KR100605980B1 - 휴대 인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대 인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템에 있어서, 휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호를 전송하는 기지국들과, 상기 기지국들로부터 수신된 하향링크 신호들과 기지국 각각에 대한 기지국 정보를 이용하여 위치측정정보를 생성하는 단말과, 상기 단말로부터 생성된 위치측정정보를 이용하여 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 측정하는 위치측정장치를 포함한다. 이러한 본 발명은 휴대 인터넷 신호를 이용하여 위치를 측정함으로써 도심이나 음영지역 및 실내등과 같은 환경에서도 정확히 단말의 위치를 측정할 수 있는 효과가 있다.
위치 측정 시스템, 휴대인터넷 신호, 단말 위치 측정

Description

휴대 인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR POSITIONING USING PORTABLE INTERNET SIGNAL}
도 1은 본 발명의 실시 예에 다른 휴대인터넷 시스템에 대한 구성도
도 2는 본 발명의 실시 예에 다른 휴대인터넷 시스템의 전송 프레임 구성도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전송 프레임 중 하향링크 프레임을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 위치측정 방법에 대한 흐름도
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단말의 휴대인터넷 신호 수신 일예도
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 계산 과정에 대한 흐름도
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단말의 휴대인터넷 신호 및 이동통신 신호 수신 과정에 대한 흐름도
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단말의 휴대인터넷 신호와 이동통신 신호 수신 일예도
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호와 이동통신망 신호를 함께 이용한 위치 계산 방법에 대한 흐름도
본 발명은 위치 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 휴대인터넷 신호를 이용하여 단말의 위치를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 위치 측정 기술은 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 특히 차량 및 선박 항법 장치, 이동통신 단말기의 위치 측정 등에 폭넓게 이용되고 있다.
통상적으로 널리 이용되는 위치 측정 기술을 예를 들면 GPS(Global Positioning System) 신호를 이용한 위치 측정 기술과 기지국의 파일럿(Pilot) 신호를 이용한 위치 측정 기술 등이 있다.
먼저 GPS 신호를 이용한 위치 측정 기술은 GPS위성으로부터 전송되는 GPS 위성 신호 중 캐리어(carrier)에 실려 전송되는 코드(code)를 이용하여 위성과 GPS 수신기들 간의 거리를 계산하고, 그 거리들을 이용하여 위치를 측정하는 기술이다.
또한 기지국의 파일럿 신호를 이용한 위치 측정 기술은 시각이 서로 동기된 기지국들로부터 전송된 파일럿 채널의 PN(Pseudo random Noise) phase를 이용하여 기지국과 단말들 간의 거리를 계산하고, 그 거리들을 이용하여 위치를 측정하는 기술이다.
그런데 상기한 바와 같은 위치 측정 기술 중 GPS 신호를 이용한 위치 측정 기술은 하늘이 개방(open sky) 환경에서는 GPS 신호의 세기가 강해서 위치 측정이 용이하지만, 도심이나 음영지역 및 실내등과 같은 환경에서는 GPS 신호의 세기가 약해서 위치 측정이 불가능한 문제점이 있다.
또한 이동통신망의 파일럿 신호를 이용하는 위치 측정 기술은 그 파일럿 신호의 레졸루션(resolution)이 크기 때문에 이에 따른 수신 오차가 크고, 기지국과 단말기 사이에 중계기가 존재하는 경우 중계기로 인한 수신 오차로 인해 정확한 위치 측정이 어려운 문제점이 있다.
따라서 GPS(Global Positioning System) 신호를 이용한 위치 측정 기술과 기지국의 파일럿(Pilot) 신호를 이용한 위치 측정 기술 보다 정밀하고 성능이 좋은 위치 측정 기술의 개발이 필요한 실정이다.
그런데 최근 전국적인 광역성 및 고속 이동성을 갖는 이동통신과 옥내에서 초고속 전송 속도를 지원하는 무선랜과 함께 상호 보완적인 관계를 형성할 수 있는 휴대 인터넷 시스템이 개발되었다. 휴대 인터넷 시스템은 휴대용 무선 단말기를 이용해 언제 어디서나 이동 상태에서 고속 전송속도로 인터넷에 접속하여 다양한 정보와 컨텐츠를 얻거나 활용할 수 있도록 한다.
이러한 휴대인터넷 시스템에서는 도심이나 음영지역 및 실내등과 같은 환경에서도 신호 수신률이 높고 중계기를 필요로 하지 않기 때문에 중계기로 인한 수신 오차를 고려하지 않아도 된다. 그러므로 휴대인터넷 신호를 이용하여 위치 측정을 수행한다면 기존의 파일럿 신호 및 GPS 신호를 이용한 위치측정 방법보다 보다 정밀하고 성능이 좋은 위치 측정이 가능할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 실내에서도 수신가능하고, 수신 오차가 적은 휴대인터넷 신호를 이용하여 단말의 위치를 보다 정밀하게 측정하는 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 휴대인터넷 신호와 기존의 이동통신 신호를 함께 이용하여 단말의 위치를 측정하는 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 휴대 인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템에 있어서, 휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호를 전송하는 기지국들과, 상기 기지국들로부터 수신된 하향링크 신호들과 기지국 각각에 대한 기지국 정보를 이용하여 위치측정정보를 생성하는 단말과, 상기 단말로부터 생성된 위치측정정보를 이용하여 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 측정하는 위치측정장치를 포함한다.
또한 본 발명은 휴대 인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템에 있어서, 휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호를 전송하고, 이동통신을 위한 파일럿 신호를 전송하는 기지국들과, 상기 기지국들로부터 각각 하향링크 신호들 및 파일럿 신호들을 수신하고, 상기 하향링크 신호들과 기지국 정보 및 상기 하향링크 신호와 상기 파일럿 신호를 이용하여 위치측정정보를 생성하는 단말과, 상기 단말로부터 생성된 위치측정정보를 이용하여 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 측정하는 위치측정장치를 포함한다.
또한 본 발명은 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 방법에 있어서, 단말이 기지국들로부터 휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호들을 수신하는 과정과, 상기 기지국들 각각에 대한 기지국 정보와 상기 기지국들로부터 수신된 하향링크 신호들을 이용하여 위치측정정보를 생성하는 과정과, 상기 위치측정정보를 이용하여 상기 단말과 상기 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 계산하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명은 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 방법에 있어서, 단말이 기지국들로부터 휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호들 및 이동통신을 위한 파일럿 신호들을 수신하는 과정과, 상기 하향링크 신호를 전송한 각 기지국 정보와 상기 수신된 하향링크 신호들을 이용하여 휴대인터넷 위치측정정보를 생성하는 과정과, 상기 파일럿 신호를 전송한 각 기지국 정보와 상기 수신된 파일럿 신호들을 이용하여 이동통신 위치측정정보를 생성하는 과정과, 상기 휴대인터넷 위치측정정보와 이동통신 위치측정정보를 이용하여 상기 단말과 상기 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 계산하는 과정을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템에 대한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템은 단말(AT;Access Terminal)(34), 기지국(AP;Access Point)(32), 패킷엑세스라우터(PAR;Packet Access Router)(30)와, 패킷엑세스라우터(30)들을 연결하는 백본망(backbone network)과, 단말 위치를 측정하는 위치측정장치(PDE;Position Determination Entity)(50)를 포함한다.
먼저 백본망은 서비스 제공자 네트워크(20), 인증(AAA;Authorization, Authentication and Accounting) 서버(22), 홈 에이전트(HA;Home Agent) 서버(24), 네트워크 관리(NMS;Network Management System) 서버(26)를 포함하며, 다른 특정 목적을 위한 서버들을 포함할 수 있다. 서비스 제공자 네트워크(20)는 공용 IP 네트워크(10)와 연결되어 휴대인터넷 서비스를 제공한다. 인증 서버(22)는 휴대인터넷 서비스 사용자의 인증을 수행한다. 홈 에이전트 서버(24)는 홈 관리를 수행한다. 네트워크 관리 서버(26)는 네트워크 관리를 수행한다.
PAR(30)은 다수개의 AP(32)들과 접속되어 이들을 관리하며, 기지국 내에서의 고속 이동성을 보장하기 위한 핸드오버 제어 기능을 수행한다. 이를 위해 AP(34)와 PAR(30)간에는 IP 프로토콜을 기반으로 접속되며, 고속 패킷 전송을 위해 기가비트 이더넷 스위치를 기반으로 구성된다.
AP(32)는 기지국으로 유무선 채널 변환기능을 수행하여 AT(34)로부터 수신하는 정보를 PAR(30)로 전달하거나 반대로 PAR(30)로부터 수신하는 각종 정보들을 무선신호로 변환하여 AT(34)에게 전달한다. 이러한 AP(32)는 데이터 전송을 위해 상호간 시각이 동기되어 있으며, 오류없는 패킷 송수신을 위한 패킷 재전송 기능, 무선 자원의 효율적 운용을 위한 패킷 스케쥴링 및 무선 대역폭 할당기능, 레인징(ranging)기능, 패킷 호 연결 설정, 유지, 해제 등과 관련된 연결제어와 핸드오버 제어 기능 및 PAR 접속 기능 등을 수행한다. 이러한 AP(32)는 망 사업자 측면에서 볼때 기지국 설치비 절감을 위해 예컨대 CDMA 시스템과 같은 기존 이동통신망의 기지국으로도 이용될 수 있다.
AT(34)는 무선채널의 종단점으로 AP(32)와 직교주파수 분할 다중 방식(OFDMA; Orthogonal Frequency Division Multiple Access)으로 휴대인터넷 전송 프레임을 통해 통신을 수행하며, 무선채널 송수신 기능, MAC(Medium Access Control) 처리 기능, 핸드오버 기능, 사용자 인증 및 암호화 기능, 무선링크 제어관리 기능 등을 수행한다. AT(34)는 AP(32)로부터 하향링크 신호를 수신하며, 수신된 하향링크 신호를 이용하여 AP(32)와의 거리 계산을 위한 위치측정정보를 생성한다. 예컨대 AT(34)는 각 AP에서 하향링크 신호를 전송한 시간과 AT에서 상기 하향링크 신호를 수신한 시간 사이에 들어온 심볼 개수 및 샘플 개수를 계산하고, 계산된 하향링크 신호의 심볼 개수 및 샘플 개수를 포함하는 위치측정정보를 생성한다. 그리고 AT(34)는 생성한 위치측정정보 즉, 하향링크 프레임의 심볼(Symbol)의 개수와 샘플(sample)의 개수를 AP(32)로 전송한다. 또한 AT(34)는 상기한 바와 같이 휴대인터 넷 시스템의 AP(32)들로부터 하향링크 신호를 수신함과 동시에 예컨대 CDMA 시스템의 CDMA 기지국과 같은 이동통신 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신할 수도 있다.
이동통신 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하는 경우, AT(34)는 수신된 파일럿 신호를 이용하여 AP(32)와의 거리 계산을 위한 위치측정정보를 생성한다. 예컨대 AT(34)는 수신된 파일럿 신호의 PN phase 개수를 계산하고, 계산된 파일럿 신호의 PN phase 개수를 포함하는 위치측정정보를 생성한다. 그리고 AT(34)는 생성한 위치측정정보를 AP(32)로 전송한다.
PDE(PDE:Position Determination Entity)(50)는 AT(34)로부터 전송된 위치측정정보를 이용하여 각 AP(32)와 AT(34)들 간의 거리를 계산한다. 즉, PDE(50)는 AP(32)를 통해 AT(34)가 수신한 하향링크 프레임의 심볼 개수와 샘플 개수를 이용하여 각 AP(32)와 AT(34)들 간의 거리를 계산한다. 또한, PDE(50)는 이동통신 기지국을 통해 AT(32)가 수신한 파일럿 신호의 PN phase 개수를 이용하여 이동통신 기지국과 AT(32)간의 거리를 계산한다. 그리고 PDE(50)는 계산된 거리들을 이용하여 AT의 위치를 계산한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 다른 휴대인터넷 시스템의 전송 프레임 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 휴대 인터넷 시스템의 전송 프레임은 상향링크 프레임과 하향링크 프레임으로 구성된다.
상향링크 프레임은 상향링크 제어 심볼과 상향링크 데이터로 구성되며, 상기 상향링크 데이터는 슬롯, 타일(Tile), 빈(Bin) 등으로 구성되고, 상기 상향링크 프레임의 종료위치에는 상하향링크 프레임 전송시간의 구분을 위한 보호시간인 40.4 [ms]의 RTG가 위치한다.
하향링크 프레임은 하향링크 프리엠블과 하향링크 데이터로 구성되며, 상기 하향링크 데이터는 슬롯(Slot), 그룹(Group), 빈(Bin) 등으로 구성되고, 상기 하향링크 프레임의 종료위치에는 상하향링크 프레임 전송시간의 구분을 위한 보호시간인 121.2 [ms]의 TTG가 위치한다.
본 발명의 실시 예에서는 상기한 휴대인터넷 시스템의 상하향 프레임 중 하향링크를 이용하여 AP(32)와 AT(34)간의 거리를 계산한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전송 프레임 중 하향링크 프레임을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 하향링크 프레임은 프리앰플 구간과 데이터 구간으로 이루어진다. 프리앰블 구간은 AT(34)의 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 옵셋(offset) 및 채널 추정을 위한 정보를 포함한다. 데이터 구간은 AP(32)가 AT(34)로 전송하고자 하는 데이터 정보를 포함한다.
각 프리앰플 구간과 데이터 구간은 심볼들로 구성된다. 이때 하나의 심볼 시간(symbol time)이 115.2㎲이고, 반복구간(cyclic prefix)를 제외한 순수한 심볼 시간은 102.4㎲이다. 그리고 각 심볼들은 1024개의 샘플들로 구성된다. 따라서 하나의 샘플 시간(sample time)은 102.4㎲/1024=100㎱가 된다. 그리고 이와 같은 샘플과 심볼은 빛의 속도로 이동하므로 소정 기준 시간동안 AP(32)로부터 AT(34)에 수신되는 하향링크 신호의 심볼의 개수와 샘플의 개수를 알면 AP(32)와 AT(34)간의 거리를 구할 수 있다.
AP(32)와 AT(34)간의 거리를 구하는 식은 하기 수학식 1과 같다.
Figure 112005000402645-pat00001
R = (nsymbol * 102.4㎲ + nsample * 100㎱) * 3 * 10 m/s
여기서 R은 AP(32)와 AT(34)간의 거리이다. nsymbol은 심볼의 개수이고, 102.4㎲는 심볼 하나의 시간이다. nsample은 샘플의 개수이고, 100㎱는 샘플 하나의 시간이다. 3 * 10
Figure 112005000402645-pat00002
m/s는 빛의 속도이다.
상기한 바와 같은 수학식 1을 이용하여 AT(34)와 각 AP(32)간의 거리가 계산되면 그 계산된 거리를 이용하여 AT(34)의 위치를 계산할 수 있다.
이하 상기한 바와 같이 구성된 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 장치에서의 위치 측정 방법에 대해 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 방법에 대한 흐름도이다. 도 4를 참조하면, AT(34)는 502단계에서 하향링크 신호를 수신한다. 본 발명의 실시 예에 따른 위치측정방법에서는 삼각측량법을 이용하기 때문에 AT(32)는 적어도 세 개 이상의 AP(34)들로부터 하향링크를 신호를 수신해야 한다. 본 발명의 제1 실시 예에서는 AT(32)가 자신과 가까운 세 개의 AP들로부터 하향링크 신호를 수신한다고 가정한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 AT의 휴대인터넷 신호 수신 일예도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에서 AT(34)는 자신과 가까운 AP1, AP2, AP3로부터 각각 하향링크 신호를 수신하는 경우를 도시하고 있다.
이와 같이 각 AP1, AP2, AP3로부터 각각 하향링크 신호가 수신되면 AT(34)는 504단계에서 각 수신된 하향링크 신호들의 프리앰블을 확인한다. AT(32)는 각 하향 링크 신호들의 프리앰블로부터 그 하향링크 신호가 어느 AP로부터 전송된 것인지 알 수 있다. 이에 따라 AT(34)는 506단계에서 각 하향링크 신호의 AP 정보를 확인한다.
그리고 AT(34)는 수신된 하향링크 신호를 이용하여 AP와의 거리 계산을 위한 위치측정정보를 생성한다. 이때 위치측정정보는 수신된 하향링크 신호의 심볼 개수와 샘플 개수가 될 수 있다.
이에 따라 AT(34)는 508단계에서 각 AP(32)들로부터의 하향링크 신호에서 심볼과 샘플을 추출하여 심볼 개수와 샘플 개수를 계산한다. 즉, AT(34)는 AP1, AP2, AP3로부터 수신된 각각의 하향링크 신호의 심볼 개수와 샘플 개수를 각각 계산한다. 이때 AT(34) 각 AP(32)에서 하향링크 신호를 전송한 시간과 AT(34)에서 상기 하향링크 신호를 수신한 시간 사이에 들어온 심볼 개수 및 샘플 개수를 계산한다. 그리고 AT(34)는 510단계에서 상기 각각의 하향링크 신호에 대해 계산된 심볼 개수와 샘플 개수를 포함하는 위치측정정보를 PDE(50)로 전달한다.
그러면 PDE(50)는 512단계에서 AT(34)로부터 전달된 위치측정정보 즉, 각 하향링크 신호의 심볼 개수와 샘플 개수를 이용하여 AT(34)와 AP(32)들 간의 거리(Range)를 계산한다. 예컨대 PDE(50)는 AT(34)로부터 전달된 각 하향링크 신호의 심볼 개수와 샘플 개수를 이용하여 AT(34)와 AP1간의 거리(
Figure 112005000402645-pat00003
), AT(34)와 AP2간의 거리(
Figure 112005000402645-pat00004
), AT(34)와 AP3간의 거리(
Figure 112005000402645-pat00005
)를 각각 계산한다. 이때 AT(34)와 각 AP들 간의 거리는 상기 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.
이와 같이 AT(34)와 AP(32)들 간의 거리(Range)를 계산하고 나서 PDE(50)는 514단계에서 계산된 각 거리들을 이용하여 AT(34)의 위치를 계산한다. 이때 PDE(50)는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식을 적용하여 AT와 기준 AP와의 거리를 구하는 식과 및 AT와 인접 AP들 간의 거리를 구하는 식 사이의 차분을 구하는 차분방정식을 산출한다. 그리고 PDE(50) 상기 산출된 차분방정식과 상기 계산된 각 거리값을 이용하여 AT의 위치를 계산한다.
이러한 514단계의 AT 위치 계산 과정에 대한 상세한 도면이 도 6에 도시되어 있다. 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 계산 과정에 대한 흐름도이다. 도 6을 참조하면, PDE(50)는 602단계에서 AT와 각 AP들 간의 거리를 구하기 위한 계산식을 각각 산출한다.
이때, AT와 각 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식은 하기 수학식 2와 같다.
Figure 112005000402645-pat00006
이때
Figure 112005000402645-pat00007
는 AT와 i번째 AP간의 거리이다. (x, y)는 단말의 위치좌표이다. (
Figure 112005000402645-pat00008
,
Figure 112005000402645-pat00009
)는 i번째 AP의 위치좌표이다.
예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 위치계산을 위한 AP들이 AP1, AP2, AP3인 경우, PDE(50)는 AT와 AP1간의 거리(
Figure 112005000402645-pat00010
)를 구하기 위한 계산식과, AT와 AP2간의 거 리(
Figure 112005000402645-pat00011
) 및 AT와 AP3간의 거리(
Figure 112005000402645-pat00012
)를 구하기 위한 계산식을 각각 산출한다.
상기한 바와 같이 AT와 각 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식을 산출하고 나서, PDE(50)는 604단계에서 AT(34)의 위치 계산을 위한 AP들 중 기준 AP 및 인접 AP를 결정한다.
그리고 기준 AP와 인접 AP들을 결정하고 나서, PDE(50)는 606단계에서 AT와 기준 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식과 AT와 인접 AP들 간의 거리를 구하기 위한 계산식 간의 차분방정식을 산출한다.
이때 AT와 기준 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식과 AT와 인접 AP들 간의 거리를 구하기 위한 계산식 간의 차분방정식은 하기 수학식 3과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112005000402645-pat00013
여기서
Figure 112005000402645-pat00014
은 AT와 인접 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식이고,
Figure 112005000402645-pat00015
은 AT와 기준 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식이다. 그리고
Figure 112005000402645-pat00016
은 AT와 인접 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식과 AT와 기준 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식의 차분을 나타낸다.
예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 기준 AP가 AP1이고, 인접 AP들이 AP2, AP3라고 가정하면, AT와 기준 AP간의 거리를 구하기 위한 계산식과 AT와 인접 AP들 간의 거리를 구하기 위한 계산식 간의 차분방정식은
Figure 112005000402645-pat00017
,
Figure 112005000402645-pat00018
,
Figure 112005000402645-pat00019
등과 같이 산출될 수 있다.
상기 <수학식 3>과 같은 차분방정식을 산출하고 나서 PDE(50)는 상기 차분방정식을 이용하여 AT의 위치좌표(x, y)와 AT(34)로부터 각 AP들 간의 거리에 관한 이차 방정식을 산출한다. 이때 AT의 위치좌표(x, y)와 AT로부터 각 AP들 간의 거리에 관한 이차 방정식은 하기 수학식 4와 같이 계산되어질 수 있다.
Figure 112005000402645-pat00020
Figure 112005000402645-pat00021
Figure 112005000402645-pat00022
Figure 112005000402645-pat00023
Figure 112005000402645-pat00024
상기 <수학식4>에서 기준 AP의 위치좌표는
Figure 112005000402645-pat00025
,
Figure 112005000402645-pat00026
,
Figure 112005000402645-pat00027
으로 가정하면, PDE(50)는 상기 <수학식 4>를 통해 AT의 위치좌표(x, y)와 AT로부터 기준 AP간의 거리(
Figure 112005000402645-pat00028
)에 관한 이차 방정식을 하기 <수학식 5>와 같이 산출한다.
Figure 112005000402645-pat00029
또한 PDE(50)는 상기 <수학식3> 및 <수학식 4>를 이용하여 AT의 위치좌표(x, y)와 AT로부터 인접 AP들간의 거리(
Figure 112005000402645-pat00030
,
Figure 112005000402645-pat00031
)에 관한 이차 방정식을 각각 산출한다.
그리고 PDE(50)는 608단계에서 상기 AT의 위치좌표(x, y)와 AT로부터 각 AP간의 거리에 관한 이차 방정식들과 상기 하향링크 신호의 심볼 및 샘플 개수를 통해 계산된 각 AT와 AP간의 거리를 이용하여 AT 위치를 계산한다. 이때 리스트 스퀘어(Least Square) 등의 알고리즘이 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 AT 위치 측정 방법은 도심이나 음영지역 및 실내등과 같은 환경에서도 휴대인터넷 신호를 수신할 수 있으므로 실내에서의 위치 측정이 가능하다. 또한 휴대인터넷 신호는 수신 오차가 적으므로 상기한 바와 같은 휴대인터넷 신호를 이용한 AT 위치 측정 방법은 기존의 파일럿 신호 및 GPS 신호를 이용한 위치측정 방법보다 보다 정밀하고 성능이 좋은 위치 측정이 가능하다.
한편, 전술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호를 이용한 AT 위치 측정 방법에서는 휴대인터넷 신호만을 이용하여 AT의 위치를 측정하였지만, 휴대인터넷 신호와 이동통신망의 파일럿 신호를 함께 이용하여 AT의 위치를 측정할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 AT의 휴대인터넷 신호 및 이동통신 신호 수신 과정에 대한 흐름도이다. 도 7을 참조하면, AT(34)는 802단계에서 AT 위치 측정을 위한 신호를 수신한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 위치측정방법에서는 AT(32)가 휴대인터넷 시스템의 AP들로부터 하향링크 신호를 수신함과 동시에 CDMA 시스템의 CDMA 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신할 수 있는 AT라고 가정한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 AT의 휴대인터넷 신호와 이동통신 신호 수신 일예도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에서 AT(34)는 AP1, AP2로부터 휴대인터넷 하향링크 신호를 수신하고, AP4로부터 CDMA 파일럿 신호를 수신하는 경우를 도시하고 있다.
이와 같이 AT 위치 측정을 위한 신호가 수신되면 AT(32)는 804단계에서 수신신호가 휴대인터넷 신호인지 CDMA 파일럿 신호인지 검사한다.
만약 수신된 신호가 휴대인터넷 시스템의 하향링크 신호이면 AT(34)는 807단계에서 각 수신된 하향링크 신호들의 프리앰블을 확인한다. AT(34)는 각 하향링크 신호들의 프리앰블로부터 그 하향링크 신호가 어느 AP로부터 전송된 것인지 알 수 있다. 이에 따라 AT(34)는 808단계에서 각 하향링크 신호의 AP 정보를 확인한다.
그리고 AT(34)는 수신된 하향링크 신호를 이용하여 AP와의 거리 계산을 위한 위치측정정보를 생성한다. 이때 위치측정정보는 수신된 하향링크 신호의 심볼 개수와 샘플 개수가 될 수 있다. 본 발명의 제2 실시 예에서는 휴대인터넷의 하향링크 신호를 이용하여 계산된 위치측정정보를 휴대인터넷 위치측정정보라 칭한다.
좀더 구체적으로 AT(34)는 810단계에서 각 AP(32)들로부터의 하향링크 신호에서 심볼과 샘플을 추출하여 심볼 개수와 샘플 개수를 계산한다. 즉, AT(34)는 AP1, AP2로부터 수신된 각각의 하향링크 신호의 심볼 개수와 샘플 개수를 각각 계산한다. 그리고 AT(34)는 812단계에서 상기 각각의 하향링크 신호에 대해 계산된 심볼 개수와 샘플 개수를 포함하는 휴대인터넷 위치측정 정보를 생성하여 PDE(50) 로 전달한다.
한편, 수신된 신호가 CDMA 시스템의 파일럿 신호이면 AT(34)는 814단계에서 파일럿 신호의 오프셋을 검출한다. AT(34)는 파일럿 신호의 오프셋으로부터 그 파일럿 신호가 어느 CDMA 기지국으로부터 전송된 것인지 알 수 있다. 이에 따라 AT(34)는 816단계에서 CDMA 기지국 정보를 확인한다.
그리고 AT(34)는 수신된 파일럿 신호를 이용하여 AP와의 거리 계산을 위한 위치측정정보를 생성한다. 이때 위치측정정보는 수신된 파일럿 신호의 PN phase 개수가 될 수 있다. 본 발명의 제2 실시 예에서는 이동통신 시스템의 파일럿 신호를 이용하여 계산된 위치측정정보를 이동통신 위치측정정보라 칭한다.
좀더 구체적으로, AT(34)는 818단계에서 CDMA 기지국에서 파일럿 신호를 전송한 시간과 AT에서 상기 파일럿 신호를 수신한 시간 사이에 들어온 파일럿 PN phase 의 개수를 측정한다. 그리고 AT(34)는 820단계에서 상기 확인된 CDMA 기지국 정보와 파일럿 신호의 PN phase 개수를 포함하는 이동통신 위치측정정보를 생성하여 PDE(50)로 송신한다.
그러면 PDE(50)는 휴대인터넷 신호와 이동통신망의 파일럿 신호를 함께 이용하여 AT(34)의 위치를 측정한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 휴대인터넷 신호와 이동통신망 신호를 함께 이용한 위치 계산 방법에 대한 흐름도이다. 도 9를 참조하면, PDE(50)는 902단계에서 AT(34)로부터 각 AP 정보와 각 AP로부터 수신된 하향링크 신호의 심볼 개수와 샘플 개수를 수신한다.
또한 PDE(50)는 904단계에서 CDMA 기지국 정보와 CDMA 기지국으로부터 수신된 파일럿 신호의 PN phase 개수를 수신한다.
그리고 PDE(50)는 906단계에서 AT와 AP간의 거리를 계산하고, AT와 CDMA 기지국간의 거리를 계산한다. 이때 PDE(50)는 각 AP에서 하향링크 신호를 전송한 시간과 AT에서 상기 하향링크 신호를 수신한 시간 사이에 들어온 심볼 개수 및 샘플 개수를 이용하여 <수학식 1>과 같이 AT와 AP간의 거리를 각각 계산한다.
또한 PDE(50)는 CDMA 기지국에서 파일럿 신호를 전송한 시간과 AT에서 상기 파일럿 신호를 수신한 시간 사이에 들어온 파일럿 PN phase 의 개수를 이용하여 AT와 CDMA 기지국과의 거리를 계산한다.
그리고 상기한 바와 같이 AT와 AP간의 거리 및 AT와 CDMA 기지국 간의 거리를 계산하고 나서 PDE(50)는 908단계에서 계산된 각 거리들을 이용하여 AT의 위치를 계산한다. 이때 PDE(50)는 TDOA방식을 적용하여 AT와 기준 AP와의 거리를 구하는 식과 및 AT와 CDMA 기지국 및 인접 AP간의 거리를 구하는 식 사이의 차분을 구하는 차분방정식을 산출한다. 그리고 PDE(50) 상기 산출된 차분방정식과 상기 계산된 각 거리값을 이용하여 AT의 위치를 계산한다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서는 별도의 위치측정장치가 단말의 위치를 측정하였으나, 단말 자체가 자신의 위치를 측정하도록 구성될 수 있다. 또한 본 발명의 실시 예에서는 휴대인터넷 신호만을 이용한 위치 측정 방법과 휴대인터넷 신호와 이동통신 신호를 함께 이 용하는 위치측정 방법에 대해서 설명하였으나, 휴대 인터넷 신호와 GPS 신호를 함께 이용한 위치 측정도 가능하다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 휴대 인터넷 신호를 이용하여 위치를 측정함으로써 도심이나 음영지역 및 실내등과 같은 환경에서도 정확히 단말의 위치를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 휴대인터넷 신호와 기존 이동통신 신호를 함께 이용하여 위치를 측정함으로써 위치 측정을 위해 이용할 수 있는 신호가 많아지고, 이에 따라 상호 보완을 통해 위치 측정 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 휴대 인터넷 기지국과 이동통신 기지국을 동시에 사용하는 경우 하나의 기지국으로부터 휴대인터넷 신호와 이동통신 신호를 수신하여 위치 측정이 가능한 이점이 있다.

Claims (19)

  1. 휴대 인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템에 있어서,
    휴대 인터넷 통신을 위한 하향링크 신호를 전송하는 기지국들과,
    상기 기지국들로부터 하향링크 신호들을 수신하여, 각 하향링크 신호들에 대한 심볼 개수 및 샘플 개수를 계산하고, 상기 기지국 각각에 대한 기지국 정보를 이용하여, 상기 계산된 심볼 개수 및 샘플 개수를 포함하는 위치측정정보를 생성하는 단말과,
    상기 위치 측정 정보를 이용하여, 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 측정하는 위치 측정 장치를 포함함을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단말은 상기 하향링크 신호를 전송한 시간과 자신이 상기 하향링크 신호를 수신한 시간 사이에 들어온 심볼 개수 및 샘플 개수를 계산함을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단말과 상기 기지국들 간의 거리값들은 하기 수학식에 의해 계산되며,
    R = (nsymbol * 102.4㎲ + nsample * 100㎱) * 3 * 10m/s
    R은 단말과 기지국간의 거리값이고, nsymbol은 심볼의 개수이고, 102.4㎲는 심볼 하나의 시간이고, nsample은 샘플의 개수이고, 100㎱는 샘플 하나의 시간임을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치측정장치는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식을 적용하여 상기 단말과 각 기지국간의 거리를 구하는 식들을 산출하고, 상기 단말과 각 기지국간의 거리를 구하는 식과 상기 계산된 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거 리값들을 이용하여 단말의 위치를 측정함을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  7. 휴대 인터넷 신호를 이용한 위치 측정 시스템에 있어서,
    휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호를 전송하고, 이동통신을 위한 파일럿 신호를 전송하는 기지국들과,
    상기 기지국들로부터 각각 하향링크 신호들 및 파일럿 신호들을 수신하여, 하향링크 신호들 각각에 대한 심볼 개수 및 샘플 개수를 계산하고, 상기 수신된 파일럿 신호들 각각에 대한 PN phase 개수를 계산하며, 상기 기지국 각각에 대한 기지국 정보들을 이용하여, 상기 계산된 심볼 개수 및 샘플 개수와 상기 PN phase 개수를 포함하는 위치측정정보를 생성하는 단말과,
    상기 생성된 위치측정정보를 수신하여, 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 측정하는 위치측정장치를 포함함을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단말은 상기 기지국이 상기 파일럿 신호를 전송한 시간과 자신이 상기 파일럿 신호를 수신한 시간 사이에 들어온 PN phase 개수를 계산함을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 위치측정장치는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식을 적용하여 상기 단말과 각 기지국간의 거리를 구하는 식들을 산출하고, 상기 단말과 각 기지국간의 거리를 구하는 식과 상기 계산된 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거리값들을 이용하여 단말의 위치를 측정함을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  12. 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 방법에 있어서,
    단말이 기지국들로부터 휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호들을 수신하는 과정과,
    상기 기지국들 각각에 대한 기지국 정보와 상기 기지국들로부터 수신된 하향링크 신호들을 이용하여, 상기 수신된 하향링크 신호들에 대한 심볼 개수와 샘플 개수 및 상기 수신된 파일럿 신호에 대한 PN(Pseudo random Noise) phase 개수를 포함하는 위치측정정보를 생성하는 과정과,
    상기 위치측정정보를 이용하여 상기 단말과 상기 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 단말과 상기 기지국들 간의 거리값들은 하기 수학식에 의해 계산되며,
    R = (nsymbol * 102.4㎲ + nsample * 100㎱) * 3 * 10m/s ,
    R은 단말과 기지국간의 거리이고, nsymbol은 심볼의 개수이고, 102.4㎲는 심볼 하나의 시간이고, nsample은 샘플의 개수이고, 100㎱는 샘플 하나의 시간임을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 단말과 기지국들 간의 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 계산하는 과정은,
    상기 단말과 각 기지국들 간의 거리를 구하기 위한 계산식을 각각 산출하는 과정과,
    상기 기지국들 중 기준 기지국 및 인접 기지국들을 결정하는 과정과,
    상기 단말과 기준 기지국간의 거리를 구하기 위한 계산식과 상기 단말과 상기 인접 기지국들 간의 거리를 구하기 위한 계산식들 간의 차분방정식을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 차분방정식을 이용하여 상기 단말의 위치정보와 상기 단말과 상기 기지국들간의 거리에 관한 이차 방정식을 산출하는 과정과,
    상기 단말의 위치 정보와 상기 단말과 상기 각 기지국간의 거리에 관한 이차 방정식들과, 상기 계산된 단말과 상기 기지국간의 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  16. 휴대인터넷 신호를 이용한 위치 측정 방법에 있어서,
    단말이 기지국들로부터 휴대인터넷 통신을 위한 하향링크 신호들 및 이동통신을 위한 파일럿 신호들을 수신하는 과정과,
    상기 하향링크 신호를 전송한 각 기지국 정보와 상기 수신된 하향링크 신호들을 이용하여, 상기 수신된 하향링크 신호들에 대한 심볼 개수와 샘플 개수를 포함하는 휴대인터넷 위치측정정보를 생성하는 과정과,
    상기 파일럿 신호를 전송한 각 기지국 정보와 상기 수신된 파일럿 신호들을 이용하여, 상기 수신된 파일럿 신호에 대한 PN(Pseudo random Noise) phase 개수를 포함하는 이동통신 위치측정정보를 생성하는 과정과,
    상기 휴대인터넷 위치측정정보와 이동통신 위치측정정보를 이용하여 상기 단말과 상기 기지국들 간의 거리값들을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서, 상기 계산된 단말과 기지국들 간의 거리값들을 이용하여 상기 단말의 위치를 계산하는 과정은,
    TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식을 적용하여 상기 단말과 각 기지국간의 거리를 구하는 식들을 산출하는 과정과,
    상기 단말과 각 기지국간의 거리를 구하는 식과 상기 계산된 상기 단말과 상기 각각의 기지국들 간의 거리값들을 이용하여 단말의 위치를 측정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
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