is one and the PPM is two, the two-dimensional position and the receiver clock error are calculated. When the PRM is one and the PPM is three or more, the three-dimensional position and the receiver clock error are calculated. On the other hand, when the two-dimensional position calculation is selected as the second positioning mode in the hybrid mode, the altitude is fixed to the surface or a separate altitude database is used to calculate the two-dimensional plane position and the receiver clock error except the altitude from the calculation.

715 단계에서 PRM이 측정되지 않고, PPM 개수만 3개 이상인 경우 모드 결정부(451, 551)는 717 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 AFLT 모드를 선택하여 위치를 계산한다. 상기 AFLT 모드는 PRM의 사용없이 PPM 만을 이용하여 위치를 계산하는 방법이다. 상기 AFLT 모드에서는 위치 결정시 PRM을 사용하지 않으므로 GPS 수신기의 시계오차는 계산하지 않는다. 한편 상기 AFLT 모드에서 제2 위치 결정 모드로 2차원 위치계산을 선택하는 경우 고도를 지표면으로 고정하거나 별도의 고도 데이터베이스를 이용하여 고도는 계산에서 제외하고 2차원 평면 위치를 계산한다.If the PRM is not measured in step 715 and only the number of PPMs is 3 or more, the mode determination units 451 and 551 move to step 717 to select the AFLT mode as the first positioning mode and calculate a position. The AFLT mode is a method of calculating a location using only PPM without using PRM. In the AFLT mode, since the PRM is not used for positioning, the clock error of the GPS receiver is not calculated. On the other hand, when the two-dimensional position calculation is selected as the second position determination mode in the AFLT mode, the altitude is fixed to the ground surface or a separate altitude database is used to calculate the two-dimensional plane position except the altitude from the calculation.

마지막으로 상기 701 단계 내지 715 단계의 모든 조건을 충족하지 못하는 경우 즉 측정된 PRM의 개수는 없고, PPM의 개수는 3개 미만인 경우 모드 결정기(451, 551)는 717 단계로 이동하여 제1 위치 결정 모드로 셀/섹터 모드를 선택한다. 상기 셀/섹터 모드는 이동 단말의 위치 계산이 불가능한 경우 이동 단말이 현재 통신중인 기준 기지국의 위치를 단말의 위치 정보로 사용한다. 한편 도 7의 설명을 보면, 상기 707, 709 또는 711 단계에서 이동 단말의 모드 결정 시 요구되는 PPM의 개수는 도 1과 비교하여 한 개씩 줄어듬을 알 수 있다. 이는 본 발명에서 PPM을 TDOA가 아닌 TOA로 사용하는 알고리즘을 사용하여 얻어지는 효과로 하기의 내용에서 이에 대하여 설명한다.Finally, if all the conditions of steps 701 to 715 are not satisfied, that is, there are no measured PRMs and the number of PPMs is less than three, the mode determiners 451 and 551 move to step 717 to determine the first position. Select cell / sector mode as the mode. In the cell / sector mode, when the position calculation of the mobile terminal is impossible, the mobile station uses the position of the reference base station with which the mobile terminal is currently communicating as the position information of the terminal. On the other hand, in the description of FIG. 7, it can be seen that the number of PPMs required when determining the mode of the mobile terminal in step 707, 709, or 711 decreases by one compared with FIG. 1. This is an effect obtained by using an algorithm using PPM as a TOA rather than a TDOA in the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 PRM 및 PPM 개수에 따라 제2 위치 결정 모드를 결정하는 과정을 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a process of determining a second location determination mode according to the number of PRMs and PPMs in a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.

도 7의 제1 위치 결정 모드 선택 과정에서 PRM과 PPM의 개수에 따라 하나의 모드가 결정되면 모드 결정기(451, 551)는 도 8과 같이 이동 단말의 위치 계산을 2차원(2D)으로 할지 또는 3차원(3D)으로 할지 결정하는 제2 위치 결정 모드를 수행한다. 즉 801 단계에서 본 발명에서 PPM 1개로는 1개의 TOA를 구할 수 있으므로 PRM+PPM ≥ 4인 경우는 TOA의 개수가 3차원 위치를 계산하기에 충분하므로 모드 결정기(451, 551)는 803 단계에 따라 3차원 모드를 선택하고, 상기 801 단계 의 모든 조건을 충족하지 못하는 경우는 805 단계에 따라 2차원 모드를 선택한다. 2차원 모드의 경우 고도를 지표면으로 고정하거나 별도의 고도 데이터 베이스를 사용하는 등의 방법으로 고도 정보를 획득하므로 고도 계산을 하지 않고 2차원 평면 위치를 계산한다.When one mode is determined according to the number of PRMs and PPMs in the first positioning mode selection process of FIG. 7, the mode determiners 451 and 551 may calculate the position of the mobile terminal in 2D (2D) as shown in FIG. 8 or A second positioning mode for determining whether to make three-dimensional (3D) is performed. That is, in the present invention at step 801, one TOA can be obtained from the present invention, so if the PRM + PPM ≥ 4, the number of TOAs is sufficient to calculate the three-dimensional position. If the three-dimensional mode is selected accordingly, and if all the conditions of step 801 are not satisfied, the two-dimensional mode is selected according to step 805. In 2D mode, altitude information is obtained by fixing altitude to the surface or using a separate altitude database. Therefore, 2D plane position is calculated without altitude calculation.

도 7 및 도 8의 과정에 따라 위치 계산부(453, 553)는 제1 및/또는 제2 위치 결정 모드의 PRM과 PPM을 이용하여 위치를 계산하게 된다. PRM과 PPM을 이용하여 위치를 계산하는 알고리즘은 다음과 같다. 단말에서 측정된 PRM과 측정된 PPM의 측정식은 다음과 같다. According to the process of FIGS. 7 and 8, the location calculators 453 and 553 calculate the location using the PRM and the PPM in the first and / or second location determination modes. The algorithm for calculating position using PRM and PPM is as follows. The measurement formula of the measured PRM and the measured PPM in the terminal is as follows.

이하에서는 PRM과 PPM을 이용하여 이동 단말의 위치를 결정하는 본 발명의 알고리즘을 도 3과 하기 <수학식 7> 내지 <수학식 12>를 이용하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the algorithm of the present invention for determining the position of a mobile terminal using PRM and PPM will be described with reference to FIG. 3 and Equations 7 to 12.

먼저 본 발명에서 이동 단말이 GPS 신호로부터 측정한 PRM(

)은 상기 <수학식 1>과 동일하고, 기지국 신호로부터 측정한 PPM(

)은 상기 <수학식 2>와 동일하다.First, in the present invention, the PRM measured by the mobile terminal from the GPS signal (

) Is the same as Equation 1, and the PPM (

) Is the same as Equation 2 above.

그리고 본 발명에서 PRM의 수신기 시계오차(

)는 이동 단말의 시스템 시간과 GPS 시스템 시간간의 시간 옵셋 τ(=기준 기지국과 이동 단말사이의 OTA delay)에 광속 c를 곱한 값과 동일하므로 하기 <수학식 7>과 같이 정의된다.And receiver clock error of PRM in the present invention (

) Is equal to a value obtained by multiplying the time offset τ (= OTA delay between the reference base station and the mobile terminal) by the luminous flux c between the system time of the mobile terminal and the GPS system time, and is defined as in Equation 7 below.

c : 광속c: luminous flux

τ : OTA(over the air) 시간 지연τ: Over the air time delay

여기서 수신기 시계오차가 음수인 것은 기준 기지국과 이동 단말 사이의 OTA 시간 지연으로 인해 이동 단말의 시계가 GPS의 시계보다 늦다는 것을 의미한다.Here, the negative receiver clock error means that the clock of the mobile terminal is later than the GPS clock due to the OTA time delay between the reference base station and the mobile terminal.

따라서 기지국 신호로부터 측정한 PPM(

)은 기지국과 이동 단말 사이의 거리와 수신기 시계오차로 하기 <수학식 8>과 같이 표현 가능하다. Therefore, the PPM measured from the base station signal (

) Can be expressed as Equation (8) by the distance between the base station and the mobile terminal and the receiver clock error.

상기 <수학식 8>을 살펴보면, 종래의 위치 결정 알고리즘은 PRM은 TOA로 PPM은 TDOA로 사용되었으나. 본 발명에서는 PRM과 PPM 모두 공통의 수신기 시계오차를 갖는 TOA로 측정될 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 PRM과 PPM을 혼합하여 위치해와 함께 공통의 수신기 시계오차를 결정할 수 있다.Referring to Equation (8), in the conventional positioning algorithm, PRM is used as TOA and PPM is used as TDOA. In the present invention, it can be seen that both the PRM and the PPM can be measured by a TOA having a common receiver clock error. Therefore, in the present invention, the PRM and the PPM are mixed and positioned to determine a common receiver clock error.

한편 이동 단말의 초기 추정 위치와 수신기 시계오차 대하여 선형화된 측정식은 상기 <수학식 3>과 같으며, 상기 초기 추정 위치에서 GPS 위성과 기지국의 시선각 행렬 H는 본 발명에서 하기 <수학식 9>와 같이 다시 정의될 수 있다.On the other hand, the linearized measurement equation for the initial estimated position of the mobile terminal and the receiver clock error is shown in Equation 3, and the visual angle matrix H of the GPS satellite and the base station at the initial estimated position is represented by Equation 9 in the present invention. Can be redefined as

: 단말의 초기 추정 위치

: Initial estimated position of the terminal

: 단말의 초기 추정 위치와 GPS 위성 i 간의 거리

: Distance between initial estimated position of terminal and GPS satellite i

: 단말의 초기 추정 위치와 기지국 k 간의 거리

: Distance between initial estimated position of UE and base station k

그리고 상기 <수학식 3>의 선형화된 측정식과 상기 <수학식 9>의 시선각 벡터를 상기 <수학식 5>와 <수학식 6>에 적용하면, 이동 단말의 위치해 및 수신기 시계오차를 구할 수 있다.When the linearized measurement equation of Equation 3 and the eye angle vector of Equation 9 are applied to Equations 5 and 6, the position of the mobile terminal and the receiver clock error can be obtained. have.

따라서 상기한 방식을 이용하면, 종래 위치 결정 알고리즘에서 측정치의 부족으로 계산할 수 없었던 아래 1), 2)에 대해 이동 단말의 위치를 구할 수 있다.Therefore, using the above-described method, the position of the mobile terminal can be obtained for the following 1) and 2), which could not be calculated due to the lack of measurement in the conventional positioning algorithm.

GPS 가시위성이 부족한 경우 고도를 지표면으로 고정하거나 고도 데이터 베이스 등의 값으로 고정하고, 2차원 위치와 수신기 시계오차를 계산하기 위해서는 최소 3개의 측정치가 필요하다. 상기 1)의 경우 종래의 알고리즘에서는 PPM 1개로는 TDOA를 생성할 수없기 때문에 PRM 측정치 2개만 유효하다. 따라서 측정치 1개가 부족하여 위치 계산이 불가능하다. 그러나 본 발명에서는 PRM 2개 TOA 1개로 총 3개의 측정치를 사용하여 2차원 위치 계산이 가능하다. 상기 2)의 경우 종래의 알고리즘에서는 PRM 1개 TDOA 1개로 총 2개의 측정치만 사용가능하기 때문에 위치 계산이 불가능하다. 그러나 본 발명에서는 PRM 1개 TOA 2개로 총 3개의 측정치를 이용하여 2차원 위치 계산이 가능하다. 이러한 결과는 다음의 실험을 통해 확인가능 하다. In the absence of GPS visibility, at least three measurements are required to fix the altitude to the ground or to a value such as an altitude database, and to calculate two-dimensional position and receiver clock errors. In the case of 1), since the TDOA cannot be generated with one PPM, only two PRM measurements are valid. As a result, one measurement is insufficient to calculate the position. However, in the present invention, two-dimensional position calculation is possible using a total of three measurements using two PRMs and one TOA. In the case of 2), in the conventional algorithm, since only two measurements are available with one PRM and one TDOA, position calculation is impossible. However, in the present invention, two-dimensional position calculation is possible using a total of three measurements with one PRM and two TOAs. These results can be confirmed through the following experiment.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말의 위치를 측정한 실험 결과를 도시한 도면이다. 도 9의 실험은 GPS 위성 2개/기지국 1개 경우와, GPS 위성 1개/기지국 2개인 경우를 가정하여 본 발명의 알고리즘을 이용하여 이동 단말의 위치를 계산한 결과를 나타낸 것이다. 종래의 기술로 위치를 계산하지 못하는 상기 1)과 2)의 경우에 대해서 본 발명의 알고리즘을 이용하여 단말의 실제 위치(P1)에 근접한 위치를 계산할 수 있음을 확인 할 수 있다.9 is a diagram illustrating an experimental result of measuring the position of a mobile terminal according to an embodiment of the present invention. The experiment of FIG. 9 shows the results of calculating the position of the mobile terminal using the algorithm of the present invention assuming two GPS satellites / one base station and one GPS satellite / two base stations. In the case of 1) and 2), which cannot calculate the position by the conventional technology, it can be confirmed that the position close to the actual position P1 of the terminal can be calculated using the algorithm of the present invention.

도 10a는 GPS 위성 2개, 기지국 1개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 위치 오차를 도시한 도면이고, 도 10b는 GPS 위성 2개, 기지국 1개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 시계 오차를 도시한 도면이다.FIG. 10A is a diagram illustrating a position error of a mobile terminal calculated by a positioning method according to the present invention when two GPS satellites and one base station. FIG. 10B illustrates a position according to the present invention when two GPS satellites and one base station are used. A diagram illustrating a clock error of a mobile terminal calculated by a measuring method.

도 10a, 10b는 GPS 위성 2개, 기지국 1개의 신호를 수신한 경우(PRM 2개, PPM 1개) 본 발명의 위치 계산 알고리즘으로 계산된 이동 단말의 위치 오차와 계산된 수신기 시계오차의 값을 실제 수신기 시계오차와 비교한 것이다. 총 20회의 위치 계산을 하였고, 그 결과 평균 위치 오차는 77.8m이다. 기지국과 이동 단말 사이의 거리는 약 2930m이므로 <수학식 7>에 따라 실제 수신기 시계오차는 약 -2930m이다. 계산된 수신기 시계오차가 실제 값에 거의 근접함을 알 수 있다.10A and 10B illustrate a position error of a mobile terminal calculated by a position calculation algorithm and a value of a calculated receiver clock error when two GPS satellites and one base station signal are received (two PRMs and one PPM). This is compared with the actual receiver clock error. A total of 20 position calculations were made, and the average position error was 77.8m. Since the distance between the base station and the mobile station is about 2930m, according to Equation 7, the actual receiver clock error is about -2930m. It can be seen that the calculated receiver clock error is close to the actual value.

도 11a는 GPS 위성 1개, 기지국 2개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 위치 오차를 도시한 도면이고, 도 11b는 GPS 위성 1개, 기지국 2개인 경우 본 발명에 따른 위치 측정 방법으로 계산된 이동 단말의 시계 오차를 도시한 도면이다. FIG. 11A is a diagram illustrating a position error of a mobile terminal calculated by a position measuring method according to the present invention when one GPS satellite and two base stations are used. FIG. 11B illustrates a position according to the present invention when one GPS satellite and two base stations are used. A diagram illustrating a clock error of a mobile terminal calculated by a measuring method.

도 11a, 11b와 같이 GPS 위성1개, 기지국 2개의 신호를 수신한 경우(PRM 1개, PPM 2개) 본 발명의 위치 계산 알고리즘으로 계산된 이동 단말의 위치 오차와 계산된 수신기 시계오차의 값을 실제 수신기 시계오차와 비교한 것이다. 총 20회의 위치 계산을 하였고, 그 결과 평균 위치 오차는 70.8m이다. 기지국과 이동 단말 사이의 거리는 약 2930m이므로 <수학식 7>에 따라 실제 수신기 시계오차는 약 -2930m이다. 계산된 수신기 시계오차가 실제 값에 거의 근접함을 알 수 있다.
11a and 11b, when one GPS satellite and two base stations receive signals (one PRM and two PPMs), the position error of the mobile terminal calculated by the position calculation algorithm of the present invention and the calculated value of the receiver clock error Is compared with the actual receiver clock error. A total of 20 position calculations were made, and the average position error was 70.8m. Since the distance between the base station and the mobile station is about 2930m, according to Equation 7, the actual receiver clock error is about -2930m. It can be seen that the calculated receiver clock error is close to the actual value.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, GPS 의사거리 측정치와 기지국의 파일럿 위상 측정치를 이용하여 이동 단말의 위치와 GPS 수신기의 시계오차의 측정 영역을 확장할 수 있다.As described above, according to the present invention, the GPS pseudorange measurement value and the pilot phase measurement value of the base station can be used to extend the measurement area of the position of the mobile terminal and the clock error of the GPS receiver.

본 발명에 의하면, GPS 의사거리 측정치와 기지국의 파일럿 위상 측정치를 혼합하여 이동 단말의 위치를 측정하는 경우 공통의 시계오차를 갖는 TOA 측정치를 얻을 수 있다.According to the present invention, when the position of the mobile terminal is measured by mixing the GPS pseudorange measurement value and the pilot phase measurement value of the base station, a TOA measurement value having a common clock error can be obtained.

또한 GPS 가시위성이 부족하여 GPS 만으로 위치계산이 불가능한 경우 PRM/PPM 측정치를 혼합하여 사용함으로써 단말의 위치와 수신기 시계오차를 효과적으로 계산할 수 있다.In addition, when GPS location is not enough to calculate a location using only GPS, PRM / PPM measurements can be used to efficiently calculate the position of the terminal and the receiver clock error.

또한 GPS/하이브리드 모드에서 PRM과 PPM 측정치 수의 합이 4개인 경우 고도 데이터베이스를 이용하지 않고도 3D 위치 결정이 가능하다.In addition, if the sum of the PRM and PPM measurements is four in GPS / hybrid mode, 3D positioning is possible without using an altitude database.

Claims

In the position measuring method of a mobile terminal,

Obtaining a first measurement based on a GPS pseudorange from a GPS (Global Positioning System) signal, and obtaining a second measurement from a pilot channel signal of a base station;

Acquiring a time of argument (TOA) having a common clock error from the acquired second measurement value from the acquired second measurement value,

Selecting one positioning mode from among a plurality of predetermined positioning modes according to the number of first and second measurements;

And determining a current position of the mobile terminal and a clock error of a GPS receiver according to the selected position determination mode.

The method of claim 1,

Wherein the first measurement value is a PseudoRange Measurement (PRM) value measured by processing a GPS signal based on a system time of a mobile communication system.

The method of claim 2,

And the second measurement value is a pilot phase measurement (PPM) value of the pilot channel signal synchronized with the system time.

The method of claim 1,

And the plurality of location determination modes includes a hybrid mode in which the first and second measurements are mixed to calculate the current position of the mobile terminal and a clock error of the GPS receiver.

The method of claim 4, wherein

The selecting of the position determination mode may include selecting the hybrid mode when the number of the first measurement is three and the number of the second measurement is one or more.

The method of claim 4, wherein

The selecting of the positioning mode may include selecting the hybrid mode when the number of the first measurement is two and the number of the second measurement is one or more.

The method of claim 4, wherein

The selecting of the position determination mode may include selecting the hybrid mode when the number of the first measurement is one and the number of the second measurement is two or more.

The method of claim 1,

The selecting of the positioning mode may include selecting one of a two-dimensional mode and a three-dimensional mode as the positioning mode.

The method of claim 8,

The selecting of the positioning mode may include selecting the three-dimensional mode as the positioning mode when the sum of the number of the first measurement value and the second measurement value is four or more.

The method of claim 1, wherein the determining of the current position of the mobile terminal and the clock error of the GPS receiver comprises:

Determining a current position of the mobile terminal and a clock error of the GPS receiver according to the obtained TOA and the selected position determination mode.

In the position measuring device of the mobile terminal,

Selecting one of a plurality of predetermined positioning modes according to the number of first measurements based on a GPS pseudorange obtained from a GPS (Global Positioning System) signal and a number of second measurements obtained from a pilot channel signal of a base station; With a mode decision unit,

A position calculator which obtains a time of argument (TOA) having a common clock error from the second measured value and calculates a current position of the mobile terminal and a clock error of a GPS receiver according to the selected positioning mode Position measuring device comprising a.

The method of claim 11,

The position measuring device is provided in the inside of the mobile terminal, the mobile terminal comprising a measuring device for acquiring the first and second measurements.

The method of claim 11,

The position measuring device is provided in a predetermined device interlocked with the base station, wherein the mobile terminal is configured to include a measuring device for obtaining the first and second measurement values.

The method of claim 11,

And the first measurement value is a PseudoRange Measurement (PRM) value measured by processing a GPS signal based on a system time of a mobile communication system.

The method of claim 14,

The method of claim 11,

And the plurality of location determination modes includes a hybrid mode in which the first and second measurements are mixed to calculate a current position of the mobile terminal and a clock error of the GPS receiver.

The method of claim 16,

And the mode determiner selects the hybrid mode when the number of the first measured values is three and the number of the second measured values is one or more.

The method of claim 16,

And the mode determiner selects the hybrid mode when the number of the first measured values is two and the number of the second measured values is one or more.

The method of claim 16,

And the mode determiner selects the hybrid mode when the number of the first measured values is one and the number of the second measured values is two or more.

The method of claim 11,

And the mode determiner selects one of a two-dimensional mode and a three-dimensional mode as the positioning mode.

The method of claim 20,

And the mode determiner selects the three-dimensional mode as a positioning mode when the sum of the number of the first and second measurement values is four or more.

The method of claim 11, wherein the position calculation unit,

And calculating a current position of the mobile terminal and a clock error of the GPS receiver according to the obtained TOA and the selected position determination mode.