KR100564053B1 - 셀룰러 이동단말기의 위치결정 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 외관상 업링크 및 다운링크 신호 전파시간(예컨대, T-업 및 T-다운)을 사용하여 이동무선국(MS)(208)과 무선기지국(B5)(BSO,BS1,BS2)간의 거리를 측정하는데 왕복계산을 사용하는 방법(500)과 시스템(200)에 관한 것이다. 이와같이, 절대시간기준이 필요치 않다.
MS와 BS는 이송망(200)의 서비스노드(203)에 업링크와 다운링크신호(212-215)의 지역출발과 도달시간(308, 328)를 통보하여, 외관상 전파시간, T-업 및 T-다운을 계산한다. MS와 BS간의 거리 D는 D=C(T-up+T-down)/2에 따라 계산할 수 있는 데, 여기서 "C"는 광속이다. 위치가 파악된 적어도 세개의 기지국들에 대한 거리(D1, D2 및 D3)는, MS들의 위치를 결정하기 위해 삼각법 알고리즘에 사용된다.

Description

셀룰러 이동단말기의 위치결정 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING POSITION OF A CELLULAR MOBILE TERMINAL}
본 발명은 일반적으로 이동무선통신 분야에 관한 것으로, 특히 이동무선 단말기의 위치를 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
셀룰러 통신분야에서, 이동무선 단말기의 위치를 결정하는 것에 대한 중요성이 증가되고 있다. 이러한 것으로서, 현재 이동무선통신 시스템의 사양 및 표준을 결정하는 책임이 있는 기관들이, 이동단말기 위치결정을 하는데 필요한 정밀도를 지정하는 과정에 참여하고 있다. 지금까지의 가장 성공적인 방법으로는 신호전파 시간(signal propagation times)을 측정하여 거리를 유도하는 것이 사용되어 왔다. 이러한 전파시간 측정은 업링크(uplink)(이동단말기로부터의 전송을 기지국에서 측정) 또는 다운링크(downlink)(기지국으로부터의 전송을 이동단말기에서 측정)를 통해 이루어진다.
예를 들어, Ghosh 등의 국제지적재산권기구 특허공보 96/35958호(World Intellectual Property Organization Patent Application Publication No. WO 96/35958)에는, 부호분할 다중액세스(CDMA: Code Division Multiple Access) 통신시스템(예컨대, IS-95 표준에 따름)에서 이동단말기의 위치를 결정하는 방법 및 시 스템이 공개되어 있다. Ghosh 출원에는 적어도 2개의 기지국에서 만들어진, 이동단말기에 의해 전송된 신호의 절대 도착시간(TOA: the absolute time of arrival)을 측정하는 방법이 나타나 있다. 이러한 TOA 측정값은 거리로 변환된다. 이동단말기의 위치를 결정하는데는 삼각측량법(triangulation)이 사용된다. 그러나, TOA 방법에 의한 위치결정은 고정밀도 또는 "정확한(exact)" 시간 기준(예컨대, 공간-기반 범용 지구측위 시스템(space-based Global Positioning System) 또는 GPS에서 제공됨)을 사용해야 하는 문제점이 있다.
Lundqvist 등의 PCT(Patent Cooperation Treaty) 특허출원 PCT/SE97/00219호 (관련 미국출원 08/799,039)에는, 비동기 환경(예컨대, "정확한" 시간기준이 없음)에서 이동단말기의 위치를 결정하는 방법 및 장치가 공개되어 있다. 여기에서는 다운링크 전파시간을 측정하기 위해서, 위치가 알려진 다수의 고정위치 "기준" 무선단말기(fixed location "reference" radio terminals)가 사용된다. 기지국 사이의 상대적인 전송시간 오프셋(offset)이 결정되어 이동단말기의 위치를 유도하는데 사용된다.
B.Bergkvist 등의 PCT 특허출원 PCT/SE96/03561-3호(관련 미국특허출원 60/028,345)에는, 예를 들어 범유럽 셀룰러 이동통신시스템(GSM: Global System for Mobile Communication)과 같은 셀룰러 이동무선시스템에서 이동단말기의 위치를 결정하는 방법 및 장치가 공개되어 있다. 이동단말기는 몇 개의 표적 기지국에 대해 일련의 핸드오버(handover)를 실행하라는 지시를 받는다. 즉, 이동단말기는 표적 기지국으로 액세스 버스터(access burst)를 전송한다. 그러나, 표적 기지국은 액세스 버스터가 수신되었다는 확인 메시지를 전송하지 않는다. 이동단말기는 자신을 서빙(serving)하는 기지국으로 되돌아간다. 이 표적기지국은 수신된 액세스 버스터를 사용하여 왕복(round-trip) 전파지연(기지국-이동단말기-기지국)를 측정한다. 결과적으로, 이동단말기의 위치를 유도하는데에 기준시간 신호가 필요하지 않다.
상기한 Ghosh의 출원에서 공개된 방법의 단점은, 이동단말기의 위치를 정확히 결정하기 위해서 GSP 신호와 같은 전세계 시간기준(global time reference)을 사용해야 한다는 것이다. 마찬가지로, Lundqvist의 출원에 공개된 방법은 전세계 시간기준은 사용하지 않지만, 그 대신에 상대적인 기지국 타이밍 오프셋(timing offset)을 유도하기 위해서, 위치가 알려져 있는 고정위치 "기준" 무선단말기와 같은 복잡한 시스템을 사용한다. Bergkvist 출원의 단점은 일련의 중단된 핸드오버의 실행으로부터 왕복 전파지연 측정을 사용한다는 것이다. 이러한 방법은 완료하는데 상당한 시간이 걸리며, 개개의 액세스 버스터를 다수의 기지국으로 전송함에 의해서 실제적인 장애(disturbance)이 발생한다. 그러나, 이러한 액세스 버스터는 단지 이동단말기의 위치를 결정하는 목적으로만 발생된다.
복잡한 시간기준, "기준" 이동단말기, 및 중단된 핸드오버 "장애"가 없이 이동단말기의 위치를 결정하고, 대신 셀룰러 이동무선시스템의 기본 기능을 활용할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다. 다음의 설명과 같이, 본 발명은 이러한 성능과 상기한 문제의 해결방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전세계 시간기준을 사용하지 않고 기지국과 이동국 사이의 거리를 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 추가적인 위치결정장비(예컨대, 기지국 사이의 시간 오프셋을 결정하는 "기준" 무선단말기)가 필요하지 않으면서, 비동기 이동무선시스템(전세계 시간기준 없이)에서 이동단말기의 지리적 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 불필요한 "장애"(예를 들어, 중단된 핸드-오버에 대해 전송된 액세스 버스트)없이 이동무선 단말기의 지리적 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 이동무선시스템의 디지털 또는 아날로그(디지털 정보를 운반할 수 있음) 트래픽 채널(traffic channel)로 종래의 모드에서 직접 동작하는 이동단말기의 위치를 결정하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, CDMA, 광대역 CDMA(WCDMA: Wide-band CDMA), 또는 시분할 다중 액세스(TDMA) 시스템과 같은 이동무선시스템에서 상기한 목적에 맞는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 미리 알려진 정보 패턴(즉, 가변정보의 전송이 필요하지 않음)으로 측정 및 전송을 하는 시스템에 의해 위치결정 기능이 실행되는, 상기한 목적에 맞는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 무선 기지국으로부터의 상대적 시간 오프셋을 하나의 이동단말기를 사용해서 결정할 수 있어서 다른 이동단말기의 위치결정에 적용 할 수 있는, 상기한 목적에 맞는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 앞에서의 목적 및 다른 목적들은, 셀룰러 이동무선 시스템에서 이동단말기의 위치를 결정하는 새로운 방법 및 시스템에 의해 실현된다. 항공교통 분야에서 유사한 것을 찾아보면, 항공시간표를 참고할 경우에, 항공기의 출발 및 도착시간이 지역시간(local time)으로 나타나 있다. 두 개의 도시 사이에서 동서로 연결되는 항공교통(예를 들어, 달라스와 스톡홀름)을 고려하면, 이들 도시에서의 지역시간은 몇 시간씩 차이가 있을 수 있다. 결국, 지역시간이 시간표에서의 도착시간을 계산하는데 사용된다면, 한 도시에서 다른 도시로(예를 들어, 달라스에서 스톡홀름으로) 비행하는데 필요한 외관상 비행시간(the apparent air-time)은 반대방향의 항로(예를 들어, 스톡홀름에서 달라스로)로 비행하는데 필요한 외관상 비행시간과 다르다. 그러나, 동서간의 여행에 대한 외관상 비행시간(달라스에서 스톡홀름)에 되돌아오는 여행에 대한 외관상 비행시간을 더하고, 그 결과를 2로 나눔으로써, 여행자에 대한 실제 비행시간을 상대적으로 쉽게 계산할 수 있다. 이러한 "왕복(round-trip)" 계산방법을 사용하면, 한 방향으로 여행하는데 있어서의 시간 "손실"은 다른 방향으로 여행하는데 있어서의 시간 "이득"과 같고, 그 결과는 관련 지역시간과는 무관하다. 궁극적으로, 두 도시 사이의 거리를 결정하기 위해서는, 계산된 실제 시간이 여행으로 발생되는 비행기의 속도로 곱해져야 한다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 왕복계산법은, 외관상 업링크 및 다운링크 신호무선전파시간(propagation air-time)(예컨대, T-업(T-up), T-다운(T-down))을 사용하여, 이동무선국(MS)과 무선기지국((BS) 사이의 거리를 결정하는데 사용된다. 따 라서, 절대 시간기준이 필요하지 않다. MS 및 BS는 업링크 및 다운링크 신호의 지역 출발 및 도착시간을 이동 네트워크에서의 서비스 노드(service node)에 보고하고, 외관상 무선전파시간, T-업 및 T-다운을 계산한다. 거리 D는, MS와 BS 사이에서 다음과 같이 계산할 수 있다.
D = c(T-up + T-down)/2 (1)
여기서, "c"는 광속도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따라, MS와 특정 무선기지국(BS1) 사이의 거리는 다음의 새로운 왕복계산법에 의해 결정될 수 있다. 제1 측정명령은 네트워크 제어기(예컨대, 이동서비스 교환센터(Mobile Service Switching Center) 또는 MSC)에 의해서 BS1로 보내져서, 지정된 시간 윈도우(window) 내에서 MS에 의해 전송되는(업링크) 제1 신호(예컨대, 종래의 연습 시퀀스(training sequence)) 지역 도착시간(L-TOA-U: local time-of-arrival)을 BS1이 측정하게 한다. 다운링크 전송에 대해서는, BS1은 대개 지역 전송시간(L-TOT-D: local times-of-transmission)에서 다운링크(예컨대, WCDMA 시스템에서 파일롯 신호)로 주기적으로 제2 신호를 전송한다. 이러한 제2 신호는 모든 MS에 의해서 수신될 수 있으며, 네트워크 제어기가 BS1에게 지정된 시간에 전용 신호(dedicated signal)를 다운링크로 보내라고 명령할 필요가 없다. 네트워크 제어기는 제2 측정명령을 자신이 서빙하는 BS로 보내고, MS에게 지정된 시간 윈도우 내에서 제1 신호(업링크)를 전송하라고 명령하고, 정확한 지역 전송시간(L-TOT-U)을 보고한다. 또한, 제2 측정명령은 MS에게 BS1에 의해 전송된 제2 신호(다운링크)의 지역 도착시간(L-TOA-D)을 측정 및 보고 하라고 명령한다. 또한, 제1 및 제2 명령은 상기 전송 및 측정에 사용되는 다운링크 및 업링크 무선채널을 식별한다. MS 및 BS1은 각 L-TOA-D 및 L-TOA-U 측정을 네트워크 제어기에 보고하고, 이러한 정보는 MS 식별자(identity)와 함께 네트워크 서비스 노드에 있는 프로세서(processor)로 보내진다. 상기한 식 (1)을 사용하여, 상기 프로세서는 MS와 BS1 사이의 거리를 계산한다.
본 발명의 제2 실시예에 따라(예컨대, CDMA 또는 WCDMA 시스템에서), MS로부터 서빙 중인 BS(BS0)로의 무선전파시간은 새로운 방법으로 결정될 수 있으며, 이것은 BS0와 MS 사이에서 접속(예컨대, 호출)을 설정한다. 종래의 정합 필터(matched filter) 기술이 상기 접속에 대한 왕복 지연을 결정하는데 사용될 수 있다. 왕복 지연의 결과값은 2로 나누어지고, 그 결과에 광속이 곱해져서, MS와 BS0 사이의 거리가 주어진다. MS와 2개의 이웃한 BS(BS1, BS2) 사이의 거리를 결정하는데도 동일한 방법이 사용될 수 있다. 이 때, 종래의 삼각측량법(triangulation algorithm)이 MS의 위치를 결정하는데 사용된다.
본 발명의 제3 실시예에 따라(예를 들어, TDMA 시스템에서), MS로부터 서빙 중인 BS(BS0)로의 무선전파시간이 종래의 타이밍 어드밴스(TA: Timing Advance) 기술에 의해 결정될 수 있다. 제2 실시예에서 처럼, 종래의 정합필터 접근방식이 왕복 지연을 결정하는데 사용될 수 있다.
MS 및 BS0 사이의 거리는 왕복 지연값을 2로 나누고, 그 결과에 광속을 곱해서 계산한다. MS와 두 개의 이웃한 BS(BS1, BS2) 사이의 거리를 결정하기 위해 동일한 방법이 다시 사용될 수 있다. 종래의 삼각측량법이 MS의 위치를 결정하는데 사용된다.
본 발명의 제4 실시예에 따라서, 하나의 MS(MS1)에 대해 유도된 위치와, 이 MS에서 이웃한 기지국(예컨대, BS1, BS2 등)까지의 유도된 거리가 네트워크 서비스 노드에 의해 사용되어, MS1이 서빙하는 BS에 대해 이웃 BS의 (전송)시간 오프셋을 결정한다. 제2 MS(MS2)의 위치는 종래의 업링크 또는 다운링크 TOA 방법 중 하나에 따라 결정된다. 실제적인 문제로서, BS의 시계(clock)가 변화하기 때문에, MS1에 대해 유도된 위치는 MS2의 측정 직전에 결정되어야 한다. 이웃하는 BS는 지역시간에서의 TOA를 네트워크 제어기(예컨대, MSC)를 통해 서비스 노드로 보고한다. 서비스 노드는 이웃하는 BS의 시간 오프셋을 이미 알고 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따라서, 왕복 위치결정법을 사용하여 MS의 위치를 결정하는 무선 BS가 제공된다. BS는 지역 시계(local clock)를 가지는 제어소자를 포함한다. 제어소자는, 보고 명령의 수신에 응답하여, BS와 MS 사이에서 다운링크 및 업링크 타이밍 시퀀스의 다운링크 지역전송시간(L-TOT-D)과 업링크 지역도착시간(L-TOA-U)를 보고한다. BS는 송신기도 포함하는데, 이것은 신호가 다운링크(L-TOT-D)로 전송된 순간의 시간을 제어소자에 보고한다. 또한, 신호가 업링크(L-TOA-U)로 수신된 순간의 시간을 결정하기 위해 정합필터 또는 슬라이딩 상관기(sliding correlator)를 사용하는 수신기도 포함된다. 수신기는 이러한 시간 정보를 제어소자에 보고한다.
본 발명의 제6 실시예에 따라, 제5 실시예에서 BS에 대해 사용한 것과 같이, 왕복 위치결정법을 사용하여 자신의 위치를 결정하는 무선 MS가 제공된다. 무선 MS 는 지역 시계를 가지는 제어소자를 포함한다. 제어소자는, 보고 명령의 수신에 응답하여, MS와 BS 사이에서 다운링크 및 업링크 타이밍 시퀀스의 업링크 지역전송시간(L-TOT-U) 및 다운링크 지역도착시간(L-TOA-D)을 보고한다. MS는 송신기도 포함하는데, 이것은 신호가 업링크(L-TOT-U)로 전송된 순간의 시간을 제어소자에 보고한다. 또한, 신호가 다운링크(L-TOA-D)로 수신된 순간의 시간을 결정하기 위해 정합필터 또는 슬라이딩 상관기를 사용하는 수신기도 포함된다. 수신기는 이러한 시간 정보를 제어소자에 보고한다.
본 발명의 중요한 기술적 장점은 사용된 위치결정 방법이 시간 동기된 BS, 시간 기준, 또는 위치가 알려진 "기준" 단말기를 필요로 하지 않는다는 점이다. 또한, 본 발명은 불필요한 액세스 버스트 "장애"도 발생하지 않는다.
본 발명의 또 다른 장점은 업링크 및 다운링크로 디지털 정보를 운반할 수 있는 어떤 이동통신 시스템에도 적용할 수 있다는 것인데, 예를 들어, CDMA, WCDMA, TDMA, 주파수분할 다중 액세스(FDMA), 또는 아날로그 시스템을 포함하는 시스템에 적용할 수 있으며, 그 BS 및 MS는 지역 전송 및 도착 시간을 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점은 BS에서 시간 기준(예를 들어, GPS 기준신호)을 사용할 수 있다는 것이며, 이것은 다운링크 또는 업링크 측정을 할 필요가 없도록 한다.
본 발명의 또 다른 장점은 위치가 결정된 MS를 이웃하는 BS의 타이밍 오프셋을 결정하기 위한 "기준" 단말기로 사용할 수 있다는 것이다. 결국, 본 발명은 다 른 MS들의 위치를 결정하는데 필요한 측정의 수를 감소키는 장점이 있다.
본 발명에 따른 방법과 장치는 다음의 도면을 참조한 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 이동무선국의 위치를 결정하는 방법을(시간 기준을 필요로하지 않음) 실행하는데 사용될 수 있는, 셀룰러 이동무선 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 각 실시에에 따라 구성된, 무선기지국과 이동무선국의 구성도,
도 3은 도 1 및 도 2에 나타난 실시예에 의해 실행될 수 있는, 이동무선국의 위치를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도.
본 발명의 바람직한 실시예 및 그 장점은, 각 도면에서 동일한 부분은 동일한 도면번호를 사용한 도 1-3을 참조하여 가장 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 이동무선국의 위치를 결정하는 방법을(시간 기준을 필요로하지 않음) 실행하는데 사용될 수 있는 셀룰러 이동무선 시스템(200)의 블럭 구성도이다. 시스템(200)은 다수의 무선기지국을 포함한다. 단순하게 하기 위하여, 다수의 무선기지국 중에 단지 3개의 기지국, 즉 BS0(위치가 결정될 이동무선국에 대해 서빙하는 기지국)과 2개의 이웃하는 기지국 BS1 및 BS2만을 나타내었다. BS0, BS1 및 BS2는 다른 셀로 정의된 다른 장소에 위치하고, 이 들 모두는 통신 링크(201)을 통해 유선결합(wire-bound) 네트워크(예를 들어, 공공 지상 이동네트워크(PLMN: Public Land Mobile Network))로 연결되는 것이 바람직하다. 전형적인 실시예에서, 이러한 네트워크는 예를 들어, 공공교환 전화네트워크(PSTN: Public Switched Telephone Network)(명시적으로 도시하지 않음)를 통해 서비스노드 이동위치센터(MPC:mobile positioning center)(203)에 연결되는, 이동서비스 스위칭센터(MSC)(202)와 같은 네트워크 제어기를 포함한다. MSC(202)는 탐색표(look-up table)(204)를 가지는 메모리 저장영역을 포함하고, 이것은 특정 이동무선국(예컨대, MS 208)에 대해 특정 무선채널을 결부시킨다. 탐색표(204) 기능은 MSC(202)가 서비스노드 MPC(203)에 업링크 및 다운링크 신호 전송 및 도착 시간을 보고하게 하고, 이러한 시간들을 해당 이동국(예를 들어, MS 208)에 결부시킨다. 각 MS는 무선 공중 인터페이스(예를 들어, BS0와 MS 208 사이의 공중 인터페이스)를 통해 통신한다.
이러한 실시예에서, 서비스노드 MPC(203)는, 수신부(203b)를 더 포함하는 프로세서(203a), 저장부(203c), 송신부(204d)와 제1 및 제2 계산부(203e, 203f)를 각각 포함한다. 프로세서(203a)는 저장부(203a)에 있는 각 BS에 대한 지리적 위치정보를 보유한다. 저장된 BS 위치정보와, 업링크 및 다운링크 신호에 대해 보고된 지역 전송시간 및 도착시간(MSC 202로부터)을 사용하여, 해당 MS(예를 들어 MS 208)가 위치를 계산하기 위해 계산부(203e, 203f)가 사용된다.
예를 들어, 제1 계산부(203e)는 다음과 같이 MS(예컨대, MS 208)와 BS(예컨대, BS1) 사이의 왕복 거리(D)를 계산하는데 사용될 수 있다.
D = c(T_up + T_down)/2 (2)
보고된 지역전송시간(L-TOT-U, L-TOT-D)과 지역도착시간(L-TOA-U, L-TOA-D)로부터,
T_up = (L-TOA-U, L-TOT-U) (3)
T_down = (L-TOA-D, L-TOT-D) (4)
제2 계산부(203f)는 상기 MS와 적어도 3개의 무선기지국(예컨대, BS0, BS1, BS2) 사이의 왕복거리정보(D)를 사용하여, 고려 중인 MS(예컨대, MS 208)의 위치를 계산하는데 이용될 수 있다.
하나의 견해로서 제2 계산부(203f)는, 만일 MS의 위치를 결정하는데 안테나 어레이(antenna array)를 이용할 수 있다면, 보고된 도착방향(DOA: direction of arrival) 정보를 사용할 수도 있다. 이러한 경우에, MS의 위치는 단지 왕복 거리(D)와 하나의 BS에 대한 DOA 정보로부터 결정될 수 있다. 이와 같이, 상기 MS는 특정 방위각(DOA)과 해당 BS로부터의 거리에 위치하고 있다.
저장부(203a)는 네트워크의 무선기지국(예컨대, BS0, BS1, BS2)의 알려진 위치를 보유하고 있다. 수신부(203b)와 송신부(203d)는 서비스노드 MPC(203)가 네트워크 제어기(MSC 202)와 통신하는 수단을 제공하고, 가입자 요구/수신 MS 위치정보(예컨대, 짧은 메시지 서비스(Short Message Service) 또는 SMS 특징을 사용)를 제공한다.
동작에 있어서, MS 208이 위치가 결정될 MS라고 가정한다. 양방향 링크(211)는 MS(208)와 그 서빙을 받는 BS0 사이에서의 신호 접속(예컨대, 호출)을 나타낸 다. MSC(204)는 접속(211)을 통해, MS(208)가 위치결정 기능을 실행하라는 명령 메시지를 MS(208)에 보낸다. MS(208)은 접속(211)을 통해, BS0에 의해 수신되고 MSC(202)로 운반된, 보고된 지역신호전송 및 도착시간을 전송한다. 업링크 신호접속(212, 213)(각각 BS1 및 BS2로) 각각은, 업링크로 전송되고 BS1 및 BS2에 의해 수신된 위치결정 시퀀스를 나타낸다. 이러한 전형적인 실시예에서, 상기 위치결정 시퀀스 정보는 단지 미리 정의된 시간표지(time mark)로 되어야 한다. 마찬가지로, 다운링크 신호접속(214, 215)(각각 BS1 및 BS2로부터) 각각은, BS1 및 BS2에 의해다운링크로 전송되고 MS(208)에 의해 수신된 위치결정 시퀀스를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 상기 위치결정 시퀀스 정보는 단지 미리 정의된 시간표지로 되는 것을 필요로 한다. 그러나, 다른 실시예에서는, 이러한 미리 정의된 시간표지가 CDMA 또는 WCDMA에서 BS1 및 BS2에 의해 전송된 파일롯 신호로서 실행될 수도 있다.
이웃한 기지국(BS1, BS2)에서 MS(208)까지의 거리는 상기한 왕복 위치결정법으로 결정될 수 있다. 서빙하는 기지국(BS0)에서 MS(208)까지의 거리는 종래의 시간 어드밴드 거리 측정법(Time Advance distance measurement method)(예컨대, TDMA 시스템의 경우), 또는 종래의 정합필터 거리측정법(예컨대, CDMA 또는 WCDMA의 경우)으로 결정할 수 있다. MS(208)와 기지국(BS0, BS1, BS2) 사이의 이러한 거리는, 알려진 BS 위치정보에 따라, 삼각측량법으로 MS의 위치를 결정하는데 사용된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 구성된, 무선기지국과 이동국의 블럭선도이다. 이 실시예에서는, 무선기지국 BS1(또는 BS2,...BSn) 및 이동국 MS(208)은 WCDMA 시스템의 일부이다. BS1은 송신 안테나(301)와 2개의 수신 안테나(302)를 포함한다. 수신안테나(302) 쌍은 무선 트래픽과 본 발명의 업링크 측정을 위한, 공간 다이버시티(space diversity)를 제공하는 잇점이 있다. BS1은 송신부(303), 수신부(304), 유한 임펄스 응답(FIR: Finite-Impulse-Response) 필터로 실현하는 것이 바람직한 정합필터(305)를 포함한다. FIR필터(305)(수신부(304)에 연결됨)는 종래의 타이밍 기술을 이용하여 BS1에 업링크 신호(309)가 도착하는 순간을 결정하며, 이것은 MS(208)의 위치를 결정하는 현재의 방법을 위해서 사용된다. 제어부(206)는 지역시계(308)(보고된 순간에 FIR필터로부터의 접속(307)을 통해)로부터 업링크 지역 도착시간(L-TOA-U)을 읽어내고, 이 정보를 결합된 무선채널 식별정보에 따라 MSC(202)로 운반한다.
MS(208)는 BS1에 대응하는 방법으로 본 발명의 MS 위치결정법을 실행하도록 구성되어 있다. 이러한 실시예에서, MS(208)는 송수신 안테나(321)를 포함하고, 이것은 수신부(324), 송신부(323), 및 송수신부(323)에 연결되어 있다. 정합필터(325)(또는 FIR필터로 구현)는 수신부(324)에 연결되어 있다. FIR필터(325)는 종래의 타이밍 기술을 이용하여 MS(208)에서 다운링크 신호(310)의 도착 순간을 결정하고, 이것은 MS(208)의 위치를 결정하는 현재의 방법을 위해서 사용된다. 제어부(326)는 지역시계(328)(보고된 순간에 FIR필터로부터의 접속(307)을 통해)로부터 다운링크 지역 도착시간(L-TOA-D)을 읽어내고, 이 정보를 결합된 무선채널 식별정보에 따라, 신호경로(signalling path)(329), 송수신부(330), 안테나(321), 공중 인터페이스(331) 및 서빙 중인 무선기지국(BS0)을 통해 MSC(202)로 운반한다.
제어부(326)는 업링크 신호(309)도 발생시키는데, 이것은 송신부(323)를 통해 MS(208)와 안테나(321)에 의해 전송된다. 해당 기지국(예컨대, BS1)에 의해 수신된 업링크 신호(309)는, MS의 위치를 결정하는 현재의 방법을 실행하는데 사용된다. 이와 같이, 제어부(326)는 지역시계(328)에서 업링크 신호(309)에 대한 지역 전송시간(L-TOT-U)를 읽어내고, 이 정보를 결합된 무선채널 식별자에 따라 MSC(202)로 운반한다. MSC(202)는 탐색표(204)를 참조하여 위치가 결정될 이동국(예컨대, MS 208)의 식별자를 결정한다. 탐색표는 알려진 BS 위치정보에 추가로, 각 신호(211, 212, 213, 214, 215)를 운반하는 결합된 무선채널도 보유한다. 이러한 신호는 서빙 중인 기지국(BS0)과 해당 MS(208) 사이에서 호출이 설정될 때 탐색표에 저장되어 있고, 명령 메시지는 MS의 위치를 결정하는 현재의 방법을 초기화하도록 송신된다.
도 3은 이동국의 위치를 결정하는 방법(500)을 나타내는 흐름도로서, 이것은 도 1 및 도 2에 나타낸 실시예에 의해 실행될 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템(200)은 CDMA 이동무선 시스템이다. 단계 501에서, 이동국(예컨대 208)의 위치를 결정하는 요구신호(request)가 서비스노드 MPC(203)에서 수신된다. 예를 들어, 이러한 요구신호는 가입자로부터의 짧은 문자메시지로서 MPC에 들어올 수 있다. 이러한 요구신호의 수신에 응답하여, 단계 502에서는, MPC(203)가 명령 메시지를 MSC(202)와 서빙 중인 BS0을 통해 MS(208)로 송신하고, 이것은 MS(208)가 자신의 위치결정 기능을 초기화하도록 시킨다. 위치결정은 서빙 중인 BS0의 위치와 이 웃하는 기지국 BS1 및 BS2의 위치를 사용하여 종래의 삼각측량법에 대한 입력으로 만들어진다. 단계 503에서는, 종래의 정합필터링/상관 방법을 사용하여 왕복 지연(BS0-MS-BS0)을 계산하여, BS0은 자신과 MS(208) 사이의 거리를 결정하고, 결정된 거리정보는 MSC(202)를 통해 MPC(203)로 보고된다.
단계 504에서, MS(208)는 BS1 및 BS2로부터 전송된 (파일럿)신호의 지역 도착시간, L-TOA-D1 및 L-TOA-D2을 각각 측정하고, 이러한 지역 도착시간을 BS0 및 MSC(202)를 통해 MPC(203)로 보고한다. 단계 505에서, MPC(203)는 MSC(202)를 통해 BS1 및 BS2로 명령 메시지를 송신하고, 이것은 BS1 및 BS2가 특정 기간동안 업링크로 MS(208)로부터 전송된 위치데이터에 대한 "듣기(listen)"를 하도록 명령한다. 단계 506에서, MPC(203)는 MSC(202) 및 BS0를 통해 MS(208)로 명령 메시지를 송신하고, 이것은 MS(208)이 특정 기간동안 위치 데이터를 전송하도록 명령하고, BS0 및 MSC(202)를 통해 MPC(203)로 정확한 전송시간(L-TOT-U)을 보고한다.
단계 507에서, BS1 및 BS2는 종래의 상관방법을 사용하여, 특정 기간동안 전송된 위치데이터의 각 지역 도착시간, L-TOA-U1 및 L-TOA-U2를 측정한다. 단계 508에서, BS1 및 BS2는 송신된 신호, L-TOT-D1 및 L-TOT-D2에 대한 각 지역 기지국 시간과, 수신된 신호, L-TOT-U1 및 L-TOT-U2에 대한 지역 기지국 도착시간을, MSC(202)를 통해 MPC(208)로 보고한다. 단계 509에서, MPC(203)은 알려진 BS 위치와 상기한 식2-4에 따른 보고된 지역시간을 사용하여, MS(208)의 위치를 계산한다.
본 발명에 따라서, 만일 지역 전송시간이 MS(208)로부터 보고된다면, MS(208)로부터의 업링크 신호는 임의의 적절한 시간에 전송될 수 있다는 것이 중요 하다. 그러나, 종래의 방법에서는, 위치가 결정될 이동국으로부터 전송된 업링크 신호는, 서빙 중인 기지국의 타이밍과 관련하여 알고 있는 절대시간과, 서빙 중인 기지국과 그 이동국 사이의 거리에서 전송된다. 결국, 종래의 방법과 다른 점으로서, 서빙 중인 기지국과 이동국 사이의 거리는, 단계 503에 대해 상기에서 설명한 것보다 단계 504-508을 실행함으로써, BS1 및 MS(208)과 BS2 및 MS(208) 사이의 거리를 결정하는, 도 3에 나타낸 현재의 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
비록 본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 바람직한 실시예는 상기한 설명과 첨부한 도면으로 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 제한되는 것은 아니며, 상기한 본 발명의 사상과 다음의 청구범위에서 정의된 범위에서 벗어나지 않으면서 여러가지 재구성, 변형 및 치환을 할 수 있을 것이다.

Claims (26)

  1. 이동무선국(208)과 제1 무선기지국(BS1) 각각이 업링크 신호 및 다운링크 신호 각각의 지역 전송시간(L-TOT-U; L-TOT-D)을 결정하는 단계;
    상기 이동무선국과(208) 상기 제1 무선기지국(BS1) 각각이 상기 다운링크 신호 및 상기 업링크 신호 각각의 지역 수신시간(L-TOA-D; L-TOA-U)을 결정하는 단계;
    상기 지역 전송시간(L-TOT-U; L-TOT-D) 중 하나 및 상기 지역 수신시간(L-TOA-D; L-TOA-U) 중 첫 번째 것으로부터 외관상 업링크 무선전파시간(T-up)을 계산하는 단계;
    상기 지역 전송시간(L-TOT-U; L-TOT-D) 및 상기 지역 수신시간(L-TOA-D; L-TOA-U) 중 두 번째 것으로부터 외관상 다운링크 무선전파시간(T-down)을 계산하는 단계; 및
    상기 외관상 업링크 무선전파시간(T-up)과 상기 외관상 다운링크 무선전파시간(T-down)을 더하여 왕복 무선전파시간을 구하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 왕복 무선전파시간에 광속을 곱하고 2로 나누어서, 상기 이동무선국(208)과 상기 제1 무선기지국(BS1) 사이의 거리(D)를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이동무선국(208)과 제2 무선기지국(BS2)에 대해 제1항의 단계를 재실행함으로써, 상기 이동무선국(208)과 상기 제2 무선기지국(BS2) 사이의 왕복 무선전파시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 왕복 무선전파시간에 광속을 곱하고 2로 나누어서, 상기 제1 무선기지국(BS1)과 상기 이동무선국(208) 사이의 제1 방사상 거리(radial distance)와, 상기 제2 무선기지국(BS2)과 상기 이동무선국(208) 사이의 제2 방사상 거리를 결정하고;
    상기 제1 방사상 거리와 상기 제2 방사상 거리의 다수의 교차점을 결정하고; 그리고
    상기 다수의 교차점으로부터 상기 이동무선국(208)의 위치를 선택함으로써,
    상기 이동무선국의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    제2 및 제3 무선기지국(BS2; BS0)에 대해 제1 및 제2항의 단계를 재실행하여, 상기 이동무선국(208)과 상기 제2 무선기지국(BS2) 및 제3 무선기지국(BS0) 사이의 거리를 결정하고; 그리고
    상기 이동무선국(208)과 상기 제1 무선기지국(BS1), 상기 이동무선국과 상기 제2 무선기지국(BS2), 및 상기 이동무선국과 상기 제3 무선기지국(BS0) 사이의 상기 거리를 삼각측량함으로써,
    상기 이동무선국(208)의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 3개 이상의 무선기지국(BS0, BS1, ..., BSn)으로서 시간도착 알고리즘을 사용하여, 상기 이동무선국(208)의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 이동무선국(208)과 적어도 하나의 무선기지국(BS1)에 대한 적어도 하나의 도착신호 방향을 수신하는 단계; 및
    상기 이동무선국(208)과 제1 무선기지국(BS1) 사이의 상기 거리와 상기 도착 신호의 방향으로부터 상기 이동무선국(208)의 위치를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 외관상 업링크 무선전파시간(T-up)은 업링크 신호에 대한 지역 도착시간(L-TOA-U)에서 상기 업링크 신호에 대한 지역 전송시간(L-TOT-U)을 뺀 것과 동일하고, 상기 외관상 다운링크 무선전파시간(T-down)은 다운링크 신호에 대한 지역 도착시간(L-TOA-D)에서 상기 다운링크 신호에 대한 지역 전송시간(L-TOT-D)을 뺀 것과 동일한 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 계산, 합산 및 승산 단계는 이동통신 네트워크 서비스노드(203)에서 실행되는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  10. 제2항에 있어서, 적어도 상기 이동무선국과 상기 제1 무선기지국 사이의 상기 거리 및 적어도 하나의 다른 거리측정법을 사용하여, 상기 이동무선국의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 왕복 무선전파시간(round-trip air-time)을 결정하는 방법.
  11. 제1 무선기지국이 다운링크 신호의 지역 전송시간(L-TOT-D)을 결정하게 하게하고, 이동무선국이 업링크 신호의 지역 전송시간(L-TOT-U)을 결정하게 하고, 상기 제1 무선기지국이 상기 업링크 신호의 지역 수신시간(L-TOA-U)을 결정하게 하고, 상기 이동무선국이 상기 다운링크 신호의 지역 수신시간(L-TOA-D)을 결정하게 하는 수단들; 및
    상기 업링크 지역 전송시간과 상기 업링크 지역 수신시간으로부터 외관상 업링크 무선전파시간(T-up)을 계산하고,
    상기 다운링크 지역 전송시간과 상기 다운링크 지역 수신시간으로부터 외관상 다운링크 무선전파시간(T-down)을 계산하고,
    상기 외관상 업링크 무선전파시간과 상기 외관상 다운링크 무선전파시간을 더하여 왕복 무선전파시간을 구하고,
    상기 왕복 무선전파시간에 광속을 곱하고 2로 나누는 프로세싱 수단(203);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 거리를 결정하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 프로세싱 수단은 이동위치센터(mobile positioning center)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 거리를 결정하는 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 다운링크 신호는 CDMA 시스템에서 파일롯 신호로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 거리를 결정하는 시스템.
  14. 제11항에서, 각각의 상기 이동무선국과 상기 제1 무선기지국에 대해 업링크 신호의 지역 전송시간과 다운링크 신호의 지역 수신시간을 결정하는 상기 수단은 제어부와 지역시계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동무선국과 제1 무선기지국 사이의 거리를 결정하는 시스템.
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