KR100378122B1 - 무선 네트웍내의 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템및 방법 - Google Patents

무선 네트웍내의 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동국과 통신하는 다수의 기지국들을 포함하는 무선 네트웍내에 서 사용되는 이동국 위치 추정 시스템을 개시하고 있다. 이동국 위치 추정 시스템은 1) 제1기지국으로부터 상기 제1이동국으로 전송되는 위치추정 메시지와, 상기 제1이동국으로부터 상기 제1기지국으로 전송되는 위치추정 응답 메시지와 관련된 제1왕복지연시간을 측정할 수 있는 타이머와; 2) 상기 제1기지국에 의해 수신된 위치추정 응답 메시지의 전력 레벨을 측정하고, 상기 수신된 전력 레벨이 상기 제1기지국과 관련된 수신기를 포화시키는 것을 결정할 수 있는 전력 모니터 및; 3) 상기 타이머 및 상기 전력 모니터와 연결되며, 상기 제1기지국이 적어도 하나 이상의 전력 제어 메시지를 상기 제1이동국으로 전송할 수 있도록 하고, 상기 제1이동국이 상기 위치추정 응답 메시지의 전송 전력 레벨을 증가시킬수 있도록 하며, 상기 증가된 전송 전력 레벨은 수신기를 포화시키도록 하며, 상기 제1기지국 수신기가 포화되었다는 결정에 응답하여 상기 제1왕복지연시간으로부터 상기 제1이동국과 상기 제1기지국간의 제1거리를 계산하는 데이터 프로세서로 구성된다.

Description

무선 네트웍내의 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION OF A MOBILE STATION IN A WIRELESS NETWORK}
본 발명은 무선 네트웍에 관한 것으로서, 특히 무선 네트웍내의 이동국(mobile station)의 위치를 추정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
2000년까지 전세계적으로 셀룰러 폰(cellular phone)의 사용자가 3억명 이상이 될것으로 예상되고 있다. 미국내에서 셀룰러 서비스는 셀룰러 서비스 공급자들과 지역 전화기 회사들 및 국가적 원거리 운영자들에 의해 제공되고 있다. 상기와 같은 강화된 경쟁력은 폭넓은 인구들이 사용할 수 있을 정도로 셀룰러 서비스의 가격대를 다운시켜 왔다.
최근의 셀룰러 폰은 무선 네트웍을 통해 하나의 가입자 핸드셋(예를 들면 무선 이동국)과 또 다른 가입자 핸드셋간의 음성 대화를 위해 주로 사용된다. 또한 소수의 무선 이동국은 예를 들면 셀룰러/무선 모뎀이 장착된 개인용 컴퓨터(personal computer)와 같은 데이터 장치이다. 최근의 무선 이동국들을 위한 대역폭은 일반적으로 초당 수십킬로 비트(Kbps)로 제한되기 때문에, 상기 무선 이동국들을 위한 응용이 상대적으로 제한된다.
그러나, 3G 셀룰러/무선으로 언급되는 차세대(또는 제3세대) 셀룰러/무선 기술로의 변화가 기대되며, 각각의 이동국은 좀더 큰 대역폭(예를 들면, 125 Kbps나 그 이상의 대역폭)을 갖도록 이용될 것이다. 더 높아진 데이터 율(data rates)은 좀더 광범위하게 무선 이동국을 위한 인터넷에 응용될 것이며, 웹 브라우저(web browser), 계속 출현하고 있는 오디오/비디오등에 역시 응용될 것이다.
또한, 상기 3G 무선 시스템은 종래의 무선 네트웍에 거의 적용하지 않거나 아주 적용하지 않던 다수의 새로운 서비스와 양상을 제공할 것이다. 이러한 3G 무선 시스템의 새로운 양상은 무선 이동국의 위치를 결정하도록 사용되는 위치추정능력(position location capabilities)을 포함한다. 이를테면, 상기 위치추정능력은법령에 의해 지정될 것이다. 예를 들면, 연방통신위원회(FCC; Federal Communications Commission)는 3G 무선네트웍들은 긴급호출(예를 들면 E-911 호출)을 수행하는 이동국의 위치를 추정할 수 있도록 지정하여 왔다.
무선 이동국의 위치를 추정하기 위해 많은 종래의 기술들이 사용되어져 왔다. 이러한 종래 기술로는 TOA(Time Of Arrival), AOA(Angle Of Arrival), TDOA(Time Difference Of Arrival)등을 포함한다. 몇몇 종래의 위치추정시스템은 이러한 기술들을 TOA/AOA와 TDOA/AOA와 같이 둘 또는 그 이상으로 조합하게 된다. 또한, 이동국은 이동국의 위치를 추정하고 무선 네트웍에 위치정보를 전달하는 GPS(Global Positioning System) 장치를 포함한다.
그러나, 종래 기술에 의한 시스템에는 많은 결점들을 갖는다. TOA 위치추정시스템에 있어서, 네트웍에 의해 서비스되는 모든 이동국들은 매우 정확한 이동국 처리 시간이 계산되어져야 한다. 또한, TOA 위치추정시스템은 복수 신호 반송에 의한 타이밍 에러들을 유발시키기 쉬우며, 삼각분할(triangulation)을 수행하기 위하여 최소한 3개의 기지국 수신기가 필요하다. AOA 위치추정시스템은 삼각분할을 수행하기 위하여 멀티-어레이 안테나(multi-array antenna)를 갖춘 최소한 3개의 기지국 수신기가 필요하다. 이러한 멀티-어레이 안테나는 매우 고가이며, 기존의 안테나 어레이를 교체해야 한다. TDOA 위치추정시스템도 최소한 3개의 기지국 수신기가 필요하다. 그러나, 이동국이 어느 한 기지국 수신기에 너무 가까이 접근해 있다면, 나머지 다른 두 개의 기지국 수신기의 수신범위를 벗어나게 된다. GPS를 근거한 시스템은 무선 핸드셋의 비용을 증가시키고, GPS 위성의 시역(line-of-sight)상에 의존해야 한다.
그러므로, 이동국의 위치추정을 위한 개선된 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다. 특히 긴급(또는 911) 호출이 발생하는 이동국의 위치를 정확하게 추정하기 위한 증진된 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다. 더욱이, 고가의 멀티-어레이 안테나가 필요없이 정확하게 이동국의 위치를 추정할 수 있는 증진된 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 다수의 이동국들과 통신할 수 있는 다수의 기지국들을 포함하는 무선 네트웍에서, 다수의 기지국들중 제1기지국에 구비되어 다수의 이동국들중 제1이동국의 위치를 추정하기 위한 이동국 위치 추정 시스템을 제공한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이동국 위치 추정 시스템은, 1) 제1기지국으로부터 상기 제1이동국으로 전송되는 위치추정 메시지와, 상기 제1이동국으로부터 상기 제1기지국으로 전송되는 위치추정 응답 메시지와 관련된 제1왕복지연시간을 측정할 수 있는 타이머와; 2) 상기 제1기지국에 의해 수신된 위치추정 응답 메시지의 전력 레벨을 측정하고, 상기 수신된 전력 레벨이 상기 제1기지국과 관련된 수신기를 포화시키는 것을 결정할 수 있는 전력 모니터 및; 3) 상기 타이머 및 상기 전력 모니터와 연결되며, 상기 제1기지국이 적어도 하나 이상의 전력 제어 메시지를 상기 제1이동국으로 전송할 수 있도록 하고, 상기 제1이동국이 상기 위치추정 응답 메시지의 전송 전력 레벨을 증가시킬수 있도록 하며, 상기 증가된 전송 전력 레벨은 수신기를 포화시키도록 하며, 상기 제1기지국 수신기가 포화되었다는 결정에 응답하여 상기 제1왕복지연시간으로부터 상기 제1이동국과 상기 제1기지국간의 제1거리를 계산하는 데이터 프로세서로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 데이터 프로세서는 상기 수신기가 포화되는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 다수의 기지국들중 선택된 제2기지국으로 제1위치추정 명령을 전송하며, 상기 제1위치추정 명령은 상기 선택된 제2기지국과 연계되는 제2이동국 위치추정 시스템이 상기 제1이동국과 상기 선택된 제2기지국간의 제2거리를 계산할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 선택된 제2기지국은 상기 제1기지국내의 상기 데이터 프로세서로 상기 제2거리를 전송하며, 상기 데이터 프로세서는 상기 제1거리와 상기 제2거리로부터 상기 제1이동국의 위치를 추정한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 프로세서는 상기 수신기가 포화되는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 다수의 기지국들중 선택된 제3기지국으로 제2위치추정 요구를 전송하며, 상기 제2위치추정 요구는 상기 선택된 제3기지국과 연계되는 제3이동국 위치추정 시스템이 상기 제1이동국과 상기 선택된 제3기지국간의 제3거리를 계산할 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택된 제3기지국은 상기 제1기지국내의 상기 데이터 프로세서로 상기 제3거리를 전송하며, 상기 데이터 프로세서는 상기 제1거리와 상기 제2거리 및 상기 제3거리로부터 상기 제1이동국의 위치를 추정한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1기지국은 상기 다수의 안테나 섹터들내에 위치추정 응답 메시지를 수신할 수 있는 섹터화된 안테나를 포함하며, 상기 데이터 프로세서는 상기 다수의 안테나 섹터들중 상기 위치추정 응답 메시지를 가장 강하게 수신하는 제1안테나 섹터를 결정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 프로세서는 상기 제1안테나 섹터로부터 상기 제1기지국에 대한 상기 제1이동국의 대략적인 방향을 결정할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 프로세서는 상기 제1이동국의 대략적인 방향을 토대로 상기 제2기지국과 상기 제3기지국을 선별한다.
이상과 같은 본 발명의 특징과 기술적 장점들에 의하여 당업자는 본 발명에 따른 상세한 설명을 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 청구항들의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징과 장점들도 이후에 설명될 것이다. 당업자는 본 발명과 동일한 목적을 이루기 위한 다른 구성을 설계 또는 변형하기 위한 기준으로서 여기에 개시된 본 발명의 개념과 특정의 실시예를 쉽게 이용할 수 있을 것이다. 당업자는 또한 그와 같은 등가의 구성물들이 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트웍의 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전형적인 기지국의 상세도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국 위치추정 제어기를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네트웍내의 전형적인 이동국 위치추정 제어기의 동작을 기술한 흐름도.
하기에 기술되는 도 1 내지 도 4와 본 특허명세서내의 본 발명의 원리들이 기술되어지는 다양한 실시예들은 단지 실례로서 기술되며, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 원리가 적절히 배치된 무선 네트웍내에서 이행됨을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전형적인 무선 네트웍을 도시한 일반 개략도이다. 무선 네트웍 100은 다수의 셀 영역 121, 122, 123으로 구성되며, 기지국들 101, 102, 103중 하나를 각각 포함한다. 상기 기지국들 101, 102, 103은 다수의 이동국 111, 112, 113, 114와 상호 통신하게 된다. 상기 이동국들 111, 112, 113, 114는 임의의 적절한 무선 통신장비로써, 종래의 셀룰러 폰, PCS 핸드셋 장치, 휴대용 컴퓨터, 원격측정장치등일 수 있다.
점선은 기지국 101, 102, 103이 위치되는 셀 영역 121, 122, 123의 대략적인 경계로 도시된 것이다. 상기 셀 영역들은 단지 본 발명의 설명과 기술상의 목적으로 대략적인 원형으로 도시되었다. 상기 셀 영역들은 자연적인, 인공적인 장애물에 따라 불규칙적인 형상을 가질 수 있음을 명확히 이해해야 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 기지국 101, 102, 103은 기지국 제어기(BSC; Base Station Controller)와 기지국 송수신기(BTS; Base Transceiver Station)로 구성된다. 상기 기지국 제어기와 기지국 송수신기는 당업자에게 있어 통상적인 기술로 알려져 있다. 기지국 제어기는 무선 통신 네트웍내의 특정 셀들을 위해 기지국 송수신기와 같은 무선통신자원을 관리하는 장치이다. 상기 기지국 송수신기는 무선 송수신기(RF transceiver), 안테나 및 각 셀 영역에 설치된 다른 전기설비들을 포함한다. 이러한 장비로는 공기 제어 유닛(air conditioning unit)과 히팅 유닛(heating unit)과, 전기공급장치, 전화선 인터페이스, 무선 송신기(RFtransmitter), 무선 수신기(RF receiver)를 들 수 있다. 본 발명의 동작 설명을 간단 명료하게 하기 위하여 셀 121, 122, 123들의 기지국 송수신기 및 그 기지국 송수신기와 관련된 기지국 제어기들은 이하 구분없이 기지국 101, 102, 103으로 기재한다.
상기 기지국 101, 102, 103은 상호 및 통신 라인 131과 이동교환기(MSC; Mobile Switching Center) 140을 통한 공중전화 시스템(public telephone system)(미도시됨)간의 음성 및 데이터 신호를 전송한다. 상기 이동교환기 140은 당업자에게 있어 통상의 기술이다. 상기 이동교환기 140은 무선 네트웍내의 가입자들과 공중전화 시스템 및 인터넷과 같은 외부 네트웍간의 서비스 및 조정(coordination)을 제공하는 스위칭 장치이다. 본 발명의 실시예의 경우, 상기 통신 라인 131은 서로 다른 다수의 데이터 링크일 수 있으며, 이 경우 각 데이터 링크는 기지국 101, 102, 103 각각과 접속된다. 상기 통신 라인 131은 T1 라인, T3 라인, 광 섬유 링크, 백본 망(network backbone)등과 같은 임의의 적절한 접속수단일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 통신 라인 131은 몇몇 다른 데이터 링크일 수 있으며, 여기서 각 데이터 링크는 기지국 101, 102, 103중 어느 하나를 이동 교환기 140에 연결시킬 수 있다.
상기 무선 네트웍 100에 있어서, 상기 이동국 111은 셀 영역 121에 위치되어 기지국 101과 통신하며, 이동국 113은 셀 영역 122에 위치되어 기지국 102와 통신하고, 이동국 114는 셀 영역 123에 위치되어 기지국 103과 통신한다. 이동국 112 역시 셀 영역 121내에 위치되며, 셀 영역 123의 가장자리 근처에 위치된다. 대략적인 이동국 112의 화살표 방향은 셀 영역 123으로 향하는 이동국 112의 동작을 가르킨다. 어떤 일정 위치에서 이동국 112는 셀 영역 123내로 이동하게 되므로써, 셀 영역 121을 벗어나게 되고 핸드오프(handoff)가 발생하게 된다.
알려진 바와 같이, 핸드오프 과정은 제1셀로부터 제2셀로 호의 제어를 이전시키는 것이다. 예를 들면, 상기 이동국 112가 상기 기지국 101과의 통신상태에 있고 상기 기지국 101로부터 송신되는 신호가 허용할 수 없을 정도로 약화되기 시　하는 것을 감지하면, 상기 이동국 112는 보다 강한 신호를 송신하는 기지국, 즉 상기 기지국 103으로 스위칭 된다. 따라서, 상기 이동국 112와 상기 기지국 103는 새로운 통신 링크를 형성하고, 상기 기지국 103을 통해 진행중인 음성, 데이터 또는 제어 신호들을 전송하도록 상기 기지국 101과 공중전화 시스템으로 신호가 전달된다. 이와 같이 하여 호는 상기 기지국 101로부터 상기 기지국 103으로 중단없이 전송된다. 아이들(idle) 핸드오프는 일반적인 통신 채널에서 음성 및/또는 데이터 신호들을 송신하는 것보다는 페이징 채널에서 통신하는 이동국 셀들간의 핸드오프를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전형적인 기지국을 도시한 상세도이다.
기지국(BS; Base Station) 101은 기지국 제어기(BSC; Base Station Controller) 210과 기지국 송수신기(BTS; Base Transceiver Station) 220을 포함한다. 상기 기지국 제어기 210과 기지국 송수신기 220은 상기 도 1에서 이미 설명하였다. 상기 기지국 제어기 210은 상기 기지국 송수신기 220이 포함되어 있는 셀 영역 121의 자원을 관리한다. 상기 기지국 송수신기 220은 기지국 송수신기 제어기(BTS Controller) 225와, 대표 채널 엘리먼트 240을 포함하는 채널 제어기(channel controller) 235와, 송수신기 인터페이스(IF; Interface) 245와, 무선 송수신기 유닛 250과, 안테나 어레이(Antenna Array) 255와 이동국 위치추정 제어기 260으로 구성된다.
기지국 송수신기 제어기 225는 프로세싱 회로와, 기지국 송수신기 220의 전반적인 동작을 제어하고, 기지국 제어기 210과 통신을 수행하는 동작 프로그램을 실행시키는 메모리로 구성된다. 일반적인 조건하에서, 기지국 송수신기 제어기 225는 채널 제어기 235의 동작을 지시 감독하며, 상기 채널제어기 235는 채널 엘리먼트 240을 포함하는 다수의 채널 엘리먼트(channel element)를 포함하며, 상기 다수의 채널 엘리먼트들은 순방향 채널(forward channel)과 역방향 채널(reverse channel)의 양방향성 통신을 수행한다. 순방향 채널은 기지국에서 이동국으로 전송되는 신호들을 의미하며, 역방향 채널은 상기 이동국으로부터 기지국으로 전송되어 오는 신호들을 의미하는 것이다. 본 발명의 실시예에서 상기 채널 엘리먼트들은 셀내에서 코드 분할 다중 접속(CDMA; Code Division Multiple Access) 프로토콜에 따라 상기 이동국과 함께 동작한다. 송수신기 인터페이스 245는 상기 채널제어기 235와 무선 송수신기 유닛 250간의 양방향성 채널 신호들을 전송한다.
상기 무선 송수신기 250과 채널 제어기 235에 위치한 회로와 결합되어 있는 이동국 위치추정 제어기 260은 선택된 이동국(본 발명의 경우 이동국 112)의 전송 전력(예를 들면 역방향 채널 전력)를 제어하고, 기지국 101과 이동국 112간의 거리를 계산한다. 궁극적으로, 이동국 위치추정 제어기 260은 이동국 112의 위치를 추정하기 위하여 기지국 102, 103과 같은 다른 기지국에 의해 계산되어지는 하나 또는 그 이상의 거리를 이용하게 되는 것이다.
안테나 어레이 255는 기지국 101의 서비스 영역에서 상기 무선 송수신기 장치 250으로부터 이동국들로 순방향 채널 신호들을 전송한다. 또한, 상기 안테나 어레이 255는 상기 기지국 101의 서비스 영역에서 상기 이동국들로부터 수신된 역방향 채널 신호들을 무선 송수신기 유닛 250으로 전송한다. 더욱 바람직한 본 발명의 실시예에서는 상기 안테나 어레이 255는 멀티 섹터 안테나(multi-sector antenna)로 구현되며, 일예로 각각의 안테나 섹터가 서비스 영역의 120°호내에서 송신 및 수신을 담당하는 3-섹터 안테나로 구현된다. 더욱이, 상기 무선 송수신기 유닛 250은 송신 및 수신 동작중에 상기 안테나 어레이 255에서 서로 다른 안테나들중 하나의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택 유닛을 포함한다.
하기에서 좀더 자세히 설명되어지는 것에 따라, 이동국 위치추정 제어기 260은 이동국 112의 위치를 추정하게 되며, 이동국 위치추정 제어기 260은 이동국 112로의 거리를 계산할 다른 기지국들을 선택하기 위하여 이동국 112로부터 발생하는 가장 강한 신호를 수신하는 안테나 섹터를 결정하게 될 것이다.
이동국 위치추정 제어기 260은 몇몇 경우에 대한 응답으로 이동국 112의 위치를 추정하게 되는데, 이동국 112로부터 긴급(예를 들면, 911) 호출의 전달, 이동국 112에 의해 수행되는 애플리케이션(application)에 의해 전달되어져왔던 이동국 112로부터 수신되는 요청, 네트웍 서버등에 의해 수행되는 네트웍 유지 애플리케이션과 같은 무선 네트웍 100내의 몇몇 장치로부터 수신된 제어 메시지등을 포함한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전형적인 이동국 위치추정 제어기 260을 도시한 도면이다. 상기 위치추정 제어기 260은 데이터 프로세서 315, 이동국 위치추정기 적용 프로그램 315를 저장하는 메모리 310, 911 호출 감지기 320, 타이머 325 및 역방향 채널 전력 모니터 330을 포함한다.
데이터 프로세서 305는 이동국 위치추정기 적용 프로그램 315를 수행하는 프로세싱 회로를 포함하는데, 이는 이동국 위치추정 제어기 260의 다양한 엘리먼트들의 동작을 제어하고, 기지국 송수신기 제어기 225를 통해 네트웍 100내의 다른 기지국들과의 통신을 조정하게 된다.
데이터 프로세서 305는 셀 영역 121내에서 처리되어질 수 있는 911 호출의 위치를 추정하고 이러한 호출들과 연계되는 이동국을 확인하기 위하여 911 호출 감지기 320과 통신한다.911 호출 감지기 320은 기지국 송수신기 제어기 225를 통해 수신된 이동국 112를 포함하는 이동국들로부터의 순방향 채널 트래픽을 모니터하며, 상기 순방향 채널 트래픽내의 911 호출을 감지한다. 그후, 911 호출 감지기 320은 감지된 911 호출과 이동국을 상호 관련시키며, 데이터 프로세서 305로 지정된 911호출과 이동국 위치정보를 통신한다.
긴급 호출이 발생한 이동국(이 경우에 있어서는 이동국 112)까지의 거리를 계산하기 위하여, 데이터 프로세서 305는 이동국 112로 위치추정 메시지를 전송한다. 이동국 112는 위치추정 응답 메시지를 데이터 프로세서 305로 역전송하는 것에 의해서 즉각적으로 이 메시지에 응답한다. 타이머 325는 기지국 101로부터 위치추정 메시지를 전송해서 다시 위치추정 응답 메시지를 기지국 101에 의해 수신될 때 까지의 왕복지연시간을 계산한다.
예를 들면, 타이머 325는 이동국 112와 통신하는 채널 엘리먼트가 순방향 채널내의 위치추정 메시지를 전송할 때 카운팅을 시작하고, 이동국 112와 통신하는 채널 엘리먼트가 역방향 채널내의 위치추정 응답 메이지를 수신할 때 카운팅을 멈추게 된다. 상기 타이머 325에 의해 측정된 왕복지연시간은 이동국 112와 송수신 인터페이스 245와 무선 송수신기 250내의 알려진 신호처리 지연시간을 고려해 조정된다. 상기 조정된 왕복지연시간은 위치추정 메시지와 위치추정 응답 메시지의 조합된 전송시간(또는 플라이트 타임(flight time))을 나타낸다. 상기 제어된 왕복지연시간을 둘로 나누면 단일방향의 전송시간이 주어진다. 상기 단일 방향의 전송시간은 기지국 101과 이동국 112간의 거리 D1을 계산하는데 사용된다. 상기 거리 D1에 의해 원의 중심점에 기지국 101이 위치한 반경 D1의 원이 정해지게 된다. 이러한 과정이 적어도 하나 이상의 다른 기지국에서 반복되어 형성된 원들의 교차점에 의해 이동국 112의 위치가 결정되어진다.
긴급호출을 수행하는 이동국(예를 들면 이동국 112)까지의 거리를 계산할 때, 데이터 프로세서 305는 이동국 112가 기지국 101과 인접한 이웃 기지국에 의해 수신될 수 있도록 우선 이동국 112의 전송기 전력을 증가시킨다. 역방향 채널 전력 모니터 330은 기지국 101의 수신부내에서 역방향 채널 전력레벨을 모니터한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 역방향 채널 전력 모니터 330은 무선 송수신기 250의 수신부에서의 자동이득제어(AGC; Automatic Gain Control)를 모니터하여 상기 수신부가 특정 이동국(예를 들면 이동국 112)에 의한 역방향 채널 전력 레벨 출력에 의해 포화(saturation)되는 시점을 검출하게 된다. 역방향 채널 전력 모니터 330은 포화점과 모니터된 전력레벨을 데이터 프로세서 305와 통신한다. 한편, 데이터 프로세서 305는 이동국 112의 전력 레벨이 기지국 101내의 수신부를 포화시킬 때 어떤 값을 구하기 위하여 사용되는것과 마찬가지로 정보화를 목적으로 전력 레벨을 레포트한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네트웍 100내의 전형적인 이동국 위치추정 제어기 260의 동작을 기술한 흐름도 400을 도시하고 있다. 이동국 위치추정 제어기 260은 1) 이동국 112로부터의 911 호출의 감지, 2) 이동국 112로부터의 위치요청 메시지의 수신, 3) 이동국 112의 위치추정을 위하여 무선 네트웍 100으로부터 수신되는 명령 메시지 등에 응답하여 이동국 112의 위치를 결정하게 된다. 이러한 메시지들에 대한 응답으로, 이동국 위치추정 제어기 260은 기지국 101이 이동국 112로 순방향 채널내에서 위치추정 메시지를 전송하게 한다.(405 처리 단계)
이동국 112는 위치추정 메시지를 수신한 후 신속히 역방향 채널내의 위치추정 응답 메시지를 전송하게 된다.(410 처리 단계) 기지국 101은 상기 이동국 112로부터 위치추정 응답 메시지를 수신하고 이동국 위치추정 제어기 260으로 그것을 전송한다.(415 처리 단계)
다음으로, 이동국 위치추정 제어기 260은 기지국 101이 이동국 112로 전력 제어 메시지를 전송하게 하며, 그것은 이동국 113의 전송 전력을 증가시키도록 하는 원인이 된다. 역시, 이동국 위치추정 제어기 260은 이동국 112로 위치추정 메시지를 재전송한다.(420 처리 단계) 이동국 112는 상기 전력 제어 메시지의 응답으로 전송전력을 증가시킨다. 상기 이동국 112는 역시 재전송된 위치추정 메시지를 수신하며, 그것에 대한 응답으로, 다른 위치추정 응답 메시지(높은 전력으로)를 기지국 101에 전송한다.(425 처리단계)
기지국 101은 이동국 112부터 위치추정 응답 메시지를 수신하며, 역방향 채널 전력 모니터 330은 수신된 위치추정 응답 메시지와 연관된 자동이득제어(AGC) 레벨을 측정한다. 데이터 프로세서 305는 역방향 채널 전력 모니터 330로부터 측정된 자동이득제어 레벨을 무선 송수신기 250의 수신부가 이동국 112로부터 수신된 위치추정 응답 메시지의 전력 레벨에 의해서 포화되었는지 검사한다.(430 처리 단계)
데이터 프로세서 305가 기지국 101내의 수신기가 이동국 112의 위치추정 응답 메시지에 의해서 포화되지 않았다고 판단하면, 이동국 위치추정 제어기 260은(이동국 112가 전송전력을 증가시키는 원인이기 때문에) 기지국 101이 또다른 전력 제어 메시지와 또다른 위치추정 메시지를 전송하도록 한다. 이동국 112로부터 수신된 위치추정 응답 메시지의 전력 레벨을 측정하고 증가시키는 과정은 이동국 112로부터 수신되는 위치추정 응답 메시지에 의해 무선 송수신기 250의 수신부가 포화될때까지 계속적으로 진행된다.(435, 420, 425 및 430의 처리 단계)
기지국 101의 수신부가 포화되었을 때, 데이터 프로세서 305는 기지국 101에서 이동국 112까지의 거리 D1을 상기에서 기술한 타이머 325에 의해 측정되는 왕복지연시간(round trip delay)을 사용하여 계산하게 된다. 다음으로, 데이터 프로세서 305나 역방향 채널 전력 모니터 330은 이동국 112로부터 최고 레벨의 역방향 채널 전력을 수신하는 안테나 어레이 255의 안테나 섹터를 결정할 것이다. 가장 강한 역방향 채널 신호를 수신하는 안테나 섹터에 의해 기지국 101에 대한 이동국 112의 대략적인 방향이 주어진다. 이러한 대략적인 방향이 한번 알려지게 되면, 데이터 프로세서 305는 무선 네트웍 110내의 다른 기지국들에 대한 이동국 112의 상대적인 근접함을 추정하게 된다. 예를 들면, 데이터 프로세서 305는 이동국 112가 기지국 102와 103의 대략적인 방향에 위치하도록 추정할 것이다. 이러한 추정의 응답으로, 기지국 101은 위치추정 요구 메시지를 기지국 102와 기지국 103에 전송한다.(440 처리 단계)
기지국 102와 103이 기지국 101로부터 위치추정 요구 메시지를 수신하게 될 때, 각각의 기지국 102와 103은 이전에 기술한 바와 같이, 새로운 위치추정 메시지와 위치추정 응답 메시지에 상응한 왕복지연시간의 측정에 의해 독립적으로 자신과 이동국 112간의 거리를 계산하게 된다. 기지국 102와 기지국 103에 의해 각각 계산되어진 거리 D2, D3는 기지국 101에 전송된다. 데이터 프로세서 305는 공지된 삼각법(triangulation techniques)를 이용하여 이동국 112의 위치를 추정하기 위하여 거리 D1, D2 및 D3를 사용하게 된다.(445 처리 단계)
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 자명하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이동국의 위치추정 시스템은 긴급(또는 911) 호출이 발생하는 이동국의 위치를 정확하게 추정할 수 있으며, 고가의 멀티-어레이 안테나가 필요없이 정확하게 이동국의 위치를 추정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (21)

  1. 다수의 이동국들과 통신할 수 있는 다수의 기지국들을 포함하는 무선 네트웍에서, 다수의 이동국들중 제1이동국의 위치를 추정하기 위하여 다수의 기지국들중 제1기지국과 관련되는 이동국 위치 추정 시스템에 있어서,
    상기 제1기지국으로부터 상기 제1이동국으로 전송되는 위치추정 메시지와, 상기 제1이동국으로부터 상기 제1기지국으로 전송되는 위치추정 응답 메시지와 관련된 제1왕복지연시간을 측정할 수 있는 타이머와;
    상기 제1기지국에 의해 수신된 위치추정 응답 메시지의 전력 레벨을 측정하고, 상기 수신된 전력 레벨이 상기 제1기지국과 관련된 수신기를 포화시키는 것을 결정할 수 있는 전력 모니터 및;
    상기 타이머 및 상기 전력 모니터와 연결되며, 상기 제1기지국이 적어도 하나 이상의 전력 제어 메시지를 상기 제1이동국으로 전송할 수 있도록 하고, 상기 제1이동국이 상기 위치추정 응답 메시지의 전송 전력 레벨을 증가시킬수 있도록 하며, 상기 증가된 전송 전력 레벨은 수신기를 포화시키도록 하며, 상기 제1기지국 수신기가 포화되었다는 결정에 응답하여 상기 제1왕복지연시간으로부터 상기 제1이동국과 상기 제1기지국간의 제1거리를 계산하는 데이터 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는 상기 수신기가 포화되는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 다수의 기지국들중 선택된 제2기지국으로 제1위치추정 요구 메시지를 전송하며;
    상기 제1위치추정 요구는 상기 선택된 제2기지국과 연계되는 제2이동국 위치추정 시스템이 상기 제1이동국과 상기 선택된 제2기지국간의 제2거리를 계산할 수 있도록 함을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택된 제2기지국은 상기 제1기지국내의 상기 데이터 프로세서로 상기 제2거리를 전송하며;
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1거리와 상기 제2거리로부터 상기 제1이동국의 위치를 추정함을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는 상기 수신기가 포화되는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 다수의 기지국들중 선택된 제3기지국으로 제2위치추정 요구를 전송하며;
    상기 제2위치추정 요구는 상기 선택된 제3기지국과 연계되는 제3이동국 위치추정 시스템이 상기 제1이동국과 상기 선택된 제3기지국간의 제3거리를 계산할 수있도록 함을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 선택된 제3기지국은 상기 제1기지국내의 상기 데이터 프로세서로 상기 제3거리를 전송하며;
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1거리와 상기 제2거리 및 상기 제3거리로부터 상기 제1이동국의 위치를 추정함을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1기지국은 상기 다수의 안테나 섹터들내에 위치추정 응답 메시지를 수신할 수 있는 섹터화된 안테나를 포함하며;
    상기 데이터 프로세서는 상기 다수의 안테나 섹터들중 상기 위치추정 응답 메시지를 가장 강하게 수신하는 제1안테나 섹터를 결정할 수 있음을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1안테나 섹터로부터 상기 제1기지국에 대한 상기 제1이동국의 대략적인 방향을 결정할 수 있음을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1이동국의 대략적인 방향을 토대로 상기 제2기지국과 상기 제3기지국을 선별함을 특징으로 하는 이동국의 위치를 추정하기 위한 시스템.
  9. 다수의 이동국들과 통신할 수 있는 다수의 기지국들을 포함하는 무선 네트웍에 있어서,
    상기 다수의 기지국들중 제1기지국은 상기 다수의 이동국들중 제1이동국의 위치를 추정할 수 있는 시스템을 포함하며,
    상기 이동국 위치추정 시스템은,
    상기 제1기지국으로부터 상기 제1이동국으로 전송되는 위치추정 메시지와, 상기 제1이동국으로부터 상기 제1기지국으로 전송되는 위치추정 응답 메시지와 관련된 제1왕복지연시간을 측정할 수 있는 타이머와;
    상기 제1기지국에 의해 수신된 위치추정 응답 메시지의 전력 레벨을 측정하고, 상기 수신된 전력 레벨이 상기 제1기지국과 관련된 수신기를 포화시키는 것을 결정할 수 있는 전력 모니터 및;
    상기 타이머 및 상기 전력 모니터와 연결되며, 상기 제1기지국이 적어도 하나 이상의 전력 제어 메시지를 상기 제1이동국으로 전송할 수 있도록 하고, 상기 제1이동국이 상기 위치추정 응답 메시지의 전송 전력 레벨을 증가시킬수 있도록 하며, 상기 증가된 전송 전력 레벨은 수신기를 포화시키도록 하며, 상기 제1기지국 수신기가 포화되었다는 결정에 응답하여 상기 제1왕복지연시간으로부터 상기 제1이동국과 상기 제1기지국간의 제1거리를 계산하는 데이터 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는 상기 수신기가 포화되는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 다수의 기지국들중 선택된 제2기지국으로 제1위치추정 요구 메시지를 전송하며;
    상기 제1위치추정 요구는 상기 선택된 제2기지국과 연계되는 제2이동국 위치추정 시스템이 상기 제1이동국과 상기 선택된 제2기지국간의 제2거리를 계산할 수 있도록 함을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 선택된 제2기지국은 상기 제1기지국내의 상기 데이터 프로세서로 상기 제2거리를 전송하며;
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1거리와 상기 제2거리로부터 상기 제1이동국의 위치를 추정함을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  12. 제 11 에 있어서,
    상기 선택된 제3기지국은 상기 제1기지국내의 상기 데이터 프로세서로 상기 제3거리를 전송하며;
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1거리와 상기 제2거리 및 상기 제3거리로부터 상기 제1이동국의 위치를 추정함을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택된 제3기지국은 상기 제1기지국내의 상기 데이터 프로세서로 상기 제3거리를 전송하며;
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1거리와 상기 제2거리 및 상기 제3거리로부터 상기 제1이동국의 위치를 추정함을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1기지국은 상기 다수의 안테나 섹터들내에 위치추정 응답 메시지를 수신할 수 있는 섹터화된 안테나를 포함하며;
    상기 데이터 프로세서는 상기 다수의 안테나 섹터들중 상기 위치추정 응답 메시지를 가장 강하게 수신하는 제1안테나 섹터를 결정할 수 있음을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1안테나 섹터로부터 상기 제1기지국에 대한 상기 제1이동국의 대략적인 방향을 결정할 수 있음을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는 상기 제1이동국의 대략적인 방향을 토대로 상기 제2기지국과 상기 제3기지국을 선별함을 특징으로 하는 무선 네트웍.
  17. 다수의 이동국들과 통신할 수 있는 다수의 기지국들을 포함하는 무선 네트웍내에서 사용하며, 상기 다수의 이동국들중 제1이동국의 위치를 추정하기 위한 방법에 있어서,
    다수의 위치추정 메시지들을 상기 기지국들중 제1기지국으로부터 제1이동국으로 전송하는 단계와, 여기서 상기 다수의 위치추정 메시지들은 제1이동국이 제1기지국으로 다수의 위치추정 응답 메시지들을 전송하도록 하며;
    상기 제1이동국으로 다수의 전력 제어 메시지들을 전송하는 단계와, 여기서 상기 다수의 전력 제어 메시지들은 제1이동국이 전송 전력을 점차적으로 증가시키는 상기 다수의 위치추정 응답 메시지들을 전송하도록 하며;
    제1기지국에 의해 수신된 적어도 하나 이상의 위치추정 응답 메시지들이 제1기지국내의 수신기를 포화시키는 것을 결정하는 단계와;
    적어도 하나 이상의 위치추정 응답 메시지들이 상기 수신기를 포화시키는 것을 결정하는 것에 응답하여, 제1위치추정 메시지에 대하여 제1위치추정 메시지 및 제1위치추정 응답 메시지와 연계되는 제1왕복지연시간을 측정하는 단계 및;
    제1이동국과 제1기지국간의 제1거리를 제1왕복지연시간으로부터 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 이동국의 위치추정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    선택된 제2기지국에 대하여 청구항 17의 단계를 반복하는 것에 의하여 제1이동국과 선택된 제2기지국간의 제2거리를 계산하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 이동국의 위치추정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    제1거리와 제2거리로부터 제1이동국의 위치를 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 이동국의 위치추정 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    선택된 제3기지국에 대하여 청구항 17의 단계를 반복하는 것에 의하여 제1이동국과 선택된 제3기지국간의 제3거리를 계산하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 이동국의 위치추정 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    제1거리와 제2거리 및 제3거리로부터 제1이동국의 위치를 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 이동국의 위치추정 방법.
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