KR100868498B1 - 측위용 기지국 결정 방법, 및 이를 이용한 측위 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측위용 기지국 결정 방법, 및 이를 이용한 측위 방법에 관한 것으로, 본 발명의 측위용 기지국 결정 방법은, (a) P(4 이상의 값) 개의 후보 기지국들을 그룹핑하여, pC3가지의 1차 그룹 - 3개의 후보 기지국들을 제1 그룹원, 제2 그룹원, 및 제3 그룹원으로서 포함함 - 을 생성하는 단계; (b) 상기 1차 그룹들 중에서, 제1, 제2, 및 제3 그룹원이 형성하는 삼각형 내에 이동 단말이 위치하는 적어도 하나의 2차 그룹을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 적어도 하나의 2차 그룹 중에서, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 2차 그룹의 그룹원들을 측위용 기지국들로 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 보다 정확한 측위에 사용될 수 있는 측위용 기지국들을 결정할 수 있으며, 그 결과, 이동 단말의 측위를 보다 정확하게 수행할 수 있다.

Description

측위용 기지국 결정 방법, 및 이를 이용한 측위 방법 {method for determining base stations for position determination and method for determining position of mobile station using the same }
도 1은 삼각 측위 방법에 사용될 수 있는 기지국 그룹의 가지 수를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 삼각 측위 방법에서 기지국 배치가 측위 정확도에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 측위용 기지국 결정 방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 측위용 기지국 결정 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 이동 단말의 측위에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측위 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 측위용 기지국 결정 방법, 및 이를 이용한 측위 방법에 관한 것이다.
지금까지 제안된 이동 단말(MS : mobile station)의 위치를 측정하는 방법은 삼각 측위 방법을 이용하는 방법과 측위 정보 데이터 베이스를 이용한 패턴 매칭 방법이 있다. 삼각 측위 방법을 이용하는 방법은 TOA(Time of Arrival), TDOA(Time Difference of Arrival) 등의 방법이 있다. 패턴 매칭 방법은 베이스 스테이션별 거리에 따른 측위 정보(신호세기, 신호 위상, 신호 입사각 등)를 미리 데이터 베이스로 구축하고, 측정하고자 하는 이동 단말에서 측정된 측위 정보를 미리 구축된 데이터 베이스에 비교함으로써 위치를 추정하는 방식이다. 패턴 매칭 방식은 미리 측위 정보에 대한 데이터 베이스를 구축해야 하며, 시간, 계절, 밤낮 등에 따라서 측위 정보가 변하기 때문에 데이터 베이스를 주기적으로 업데이트해야 하는 문제점이 있다. TOA/TDOA 기반의 삼각 측위 방법는 도달 시간 또는 도달 시간차를 측정함으로써 간단히 측위할 수 있으나, 삼각 측위 방법에 사용될 기지국(BS : Base Station)들 즉, 측위용 기지국들의 기하학적인 배치에 따라서 측위 성능에 영향을 주는 문제점이 있다. 하지만, 현재까지 제안된 삼각 측위 방법은 신호 세기만을 고려해서 측위용 기지국들을 선택하는 방식을 사용하였다. 본 발명에서는 삼각 측위 방법에서 보다 정확한 측위를 할 수 있도록 측위용 기지국들을 결정하는 방법을 제안하고자 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 측위 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 측위용 기지국 결정 방법, 및 이를 이용한 측위 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명의 제1 측면은, (a) P(4 이상의 값) 개의 후보 기지국들을 그룹핑하여, pC3가지의 1차 그룹 - 3개의 후보 기지국들을 제1 그룹원, 제2 그룹원, 및 제3 그룹원으로서 포함함 - 을 생성하는 단계; (b) 상기 1차 그룹들 중에서, 제1, 제2, 및 제3 그룹원이 형성하는 삼각형 내에 이동 단말이 위치하는 적어도 하나의 2차 그룹을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 적어도 하나의 2차 그룹 중에서, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 2차 그룹의 그룹원들을 측위용 기지국들로 결정하는 단계를 포함하는 측위용 기지국 결정 방법을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명의 제2 측면은, (a) P(4이상의 값) 개의 후보 기지국들 중에서, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 3개의 기지국들을 결정하는 단계; 및 (b) 상기 결정된 기지국들을 이용하는 삼각 측위 방법을 기초로, 이동 단말의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 이동 단말의 위치를 측정하는 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 삼각 측위 방법에 사용될 수 있는 기지국 그룹의 가지 수를 설명하기 위한 도면으로서, 삼각 측위 방법에 사용될 수 있는 3개의 기지국으로 구성되는 기 지국 그룹의 경우의 수를 나타낸다. 만약 도 1에 도시된 4개의 기지국이 아니라, N개의 기지국이 있을 경우에는 NC3개의 기지국 그룹이 존재할 수 있음은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
도 2는 삼각 측위 방법에서 기지국 배치가 측위 정확도에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다. 즉, 삼각 측위 방법에서 어떠한 기지국 그룹을 선택하느냐가 측위의 정확도에 중요하게 기여할 수 있음을 설명하기 위한 도면으로서, 좌측 도면은 시뮬레이션 조건을 나타내며, 우측 도면은 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
시뮬레이션을 간략히 하게 위해서, 도 2의 좌측 도면과 같이, 3개의 기지국은 원점에 위치한 이동 단말로부터 동일하게 4km 거리만큼 이격되어 위치하되, 두 개의 기지국(B, C) 위치를 고정시키고, 하나의 기지국(A)만 이동하는 것으로 가정한다. 도 2의 좌측 도면에서, θ는 이동하는 기지국(A)과 원점이 이루는 각도를 의미한다.
도 2의 우측 도면에서 알 수 있듯이, 삼각 측위 방법에서 가장 우수한 측위 정확도를 발생시키는 θ는 π/2일 때이다. 즉, 기지국의 배치가 정삼각형 배치에 가까울수록 삼각 측위의 정확도가 높다는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 측위용 기지국 결정 방법의 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 구체적으로, 삼각 측위 방법에서의 정확도 향상을 위해 필요한 기지국들(즉, 측위용 기지국들)을 결정하는데 필요한 파라미터를 나타낸다.
도 3을 참조하면, i인 기지국 그룹 인덱스를 갖는 기지국 그룹 (i)는 3개의 기지국 Ai, Bi, Ci로 구성되어 있다. 이때, r1i, r2i, r3i는 각각 이동 단말과 기지국 Ai, 간의 거리, 이동 단말과 기지국 Bi,간의 거리, 이동 단말과 기지국 Ci 간의 거리를 나타낸다. 또한, αi, βi, γi는 두 개의 기지국과 이동 단말이 이루는 각도를 나타낸다.
시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이, 삼각 측위 방법에서 가장 우수한 측위 정확도를 얻는 데 사용되는 측위용 기지국들을 결정하기 위해서는, 다음과 같은 2개의 조건이 필요하다. 첫 번째 조건은 정삼각형 배치에 가까운 배치를 기지국 3개를 선택하는 것이며, 두 번째 조건은 이동 단말이 3개의 기지국이 이루는 삼각형의 내부에 위치해야 하는 것이다.
첫 번째 조건을 만족하는 기지국들을 선택하는 방법의 예로는 다음의 수학식 1, 2, 3을 사용하는 방식을 들 수 있다.
Δri = (r1i - r2i)2 + (r2i - r3i)2 + (r3i - r1i)2
Δθi = (αi - βi)2 + ( βi - γi)2 + ( γi - αi)2
Di = Δri + Δθi
즉, Di를 최소화하는 3개의 기지국들의 배치가 정삼각형에 가장 가까운 배치를 가짐으로서, 가장 우수한 측위 정확도를 도출할 수 있는 것이다.
두 번째 조건 즉, 단말이 3개의 기지국이 이루는 삼각형의 내부에 존재하는지를 판별하는 방법으로, 수학식 4의 판별식이 사용될 수 있다.
α + β + γ = 2π
즉, 수학식 4를 만족시키는 기지국 그룹이 두 번째 조건을 만족하는 기지국 그룹이 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 측위용 기지국 결정 방법을 나타내는 흐름도이다. 편의상, 이동 단말이 본 발명의 방법을 수행하는 것을 전제하여 설명할 것이나, 이동 단말이 본 발명의 측위용 기지국 결정 방법의 수행에 필요한 정보를 별도의 장치(예컨대, 기지국)에 제공하면, 이와 유사한 원리로 별도의 장치를 통해서도 본 발명의 방법이 수행될 수 있음은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
도 4를 참조하면, 먼저, 이동 단말은 주변의 기지국들 중에서, 소정 임계치 이상의 수신 신호 세기(Received Signal Strength : RSS)를 발생시키는 후보 기지 국들을 결정한다(S400). 즉, 이동 단말은 각 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 측정한 후, 소정 임계치 이상의 수신 신호 세기를 발생시키는 기지국들을 일단 후보 기지국들로 결정한다.
그 다음, 이동 단말은 S400 단계에서 결정된 후보 기지국들을 그룹핑한다(S410). 그 결과, 후보 기지국들이 P개인 경우, pC3가지의 1차 그룹 - 3개의 후보 기지국들을 제1 그룹원, 제2 그룹원, 및 제3 그룹원으로서 포함함 - 이 생성된다.
그 다음, S410 단계에서 얻어진 1차 그룹들 중에서, 제1, 제2, 및 제3 그룹원이 형성하는 삼각형 내에 이동 단말이 위치하는 적어도 하나의 그룹(이하, 2차 그룹)을 검출한다(S420). 여기서, 2차 그룹 검출 방법의 예로는, 수학식 4를 만족하는 1차 그룹을 2차 그룹으로서 결정하는 방법을 들 수 있다. 한편, 수학식 4에서의 α, β, γ을 얻는 방법은 다양한 방법이 존재하며, 이 분야에 종사하는 자라면 이러한 다양한 방법이 존재함을 알고 있으므로, 발명의 논지를 해치지 않기 위해 이에 대한 설명은 생략한다.
그 다음, S420 단계에서, 얻어진 2차 그룹 중에서, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 2차 그룹의 그룹원들을 측위용 기지국들로 결정한다(S430). 여기서, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 2차 그룹을 검출하는 방법의 예로는, S420 단계에서 얻어진 각 2차 그룹에 대해, 수학식 3의 Di을 산출한 후, 산출된 값 중 최소 값에 해당하는 2차 그룹을 검출하는 방법을 들 수 있다.
한편, 이동 단말 또는 그외의 장치가 본 발명의 측위용 기지국 결정 방법을 사용하여 측위용 기지국들을 결정한 후, 상기 결정된 측위용 기지국들을 이용하는 삼각 측위 방법을 기초로, 이동 단말의 위치를 측정하는 측위 방법도 본 발명의 범주에 속함은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터 등의 머신이 읽을 수 있는 기록매체에 머신이 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 머신이 읽을 수 있는 기록매체는 머신에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 머신이 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD??ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 머신이 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 머신 시스템에 분산되어, 분산방식으로 머신이 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범 위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 기지국 배치까지 고려하여 측위용 기지국들을 결정함으로써, 보다 정확한 측위에 사용될 수 있는 측위용 기지국들을 결정할 수 있으며, 그 결과, 이동 단말의 측위를 보다 정확하게 수행할 수 있다.

Claims (7)

  1. (a) P(4 이상의 값) 개의 후보 기지국들을 그룹핑하여, pC3가지의 1차 그룹 - 3개의 후보 기지국들을 제1 그룹원, 제2 그룹원, 및 제3 그룹원으로서 포함함 - 을 생성하는 단계;
    (b) 상기 1차 그룹들 중에서, 제1, 제2, 및 제3 그룹원이 형성하는 삼각형 내에 이동 단말이 위치하는 적어도 하나의 2차 그룹을 검출하는 단계; 및
    (c) 상기 적어도 하나의 2차 그룹 중에서, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 2차 그룹의 그룹원들을 측위용 기지국들로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위용 기지국들을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에, 상기 이동 단말 주변의 기지국들 중에서, 소정 임계치 이상의 수신 신호 세기를 발생시키는 상기 P개의 후보 기지국들을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측위용 기지국들을 결정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 1차 그룹들 중에서, 상기 이동 단말을 기준으로 얻어지는 제1 그룹원과 제2 그룹원 간의 각도, 제2 그룹원과 제3 그룹원 간의 각도, 제3 그룹원과 제1 그 룹원 간의 각도를 합한 결과가 2π를 만족하는 1차 그룹을 상기 2차 그룹으로 결정하는 방식으로 상기 적어도 하나의 2차 그룹을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위용 기지국들을 결정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    상기 적어도 하나의 2차 그룹 중에서, 상기 이동 단말과 각 그룹원 간의 거리, 및 상기 이동 단말을 기준으로 얻어지는 그룹원 간의 각도를 기초로, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 2차 그룹의 그룹원들을 상기 측위용 기지국들로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위용 기지국들을 결정하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (r1i-r2i)2+(r2i-r3i)2+(r3i-r1i)2+(αi-βi)2+( βi-γi)2+( γi-αi)2
    (여기서, i는 2차 그룹의 인덱스이며, r1i, r2i, r3i는 각각 상기 이동 단말과 제1, 제2, 제3 그룹원간의 거리이며, αi, βi, γi는 각각 상기 이동 단말을 기준으로 할 때 제1, 제2 그룹원간의 각도, 제2, 제3 그룹원 간의 각도, 제3, 제1 그룹원 간의 각도임)
    를 최소화하는 2차 그룹의 그룹원들을 상기 측위용 기지국들로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위용 기지국들을 결정하는 방법.
  6. (a) P(4이상의 값) 개의 후보 기지국들 중에서, 정삼각형에 가장 가까운 모양을 형성하는 3개의 기지국들을 결정하는 단계; 및
    (b) 상기 결정된 기지국들을 이용하는 삼각 측위 방법을 기초로, 이동 단말의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말의 위치를 측정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에, 상기 이동 단말 주변의 기지국들 중에서, 소정 임계치 이상의 수신 신호 세기를 발생시키는 상기 P개의 후보 기지국들을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말의 위치를 측정하는 방법.
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