KR100393813B1 - 이동통신단말기 위치 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신단말기 위치 결정방법에 관한 것으로,특히 전파 간섭 지역에서의 이동통신단말기 위치 추적 성능을 향상시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 위성신호를 수신하여 위성정보를 데이터 베이스화한후, 이동통신단말기의 위치결정이 요청되면 콜드 스타트인지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트이면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송하여 위치결정을 완료하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트가 아니면, 현재 트랙킹하고 있는 위성정보에 따라 위치결정을 완료하는 제3 과정으로 수행한다.

Description

이동통신단말기 위치 결정방법{POSITION DETERMINATION METHOD OF MOBILE COMMUNICATION TERMINAL}

본 발명은 이동통신단말기 위치 결정방법에 관한 것으로,특히 전파 간섭 지역에서의 이동통신단말기 위치 추적 성능을 향상시키도록 한 이동통신단말기 위치 결정방법에 관한 것이다.

이동통신단말기 위치 결정방법에 이용되는 무선측위는, 미지의 점과 위치가 알려진 3개 이상의 점과의 거리 또는 방위각을 알면 미지의 점에 대한 위치를 결정할 수있는 삼각법의 원리와 전파가 진행하는 성질로부터 전파진행거리/각도를 결정하는 원리를 이용하여, 수신안테나의 위치를 구하는것이다.

상기 무선측위는, 전파의 진행시간 차를 이용하여 거리를 결정하는 TDOA와, 전파가 진행하는데 소모되는 시간을 이용하여 거리를 계산하는 TOA와, 전파가 진행한 방위를 결정하여 위치를 결정하는 AOA방식이 있다.

상기 무선측위를 실현하기 위한 시스템은, 서비스업자와 칩셋 제조회사에 따라 서로 다른 기술방식 및 시스템을 주장하고 있는데, 인공위성에서 송신하는 전파만을 이용하는 Stand Alone GPS와, 인공위성 전파를 이용한 무선측위시, 기준국이 연결된 망과 연동되는 Network Aided GPS와, 이동통신단말기 망 기지국에서 송신하는 전파를 이용하는 Network Location, 인공위성 전파와 기지국 전파를 상황에 따라 적절하게 이용하는 Hybrid System등이 있다.

상기 Network Aided GPS는, GPS 위성을 사용하여 위치를 구하는 것으로, 기본적으로 4개의 연립방정식(X(x,y,z,t)=Y)을 푸는 동작이다.

즉, TDOA를 이용한 3개의 서로 다른 위성까지의 의사거리 결정값(Pseudo Range Measurement)3개와 위성시간과 수신기 시간 사이의 시간오차를 수정하기 위한 네번째 위성과의 의사거리 결정값이 4차 방정식의 각 Y값이다.

실제로는, 4가지 기본 파라미터(위성의 삼축좌표계+시간오차)이외에도 수신기가 고속으로 움직일 때, 역시 고속으로 움직이는 GPS위성으로 인해 각각 달라지는 도플러 효과에 의한 영향을 결정한 도플로 시프트, 전리층에서의 위성신호지연값인 Ionospheric Delay등 위치를 구하는데 영향을 미치는 갖가지 파라미터들을 고려해야 한다.

이와같은 정보를 담고 있는 GPS 위성신호는 본질적으로 L1주파수대역에 CDMA방식으로 각 위성의 신호가 실려 방송되는데, 위성의 신호는 지상반경 150Km까지의 영역에 동일하게 적용될 수 있는 정보를 가지고 있다.

이와같은 원리를 이용하여, 위성전파환경이 대단히 좋은 장소에 GPS신호를 수신하는 기준국을 세워 위성신호 및 기타 동일하게 적용될 수 있는 GPS위성정보들을 미리 수신하였다가, 최대 반경 150Km내의 GPS수신기들에게 이동통신단말기망 또는 유선망을 이용하여 미리 전송해주어 GPS 수신기들의 TTFF(Time To First Fix) 및 위치정확도를 획기적으로 향상시킨다.

상기 Stand Alone GPS는, GPS 수신기가 4개 이상의 위성신호를 수신하여, 그 위성신호로부터 수신기의 위치를 구하는 것으로, GPS 수신기가 처음 파워온 되었을 때, 주변에 어떤 위성들이 있으며, 어떤 위성신호가 수신가능한지 알 수 없기 때문에 처음에 GPS수신기는 자신의 RF 수신채널을 통해 위성신호를 트랙킹(Tracking)한다.

즉, GPS수신기가 일단 하나의 위성신호를 트랙킹하여 해당 위성이 방송하고 있는 항법 데이터를 수신하게 되면, 그 항법 데이터에 포함된 위성정보를 통해 주변 상공에 어떤 위성이 있다는 것을 알게 되고, 이에 의해 GPS수신기는 주변 상공의 위성들을 트랙킹하기 시작하여 4개 이상의 위성이 트랙킹되면 위성과 수신기 안테나와의 Pseudo Range를 계산해내어 수신기 안테나의 좌표을 알게된다.

상기 Stand Alone GPS 수신기가 파워온하는 방식은 3가지로 나누어지는데, 방식에 따라 위성신호로부터 최초로 수신기 위치를 추적하는데 걸리는 시간( TTFF:Time To First Fix)이 달라진다.

상기 Network Location은, 위치가 알려진 4개 이상의 이동통신단말기 기지국과 이동국 단말기 사이에서 오가는 전파 지연 또는 전파 방위각을 통해서 단말기의 위치를 구하는 방식으로, 기지국→단말기→기지국의 순서로 진행하는 전파의 라운드 트립 딜레이(Round Trip Delay)를 결정하여, 각 기지국과 단말기 사이의 거리를 구하는 라운드 트립 딜레이방식과, 기지국에 지향성 안테나를 사용하여 AOA방식으로 단말기의 위치를 구하는 방식이 있는데, 이러한 방식은 이동국 단말기에 추가할 H/W가 따로 없으며, S/W만 바꾸면 가능하다.

상기 Hybrid 시스템은, GPS와 네트워크 로케이션의 단점을 극복하고 장점을 극대화하기 위해 채용되는 것으로, 위성신호를 이용하기 때문에 위성신호의 수신전력레벨이 야외에서는 -130dBm이고, 실내에서는 -150dBm 까지 신호가 감쇄되어 현실적으로 수신하기 어렵다.

반면, 상기 네트워크 로케이션 방식의 경우, CDMA망에서 -50dBm 정도의 안정된 수신전력을 낼 수 있기 때문에 실내에서도 수신기의 위치를 구할 수 있다.

그러나, CDMA망 특유의 전력 제어때문에 특정 셀내의 수신기가 한번에 4개 이상의 기지국 신호를 수신하기 어렵고, 모든 지역에서 4개 이상의 기지국신호를 수신하는 것도 어려운데, 이러한 두 시스템의 단점을 보안하기 위하여, 4개 이상의 기지국 신호가 수신되지 않을 때, GPS위성신호를 기지국 신호처럼 받아 들여 수신기의 위치를 구하는 의사 기지국 시스템과, 4개 이상의 GPS 위성신호가 수신되지 않을 때, 이동통신단말기 기지국 신호를 위성신호처럼 받아들여 수신기의 위치를 구하는 의사 위성 시스템과, 기지국 신호 또는 GPS 위성신호중 양호한 상태의 것으로 시스템을 절환하여 수신기의 위치를 구하는 방식이 있다.

이때, 상기 Network Aided GPS 또는 Hybrid System을 사용하는 경우, GPS 위성신호에 대한, 이동통신단말기 통신 시스템의 각 셀마다 다른 위성 전파 환경을 고려할 수 없다.

즉, 기지국은 보통 위성 전파 환경이 아주 좋은데, 그 기지국을 기준국으로 삼아 위성정보를 준다면, 셀내의 각 단말기가 처한 위성신호 환경에 부적합하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 각 단말기가 처한 위성신호 환경을, GPS신호를 트랙킹할 때 반영함으로써, 단말기 위치를 구할 수 있는 셀내의 영역을 늘리도록 한 이동통신단말기 위치 결정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 본 발명 이동통신단말기 위치 결정방법에 대한 동작흐름도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 위성신호를 수신하여 위성정보를 데이터 베이스화한후, 이동통신단말기의 위치결정이 요청되면 콜드 스타트인지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트이면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송하여 위치결정을 완료하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트가 아니면, 현재 트랙킹하고 있는 위성정보에 따라 위치결정을 완료하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 이동통신단말기 위치 결정방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명 이동통신단말기 위치 결정방법에 대한 실시예의 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이, 위성신호를 수신하여 위성정보를 데이터 베이스화한후, 이동통신단말기의 위치결정이 요청되면 콜드 스타트인지를 판단하는 제1 과정(SP1 ~SP3)과; 상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트이면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송하여 위치결정을 완료하는 제2 과정(SP4~SP7)과; 상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트가 아니면, 현재 트랙킹하고 있는 위성정보에 따라 위치결정을 완료하는 제3 과정(SP8~SP13)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

본 발명은, Network Aid GPS 시스템에 각 수신기가 수신하는 위성신호 환경을 데이터베이스한후, 이동통신단말기의 이동통신단말기 신호환경과 상기 위성신호환경을 참조하여 셀룰라의 위치를 결정하는 것이다.

먼저, 이동통신단말기는, 위성신호를 수신하여(SP1), 위치를 구할 때마다 위치와 위치계산에 이용된 위성번호 및 기타 파라미터를 이동통신단말기 기지국 데이터 베이스에 전송하여 저장한다.

이때, 상기 이동통신단말기 기지국이 수집하는 데이터를 설명하면, 우선, 위성별로 트랙킹 된 수는, 파워 온된 이동통신단말기(GPS수신기)가 어느 위성들을 트랙킹하기 시작할지 결정할 때 참조되고, 단말기별 무선측위 결과는, 일정 개수의 위성을 트랙킹한 이동통신단말기가 위성 신호환경의 결정 및 위치계산에 반영하기 하기 위해 참조된다.

보통, 이동통신단말기 시스템의 각 셀에는, 다수의 이동국이 등록되어 있고, GPS 위성신호 환경은 약 12시간 마다 반복되므로, 통계적인 처리를 적용한다.

만약, 이동통신단말기에서 위치 결정 요청이 들어오면(SP2), 콜드 스타트 (Cold Start)인지를 판단하여(SP3), 콜드 스타트(Cold Start)이면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송한후 위치결정 결과를 요청한후(SP4), 위치결정이 완료되면 (SP5), 위치별 위성 및 망신호환경과 위성별 트랙수를 데이터 베이스화한다 (SP6,SP7).

이때, 파워 온된 이동통신단말기는, 위성을 트랙킹하기 위해 참조하는 위성정보를, 해당기지국 셀 내에서, 이동통신단말기 단말기들이 가장 많이 트랙킹하고 있는 위성정보순으로 참조한다.

즉, 이동통신단말기 시스템의 각 기지국 셀내의 위성전파 환경은 각기 다른데, 예를 들어, 셀내의 어떤 부분은 주차장이어서 위성신호가 잘 수신되는 반면에, 어떤 부분은 공원이어서 나무로 인한 전파 산란 때문에 위치정확도가 떨어지고, 고층 빌딩 사이어서 수신되는 위성신호가 3개 미만이거나 아예 없을 수 있다.

상기와 같은 구분을 위한 위성전파 환경특성을, 파라미터로 확정하고, 이동통신단말기 시스템의 한 기지국 셀을 다시 여러개의 서로 다른 위성신호 환경영역으로 구분하면, 12시간 마다 반복되는 위성신호 환경내에서 수신기 주변의 신호환경만으로 셀내의 대략적인 위치를 알 수 있게 된다.

상기 파라미터가 확정되면, 셀의 구분은, 다수의 이동국에서 데이터 베이스로 전송하는 위치좌표와 해당 이동국의 위성신호 환경 파라미터 값에 의해 수행된다.

한편, 콜드 스타트(Cold Start)가 아니면, 이동통신단말기측에 현재 트랙킹하고 있는 위성정보를 요청한후(SP8), 위성정보가 전송되면, 현재 이동통신단말기의 위성환경 및 망환경분석후 신호환경을 결정한 다음(SP10), 수신되는 위성신호가 미약한 신호이면 가장 확률이 높은 신호환경 정보를 전송하면서 위치 결정 결과를 요청한다(SP12).

그 다음, 상기 위치결정이 완료되면(SP5), 위치별 위성 및 망신호환경과 위성별 트랙수를 데이터 베이스화하고(SP6,SP7), 위치결정이 완료되지 않으면(SP5), 다시 이동통신단말기측에 현재 트랙킹하고 있는 위성정보를 요청한후(SP8), 위성정보가 전송되면(SP9) 현재 이동통신단말기의 위성환경 및 망환경 분석후 신호환경을 결정한 다음(SP10), 수신되는 위성신호가 미약한 신호이면(SP12) 가장 확률이 높은신호환경 정보를 전송하면서 위치 결정 결과를 요청하는 동작을 반복수행한다.

만약, 상기 수신되는 위성신호가 미약한 신호가 아니면, 그 다음으로 트랙킹수가 큰 위성정보를 전송한후 위치결정 결과를 요청하는데(SP13), 이 위치결과 요청후의 동작은 상술한 동작(SP5,SP6,SP7)과 동일하다.

여기서, 도1에서, 콜드 스타트인지를 판단하는 조건문은, 시스템에 따라, 부팅과 동시에 이동통신단말기측에 위치결정을 요구하는가, 또는 처음으로 이동통신단말기측에 위치결정을 요구하는가, 또는 현재 수신되는 위성신호가 없는가로 대체한다.

각각의 상황을 예를들어, 본 발명을 설명한다.

첫번째, 셀중심의 기지국에 '2,3,5,7,9,21'번 위성신호가 수신되고 있고, 80%의 수신기들이 3번위성신호를, 65%의 수신기들이 5번,9번 위성신호를, 35% 수신기들이 21번 위성신호를 트랙킹하고 있는 상황이면, 방금 파워온된 수신기는 기지국 셀내 가장 많은 80% 수신기들이 트랙킹하고 있는 3번 위성을 트랙킹하기 위해 시도한다.

두번째, 위성신호환경 A는 '3,5,13,21'번 위성신호가 수신되고, 그 환경A는 셀내 영역의 55%를 차지하며, 위성신호환경 B는 '3,5'번 위성신호가 수신되고, 그 환경 B는 셀내 영역의 20%를 차지하며, 위성신호환경 c는 '3,13,21'번의 위성신호가 수신되고,그 환경C는 셀내 영역의 15%를 차지하며, 위성신호환경 D는 '3,5,8,9'번 위성신호가 수신되고, 그 환경D는 셀내 영역의 5%를 차지하는 상황인 경우, 현재 '3,21'번 위성신호를 트랙킹하고 있는 수신기는, 55%의 확률로 환경 A에 속하고, 15%의 확률로 환경 C에 속하는데, 두 환경 모두 13번 위성신호가 수신되므로, 그 다음에 13번 위성을 트랙킹하면 65%확률로 트랙킹된다고 예측 가능하다.

만약, 하나의 기지국에서 보이는 위성수가 적을 경우, 파라미터를 늘리기 위하여 CDMA 이동통신단말기 시스템의 정보도 참조할 수도 있는데, 기지국과 이동국 사이의 송수신 전력레벨을 파라미터로 이용한다.

본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 각 단말기가 처한 위성신호 환경을, GPS신호를 트랙킹할 때 반영함으로써, 단말기 위치를 구할 수 있는 셀내의 영역을 확장하여 단말기에 대한 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 데이터 베이스의 내용이 적정량 저장되면, 더 이상 데이터 베이스에 대한 갱신없이도 전처리를 수행할 수 있으므로, 망부하가 줄어드는 효고가 있다.

Claims (10)

1. 위성신호를 수신하여 위성정보를 데이터 베이스화한후, 이동통신단말기의 위치결정이 요청되면 콜드 스타트인지를 판단하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트이면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송하여 위치결정을 완료하는 제2 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 콜드 스타트가 아니면, 현재 트랙킹하고 있는 위성정보에 따라 위치결정을 완료하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 이동통신단말기 위치 결정방법.
2. 제1 항에 있어서, 위성정보는,

   트랙킹된 위성 PRN번호,위성신호의 도플러 시프트,단말기 위치좌표,기지국과 단말기의 송수신레벨,기지국신호의 PRN시프트로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 위치 결정방법.
3. 제1 항에 있어서, 제1 과정은,

   위성별로 트랙킹수와 단말기별 무선측위결과를 데이터 베이스화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 위치 결정방법.
4. 제1 항에 있어서, 제2 과정은,

   위성별 트랙수에 대한 데이터 베이스를 참조하는 단계와;

   위치 결정이 완료되면, 위치별 위성및 망신호환경과 위성별 트랙수를 데이터 베이스화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 위치 결정방법.
5. 제1 항에 있어서, 제3 과정은,

   이동통신단말기측에 현재 트랙킹하고 있는 위성정보를 요청하는 제1 단계와;

   위성정보가 전송되면, 현재 이동통신단말기의 위성환경 및 망환경분석후 신호환경을 결정하는 제2 단계와;

   수신되는 위성신호가 미약한 신호이면 가장 확률이 높은 신호환경 정보를 전송하면서 위치 결정 결과를 요청하는 제3 단계와;

   상기 위치 결정이 완료되면, 위치별 위성 및 망신호환경과 위성별 트랙수를 데이터 베이스화하는 제4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 위치 결정방법.
6. 제4 항에 있어서, 제3 단계는

   위성별 위성 및 망신호환경 데이터 베이스를 참조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 위치 결정방법.
7. 제4 항에 있어서,

   수신되는 신호가 미약한 신호가 아니면, 여러 트랙킹된 위성정보중 이전 트랙킹수에 비해 그 다음으로 큰 트랙킹수를 가진 위성정보를 전송한후 위치결정 결과를 요청하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 위치 결정방법.
8. 위성신호를 수신하여 위성정보를 데이터 베이스화한후, 부팅과 동시에 이동통신단말기측에 위치결정을 요구하는지를 판단하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 부팅과 동시에 위치결정이 요구되면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송하여 위치결정을 완료하는 제2 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 부팅과 동시에 위치결정이 요구되지 않으면, 현재 트랙킹하고 있는 위성정보에 따라 위치결정을 완료하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 이동통신단말기의 위치결정방법.
9. 위성신호를 수신하여 위성정보를 데이터 베이스화한후, 처음으로 이동통신단말기측에 위치결정을 요구하는지를 판단하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 처음으로 이동통신단말기측에 위치결정을 요구한 것이면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송하여 위치결정을 완료하는 제2 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 처음으로 이동통신단말기에 위치결정을 요구한 것이 아니면, 현재 트랙킹하고 있는 위성정보에 따라 위치결정을 완료하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 이동통신단말기의 위치 결정방법.
10. 위성신호를 수신하여 위성정보를 데이터 베이스화한후, 현재 수신되는 위성신호가 없는지를 판단하는 제1 과정과;

    상기 제1 과정의 판단결과, 현재 수신되는 위성신호가 없으면, 트랙킹수가 가장 큰 위성정보를 전송하여 위치결정을 완료하는 제2 과정과;

    상기 제1 과정의 판단결과, 현재 수신되는 위성신호가 있으면, 현재 트랙킹하고 있는 위성정보에 따라 위치결정을 완료하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 이동통신단말기의 위치 결정방법