KR100453449B1

KR100453449B1 - 셀방식무선시스템의이동장치,그위치결정방법및장치,및셀방식무선네트워크

Info

Publication number: KR100453449B1
Application number: KR1019970707853A
Authority: KR
Inventors: 피터 로버트 먼데이; 이언 고에츠; 스티븐 마크 개넌
Original assignee: 비티 셀넷 리미티드
Priority date: 1995-05-02
Filing date: 1996-05-01
Publication date: 2004-12-17
Also published as: CA2219783A1; JP4130960B2; GB9508884D0; CN1629654B; CN1629654A; EP0824840A1; KR19990008327A; WO1996035306A1; NZ306501A; AU5507296A; DE69633666D1; NO975041D0; JPH11505078A; DK0824840T3; CA2219783C; PT824840E; EP0824840B1; HK1009230A1; CN1178543C; MX9708410A

Abstract

셀방식 무선 시스템의 이동 장치(M)의 위치는 상기 이동 장치에서 측정된 것과 같이, 각각의 기지국(A,B,C,D,E)의 제어 채널의 전송 특징 타이밍 차이를 결정하므로써 결정될 수 있고, 대개 상기 특징은 이양 결정을 알리기 위해 신호 강도를 측정하도록 셀방식 시스템에서 이미 상기 이동 장치에 의해 사용된 트레이닝 샘플이 되며, 4개 기지국(A,B,C,D)으로부터의 전송의 도달 시간사이의 차이를 결정하므로써 2차원 위치는 미리 어떠한 기지국까지의 실제 거리를 알지 않고서 얻어질 수 있고, 제 5 기지국(E)은 위치가 3차원으로 결정될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

셀방식 무선 시스템의 이동장치, 그 위치 결정 방법 및 장치, 및 셀방식 무선 네트워크{MOBILE UNIT OF CELLULAR RADIO SYSTEM, METHOD AND APPARATUS FOR LOCATING THE MOBILE UNIT, AND CELLULAR RADIO NETWORK}

무선 전파 특성을 이용하여 이동장치의 위치를 확인하기 위해 복수의 시스템들이 개발되고 있다. 그러한 시스템중의 하나가 GPS(범용 지구 측위 시스템)인데, 휴대 장치는 우주 위성으로부터의 무선 전송을 이용하여 위치 결정을 습득한다. 이 시스템은 매우 정확하지만 일부 광범위하게 분리된 위성이 습득될 위치 결정용 송수화기와의 가시선 관계에 있어야 하기 때문에 특수 장비를 필요로 하고, 좋지 못한 가시도의 날씨를 갖는 위치에서는 신뢰할 수 없다.

셀 방식의 무선 이동장치(mobile unit)에 위치 결정을 제공하기 위해, 셀 방식의 무선 위치측정 시스템의 무선 전파 특성을 이용하는 시스템을 위한 일부 제안이 이루어져 왔다. 이것은 상기 이동장치 자신이 위치 조사 장치의 역할을 하는 것을 허용한다. 잘 알려진 바와 같이, 셀 방식의 무선 위치측정 시스템은 휴대 송수화기("이동장치")를 갖는 사용자가 또 다른 이동장치 또는 일반적인 고정된 착신지로 무선 링크에 의해 전화 통화를 걸거나 받는 것을 허용한다. 상기 무선 링크는 커버될 영역에 걸쳐 분산된 고정 무선 기지국의 네트워크중의 하나와 이동장치 사이에 설치된다. 상기 시스템은 어떤 이동장치가 상기 기지국 중의 어떤 기지국을 통해 통신하는 것을 허용한다. 대개 상기 이동장치는 최고의 양질 무선 신호를 제공하는 기지국을 통해 통신할 것이다.

상기 이동장치가 통화 코스동안 이동할 수 있기 때문에, 통화가 초기에 설치된 기지국의 범위 밖으로 이동하는 것이 필요하게 될 수 있다. 따라서 셀 방식의 무선 위치측정 시스템은 제 1 기지국으로부터 떨어져 어느 한쪽에 의해 통화로 감지된 것처럼 통화 자체를 인터럽트하지 않고 제 2 기지국과 통신이 설치되는 이양 시스템을 포함한다. GSM(이동 통신용 범용 시스템)으로 알려져 있는 시스템에서, 최고의 신호를 제공하는 기지국을 설치하기 위해 이동장치는 주위 기지국의 BCCHs(브로드캐스트 제어채널들)를 자주 모니터하여, 어느 기지국을 통해 새로운 통화가 설치되어야 하는지 또는 이양(移讓)이 시작되어야 하는지 여부를 모니터한다. 이 처리는 아이들(idle) 및 활동 모드 양쪽에서 일어난다, 즉 사용자가 통화를 걸 필요가 없다.

GPS 기술의 개발은 매우 정확한 동기화 소스가 이제 각각의 셀 방식의 무선 기지측에서 비교적 싸게 구현될 수 있다는 것을 의미한다. 좋은 동기화 소스는 개선된 이양, 이웃하는 기지국간의 간섭 효과를 줄이는 능력, 및 무선 인터페이스상의 매우 정확한 방사 주파수를 가능하게 하는 등의 복수의 이익을 가지고 있다. 간단한 브로드캐스트(broadcast) 통신 시간 신호와는 다르게, 상기 GPS 동기 신호는 GPS 수신기의 위치를 참작하고, 따라서 무선 파장의 유한 속도에 의해 일어나는 시간 지연을 보충할 수 있다.

유럽특허 EP0320913(노키아(Nokia))은 상기 GPS 시스템으로부터 얻어진 타이밍 펄스가 셋 또는 그 이상의 기지국 각각으로부터 전송되고, 상기 이동장치에서 그 여러 도달시간이 상기 장치의 위치를 확인하기 위해 사용되는 시스템을 설명하고 있다. 이 종래 기술 시스템은 상기 이동장치가 각각의 기지국에 차례로 질문하는 것을 요구하고, 이 질문을 수행하기 위해 상기 이동장치가 여러 기지국간의 통신을 이양하는 것을 요구한다. 이것은 일부 트래픽 채널(traffic channel) 또는 보조 채널의 사용을 요구하고, 또한 신뢰할 수 있는 무선 통신이 근처 기지국 각각에 설치될 수 있도록 요구한다.

국제 특허 출원 WO95/00821(옴니플렉스(Omniplex)) 및 미국특허 제5,293,645호(수드(Sood))에서, 각각의 기지국은 동기화된 패킷 데이터 신호를 전송한다. 상기 이동장치는 동시에 모든 기지국의 패킷 데이터 채널을 모니터하는데, 상기 모든 기지국들은 즉시 일부 무선 주파수를 수신할 수 있는 이동장치를 요구하거나, 또는 모든 기지국이 그들의 데이터 패킷을 동일한 채널로 전송하는 것을 요구한다. 이러한 특징들 중 어느 쪽도 셀 방식의 무선 시스템에서 일반적인 것은 아니다.

또한 이러한 양 시스템은 특별한 타이밍의 전송 또는 셀 측(기지국)에서 상기 이동장치로의 동기화 펄스의 전송, 및 상기 이동장치에 의한 이러한 펄스들의 인식을 요구한다. 이러한 요구는 상기 이동장치로의 시그낼링 오버헤드를 강요할뿐만 아니라, 타이밍 펄스를 인식하기 위해 상기 이동장치내에 추가적인 기능성을 요구한다.

본 발명은 무선 위치측정 시스템에 관한 것으로서, 특히 셀 방식 무선 시스템의 이동장치, 그 위치 결정 방법 및 장치, 및 셀 방식 무선 네트워크에 관한 것이다.

도 1은 셀 방식 무선 시스템의 부분을 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 시스템의 부분을 좀더 상세히 설명하고, 본 발명의 방법으로 처리된 연산에서 사용된 여러 파라미터를 가리키는 구성도.

도 3은 다중경로 전파를 설명하는 도면.

도 4는 트레이닝 시퀀스용 시간에 대한 상관관계를 나타내는 도면.

본 발명에 따르면, 이동장치에서 측정된 바와 같이 기지국간의 전송 사이의 타이밍의 차이를 결정하는 단계; 상기 타이밍 차이에서 상기 기지국 각각으로부터 상기 이동장치의 거리의 차이를 결정하는 단계; 및 결정된 거리 차이에서 상기 이동장치의 위치를 얻어내는 단계를 구비하고, 상기 이동장치의 무선 범위 내 기지국 중 적어도 일부의 제어채널의 시분할 프레임 구조가 동기화되며, 상기 이동장치는 각 기지국의 제어채널에 의해 상기 시분할 프레임 구조 브로드캐스트의 특징의 이동장치에서의 타이밍의 차이를 결정하는, 복수의 기지국을 갖는 셀 방식 무선 시스템 이동장치의 위치를 결정하는 방법이 제공된다.

상기 제어채널을 사용함으로써, 상기 이동장치는 이양이 이뤄져야 하는지 여부를 확립하기 위해 사용되는 현존 무선 링크 품질 모니터 시스템을 사용하는 것이 가능하다.

대개 사용된 특징은 각각의 기지국에 의해 전송된 트레이닝 신호이고, 상기 이동장치에 의해 저장된 참조 트레이닝 신호와 서로 상관된다. 그러한 "동기 버스트"(SCH), 및 그 상관관계 처리는 이미 무선 경로를 특징짓기 위한 GSM 표준의 일부를 형성한다. 따라서 본 발명의 방법은 이러한 현존하는 신호 및 상관관계 분석 프로그래밍을 사용할 수 있다. 그러나 위치 결정을 위해 상기 시스템은 이양 결정에 사용된 것과 같은 가장 강한 것보다 제 1 식별된 참조 신호와의 상관관계를 사용하는 것이 선호된다. 이것은 강하지만 좀더 직접적이지 않은 경로보다 가장 직접적인 신호 경로가 거리 연산에 사용되는 것을 보장한다.

얻어진 위치는 반사된 신호로부터의 위조 결과 효과를 최소화하기 위해 평균화된 시간이 될 수도 있고, 실제보다 더 긴 기지국과 이동장치와의 거리를 정확한 거리로 할 수 있다.

상기 얻어진 위치는 셀 방식 무선 네트워크를 통해, 이동장치의 사용자인 자신 대신 원격 사용자에게 통신될 수 있다. 알람 신호는 만일 상기 얻어진 위치가 예정된 위치와 대응하는 경우 전송될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 이동장치의 위치를 결정하는 장치; 여러 무선 기지국으로부터 수신된 신호의 타이밍 차이를 검출하는 수단, 및 상기 타이밍 차이에서 상기 기지국 각각으로부터 상기 이동장치의 거리 차이를 결정하는 수단을 구비하는 장치; 및 상기 거리 차이에서 상기 이동장치의 위치를 얻어내는 수단을 구비하고, 각각의 기지국의 제어채널에 의해 동기적으로 시분할 프레임 구조 브로드캐스트 특징의 이동장치에서 타이밍 차이를 결정하는 수단을 갖는, 셀 방식 무선 시스템과 사용하기 위한 이동장치가 제공된다. 상기 이동장치는 상기 이동장치의 무선 범위 내 기지국에 관한 현 서빙 기지국으로부터의 데이터 및 상기 기지국의 지리적 위치를 포함하는 정보를 수신하는 수단을 더 구비할 수 있다.

셀 방식 무선 네트워크는 앞서 정의된 바와 같은 본 발명의 제 2 측면의 이동장치에 보충이 될 수 있다. 대신, 위치 결정 기능은 상기 네트워크 자신에 의해 수행될 수 있다. 따라서 상기 셀 방식 네트워크는 이동장치에서 측정된 바와 같이상기 기지국에 의해 전송된 신호들간의 타이밍 차이를 식별하는 수단; 상기 타이밍 차이에서 상기 기지국 각각으로부터 상기 이동장치의 거리 차이를 결정하는 수단; 및 상기 거리 차이에서 상기 이동장치의 위치를 얻어내는 수단을 구비하고, 상기 기지국은 상기 이동장치에 의한 검출용 특징을 갖는 동기화된 시분할 프레임 구조로 작동되는 브로드캐스트 제어채널을 갖으며, 상기 셀 방식 무선 네트워크는 각각의 기지국으로부터 전송된 특징의 이동장치에서 도달시간의 지시를 상기 이동장치로부터 수신하는 수단을 갖는다.

본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 복수의 기지국을 갖는 셀 방식 무선 시스템을 사용하는 이동장치의 위치 결정 장치는 이동장치에서 측정된 바와 같이 기지국의 작동의 타이밍 차이를 결정하는 수단; 상기 타이밍 차이에서, 상기 기지국 각각으로부터 상기 이동장치의 거리 차이를 결정하는 수단; 및 상기 거리 차이에서, 상기 이동장치의 위치를 얻어내는 수단을 구비하고, 상기 이동장치의 무선 범위 내의 복수의 기지국에 의해 제어채널 브로드캐스트의 시분할 프레임 구조를 동기화하는 수단을 셀 방식 무선 시스템 내에 구비하며, 각각의 기지국의 제어채널에 의해 상기 시분할 프레임 구조 브로드캐스트의 특징의 이동장치에서 타이밍 차이를 결정하는 수단을 이동장치내에 구비한다. 시간 차이 측정 수단, 거리 차이 결정 수단, 및 위치 획득 수단은 상기 이동장치의 부분을 형성할 수 있다. 만일 이동장치내일 경우, 이 장치는 상기 이동장치의 무선 범위 내 기지국에 관한 현 서빙 기지국으로부터의 데이터, 및 상기 기지국의 지리적 위치를 포함하는 정보를 수신하는 수단을 더 구비할 수 있다.

현존하는 GSM 시스템에서, 각각의 기지국은 TDMA(시분할 다중 액세스) 프레임 구조를 가지고 있는 BCCH를 전송한다. 이 프레임 구조는 각각이 235.38㎳인 "다중 프레임"으로 구성되어 있다. 각각의 다중 프레임은 51프레임의 부구조를 가지고, 각각의 프레임은 8버스트를 가지고 있다. 각각의 버스트는 존속기간 동안 3 "꼬리" 비트, 142 정보 비트, 3 "꼬리" 비트, 및

비트에 상당하는 감시 주기로 구성되어 있다. 따라서 상기 프레임은 존속기간동안

비트이고, 각각의 비트는 대략 3.9㎲의 존속기간을 가지며, 하나의 버스트는 0.577㎳의 존속기간을 갖는다. 각각의 다중 프레임 내 프레임들은 일반적으로 00 내지 50의 수가 되고, 그 중 5 프레임은 FCCH(주파수 제어 프레임),(00,10,20,30, 및 40); 및 5프레임은 SCH(동기 프레임),(01,11,21,31,41)이 된다. 그러므로 상기 동기 프레임간의 간격은 일반적으로 46.15㎳(80버스트)이지만, 임시 프레임 "50"의 부재 때문에 "41"과 "01"프레임간의 간격은 50.77㎳(88버스트)의 더 긴 존속기간을 갖는다. 상기 동기 프레임 각각은 특징으로서 본 발명의 실시예에서 사용되는 트레이닝 시퀀스를 포함한다.

GSM에서, TDMA를 사용하는 것은 이동장치 및 서빙 기지국이 높게 동기화되어야 한다는 것을 의미한다. 이동장치가 기지국의 아이덴티티 코드(BSIC)를 디코드하기 위해, 그 자신은 상기 기지국으로 짧게 동기화되어야 한다. 그 결과로, 상기 이동장치는 항상 상기 이동장치에 의해 보여진 바와 같이, 어떤 프레임의 조각(즉, 얼마나 많은 수의 비트)에 의해 이웃하는 기지국의 각각이 상기 서빙 기지국과 다른지의 지시를 갖는다. 만일 모든 기지국의 프레임 주기가 완전히 동기화된 경우(즉, 모든 기지국이 동시에 상기 프레임의 동일한 부분을 전송하는 경우), 상기 이동장치가 다른 기지국의 BSIC를 디코드하기 위해 (상기 서빙 기지국에 대응하는) 그 프레임 구조를 천이(shift)해야 하는 결과는 단순히 상기 서빙 기지국과 그 이웃간의 경로 길이 차이의 기능이 된다. 현존하는 시스템에서, 이동장치는 빛의 속도(3 x 10⁸㎧)에서 277m의 최소 식별거리에 대응하는

비트, 0.923㎲ 이상으로 그 서빙 기지국으로 동기화된다. 이러한 정확성은 이동장치의 등화기에 나타난 데이터를 사용하여 위치 목적용으로 눈에 띄게 개선될 수 있다.

GSM 실행에서, 각각의 기지국의 프레임 구조는 사실 절대 감지로 동기화되지 않지만, 각각의 기지국을 위해 외부 동기 신호로 동기화되는 프레임 구조 내에 일부 포인트가 있는 비교 감지로 동기화된다. 따라서 상기 기지국의 프레임 구조의 타이밍은 본 명세서에서 "오프셋"으로 언급된 임의지만 상수인 결과에 의해 서로 다르다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "동기화"는 환경이 명백히 다른 것을 요구하지 않는다면 이 비교 감지(즉, 상수량에 의해 달라지는)에서 사용된다.

기지국이 (다른 이유로 요구되지 않을지라도) 절대 감지로 모두 동기화되도록 GSM 시스템을 재구성하는 것이 가능하다. 그러나 적절한 배치에서, 각각의 기지국을 위해 각 오프셋은 상기 이동장치로부터의 기지국의 거리와 상기 이동장치로부터의 서빙 기지국의 거리간의 차이를 습득하기 위해 프레임의 특징의 이동장치에서 도달시간으로부터 감해진다. 이러한 연산은 네트워크의 고정된 부분에서 수행될 수 있지만, 적절한 배치에서 각각의 기지국과 연관된 오프셋과 관련된 데이터는 상기서빙 기지국에서 상기 이동장치로 전송되고, 타이밍 차이는 상기 오프셋 데이터로부터의 이동장치 및 각 기지국으로부터의 특징의 도달시간에 의해 결정된다. 따라서 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어채널 브로드캐스트 동기 시분할 프레임 구조로 작동하는 복수의 기지국, 상기 기지국 중에 지정된 이동장치의 무선 범위 내에 있는 것을 식별하는 수단, 및 각각의 그러한 기지국의 위치 및 동기화 오프셋과 관련되는 데이터를 상기 이동장치로 전송하는 수단을 구비하는, 앞서 정의된 이동장치에서의 사용을 위한 셀 방식 무선 네트워크가 제공된다.

상기 타이밍 차이는 여러 기지국간의 경로 길이 차이를 제공하지만, 절대 경로 길이는 제공하지 않는다. 앞서 설명한 종래 기술 시스템에서, 3개 기지국의 최소로부터의 신호 타이밍은 독특한 위치 고정(2차원으로)을 제공하기에 충분하도록 기술된다. 이것을 성취하기 위해, 여러 기지국으로부터의 신호의 도달시간 차이뿐만 아니라 일부 고정된 시간의 척도와 관련된 그 절대 도달시간을 아는 것이 필요하다. 이것은 기지국의 클록으로 동기화된 클록을 갖는 이동장치를 요구한다. 상기 기지국은 GPS 시스템을 사용하여 동기화될 수 있지만, 상기 이동장치는 만일 그들 역시 GPS 수신기를 통합하지 않는다면, 그들 자신이 GPS 시스템으로 동기화될 수 없고, 따라서 셀 방식 무선 특징을 이용하여 피하도록 시도된 복잡성을 재이입(re-introducing)한다.

종래, 타이밍 진행이 서빙 기지국으로부터의 거리를 결정하기 위해 사용되는 것이 제안되어 왔다. 타이밍 진행은, 상기 이동장치로부터의 전송이 TDMA 프레임 내 그 할당된 포인트에서 상기 기지국에 도달하도록 하기 위해, 이동장치가 상기이동장치에 의해 수신된 신호와 관련된 그 전송을 진행시키도록 상기 서빙 기지국에 의해서 명령받은 결과이다. 상기 타이밍 진행은 전파가 상기 기지국과 상기 이동장치사이의 왕복 거리, 즉 경로 길이의 두배를 커버하도록 취해진 시간에 대응한다. 그러나 상기 타이밍 진행은 이동장치가 처리중에 통화를 하는 경우에만 결정된다. 게다가, 상기 타이밍 진행은 만일 다중경로 간섭이 존재하는 경우 반드시 가장 직접적인 것일 필요없이 가장 강한 신호로 결정되고, 그 정확성도 비교적 엉성하다.

대신 본 발명에 따른 하나의 적절한 실시예에서, 4개 이상의 기지국간의 타이밍 차이는 결정되는데(편리하게 이들은 현 서빙 기지국과 이웃하는 3개 기지국 각각과의 거리가 된다), 상기 이동장치의 절대 위치를 2차원으로 결정하도록 한다. 후술될 바와 같이 4개 기지국의 사용은 상기 이동장치내로 절대 참조할 필요없이 독특한 결과를 2차원으로 제공한다. 또 다른 적절한 배치에서, 5개 이상의 기지국(서빙 기지국 및 그외 4개)간의 타이밍 차이는 결정되는데, 상기 이동장치의 절대 위치를 3차원으로 결정하도록 한다. 후자 배치는 만일 기지국 및/또는 이동장치의 높이 차이가 상기 시스템의 종합적 정확성과 관련하여 큰 경우 적절하게 된다.

그렇지만 본 발명의 실시예는 최소수보다 적은 기지국이 이동장치에 의해 검출되는 환경에서 기본 방법을 보충하기 위해 타이밍 진행 정보를 사용할 수 있다. 다른 보충 정보도 환경이 이동장치의 방향과 관련되는 정보와 같이 안테나와 관련된 정보를 요구하는 경우, 사용될 수 있다. 만일 셀 방식 무선 시스템내에 복수의 기지국 중에서 하나 또는 그 이상이 매우 제한된 범위를 갖는 경우, 상기 방법은만일 상기 이동장치가 상기 제한된 범위 기지국 중의 하나의 범위 내에 있는 것으로 인식되는 경우 상기 이동장치의 위치가 상기 제한된 범위 기지국의 위치가 되는 것으로 결정되는 추가 단계를 구비할 수 있다.

지금부터 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 하겠다. 먼저 도 1은 이동장치(M), 현재 상기 이동장치(M)를 서브하는 기지국(A), 및 6개 이웃하는 기지국(B,C,D,E,F,G)을 포함하는 셀 방식 무선 시스템을 나타내고 있다. 각각의 기지국은 육변형 유효 영역 또는 "셀"을 갖는 것으로 나타나있지만, 실제로 상기 셀은 지형적 이유 및 기지국 부지 때문에 좀더 불규칙하다. 게다가, 전파의 전파 특성은 유효 영역이 실제로 겹치고, 상기 이동장치가 현 서빙 기지국(A)으로부터의 신호보다 덜 강하더라도 기지국 근처의 일부로부터의 신호를 검출할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 설명의 목적을 위해, 이동장치(M)가 적어도 기지국(A,B,C,D,E)중의 BCCH(제어채널)를 검출할 수 있다고 가정한다.

기지국(A)의 유효 영역은 3개 120등급 섹터(A1,A2,A3)로 분할된 것이 나타나고, 그 각각은 그 자신의 채널 할당을 가지고 기지국(A)에서 각각의 섹터 안테나에 의해 서브된다.

또한 기지국(A)의 유효 영역내에 마이크로셀(H)이 있다. 이것은 그 자신의 낮은 전력(및 그에따른 짧은 범위) 기지국을 갖고, 통화 트래픽을 위한 높은 요구를 갖는 제한된 영역을 서브하도록 제공되고/제공되거나 주 셀 방식 구조에 의해, 예를 들어 높은 빌딩 때문에 질이 낮게 서브되는 셀이다.

도 2에서, 이동장치(M)가 도시되어 있고, 5개 기지국(A,B,C,D,E)이 3차원인 그 좌표(X_a, Y_a, Z_a; X_b, Y_b, Z_b; X_c, Y_c, Z_c; X_d, Y_d, Z_d; X_e, Y_e, Z_e), 및 각 기지국에서 상기 이동장치의 각각의 거리(d_a, d_b, d_c, d_d, d_e)와 함께 나타나 있다. 상기 이동장치(M)의 알려지지 않은 좌표가 (x,y,z)으로 나타나 있다.

설명을 목적으로 상기 실시예가 GPS 데이터를 사용하여 GSM 표준에 따른 작동으로 설명될 것이지만, 한정되는 것으로 취급되는 것은 아니다. GSM에서, 각각의 기지국(예를 들어 기지국(A))은 그 자신과 6개의 근처 기지국(B,C,D,E,F,G)과 관련되는 정보를 가지고 있다. 본 발명의 목적을 위해, 상기 6개 중 근처 4개 기지국(B,C,D,E)만이 사용되고, 해당하는 4개는 일반적으로 상기 이동장치(M)에서 가장 강한 신호를 제공하는 것이 된다. 상기 기지국은 그 BCCH상에서 상기 이동장치(M)로 데이터를 전송한다. 이 데이터는 각각의 기지국의 BCCH의 무선 주파수를 포함하는데, 상기 이동장치가 주기적으로 각각의 BCCH의 신호의 질을 샘플링 하도록 하고, 이 샘플링의 결과에 기초하여 이양이 발생하도록 한다.

본 발명의 이러한 실시예에서, GSM 시스템에 의해 요구된 정보의 추가 정보는 BCCH를 넘어, 또는 분리된 데이터 메시지로 상기 이동장치로 전송된다. 이 정보는 기지국(A,B,C,D,E) 각각 및 (앞서 정의된 바와 같은) 그 관련된 프레임 오프셋의 위치를 포함한다. 이 오프셋은 TDMA 프레임 구조의 타이밍이 참조 시간 프레임과 어떻게 관련되고, 어떤 것이 상기 서빙 기지국(A)의 시간 프레임 또는 일반 참조의 시간 프레임이 될 수 있는지를 가리킨다.

상기 이동장치(M)와 상기 기지국(A)간의 무선 링크는, 여러 이동장치가 여러 시간에 동일한 무선 주파수상에서 상기 기지국(A)과 통신하는 TDMA 시스템이 된다. 상기 기지국(A)이 다른 이동장치(도시되지 않음)로 전송하는 때에, 상기 이동장치(M)은 상기 기지국(A)에 의해 식별된 바와 같이 근처 기지국(B,C,D,E(F,G))의 BCCH 주파수를 모니터한다.

각각의 기지국은 주기적으로 트레이닝 시퀀스(SCH)를 전송한다. 본질적으로 GSM에서, 상기 SCH는 TDMA 프레임(01,11,21,31,및 41)으로, BCCH의 각각의 다중 프레임으로 5회 전송된다. 이 트레이닝 시퀀스는 상기 이동장치에 저장된 시퀀스에 대응하고, 상기 저장된 시퀀스와 상기 BCCH 전송간의 상관관계를 식별하여, 상기 이동장치 및 기지국이 동기화되고 신호의 질이 추정되도록 한다.

도 3은 "다중경로"로 알려진 현상을 설명하고 있다. 전형적인 환경에서 무선 신호는 빌딩 및 다른 장애물에 의해 발생된 반사 및 굴절의 결과로 기지국(A)과 이동장치(M) 사이에서 복수의 다른 경로에 의해 전파될 수 있다. 이러한 경로들은 일반적으로 다른 경로중의 하나가 된다. 예를 들어 직접 경로(41)는 빌딩(40)에 의해반사된 경로(42)보다 짧다. 따라서 상기 트레이닝 시퀀스의 상관관계는 여러 시간에 일어나는 하나 이상의 상관관계를 식별할 수 있다. 이것은 도 4에서 설명되는데, 시간(t₃₁)에서의 제 1 상관관계 및 그보다 강한 시간(t₃₂)에서의 제 2 상관관계가 나타나 있다. 이 상황은 상기 직접 경로(41)가 예를 들어 무성한 잎사귀에 의한 저하를 가정하고, 상기 비직접 경로(42)가 저하되지 않는 경우 발생할 수 있다. 도 3의 예에서, 강한 비직접 신호(42)는 만일 빌딩(40)이 전파의 좋은 반사기가 되는경우 발생할 것이다.

이양을 위한 적합성을 평가하고 기지국으로 동기화하는 목적으로, 이것이 더 이르고 더 약한 상관관계(31)보다 더 긴 경로(42)에 대응할지라도 가장 강한 상관관계(32)가 사용된다. 그러나 위치 확인의 목적으로, 상기 기지국으로부터의 직선 거리가 요구되고, 그래서 상기 제 1 상관관계(31)의 도달시간이 사용되며, 가장 강한 상관관계(32)가 사용되지 않는다. 상기 제 1 상관관계는 만일 시야 경로의 직접적인 선이 없는 경우 그 자신이 반사된 신호와 관련될 수 있지만 직접 신호가 도달한 시간과 가장 가까운 시간이 될 것이다.

상기 이동장치(M)는 시간 간격(T₁= T_B- T_A; T₂= T_C- T_A; T₃= T_D- T_A; T₄= T_E- T_A)을 식별하기 위해, 각각의 BCCHs에서 각각의 근처 기지국(B,C,D,E)으로부터의 트레이닝 시퀀스의 제 1 경우의 도달시간(T_B, T_C, T_D, T_E)을 식별하고, 그것을 상기 서빙 기지국(A)으로부터의 트레이닝 시퀀스의 도달시간(T_A)과 비교한다. 이러한 간격은 이 신호들의 도달 사이에서 발생하는 디지털 비트의 수를 세서 정확히 측정될 수 있다. 이것은 1㎳ 차수의 정확성을 제공한다. 상기 간격은 세 가지 요인-경로 길이 차이; 다른 관련 프레임 오프셋; 및 다른 프레임 내 전송-의 결과로 달라질 것이다. 경로 길이의 차이를 결정하기 위해 두 개 후자 요인을 소거하는 것이 먼저 필요하다.

각각의 기지국은 시간 간격(t_F)에서 매 제어채널 다중 프레임마다 5회 동일한 동기 트레이닝 시퀀스를 전송한다. 상기 이동장치가 앞선 동기화의 방법으로서 제어채널 다중 프레임을 모니터하기 때문에 다중 프레임 주기 구조의 동일한 부분에서 모든 기지국(A,B,C,D,E)으로부터의 상관관계를 항상 식별하지는 않을 것이다. 그러나 상기 제어채널 다중 프레임 내 동기 프레임(SCH)간의 시간 차이(t_F)는 상기한 바와 같이 적어도 46.15㎳가 되고, 이는 전파가 대략 13,800㎞로 전달되기에 충분히 크다. 따라서 프레임 길이의 배수가 쉽게 소거될 수 있다.

다중 프레임 내 SCH의 여러 오프셋은 각각의 기지국에서 GPS 동기 신호와 같은 일반 참조와 관련된 제어채널 다중 프레임 시퀀스의 전송 시간을 측정함으로써 허용될 수 있다. 상기 서빙 기지국(A)은 (일반 참조에 관련되거나 또는 대개 그 자신의 전송에 관련된) 이웃하는 기지국의 오프셋을 나타내는 신호를 BCCH를 넘어 전송하여 이들 오프셋이 보충되도록 한다.

이러한 방법으로 시간 차이(t₁= T1 - (n₁t_F+ Q_B) )가 얻어질 수 있는데, 이때 Q_B는 기지국(A)에 관련된 기지국(B)의 오프셋, t_F는 프레임 길이, 및 n₁은 정규환경에서 t₁의 크기가 최소가 되도록 선택된 정수이다. GPS는 50㎱까지의 정확한 시간 신호를 제공하고, 이것은 오프셋값(Q)을 결정하기 위해 요구된 타이밍 정보를 제공하기 위해 상기 기지국에서 사용될 수 있다. 상기 프레임 길이(t_F)는 상기 시스템의 상수이다. 따라서 상기 값(t₁)의 정확성은 주로 T₁가 측정되는 정확성(전형적으로 이미 논의된 바와 같이 1㎳의 차수)에 의해 결정된다.

만일 상기 기지국(B)이 상기 서빙 기지국(A)보다 상기 이동장치에 더 가까이 있는 경우, 상기 기지국(A)이 그 훨씬 긴 거리에도 불구하고 상기 이동장치에서 상기 기지국(B)보다 더 강한 신호를 가지거나 상기 기지국(B)에서 유효한 트래픽 채널이 없는 경우에 발생할 수 있는 것과 같이, t₁의 값은 음이 될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 앞서 설명한 바와 같이, SCH 프레임간의 간격은 88 또는 80버스트가 되고, 따라서 t_F(46.15 또는 50.77㎳)를 위한 두개의 가능한 값이 있다. 상기 다중 프레임 내 위치는 상기 이동장치에 의해 쉽게 결정될 수 있고, t_F의 적절한 값이 선택된다.

값(t₂= T₂- (n₂t_F+ Q_C), t₃= T₃- (n₃t_F+ Q_D), 및 t₄= T₄- (n₄t_F+ Q_E) )은 유사한 방법으로 얻어질 수 있다.

전파의 전파 속도(c)로 곱해지는 경우에서 값(t1,t2,t3, 및 t4)은 경로 길이(d_a)와 경로 길이(d_b,d_c,d_d,d_e) 각각과의 차이가 되는 값(d₁,d₂,d₃,d₄)을 생산한다(도1 참조). 즉, d₁= d_a- d_b; d₂= d_a- d_c; d₃= d_a- d_d; 및 d₄= d_a- d_e.

상기 이동장치는 그것이 GPS 수신기가 아니므로 그 자신이 GPS 동기 펄스를 검출하는 수단을 가지고 있지 않다는 것이 인식될 것이다. 그래서 트레이닝 시퀀스의 도달시간은 절대 시간척도에 대한 것이 아니라 서로와 관련하여서만 측정될 수 있고, 따라서 상기 트레이닝 신호가 상기 기지국(A)으로부터 상기 이동장치(M)에 도달하는데 걸리는 시간(t_a)은 알려지지 않는다. 따라서 기지국(A)에서 상기 이동장치(M)까지의 거리(d_a)(이 알려지지않은 시간(t_a)에서 단순히 전파가 전파되는 거리)는 직접적으로 얻어질 수 없다(기지국(B,C,D,E)에서도 유사). 관련된 도달시간은 예를 들어 기지국(B)이 이동장치(M)로부터 기지국(A)보다 거리(d₁= d_a- d_b)만큼 더 멀리 있다는 것만을 표시한다.

상기 이동장치가 그 위치를 연산할 수 있게 하기 위해서, 그 영역내 기지국 사이트의 위치를 알아야 한다. 이 정보는 일부 셀 방식 시스템에 제공된 것과 같은 "셀 브로드캐스트통신" 메세지 또는 SMS(짧은 메세지 서비스)를 사용함으로써 상기 이동장치로 통과될 수 있었다. 양쪽 모두 메세지 길이가 160문자까지 충분히 가능하다. 기지국으로부터 상기 이동장치로 전송된 정보는 상기 기지국의 좌표 및 그 위치 및 그 오프셋(일반 표준 또는 서빙 기지국과 관련된 트레이닝 시퀀스의 타이밍)과 같은 이웃하는 기지국에 관한 정보, 기지국이 정확하게 동기화되었다고 표시하는 플래그, 시간, 및 날짜를 포함한다.

상기 서빙 기지국(A)은 그 자신의 세부사항뿐만 아니라 그 이웃(B,C,D,E)의세부사항도 전송한다. 그러면 상기 이동장치(M)은 다른 기지국으로 이양할 필요없이 그것이 필요로 하는 모든 정보를 얻을 수 있다. 그러한 정보가 브로드캐스트 되는 비율은 상기 이동장치가 그 위치를 빨리 연산하도록 필요한 크기가 되어야 하는데, 이것은 트래킹 서비스가 상기 정보를 이용하려고 하는 경우 특히 중요하다. GSM 시스템에서 유효한 "SMS"는, 고객이 초기에 서비스를 요청하는 경우 인증을 제공하고 비권한 사용을 막기 위해 사용될 수 있다. 일단 고객이 사용자로서 유효해지면, SMS는 상기 이동장치가 셀 브로드캐스트 메세지를 디코드하도록 상기 이동장치로 암호를 푸는 열쇠를 전송할 수 있다. 이 시스템은 무선 인터페이스에 걸친 메세지 전송이 이미 GSM의 암호 시스템에 의해 보호되기 때문에 비교적 안전하다.

SMS는 모든 기지국 사이트 위치 정보를 이동장치로 전송하고 그것이 그 위치를 연산하도록 하기 위해 셀 브로드캐스트 시스템대신 사용될 수 있다. 이 방법은 SMS가 지점 대 지점 시스템이기 때문에 셀 브로드캐스트보다 부정을 저지르기가 덜 쉽다. 그러나 잠재적으로 복수의 이동장치로 도달하는 것이 요구되는 복수의 메세지는 네트워크에서 오버헤드가 높은 것으로 판정될 수 있다. SMS 기본 시스템이 가지고 있는 또 다른 문제는 어떤 기지국 사이트의 세부사항이 먼저 이동장치가 있는 장소를 알지 못하고 특정한 이동장치로 전송되는지를 식별하는 것이다. 그러므로 이동장치의 서빙 기지국 ID는 그 이웃하는 기지국에 관한 정보가 SMS를 거쳐 전송될 수 있기 전에 네트워크에 의해 알려져야 한다.

트래킹 서비스는 만일 위치가 원격 센터, 예를 들어 응급 서비스 또는 신속 제어 센터로 전송된 경우 상기 이동장치로부터 발생하는 SMS의 사용을 요구한다.상기 이동장치로부터 전송된 위치 정보는 상기 SMS 네트워크 내 지연을 허용하는 타임 스탬프 및 상기 이동장치의 움직임을 포함할 수 있다.

지금부터 타이밍 차이로부터의 위치 결정을 좀더 상세하게 설명하도록 하겠다. 5개 기지국이, 그들로부터의 어떤 절대 거리도 알려지지 않은 경우 3차원의 명백한 결과를 보장하기 위해 필요한 최소 개수라는 것을 알 수 있다. 만일 2차원으로만 고려되는 경우, 4개 기지국이 충분하다.

도 2는 이동장치에 유효한 정보를 나타내고 있다. 값(x,y,z)은 연산될 3차원의 이동장치 위치를 나타내고 있다. 값(X_a, 등)은 BCCH에 걸쳐 상기 이동장치(M)로 전송된 것과 같은 기지국의 알려진 위치를 표시한다.

5개 기지국을 보면

(X_a,Y_a,Z_a)에서의 기지국(A): 이동장치까지의 거리는 d_a

(X_b,Y_b,Z_b)에서의 기지국(B): 이동장치까지의 거리는 d_b

(X_c,Y_c,Z_c)에서의 기지국(C): 이동장치까지의 거리는 d_c

(X_d,Y_d,Z_d)에서의 기지국(D): 이동장치까지의 거리는 d_d

(X_e,Y_e,Z_e)에서의 기지국(E): 이동장치까지의 거리는 d_e

이다.

상기 이동장치는 앞서 설명한 바와 같이 상기 기지국을 스캔하고, 상기 서빙 기지국과 주위의 각각의 기지국간의 차이(t₁,t₂,t₃,t₄)를 측정한다. 이러한 타이밍차이는 경로 길이 차이(d₁= t₁c )에 직접적으로 비례하고, 이때 c는 전파의 전파 속도, 대략 300m/㎳이다. 그러므로 상기 이동장치는 d₁내지 d₄를 쉽게 연산할 수 있다:

d₁= d_a- d_b

d₂= d_a- d_c

d₃= d_a- d_d

d₄= d_a- d_e.

다음의 5개 수학식은 영역을 위한 수학식에 기초하여 이동장치의 위치를 나타낸다.

(x-X_a)²+ (y-Y_a)²+ (z-Z_a)²= d_a ²

(x-X_b)²+ (y - Y_b)²+ (z-Z_b)²= d_b ²

(x-X_c)²+ (y - Y_c)²+ (z-Z_c)²= d_c ²

(x-X_d)²+ (y - Y_d)²+ (z-Z_d)²= d_d ²

(x-X_e)²+ (y - Y_e)²+ (z-Z_e)²= d_e ²

이제, d₁= d_a- d_b를 다시 d₁- d_a= -d_b쓰고, 각 변을 제곱하면 다음 수학식 6과 같다.

d₁ ²- 2d₁d_a+ d_a ²= d_b ²

수학식 1 및 수학식 2를 수학식 6에 대입하면,

d₁ ²- 2d₁d_a+ (x-X_a)²+ (y-Y_a)²+ (z-Z_a)²= (x-X_b)²+ (y-Y_b)²+ (z-Z_b)²

값이 알려진 변수를 우변에 놓고 다시 정리하면,

-d₁d_a- x(X_a- X_b) - y(Y_a- Y_b) - z(Z_a- Z_b) = k₁/2

k₁의 값이 알려진 것으로 구성되어 있는 경우,

k₁= -d₁ ²- X_a ²- Y_a ²- Za²+ X_b ²+ Y_b ²+ Z_b ²

간단하게 정의하면,

X_ab= X_a- X_b

Y_ab= Y_a- Y_b

Z_ab= Z_a- Z_b

수학식 7a는

-d₁d_a- xX_ab- yY_ab- zZ_ab= k₁/2

이 된다. 수학식 3 내지 수학식 5에 이 처리를 반복하면 기지국(A)과 기지국(C)은

-d₂d_a- xA_ac- yY_ac-zZ_ac= k₂/2

(이때, k₂= -d₂ ²- X_a ²- Y_a ²- Z_a ²+ X_c ²+ Y_c ²+ Z_c ²)

기지국(A)과 기지국(D)은

-d₃d_a- xX_ad-yY_ad- zZ_ad= k₃/2

(이때, k₃= -d₃ ²- X_a ²- Y_a ²- Z_a ²+ X_d ²+ Y_d ²+ Z_d ²)

이다. 기지국(A)과 기지국(E)은

-d₄d_a- xX_ae-yY_ae- zZ_ae= k₄/2

(이때, k₄= -d₄ ²- X_a ²- Y_a ²- Z_a ²+ X_e ²+ Y_e ²+ Z_e ²)

이다. 수학식 7을 d_a항으로 다시 정리하면,

수학식 11을 수학식 8에 대입하면,

수학식 11을 수학식 9에 대입하면,

수학식 11을 수학식 10에 대입하면,

2차원 위치 배치를 위해, 모든 z좌표는 무시될 수 있다. 이것은 4개 기지국및 이동장치가 모두 정확히 동일한 평면상에 있기 어렵다는 사실로 인한 에러를 유발할 것이다. 특히, 기지국은 이동장치가 일반적으로 지면 준위 가까이에서 작동하는 동안, 가능할 때마다 그 범위를 개선하기 위해 언덕 또는 높은 구조물(빌딩 또는 특정 목적을 위해 만들어진 기둥)에 장착될 수 있다. 그러나 그 크기 차이가 (전체적인 시스템의 정확성 정도로) 작을 경우 에러는 매우 작을 것이다.

이러한 제한을 조건으로, 상기 수학식들 및 k1,k2 등의 항의 연산에서 z좌표를 무시함으로써 2차원으로 해결할 수 있다. 그러면 수학식 12는;

그리고, 수학식 13은,

이 된다.

이러한 양 수학식들은 x, y 평면상에서 직선으로 나타내어진다. 이 두 직선이 교차하는 지점은 이동장치의 위치를 나타낸다. 이 지점은 하나의 수학식을 나머지 다른 수학식에 대입함으로써 찾을 수 있다.

3차원에서 수학식 12, 수학식 13 및 수학식 14는 각각 공간 내 평면을 나타낸다. 두 평면의 교점은 직선으로 표현되므로, 3개 모든 수학식은 유일한 이동장치 위치(x,y,z)를 찾는 것이 필요하다.

일반적인 평면의 수학식은; Ax + By + Cz + D = 0

수학식 12에서,

A = X_abd₂- X_acd₁; B = Y_abd₂- Y_acd₁; C = Z_abd₂- X_acd₁;

3 평면의 교점을 찾기 위해, 상기 식들은 헤션(Hessian) 형식으로 대입될 필요가 있다. 수학식 12에서,

이제 상기 평면은 간단하게 벡터로 표현될 수 있다.

n = n₁i + n₂i + n₃k 인 경우, nx = -p

일단 모든 평면이 이러한 형태로 표시되면, 상기 교점은 쉽게 연산될 수 있다.

시간 차이 정보를 처리하기 위해 필요한 많은 소프트웨어가 이미 이동장치내에 존재한다는 점에 주목해야 한다. 상기한 바와 같이, 도착시간 정보는 이동장치에서 네트워크로 전달될 수도 있어서, 위치 판정기능이 네트워크에 의해 수행되도록 한다. 대신, 상기 위치 연산은 상기 이동장치 자체 내부에서 매우 작은 네트워크 오버헤드로 처리될 수 있다. 이러한 시스템은 그것이 통화를 거는 것을 필요로 하지 않기 때문에 초기 인증 SMS 메세지와 분리되어 복수의 사용자를 지원할 수 있다. 그러나 그러한 시스템은 필요한 연산을 수행하기 위해 이동장치내에 특수 소프트웨어의 추가를 요구한다. 예를 들어 이동장치의 등화기에서 검색된 데이터를 사용하여 신호 처리를 개선하는 것은 단순히 비트 동기화를 위해 필요되는

비트(277미터에 상당하는 0.923㎳)보다 좋게 해결하는데 사용될 수도 있다. 상기 이동장치내 등화기에 존재하는 데이터는 대략 50미터에 상당하는 1비트의 4%까지 해결해야 한다.

다중경로, 음영, 페이딩과 같은 요인으로 인해 위치 연산의 정확성이 시간에 따라 변하게 할 수 있다. 따라서 정확성을 개선하기 위해 위치 연산 알고리즘내에 시간 평균화를 사용하는 것이 요구될 수 있다.

위치 결정 서비스에 종속되어 제공될 수 있는 복수의 가능한 서비스들이 있다. "복제(cloning)"- 대개 도난된 하나의 이동장치에 또 다른 허가된 장치의 전자 아이덴티티를 부여하는 부정 실행 - 와 같은 불법 실행에 의해 셀 방식 무선 산업이 거액의 자금을 사취당하고 있다. 그러면 "복제품"에서 이루어진 통화는 셀 방식 네트워크에 의해 허가된 사용자에게 요금이 부과된다. 복제품의 존재는 일반적으로 허가받은 사용자가 그의 청구서를 받았을 때, 또는 복제품 및 허가된 사용자 모두가 동시에 시스템을 액세스하려고 시도하는 경우에만 검출된다. 빌트인(built-in) 위치 서비스를 제공하는 것은 도난당하거나 다른 의심스러운 이동장치가 빨리 위치확인되고 발견될 수 있다는 것을 의미한다.

유사하게, 수송수단에 설치된 이동장치는 만일 그것이 도난당하는 경우 상기 수송수단이 위치 확인되는 것을 가능하게 한다. 그러한 서비스들이 효과적이 되도록 위치 소프트웨어는 원격적으로 공식 사용자 또는 경찰에 의해 사용가능해야 한다.

정확한 위치 정보는 다른 방법으로 응급 서비스에 매우 중요함을 증명한다. 상기 서비스는 이동장치로 응급 통화를 거는 조난당한 사람에게 재빨리 효과적으로 매우 알맞게 도움이 직접적으로 될 수 있게 한다. 고객이 권한에 의한 감시하에 있다는 어떠한 고객 인식을 피하기 위해, 고객이 서비스가 활성화되도록 제어할 수 있도록 하는 것이 요구될 수 있다.

응급 서비스 및 공익 사업 회사와 같이 대규모 영역의 영향력을 갖는 다른 조직은 그 자신이 PMR(개인 이동 네트워크)을 대신해 셀 방식 네트워크를 사용할 수 있고, 트래킹 서비스는 제어기가 그 개개의 영역 영향력의 분산을 모니터하도록 한다.

트래킹 서비스는 또한 값비싸고 민감한 화물의 경과를 모니터하는데 사용될 수 있다. 상기 시스템은 미리 설치된 루트로부터의 일탈을 경고하도록 배치될 수 있다. 또 다른 응용은 피로한 기차 여행자들이 그들의 집 역에 도착할 때 그들에게 경보를 울리는 알람 서비스가 될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 신호는 2차원으로 위치 결정을 제공하기 위해 4개 기지국으로부터 수신될 필요가 있다(3차원을 위해서는 5개 기지국). 범위 내에 더적은 기지국이 있는 일부 환경이 있다. 이러한 환경에서, 여러 보충 방법이 위치 결정을 습득하기 위해 사용될 수 있다.

하나의 가능한 배치에서, 이동장치는 현재 서빙 기지국(A)에서 이웃하는 기지국, 예를 들어 기지국(B)(도 1 참조)으로의 이양이 강요될 수 있다. 이 기지국은 기지국(A)의 것과 다른 "이웃 리스트"를 가질 것이다(상기 리스트들은 공용으로 여러 기지국을 가질 것임에도 불구하고). 두개의 이웃 리스트사이에 습득될 위치 결정을 위해 이동장치의 범위 내에 충분한 기지국이 있을 수 있다. 각 이웃 리스트내 기지국은 각각이 각 기지국(A 또는 B)에 따라 결정된 그들의 오프셋을 가질 것이지만, 이것은 그들이 서로의 이웃 리스트 내에 있기 때문에 기지국(A)에 관련된 기지국(B)의 오프셋이 알려지는 이유로 허용될 수 있다.

다른 보충 방법도 사용될 수 있다. 예를 들어 현 서빙 기지국으로의 절대 거리는 타이밍 진행-즉, 이동장치의 전송이 정확한 타임 슬롯 내에 기지국에 도달하도록 상기 기지국으로부터 수신된 신호에 관련하여 진행될 필요가 있는 만큼의 결과-으로부터 얻을 수 있다. 이것은 약 600미터까지만 정확하고, 상기 타이밍 진행은 이동장치가 스탠바이 상태일 때가 아니라 통화가 진행 중에 있을 때만 정규적으로 연산된다.

도 1에 기지국(A)이 나타난 바와 같이, 하나(또는 그 이상)의 셀은 섹터될 수 있다, 즉 기지국은 제한된 방위각 범위(전형적으로 60 또는 120도)를 각각이 서브하는 여러 안테나를 가지고 있다. 이동장치를 서브하는 섹터(A1)의 식별은 어떤 수학식들의 해법이 정확한가를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 그러나 이 방법은상기 기지국이 전방향성의 안테나를 갖는 경우, 또는 둘 또는 그 이상의 가능한 결과가 모두 동일한 섹터(A1)에서 발생하는 경우에도 실용적이지 않다. 특히, 섹터화 하는 것은 전방향성이기 때문에 z좌표(높이)에서 불명료한 것은 풀지 않을 것이다. 게다가, 섹터 안테나의 가장자리 또는 후방 로브가 검출될 가능성이 있다.

가능한 해법으로부터 새로운 이동장치가 되도록 가장 유사한 하나가 되는, 앞서 식별된 이동장치의 위치에 가장 가까운 하나를 식별할 가능성도 있다. 이것은 만일 상기 이동장치가 위치 갱신사이의 시간과 비교하여 천천히 이동하고 있는 경우 상당히 신뢰할 수 있다.

도 1은 또한 마이크로셀(H)을 나타내고 있다. 마이크로셀은 종종 지붕 높이 아래, 또는 매우 높은 수요 위치에서의 추가 적용 범위를 제공하기 위해 옥내에도 장착된 낮은 전력 기지국에 의해 서브되는 매우 작은 셀이다. GPS 수신기가, 그것이 가격이 매우 비쌀뿐만 아니라 위성으로 신뢰할 수 있을 정도로 볼 수 있지 않기 때문에 그러한 기지국에서 작동하지 않는다는 것은 매우 가능성이 있는 일이다. 게다가, 상기 마이크로셀(H)의 안테나가 낮은 준위에 있거나, 옥내에 있기 쉽기 때문에, 마이크로셀 기지국의 범위 내의 이동장치는 4개 기지국만큼의 무선 범위 내에 있지않고 상기 마이크로셀(H)을 서빙하는 것과 다른 어떤 기지국의 범위 내에도 있지 않는 것이 가능하다. 그러나 상기 마이크로셀(H)이 매우 작은 영역만을 커버하기 때문에 상기 이동장치(M)가 상기 마이크로셀(H)의 범위 내에 있다는 정보는 기본 시스템과 같은 정확성으로 상기 이동장치를 위치 결정하는데 충분한 정확성을 제공할 수 있다.

이러한 모든 보충 처리는 시스템적인 에러에 잠재적이고, 기본 시스템보다 낮은 정확성을 가지며, 또한 추가적인 처리를 요구하지만, 최소 4개(5개)보다 적은 기지국이 상기 이동장치의 범위 내에 있을 경우 서비스를 유지하기 위해 각각으로 또는 결합하여 사용될 수 있다.

상기 GPS 시스템은 그 안에 약 100미터의 정확성으로 발생하는 시스템적인 에러를 가지고 있다. 측량과 같은 일부 응용을 위해, 더 높은 정확성이 요구되고, "특별 GPS"로 알려진 시스템은 이것을 극복하기 위해 개발되어왔다. 이것은 GPS 수신기를 정확히 알려진 "경고" 위치로 위치시키고, GPS에 의해 측정된 것과 같은 그 위치에서의 에러를 측정하는 것에 관계된 것으로, 그러면 에러값은 다른 사용자들에게 전송된다. 본 발명의 위치 결정 시스템은 정확한 동기 신호를 제공하기 위해 적합한 GPS 수신기를 갖는 주목할만한 수의 셀 방식 기지국을 요구한다. 상기 셀 방식 기지국의 위치가 고정되어있기 때문에 그들은 매우 높은 정확성을 갖는, 그들이 그러한 특별 GPS 경고 서비스를 제공하기 위해 사용되도록 하는 다른 수단에 의해 결정될 수 있다.

Claims

복수의 기지국(A, B, C, D, E)을 포함하는 셀 방식 무선 시스템에서의 이동장치(M)의 위치를 판정하는 방법에 있어서,

상기 기지국들로부터 상기 이동장치(M)까지의 신호 전송 사이의 타이밍 차이를 판정하는 단계와,

상기 타이밍 차이로부터 상기 기지국들의 각각으로부터 상기 이동장치(M)까지의 거리의 차이를 판정하는 단계와,

상기 판정된 거리의 차이로부터 상기 이동장치(M)의 위치를 계산하는 단계를 포함하고,

상기 이동장치(M)의 무선통신 범위(radio range) 내에 있는 적어도 일부의 기지국들의 시분할 프레임 구조들(time division frame structures)의 제어채널들이 동기화되고,

상기 이동장치(M)는 상기 기지국 각각의 제어채널에 의해 제공된 상기 시분할 프레임 구조의 동기 트레이닝 신호(synchronization training sequence)의 상기 이동장치(M)에서의 타이밍 차이를 판정하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
제 1 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A,B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 서빙 기지국(A)과의 통신을 위해 필요한 타이밍 진행(timing advance)이 상기 이동장치(M)와 상기 서빙 기지국간의 거리를 계산하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A, B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 하나 이상의 기지국(A, B, C, D, E)에 대한 상기 이동장치(M)의 방향과 관련되는 정보가 정확한 위치를 식별하기 위해 추가로 사용되는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

트레이닝 신호는 기지국 각각에 의해 전송되고, 상기 이동장치(M)는 각각의 기지국(A, B, C, D, E)으로부터 수신된 상기 신호들과 상기 이동장치(M)에 의해 저장된 기준 트레이닝 신호와의 상관관계들을 식별하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 셀 방식 무선 시스템은 GSM 표준에 따라 동작하고, 상기 트레이닝 신호는 상기 GSM 표준에 따라 전송된 동기 버스트(synchronization burst :SCH)인 것을특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
제 5 항에 있어서,

가장 직접적인 신호 경로에 해당하며, 첫 번째로 식별된 상기 기준 트레이닝 신호의 상관관계가 거리 연산을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
제 1, 5, 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 계산된 위치는 시간 평균화된(time averaged) 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
제 1, 5, 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 셀 방식 무선 시스템 내의 복수의 기지국 중에서 하나 이상의 기지국은 매우 짧은 범위를 가지고,

상기 이동장치(M)가 상기 범위 제한 기지국들(limited-range bast stations) 중의 하나의 범위 내에 있는 것으로 인식되는 경우, 상기 이동장치(M)의 위치가 상기 범위 제한 기지국의 위치인 것으로 판정되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 방법.
셀 방식 무선 시스템에서 사용하기 위한 이동장치(M)에 있어서,

상기 이동장치(M)는 상기 이동장치(M)의 위치를 판정하는 장치를 포함하고,

상기 이동장치(M) 위치 판정 장치는

다른 무선 기지국들로부터 수신된 신호들의 타이밍 차이를 판정하는 수단과,

상기 타이밍 차이로부터 상기 기지국들의 각각으로부터 상기 이동장치(M)까지의 거리의 차이를 판정하는 수단과,

상기 거리의 차이로부터 상기 이동장치(M)의 위치를 판정하는 수단을 포함하며,

상기 이동장치(M)는 기지국 각각의 제어채널에 의해 제공된 시분할 프레임 구조의 동기 트레이닝 신호의 상기 이동장치(M)에서의 타이밍 차이를 판정하는 수단을 구비하고,

상기 기지국들 각각의 시분할 프레임 구조는 동기화되어 있는

것을 특징으로 하는 이동장치.
제 9 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A, B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 서빙 기지국(A)과의 통신을 위해 필요한 타이밍 진행으로부터 상기 이동장치(M)와 상기 서빙 기지국(A)간의 거리를 계산하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 이동장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A, B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 하나 이상의 기지국(A, B, C, D, E)에 대한 상기 이동장치(M)의 방향을 판정하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 이동장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 기지국들의 위치에 대한 데이터를 수신하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

GSM 표준에 따라 동작하도록 배치되고, 상기 이동장치는 상기 GSM 표준에 따라 전송된 동기 버스트(SCH)를 검출하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 이동장치(M)의 무선통신 범위 내에 위치하는 기지국(A, B, C, D, E)을 식별하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치.
셀 방식 무선 네트워크에 있어서,

동기식 시분할 프레임 구조를 제공하는 제어채널들을 가지고 동작하는 복수의 기지국(A, B, C, D, E)과,

상기 기지국들(A, B, C, D, E) 중 어느 것이 특정 이동장치(M)의 무선통신 범위 내에 있는지를 식별하는 수단과,

상기 기지국들(A, B, C, D, E)로부터 상기 이동장치(M)에 전달된 신호들 사이의 타이밍 차이를 상기 이동장치(M)에서 측정하여 판정하는 수단과,

상기 타이밍 차이로부터 상기 기지국들(A, B, C, D, E) 각각으로부터 상기 이동장치(M)까지의 거리의 차이를 판정하는 수단과,

상기 거리의 차이로부터 상기 이동장치(M)의 위치를 계산하는 수단을 포함하고,

상기 기지국들(A, B, C, D, E)은 상기 이동장치(M)에 의해 검출될 수 있는 동기식 시분할 프레임 구조를 가지고 동작하는 브로드캐스트 제어채널들(broastcast control channels)을 가지고,

상기 기지국(A, B, C, D, E) 각각으로부터 전달된 동기 트레이닝 신호의 상기 이동장치(M)에의 도달시간의 표시를 상기 이동장치(M)로부터 수신하는 수단을

구비하는 것을 특징으로 하는 셀 방식 무선 네트워크.
제 15 항에 있어서,

GSM 표준에 따라 동작하며,

상기 이동장치(M)는 상기 GSM 표준에 따라 상기 제어채널상으로 전송된 동기 버스트(SCH)를 검출하는 것을 특징으로 하는 셀 방식 무선 네트워크.
제 16 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A, B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 상기 서빙 기지국(A)과의 통신을 위해 필요한 타이밍 진행으로부터 상기 서빙 기지국(A)과 상기 이동장치(M)사이의 거리를 계산하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 셀 방식 무선 네트워크.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A, B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 하나 이상의 기지국(A, B, C, D, E)에 대한 상기 이동장치(M)의 방향을 판정하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 셀 방식 무선 네트워크.
복수의 기지국을 갖는 셀 방식 무선 시스템을 이용하여 이동장치(M)의 위치를 판정하는 장치에 있어서,

상기 기지국들(A, B, C, D, E)의 동작의 타이밍 차이를 상기 이동장치(M)에서 측정하여 판정하는 수단과,

상기 타이밍 차이로부터 상기 기지국들의 각각으로부터 상기 이동장치(M)까지의 거리의 차이를 판정하는 수단과,

상기 거리의 차이로부터 상기 이동장치(M)의 위치를 계산하는 수단을 포함하고,

상기 이동장치(M)의 위치 판정 장치는

상기 이동장치(M)의 무선통신 범위 내의 적어도 복수의 기지국들에 의해 제공된시분할 프레임 구조들의 제어채널들을 상기 셀 방식 무선 시스템에서 동기화시키는 수단과,

기지국들 각각의 제어채널에 의해 제공된 시분할 프레임 구조의 동기 트레이닝 신호의 상기 이동장치(M)에서의 타이밍 차이를 판정하는 수단을 구비하는

것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 타이밍 차이 판정 수단, 상기 거리 차이 판정 수단, 및 상기 위치 계산 수단은 상기 이동장치(M)의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 이동장치(M)의 무선통신 범위 내에 있는 기지국들(A, B, C, D, E)을 식별하는 수단과,

상기 기지국들의 지리적 위치와 관련하여 상기 이동장치(M)로 데이터를 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 장치.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

GSM 표준에 따라 동작하며,

상기 이동장치(M)는 상기 GSM 표준에 따라 기지국 각각의 상기 제어채널 상에 전송된 동기 버스트(SCH)를 검출하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 장치.
제 22 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A, B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 상기 서빙 기지국(A)과의 통신을 위해 필요한 타이밍 진행으로부터 상기 서빙 기지국(A)과 상기 이동장치(M)사이의 거리를 계산하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 장치.
제 22 항에 있어서,

단일하게 위치를 규정하기 위해 필요한 최소한보다 더 적은 수의 기지국(A, B, C, D, E)이 상기 이동장치(M)에 의해 검출되는 경우, 하나 이상의 기지국(A, B, C, D, E)에 대한 상기 이동장치(M)의 방향을 판정하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 판정 장치.