KR100473137B1

KR100473137B1 - 통신 시스템에서 위치 파악 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100473137B1
Application number: KR10-1999-7001748A
Authority: KR
Inventors: 케빈 에이. 버포드; 존 디. 리드; 워터 제이. 로잔스키; 아미타바 가쉬
Original assignee: 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 2005-03-07
Also published as: SE9900750D0; FI990379A; GB9904618D0; CN1231730A; FI990379A0; US5945948A; CN1111748C; ITRM970525A1; DE19781930T1; SE9900750L; FR2753035B1; WO1998010306A1; JP3323206B2; ID17706A; GB2332112B; FR2753035A1; SE525280C2; IT1294259B1; IL128258A0; CA2264077A1

Abstract

본원 발명에 따른 통신 시스템에서 가입자 유닛 위치를 결정하는 방법은 제1 기지국에서 가입자 유닛(1390)으로부터 신호를 수신하는 단계와, 제1 기지국에서 확산 심볼들의 시퀀스를 기초로 상기 신호의 제1 수신 시각을 결정하는 단계와, 제1 기지국에서 상기 신호의 제1 도래각을 결정하는 단계, 및 제1 수신 시각, 제1 도래각, 및 제1 기지국들에 대한 선정된 정보로부터 가입자의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 신호는 확산 심볼들의 시퀀스(sequence)에 의한 변조를 통해 형성된다.

Description

통신 시스템에서 위치 파악 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOCATION FINDING IN A COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 대체로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 무선 통신 시스템에서 가입자의 위치 파악 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에 있어서, 호출하는 사람들의 위치를 파악하는 것이 종종 바람직하다. 이러한 기술에 대한 어플리케이션들에는 경찰/소방서/앰뷸런스 서비스가 호출하고 있는 사용자에게 급파될 수 있도록 하는 911-비상 서비스를 포함한다. 다른 어플리케이션들로는 사기 적발, 경찰 조사 등과 같은 것이 포함될 수 있다.

이전에 설치된 셀룰러 시스템들은 이에 대한 기능이 거의 없다. 예를 들어, AMPS (Advanced Mobile Phone System) 셀룰러 라디오에서는, 어느 기지국 안테나가 사용자 서비스에 사용되었는지를 결정함에 의해 사용자가 셀 내에 배정될 수 있었다. 그러나, 셀은 반경이 4.8 내지 8 km 정도로 넓을 수 있기 때문에, 이러한 정보를 사실상 무용지물로 만든다. 지금은 많은 조밀한 도시 셀 사이트들이 훨씬 더 작아졌고, 그리고 많은 도시/교외의 셀 사이트들이, 채널의 서비스 영역을 셀의 한 섹터에만 한정하기 위해 구획된 안테나를 사용하여, 섹터로 구획되어졌기 때문에, 이제 셀의 커버 영역은 더 작아졌다. 그러나. 이렇게 더 작아진 셀들 내의 영역조차도 여전히 1 제곱 마일 이상일 수 있다. 이것은 여전히 대부분의 목적에 대하여 사용자 위치를 파악하는 것을 비현실적으로 만든다. US Digital Cellular (USDC)와 Group Special Mobile (GSM)과 같은 다른 무선 시스템들도 셀이나 섹터를 식별하기 위해 같은 방법을 사용하기 때문에 AMPS 시스템에 비해 더 양호하다고 할 수 없다.

가입자 유닛에서 Global Positioning System (GPS) 유닛, 또는 전송 가입자 유닛으로의 3각 측량(triangulation)을 사용하는 것과 같은 다른 위치 파악의 대안들이 있지만, 이들 및 이와 유사한 방법들은 너무 고비용이 들어서 대부분의 사용자들이 사용할 수 없고, 3각 측량의 경우에는 다른 고가의 그리고 시간 소비적인 전용 자원들을 필요로 한다.

그러므로, 무선 통신 시스템에서 가입자들의 위치 파악을 위한 향상된, 그리고 비용-효율적인 방법이 여전히 요구되고 있다.

도 1은 본 발명을 채택할 수 있는 셀룰러 시스템을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가입자 유닛의 CDMA 수신기의 블럭도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 CDMA 가입자 유닛의 위치 파악을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 CDMA 가입자 유닛의 위치에 대한 전파 지연을 결정하는데 사용된 타이밍 시퀀스를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1 기지국의 CDMA 수신기의 블럭도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 가입자의 위치를 계산하는데 사용된 전파 및 지연 시간을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 가입자가 기지국 신호를 측정하는 프로세스를 나타낸 플로우 챠트.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 기지국이 가입자 신호를 측정하는 프로세스를 나타낸 플로우 챠트.

도 9 내지 도 13은 제2 실시예에 따른 가입자 유닛의 위치 파악을 나타낸 도면.

도 14 내지 도 15는 가입자로부터의 신호가 기지국에 의해 수신되는 것을 나타낸 도면.

도 16은 가입자 유닛과 기지국 사이에 방해물이 있을 때 가입자 유닛의 위치 파악을 나타낸 도면.

도 17은 제2 실시예에 따른 위치 파악에 사용되는 기지국 내의 제1 수신기 구성의 블럭도.

도 18은 제2 실시예에 따른 위치 파악에 사용되는 기지국 내의 제2 수신기 구성의 블럭도.

도 19는 제2 실시예에 따른 위치 파악에 사용되는 기지국 내의 제3 수신기 구성의 블럭도.

이 문제점들 및 다른 문제점들은 본 발명에 따른 향상된 방법 및 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 제1 특징에 따르면, 통신 시스템 내의 가입자 유닛의 위치를 결정하는 방법은 제1 기지국에서 가입자 유닛으로부터 신호를 수신하는 단계, 제1 기지국에서 확산 심볼들의 시퀀스를 기초로 상기 신호의 제1 수신 시각을 결정하는 단계, 제1 기지국에서 상기 신호의 제1 도래각(angle of arriaval)을 결정하는 단계, 및 제1 수신 시각, 제1 도래각, 및 제1 및 제2 기지국들에 대하여 선정된 추가 정보로부터 가입자의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 가입자 유닛의 위치를 추정하는 방법은 제1 신뢰 수준을 갖는 제1 위치 측정을 수행하는 단계, 제2 신뢰 수준을 갖는 제2 위치 측정을 수행하는 단계, 및 제1 및 제2 위치 측정을 기초로 가입자 유닛의 추정 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 제1 위치 측정은 제1 기지국에서 가입자 유닛으로부터 신호를 수신하고, 제1 기지국에서 확산 심볼들의 시퀀스를 기초로 제1 수신 시각을 결정하고, 그리고 제1 기지국에서 상기 신호의 제1 도래각을 결정함으로써 결정된다. 상기 신호는 확산 심볼들의 시퀀스에 의한 변조를 통해 형성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 통신 시스템은 제어기 및 제어기에 응답하는 위치 프로세서를 포함한다. 제어기는 제1 및 제2 기지국에 응답하고, 제1 및 제2 기지국들 각각은 확산 심볼들의 시퀀스에 의한 변조를 통해 형성된 통신 유닛으로부터의 신호를 수신할 수 있는 수신기, 및 상기 시퀀스를 기초로 상기 신호의 수신 시각을 결정할 수 있는 검출기를 포함한다. 위치 프로세서는 제어기에 응답하고 제1 및 제2 기지국들에 요청하여 상기 시퀀스를 기초로 상기 신호의 제1 및 제2 수신 시각들을 결정하도록 할 수 있고, 제1 및 제2 수신 시각들과 제1 및 제2 기지국들에 대한 추가 정보로부터 통신 유닛의 위치를 결정할 수 있다.

본 발명의 여전히 또 다른 특징에 따르면, 가입자 유닛의 위치를 결정하는 방법은 다수의 기지국들 중 제1 기지국으로부터 제1 신호와 다수의 기지국들 중 제2 기지국으로부터 제2 신호를 수신하는 단계, 제1 시퀀스를 기초로 제1 수신 시각을 결정하고 제2 시퀀스를 기초로 제2 수신 시각을 결정하는 단계, 및 제1, 제2 수신 시각들과 제1, 제2 기지국들에 대한 추가 정보로부터 가입자 유닛의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 제1, 제2 신호들은 각각 심볼들의 제1 시퀀스, 심볼들의 제2 시퀀스를 기초로 형성된다.

본 발명과 그 잇점들은 첨부한 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예는 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 셀룰라 시스템에서 사용자의 위치를 결정하기 위한 시스템이다. CDMA 변조 정보를 사용하여, 가입자 유닛에 착신하는 제1 레이(ray)로 비행 또는 전파 시간 추정이 행해진다. 수신된 제1 레이는 전형적으로 가입자와 기지국 간의 최단 경로를 나타내고, 비행 시간 추정은 가입자와 기지국 사이의 거리를 계산할 수 있게 해준다. 다수의, 예를 들면 세 개의 사이트들까지의 거리를 계산함으로써 특정한 가입자의 위치가 타이밍과 다른 프로세싱 지연들 중의 정확한 것으로 한정되어 계산될 수 있다.

제1 실시예에 있어서, 각 기지국과 가입자 사이의 신호의 비행 시간은 상관 수신기(correlation receiver) 내에서 자동으로 계산된다. 프로세싱 단계들은 칩 정확도(예를 들어, 칩의 1/16) 하에서 시간-정렬된 의사 노이즈 (Pseudo Noise(PN)) 시퀀스 코드화 신호의 전송, 및 수신기에서 상관 알고리즘을 사용해 상기 신호에 대해 상관시키는 것을 포함한다. 변조 시퀀스 (예를 들면, PN 시퀀스)가 공지되어 있고, 동기화/역확산(despreading)에 사용되기 때문에, 주어진 칩의 정밀한 수신 시간을 결정할 수 있다. 다수의 관련 신호들에 대한 수신 시간을 결정함으로써 시간 지연이 계산될 수 있고 위치 추정을 결정하는데 사용될 수 있다 .

한 구현 형태에서, 가입자는 공지된 PN 시퀀스와 오프셋 정보를 사용하여, 동시에 전송되었던 상이한 기지국들 (표준 및/또는 보조 기지국들)로부터의 어떤 PN 칩들이 관련되어 있는가를 결정하고, 이들 관련 칩들의 수신 시각을 결정한다. 수신 시각들 간의 차이로부터, 시간차, 그에 따른 거리차가 결정된다. 거리차와 기지국들의 공지된 위치들을 사용하여 위치 추정이 결정된다. 가입자가 하나 또는 두개의 기지국들과만 통신을 하는 경우, 가입자에 의해 시간 측정이 행해질 수 있도록, 추가의 기지국들이 (필요하다면, 보조 사이트들을 포함한) 액티브 세트에 넣어질 수 있다.

다른 구현 형태에서, 수신 베이스 사이트들은 선택된 칩들의 시간 측정이 수행되도록 제어될 수 있고, 수신 시각의 차는 비슷하게 가입자 위치를 계산하는데 사용된다. 간섭 등의 요인 때문에 추가의 수신 사이트들이 필요로 되는 경우, 보조의 사이트들이 가입자 유닛으로부터 전송된 신호들을 수신하도록 제어될 수 있다. 필요하다면, 비상 상태의 경우, 적어도 세개의 기지국들이 상기 신호를 수신하고 그 신호의 시간 추정을 할 수 있도록 가입자 유닛이 최대 전력 레벨로 전력 보강된다. 또한, 더 정밀한 측정들이 필요한 경우에는, 특별 위치 지정 메시지가 가입자에게 전송될 수 있다. 수신 시에, 가입자는 응답 신호를 위한 칩/타임 오프셋을 결정하고, 오프셋을 엔코딩하고, 이 응답 신호를 전송한다. 오프셋을 디코딩하여 오프셋을 결정하는데 사용되는 동일 칩(예를 들어, 프레임의 제1 칩) 수신 시각들을 비교할 때, 지연 보상된 시간 값이 다양한 전파 경로들에 대해 그리고 그로부터 결정되는 위치에 대해 결정된다. 마지막으로, 기지국들에서 수신 신호를 더 멀리 보내는 것은 어려울 수 있기 때문에, 추가의 거리범위를 제공하기 위해 비상 부하 발산(emergency load shedding)이 근처의 기지국들에서 수행될 수 있는데, 이것은 CDMA 무선 시스템에서 용량과 거리범위간에 트레이드 오프 관계가 있을 수 있기 때문이다. 이에 따라 커버리지가 향상되고, 위치 탐색이 보다 신뢰성 있게 행해진다.

이제 도 1을 참조하면, 참조 부호 100으로 표시된 셀룰러 시스템은 기지국들(base stations; 110, 120, 130)과 가입자(140)를 구비한 육각형 셀 패턴을 갖는 것으로 도시된다. 보조 베이스 유닛들(auxiliary base units; 121)은 기지국들(110, 120, 130) 사이에 배치된다. 기지들(bases; 110, 121, 130)과 가입자 유닛(140) 사이의 거리는 선정된 시각으로부터 수신기가 전송된 신호에 상관을 수행하는 시점까지 측정된 제1 착신 레이의 비행 또는 전파 시간을 측정함으로써 추정된다. 거리 추정은 과대 추정이나 과소 추정이 될 수 있는 점에서 보다 어려워질 수 있는데, 이것은 그 측정이 수신기 내의 임의의 시간 기준점으로 만들어지기 때문이다(GPS 신호나 원자 시계와 같은 보다 정밀하고 (고가인) 타이밍 시스템이 가입자(140)에서 사용되는 경우에만 정밀한 측정이 가능해질 것이다). 이에 따라, 거리들(150, 160, 170)은 각각 칩 레이트{대략 814 ns 칩 레이트(즉, TIA (Telecommunications Industry Association) 잠정 표준 IS-95A에서 PN 시퀀스 레이트로 결정된 전확산 신호의 레이트}나, 칩 당 대략 250 m; 그래서 칩 레이트보다 빠르게 시각 측정을 달성하는 것이 바람직하다)에의 상관 관계에 기초하여, 각각의 기지(110, 121, 130)dhk 가입자(140) 사이의 실제 거리보다 더 길수도 더 짧을 수도 있다. 도 1에서, 거리(150)는 가입자 유닛의 실제 위치를 넘어선 지점(115)을 나타내도록 과대 추정된 것으로 도시된다. 유사하게, 지점(125) 및 (135)도 또한 과대 추정된다. 이 점들은 이후 기술될 거리 프로세싱에 의해 정정되어, 가입자의 진짜 위치에 훨씬 근접한 추정치를 산출하게 된다.

도 2는 CDMA 수신기(201), 위치 입력 유닛(202) 및 전송기(203)를 갖는 CDMA 가입자 유닛(200)을 나타낸 블록도이다. 수신기(201)는 3개의 독립적인 레이크(rake; 210, 220, 230)에 입력을 공급하는 공통된 RF(radio frequency) 전치부(205)를 갖는다. 이 레이크 유닛들(210, 220, 230)은 대략 한 PN 칩 시각 또는 그 이상 분리되어 있는 3개의 상이한 수신된 레이들을 가둘 수 있는 전형적인 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(direct sequence spread spectrum; DSSS) 수신기이다. 탐색기(240)는 칩 레이트 보다 더 빠르게(양호한 경우에서 50 ns 클럭 레이트 정도로 빠른 해상도를 허용하는) 새로운 상관 피크들을 스캐닝(scanning)하여, 현재 채널 상태의 최상의 추정에 기초하여 레이크 입력을 재지정할 수 있다. 일반적으로, 레이크(210, 220, 230)에 대한 상관기들은 이용가능한 3개의 가장 강한 레이를 가두어, 제2 또는 제3 기지국이 충분히 강한 신호를 공급할 수 있을 때, 이들은 IS-95A 표준에 의해 기술된 바와 같이, 각각 하나 이상의 PN 칩 시각이 또한 지연된 이들 다른 기지국 신호를 가두도록 예정된다. 2개의 기지국만이 충분히 강하면, 각 기지국에 대해 하나씩 두 레이가 제공되고, 제3 레이는 어느 한 기지국에 대한 나머지 레이 중에서 가장 강한 것으로 제공된다.

가입자가 위치 파악 기능을 원할 때, 위치를 정확하게 추정하기 위해 충분한 정보가 이용가능하도록 각 레이에 대해 하나씩, 3개의 다른 기지국의 파악을 시도하는 것이 보다 바람직하다. 따라서, 레이크(210, 220, 230)는 3개의 기지국에 연결시키기 위해 적어도 3개의 기지 유닛 신호가 복호화되도록 조정된다. 유효하다면, 물리적으로 기지 사이트 사이에 위치하는(도 1의 보조 베이스 유닛(121)과 같은) 비상 파일럿 발생기는 추가 참고 신호로 그 영역을 블랭킷(blanket)시키기 위해 비컨(beacon) 요구에 응답해 활성화될 수 있어, 이들 파일럿 발생기 뿐만 아니라 표준 베이스 사이트를 기초로 가입자가 위치 추정을 할 수 있게 한다. 이 보조 유닛들은 주위의 기지국과 다른 PN 오프셋을 갖고, 전형적으로 적절한 동기화/타이밍을 위한 GPS 수신기를 갖추게 된다. 이들은 임의의 종래의 수단에 의해, 예를 들면 무선이나 트위스트 쌍의 케이블에 의해 인프라 구조로 기지국이나 다른 제어기에 연결된다. 그들의 활성화는 바람직하게 3개 이하의 베이스가 이용가능한 가입자에 의해 나타내지면, 제어기에 대한 요구나, 그 제어 하에서 서비스를 제공하는 기지국에서 로컬 보조 유닛으로의 명령에 의해 이루어진다. 대안으로서, 보조 유닛은 가입자에 의한 요구 신호에 응답해 제한된 기간(예를 들면, 시스템 간섭을 최소화하기 위해, 5초)동안 전송하기 시작하는 스캐닝 수신기를 갖출 수 있다. 적절한 교체로, 이러한 보조 유닛은 특정 위치에서의 불확실성을 줄이는데 사용되거나, 주요 고속도로, 쇼핑몰, 또는 중심 사업 지역과 같은 전략적 영역에서 일반적으로 위치 파악의 정확도를 증가시킬 수 있다. CDMA 시스템의 간섭-제한 특성 때문에, 일부 경우에서는 하나의 기지국만이 가입자 신호 등을 수신할 수 있고 그 반대의 경우도 가능하게 되므로, 보조 유닛은 필요한 다수의 판독내용을 구할 필요가 있다.

각 신호 수신의 상대적인 시간은 탐색기에서 관련 상관 피크들 중 선행 엣지 (또는 대안으로 피크)에 관한 정보를 사용하여, 미세 시각 정렬 회로(예를 들면, 필터(250-270)와 연결된, 각 분기부에 대한 지연 동기 루프(DLL)(215, 225, 235))에서 결정된 오프셋만큼 이를 조정함으로써 결정된다. 바람직하게는, 관련 상관 피크는 서로 다른 분기부이지만 한 칩내에서 수신된 것들이다. 이 접근법에서, 선행 엣지의 정확한 시각은 PN 시퀀스 번호{즉, 반복하는 PN 시퀀스(예를 들면, 길이가 대략 16,000의 칩들)의 칩 위치(예를 들면, 번호 245)}를 따라 결정된다. 이미 결정된 PN 시퀀스 오프셋과, 베이스 PN 시퀀스가 각 기지국에 대해 동일하고, 동일한 시스템 시각 ± 고유 PN 시퀀스 오프셋으로 전송되는 시스템 설계를 사용하면, 상대적인 시각에서의 차이는 전파 경로 지연에서의 차이를 초래한다. 이는 도 3에 나타내진다. 시각(T0)에서는 2개의 베이스 B1 및 B2가 전송되고 있지만, 베이스 B1은 PN 칩 0을 전송하는 반면, 베이스 B2는 256 칩들의 PN 시퀀스 오프셋을 가지고 있으므로 PN 칩 256을 전송한다. 시각(T1)에서, 위치 파악이 활성화된 이후에, 가입자는 B1으로부터 PN 칩 4의 선행 엣지가 수신되었음을 결정한다. 베이스 B2로부터 PN 칩의 다음 선행 엣지는 시각(T2)에서 한 칩의 1/8번째 이후에 수신되고, 그 칩은 PN 시퀀스에서 280번째로 결정된다. 이 수신 시각들과 PN 번호로부터, 전파 지연차는 ((PNB2 - 오프셋) + (수신차, T2-T1)) - (PNB1 - 오프셋) = ((261-256) + (1/8)) - (4-0) = 11/8 칩 * 814 ns/칩 = 916 ns로 계산된다. 무선 신호에 대해 대략 1/3 m(meter)/ns의 전파 속도로, 이는 전파 경로 거리에서 약 300 m 차이로 변형된다. 위치의 정확도는 사용되고 있는 시스템 클럭 레이트와 동기화 정도에 의해서만 제한된다. 모든 기지국이 GPS 타이밍 정보를 사용하고 있는 경우, 50 ns(또는 대략 칩 레이트의 1/16) 내에(즉, 칩의 선행 엣지의) 동기화된 전송이 현재 가능하다.

다시 도 2를 참조하면, DLL(215, 225, 235)은 미세 시각으로 정렬된 신호들을 출력하도록 신호를 조정하기 위해 각각 레이크(210, 220, 230)로 피드백된다. 상술된 바와 같이, DLL 출력들은 또한 PN 칩의 수신 시각을 조정하기 위한 미세 위상 오프셋 정보로서 작용가능하므로, 각 채널에 대한 저역통과 필터(LPF)(250, 260, 270)에서의 필터링 이후에, 각 DLL(215, 225, 235)의 출력들을 효과적으로 평균화한다. 이 평균화된 미세 위상 오프셋 정보는 (또한 PN 칩/시각 검출에도 적용되는) 탐색기(240)로부터의 칩 번호/시각/베이스 식별 또는 오프셋(즉, B1-B3 정보)과 함께 위치 탐색기(280)에 공급된다. 위치 탐색기(280)는 각 분기부로부터 미세 위상 오프셋 정보를 취하고 각 칩에 대해 탐색기(240)로부터의 수신 시각을 정정하여, 각 분기부에 정정된 상대적 수신 시각을 제공한다. 가장 초기 시간, 말하자면 B1(즉, 기지 1으로부터 신호가 수신되는 시각)으로부터, 다른 신호 B2 및 B3에 대한 수신 시각의 차이(tB21 및 tB31)가 결정되고, 그에 대응하는 거리(dB21 및 dB31)가 결정된다. 그래서, 기지 1(110), 기지 2(120) 및 기지 3(130)으로부터의 거리는 각각 dB1, dB1 + dB21 및 dB1 + dB31임을 알게 된다. 또한, PN 오프셋으로부터, 기지의 신원이 알려지고 그들의 지형적 위치가 메모리(281)로부터 검색될 수 있다. 이때, 탐색 루틴을 실행하는 중에서, 도 4에 나타내진 바와 같이, 지형적인 이동 좌표를 결정하는 것은 간단한 문제이다. 도 4의 예에서, 공지된 기지 위치들(base locations)은 3개의 선 L12(151), L23(152) 및 L13(153)을 정의하는데 사용된다. 선들 L12(151), L23(152) 및 L23(152), L13(153)으로부터 각각 거리 dB21 및 dB31이 감산되고, 나머지 세그먼트들은 선 N12(154), N23(156) 및 N13(155)에 의해 수직 이등분된다. 선 N12(154), N23(156) 및 N13(155)의 교점이 가입자(140)의 위치이다. 이 정보는 서비스 위치 레지스터의 질문부로 전달되도록 서비스를 제공하는 기지국에 전해지거나, 가입자에 의해 사용되도록 (예를 들면, 도시되지 않은 맵 그리드(map grid) 상이나 다른 위치 디바이스에서) 전달될 수 있다.

대안으로, 기지 사이트 위치 정보가 가입자에게 이용가능하지 않으면, 위상 오프셋, 칩, 타이밍 및 기지 오프셋 정보는 서비스를 제공하는 기지국에 위치 요구 신호로 전달될 수 있다. 거기서, 위치 탐색기는 자체 데이터베이스에 액세스하여 가입자 위치를 결정한다. 이 위치 정보는 가입자나 다른 요구 엔티티(entity)에 위치 응답 메시지로 다시 전송된다.

그러나, 이제는 제1 CDMA 기지국(301)을 갖는 CDMA 기반 구조 시스템(intrastructure system)(300)의 블록도를 일반적으로 도시한 도 5를 참조하여, 기반 구조 장비를 사용한 바람직한 위치 접근법이 나타내질 수 있다. 기지(301)는 3개의 독립적인 레이크(310, 320, 330)에 입력을 공급하는 공통된 RF 전치부(305)를 갖는다. 이 레이크들은 적어도 한 PN 칩 시각 만큼 떨어져 있는 3개의 다른 수신 레이들을 자동추적하는, 전형적인 DSSS 수신기이다. 2개의 탐색기(340)는 새로운 상관 피크를 스캐닝하여, 현재 채널 상태의 최상의 평가를 기초로 레이크를 재할당할 수 있다. 일반적으로, 레이크(310, 320, 330)의 3개의 상관기는 이용가능한 것 중에서 가장 강한 3개의 레이들을 자동추적한다.

위치 파악 기능을 원하는 경우, 두 가지의 일반적인 -수동적(즉, 가입자 유닛 응답이 없는) 또는 능동적- 접근법이 이용가능하다. 어느 경우에서든 위치를 추정하기에 충분한 정보가 이용가능하도록 가입자 신호를 수신할 수 있는 적어도 3개의 다른 기지국들을 파악하는 것이 바람직하다. 제1 실시예의 수동적 모드에서는 기지(301)의 3개의 레이크 분기부(310, 320, 330)가 업링크(uplink) 신호를 검출하는데 사용된다. 각 레이크에서, 지연 동기 루프(DLL)는 상관된 레이의 타이밍 예측(즉, 조정)을 발생하는데 사용된다. 이는 상기 가입자 유닛에 의해 사용되는 프로세스와 유사하게, 상관 시각을 보다 정확히 추정한다. 탐색기 및 칩/시각 검출기(340)는 각 분기부에서 신호 피크를 서로 상관시키고, 또한 사용될 최상의 분기부를 결정한다(가급적이면, 같은 칩에 대해 앞서 수신된 피크를 기초로 하지만, 현재의 최상 분기부를 결정하기 위해 다른 선택 기술들이 사용될 수 있다); 이 최상의 분기 신호는 가입자 탐색기(240)에서와 유사하게, PN 칩과 수신 시각 정보를 결정하는데 사용된다.

위치 파악 처리를 시작하기 위해, 바람직한 실시예에서는 시스템(300)내에서, 특히 이동 스위칭 센터(MSC)(365), 작동 센터와 같은 지역적 엔티티 또는 아마도 PSTN(public switched telephone network)(375)과 같은 연결 네트워크 내에서 명령이 시작된다. 위치 파악 요구는 현재 서비스를 제공하는 기지국(들)을 결정하도록 가정 위치 레지스터(Home Location Register; HLR)(366)를 통해 처리된다. 위치 파악 명령이 수신되면, 기지국(301)의 프로세서(350)(및 서비스를 제공하는 다른 기지들의 유사한 프로세서)는 검출기(340)를 사용해 칩 수신 시각을 결정한다. 바람직하게는, 이는 모든 기지가 특정한 그룹의 PN 칩의 선행 엣지 상승 시각을 결정함으로써, 선정된 수의 칩들, 예를 들면, 10개의 칩들에 대해 각기 제64 칩 (즉, PN 시퀀스 번호 0, 64, 128 등)의 상승 시각을 결정함으로써 달성된다. 이어서, 이 정보는 각 기지 수신기에 의해 ID(식별자)와 함께 지정된 엔티티, 예를 들면 기지 사이트 제어기(Base Site Controller; BSC)(360)의 위치 탐색기(361)나 HLR(366)의 위치 탐색기(367) 등에 전해진다. 따라서, 각각이 동일한 단일 칩 전송으로부터 유도되는 동일한 칩에 대한 수신 시각의 차이는 전파 지연 차이를 결정하는데 사용될 수 있다. 다른 말로 하면, 각 칩 번호에 대해, 다른 기지에서의 수신 시각들 간의 차이는 전파 차이를 초래하며, 위치는 도 4와 상술된 유사한 방식으로 수신 기지의 공지된 위치와 연관되어 이 정보로부터 결정될 수 있다. 비교적 짧은 시간 프레임(예를 들면, 약 50㎲에 걸쳐, 64 칩들마다, 10회)에서 다수의 세트의 정보를 취하고, 결정된 위치를 사용해 평균화 또는 최상-피트(fit) 계산함으로써, 위치 에러가 최소화될 수 있다. 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 실제 계산에서 다른 접근법이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 지정된 시각의 한 칩 내의 선행 엣지들에 대하여 동일한 시스템 시각에서의 검출은 지정된 시스템 시각과 칩 번호 사이의 시간차와 함께, 전파 지연 차이를 결정하는데 사용될 수 있다{비록 다른 칩들의 전송 시각이 가입자의 클럭 레이트의 정확도에 의해 제한되기 때문에 추가 에러가 발생될 수 있더라도; 50 ns 클럭 싸이클이 주어지면, (타이밍 에러를 갖지 않는) 동일한 칩의 전송으로부터 제공되는 것보다 에러가 더 많다. 중요한 것은 칩 ID(예를 들면, PN 시퀀스에서의 번호/위치)와 다른 베이스에서의 정확한 수신 시각(예를 들면, 오버샘플링된 클럭 레이트에서의 선행 엣지나 피크)이 가입자 위치를 결정하는데 사용된다는 것이다}.

능동적 위치 파악을 위한 바람직한 실시예에서는 칩 수신 시각 정보와 가입자로부터의 특정한 응답 정보 모두를 사용한 양방향 레인징 시스템(two-way ranging system)이 구성된다. 본 실시예에서, 프로세스는 시스템 기반 구조에서의 위치 파악 요구로 재시작되어, 가입자와 통신중인 기지(301)로 전해진다. 프로세서(350)는 적절한 부호화를 위해 인코더(352) 및 확산 변조기(355)로 위치 파악 요구 신호(LOC_S; 351)를 전한다. 시스템 클럭(353)을 사용해(가급적으로, GPS에서 유도되지만, 원자 시계(atomic clock)와 같은 다른 정밀 수단이 사용될 수 있다), 미세 시간 조정기(354)(예를 들면, 스트로브(strobe) 발생기)는 가급적으로, 50 ns 정확도내에서 출력 칩의 선행 엣지를 정확히 출력하도록 변조기(355)를 제어한다. 프로세서(350)는 또한 변조기(355) 및 클럭(353)을 거쳐 기준 칩(말하자면, 시스템 시각 TS(0)에서 16384 칩들의 시퀀스 중 칩 1024)의 정확한 시스템 시각을 결정하고, 그로부터 다른 칩 전송 시각들이 나중에 결정될 수 있다. 이 때, 출력 칩 시퀀스는 가입자로 전송된다.

다시 한번 도 2를 참조하면, 위치 파악 요구 신호(351)의 복조 및 수신에 이어서, 프로세서(280)는 상술된 바와 유사한 방식으로, 다음 PN 칩에 대한 ID 및 타이밍 정보를 결정하도록 탐색기(240)를 제어한다. 설명할 목적으로, 결정된 칩은 가입자의 상대적인 시각 TR(0)에서 (베이스 PN 시퀀스 중) 1088인 것으로 한다. 가입자내에서 소요 시간(turnaround time)에 대한 정확한 정보를 제공하기 위해, 프로세서(280)는 가입자 PN 시퀀스의 선정된 칩이 다음에 전송될 로컬 시간을 결정한다. 편의상, 이 선정된 칩은 가급적으로 지금 전송되는 반복 시리즈 중 하나로 (말하자면, 가입자의 PN 시퀀스 중 매 50번째 칩) 선택되지만; 가입자 정밀-타이밍 출력 요구조건과 시스템 위치 파악 처리를 최소화할 목적으로, 거의 대부분의 다른 칩, 예를 들면 다음 20 ms 프레임의 제1 칩이 선택될 수 있다. 어쨌든, 전송기 회로(203)의 변조기(291)로부터의 출력에 대한 선택된 칩의 로컬 시간은 (예를 들어, PN/시각 검출기(292)를 통해) 예를 들면, 현재 칩의 출력 시각을 결정하여, 선정된 칩의 출력 시각 (말하자면, 칩 레이트 간격으로 여기서 측정되고 있는 TR(24 1/16)에서의 칩 100의 상대적인 시각)을 결정하도록 미리 계산함으로써 결정된다. 물론, 전류 전송이 진행중이 아니면, 선정된 칩의 전송 이전에 베이스가 가입자의 PN 시퀀스에 이어지도록 충분한 지연 시간 (예를 들면, 대략 2초)이 주어지게 된다. 프로세서는 이때 부호화를 위해 위치 파악 응답 신호(RESP)(282)를 인코더(290)에 전하고, 변조기(291)를 제어하여 결정된 시각 (즉, TR(24 1/16))에 선정된 칩을 정확히 출력하고, 주기적인 칩의 그룹이 모니터되어야 하는 경우, 선정된 주기 동안 주기적인 그룹 중 이어지는 칩 (예를 들면, 칩 150, 200 등)을 정확히 출력한다. RESP(282)는 베이스 칩 정보 (1088, TR(0)), 선정된 칩 정보(100, TR(24 1/16))를 포함하고, 가입자 유닛 프로파일의 일부로 기반 구조에 의해 이미 공지되어 있지 않은 경우, 이전-획득과 이후-출력 지연 (즉, 안테나의 신호가 탐색기(240)에 이르는데 걸리는 시간과, 변조기(291)로부터의 시각-정밀 출력에 이어서 안테나에서 출력 신호가 방사되는데 걸리는 시간)에 대해 선정된 (즉, 측정된/계산된) 가입자 지연 계수를 포함한다.

도 5를 참고로, 시스템은 위치 파악 요구 신호(351)를 전달하도록 베이스(301)를 제어하는 것과 동시에, 또한 위치 파악정보를 저장하기 시작하도록 다른 통신 베이스에 통보한다. 통신 (즉, 소프트-핸드오프(soft-handoff)) 중이거나 가입자 신호를 수신할 수 있는 베이스가 3개 이하인 경우, 발신 엔티티 (예를 들면, 위치 탐색기/프로세서 361 또는 367)는 서비스를 제공하는 베이스 부근에 위치하는, 베이스(356)와 같은, 하나 이상의 보조 기지국에 가입자의 지정 주파수로 수신하기 시작하도록 명령한다. 이와 같이, 가장 간단한 구조에서, 보조 베이스는 정밀한 시스템 클럭 (예를 들면, GPS-정정된 클럭)을 갖춘 동조가능한 수신기가 될 수 있고; 보조 베이스가 와이어선을 거쳐 BSC에 연결되지 않은 경우, 보조 베이스는 (무선 액세스 고정 유닛(WAFU)과 같은) 고정된 가입자 유닛으로 구현될 수 있어, 가입자와의 차이는 단지 WAFU가 시스템 시간으로 (예를 들면, GPS 클럭을 거쳐) 동작되고 있다는 점이다. 이러한 후자의 실시예에서, WAFU는 자체의 서비스를 제공하는 기지국, 예를 들면 베이스(301)를 통해 그의 위치 파악 응답 신호를 통신한다.

모든 수신 베이스, 예를 들면 베이스(301) 및 보조 베이스(356)는 위치 파악 요구가 시작될 때 가입자 칩/시각 정보를 저장하기 시작한다. 저장된 정보는 선정된 주기 동안 수신된 각 칩에 대한 시각 (예를 들면, 선행 엣지 수신 시간) 및 칩 번호가 될 수 있다. 한 20 ms 프레임에서 25,000 엔트리들에 가까운 모든 칩을 저장하기 보다는, 주기적인 번호의 칩 (예를 들면, 시퀀스에서 매 50번째 칩)이 가급적으로 모든 수신 베이스에 의해 사용된다; 이 후자의 경우, 가입자는 이 주기적인 칩들 중 하나인 (칩 100과 같이) 선정된 칩을 선택하도록 상술된 바와 같이 구성된다. 종래 기술에 숙련된 자는 에러를 최소화하기 위해 정보가 모든 베이스에서 동일한 칩상에 모아지고 있는 한, 임의의 주기적 번호의 칩이나 특정한 칩 (예를 들면, 프레임 중에서 제1 칩)이 사용될 수 있음을 이해하게 된다. 편의상, 가급적으로, 적절하게 구성된 가입자는 베이스에 의해 모니터되고 있는 칩과 일치하도록 선정된 칩을 선택하므로, 이후의 계산이 간략화된다; 그 선택은 프리프로그래밍(preprogramming), 또는 모니터되는 칩/주기를 나타내는 위치 파악 요구 신호(351)내의 데이터 (이 경우에는 선정된 칩만이 정확하게 출력될 필요가 있다)를 기초로 할 수 있다.

가입자로부터 확산 RESP 신호를 수신하면 (바람직하게 진행중인 음성/데이터 통신으로의 대역내 신호전송을 거쳐 전달되는), 베이스(301) 및 (356)의 프로세서(350) 및 (358)는 신호 및 선정된 칩 정보를 검출하고, 일부 선정된 수의 칩/시간쌍을 위치 탐색기(361) 또는 (367)에 전한다. 예를 들면, 정확도를 향상시키기 위한 평균화를 허용하도록, 각 베이스(301), (356)는 RESP 신호 정보 (예를 들면, 베이스 칩/시간쌍 {(베이스)1088, TR(0)}, 선정된 칩/시간쌍 {(가입자)100, TR(24 1/16)}, 및 공지된 지연 계수 {4/32})와 함께, 선정된 칩과 그의 수신 시각 (예를 들면, 쌍 {100, TS(28 7/16)}, {150, TS(78 7/16)}, ... {450, TS(378 8/16)})으로 시작되어 8개의 칩/시간쌍을 전한다. 이 시퀀스를 나타내는 시간선은 도 6에 도시된다. TS(0)은 편의상 여기서 시스템 클럭의 제0 비트로 도시되는 시작 시스템 시각을 나타내고, TR(0)은 가입자의 상대적인 클럭 시간을 나타낸다. PNB1(1088)은 제1 기지국(301)의 PN 시퀀스에서 제1088 칩을 나타내고, PNS(100)는 가입자의 PN 시퀀스에서 제100 칩을 나타낸다. 이와 같이, 베이스 칩(1088)은 시스템 시각 0에서 출력되고, 전송 지연 시간(DtB1) 이후에 베이스 안테나로부터 방사된다. 전파 지연(DP1) 및 가입자 수신 지연 시간(DrS) (즉, 가입자 안테나에서 검출기(240)까지) 이후에, 검출기(240)는 TR(0)에서 수신되는 칩(1088)을 결정한다. 이어서, 프로세서(280)는 가입자 시퀀스 중에서 칩(100)이 되는 다음 50번째 칩을 결정하고, 칩(100)에 대한 출력 시각이 TR(24 1/16)이 되는 것을 현재 가입자 칩/시간으로부터 계산한다. 측정된 지연(DrS) 및 (DtS) (출력에서 안테나 방사까지의 지연)을 각 2/32 칩으로 알면, 가입자는 정보, 예를 들면 [{1088, TR(0)}, {100, TR(24 1/16), {4/32}]를 포함하는 RESP 신호(282)를 전달한다.

베이스(301) 검출기(240)는 시스템 시각 TS(28 7/16)에서 가입자 칩(100)을 수신하고, 베이스(357)는 시각 TS(29 7/16)에서 수신하며, 이들은 각각 전파 및 수신 (즉 안테나에서 검출기로) 지연 (DP2), (DrB1) 및 (DP3), (DrB2)를 갖는다. 유사한 반복 측정이 또한 실행된다. 예를 들면, 베이스(301)는 시각 TS(78 7/16)에서 칩(150)을 수신하고, 가입자는 TR(74 1/16)까지, 즉 이후 정확히 50개의 칩(40,700 ns)까지, 칩(150)의 출력 시간을 제어한다.

선정된 수의 쌍이 결정된 이후에, 칩/시간 정보 및 응답신호 정보는 위치 탐색기(361) 또는 (367)로 전해진다. 탐색기는 다른 공지된 정보를 사용해 전파 지연, 예를 들면 (DP1 - DP3)을 계산한다. 이 경우에서는 측정된 베이스 지연(DtB1), (DrB1), 및 (DrB2)가 5/32, 3/32, 및 3/32 칩이 된다. DP1은 기본적으로 DP2와 똑같기 때문에,

2DP1 = (TS(28 7/16)-TS(0)) - (DtB1+DrB1) - (TR(24 1/16)-TR(0)) -

(DrS + DtS) 식 1

= (28 7/16) - (8/32) - (24 1/16) - (4/32)

= 4 칩

이와 같이, DP1은 2 칩 또는 1628 ns이고, 전파 경로 길이는 약 488 m (+/- 30 m, 100 ns의 총 불확실성으로)가 된다. 일단 DP1이 공지되면, DP3가 유사하게 계산될 수 있고, 주어진 경우에서는 3 칩의 시간과 733 m의 거리를 산출한다. 적어도 3개의 수신기에 대한 전파 경로 길이를 계산하고, 수신 베이스에 대한 위치 정보를 (예를 들면, 데이터베이스 362 또는 368로부터) 검색함으로써, 가입자의 위치는 각 전파 경로가 모두 교차될 수 있는 유일한 지점 (또는 가장 높은 가능성을 갖는 작은 영역)을 계산하여 결정될 수 있다. 프로세스는 각 시간/칩 세트에 대해 반복된다. 계산된 각 점 (또는 가능성이 있는 영역의 중심)은 비록 다수의 점들/영역들로부터 가장 있을법한 점/영역을 피팅(fitting) 결정하기 위한 적절한 프로세스가 사용될 수 있더라도, 예를 들면 가장 간단히 평균화함으로써 가입자 위치를 결정하는데 사용된다. 가장 있을법한 점/영역의 위치는 HLR(366)의 사용자 프로파일 데이터베이스(369)에 저장되는 것이 바람직하다. 부가적으로, 전체 프로세서는 수 초 또는 수 분 정도인 하나 이상의 또 다른 시간 주기 이후에 반복될 수 있고, 다수의 가장 있을법한 영역은 가입자의 이동 속도 및 방향을 결정하는데 사용된다; 충분히 정확한 가입자 클럭이 사용되고 있어 몇분의 연장된 주기 동안 드리프트(drift)가 50 ns 이하이면(즉, 시스템 시각으로부터 가입자 클럭의 오프셋이 그 주기 동안 공지되어 있으면), 베이스에서의 반복되는 검출은 요구 신호를 반복할 필요없이 실행될 수 있다. 마지막으로, 결정된 위치와 이동 속도/방향은 원래의 요구 엔티티에, 예를 들면, 작동자(370)로 또는 PSTN(375)을 통해 전해진다.

비능동적인 프로세스 중에 능동적인 위치 파악 프로세스를 사용하는 특정한 이점은 원하는 경우에 3차원 정보가 보다 정확히 결정될 수 있다는 점이다. 이는 특히 전파 경로에 대한 경사도가 수평선으로부터 0도 보다 상당히 더 클 수 있는 가파른 영역이나 도시 영역에서 유용하다. 베이스의 3차원 좌표와, 제1 근사치 가입자 위치의 공지된 지형이 수동적인 프로세스의 정확도를 증가시키는데 사용될 수 있지만, 종래 기술에 숙련된 자는 전파 시간차에서만 유도되는 것에 반하여, 측정된 전파 시간으로부터 더 나은 근사치가 유도될 수 있음을 이해하게 된다. 3차원에서 결정된 전파 경로가 정확하기 때문에, x-y 좌표와 함께, 베이스 사이트 위치의 z축 (즉, 제3 차원) 좌표에 대한 추가 프로세싱의 문제는 단지 가능성이 있는 위치의 3차원 지역을 결정하는 것이다. 이것이 공지된 건물 및 지형적 정보와 비교되면, 단일 건물에서 +/- 8층 (100 ns의 불확실성으로) 또는 그 이상내에서의 위치 파악이 가능해진다. 빌딩에 대한 상대적인 수신 신호 강도 및 있을법한 경로 손실 특성과 같은 추가 정보는 가능성이 있는 위치의 지역을 더 좁히는데 사용될 수 있다.

일반적으로 (400)이라 나타내진 도 7은 위치 추정을 구하기 위한 가입자 측정 기지국 신호에 대한 시스템 프로세스의 흐름도를 도시한다. 프로세스는 가입자에 의해 실행되는 위치 명령의 발생을 나타내는 (예를 들면, 가입자 초기화에 의해, 또는 차량 충돌을 나타내는 운동 센서와 같은 다른 표시자를 기초로 하여 자동적으로) 블록(405)에서 시작된다. 블록(410)은 가입자의 상태를 점검하고, 가입자가 3-방향의 소프트 핸드오프 (3-way soft handoff) 중인가 여부를 (415)에서 결정한다. 그렇지 않은 경우, 후보 세트에 3개의 베이스가 있는가를 테스트하는 블록(420)이 실행된다. 그렇지 않은 경우, 후보 세트에 베이스를 부가하는 한계값(threshold)을 점검하는 결정 블록(425)이 테스트된다. 한계값이 최소값이 아니면, 블록(430)은 한계값을 감소시키고 프로세스 단계(420)로 복귀된다. 블록(425)이 이미 최소 레벨에 있으면, 블록(450)이 실행된다. 이 블록은 비상시와 비상시가 아닌 기능 사이에서 위치 파악 기능을 구별한다. 그래서, 비상시가 아닌 기능이 프로세스되고 있으면, 이는 간섭 레벨을 상승시킴으로써 사용자에게 완화된 서비스를 제공할 수 있으므로, 시스템 레벨 변화는 사용 레벨이 높지 않을 때에만 허용된다. 비상시가 아닐 때는 상위 시스템 부하에서 블록(460)이 실행된다. 비상시인 것으로 나타내지면, 블록(460) 이전에 블록(455)이 실행된다. 이는 가급적으로 보조 파일럿 발생기가 동조되는 비상시 비컨 (beacon) 신호에 응답해 일어나고, 자동적으로 그에 응답하게 된다; 대안으로, 비상 신호가 서비스를 제공하는 베이스에 전달되어 보조 베이스를 활성화시키도록 제어하게 처리될 수 있다. 후자의 경우에서는 비상시가 아닌 제2 요구 신호가 유사하게 사용되어, 시스템 부하가 부하 한계값 이하인 것으로 제어 프로세서 (예를 들면, 도 5에서 BSC(360)의 프로세서/탐색기 361)가 나타내는 경우 활성화 명령이 발생될 수 있다. 그래서, 블록(455)은 다수의 사이트에 의해 서비스 영역의 커버리지를 보다 완전하게 제공하는 가까운 파일럿 발생기들을 활성화시켜, 가입자가 다수의 베이스로부터 신호를 수신할 수 있게 한다. 블록(460)은 가입자가 3-방향의 소프트 핸드오프 중인가를 테스트한다. 그렇지 않은 경우, 가입자는 적어도 3개의 기지국으로부터 가장 큰 레이를 사용해 3-방향의 소프트 핸드오프 조건을 형성하도록 지시된다(465). (460)의 결과가 긍정적이거나 블록(465)이 완료되었으면, 블록(440)이 실행되어, 도 2와 연관되어 상술된 바와 같이, 데이터 수집이 이루어진다. 이 데이터는 위치 추정 (예를 들면, 도 2의 메모리(281)로부터 추가 데이터를 사용해 탐색기(280)에서)를 프로세스하는데 사용되고, 시스템은 명목상의 조건으로 복귀된다(445).

블록(415)으로 되돌아가서, 가입자가 3-방향의 핸드오프 중이면, 블록(440)이 실행된다. 블록(420)으로 되돌아가서, 후보 세트에 3개의 베이스가 있으면, 블록(435)이 실행되어, 활성 세트에 3개의 다른 베이스를 배치한다. 이어서, 상술된 바와 같이, 블록(440)이 실행되고, 블록(445)으로 이어진다.

일반적으로 (500)이라 나타내진 도 8은 위치 추정을 구하기 위해 기지국이 가입자 유닛을 측정하는 프로세스의 흐름도를 도시한다. 프로세스는 위치 파악 기능이 활성화될 때 블록(505)에서 시작된다. 블록(510)은 가입자의 상태를 점검하고, 가입자가 3-방향의 소프트 핸드오프 중인가 여부를 기초로 결정이 이루어진다(515). 그렇지 않은 경우, 후보 세트에 3개의 베이스가 있는가를 테스트하는 블록(520)이 옵션으로 실행된다. 그렇지 않은 경우, 후보 세트에 베이스를 부가하는 한계값을 점검하는 결정 블록(525)이 테스트된다. 이것이 최소값이 아니면, 블록(530)은 한계값을 감소시키고 프로세스 단계(520)로 복귀된다. 블록(525)이 이미 최소 레벨에 있으면, 위치 추정의 프로세싱이 계속되지만, 측정시 3개의 베이스를 갖는 원하는 경우 보다 덜 정확한 2개의 베이스만으로 계속되는 블록(535)이 실행된다. 블록(515)으로 되돌아가서, 가입자가 3-방향의 소프트 핸드오프 중이거나, 블록(520)에서 후보 세트에 3개의 베이스가 있으면, 블록(540)이 실행된다. 블록(540)은 가입자의 신호를 수신하기 위해 3개의 기지국이 활성화 상태임을 보증한다. 블록(545)은 옵션으로 실행된다. 이 블록은 각 베이스가 가입자를 수신할 수 있는가를 테스트한다. 각 베이스가 수신할 수 있으면, 활성화 모드인 경우 위치 파악 요구 신호를 전달하고, 상술된 방식으로 두 모드에서 모두 이용가능한 데이터를 수집하여 위치 추정을 프로세스하는 블록(550)이 실행된다. 블록(555)은 이어서 모든 매개변수를 명목상의 설정으로 복귀시키고, 측정을 완료한다. 블록(545)으로 되돌아가서, 3개 미만의 베이스가 가입자를 수신할 수 있으면, 블록(546)은 보조 베이스 유닛이 이용가능한가를 테스트한다. 그런 경우, 블록(547)에서는 로컬 보조 사이트가 활성화되고, 블록(560)은 비상시를 나타내는가를 테스트한다. 그렇지 않은 경우, 수신된 베이스만이 측정에서 사용될 수 있어, 이는 추정의 질을 저하시킬 수 있다. 비상시로 나타내지면 (예를 들어, 119와 같은 가입자 신호나 기반 구조에 연결되는 인증된 엔티티로부터의 비상 요구에 의해), 가입자 유닛의 전력이 최대인가를 테스트하는 블록(565)이 실행된다. 그렇지 않은 경우, 전력을 증가시키는 블록(570)이 실행되고, 프로세스는 블록(540)으로 복귀된다. 블록(565)이 최대 전력이면, 블록(575)은 각 베이스가 가입자를 수신할 수 있는가를 테스트한다. 그런 경우, 블록(550)이 실행되고; 그렇지 않은 경우에는 가입자 유닛을 수신하기 어려운 활성 세트에서 셀의 유효 범위를 증가시키도록 블록(580)에 의해 셀 부하를 감소시킨다. 이어서, 블록(585)은 부하 발산 제한에 이르렀는가를 테스트하여, 그런 경우, 블록(550)을 실행하고, 그렇지 않은 경우에는 다시 각 베이스가 이제는 가입자를 수신할 수 있는가를 테스트하는 결정 블록(575)이 실행된다.

부하 발산(load shedding)은 셀룰러 트래픽을 줄이거나 더 많은 수의 베이스 사이트가 더 정확한 위치 추정을 제공하는데 사용될 수 있도록 하는 트래픽을 전송하는 다수의 방법을 포함한다. 가입자 부하는 대기중으로 차츰 없어지거나, 다른 CDMA 반송파나 AMPS 채널 등으로 이동될 수 있다. 그래서, 필요로 할 때, 관계되는 CDMA 채널이 클리어되거나, 위치 파악될 필요가 있는 사용자가 약간 부하된 채널로 핸드오프될 수 있다. 부가하여, 가입자 유닛을 측정하는 기능을 향상시키도록 시스템 매개변수가 변할 수 있다. 부하의 변화, 또는 독립적으로, 파일럿의 변화와 연관되어, (PPG) 전력은 관계되는 지역을 커버하는 기지국의 기능을 증가시키도록 다양한 베이스 사이트로부터의 커버리지 구역을 변화시킬 수 있게 된다. 기지국에서 PPG 전력 중 일부는 선택적으로 빔에 적용되어, 주어진 베이스와 접촉하도록 주어진 가입자의 기능이 증가되도록 주어진 가입자 유닛을 추적하도록 형성된다.

본 발명의 제2 실시예에서는 가입자의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 상술된 바와 같이, 필드내의 가입자들은 적어도 3개의 사이트까지의 동시 거리를 유도함으로써 위치가 파악될 수 있다. 사이트가 더 적으면, 전형적으로 사용자 위치를 결정하는데 불확실성이 더 커진다. 각도 정보를 사용함으로써, 이들 불확실성이 줄어들 수 있으므로, 이는 3개 미만의 사이트가 사용될 때 특히 중요하다. 부가하여, 위치 결정에 3개 이상의 사이트가 이용가능할 때라도, 각도 정보를 사용함으로써, 향상된 신뢰도가 얻어질 수 있다.

먼저, 도 9를 참고로, 가입자 유닛(S)(920)과 통신하는 단일 베이스 사이트(910)가 나타내진다. 단 하나의 베이스만이 위치 측정에 참여하므로, 시간이나 거리 계산 (제1 실시예와 같은)은 사이트로부터의 반지름, 예를 들어 (970)만을 제공하게 된다. 이는 사용자가 또 다른 정보가 없는 경우 반지름(970)에 의해 정의된 360도(360)내의 어느 곳이든 있을 수 있으므로 큰 불확실성을 산출한다. 조준각이 벡터(940, 950, 960)으로 도시된 구획 안테나(sectored antenna)를 사용함으로써, 구획된 안테나 각각으로부터 수신된 신호 레벨간을 비교하면, 가장 강한 신호가 식별될 수 있고, 이는 가장 강한 전파 경로가 수신된 방향을 나타낸다. 이것은 일반적으로 가입자가 위치하는 방향에 대한 최상의 평가이다. 그래서, 예를 들어 베이스 사이트 벡터가 (950)인 구획 안테나에서 가장 강한 신호가 수신되는 경우, 가입자(920)의 가능한 위치는 구획 각도 방향과 결정된 거리(970)(거리 및 각도에서의 +/- 불확실성)로 정의된 호(980)를 따라 있다; 또 다른 개선 (이후 논의될)으로는 단일 베이스 사이트의 사용만으로도 더 나은 평가가 이루어질 수 있다. 도 9의 점선은 구획 안테나(940, 950, 960)간의 분리를 도시하고, 여기서는 최상의 커버리지 영역이 구획간에 교환된다. 두 구획이 똑같은 수신 신호 레벨에 근접하면, 가입자는 일반적으로 구획 사이의 경계에 있는 것으로 생각될 수 있다.

도 10을 참고로, 구획 안테나는 안테나 어레이 또는 좁은 고정빔 안테나의 세트로 대치되어, 베이스(1010)에서 더 큰 정도의 각도 분해능을 제공한다. 빔 패턴(1040)은 아주 좁다. (대안으로, 회전되는 안테나가 가입자에 대한 최상의 각도를 파악하는데 또한 사용될 수 있다.) 각도(1070)는 최상의 전파 경로에 대한 각도, 또는 방향(1060)으로 최단 전파 지연을 갖는 신호에 대한 각도를 나타낸다. 베이스 사이트(1010)로부터 가입자 유닛(1020)까지의 측정 거리인 반지름(1050)은 상술된 바와 같이 전파 지연을 계산함으로써 결정된다. 가입자(1020)에 대한 최상의 각도(1070)를 찾음으로써, 반지름(1050)과 각도(1070)를 기초로 하는 향상된 위치 추정이 얻어질 수 있다.

정의된 수신/전송 각도를 갖는 다른 안테나 구성이 사용될 수 있는 것으로 생각된다; 예를 들면, 원하는 구역 (옴니(omni), 구획 등)을 지날 때 가장 강한 신호 레벨이 주어지는 위치를 기초로 최상의 각도를 결정하는데 회전 안테나가 사용될 수 있다. 가입자 유닛을 수평적으로 측정하는 것에 부가하여, 특정한 어플리케이션에서는 수직적으로 측정하는 것도 또한 바람직하다. 높이를 추정하는 추가 방법은 가입자의 경도 및 위도 뿐만 아니라 높이를 추정하도록 수직 빔 조정 패턴를 적용하는 마이크로셀 사이트를 사용하는 것이다.

도 11을 참고로, 가입자(1120)의 방향에서 안테나 패턴(1140)으로 노치(notch)를 동조시킬 수 있는 베이스(1110)의 안테나 어레이가 나타내진다. 가입자(1120)의 방향에서 노치를 동조시키는 것은 종래 기술에서 또한 널 스티어링 (null steering)이라 칭하여진다. 도 11은 안테나 패턴이 각도(1170)로 노치를 갖고 다른 모든 방향에서는 거의 일정한 이득을 갖는 것으로 도시하지만, 가입자(1120)의 방향으로의 이득이 피크로부터 감소되도록 가입자(1120)에서 멀어지는 유사한 빔(1040)이 될 수 있다. 가입자의 어느 한 쪽에 메인 빔을 동조시킴으로써, 가입자(1120)의 방향으로 이득이 감소된다. 가입자 유닛(1120) 쪽으로 향하는 안테나 이득이 감소될 때, IS-95 CDMA 시스템 특성 중 일부인 표준 전력 제어 루프는 가입자(1120)가 전송 전력 레벨을 증가시키게 한다. 가입자(1120)가 전송 전력을 증가시키는 경우에는 시간상으로 더 앞서지만, 각도(1170)에서의 강한 신호 경로 보다 베이스에서 가입자로의 전파 경로에 더 많은 감쇄를 당하는 신호와 같이, 더 검출되기 어려운 베이스(1110)로의 잠재적인 신호 경로를 탐색기 (기지국 수신기의 일부)가 식별하는 것이 가능하다. 그 영역에 걸쳐 메인 빔을 동조시킴으로써, 더 짧은 전파 지연이 존재하는 방향으로 향상된 이득이 적용될 수 있다. 더 짧은 지연 시간의 경로로부터 수신된 신호가 검출되면, 더 짧은 지연을 갖는 이 경로에 대해 각도를 고정시켜 측정함으로써 정정된 각도가 결정될 수 있다. 가입자의 전력을 증가시키는 것은 신호가 다른 베이스에서 수신되는 가능성을 향상시키는 기본적인 방법이므로, 가입자(1120)의 방향으로 노치를 동조시키는 효과는 다른 베이스가 가입자 전력의 증가로 이득을 얻도록 허용하는 또 다른 방법이다.

도 12는 가입자(1290) 위치의 추정치를 향상시키기 위한 두 사이트(1210, 1211)로부터의 각도 및 거리 추정의 조합을 나타낸다. 두 사이트(1210, 1211)는 고정 구획된 한정빔 안테나, 안테나 에러이로 형성된 조정가능한 적응성 안테나, 또는 이동가능한 빔 안테나를 가질 수 있다. 여기서, 조정가능한 빔은 참조번호 1240과 1241로 도시된다. 신호의 시간 지연을 추정함으로써, 반지름값(1250 및 1260)이 구해질 수 있다. 이 반지름들은 2개의 다른 위치에서 교차되므로, 각도 정보가 없으면, 가입자(1290)의 위치에는 불확실성이 있음을 주목한다. 안테나의 각도 분해능으로 인해, 가입자(1290)에 대해 보다 정확한 위치 추정을 허용하는 도래각 측정치(1230 및 1231)가 추정될 수 있다. 도 12에는 베이스로부터 가입자로의 거리를 추정하는 두가지 방법이 도시된다. 반지름(1250 및 1260)은 절대시간 측정치로부터 얻어진다. 또한, 착신 시간차(TDOA)라 칭하여지는 상대적인 시간차를 나타내는 제2 선(1270)이 도시된다. TDOA 방법에서는 시간차가 가입자로부터 두 기지국 각각으로의 두 경로 사이에서 계산된다. TDOA 측정은 결과적으로 선(1270)으로 나타내지는 바와 같이 일정한 시간차의 쌍곡선을 만든다. 도 12에 대해 나타내진 바와 같이 위치 추정을 향상시키는데 각도 평가를 사용하는 것은 절대시간 측정치나 TDOA, 또는 둘 모두를 사용해 실행될 수 있다.

도 13은 가입자(1390) 위치의 추정을 개선하기 위한 세 사이트로부터의 각도 및 거리 추정의 조합을 나타낸다. (1310), (1311) 및 (1312)로 도시되는 세 사이트는 고정 구획된 폭이 좁은 빔 안테나, 안테나 어레이로 형성된 조정가능한 적응성 안테나, 또는 이동가능한 빔 안테나를 가질 수 있다. 여기서, 조정가능한 빔은 (1340), (1341), 및 (1342)로 도시된다. 신호의 시간 지연을 추정함으로써, 반지름값(1350), (1351) 및 (1352)가 구해진다. 이 반지름들은 하나의 유일한 위치에서 교차되므로, 시간 지연 정보가 완벽히 정밀하면, 각도 정보는 필요하지 않음을 주목한다. 그러나, 실제 시스템에서는 타이밍 정보에 불확실성이 있으므로, 세 사이트로부터의 각도 정보의 사용은 위치 추정을 향상시킬 수 있다. 각도 추정(1320), (1321), 및 (1322)은 각각 사이트(1310), (1311), 및 (1312)로부터 구해진다. 도 13을 참고로 설명된 바와 같이 특정한 이동 가입자 유닛의 위치 추정을 향상시키는데 도래각 추정을 이용하는 것은 절대시간 측정치나 TDOA 측정치, 또는 둘 모두를 사용해 실행될 수 있다. 특정한 위치 파악 어플리케이션에서는 절대 기준 시간이 필요하지 않으므로, TDOA가 바람직하다. 또한, 여기서 설명되는 실시예에서의 절대 시간 측정에 부가하여, 또는 그 대신에 TDOA가 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

도 14를 참고로, 베이스와 가입자 사이에서 가장 직행하는 전파 경로를 나타내는 제1 착신파를 찾고자 하는 수신기 핑거(finger) 관리의 방법이 나타내진다. 명목상 다중경로 산란만이 제1 착신파에 영향을 줄 때, 신호는 도 14에 도시된 바와 같이 좁게 정의된 시간에 착신된다. 피크 진폭(1420)은 전력 지연 프로파일(1410)의 제1 메인 피크를 수신하는 상관관계 수신기 세트의 위치를 도시한다. 제1 착신파가 분산되어 있는 거리에 상당한 산란이 충분하게 분산되어 있을 때, 베이스 사이트내의 상관관계 수신기 중 탐색기의 프로세싱은 단일 피크를 찾고, 도 15를 참고로 설명되는 바와 같이, 상관관계 수신기 핑거를 단일 피크로 고정시킨다. 전력만을 기초로 핑거를 지정하는 종래의 탐색 및 로킹(locking) 방법은 가입자까지의 최단 경로를 나타내는 제1 착신파의 선행 엣지를 때로 무시하는 불편한 점을 갖는다. 이 문제점은 특히 전력 지연 프로파일(1510)에서 도시된 바와 같이 산란으로 제1 착신파가 넓어지는 경우에 곤란하다. 예를 들면, 수신된 신호의 제1 레이(1530)는 신호의 피크(1520) 보다 더 빨리 도착될 수 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 탐색기는 피크로부터 고정된 한계값내에 있는 가장 빠른 착신파를 찾도록 시간상으로 먼저 주사하게 프로그램될 수 있다. 상관관계 수신기를 오프 피크 위치에 설정함으로써, 제2 상관기는 때때로 신호 다이버시티(diversity)를 구하도록 제2 레이(1540)에 고정될 수 있고, 여기서 제1 레이(1530)와 제2 레이(1540)는 피크(1520)에서 서로 관련되는 것 보다 더 나은 조합 결과를 산출한다. 최단 지연 시간을 추정하여 최상의 위치를 추정할 목적으로, 제1 레이(1530)는 전력 레벨만을 사용하는 것 보다 더 나은 평가를 제공한다.

도 16은 두 베이스가 가입자(1690)로부터 신호를 수신하지만, 경로(1663)에 따라 있는 차단물로 인해, 신호가 약하여 진정한 방향으로 사이트(1611)에 의해 검출되지 않고, 오히려 반사로 인해 (1661) 내지 (1641)로부터의 경로가 더 강해져 각도가 (1631)로 도시된 바와 같이 추정되는 상태를 나타낸다. 예측된 거리(1660)는 가입자(1690)의 실제 위치의 범위를 넘어서 평가가 정해지는 경로 거리(1661 + 1662)를 기초로 한다. 사이트(1610)에 대해서는 거리(1650)의 평가와 각도(1630)가 직접적인 경로에 의해 정의되는 정확도 제한내에 있다. 이 상황에서, 두 베이스 사이트(1610, 1611)로부터의 정보는 반대로 파악되므로, 간단한 위치 계산이 가능하지 않다. (1691)에서의 위치 추정는 거리 평가(1650) 및 (1660)와 각도(1631)을 기초로 적절한 것 같아 보이지만, 각도(1630)는 이 판정에 반대된다. 진정한 위치(1690)은 거리(1650)과 각도(1630)에 의해 나타내지고, 다른 입력들은 이에 일치되지 않는다. 이 상황에 대해서는 에러 평가 및 회복 방법이 매우 바람직하다.

전형적으로 반사만이 측정된 전파 길이를 더 길게 만들므로, 더 짧은 거리에 더 많은 무게가 주어진다. 강한 반사 가능성에 대해 각 경로를 분석함으로써, 반사를 볼 확률이 결정된다. 부가하여, 차단 경로에 대한 가능성이 분석에 부가되어, 어느 경로가 실제 경로인가에 대한 평가와, 그에 따라 최상의 위치 추정이 어느 것인가에 대한 평가를 향상시킨다.

(1631) 방향의 경로는 강한 반영 반사를 발생시킬 수 있는 방해물에 대해 앞서 발생된 데이터베이스로부터 주사된다. 이 경로는 전체 반지름을 따라 점검되어, 위치(1695)가 강한 반영 반사 가능성을 갖는 위치인 것으로 결정된다. 거리를 계산함으로써, 위치(1690)가 경로(1661) 및 (1662)에 대해 유효한 위치인 것으로 파악된다. 경로(1663)는 앞서 기록된 데이터베이스에 또한 저장되는 상당한 정도로 차단됨을 더 주목한다. 다른 사이트를 점검할 때는 (1610) 내지 (1690)으로의 경로를 따라 발견되는 방해물이 없으므로, 이 경로는 확실한 것으로 믿는다. 이와 같이, 이용가능한 입력을 분석하면, 위치(1690)이 가입자 유닛의 진정한 위치에 대한 최상의 평가인 것으로 결정된다.

이제는 이러한 에러 평가 및 회복 방법의 한 예가 설명된다.

단계 1, 베이스로의 도래각과 평가된 범위를 사용해 각 사이트를 기초로한 위치 추정을 결정한다.

단계 2, 모든 입력이 종료되었는가를 결정하고, 그런 경우, 각각에 의해 공급된 정보의 정도까지 모든 입력을 포함한 위치 추정을 계산한다.

단계 3, 그렇지 않은 경우에는 에러 평가 및 회복 단계를 시작한다.

에러 평가 및 회복 단계:

단계 1, 각 사이트에 대해, 각도 정보로 나타내진 방향으로의 경로를 분석하여 데이터베이스에 이전에 기록된 바에 따라 강한 반사기의 가능성을 결정한다.

단계 2, 공지된 반사기를 갖추지 않은 사이트에 대해서는 위치 추정이 유효한 것으로 가정하여 계속 이어진다.

단계 3, 다른 사이트와의 병행성을 점검한다. 나타내진 방향으로 반사기를 점검하고, 적절한 길이이고 나타내진 잠재적 반사기에 적절한 각도로 착신될 수 있는 경로가 존재하는가를 결정한다. 그런 경우, 이는 위치 추정을 검증한다. 그렇지 않은 경우에는 검증이 가능하지 않으므로, 가입자 트래킹과 같은 또 다른 방법으로 이를 제거할 수 있을 때까지 불확실성이 존재한다. 중간 단계로서, 최단 범위를 갖는 사이트에 의한 위치 추정이 적절한 위치에 제안될 수 있지만, 두 위치는 모두 보다 신뢰성있는 해결법이 구해질 때까지 보여지는 소정의 레벨의 확실성으로 일부 목적을 위해 사용될 수 있다. 종래 기술에 숙련된 자는 절대 시간 측정 대신에 TDOA 방법을 사용해 유사한 방법이 실행될 수 있는 것으로 이해하게 된다.

비록 거리 측정과 착신 평가 각도를 모두 실행할 수 있는 무선 통신 시스템의 특정한 구성이 많이 있는 것으로 생각되지만, 지금은 몇가지 모범적인 시스템이 설명된다. 도 17을 참고로, 상술된 바와 같이 위치 파악을 실행하기에 적절한 무선 통신 시스템이 나타내진다. 시스템(1700)은 각도 검출 유닛(1702)과 기지국(301)을 포함한다. 기지국(301)은 상기에서 상세히 설명되었음을 주목한다. 각도 검출 유닛(1702)은 다수의 안테나 (M개, 가급적으로 8과 같이 2의 멱수)(1706)를 포함하고, 이들 각각은 신호선(1704)을 통해 버틀러 매트릭스(butler matrix)(1708)에 연결된다. 각 버틀러 매트릭스(1708)는 신호선(1710)을 통해 안테나 선택기 및 RF 전치부에 연결된다. 버틀러 매트릭스(1708)는 진폭 및 위상에서 M개 소자(1706)를 조합하여 N개 출력을 제공한다. 여기서도, N은 가급적으로 4와 같은 2의 멱수이다. 각 안테나(1706)는 관계되는 다른 각도 쪽으로 향하는 한정빔의 안테나 패턴을 형성하는 소자이다. 가급적으로, 안테나 탑(도시되지 않은)의 각 면에 대해 하나의 안테나(1706)가 있다. 특정한 예에서, 120도의 구획은 각 30도인 4개의 인접한 한정빔에 의해 커버될 수 있다. 종래 기술에 숙련된 자는 한정빔 안테나 패턴을 사용하고 이들 한정빔 안테나 패턴의 각각에 대응하는 신호를 검출함으로써, 가입자 유닛으로부터 수신된 신호에 대한 각도 평가가 예를 들면, 가장 강한 신호 강도를 측정해 빔을 선택하는 것에 의해 결정될 수 있는 것으로 이해하게 된다. 비록 단일 각도 검출기(1702) 및 단일 기지국(301)만이 도시되었지만, 다수의 각도 검출기(1702)를 갖춘 다수의 기지국(301)이 셀룰러 CDMA 시스템과 같은 완전한 무선 통신 시스템내에서 가입자 유닛의 위치 추정을 실행하는데 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

도 18을 참고로, 도래각을 측정하기 위한 다른 구성이 나타내진다. 도 18의 시스템(1800)에서는 도 17의 시스템(1700)에서 사용되는 고정된 한정빔 안테나(1706)와 버틀러 매트릭스(1708) 대신에 구획 안테나(1802, 1804, 1806)가 사용된다. 각 구획에 2개의 안테나가 사용되고, 이들은 일반적으로 공간상의 역상관관계와 다이버시티 수신을 제공하도록 수 미터 떨어져 설치된다. 또한, 본 예에서는 각 구획이 방향상으로 120도 떨어져 위치한다. 평가되는 도래각은 예를 들어, 가장 강한 신호 측정을 갖는 구획으로부터 그 방향에서 수신된 각도를 평가함으로써, 각 구획(1802, 1804, 1806)으로부터의 신호 강도를 기초로 한다. 고정된 한정빔 안테나나 구획 안테나에 부가하여, 각도 검출 유닛(1702)은 적절한 제어 및 피드백 회로를 갖춘 빔형성 네트워크를 이용하는 것과 같은, 다른 많은 방법으로 구성될 수 있다.

도 19는 CDMA 수신기에 대한 적응 안테나 어레이의 연결을 나타낸다. 각 구획은 적응 빔형성 네트워크(305)에 연결되는 (1902, 1904, 1906)로 도시된 적응 어레이 안테나로 나타내진다. 피드백 신호(1972)는 CDMA 복조기(345)로부터 빔형성 네트워크에 연결된다. 피드백 신호(1972)는 레이크 핑거(rake finger)(310)와 같은 수개의 소스로부터 유도될 수 있다. 어레이 네트워크는 각 소자(1910)가 RF 전치부 및 다운컨버터 유닛(1920)에 연결되는 어레이(1903)로부터 신호를 수신한다. 다운컨버터 유닛(1920)은 또한 디지털 샘플을 생성하도록 다운컨버팅된 신호의 아날로그 대 디지털 직각 샘플링을 제공한다. 스플리터(splitter)(1930)는 다운컨버터 유닛(1920)으로부터의 샘플을 각각이 이득(1940) 및 위상(1950) 조정을 포함하는 분리된 조정 뱅크(bank)(1935)로 배급한다. 빔형성 제어 프로세서(1970)는 이득 및 위상 조정 계산를 실행하고, 레이크 수신기(310)와 같은 수신기로부터의 피드백 정보를 기초로 조정 뱅크(1935)에서 각각의 이득(1940) 및 위상(1950) 디바이스를 제어한다. 조정 뱅크(1935)로부터의 출력은 합산기(1960)에서 합산되어, 대응하는 레이크 수신기(310, 320, 330)에 공급된다. 이동 유닛으로부터 수신된 신호에 대한 각도 평가는 어레이 안테나를 조정하는데 사용되는 이득 및 위상값을 평가함으로써 결정된다.

도래각 및 거리 정보를 사용하는 것에 부가하여, 다른 많은 기술이 가입자 유닛의 위치 추정을 향상시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 기지국이 가입자 유닛을 검출하는 기능을 향상시키기 위해, 다수의 가능한 방법이 액세스 중이나 호출하는 동안 가입자의 전송 전력을 증가시키도록 채택될 수 있다. 이 방법들은 다음의 기술을 포함한다:

1.) 주어진 가입자 유닛에 대한 시스템 이득을 조정하는 것. 이는 가입자의 방향에서 이득을 줄이거나 널(null)을 스티어링(steering)하는데 적응 안테나 어레이를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 가입자의 방향에서 이득을 감소시킴으로써, 부가적인 경로 손실이 일어나, 이는 호출 액세스를 유지하거나 달성하기 위해 가입자가 더 많은 전력을 전송할 것을 요구한다. 기지국 수신기에서 입력 감쇄를 증가시키는 것도 또한 시스템 이득을 감소시키는데 사용될 수 있다.

2.) 초기 액세스에 응답해 선택적으로 기지국에 시간 지연을 부가함으로써, 가입자 유닛은 IS-95에 설정된 CDMA 가입자 유닛에 대한 표준적인 소프트웨어 특성에 따라, 시도 사이에 주어지는 시간 및 시도 회수와 전달되는 최대 전력에 대한 특정한 제한을 갖고, 연속적으로 더 높은 전력 레벨로 새로운 액세스 요구를 자동적으로 전달하게 된다. 이와 같이, 가입자 액세스 요구에 응답하기 이전에 지연을 부가함으로써, 가입자 유닛은 더 높은 전력으로 반복되는 시도를 전송하게 되고, 그에 의해 다수의 기지국이 가입자 유닛으로부터의 신호를 측정하도록 시도할 수 있다. 지연량은 지정된 기간이 되거나, 가입자 유닛의 액세스 시도를 측정할 수 있는 기지국의 수를 포함하는 다수의 매개변수에 의해 제어될 수 있다.

3.) 가입자 유닛에서 안테나 이득이나 지향성을 조정함으로써, 가장 강한 베이스에 대한 경로 손실이 증가되어 가입자 유닛에서 전송 전력의 증가를 일으킬 수 있고, 다른 베이스의 방향에서 안테나 이득을 수정 또는 향상시킬 수 있다. 이 기능은 다른 베이스로의 다중 경로를 구할 가능성을 향상시키도록 기지국에 의해 명령될 수 있다.

GPS (Global Positioning System)와 같은 필드에서 가입자의 위치를 파악하기 위해, 많은 종래의 방법이 존재한다. GPS에서의 개선으로는 에러 신호가 FM 무선국의 서브반송파에 걸쳐 보조 GPS 수신기로부터 전송되어, 작은 수신기로 픽업(pick up)될 수 있는 차동 정정 (Differential Correction)의 사용이 포함된다. 차량에 이용가능한 추가 개선에는 이동 거리와 헤딩(heading) 각도를 측정하는 추측 위치 (dead reckoning) 기능이 포함된다. 이 조합된 방법들은 일반적으로 최악의 무질서 영역에서 10 미터 이하의 에러를 갖고, 개방 영역에서 더 나은 에러를 갖는 위치 정확도를 달성하기 위해 적용될 수 있다. 불행하게도, 비용 문제로 인하여, 현재 평균 사용자에게는 보다 정확한 이 위치 파악 방법을 사용하는 것이 실행되지 않는다.

그러나, 이와 같이 정확하지만 고비용의 시스템은 셀룰러 위치 파악 시스템을 측정하는 방법으로 사용될 수 있는 것으로 생각된다. 차동 정정과 추측 위치 (또한, 다른 가능한 개선 방법)을 갖는 GPS 수신기가 장착된 차량을 구동시킴으로써, 위치 로그(log)가 각 드라이브 테스트에 대해 기록될 수 있다. 유사하게, 셀룰러 기반 구조 장비에 의해 이루어진 위치 추정이 로그로 기록될 수 있다. 각 로그는 GPS 시간으로 각인된 시간이 될 수 있으므로, 두 로그는 위치 추정을 서로 상관시키고 측정하도록 비교된다. 이때, 위치 추정을 근거로 데이터베이스가 생성될 수 있고, 이는 시간 지연 및 베이스 안테나 빔 방향의 각도 평가의 함수로 액세스될 수 있다. 이 데이터베이스는 위치 추정의 정확도를 향상시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 데이터베이스를 조사하여 평가된 시간 지연 및 각도를 사용함으로써, 측정 드라이브 테스트 동안 일어났던 앞서 근접한 입력 조합 및 대응하는 기록 GPS 위치는 향상된 위치 추정을 제공하는데 사용될 수 있다. 조사 위치의 사용은 또한 이 방법으로 측정에 사용될 수 있다. 예를 들면, 테스트 프로브(probe)는 위치 추정이 측정되도록 조사 위치로 이동될 수 있다.

이 데이터베이스 방법은 몇가지 방법으로 적용될 수 있다. 대형 드라이브 루트의 세트를 분석함으로써, 특히 도 16에서와 같이, 반영 반사로 강한 신호가 가장 짧은 경로 이외의 경로를 따르게 되는 열악한 위치로 결정될 수 있다. 그래서, 공지된 반사 및 새도우(shadow) 장애는 식별되어 로그될 수 있다. 나중에 위치 파악 알고리즘에 의해 모순된 정보가 수집될 때, 그 영역은 영향을 주게되는 가능한 변이에 대해 점검될 수 있다. 이때, 알고리즘은 각도(1631)의 방향에서 반사기의 경로 인식이 거리(1661)로 나타내지는 공지된 반사기로부터의 반지름을 형성하도록 경로(1662)를 따라 반지름(1660)을 조정하는데 사용될 수 있는 도 16에서와 같이, 위치 추정의 신뢰도를 향상시키도록 이 효과들을 고려해 수정될 수 있다. 이는 (1631)의 방향에 반사기가 있었고 경로(1663)가 (1690)에서 관련 위치에 대해 새도우되었다는 데이터베이스 정보를 사용하여 위치(1690)의 개선된 평가를 가능하게 한다.

추가 정보는 로깅 과정 동안기록되고, 현재 가입자의 신호에 비교되도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 전력 레벨 및 지연파의 통계와 함께, 각 위치에 대해 라이션(Rician) K 계수가 평가될 수 있다.

향상된 위치 추정을 제공하는 또 다른 방법은 예측 모델을 사용하는 것이다. 예측 모델에서의 개선으로, 즉 진보된 디지털 엘리베이션 맵 (Digital Elevation Map, DEM), 정사진 (Ortho-Photos), 및 건물 데이터를 포함하는 지형 클러터 모델 (Land Clutter model)로, 1 미터 이하의 정확도에 접근하는 높은 정확도를 갖는 완전한 3D 환경 모델이 가능하다. 이 예측 모델 데이터베이스로, 이제는 다중 레벨의 반사 및 회절을 포함하는 레이-트래이싱 (Ray-Tracing) 전파 예측 모델링을 실행하는 것이 가능하다. 그래서, 레이는 지상이나 건물로부터 반사될 때, 또는 모서리 주위나 지붕위에서 회절될 때 모델화될 수 있다. 베이스 사이트에서 얻어진 각도 정보 및 측정된 시간 지연과 조합되어 이러한 모델을 사용함으로써, 위치 추정에서의 신뢰도 향상이 이루어질 수 있다. 도 16에서와 같이, 경로(1661-1662)를 따른 반사 뿐만 아니라 경로(1663)의 새도우도 적절하게 예측될 수 있다. 그래서, 처음에 반대로 나타났었던 정보는 실질적으로 예측될 수 있어, 기대 위치를 계산하거나 측정 결과의 해석에 도움이 되도록 사용될 수 있다.

위치 추정을 실행하는데 바람직한 한가지 특성은 시간에 걸쳐 사용자의 위치를 추적하는 기능이다. 이것이 행해지면, 다수의 알고리즘을 적용함으로써 위치 추정이 향상될 수 있다. 먼저, 도 16의 예를 고려해본다. 새도우 장애와 강한 반사를 모두 만들게 되는 위치는 비교적 적고, 이동하는 사용자는 이러한 영역을 비교적 빨리 통과하는 경향이 있다. 그래서, 사용자를 추적함으로써, 명확한 거리나 각도에서의 갑작스러운 점프는 가입자가 이 장애 영역을 통과하는 시간 동안 위치 추정을 덜 확실하게 만드는 경향이 있는 전파 경로에서 반사나 다른 장애를 나타낼 수 있다. 사용자를 추적함으로써, 예를 들면 시간에 걸쳐 주기적인 거리, 각도, 및 위치 측정을 취함으로써, 속도 및 위치의 평가는 열악한 위치 파악 신뢰도가 존재하는 수 초 동안까지도 위치를 예측하는데 사용될 수 있다. 또한, 평가에서의 랜덤 변동을 제거하기 위해, 사용자의 위치 추정에는 평균화가 적용될 수 있다. 평균화는 추적된 사용자 및 추적되지 않은 사용자나 정체물 모두에 행해질 수 있다.

위치 추정을 향상하기 위한 또 다른 방법은 지형 데이터베이스를 사용하는 것이다. 지금은 지형 데이터베이스가 일반적인 것으로, 도로 등급, 카테고리, 제한 속도, 및 도로 벡터의 맵과 같은 정보를 포함한다. 셀룰러 시스템의 베이스 사이트에 의해 결정된 평가 속도 및 방향과 같은 측정 정보는 사용자를 적절한 도로에 인가하도록 위치 추정 및 지형 데이터베이스와 연관되어 사용될 수 있으므로, 도로 정보를 포함하여 위치 추정을 향상시키는 기능을 제공하고, 그에 의해 에러를 줄여 위치 추정의 전체적인 확실성을 향상시킨다. 예를 들면, 지형 데이터베이스에 서로 상관시킴으로써, 고속도로가 단지 수 십 미터 떨어져 있을 때, 고속도로 속도로 개방 필드 및 아파트 단지를 가로질러 운전하고 있는 가입자에 대한 평가 위치가 갖는 것과 같은 에러는 검출되어 보상될 수 있다.

높은 신뢰도를 갖는, 예를 들면 기지국으로 다시 전달되는 완전한 GPS 수신기를 갖춘 이동 유닛의 사용을 포함하는 다수의 또 다른 가능한 방법은 향상된 위치 파악 정확도를 허용할 수 있다. GPS 유닛을 갖춘 이동 유닛의 위치 추정이 미지의 위치의 가입자에 대응하면, 미지의 위치는 GPS 위치와 똑같은 것으로 가정될 수 있다.

가입자 유닛의 위치를 추정하고, 제2 가입자 유닛에 대한 각도 및 거리를 계산함으로써, 제1 가입자 유닛으로의 방향과 관련되는 정보는 제1 가입자 유닛의 위치로의 헤딩 및 거리를 디스플레이하도록 제2 가입자 유닛에 전달될 수 있다. 부가하여, 위치 추정, 거리 좌표, 평가 속도, 및 가속도 정보도 제2 가입자 유닛에 전달될 수 있다. 사용자의 위치를 파악하도록 시도하고 있는 앰뷸런스나 경찰차를 고려해본다. 헤딩과 거리, 및/또는 거리 좌표를 경찰차나 앰뷸런스에 전송함으로써, 디스플레이는 호출자의 위치를 경찰이나 앰뷸런스에 전할 수 있다. 헤딩, 거리, 및 좌표 정보에 부가하여, 평가된 정보의 확실성에 관한 표시도 디스플레이에 포함될 수 있다. 추적된 응답은 사용자가 높은 신뢰도를 갖는 최종 공지 위치 및 더 낮거나 더 높은 신뢰 수준을 갖는 나중 위치를 볼 수 있게 허용하도록 다른 정도의 확실성을 갖는 일련의 위치를 디스플레이하여, 사용자가 영역에 대한 지식을 사용해 데이터를 해석할 수 있게 한다. 지형 맵 디스플레이는 바람직한 방법이 된다.

고속도로 전화박스와 같은 공지된 위치를 갖는 유닛도 또한 위치 파악 시스템을 조정하고 측정하는데 사용될 수 있다. 이는 타이밍 (가입자 유닛 내부의 시간 지연 이외의)을 기초로 한 빔 안테나, 각도, 및 거리 평가가 루틴을 근거로 측정될 수 있게 한다. 다수의 이 고정된 가입자 유닛들은 시스템 측정에 도움이 되도록 다른 각도 및 거리에서 사용될 수 있다.

다른 상대 높이로 위치하는 다수의 베이스 사이트를 사용해, 다차원 위치 파악 시스템은 가입자 유닛의 높이를 평가하는데 사용될 수 있다. 일부는 지상층 가까이 있고, 다른 것들은 다양한 지붕에 있는 베이스 사이트의 그룹을 고려해본다. 높이 차원을 포함하고, 충분한 측정 경로를 가짐으로써, 높이 평가가 이루어질 수 있다. 수직빔 패턴도 또한 이동 유닛 높이의 평가를 향상시키는데 사용될 수 있다.

상술된 바와 같이 가입자 유닛의 위치 추정을 향상시킴으로써, 이러한 위치 추정을 사용한 많은 어플리케이션 및 서비스가 제공될 수 있다. 예를 들면, 위치 추정는 식당, 서비스국 등에 대한 업종별 안내형 요구와 같은 데이터 액세스에 사용될 수 있다. 또 다른 예로, 119 비상에 대한 호출자 ID가 위치 추정, 가장 가까운 도로나 교차로, 또한 속도를 포함할 수 있고, 차를 운전하는 사용자가 계속 서있는 사용자나 건물내에 있는 사용자와 구별될 수 있다.

또 다른 어플리케이션은 사용자 프로파일이 구역별 요금청구와 같이 영역 경계를 포함할 수 있는 것이다. 구역별 요금청구 시스템에서는 가입자에게 위치를 기초로 다른 비율로 요금이 청구될 수 있다. 예를 들면, 가정에서는 낮은 요금청구 비율이 사용되고, 가입자가 차에 있을 때에는 더 높은 요금청구 비율이 사용된다. 구역별 요금청구는 가입자가 가정에서, 작업시, 또는 이동중에 똑같은 전화기를 사용할 수 있는 편리한 한 번화 서비스를 제공하는데 유용하다.

또 다른 어플리케이션은 사용자 프로파일이 비허용 영역과 같이 경계를 포함할 수 있는 것이다. 기지국의 주기적인 프로브에 의해, 프로브가 가입자의 전화기를 울릴 필요없이 사용자의 위치가 추적될 수 있다. 비허용 영역 경계 가까이 있을 때, 트래킹은 주파수를 증가시킬 수 있다. 사용자가 비허용 영역으로의 경계와 교차하면, 호출은 기록된 정보 또는 데이터를 갖는 소정의 번호로 배치될 수 있다. 또한, 기록된 정보 또는 데이터와 함께 가입자 유닛에 호출이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 렌트카 회사가 사용자에게 특정 지역들 밖에 머물도록 요구하는 것과, 10대 소년/소녀에게 특정 영역 밖에 머물도록 요구하는 것이 포함된다. 시간대는 비허용 영역을 정의하는 것의 일부가 될 수 있다.

또 다른 어플리케이션에서는 특정한 셀룰러 사이트 경계에 다른 시스템 종류를 갖는 다른 시스템 작동자가 있다. 일부 위치에서는 작동자가 "A" 세트의 주파수를 갖고, 다른 위치에서는 작동자가 "B" 세트의 주파수를 갖는다. 그래서, 복잡하게 전이 영역이 오버랩되지 않고, 경계에서 하드 핸드오프 (hard handoff)를 실행하는 것이 바람직하다. 위치 추정을 사용함으로써, 하드 핸드오프 (반송파 주파수에서의 변화)는 적절한 시간 및 위치에서 실행될 수 있다. 핸드오프 결정시에는 헤딩 및 속도 정보가 또한 포함될 수 있다.

본 발명은 특정 실시예와 연관되어 설명되었지만, 상기 설명의 견지에서 종래 기술에 숙련된 자에게는 많은 변경, 수정, 및 변형가 명확함이 명백하다. 예를 들면, 가입자 유닛(200)의 탐색기(240) 및 (280)과, 기지국(301)의 탐색기(340), 프로세서(350), 및 다른 회로는 특정한 논리적/기능적 회로 관계에 대해 기술되지만, 종래 기술에 숙련된 자는 이들이 적절하게 구성되고 프로그램된 프로세서, ASIC (application specific integrated circuit), 및 DSP (digital signal processor)와 같이, 다양한 방법으로 실현될 수 있음을 이해하게 된다. 또한, 본 발명은 IS-95 CDMA 시스템에서 칩 정보를 통해 위치를 결정하는 것에 제한되지 않고, 임의의 CDMA 시스템이나 다른 통신 시스템에 적용가능성을 갖는다. 또한, 위치 파악에 대한 많은 어플리케이션이 설명되었지만, 본 발명은 어느 특정한 위치 파악 어플리케이션에 제한되지 않는 것으로 생각된다.

따라서, 본 발명은 상기의 실시예 설명에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구항 및 그와 동일한 것의 의도 및 범위에 따라 이러한 변경, 수정, 및 변형을 모두 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

통신 시스템에서 가입자 유닛의 위치를 추정하기 위한 방법에 있어서,

제1 기지국에서, 확산 심볼들의 시퀀스(sequence of spreading symbols)에 의한 변조를 통해 형성된 신호를 상기 가입자 유닛으로부터 수신하는 단계;

상기 제1 기지국에서, 상기 확산 심볼들의 시퀀스에 기초하여 상기 신호의 제1 수신 시각을 결정하는 단계;

상기 제1 기지국에서, 고정 빔 안테나(fixed beam antanna)를 사용하여 상기 신호의 제1 도래각(angle of arrival)의 추정치를 결정하는 단계; 및

상기 제1 수신 시각, 상기 제1 도래각 및 상기 제1 기지국에 대하여 추가로 선정된 정보로부터 상기 가입자 유닛의 위치를 결정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제1항에 있어서, 제2 기지국에서, 상기 확산 시퀀스에 기초하여 상기 신호의 제2 수신 시각을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제2항에 있어서, 상기 제2 기지국에서, 고정 빔 안테나를 사용하여 상기 신호의 제2 도래각의 추정치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제3항에 있어서, 상기 제2 수신 시각 및 상기 제2 도래각에 기초하여 상기 가입자 유닛의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제2항에 있어서, 제3 기지국에서, 상기 확산 시퀀스에 기초하여 상기 신호의 제3 수신 시각을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제5항에 있어서, 상기 제3 기지국에서, 고정 빔 안테나를 사용하여 상기 신호의 제3 도래각의 추정치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제2항에 있어서, 상기 제2 기지국은 보조 기지국(auxiliary base station)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제2항에 있어서, 상기 제2 기지국은 마이크로셀 기지국(microcell base station)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제1항에 있어서, 상기 안테나의 고정 빔은 안테나 어레이를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제1항에 있어서, 상기 고정 빔 안테나는 섹터 안테나(sector antenna)인 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
제1항에 있어서, 주어진 가입자 유닛에 대하여 시스템 이득(system gain)을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
다수의 기지국들을 갖고 통신 유닛의 위치를 확인하도록 동작가능한 통신 시스템에 있어서,

제1 및 제2 기지국 -상기 제1 및 제2 기지국 각각은 확산 심볼들의 시퀀스에 의한 변조를 통해 형성된 신호를 상기 통신 유닛으로부터 수신하도록 동작가능한 수신기와 상기 시퀀스에 기초하여 상기 신호의 수신 시각을 결정하도록 동작가능한 검출기를 포함하고, 상기 수신기는 제한된 수신 각(limited angle of reception)을 갖는 안테나에 결합되도록 조정되며, 상기 신호의 제1 도래각의 추정치를 결정하도록 구성됨- 에 응답하는 제어기; 및

상기 제어기에 응답하여, 상기 시퀀스를 기초로 상기 신호의 제1 및 제2 수신 시각을 결정하도록 상기 제1 및 제2 기지국에 요구하고, 상기 제1 및 제2 수신 시각, 상기 신호의 상기 제1 도래각, 및 상기 제1 및 제2 기지국에 대한 추가 정보로부터 상기 통신 유닛의 위치를 결정하도록 동작가능한 위치 확인 프로세서

를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
통신 시스템에서 가입자 유닛의 위치를 추정하기 위한 방법에 있어서,

제1 신뢰도(confidence level)를 가지는 제1 위치 측정을 수행하는 단계 -상기 단계는 제1 기지국에서, 확산 심볼들의 시퀀스에 의한 변조를 통해 형성된 신호를 상기 가입자 유닛으로부터 수신하는 단계; 상기 제1 기지국에서, 상기 확산 심볼들의 시퀀스에 기초하여 상기 신호의 제1 수신 시각을 결정하는 단계; 및 상기 제1 기지국에서, 고정 빔 안테나를 사용하여 상기 신호의 제1 도래각의 추정치를 결정하는 단계에 의함-;

제2 신뢰도를 가지는 제2 위치 측정을 수행하는 단계;

상기 제1 및 제2 위치 측정에 기초하여 상기 가입자 유닛의 추정된 위치를 결정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 유닛 위치 추정 방법.
무선 통신 시스템에 있어서,

가입자 유닛과 무선 통신을 행하고, 확산 심볼들의 시퀀스에 의한 변조를 통해 형성된 신호를 상기 가입자 유닛으로부터 수신하는 제1 기지국;

상기 제1 기지국에서, 상기 확산 심볼들의 시퀀스에 기초하여 상기 신호의 제1 수신 시각을 결정하는 제1 도래 시각 검출기(time of arrival detector);

고정 빔 안테나에 결합되도록 조정되어, 상기 제1 기지국에서, 상기 신호의 제1 도래각을 결정하는 도래각 검출기; 및

상기 제1 수신 시각, 상기 제1 도래각, 및 상기 제1 기지국에 대해 추가로 선정된 정보로부터 상기 가입자 유닛의 추정된 위치를 결정하는 위치 추정 유닛

을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
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