KR100539678B1 - 디지피에스 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 DGPS 시스템은 위성으로부터 수신된 제1수신신호와 위치 설정 서버부로부터 수신된 제2수신신호를 각각 디지털 신호로 변환시키고, 제어 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 선택적으로 상기 위치 설정 서버부로 전달하는 핸드셋부; 및 상기 핸드셋부로부터 데이터를 수신하여 상기 핸드셋부의 정확한 위치를 구하는 위치 설정 서버부를 포함한다. 본 시스템은 셀룰러 폰(AMPS,GSM,CDMA 등)등에 적용하여 기존의 회로를 최소한 수정하고 최대한으로 공유시키므로, 고속의 통신 및 정보처리 환경을 최대한으로 이용할 수 있다. 또한 위치 설정 서버부의 역할을 강화하였기 때문에 단말 가격 상승 효과를 최대한으로 억제하였고, 단말기 업체의 경우 GPS 프로그램 개발부담을 최소화한다.

Description

디지피에스 시스템

본 발명은 상대 위치 측정 시스템(Differential Global Positoning System;이하 DGPS라고 함)에 관한 것이다.

DGPS는 정확한 위치를 알고 있는 한 기준점에 GPS 수신기를 설치하고 기준국에서 GPS 수신기를 설치하고 기준국에서 GPS 위성 신호에 포함된 오차를 이용하여 해석함으로써, 정확한 위치를 측정하는 기술이다. 이미 미국, 유럽 등에서는 1996년부터 DGPS 서비스를 실시하고 있다.

DGPS 구현 방법에는 여러 가지 옵션들이 있으며, 이 옵션들은 DGPS 구현에 무선 통신망에 부담이 되는 부하(load)의 정도와 직접적인 관련이 있다. 이러한 옵션들의 결정은 핸드셋 사용자와 서버 운용자간에 사전 약속이 되어 있을 수도 있고, DGPS 서비스를 받을 때마다 통화채널을 통하여 이루어질 수도 있으며, 그 옵션들에는 다음과 같은 것들이 있을 수 있다. 1.핸드셋(Handset)과 기지국(BS) 또는 핸드셋과 서버간의 통화를 중계할 때 볼 수 있는 위성들의 수와 그 식별자(identity;ID), 2.보이는 위성들의 도플러 효과 인자(Doppler Effect Factor), 3.보이는 위성들의 궤도력 데이터(ephemeris data), 4.보이는 위성들의 책력 데이터(almanac data), 및 5.시간 정정 데이터(time correction data)이다.

스냅트랙사(SnapTrack Inc.)에서는 단말기의 가격 상승효과를 최소화하기 위하여 핸드셋과 서버간의 역할분담을 정의하였다. 핸드셋은 수신된 위성 신호를 디지털 신호 프로세싱(Digital Signal Processing; DSP)에 의한 프로그램(알고리즘)으로 부분처리하고, 서버는 그 처리결과를 이용하여 핸드셋의 위치를 찾는 방식이었다.

즉, 핸드셋이나 서버에 의한 위치 설정 요구가 발생하면, 핸드셋은 근처에 있는 기지국의 위치정보(위도, 경도, ID 등)를 서버에 제공한다. 그러면 서버는 핸드셋에서 제공된 정보를 통하여 현 핸드셋의 위치에서 보이는 위성들과 그 도플러 효과에 대한 정보를 핸드셋에게 제공한다. 핸드셋은 수신된 위성신호를 DSP처리하여 의사 범위(Pseudo-range)를 구하고 이것을 신호를 수신한 시간과 함께 서버에 제공한다. 서버는 의사거리와 수신시간 정보를 바탕으로 핸드셋의 위치를 결정하고 공중보안액세스포인트(Public Safe Access Point)이나 위치응용기에 핸드셋의 위치 정보를 제공한다.

도 1은 종래의 DGPS 시스템의 구성도로서, 위성(100)으로부터 신호를 수신하여 상기 수신된 신호를 처리하는 핸드셋(130)과, 핸드셋(130)으로 필요한 정보를 제공하고 핸드셋(130)이 처리한 신호의 나머지를 처리하는 위치 설정 서버(170)와, 핸드셋(130)과 위치 설정 서버(170)간의 유/무선 통신망을 통해 중계역할을 하는 중계부(150)로 구성되어 있다.

상기 핸드셋(130)은 상기 위치 설정 서버(170)에서 전송된 정보를 처리하는 이동국(133)과, 위성(100)으로부터 수신된 신호를 기저 대역 디지털 신호로 변환시키고, 상기 이동국(133)을 통하여 위치 설정 서버(170)에서 전송된 정보를 처리하는 GPS 수신부(131)로 구성된다. 여기서, GPS 수신부(131)는 수신용 안테나(132)를 포함하며, 이동국(133)은 중계부(150)로 송신하거나 수신하는 제 1 안테나(134)를 포함한다. 또한, 상기 중계부(150)는 이동국(133)과 신호를 교환할 수 있는 제 2 안테나(151)를 포함한다.

위성(100)은 50 Hz의 데이터를 1.023MHz의 C/A 코드(Coarse Acquisition Code(Pseudo-Noise code) to identify satellites)에 더하여 1.575GHz 대역의 L1 반송파에 실어서 내보낸다(120). 이 대역의 데이터는 위성의 시간, 궤도력(110), 책력 등의 정보를 포함한다. GPS 수신부(131)는 위성(100)으로부터의 수신된 신호(120)를 처리한다. 처리 방식은 무선 주파수(Radio Frequency;RF)를 중간 주파수(Intermediate Frequency;IF)대역신호로 변환하고 이 IF신호를 다시 기저대역(baseband) 디지털 신호로 변환시킨다. 이동국(133)은 제 1 안테나(134)를 통하여 무선(140)으로 중계부(150)와 연결한다.

중계부(150)는 제 2 안테나(151)를 통하여 수신된 신호를 다시 무선이나 유선 공중망(160)으로 위치 설정 서버(170)로부터 필요한 정보를 얻는다. 그리고 이 정보는 다시 제 2 안테나(151)를 통하여 핸드셋(130)으로 전달한다. GPS 수신부(131)나 이동국(133)은 이 신호를 완전 처리하여 현 위치를 찾거나, 핸드셋(130)에서 부분 처리하여 각 위성에 대한 의사 범위를 구하고 이를 다시 위치 설정 서버(170)로 보내어 위치 설정 서버(170)가 나머지를 처리하여 핸드셋(130)의 위치를 찾게 한다.

도 2는 도 1의 GPS 수신부 구성도로서, GPS 수신부(131)는 위성으로부터 신호를 수신하는 수신용 안테나(132)와, 수신받은 신호를 아날로그 신호 처리하는 아날로그부(210)와, 아날로그부(210)의 출력 신호를 입력받아 디지털 신호 처리하는 디지털부(220)로 구성되어 있다. 상기 아날로그부(210)는 수신된 신호를 증폭하는 증폭부(211)와, 증폭된 신호를 IF로 변환하고 이 신호를 다시 기저대역신호로 변환하는 혼합부(212)와, 기저 대역의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부(213)로 구성되어 있다. 다른 실시예에서, 아날로그부(220)는 필터와 이를 제외한 칩셋(Chipset)으로 구현이 되기도 한다. 상기 디지털부(220)는 변환된 디지털 신호를 처리하는 프로세서부(221)와 처리된 신호를 일시적으로 저장하는 메모리부(222)로 구성되어 있다.

수신용 안테나(132)를 통하여 위성(100)으로부터 수신된 신호는 증폭부(211)에서 잡음이 거의 없이 증폭되어진다. 증폭된 신호는 혼합부(212)에서 IF로 변환된 다음에 다시 기저대역신호로 변환이 되고, 변환부(213)에서 디지털 신호로 변환된다. 변환된 디지털 신호는 프로세서부(221)에서 일정한 처리방법에 따라서, 의사범위(거리)를 계산한다. 프로세서부(221)에서 처리된 신호는 메모리부(222)에 일시적으로 저장된다. 여기서, 프로세서부(221)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)이나 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array; FPGA)로도 구현 가능하다.

상기와 같이 종래 기술은 디지털 신호 처리를 기반으로 하기 때문에, GPS 수신부가 위성으로부터 받는 신호를 고속으로 처리하기 위한 고성능 DSP를 필요로 한다. 그리고 이런 요구를 뒷받침할 수 있는 회로도 필요로 한다.

또한, 서버와 핸드셋 간의 데이터 교환량, 즉 무선통신망에 대한 부하를 줄이기 위한 스냅 트랙사 제안에 따르면, GPS 수신부는 DSP나 GPS전용 칩셋 어느 것을 사용하더라도 단말기 회로가 복잡해지고, 단가가 상승함으로써, 무선 단말 업체의 입장에서는 GPS 신호를 처리할 수 있는 프로그램 개발의 부담을 겪게된다.

따라서, 고속으로 신호 처리가 가능하며 무선통신망의 수신부에 부담을 줄이고 기존 회로의 구성 및 작용에 별다른 영향을 주지 않는 DGPS 시스템의 개발이 요구되고 있다.

이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 상기의 필요성을 충족하기 위하여 안출된 것으로서, GPS 수신부와 이동국간의 회로를 최대한으로 공유함으로써 기존의 핸드셋 시스템을 최소한의 수정을 통하여 보완하고, 고속의 통신 환경 및 정보처리 환경을 최대한으로 이용할 수 있는 DGPS 시스템을 제공하는데 있다.

본 장치는 위성으로부터 수신된 제1수신신호와 위치 설정 서버부로부터 수신된 제2수신신호를 각각 디지털 신호로 변환시키고, 제어 신호에 따라 상기 디지털 변환된 신호를 선택적으로 상기 위치 설정 서버부로 전달하는 핸드셋부; 상기 핸드셋부로부터 데이터를 수신하여 상기 핸드셋부의 정확한 위치를 구하는 위치 설정 서버부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 DGPS 시스템의 구성도이다.

핸드셋부(300)는 위성으로부터 수신된 신호를 기저대역의 디지털신호로 변환하는 GPS 수신부(310)와, 상기 위치 설정 서버부(미표시)의 출력을 수신하여 디지털로 변환한 신호와 상기 GPS 수신부(310)에서 출력된 신호중 하나를 선택적으로 상기 위치 설정 서버부(미표시)로 전달하는 이동국(320)으로 구성된다.

상기 GPS 수신부(310)는 위성으로부터 신호를 수신하는 제 1안테나 장치(311)와, 상기 수신된 신호를 증폭하되 잡음이 거의 없도록 하는 증폭부(312)와, 상기 증폭된 신호를 기저대역 신호로 변환하는 혼합부(313)와, 상기 기역대역 신호를 디지털 신호로 변환하는 제 1 변환부(314)로 구성된다.

상기 이동국(320)은 상기 위치 설정 서버부(미표시)와 신호를 송수신하는 제 2 안테나 장치(326)와, 상기 제 2 안테나 장치(326)로 RF신호를 송수신하는 신호부(321)와, 상기 GPS 수신부(310)내의 기능을 제어하는 제어부(324)와, 상기 신호부(321)로부터 입력된 신호는 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부(324)로 출력하고, 상기 제어부(324)로부터 입력된 신호는 아날로그 신호로 변환하여 상기 신호부(321)로 출력하는 제 2 변환부(322)와, 상기 제어부(324)의 제어신호에 따라서 상기 제 1 변환부(314)에서 출력된 신호와 상기 제 2 변환부(322)에서 출력된 신호 중 하나를 선택하는 선택부(325)와, 상기 제어부(324)의 입출력 정보를 일시적으로 저장하는 메모리부(323)로 구성된다. 여기서, 제 2 변환부(322)는 범용 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; ADC)를 사용하고, 선택부(325)는 멀티플렉서(multiplexer)를 사용하는 경우에 해당하며, 제어부(324)의 ADC의 인에이블, 데이터, 클럭 포트는 각 ADC에 연결된다.

제 1 안테나(311)를 통하여 위성으로부터 수신된 신호는 증폭부(312)에서 잡음이 거의 없이 증폭되어진다. 증폭된 신호는 혼합부(313)에서 IF로 변환되고 다시 기저대역 신호로 변환된다. 상기 기저대역 신호는 제 1 변환부(314)를 거치면서 디지털 신호로 변환된다.

신호부(321)에서 출력된 아날로그 신호는 제 2 변환부(322)에서 디지털 신호로 변환이 된다. 선택부(325)는 상기 제 1 변환부(314)에서 디지털 신호로 변환된 샘플신호와 제 2 변환부(322)의 출력 데이터 중 하나를 상기 제어부(324)의 제어신호에 따라서 선택적으로 출력한다. 선택부(325)의 출력신호는 제어부(324)에 의해 처리되어 메모리부(323)에 일단 저장되고, 신호부(321)와 제 2 안테나(326)를 통하여 위치 설정 서버부(미표시)로 고속 전달된다. 즉 GPS 수신부(310)는 위성 신호를 처리하는데 있어서 최소한의 기능만을 하고, 그 대부분의 디지털 프로세싱은 위치 설정 서버부(미표시)에 전가한다.

핸드셋부(300)가 그 위치를 결정하기 위해서 위치 설정 서버부(미표시)로 송신하는 데이터의 내용은 다음과 같은 사항들이다. 위성신호를 RF에서 IF로 낮춘 다음 샘플링한 디지털 데이터와, 데이터를 위성으로부터 수신하기 시작한 시각과, 이동국(320)과 데이터를 주고받기 위해서 유지하고 있는 기지국의 위치(위도, 경도 및 ID)이다.

상기 데이터를 송신할 때 그 순서에는 크게 상관없지만, 그 중 어느 하나라도 빠져서는 안 된다. 송신 순서에 따른 메시지의 형태를 보면, 송신메시지 식별자, 위성신호 수신 시각, 기지국의 위도 및 경도, 샘플링데이터 와 같은 순서이다. 이 메시지는 코드분할다원접속(Code Division Multiple Access; CDMA)에서 회로 교환 방식이나 패킷 교환 방식으로 송신이 된다.

또 다른 예를 들면, 송신메시지식별자, 송신메시지 순서식별자, 송신데이터순서이다. 여기서, 만약 송신메시지순서식별자가 00"/"1"/"10"/"11"일 때 각각의 위성 신호 수신 시각, 기지국의 위도 및 경도, 샘플링 데이터, 예약된 널(NULL) 들이 송신데이터의 위치에 덧붙여진다.

위와 같은 데이터를 핸드셋부(300)로부터 수신한 위치 설정 서버부(미표시)는 이동국(320)의 위치를 기지국의 위·경도를 통해 추출하고, 이를 바탕으로 하여 위치와 위성신호 수신 시각에서 보이는 위성들의 목록을 만든다, 그런 다음 그것들의 도플러 효과를 감안한 상태에서 샘플링 데이터를 처리하고, 폐쇄된 형태의 해법(Closed Form Solutions), 선형성에 기초한 반복적인 테크닉(Iterative Techniques Based On Linearization), 칼만 필터링(Kalman Filtering)등의 방법을 이용하여 각 위성에 대한 의사범위(거리)를 계산한다. 이런 의사범위들로부터 에러값을 보정하여 핸드셋부(300)의 정확한 위치를 계산한다.

도 3b는 본 발명에 따른 제 2실시예로서, 기능면에 있어서는 (a)와 같은 기능을 하는 회로도이며, 단지 GPS수신부(310)내의 제 1 변환부(314)를 이동국(320)내의 제 2 변환부(322)로 대체한 것으로, GPS 수신부(310)의 출력은 선택부(325)를 통하여 제 2 변환부(322)의 입력포트에 입력된다.

상기 도 3a와 도 3b에서 예시된 제어부(324)는 전력소모를 감안하여 범용 입출력 포트(미표시)를 통하여 수신부 내의 각 기능 장치들을 제어한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 DGPS 시스템은 수신된 신호를 고속으로 처리하기 위해서 고성능의 DSP를 필요로 하고, 동시에 이런 기능을 뒷받침하기 위한 회로가 수반되어야 했다. 또한 종래는 DSP를 사용하든 GPS전용 칩셋을 사용하든 단말기의 회로가 복잡하여 업체의 단가 상승을 가져오고, GPS 신호 프로그램을 개발하여야 하는 부담 등이 있었다.

그러나, 본 발명은 종래에 비하여 서버의 역할을 강화하고, 셀룰러 폰(AMPS,GSM,CDMA 등)에 적용하여 핸드셋에 대한 회로를 최소한으로 수정하고 GPS수신기와 MS장비간의 회로를 공유시키도록 함으로써, 고속의 통신 및 정보처리 환경을 최대한으로 이용할 수 있다. 또한, 소프트웨어의 수정도 최소화하고, 무선 단말 업체의 단가 상승을 최대한 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라, GPS를 이용한 위치 추적 시스템의 시장 활성화에도 기여한다.

도 1은 종래의 DGPS 시스템의 구성도,

도 2는 도 1의 GPS 수신부 구성도,

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 DGPS 시스템의 구성도,

도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 DGPS 시스템의 구성도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

300: 핸드셋부 310: GPS 수신부

311: 제 1 안테나 312: 증폭부

313: 혼합부 314: 제 1 변환부

320: 이동국 321: 신호부

322: 제 2 변환부 323: 메모리부

324: 제어부 325: 선택부

326: 제 2 안테나

Claims (3)

1. 위성으로부터 수신된 신호를 기저대역의 디지털 신호로 변환하는 GPS 수신부와, 상기 GPS 수신부를 제어하며, 외부 서버로부터 입력된 디지털 변환출력신호와 상기 GPS 수신부에서 출력된 신호중 어느 하나를 선택하여 외부 서버로 무선 전송하는 이동국으로 구성되는 핸드셋부; 및

   상기 핸드셋부로부터 데이터를 수신하여 상기 핸드셋부의 정확한 위치를 구하는 위치 설정 서버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 이동국은 상기 위치 설정 서버부와 신호를 송수신하는 제 2 안테나;

   상기 제 2 안테나와 송수신하는 신호부;

   상기 선택부와 상기 GPS 수신부 내의 기능을 제어하는 제어부;

   상기 신호부로부터 입력된 신호는 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 출력하고, 상기 제어부로부터 입력된 신호는 아날로그 신호로 변환하여 상기 신호부로 출력하는 제 2 변환부;

   상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 제 1 변환부에서 출력된 신호 및 상기 제 2 변환부에서 출력된 신호 중 하나를 선택하는 선택부; 및

   상기 제어부로부터 출력된 데이터를 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이동국은 메모리부에 저장되어 있는 데이터, 위성 신호 수신 시각, 기지국의 위도/경도 및 식별자를 포함한 정보를 상기 위치 설정 서버부로 제공하는 것을 특징으로 하는 DGPS 시스템.