KR100877290B1 - 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

스마트(Smart) 안테나를 사용하는 기지국에서 이동 통신 단말기의 위치를 GPS 정보 없이 쉽게 측정하도록 하기 위한 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템 및 방법에 관하여 개시한다. 본 발명은 이동 통신 단말기에서 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이값(Td)을 이용하여 이동 통신 단말기와 기지국의 거리를 측정하고, 측정된 거리 정보를 기지국의 스마트 안테나에서 도출한 방향각(θ)과 결합하여 이동 통신 단말기의 정확한 위치를 파악한다. 따라서, 추가적인 구성없이 GPS 장치를 이용하지 않고도 쉽고 간단하게 이동 통신 단말기의 현재 위치를 정확하게 파악할 수 있다.

Description

이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템 및 방법{System for Tracking Position of Mobile Communication Terminal and Method using the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 위치를 추적하는 방법을 나타낸 시스템의 신호 흐름도이다.

도 2는 3개의 섹터로 나누어서 빔을 전송하고 있는 기지국에서 사용하는 스마트 안테나를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 스마트 안테나의 한 섹터 내에서의 빔이 전송되는 스마트 안테나를 확대해서 살펴본 도면이다.

본 발명은 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 스마트(Smart) 안테나를 사용하는 기지국에서 이동 통신 단말기의 위치를 GPS 정보 없이 쉽게 측정하도록 하기 위한 것으로 이동 통신 단말기에서 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이값을 이용하여 이동 통신 단말기와 기지국 사이의 거리를 측정하고 측정된 거리 정보를 스마트 안테나에서 도출한 방향 정보 와 결합하여 이동 통신 단말기의 정확한 위치를 파악하는 이동 통신 단말기의 위치를 추적하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근, 이동 통신 시스템이 발전함에 따라 기존의 음성 통화 및 데이터 서비스 뿐만 아니라 다양한 분야에서 이동 통신망을 활용하려는 노력이 계속되는 가운데 위치 정보를 이용하여 응급 구조, 차량 추적, 미아 찾기 등의 위치 기반 서비스를 제공하기 위하여 다양한 위치 추적 방법이 제안되어 왔다.

그 중 GPS(Global Positioning System)를 이용한 위치 추적 방법이 널리 사용되고 있는데, GPS를 이용한 위치 추적 방법은 지구 밖의 궤도를 따라서 공전하는 4개의 GPS 위성으로부터 위치 정보를 수신하여 현재의 위치를 표시하며 매우 정확한 위치 정보를 얻을 수 있다. 그러나, 이 방법은 별도의 GPS 수신 장치를 구비해야 하는 번거러움이 있고 더구나 GPS 수신 장치의 가격이 위치 측정의 정확도에 비례하여 비싸기 때문에 이동 통신망을 이용한 위치 추적 부가 서비스에 이용하기에는 적합하지 않다.

이에, GPS를 이용하지 않고 이동 통신 단말기의 위치를 추적하는 방법들이 다수 제안되었다. 그 중 대한민국공개특허 제10-2003-55412호(이동 단말기의 위치 추적 장치 및 방법)에는 GPS 등의 별도 위치 추적 장치가 필요 없이 이동 통신 시스템에서 하나의 기지국만을 이용하여 이동 단말기의 3차원 위치 정보를 파악하는 기술에 대해 개시하고 있으나, 이 방법은 계산양이 많고 알고리즘이 복잡하고, 개발 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국공개특허 제10-2004-52013(무선통신망을 이용한 위치 정보 시 스템 및 그 방법)에는 방향탐지 안테나와 측정 프레임을 이용하여 단말의 위치를 측정하는 기술에 대해 개시하고 있으나, 측정 프레임은 위치 파악하기 위한 목적으로 망에서 특별히 보내주어야 하는 정보이기 때문에 무선 전송 규격이 표준화되어 있는 이동통신 방식에서는 실질적으로 사용할 수가 없다는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 GPS 장치 없이 기지국의 스마트 안테나와 이동 통신 단말기에서 현재 진행중인 트래픽이나 신호프레임을 이용하여 간단한 방법으로 이동 통신 단말기의 위치를 파악할 수 있는 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템 및 방법을 제공하는데 있다. 구체적으로, 기지국에서 스마트 안테나를 이용하여 측정한 이동 통신 단말기의 방향각(θ)과 이동 통신 단말기의 신호프레임인 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차(Td)를 이용하여 이동 통신 단말기의 위치를 파악하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템은 망 또는 서버로부터 상기 이동 통신 단말기의 위치 파악 요청을 수신받아, 상기 이동 통신 단말기로 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이값(Td)을 측정하도록 명령하고, 기지국으로 상기 이동 통신 단말기가 위치하는 방향각(θ)을 측정하도록 명령하는 기지국 제어기; 상기 기지국 제어기의 명령을 수신받아 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차이값(Td)을 측정하여 상기 기지국 제어기로 송신하는 이동 통신 단말기; 및 상기 기지국 제어기의 명령을 수신받아 상기 이동 통신 단말기가 위치한 방향각(θ)을 측정하여 상기 기지국 제어기로 송신하는 기지국을 포함하며, 상기 기지국 제어기는 상기 이동 통신 단말기에서 전송된 상기 차이값(Td)을 이용하여 상기 이동 통신 단말기와 상기 기지국 사이의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리와 상기 기지국에서 전송된 상기 방향각(θ)을 조합하여 상기 이동 통신 단말기의 위치를 파악하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적은 (a) 기지국 제어기가 망 또는 서버로부터 상기 이동 통신 단말기의 위치 파악 요청을 수신받는 단계; (b) 상기 기지국 제어기가 측정 제어(Measurement Control) 메시지를 통해 상기 이동 통신 단말기로 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차이값(Td)을 측정하도록 명령하고, 측정 요청(Measurement Request) 메시지를 통해 기지국에게 상기 이동 통신 단말기가 있는 위치의 방향각(θ)을 파악하도록 명령하는 단계; (c) 상기 명령을 받은 이동 통신 단말기는 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차이값(Td)을 측정하고 이를 상기 기지국 제어기로 전송하고, 상기 명령을 받은 기지국은 상기 이동 통신 단말기가 위치한 방향각(θ)을 측정하고 이를 상기 기지국 제어기로 전송하는 단계; 및 (d) 상기 기지국 제어기에서 상기 이동 통신 단말기로부터 전송받은 차이값(Td)을 이용하여 이동 통신 단말기와 기지국 사이의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리 값을 상기 기지국으로부터 전송받은 방향각(θ)과 조합하여 상기 이동 통신 단말기의 위치를 파악하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 추적 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

여기서, 상기 이동 통신 단말기와 상기 기지국 사이의 거리(D)는 하기 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.

[수학식]

여기서, D는 이동 통신 단말기와 기지국 사이의 거리, Tmax는 이동 통신 단말기가 기지국과 가장 가까이 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Tmin은 이동 통신 단말기가 기지국과 가장 멀리 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Td는 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, R은 특정 기지국이 속한 셀의 반경을 나타냄.

나아가, 상기 기지국은, 상기 이동 통신 단말기가 위치하는 방향각(θ)을 측정하기 위한 스마트 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 위치를 추적하는 방법을 나타낸 시스템의 신호 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템은 기지국 제어기(10), 이동 통신 단말기(20) 및 기지국(30)을 포함한다.

기지국 제어기(10)는 망 또는 서버로부터 이동 통신 단말기(20)의 위치 파악 요청을 수신받아 이동 통신 단말기(20)로 하향 및 상향 링크 프레임의 차이값(Td)을 측정하도록 명령하고, 기지국(30)으로 스마트 안테나를 이용하여 상기 이동 통신 단말기(20)가 위치하는 방향각(θ)을 측정하도록 명령한다.

이동 통신 단말기(20)는 상기 기지국 제어기(10)의 명령을 수신받아 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이값(Td)을 측정하여 상기 기지국 제어기(10)로 송신한다.

기지국(30)은 상기 기지국 제어기(10)의 명령을 수신받아 스마트 안테나를 이용하여 이동 통신 단말기(20)가 위치한 방향각(θ)을 측정하여 상기 기지국 제어기(10)로 송신한다.

상기 기지국 제어기(10)는 상기 이동 통신 단말기(20)에서 측정한 하향 및 상향 링크 프레임의 차이값(Td)을 이용하여 이동 통신 단말기(20)와 기지국(30) 사이의 거리를 계산하고, 상기 거리와 상기 기지국(30)에서 측정한 이동 통신 단말기(20)가 위치한 방향각(θ)를 조합하여 상기 이동 통신 단말기(20)의 정확한 위치를 파악한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템을 이용하여 위치를 추적하는 상세한 방법을 도 1을 참조하여 신호의 흐름에 따라 설명한다.

먼저, 기지국 제어기(10)가 망 또는 서버로부터 이동 통신 단말기(20)의 위치를 파악하기 위한 요청을 수신받는다(S1).

그러면, 기지국 제어기(10)는 측정 제어(Measurement Control) 메시지를 통해 이동 통신 단말기(20)로 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차이값(Td)을 측정하도록 명령한다(S2). 이때, 명령을 받은 이동 통신 단말기(20)는 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차(Td)를 측정한다(S3).

하향 링크 프레임은 이동 통신 단말기(20)가 기지국(30)에서 멀수록 이동 통신 단말기(20)에 늦게 도착하는 반면에, 상향 링크 프레임은 이동 통신 단말기(20)가 기지국(30)에서 멀수록 이동 통신 단말기(20)에서 빨리 전송을 하여야 한다. 왜내하면, TDD(Time Division Duplex) 방식에서는 기지국(30)에서 상향 링크 프레임을 받는 시간이 이동 통신 단말기(20)의 위치에 관계없이 동일하여야 하므로 기지국과 가까이 있는 이동 통신 단말기(20)는 천천히 전송하게 되며, 멀리 있는 단말은 빨리 전송을 하여야 한다. 이와 같은 원리에 의해서 측정된 하향 및 상향 링크 프레임의 차이값(Td)은 이동 통신 단말기(20)가 기지국(30)에 가까울수록 크게 되며, 멀수록 작게 된다.

다음으로, 기지국 제어기(10)는 측정 요청(Measurement Request) 메시지를 통해 기지국(30)에게 이동 통신 단말기(20)가 있는 위치의 방향을 파악하도록 명령한다(S4). 이때, 명령을 받은 기지국(30)은 스마트(smart) 안테나를 이용하여 이동 통신 단말기(20)가 위치한 방향각(θ)을 측정한다(S5). 이하, 기지국(30)에서 스마트 안테나를 이용하여 이동 통신 단말기(20)가 위치하는 방향각(θ)을 측정하는 원리에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴본다.

도 2는 3개의 섹터로 나누어서 빔을 전송하고 있는 기지국에서 사용하는 스 마트 안테나를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 스마트 안테나의 한 섹터 내에서의 빔이 전송되는 스마트 안테나를 확대해서 살펴본 도면이다.

도 2를 참조하면, 스마트 안테나는 배열된 안테나의 위상을 제어하여 원하는 방향으로 특정 신호를 송수신하는 안테나이다. 즉, 송수신 간에 독립된 빔을 제공하여 전파량을 원하는 방향으로 극대화하고 다른 방향에는 극소화하여 수신 신호의 잡음을 대폭 감쇠시킴으로써 통화 품질 향상과 통신 용량 극대화, 저전력 통화로 인한 배터리 수명 연장 등의 효과가 있다. 이러한 장점으로 인해서 이동 통신에 널리 활용되고 있으며, 특히 TD-SCMA 방식(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)에서는 기본적으로 채용하는 기술이다.

도 3을 참조하면, 스마트 안테나는 이동 통신 단말기의 위치에 따라 빔이 이동하므로 하나의 기준점을 설정하면 이 기준으로부터 이동 통신 단말기가 어느 정도의 방향에 위치해 있는지 그 방향 각도(θ)를 측정할 수 있다.

다음으로, 이동 통신 단말기는 측정 리포트(Measurement Report)를 이용하여 측정한 차이값(Td)를 기지국 제어기(10)로 전송하고(S6), 기지국(30)은 측정 리포트(Measurement Report)를 이용하여 측정한 방향 각도(θ)를 기지국 제어기(10)로 전송한다(S7).

마지막으로, 기지국 제어기(10)는 전송받은 차이값(Td)을 이용하여 이동 통신 단말기와 기지국 사이의 거리를 계산하고, 이를 기지국으로부터 전송받은 방향 각(θ)과 조합하여 이동 통신 단말기(10)의 정확한 위치를 파악한다.

기지국 제어기(10)에서 계산되는 이동 통신 단말기(20)와 기지국(30) 간의 거리(D)는 이동 통신 단말기(20)에서 측정한 하향 및 상향 링크 프레임 차(Td)를 이용하여 하기 [수학식 1]을 통하여 구할 수 있다.

여기서, D는 이동 통신 단말기(20)와 기지국(30) 사이의 거리, Tmax는 이동 통신 단말기(20)가 기지국(30)과 가장 가까이 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Tmin은 이동 통신 단말기(20)가 기지국(30)과 가장 멀리 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Td는 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, R은 특정 기지국이 속한 셀의 반경을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 위치 추적 방법은 기지국에서 스마트 안테나를 이용하여 측정한 이동 통신 단말기의 방향각(θ)과 이동 통신 단말기의 신호프레임인 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차(Td)를 이용하여 쉽고 간단하게 이동 통신 단말기의 현재 위치를 파악할 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

즉, 상기 도 1에서는 기지국 제어기(10)에서 이동 통신 단말기(20)로 측정 제어 명령을 한 후에 기지국(20)으로 측정 요청 명령을 한 것으로 설명하였지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 본 발명의 실시예는 도 1에 한정되는 것은 아니며, 기지국 제어기(10)에서 이동 통신 단말기(20)와 기지국(30)으로 동시에 측정 명령을 할 수도 있으며 기지국(30)에 먼저 측정 명령을 한 후에 이동 통신 단말기(10)에 측정 명령을 할 수도 있다.

또한, 측정된 값을 기지국 제어기로 송신하는 순서도 도 1에 나타난 바와 같이 한정되는 것은 아니며 동시에 송신할 수도 있으며, 기지국에서 먼저 측정하였으면 먼저 송신할 수도 있다.

본 발명은 기지국에서 스마트 안테나를 이용하여 측정한 이동 통신 단말기의 방향각(θ)과 이동 통신 단말기의 신호프레임인 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차(Td)를 이용하여 이동 통신 단말기의 위치를 파악할 수 있으므로, 추가적인 구성없이 GPS 장치를 이용하지 않고도 쉽고 간단하게 이동 통신 단말기의 현재 위치를 파악할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 망 또는 서버로부터 이동 통신 단말기의 위치 파악 요청을 수신받아, 상기 이동 통신 단말기로 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이값(Td)을 측정하도록 명령하고, 기지국으로 상기 이동 통신 단말기가 위치하는 방향각(θ)을 측정하도록 명령하는 기지국 제어기;

   상기 기지국 제어기의 명령을 수신받아 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차이값(Td)을 측정하여 상기 기지국 제어기로 송신하는 이동 통신 단말기; 및

   상기 기지국 제어기의 명령을 수신받아 상기 이동 통신 단말기가 위치한 방향각(θ)을 측정하여 상기 기지국 제어기로 송신하는 기지국을 포함하여 이루어지며,

   상기 기지국 제어기는 상기 이동 통신 단말기에서 전송된 상기 차이값(Td)을 이용하여 상기 이동 통신 단말기와 상기 기지국 사이의 거리(D)를 계산하고, 상기 계산된 거리와 상기 기지국에서 전송된 상기 방향각(θ)을 조합하여 상기 이동 통신 단말기의 위치를 파악하되,

   상기 이동 통신 단말기와 상기 기지국 사이의 거리(D)는 하기 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템.

   [수학식]

   

   여기서, D는 이동 통신 단말기와 기지국 사이의 거리, Tmax는 이동 통신 단말기가 기지국과 가장 가까이 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Tmin은 이동 통신 단말기가 기지국과 가장 멀리 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Td는 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, R은 특정 기지국이 속한 셀의 반경을 나타냄.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 기지국은,

   상기 이동 통신 단말기가 위치하는 방향각(θ)을 측정하기 위한 스마트 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 추적 시스템.
4. 삭제
5. 이동 통신 단말기의 위치를 추적하는 방법에 있어서,

   (a) 기지국 제어기가 망 또는 서버로부터 상기 이동 통신 단말기의 위치 파악 요청을 수신받는 단계;

   (b) 상기 기지국 제어기가 측정 제어(Measurement Control) 메시지를 통해 상기 이동 통신 단말기로 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차이값(Td)을 측정하도록 명령하고, 측정 요청(Measurement Request) 메시지를 통해 기지국에게 상기 이동 통신 단말기가 있는 위치의 방향각(θ)을 파악하도록 명령하는 단계;

   (c) 상기 명령을 받은 이동 통신 단말기는 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임 간의 차이값(Td)을 측정하고 이를 상기 기지국 제어기로 전송하고, 상기 명령을 받은 기지국은 상기 이동 통신 단말기가 위치한 방향각(θ)을 측정하고 이를 상기 기지국 제어기로 전송하는 단계; 및

   (d) 상기 기지국 제어기에서 상기 이동 통신 단말기로부터 전송받은 차이값(Td)을 이용하여 이동 통신 단말기와 기지국 사이의 거리(D)를 계산하고, 상기 계산된 거리 값을 상기 기지국으로부터 전송받은 방향각(θ)과 조합하여 상기 이동 통신 단말기의 위치를 파악하는 단계를 포함하여 이루어지며,

   상기 (d) 단계에서 이동 통신 단말기와 상기 기지국 사이의 거리(D)는 하기 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 추적 방법.

   [수학식]

   

   여기서, D는 이동 통신 단말기와 기지국 사이의 거리, Tmax는 이동 통신 단말기가 기지국과 가장 가까이 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Tmin은 이동 통신 단말기가 기지국과 가장 멀리 있을 때 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, Td는 하향 링크 프레임과 상향 링크 프레임의 차이, R은 특정 기지국이 속한 셀의 반경을 나타냄.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 (c) 단계에서

   상기 기지국이 상기 이동 통신 단말기가 위치하는 방향각(θ)을 측정하기 위해서 스마트 안테나를 이용하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 추적 방법.

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