KR100539915B1

KR100539915B1 - Ａｇｐｓ 시스템에서 획득 보조 정보 생성 방법

Info

Publication number: KR100539915B1
Application number: KR10-2003-0077067A
Authority: KR
Inventors: 이영식; 정재영; 금동준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-12-28
Also published as: EP1528404A3; CN100430746C; EP1528404B1; US7212157B2; US20050093742A1; CN1664608A; KR20050041794A; EP1528404A2

Abstract

본 발명은 에이.지.피.에스 시스템의 지.피.에스 신호 획득 보조 정보 생성 방법에 있어서, 위치 측정의 대상이 되는 단말기로부터의 상기 지.피.에스 신호 획득 보조 정보 요청에 따라 상기 단말기의 이동통신망에 포함된 중계기 정보를 수신하는 제1 과정과, 상기 중계기 정보를 이용하여, 상기 단말기와 상기 단말기와 동기를 이루는 기지국 사이에 존재하는 중계기에 의해 발생하는 중계기 시간 지연을 결정하는 제2 과정과, 상기 중계기 시간 지연을 고려하여 상기 단말기에 대한 지.피.에스 획득 보조 정보를 생성하는 제3 과정으로 이루어진다. 본 발명에서 중계기 시간 지연을 고려하여 생성된 지.피.에스 획득 보조 정보는 단말기가 보다 정교하고 안정적으로 지.피.에스 위성 신호를 획득할 수 있도록 한다. 또한 이러한 단말기의 정확하고 안정적인 지.피.에스 위성 신호 획득은 에이.지.피.에스 시스템에서 단말기의 위치 계산 정확도를 높이는 탁월한 효과가 있다.

Description

ＡＧＰＳ 시스템에서 획득 보조 정보 생성 방법{METHOD FOR GENERATING ACQUISITION ASSISTANT INFORMATION IN ASSISTED GLOBAL POSITIONING SYSTEM}

본 발명은 AGPS(Assisted Global Positioning System) 시스템에 관한 것으로, 특히 AGPS 시스템에서 단말기의 위치 결정 시 필요한 GPS 신호 획득 보조 정보(Acquigition Assistance Information, 이하' AA 데이터'라 칭함) 생성 방법에 관한 것이다.

현재 GPS(Global Positioning System) 위성을 이용한 위치 결정 기술은 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 특히 차량 및 선박 항법 장치, 이동통신 단말기의 위치 측정 등에 폭넓게 이용되고 있다. GPS 위성을 이용하여 위치를 측정하기 위해서는 차량 및 선박 항법 장치, 이동통신 단말기 등과 같이 위치 측정 대상이 되는 장치에 GPS 수신기를 장착하고, GPS 위성으로부터 계속해서 GPS 신호를 수신하여야 하는데 이는 전력이 많이 소모되는 문제점이 있다. 특히, 단말기의 경우 한정된 배터리를 사용하므로 GPS 수신기를 통한 전력 소모 때문에 통화 가능 시간이 줄어들게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 단말기가 위치 측정이 필요한 경우에만 GPS 수신기를 동작시키도록 하는 방법이 사용되고 있다. 그런데 상기 방법은 단말기 전력 소모를 줄이는 효과가 있는 반면, GPS 수신기가 위치 측정에 필요한 GPS 위성 신호를 획득하는데 많은 시간이 걸리게 된다.

상기한 바와 같이 단말기에서 GPS 수신기의 전력 소모 문제와 GPS 위성 신호 획득에 필요한 걸리는 시간문제를 해결하기 위해 AGPS 시스템이 이용되고 있다. AGPS 시스템은 단말기에 GPS 신호를 획득하기 위한 AA 데이터를 제공함으로써 단말기가 AA 데이터를 이용하여 보다 빨리 GPS 신호를 획득할 수 있도록 하는 시스템이다.

이하 일반적인 AGPS 시스템에서 단말기의 위치 결정 과정을 설명한다.

도 1은 일반적인 AGPS 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 일반적인 AGPS 시스템에서 단말기의 위치 결정 과정 흐름도이다.

먼저 도 1을 참조하면, AGPS 시스템은 이동통신 단말기(10), GPS 위성(20), 이동통신망(30), 위치 결정 서버(40), 기준국 GPS 수신기(50)로 구성된다.

이동통신 단말기(이하'단말기'라 칭함)(10)는 GPS 수신기를 내장하고 GPS 위성(20)으로부터 GPS 신호를 수신하며, 이동통신망(30)을 통해 위치 결정 서버(40)와 연결된다. 이동통신망(30)은 동기 방식 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템인 경우 기지국(32), 기지국 제어기(34), 이동교환국(36)으로 구성될 수 있다. 단말기(10)는 기지국(32)과 무선통신을 통해 기지국 제어기(34) 및 이동교환국(36)을 거쳐 위치 결정 서버(40)와 연결된다. 한편, 이동통신망(30)은 비동기 방식 WCDMA(Wide Code Division Multiple Access) 시스템인 경우 노드(node)-B, RNC(Radio Network Controller)로 구성될 수 있으며 ,단말기(10)는 노드-B와 무선통신을 수행하고 RNC를 통해 위치 결정 서버(40)와 연결될 수 있다.

위치 결정 서버(40)는 기준국 GPS 수신기(50)를 장착하고 있으며, 기준국 GPS 수신기(50)를 통해 GPS 위성정보를 수신한다.

이하 도 1 및 도 2를 참조하여 일반적인 AGPS 시스템에서 단말기의 위치 결정 과정을 상세히 설명한다.

단말기(10)는 102단계에서 단말기 위치 결정 요구가 발생하면 104단계로 진행한다. 이때 단말기 위치 결정 요구는 위치 결정 서버(40)에서 발생할 수도 있다. 단말기 위치 결정 요구가 발생함에 따라 단말기(10)는 104단계에서 이동통신망(30)을 통해 위치 결정 서버(40)에 GPS 위성 신호를 획득하기 위한 AA 데이터를 요청한다. GPS 위성 신호는 50Hz의 항법 데이터를 각 위성의 고유 의사 잡음 코드(일명 골드 코드)로 대역 확산시킨 후 약 1.5GHz의 반송파 신호에 실어 BPSK 방식으로 변조시킨 신호이다. 따라서 단말기(10)가 GPS 위성 신호를 획득하기 위해서는 GPS 수신기에 수신된 GPS 신호에서 각 위성의 고유 의사잡음 코드와 1.5GHz의 반송파를 제거해야 한다. 이를 위해 단말기(10)가 필요로 하는 정보를 AA 데이터라고 한다. AA 데이터는 단말기(10)가 관측 가능한 GPS PRN번호, 적용 시점(TOA:Time Of Application), GPS 위성의 의사거리 정보와 의사거리 검색 범위, GPS 위성의 도플러 주파수 정보와 도플러 검색 범위를 포함한다.

위치 결정 서버(40)는 단말기(10)로부터 AA 데이터 요청에 따라 106단계에서 GPS 위성 정보를 이용하여 AA 데이터를 생성한다. 즉, 위치 결정 서버(40)는 기지국 정보 등을 이용하여 단말기(10)의 초기 추정 위치를 예측하고, 적용 시점을 결정한다. 그리고 위치 결정 서버(40)는 단말기(10)가 초기 추정 위치에서 적용 시점에 수신할 수 있는 GPS 위성의 의사 거리 정보(SV_CODE_PH)를 계산하고 그 검색 범위(SV_CODE_PH_WIN)를 설정하며, GPS 위성의 도플러 정보(DOPPLER0)를 계산하고 그 검색 범위(DOPPLER_WIN)를 설정한다. 그리고 상기 계산 및 설정된 SV_CODE_PH, SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER0, DOPPLER_WIN를 이용하여 AA 데이터를 생성한다.

위치 결정 서버(40)는 108단계에서 상기한 바와 같이 생성된 AA 데이터를 단말기(10)로 제공한다. 단말기(10)는 110단계에서 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득하여 GPS 의사거리 정보를 측정한다. 단말기(10)가 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득하는 상세한 방법은 도 3을 참조하여 설명할 것이다.

단말기(10)는 GPS 위성의 의사거리 정보를 측정한 다음 112단계에서 위치 결정 서버(40)로 측정된 GPS 위성의 의사거리 정보를 제공한다. 위치 결정 서버(40)는 114단계에서 단말기(10)로부터 제공된 GPS 의사거리 정보를 이용하여 단말기(10)의 위치를 계산한다. 그리고 위치 결정 서버(40)는 116단계에서 계산된 단말기 위치 정보를 단말기(10)로 제공한다. 114단계의 단말기의 위치 계산은 상술한 것과 같이 위치 결정 서버(40)가 할 수도 있고, 위치 결정 서버(40)가 위성 궤도 정보(Ephemeris)를 제공하는 경우에는 단말기(10)가 할 수도 있다.

그런데 전술한 바와 같은 단말기의 위치 결정 과정에서 기지국(32)에 중계기가 존재하면 중계기 시간 지연이 발생하여 단말기(10)의 실제 SV_CODE_PH, DOPPLER0가 AA 데이터의 SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER_WIN을 벗어나게 된다. 이와 같이 단말기(10)의 실제 SV_CODE_PH, DOPPLER0가 AA 데이터의 SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER_WIN을 벗어나게 되면 단말기(10)는 GPS 위성 신호를 획득할 수 없게 된다.

도 3은 종래 기술에 따른 AA 데이터의 의사 거리 정보와 그 검색 범위(SV_CODE_PH, SV_CODE_PH_WIN), 그리고 도플러 정보와 그 검색 범위(DOPPLER0, DOPPLER_WIN)를 보여주는 도면이다.

이하 도 3을 참조하여 단말기(10)가 위치 결정 서버(40)에서 제공한 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득 하는 과정을 상세하게 설명한다.

도 3을 참조하면, 단말기(10)는 위치 결정 서버(40)에서 제공한 AA 데이터에 따라 전체 코드 검색 범위에서 SV_CODE_PH를 중심으로 SV_CODE_PH_WIN만큼 의사거리 정보를 검색하고, 전체 도플러 검색 범위에서 DOPPLER0를 중심으로 DOPPLER_WIN만큼 도플러 정보를 검색한다. 즉, 단말기(10)는 전체 코드 및 도플러 검색 범위를 검색할 필요 없이 AA 데이터에 해당하는 코드 및 도플러 검색 범위(160)만 검색하므로 빨리 검색할 수 있다. 이때 단말기(10)의 실제 코드 및 도플러 정보가 AA 데이터에 해당하는 코드 및 도플러 검색 범위(160)내의 소정 영역(150)에 포함되는 경우 단말기(10)는 GPS 위성 신호를 획득할 수 있다.

그런데 단말기(10)의 실제 코드 및 도플러 정보가 중계기 시간 지연에 의해 AA 데이터에 해당하는 코드 및 도플러 검색 범위(160)를 벗어난 영역(155)에 존재하게 되면 단말기(10)는 GPS 위성 신호를 획득할 수 없게 된다. 이와 같이 단말기(10)가 GPS 위성 신호를 획득할 수 없게 되면 단말기(10) 위치를 구할 수 없게 된다.

도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 의사거리 정보와 그 검색 범위를 보여주는 도면으로서, 단말기(10)의 실제 코드 및 도플러 정보가 AA 데이터에 해당하는 코드 및 도플러 검색 범위(160)를 벗어난 경우의 예를 도시하고 있다.

도4a 및 도 4b에서 SV_CODE_PH는 위치 결정 서버(40)에서 계산된 의사 거리 정보이고, SV_CODE_PH_WIN는 계산된 SV_CODE_PH를 중심으로 설정된 의사 거리 정보 검색 범위이다. DELAY는 단말기(10)에서 측정되는 GPS 위성의 의사거리가 기지국(30)에 존재하는 중계기에 의해 발생한 중계기 시간지연만큼 지연된 위치를 나타낸다. 도 4a에 예시된 바와 같이 단말기(10)에서 측정되는 GPS 의사거리가 설정된 SV_CODE_PH_WIN를 벗어나게 되면 단말기(10)는 GPS 위성 신호 획득에 실패하게 되고 단말기(10) 위치를 구할 수 없게 되는 것이다.

기존에는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 단말기(10)가 GPS 신호 획득을 위해 AA 데이터를 적용하는 적용 시점을 이동시키거나 SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER_WIN를 크게 설정하는 방법을 이용하였다.

도 4b는 상기 방법들 중 단말기(10)가 GPS 신호 획득을 위해 AA 데이터를 적용하는 적용 시점을 이동시키는 경우에 대한 예이다. 도 4b를 참조하면, 도 4b에서는 오른쪽으로 이동된 SV_CODE_PH와, 이동된 SV_CODE_PH 값을 중심으로 설정된 SV_CODE_PH_WIN을 보여준다. 이와 같이 SV_CODE_PH를 이동시키고, 이동된 SV_CODE_PH를 중심으로 SV_CODE_PH 검색 범위를 설정하면 SV_CODE_PH를 이동시킨 만큼 단말기(10)에서는 GPS 위성 신호를 획득하는데 까지 소요되는 시간(TTFF:Time To First Fix, 이하 'TTFF'라 칭함)이 증가되는 단점이 있다. 또한 기존에는 서빙 기지국의 중계기 시간 지연으로 인해 발생하는 단말기 시계의 편향 오차를 고려하지 않고 적용시점을 이동시키기 때문에 적용시점을 이동시키더라도 단말기(10)가 GPS 위성 신호를 획득할 수 없는 경우가 많이 발생하는 문제점이 있다.

한편, SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER_WIN를 크게 설정하는 방법도 적용시점을 이동시키는 방법과 마찬가지로 TTFF를 증가시키고, 단말기(10)가 GPS 위성 신호를 획득할 수 없는 경우가 많이 발생하는 문제점이 있다.

결론적으로 종래에는 AGPS 시스템에서 중계기 시간 지연 발생 등과 같은 이유로 단말기 시계오차에 편향 오차가 포함되는 경우에는 적용 시점에서 단말기(10)가 수신하는 GPS 위성 신호가 AA 데이터의 SV_CODE_PH, DOPPLER0와 큰 차이가 생기게 된다. 이에 따라 단말기(10)가 GPS 신호를 획득하기 위해 AA 데이터를 적용하는 적용 시점에서 단말기(10)가 수신하는 GPS 위성 신호가 SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER_WIN도 벗어나게 되는 현상이 발생하게 되어 단말기(10)가 GPS 위성 신호를 획득하는데 실패하게 되는 문제가 발생하고, 이는 단말기 위치 측정을 할 수 없게 되는 원인이 된다.

따라서 본 발명의 목적은 AGPS 시스템에서 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 생성하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 AGPS 시스템에서 단말기가 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 정확히 획득할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 AGPS 시스템에서 GPS 위성 신호 획득의 실패로 인하여 단말기의 위치 측정이 불가능한 문제를 해결하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적에 따라, 본 발명은 에이.지.피.에스 시스템의 지.피.에스 신호 획득 보조 정보 생성 방법에 있어서, 위치 측정의 대상이 되는 단말기로부터의 상기 지.피.에스 신호 획득 보조 정보 요청에 따라 상기 단말기의 이동통신망에 포함된 중계기 정보를 수신하는 제1 과정과, 상기 중계기 정보를 이용하여, 상기 단말기와 상기 단말기와 동기를 이루는 기지국 사이에 존재하는 중계기에 의해 발생하는 중계기 시간 지연을 결정하는 제2 과정과, 상기 중계기 시간 지연을 고려하여 상기 단말기에 대한 지.피.에스 획득 보조 정보를 생성하는 제3 과정으로 이루어진다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 AA 데이터를 이용한 단말기 위치 결정 과정 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 AA 데이터 생성 과정 흐름도이다.

이하 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터 생성 방법과 이를 이용한 단말기 위치 결정 과정을 설명한다.

먼저 도 5를 참조하면, 단말기(10)는 202단계에서 단말기 위치 결정 요구가 발생하면 204단계로 진행한다. 이때 단말기 위치 결정 요구는 위치 결정 서버(40)에서 발생할 수도 있다. 단말기(100)는 204단계에서 이동통신망을 통해 위치 결정 서버(400)에 GPS 위성 신호를 획득하기 위한 AA 데이터를 요청한다. GPS 위성 신호는 50Hz의 항법 데이터를 각 위성의 고유 의사잡음 코드로 대역 확산시킨 후 약 1.5GHz의 반송파 신호에 실어 BPSK 방식으로 변조된 신호이다. 따라서 단말기(10)는 GPS 위성 신호를 획득하기 위해 GPS 수신기를 통해 수신한 GPS 신호에서 각 위성의 고유 의사 잡음 코드와 1.5GHz의 반송파를 제거해야 한다. 이를 위해 단말기(10)가 필요로 하는 정보를 AA 데이터라고 한다. AA 데이터는 단말기(10)가 관측 가능한 GPS PRN번호, 적용 시점, GPS 위성의 의사거리 정보와 그 검색 범위, GPS 위성의 도플러 주파수 정보와 그 검색 범위를 포함한다.

단말기(100)로부터 AA 데이터 요청에 따라 위치 결정 서버(400)는 206단계에서 GPS 위성 정보와 중계기 시간 지연 정보를 이용하여 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 생성한다. 위치 결정 서버(400)가 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 생성하는 방법은 도 6을 참조하여 상세히 설명할 것이다.

위치 결정 서버(400)는 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 생성하고 나서 209단계에서 생성한 AA 데이터를 단말기(100)로 제공한다. 단말기(100)는 210단계에서 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득하고, 획득된 GPS 위성 신호로부터 GPS 위성의 의사거리 정보를 측정한다. 그리고 212단계에서 단말기(100)는 상기 측정된 GPS 위성 의사거리를 위치 결정 서버(400)에 제공한다. 그러면 위치 결정 서버(400)는 214단계에서 단말기(100)로부터 제공받은 GPS 위성 의사거리를 이용하여 현재 단말기의 위치를 계산한다. 그리고 위치 결정 서버(400)는 216단계에서 계산된 단말기 위치 정보를 단말기(100)에 제공한다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따르면 단말기(10)는 실제 코드 및 도플러 정보가 중계기 시간 지연만큼 지연되더라도 위치 결정 서버(400)로부터 생성된 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득할 수 있게 되는 것이다.

이하 도 6을 참조하여 위치 결정 서버(400)가 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 생성하는 과정을 상세히 설명한다.

위치 결정 서버(400)는 302단계에서 단말기(100)로부터 AA 데이터 요청이 있는지 판단한다. 위치 결정 서버(400)는 단말기(100)로부터 AA 데이터 요청이 있으면 304단계로 진행하여 위치 결정 서버(400)와 연결된 이동통신망에 존재하는 중계기 정보를 수신한다. 예를 들어 위치 결정 서버(400)는 외부 중계기 정보 DB로부터 위치 결정 서버(400)와 연결된 이동통신망에 존재하는 중계기의 위치 정보를 포함하는 중계기 정보를 수신할 수 있다. 또한 단말기에서 측정 가능한 기지국 신호의 분석을 통해 예측된 중계기 위치를 포함하는 중계기 정보를 수신할 수도 있다. 위치 결정 서버(400)는 중계기 정보를 수신하고 나서 306단계에서 중계기 시간 지연 정보를 사용할 수 있는지 판단한다. 예컨대 위치 결정 서버(400)는 중계기 정보 DB 또는 기지국 신호 분석을 통해 중계기 정보를 성공적으로 수신한 경우에는 중계기 시간 지연 정보를 사용할 수 있다고 판단한다. 또한 위치 결정 서버(400)는 중계기 정보 DB로부터 정상적으로 읽지 못하거나, 기지국 신호 분석을 통해 예측할 수 없는 경우에는 중계기 시간 지연 정보를 사용할 수 없다고 판단하다.

위치 결정 서버(400)는 중계기 시간 지연 정보를 사용할 수 없으면 308단계로 진행하여 AA 데이터 생성 시 고려할 중계기 시간 지연을 0으로 결정한다.

한편, 위치 결정 서버(400)는 중계기 시간 지연 정보를 사용할 수 있으면 310단계로 진행하여 인접 기지국 중계기 정보를 이용할 것인지 아닌지를 판단한다. 즉, 위치 결정 서버(400)는 서빙 기지국의 중계기 시간 지연 정보만을 이용할 것인지 인접 기지국의 중계기 시간 지연 정보도 함께 이용할 것인지를 판단한다. 서빙 기지국의 시간 지연 정보는 '단말기의 초기 추정 위치에서 단말기에 수신되는 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 예측값'과 '단말기에 실제 수신되는 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 측정값'의 차이값이 될 수 있다. 한편, 인접 기지국의 중계기 시간 지연 정보는 '단말기에서 실제 측정된 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 측정값'에서 '서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 예측값'의 차이값에 '서빙 기지국 중계기 시간 지연'을 더한 값이 될 수 있다. 만일 서빙 기지국 중계기 시간 지연이 존재 하지 않는 다면 '서빙 기지국 중계기 시간 지연'이 없으므로 인접 기지국의 시간 지연은 '단말기에서 실제 측정된 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 측정값'에서 '서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 예측값'의 차이값이다.

상기 판단 결과, 서빙 기지국의 중계기 시간 지연 정보만을 이용할 경우 위치 결정 서버(400)는 314단계로 진행하여 중계기 시간 지연(이하 'DELAY'라 칭함)을 서빙 기지국 중계기 시간 지연으로 결정한다.

그러나 상기 판단 결과, 서빙 기지국 및 인접 기지국의 중계기 시간 지연 정보를 함께 이용하는 경우 위치 결정 서버(400)는 314단계로 진행하여 DELAY를 모든 기지국들(서빙 기지국 및 인접 기지국)의 중계기 시간 지연들 중 가장 큰 값으로 결정한다.

위치 결정 서버(400)는 상기한 바와 같이 DELAY를 결정하고 나서 316단계에서 DELAY를 고려하여 AA 데이터를 생성한다. 즉, 위치 결정 서버(400)는 단말기(10)에 의한 GPS 위성 신호 획득 시 적용될 AA 데이터의 적용 시점을 결정한 후, 적용 시점에서 DELAY를 고려한 GPS 위성의 의사거리와 GPS 위성의 도플러 정보를 계산하고 그 검색범위를 설정하여 AA 데이터를 생성한다.

이하 위치 결정 서버(400)가 DELAY를 고려한 GPS 위성의 의사거리와 GPS 위성의 도플러 정보를 계산하고 그 검색범위를 설정하는 과정을 좀더 구체적으로 설명한다.

먼저 위치 결정 서버(400)가 DELAY를 고려한 GPS 위성의 의사거리와 그 검색범위를 설정하는 과정을 설명하면, 위치 결정 서버(400)는 기지국 정보 등을 이용하여 단말기의 초기 추정 위치를 예측한다. 단말기의 초기 추정 위치를 예측하는 방법은 다양하지만 위치 결정 서버(400)는 통상적으로 기지국 정보를 이용한다. 예를 들면 위치 결정 서버(400)는 단말기와 시각 동기를 이루고 있는 서빙 기지국의 섹터 센터 정보를 이용하여 단말기의 초기 추정 위치를 예측한다. 그리고 위치 결정 서버(400)는 단말기(10)와 시각 동기를 이루고 있는 기지국까지의 전파 전파 시간(One Way Delay)등을 고려하여 적용 시점을 결정한다. 위치 결정 서버(400)는 상기한 바와 같이 단말기의 초기 추정 위치와 적용 시점이 결정되면 기준국 GPS 수신기에 수신된 GPS 위성 정보를 이용하여 GPS 위성 좌표를 계산한다. 그리고 위치 결정 서버(400)는 단말기의 초기 추정 위치에서 적용 시점에 단말기(10)가 수신할 수 있는 GPS 위성의 의사거리를 아래 수학식1을 이용하여 계산한다.

여기서, xk, yk, zk는 사용자의 위치, 즉, 단말의 위치를 나타내는 값이고, c는 광속도이고, △tu는 단말기 기준시간, △ts 는 위성의 기준시간을 나타내며, (△tu-△ts)는 단말의 GPS 수신기 시계 오차값이다.그런데 상기한 바와 같이 계산된 GPS 의사거리에는 오차가 포함되어 있으므로 위치 결정 서버(400)는 GPS 의사거리로부터 SV_CODE_PH를 계산하고, 그 검색 범위 SV_CODE_PH_WIN를 결정한다.

위치 결정 서버(400)에서 SV_CODE_PH는 아래 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.

여기서 는 GPS 의사거리이고 , c는 광속, floor()는 정수 부분을 제거하고 소수점 이하를 취하는 함수이며, quotient()는 정수 부분을 취하는 함수이다. 또한, 1000은 msec(1/1000sec)단위로 계산하기 위해 곱해지는 상수이다. 그리고 1023은 GPS PRN 코드이며, GPS PRN 코드의 주기가 1msec 당 1023chip이기 때문에 곱해진다. 상기 수학식 2는 1msec의 GPS 코드 주기(1023chip 주기)에서 TOA 순간에 몇번째 SV_CODE_PH가 수신되는지를 계산하기 위한 식이다.상기한 바와 같은 수학식 2를 통해 계산된 SV_CODE_PH는 한 주기의 GPS 의사 잡음 코드 범위를 가지며 범위는 대략 300m 단위이다. SV_CODE_PH는 서빙 기지국의 섹터 센터 위치에서 섹터 센터와의 거리(base line)가 1km 증가할 때마다 최대 약 3.3Chip씩 증가하게 된다. 예컨대 base line이 5km인 경우 서빙 기지국 섹터 센터 위치에서의 SV_CODE_PH와 서빙 기지국의 섹터 센터에서 5km떨어진 위치에서의 SV_CODE_PH는 약 16.7Chip만큼 차이가 발생하게 된다. 이와 같은 원리에 따라 SV_CODE_PH는 기지국 시각동기 오차 또는 측정 오차 등으로 인해 실제 SV_CODE_PH와 정확히 일치하지 못한다. 따라서 위치 결정 서버(40)는 SV_CODE_PH의 검색 범위 SV_CODE_PH_WIN를 설정한다.

위치 결정 서버(400)는 아래와 같은 수학식3을 통해 SV_CODE_PH_WIN를 설정할 수 있다.

수학식3에서 단말 위치 오차는 위치 결정 서버(60)가 단말기(10)의 초기 위치를 잘못 예측한 경우 그 위치 오차를 의미한다. 예컨대 단말 위치 오차는 단말기(10)의 초기 위치의 오차가 1Km 발생할 때 최대 3.3칩 정도가 바람직하다. cos(위성고도)는 단말 위치 오차가 위성의 고도에 따라 달리 영향을 미치기 때문에 단말 위치 오차에 곱해지는 값이다. 여유분은 위성의 움직임 등에 따른 SV_CODE_PH_WIN의 변화값이다.

한편, 위치 결정 서버(400)가 DELAY를 고려한 GPS 위성의 도플러 정보를 계산하고 그 검색범위를 설정하는 과정을 설명하면, 먼저 위치 결정 서버(400)는 단말기의 초기 추정 위치에서 적용 시점에 GPS 위성의 도플러를 계산한다. GPS 위성의 도플러는 GPS 위성의 속도 벡터와 단말기(10)의 속도 벡터를 이용하여 계산될 수 있다. 단말기(10)의 이동 속도는 비교적 작으므로 짧은 시간동안 단말기(10)의 속도에 의해 발생하는 도플러의 변화는 미미하다. GPS 위성의 3차원 속도 벡터를 (Vx, Vy, Vz), GPS 위성의 위치를 (X, Y, Z), 단말기(10)의 초기 추정 위치를 (x, y, z)라고 하면 단말기(10)는 초기 위치에서의 도플러는 하기 수학식4 같이 계산될 수 있다.

여기서 f는 전송 주파수로 1575.42MHz이며, c는 빛의 속도이다.

그런데 상기한 바와 같이 계산된 단말기 초기 위치에서의 도플러에는 오차가 포함되어 있으므로 위치 결정 서버(400)는 단말기 초기 위치에서의 도플러로부터 DOPPLER0를 계산하고, 그 검색 범위 DOPPLER_WIN를 결정한다. 위치 결정 서버(400)에서 DOPPLER0는 아래 수학식5와 같이 계산될 수 있다.

여기서 abs() 절대값을 취하는 함수이다.

그런데 상기한 바와 같이 구해진 DOPPLER0는 오차 등으로 인해 정확히 일치하지 않기 때문에 위치 결정 서버(400)는 DOPPLER0의 범위인 DOPPLER_WIN을 설정한다.

위치 결정 서버는 하기 수학식6 같이 DOPPLER_WIN을 설정할 수 있다.

단말 위치 오차는 단말 초기 추정 위치에 대한 오차를 의미하다. 예컨대 단말 위치 오차는 단말기(10)의 초기 위치의 오차가 1Km 발생할 때 최대 1Hz임이 바람직하다. sin(위성고도)는 단말 위치 오차가 위성의 고도에 따라 달리 영향을 미치기 때문에 단말 위치 오차에 곱해지는 값이다. 여유분은 위성의 움직임 등에 따른 DOPPLER_WIN의 변화값이다.

위치 결정 서버(400)는 상기한 바와 같이 SV_CODE_PH를 계산 및 SV_CODE_PH_WIN를 설정하고 DOPPLER0를 계산 및 DOPPLER_WIN을 설정하고 나서, DELAY를 고려한 SV_CODE_PH, SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER0, DOPPLER_WIN를 결정한다.

먼저 DELAY가 0인 경우 SV_CODE_PH, SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER0, DOPPLER_WIN는 통상적인 방법에 따라 계산된 값으로 결정한다.

한편, DELAY 서빙 기지국 또는 인접 기지국의 중계기 시간 지연이 있는 경우 SV_CODE_PH, SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER0, DOPPLER_WIN는 다음과 같이 결정될 수 있다.

상기 DELAY는 중계기 시간 지연을 나타내며, 는 측정오차 등을 고려한 검색 범위의 여유분이다. 상기 SV_CODE_PH, SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER0, DOPPLER_WIN의 단위는 chip이며, 1chip은 GPS의 의사 잡음 코드의 1비트에 해당하는 약 300m 정도의 단위이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 중계기 시간 지연이 고려된 SV_CODE_PH와 SV_CODE_PH_WIN를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하여 중계기 시간 지연이 고려된SV_CODE_PH와 SV_CODE_PH_WIN를 설명하면, SV_CODE_PH는 적용 시점에서 DELAY/2만큼 이동되어 결정된다. 그리고 SV_CODE_PH_WIN는 적용 시점에서 DELAY/2만큼 이동된 SV_CODE_PH를 기준으로 DELAY + 의 범위를 가지도록 설정된다. 따라서 단말기(100)에서 측정되는 GPS 위성의 의사거리는 기지국에 존재하는 중계기에 의해 지연되어 DELAY에 위치하여도 설정된 SV_CODE_PH_WIN 내에 존재하게 되어 단말기의 GPS 위성 신호 획득이 가능하게 되는 것이다.

단말기(100)는 중계기 시간 지연에 의해 실제 GPS 의사 거리정보 및 GPS 도플러 정보가 지연되어도 상기한 바와 같이 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득할 수 있다.

이하 도 8을 참조하여 단말기(100)가 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득하는 과정을 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 중계기 시간 지연이 고려된 SV_CODE_PH, SV_CODE_PH_WIN, DOPPLER0, DOPPLER_WIN를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 단말기(100)는 위치 결정 서버(40)에서 제공한 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터에 따라 의사 거리 정보 및 도플러 정보를 검색한다. 즉, 단말기(100)는 전체 코드 검색 범위에서 중계기 시간 지연이 고려된 SV_CODE_PH를 중심으로 SV_CODE_PH_WIN만큼 의사거리 정보를 검색한다. 또한 단말기(100)는 전체 도플러 검색 범위에서 중계기 시간 지연이 고려된 DOPPLER0를 중심으로 DOPPLER_WIN만큼 도플러 정보를 검색한다. 다시 말해 단말기(100)는 전체 코드 및 도플러 검색 범위에서 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터에 해당하는 코드 및 도플러 검색 범위(260)만 검색한다. 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터에 해당하는 코드 및 도플러 검색 범위(260)는 종래의 코드 및 도플러 검색 범위와 달리 중계기 시간 지연에 의해 지연된 단말기(100)의 실제 코드 및 도플러 정보 영역(255)을 포함한다. 따라서 중계기 시간 지연이 발생하여도 단말기(100)는 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 이용하여 GPS 위성 신호를 획득할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따르면 단말기(100)는 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터를 이용하여 보다 정교하고 안정적으로 GPS 위성 신호를 획득할 수 있다. 그리고 단말기(100)는 보다 정확하게 획득된 GPS 위성 신호를 이용하여 GPS 위성의 의사거리 정보를 정확히 구하여 단말기 위치 계산 정확도를 높일 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 중계기 정보로부터 중계기 시간 지연을 결정하고, 중계기 시간 지연에 따라 도플러 및 의사거리 정보와 그 검색 범위를 결정하여 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터 생성한다. 즉, 본 발명은 중계기에 대한 정보를 이용하여 단말기 시계의 편향 오차 범위를 예측하고, 예측된 단말기의 시계 편향 오차를 이용하여 좀더 정확한 AA 데이터를 생성한다. 이와 같은 중계기 시간 지연을 고려한 AA 데이터는 단말기가 보다 정교하고 안정적으로 GPS 위성 신호를 획득할 수 있도록 한다. 이러한 단말기의 정확하고 안정적인 GPS 위성 신호 획득은 AGPS 시스템에서 단말기의 위치 계산 정확도를 높이는 탁월한 효과가 있다.

도 1은 일반적인 AGPS 시스템의 블록 구성도

도 2는 종래 기술에 따른 획득 보조 정보를 이용한 단말기의 위치 결정 과정에 대한 흐름도

도 3은 종래 기술에 따른 획득 보조 정보의 의사거리 및 도플러 검색 범위를 보여주는 도면

도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 의사거리 정보와 그 검색 범위를 보여주는 도면

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 획득 보조 정보를 이용한 단말기 위치 결정 과정에 대한 흐름도

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 획득 보조 정보 생성 과정에 대한 흐름도

도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 중계기 시간 지연이 고려된 의사거리 정보와 그 검색 범위를 보여주는 도면

도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 중계기 시간 지연이 고려된 도플러 및 의사거리 검색 범위를 나타내는 도면

Claims

에이.지.피.에스 시스템의 지.피.에스 신호 획득 보조 정보 생성 방법에 있어서,

위치 측정의 대상이 되는 단말기로부터의 상기 지.피.에스 신호 획득 보조 정보 요청에 따라 상기 단말기의 이동통신망에 포함된 중계기 정보를 수신하는 제1 과정과,

상기 중계기 정보를 이용하여, 상기 단말기와 상기 단말기와 동기를 이루는 기지국 사이에 존재하는 중계기에 의해 발생하는 중계기 시간 지연을 결정하는 제2 과정과,

상기 중계기 시간 지연을 고려하여 상기 단말기에 대한 지.피.에스 획득 보조 정보를 생성하는 제3 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제1항에 있어서,

상기 중계기 정보는 상기 단말기가 포함되는 이동통신망에 존재하는 중계기들에 대한 위치 정보를 포함하며, 외부 중계기 정보 DB로부터 수신됨을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제1항에 있어서,

상기 중계기 정보는 상기 단말기에서 측정 가능한 기지국 신호의 분석을 통해 예측된 중계기 위치 정보를 포함함을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제1항에 있어서, 제2 과정은

중계기 정보로부터 중계기 시간 지연 정보를 이용할 수 있는지 판단하는 제1 단계와,

상기 중계기 시간 지연 정보를 이용할 수 있으면 서빙 기지국의 중계기 시간 지연 정보만 이용할 것인지 인접 기지국의 중계기 시간 지연 정보를 포함하여 이용할 것인지를 판단하는 제2 단계와,

상기 서빙 기지국의 중계기 시간 지연 정보만을 이용할 경우 중계기 시간 지연을 서빙 기지국 중계기 시간 지연으로 결정하고, 상기 서빙 기지국 및 상기 인접 기지국의 중계기 시간 지연 정보를 모두 이용할 경우 중계기 시간 지연을 상기 서빙 기지국 및 인접 기지국의 중계기 시간 지연 중 큰 값으로 결정하는 제3 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제4항에 있어서,

서빙 기지국의 시간 지연은 상기 단말기의 초기 추정 위치에서 단말기에 수신되는 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 예측값과 단말기에 실제 수신되는 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 측정값의 차이값임을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제4항에 있어서,

인접 기지국의 시간 지연은 서빙 기지국 중계기 시간 지연이 존재하는 경우 상기 단말기에서 실제 측정된 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 측정값과 상기 서빙 기지국 신호 및 인접 기지국 신호의 도착 시간차 예측값의 차이값에 서빙 기지국 중계기 시간 지연을 더한 값임을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제4항에 있어서,

상기 중계기 시간 지연 정보를 이용할 수 없으면 중계기 시간 지연을 사전에 설정된 초기값으로 결정하는 제4 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제1항에 있어서, 제3과정은

상기 단말기가 지.피.에스 신호를 획득하도록 하기 위해, 상기 지.피.에스 신호 획득 보조 정보를 적용할 적용 시점을 결정하는 제1 단계와,

상기 적용 시점에서 상기 중계기 시간 지연을 고려하여 지.피.에스 의사 거리 정보와 의사 거리 검색 범위, 지.피.에스 도플러 정보와 도플러 검색 범위를 결정하여 획득 보조 정보를 생성하는 제2 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제8항에 있어서, 제1 단계는

상기 단말기의 초기 추정 위치를 예측하고, 상기 초기 추정 위치에서 상기 단말기와 시각 동기를 이루고 있는 기지국까지의 전파 전파 시간(One Way Delay)을 이용하여 상기 단말기가 지.피.에스 획득 보조 정보를 적용하기 위한 적용 시점을 결정하는 단계임을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제8항에 있어서, 제2 단계는

상기 단말기의 초기 추정 위치에서 적용 시점에 상기 단말기가 수신할 수 있는 지.피.에스 위성의 의사거리를 계산하는 제1 단계와,

상기 지.피.에스 의사거리로부터 지.피.에스 의사 거리 정보와 의사 거리 검색 범위 및 지.피.에스 도플러 정보와 도플러 검색 범위를 산출하는 제2 단계와,

상기 제2 단계에서 산출된 값과 상기 중계기 시간 지연을 이용하여 중계기 시간 지연을 고려한 지.피.에스 의사거리 정보와 의사거리 검색 범위 및 지.피.에스 도플러 정보와 도플러 검색 범위를 결정하는 제3 단계와,

상기 결정된 값들을 포함하여 획득 보조 정보를 생성하는 제4 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템의 획득 보조 정보 생성 방법.
제10항에 있어서,

중계기 시간 지연을 고려한 지.피.에스 의사 거리 정보는 기 산출된 지.피.에스 의사 거리 정보에 중계기 시간 지연을 반으로 나눈 값을 더하여 결정하고,

중계기 시간 지연을 고려한 의사 거리 정보 검색 범위는 중계기 시간 지연보다 크거나 같은 값으로 결정하며,

중계기 시간 지연을 고려한 도플러 정보는 기 산출된 도플러 정보에 중계기 시간 지연을 더하여 결정하고,

중계기 시간 지연을 고려한 도플러 정보 검색 범위는 중계기 시간 지연을 반으로 나눈 값보다 크거나 같은 값으로 결정함을 특징으로 하는 에이.지.피.에스 시스템에서 획득 보조 정보 생성방법.