KR100883379B1 - 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의이동단말기 위치 측정방법 및 그 시스템 - Google Patents

기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의이동단말기 위치 측정방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동단말기에서 수집되는 기지국별 신호세기의 상대적 비율을 이용하여 측위 요청을 받은 이동단말기의 위치를 결정하는 새로운 개념의 네트워크 기반 위치 측정방법을 제공함으로써 보다 우수한 측위 정확도를 달성할 수 있도록 해주는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술구성은, (a) 측위서버는 이동단말기에 의한(MS-Based) 측위 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계; (b) 상기 측위 명령을 전송받은 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계; (c) 상기 이동단말기는 전파 특성정보의 수집을 완료한 후 상기 측위서버에 요청하여 기지국의 위치정보를 전송받는 단계; (d) 상기 이동단말기는 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 기술구성은, (a) 측위서버가 이동단말기를 이용한(MS-Assisted) 측위를 실행하기 위해 기지국에 대한 정보 수집 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계; (b) 상기 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계; (c) 상기 이동단말기는 수집한 전파 특성정보를 상기 측위서버로 전송하는 단 계; (d) 상기 측위서버는 전송받은 각 기지국의 전파 특성정보와 해당 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계로 이루어진다.
이동단말기, 측위서버, 기지국의 신호세기, 패턴 데이터베이스, 보상값

Description

기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법 및 그 시스템{Network based method of measuring the position of mobile station using the ratio of power strength of several base station and the system thereof}
도1은 본 발명에 따른 전체 시스템의 일예를 도시한 구성도.
도2는 본 발명에 따른 이동단말기 위치 측정방법의 전체 순서도.
도3은 본 발명에 따른 MS-Based 측위 방식의 일 예시도.
도4는 본 발명에 따른 MS-Based 측위 방식의 또 다른 예시도.
도5는 본 발명에 따른 MS-Based 측위 방식의 이동단말기 구성도.
도6은 본 발명에 따른 MS-Assisted 측위 방식의 일 예시도.
도7은 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘의 전체 순서도.
도8은 메저먼트 기지국이 1개인 경우의 pSTAR 알고리즘의 순서도.
도9는 메저먼트 기지국이 2개인 경우의 pSTAR 알고리즘의 순서도.
도10은 도9에 게시된 pSTAR 알고리즘의 일 예시도.
도11은 도9에 게시된 pSTAR 알고리즘의 변형예를 나타낸 도면.
도12는 메저먼트 기지국이 3개인 경우의 pSTAR 알고리즘의 순서도.
도13은 도12에 게시된 pSTAR 알고리즘의 일 예시도.
도14는 메저먼트 기지국이 4개 이상인 경우의 pSTAR 알고리즘의 순서도.
도15는 pSTAR 알고리즘을 실행하기 위해 기지국 및 중계기를 선별하는 과정을 나타낸 순서도.
도16은 도15에 게시된 선별 과정의 예시도.
도17은 본 발명에 따른 패턴 데이터베이스의 사용방법을 나타낸 순서도.
도18은 본 발명에 따른 패턴 데이터베이스의 구축과정을 나타낸 순서도.
도19는 패턴 데이터베이스 격자 분할에 대한 일 예시도.
도20은 패턴 데이터베이스 구축과정의 일 예시도.
도21은 종래의 대용량 패턴 데이터베이스의 일 예시도.
도22는 본 발명에 따른 저용량 패턴 데이터베이스의 일 예시도.
도23은 본 발명에 따른 기지국 정보 데이터베이스의 구축과정을 나타낸 순서도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1: 이동단말기(MS) 2: 기지국(Node-B)
6: 측위서버
본 발명은 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 네트워크 기반의 위치 측정방법으로서 이동단말기에 의한(MS-Based) 측위방법 및 이동단말기를 이용한(MS-Assisted) 측위방법 모두에 적용될 수 있고, 해당 이동단말기가 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국별 신호세기의 비율을 이용하여 보다 정확하게 위치를 측정할 수 있도록 개발된 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법에 관한 것이다.
무선 이동통신망 내에서 이동단말기의 현재 위치 정보는 예컨대 자동차 사고 발생 시의 긴급 출동, 각 지역별 관광정보 제공, 차량 및 개인의 위치 추적, 친구 찾기, 내 위치 조회와 같은 다양한 종류의 서비스(위치기반 서비스: Location based service, LBS)를 위한 기본 정보로 활용된다. 위치기반 서비스의 활성화를 위해서는 이동단말기의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 기술을 필요로 하는 바 현재 측위 정확도를 높이기 위한 다양한 방법이 개발되고 있다.
이동단말기의 위치측정 기술은 이동단말기 내에 장착된 GPS(Global Positioning System) 수신기를 이용한 핸드셋 기반(Handset based) 방식, 이동통신망 기지국의 셀 반경 내 전파환경을 이용하여 소프트웨어적으로 위치를 확인하는 네트워크 기반(Network based) 방식, 그리고 이들 두 가지 방식을 혼합한 혼합(hybrid) 방식이 있다.
핸드셋 기반 방식은 A-GPS(Assisted GPS) 방식과 C-GPS(Conventional GPS) 방식으로 구분된다.
A-GPS는 TDMA 무선접속방식을 사용하는 유럽의 GSM, CDMA 또는 W-CDMA(HSDPA) 무선접속방식을 사용하는 코드 분할 다중 접속 기술에서 모두 사용 가능한 방식이다. GSM 및 W-CDMA(HSDPA) 무선접속방식에서는 GPS 수신기를 내장한 이 동단말기와 W-CDMA(HSDPA) 이동통신망 내의 SPC(SUPL Positioning Center)간에 OMA SUPL(Secure User Plane Location) 인터페이스와 OMA SUPL 내의 A-GPS 측위를 위한 프로토콜인 SUPL POS[RRLP(Radio Resource Location Protocol)를 내장한 W-CDMA(HSDPA) A-GPS 프로토콜]를 통한 메시지 송수신으로 단말기의 위치를 결정한다.
이때 GPS 위성에서 4개 이상의 위성신호가 수신됨으로써 위치 결정이 매우 정확하다. A-GPS는 이동단말기에서 수신한 위성신호를 전송받아서 위치를 계산하는 네트워크 측위서버[SPC(SUPL Positioning Center]와 W-CDMA(HSDPA) 이동통신망 내의 기지국 정보에 의한 계산을 가공 또는 다른 시스템으로 연계하는 위치정보센터(SUPL Location Center, SLC)로 구성되어 있다.
A-GPS의 위치 측정 방식은 다시 이동단말기를 이용한(이하 "MS-Assisted"라 함) 측위 방식과 이동단말기에 의한(이하 "MS-Based"라 함) 측위 방식으로 구분되는데, MS-Assisted 측위 방식은 SPC와 이동단말기 간에 SUPL POS 프로토콜에 의해 데이터를 송수신하다가 이동단말기에서 SPC로 위치 측정을 보조할 수 있는 데이터(이동단말기의 현 위치에서의 수신 가능한 위성정보 등)를 측정하여 송신하고 이를 SPC에서 수신한 다음 SPC에 저장되어 있는 위성정보와 이동단말기에서 수신한 정보를 이용하여 현 단말 위치에서 수신 가능한 위성 신호의 TOA(Time Of Arrival) 방식으로 위치를 측정하는 방식을 말한다.
이에 반해, MS-Based 측위 방식은 위성의 이페머리스(Ephemeris)와 알마낵(Almanac) 정보를 이동단말기의 요구에 의해 SPC에서 이동단말기로 전송하고 이 를 이용하여 이동단말기에서 위치 측위를 하는 방식으로 보통 30분에서 2시간 단위로 위에서 언급한 위성 데이터를 SPC에 요구하여 수신한 다음 이동단말기에서 직접 위치를 측정하는 방식을 말한다.
C-GPS는 SPC 등의 도움을 전혀 받지 않고 이동단말기 자체에 내장된 GPS 수신 안테나 및 측위 알고리즘을 이용하여 GPS 방식 위치 측정을 수행하는 방식인데, 이동단말기의 콜드 스타트(Cold Start, 전원을 켜고 난 상태) 시에 전체 위성 정보를 받는데 소요되는 시간 때문에(수 분 ~ 수십 분 소요) 실제 GPS 서비스를 제공하는데 시간이 오래 걸리는 단점과 A-GPS 방식에 비해 수신 감도가 떨어지는 문제만을 제외하고는 위에서 언급한 MS Based 측위 방식과 유사하다.
한편, 네트워크 기반(Network based)의 위치 측정 기술은 기지국 반경 셀을 이용한 셀ID 방식, 이동단말기에서 보내는 신호를 기지국에서 수신하면서 방향각(LOB: Line of bearing)을 계산하여 위치를 계산하는 AOA(Angle Of Arrival) 방식, 3개 이상의 기지국간에서 발사한 전파의 도착시간으로 이동단말기의 위치를 계산하는 TOA(Time Of Arrival) 방식, 그리고 이동단말기에서 3개의 기지국으로부터 수신한 파일롯(pilot) 신호의 도착시간 차이를 측정하여 기지국간의 거리차를 계산하여 얻어진 2개의 쌍곡선(hyperbola)이 교차하는 지점을 이동단말기의 위치로 결정하는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식, (W-CDMA의 OTDOA 및 GSM의 E-OTD, CDMA의 AFLT) 서비스 대상 지역을 격자로 분할하고 각각의 격자에 기지국 특성 데이터를 수집하여 데이터베이스화 한 다음 해당 데이터베이스를 이용하여 측위를 수행하는 RF FingerPrint 방식 등이 있다.
이러한 네트워크 기반(Network based)의 측위 방식들 중에서 대표적인 것이 W-CDMA(HSDPA)의 OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival) 방식이다. OTDOA 방식은 W-CDMA(HSDPA) 표준화 기구인 3GPP에서 권고하는 방식으로 3GPP LCS Release 98과 99를 통해 표준화되었다. 이 방식에 따르면 이동단말기가 3개 이상의 기지국에서 수신된 신호의 상대적인 도착시간과 거리의 차를 계산하여 위치를 결정한다.
OTDOA 방식은 OTD(Observed Time Difference), RTD(Relative Time Difference), GTD(geometric time difference)등의 시간 차 개념을 조합하여 이동단말기의 위치를 계산한다. OTD는 기지국에서 이동단말기까지의 두 기지국으로부터 신호 도착시간 차를 의미하는 것으로 W-CDMA(HSDPA) 단말에서 UE(이동단말기)의 Rx-Tx Time Difference type 2 parameter를 측정함으로써 계산할 수 있다. RTD는 두 기지국에서 신호 송신 시작시간의 차에 의해 계산되는 파라미터로서 기지국에 별도의 측정 장치인 LMU(Location Measurement Unit)를 장착해야만 측정이 가능하다. 따라서 3GPP 표준에서 권고하는 네트워크 방식의 위치 계산을 위한 중요 인자(Key Parameter)인 "GTD = OTD - RTD"를 구하기 위해서는 OTD뿐만 아니라 RTD를 구해야만 OTDOA 방식의 네트워크 위치 계산을 수행할 수 있다. 이는 이동단말기에 LMU 장치를 반드시 설치해야 한다는 것을 의미한다.
네트워크 기반의 위치 측정 기술은 이동단말기와 서버와의 약속된 프로토콜(IS-801, RRLP, RRC 등)에 의해 이동단말기 및 LMU에서 측정한 데이터인 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), U-CID(Umts Cell IDentity), PSC(Primary Scrambling Code) 및 NMR(Network Measurement Report)를 측위서버에 전달하고, 이 데이터(MCC, MNC, U-CID, PSC 및 NMR, OTD, RTD등)와 기지국별(각 PSC별) 위, 경도 정보를 이용하여 측위서버에서 해당 이동단말기의 위치 측정 기능을 수행한다.
현재까지 개발된 네트워크 기반의 측위 방식에 따르면 기지국별 위, 경도 정보가 존재하지 않으면 어떤 형태의 측위도 실행할 수 없다. 즉, 기지국별 위, 경도 정보가 네트워크 방식의 위치 측정을 위한 기본 위, 경도 정보로 활용되기 때문에 네트워크 방식의 위치 측정을 위해서는 반드시 기지국별 위, 경도 정보 데이터베이스가 구축되어 있어야 한다. 측위서버는 네트워크 방식의 위치 측정(GPS 위성을 이용한 위치 측정 방식을 제외한 서버 단에서 측위 요청한 단말의 위치를 측위하는 방식)을 수행하여 그 결과를 측위 서비스 요청한 대상(SLC, CP(Contents Provider) 또는 서비스 요구한 이동단말기)에게 전송한다.
지금까지 설명한 종래의 네트워크 기반의 위치 측정 방식의 문제점을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 이동단말기 또는 이동통신망에서 측정한 파라미터인 시간 및 거리 측정 데이터를 이용하여 삼각측량 또는 쌍곡선 교차점 계산시 중계기에 의한 영향을 많이 받게 된다. 즉, 중계기 사용 시에 이동단말기에서 측정한 기지국과의 시간 및 거리 데이터가 원 데이터에 비하여 지연이 발생하기 때문에 측위 정확도가 저하되는 문제점이 있다. 특히, 이동단말기와 기지국간 거리정보(TOA, TDOA 등)를 이용한 경우에는 신호 지연에 따른 거리 차 문제로 직접적인 영향을 받을 수 있어 측위 오차를 발생시키는 주요 원인이 되고 있다.
둘째, 비동기 이동통신망(GSM, W-CDMA)에 있어서 시간 및 거리 측정 파라미터를 이용한 삼각 측량법(OTDOA 또는 E-OTD 등)은 단말에서 측정한 파라미터인 OTD(Observed Time Difference) 외에 별도의 GPS 장비를 부착한 LMU를 추가로 설치하여 LMU에서 측정한 RTD(Relative Time Difference) 값까지 측정해야만 계산식에 의해 측위 결과 값을 구할 수 있는데 네트워크 방식 위치 측정을 위해 전체 이동통신망에 LMU를 추가로 설치하기에는 투자대비 효과가 크지 않은 관계로 LMU가 설치되지 않은 지역에서 삼각 측량법에 의한 네트워크 측위 방식을 사용할 수 없다.
셋째, 네트워크 기반의 위치 측정 기술별로 이동통신 기지국 및 섹터마다의 특성이 다르기 때문에 측위 정확도를 높이기 위해 기지국 또는 섹터별로 다르게 사용되는 파라미터 최적화 과정이 필요한데, 이를 위해서는 과도한 인적, 물적 자원이 투입되어야 하므로 상용화 추진에 어려움이 많다.
넷째, 측위 정확도 및 측위 안정도(Stability)면에서 상대적으로 우수한 RF FingerPrinting(RF Pattern Matching) 방식의 경우는 A-GPS 방식과 연동하지 않은 경우 또는 A-GPS 방식의 가입자 사용 빈도가 적은 경우에 초기 패턴 데이터베이스가 없거나 미미하여 정밀한 측위를 할 수 없다. 또한 각 격자별 패턴 데이터베이스로 사용하는 데이터의 양이 크기 때문에 서버에서만 측위하여야 하였을 뿐만 아니라 방대한 양의 패턴 데이터베이스를 구축하기 위해 메모리 확보 공간이 커야 하는 제한이 있다.
상술한 바와 같이 종래의 네트워크 기반의 위치 측정 방식은 측위 정확도면에서 중계기 여부, LMU 설치 여부 및 최적화의 완성도 여부, 데이터베이스의 신뢰 성 여부에 따라 수백m ~ 수km까지의 오차가 발생하는 등 상당한 문제를 가지고 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고 MS-Based 측위 방식 및 MS-Assisted 측위 방식 모두에 적용 가능하도록 개발된 것으로서, 이동단말기에서 수집 가능한 기지국별 신호세기의 비율을 이용하여 각 기지국을 연결하는 일직선 상에 하나 또는 둘 이상의 특정 지점의 위치를 구하고, 이들 특정 지점을 연결하는 삼각형 또는 사각형의 형상 내에 무게중심점을 계산하여 이를 이동단말기의 위치로 결정하는 새로운 개념의 네트워크 기반 위치 측정방법을 제공함으로써 보다 우수한 측위 정확도를 달성할 수 있도록 해주는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 특정 지역(도시별, 특정 도심지별 또는 특정 건물별)에 더욱 우수한 측위 정확도가 필요한 경우에 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 격자별 패턴 데이터베이스를 구축하고, 이 보상값을 상기 기지국별 신호세기의 비율을 이용하여 계산된 이동단말기의 위치좌표에 더하여 측위에 따른 오차를 보정해 줌으로써 측위 정확도를 더욱 향상시킬 수 있도록 해주는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기술구성은, (a) 측위서버는 이동단말기에 의한(MS-Based) 측위 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계; (b) 상기 측위 명령을 전송받은 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국별 전파 특성정보를 수집하는 단계; (c) 상기 이동단말기는 전파 특성정보의 수집을 완료한 후 상기 측위서버에 요청하여 기지국의 위치정보를 전송받는 단계; (d) 상기 이동단말기는 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계로 이루어진다.
이 때, 상기 (c) 단계에서 이동단말기는 측위서버에 요청하여 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자로 분할하고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 상기 기지국의 위치정보와 함께 전송받고, 상기 (d) 단계는, (e) 상기 이동단말기는 상기 계산된 위치좌표(X,Y)가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아내고, 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표(X,Y)에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표(X′,Y′)를 결정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 또 다른 기술구성으로서, (a) 측위서버가 이동단말기를 이용한(MS-Assisted) 측위를 실행하기 위해 기지국에 대한 정보 수집 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계; (b) 상기 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국별 전파 특성정보를 수집하는 단계; (c) 상기 이동단말기는 수집한 전파 특성정보를 상기 측위서버로 전송하는 단계; (d) 상기 측위서버는 전송받은 각 기지국의 전파 특성정보와 해당 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계로 이루어진다.
이 때, 상기 (d) 단계에서 측위서버는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자로 분할하고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 구축하고, 상기 (d) 단계는, (e) 상기 측위서버는 상기 계산된 위치좌표(X,Y)가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아내고, 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표(X,Y)에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표(X′,Y′)를 결정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도1은 W-CDMA(HSDPA 포함) 이동통신망을 이용한 본 발명에 따른 이동단말기 위치 측정방법의 일 구성도이다. 본 실시예는 W-CDMA 이동통신망의 구성요소를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 GSM, CDMA 등 다른 이동통신망에서도 동일한 기능을 수행하는 망 요소들에 의해 실행될 수 있음은 물론이다.
먼저, W-CDMA 이동통신망을 구성하는 각 요소를 간단히 설명한다. 도면부호 1은 흔히 휴대폰이라고 하는 이동단말기(MS, Mobile Station)이며 W-CDMA 규격에서는 UE(User Equipment)라고 표현한다. 도면부호 2는 Node-B의 망요소로서 기지국을 의미하며, CDMA 규격에서의 BTS(Base Transceiver Station)에 해당한다. 상기 이동단말기(1)는 직접적으로 상기 서빙 기지국(Serving Node-B)과 연결되어 서비스를 받는다.
도면부호 3은 W-CDMA 규격에서 제어국을 가리키는 RNC(Radio Network Contoller)로서 상기 기지국(2)을 제어하고 또한 교환국 및 IP 서비스 망 요소인 후술하는 SGSN과 연동하여 W-CDMA 이동통신 호처리의 중심적인 역할을 담당한다. 도면부호 4는 W-CDMA에서 무선 패킷 데이터 서비스를 수행하기 위한 서비스 주체가 되는 망 요소로서 SGSN(Serving GPRS Support Node, 4)이라고 하며 패킷 서비스 전용을 위해 GSM에서 보다 빠른 속도의 패킷 데이터 서비스를 부가하기 위해 유럽 방식의 3GPP 규격상에 추가적으로 규정한 서비스 node이다.
도면부호 5는 W-CDMA 규격에서 무선 패킷 서비스를 인터넷 망 등의 다른 망 요소에 연동하기 위한 Gateway 역할을 수행하는 망 요소로서 GGSN(Gateway Gprs Support Node, 5)이라고 하며 GSM에서 보다 빠른 속도의 패킷 데이터 서비스를 부가하기 위해 유럽 방식의 3GPP 규격상에 규정한 서비스 node 이다. 도면부호 6은 무선 인터넷 형태로 단말과 통신하여 네트워크 방식의 위치 측정을 수행하는 측위서버(6)로서 보통 패킷 데이터 서비스를 이용하기 위해 상기 GGSN(5)과 IP 형태로 연동하고 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 이동단말기(1)와 통신하면서 정보 송, 수신 및 네트워크 측위에 필요한 서비스를 수행한다.
도면부호 7은 W-CDMA 규격에서 이동통신 음성호 및 저속의 데이터 호를 서비스하고 외부로 나가는 호를 제어하는 등의 기능을 수행하는 망 요소로써 이를 MSC(Mobile Switching Center, 7)라고 한다. 8번의 망 요소는 SMS(Short Message Service) 처리의 주체로서 SMSC(SMS Center, 8)라고 하며 모든 Short Message는 해당 SMSC를 거쳐서 Store and Forward 형태로 처리된다.
도면부호 9는 서비스 콘텐츠가 필요한 기능을 수행하기 위해 W-CDMA 규격의 이동통신망에서 제공하는 SMS(Short Message Service)를 이용할 수 있도록 하기 위해 간단하고 편리한 연동 프로토콜을 제공하는 망 요소로서 이를 SMS Gateway(9)라고 한다. 기타 HLR은 Home Location Register로서 모든 이동통신 가입자의 위치를 등록하기 위한 서비스 노드로서 해당 가입자의 현재 위치하고 있는 서비스 node에 대한 정보를 저장하고 있고 필요시 특정 이동단말기(1)의 서비스 위치(특정 MSC, RNC 또는 Node-B 등)를 요청하는 당사자에게 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 이동단말기 위치 측정방법은 크게 이동단말기에 의한(MS-Based) 측위 방식과 이동단말기를 이용한(MS-Assisted) 측위 방식으로 구분된다. 2가지 방식 모두 측위서버(6)로부터 이동단말기(1)로 전송되는 측위명령에 의해 시작된다. CP(Contens provider) 등으로부터 측위 요청을 받은 측위서버(6)는 OMA(Open Mobile Alliance) 규격의 SUPL (Secure User Plane Location) 메시지 또는 별도로 정해진 어플리케이션 레벨의 자체 규격에 의한 SMS 메시지 내에 MS-Based 방식 또는 MS-Assisted 방식임을 지정하는 파라미터를 포함시켜 측위명령을 이동단말기(1)로 전송한다. 이 때 상기 측위명령 메시지는 SMS Gateway(9)를 이용하고 W-CDMA 이동통신망의 구성요소 중 SMSC(8), MSC(7), RNC(3) 및 기지국(2)으로 연결되는 경로(A)를 통해 해당 이동단말기(1)로 전송된다.
상기 측위명령 메시지를 전송받은 이동단말기(1)는 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집한다. 상기 측위명령이 MS-Based 방식의 측위 요청인 경우에는 측위서버(6)로부터 기지국의 위치정보, 패턴 데이터베이스가 있는 경우 그 정보 등을 전송받고 본 발명에 따른 측위 알고리즘에 의해 이동단말기(1)의 위치좌표를 계산한 다음 최종 측위 결과를 측위서버(6)로 전송한다. 상기 측위명령이 MS-Assisted 방식의 측위 요청인 경우에는 수집한 각 기지국별 전파 특성정보를 측위서버(6)로 전송한다. 이와 같이, 측위명령을 받은 후에 이동단말기(1)와 측위서버(6) 사이에 교환되는 기지국 위치정보, 패턴 데이터베이스 정보, 기지국별 전파 특성정보, 최종 측위 결과 등은 W-CDMA 이동통신망의 구성요소 중 기지국(2), RNC(3), SGSN(4), GGSN(5)으로 연결되는 경로(B)를 통하여 상호 전송된다.
본 발명에 따른 이동단말기 위치 측정방법의 전체 순서도인 도2와 각 단계별 예시도인 도3 내지 도5를 참조로 본 발명을 구성하는 각 실행 단계를 설명한다.
SLC(SUPL Location Center) 또는 CP(Content Provider)로부터 측위 요청을 받은 측위서버(6)는 상기 도1의 A 경로를 따라 SUPL INIT 메시지 또는 어플리케이션 레벨에서 별도로 정의된 메시지를 SMS(Short Message Service) 또는 이동통신망의 데이터 네트워크를 통한 WAP push 형태로 이동단말기(1)로 전송함으로써 측위명령을 내린다(S10).
측위명령 메시지를 전송받은 이동단말기(1)는 현재 위치에서 수집 가능한 모든 기지국 전파 특성정보를 수집한다(S20). 바람직하게는, 상기 기지국 전파 특성정보에 기지국뿐만 아니라 이에 속한 모든 중계기의 전파 특성정보도 포함될 수 있다. 즉, 본 발명은 기지국 전파 특성정보만 이용할 수도 있으나 각 기지국에 포함되는 중계기의 전파 특성정보까지 수집하여 사용함으로써 더욱 우수한 측위 정확도를 달성할 수 있다.
MS-Based 측위 방식에 있어서 상기 S10, S20 단계를 예를 들어 설명하면, 도3에서 보듯이 측위서버(6)는 상기 측위명령 메시지(11)의 파라미터 중 posmethod(12)의 측위 모드를 MS-Based network positioning으로 정의하여 이동단말기(1)로 송신한다. 이를 수신한 이동단말기(1)는 단말에 로딩되어 있는 MS-Based 측위 방식을 위한 파라미터 측정 소프트웨어(OEM level을 변경하여 시스템 정보, 인접 기지국 정보와 Pilot Strength 정보 등을 수집할 수 있는 소프트웨어)를 동작시켜 측위를 위한 기본 정보인 서빙 기지국(Serving Node-B)의 전파 특성정보(13, MCC, MNC, U-CID, PSC, CPICH RSCP, CPICH Ec/No)와 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 전파 특성정보(인접 기지국별 PSC, CPICH RSCP, CPICH Ec/No, UE Rx-Tx Time Difference 2(선택사항))를 수집한다. 상기 전파 특성정보 중에서 CPICH Ec/No가 본 발명에서 사용하는 신호세기이다.
여기서, 상기 서빙 기지국은 해당 이동단말기(1)가 직접 서비스를 받는 기지국을 의미하고, 메저먼트 기지국은 서빙 기지국을 제외하고 이동단말기에서 전파 신호가 수신되는 모든 인접 기지국(Neighbor Node-B)을 의미한다.
만약, 측위서버(6)에 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스(14)가 구축되어 있는 경우에는 이를 이동단말기(1)로 전송하여 MS-Based 방식의 측위에 이용할 수 있도록 할 수 있다. 상기 패턴 데이터베이스(14)의 전송방식과 사용방법에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다.
현재 위치에서 수집 가능한 모든 기지국(이하 특별한 언급이 없는 한"중계기"를 포함하는 것임)의 전파 특성정보를 수집한 이동단말기(1)는 상기 S10 단계에 서 측위서버(6)로부터 전송된 측위명령에 포함된 파라미터를 해석하여 MS-Based 또는 MS-Assisted 측위 방식 중 어느 것인지를 판단한다(S30).
판단 결과, MS-Based 측위 방식인 경우에 이동단말기(1)는 측위서버(6)에 요청하여 무선 이동통신망 내의 모든 기지국 위치정보를 전송받는다(S40). 상기 기지국 위치정보는 전체 무선 이동통신망을 구축하는 각 기지국의 위, 경도값으로서 측위서버(6) 내에 데이터베이스화되어 있다. 측위명령을 내린 이동단말기(1)에서 요청이 있는 경우 측위서버(6)는 저장된 모든 기지국 위치정보를 즉시 전송하여 MS-Based 방식의 측위가 이루어질 수 있도록 해준다.
상기 기지국 위치정보를 전송받은 이동단말기(1)는 각 기지국의 상대적 신호세기의 비율을 이용하여 자신의 위치좌표를 계산한다(S50). 보다 상세하게는 이동단말기(1)는 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보로부터 산출한 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율을 이용하여 각 기지국의 좌표를 연결하는 일직선 상에 존재하는 지점들의 좌표를 계산하고, 이들 지점의 무게중심점을 구하여 이동단말기의 위치좌표로 최종 결정한다.
이와 같이, 본 발명에서는 수집된 각 기지국의 신호세기의 비율 및 무게중심을 이용하여 이동단말기의 위치좌표를 계산하므로, 이를 위해 고안된 계산 알고리즘을 pSTAR(Power Strength Triangle centric Arrival Ratio) 알고리즘이라 명명한다.
한편, 본 발명에 따르면 측위 정확도를 높이기 위하여 무선통신 서비스 지역 이 일정 크기의 격자로 분할되고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 구축한 후 이를 측위에 이용할 수 있다. 측위서버(6)에 패턴 데이터베이스가 구축되어 있는 경우 MS-Based 측위 방식의 이동단말기(1)는 상기 S40 단계에서 측위서버(6)로부터 각 기지국의 위치정보와 함께 상기 패턴 데이터베이스 정보를 전송받는다.
이동단말기(1)는 상기 S50 단계에서 설명한 바와 같이 pSTAR 알고리즘을 이용하여 자신의 위치좌표를 계산한 다음 패턴 데이터베이스 정보가 있는지 여부를 판단한다(S60). 판단 결과 패턴 데이터베이스 정보가 없는 경우에는 상기 pSTAR 알고리즘을 이용하여 계산된 자신의 위치좌표를 최종 측위 결과로서 보고하고(S70), 패턴 데이터베이스 정보가 있는 경우에는 상기 pSTAR 알고리즘을 이용하여 계산된 자신의 위치좌표가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아내고, 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표를 결정한 후 이를 최종 측위 결과로 보고한다(S80). 이 때 상기 측위 결과는 도3의 Location Response 메시지를 이용하여 측위서버(6)로 송신된다.
이와 같이 본 발명에 따른 이동단말기의 위치 측정방법은 pSTAR 알고리즘만을 이용하여 측위하는 방식과 pSTAR 알고리즘 및 패턴 데이터베이스를 모두 이용하여 측위하는 방식을 제공한다. 이 두 가지 측위방식은 상호 독립적으로 제공될 수도 있고, GPS 기능을 이용한 패턴 데이터베이스가 구축되기 이전인 서비스 초기 단계에서는 전자의 측위 방식만을 제공하고 유효성 있는 패턴 데이터베이스가 구축된 후에는 후자의 측위 방식을 제공하도록 구성될 수도 있다.
도4는 MS-Based 측위 방식에 있어서 패턴 데이터베이스 정보를 전송받은 과정을 도시한 예시도이다. 이동단말기(1)는 현재 위치에서 수집 가능한 모든 기지국 전파 특성정보를 수집한 다음 측위서버(6)에 패턴 데이터베이스 정보의 전송을 요청한다(21). 패턴 데이터베이스 정보의 요청은 1일 1회와 같이 정기적으로 이루어질 수도 있고 이동단말기(1)의 현재 위치가 기존에 전송받아 저장되어 있는 패턴 데이터베이스의 범위를 벗어날 위험이 있는 경우에 재전송을 요구할 수도 있다.
이동단말기(1)로부터 패턴 데이터베이스의 전송 요청을 받은 측위서버(6)는 구축된 전체 패턴 데이터베이스 정보를 이동단말기(1)로 전송한다. 바람직하게는 이동단말기(1)가 위치한 현재 지역을 파악한 다음 해당하는 지역에 대한 패턴 데이터베이스 정보(24)만을 선정하여 전송할 수 있다(22). 전체 패턴 데이터베이스 중에서 이동단말기(1)가 현재 위치한 지역의 정보만을 선택적으로 전송하는 과정에 대한 상세한 설명은 도22를 참조로 후술하기로 한다.
상기 패턴 데이터베이스 정보(24)를 전송받은 이동단말기(1)는 pSTAR 알고리즘을 이용하여 자신의 위치좌표를 계산한 다음 저장된 패턴 데이터베이스 정보(25) 중에서 계산된 자신의 위치좌표가 포함된 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아내고, 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표에 더하여 최종적인 측위 결과로 측위서버(6)에 전송한다(23).
도5에는 pSTAR 알고리즘 및 패턴 데이터베이스 정보를 모두 이용하는 MS-Based 방식의 측위를 위한 이동단말기(1)의 기술 구성이 예시되어 있다. 이에 따르면 상기한 측위 방법을 실행하기 위하여 이동단말기(1)에는 3가지 기능 모듈이 포 함된다.
첫 번째, 현재 위치에서 수집 가능한 모든 기지국(2)의 전파 특성정보를 수집하는 기능 모듈(32)이 포함된다. 이 수집 기능 모듈(32)은 이동단말기(1)가 자체적으로 측위를 수행하기 위해 서빙 기지국(serving node-B)의 시스템 정보인 MCC, MNC, U-CID를 비롯한 여러 가지 전파 특성정보인 PSC(Primary Scrambling Code), CPICH RSCP, CPICH Ec/No 파라미터와 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 전파 특성정보인 PSC, CPICH RSCP, CPICH Ec/No, UE Rx-Tx Time Difference 2(선택사항) 파라미터를 측정하기 위해 이동단말기(1)의 OEM level의 소프트웨어를 변경 또는 수정하여 이동단말기(1)에서 직접 전파 특성정보 파라미터를 수집할 수 있도록 해준다. 이 수집 기능 모듈(32)은 이동단말기의 모델별로 별도 개발하여 탑재할 수도 있고 baseband chip 업체와의 협력으로 chip에 해당 파라미터 수집 기능을 탑재할 수도 있다.
두 번째, 측위 당시에 수집한 기지국의 전파 특성정보와 측위서버(6)로부터 전송받은 패턴 데이터베이스 정보를 이용하여 이동단말기(1)의 위치좌표를 계산하는 측위 알고리즘이 내장된 위치 계산 기능 모듈(33)이 포함된다. 이 위치 계산 기능 모듈(33)은 측위 알고리즘이 이동단말기의 어플리케이션과 연동할 수 있도록 단말 라이버러리 프로그램으로 탑재되는데, 대한민국에서와 같이 WIPI Platform을 사용하는 이동단말기에서는 WIPI DLF(Down Load Format)를 이용한 라이버러리 형태로 탑재될 수 있다.
마지막으로 상기한 2가지 기능을 수행하기 위하여 측위서버(6)로부터 기지국 의 위치정보 및 패턴 데이터베이스 정보를 수신하는 기능(35,36), 측위서버(6)로부터 MS-Based 측위 명령을 수신하고 상기 수집 기능 모듈(32)을 동작시키기 위해 서버와 명령어를 연동하는 기능(37) 및 최종 측위 결과를 보고하는 기능(38) 등이 내장된 외부 연동 기능 모듈(34)이 포함된다.
지금까지 도2 내지 도5를 참조로 MS-Based 측위 방식을 위한 본 발명의 실행 단계를 설명하였다. 본 발명에 따른 또 다른 측위 방식인 MS-Assisted의 실행 단계도 pSTAR 알고리즘을 이용하여 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 과정이 측위서버(6)에서 이루어진다는 점을 제외하고는 전체적인 실행 단계가 상술한 MS-Based 방식과 거의 유사하므로 도2 및 도6을 참조로 MS-Assisted 측위 방식의 특징적인 기술 내용만을 간단히 설명하기로 한다.
측위서버(6)는 SUPL INIT 메시지 또는 어플리케이션 레벨에서 별도로 정의된 메시지의 측위 모드 파라미터를 MS-Assisted로 지정하여 이동단말기(1)로 전송함으로써 측위명령을 내리면 이동단말기(1)는 현재 위치에서 수집 가능한 모든 기지국의 전파 특성정보를 수집하여 측위서버(6)로 전송한다(S10,S20,S90).
측위서버(6)는 이동단말기(1)에서 전송한 각 기지국의 전파 특성정보 중 신호세기의 비율을 이용하여 이동단말기(1)의 위치좌표를 계산한다(S100). 보다 상세하게는 측위서버(6)는 이동단말기(1)에서 수집하여 전송한 각 기지국의 전파 특성정보와 저장된 기지국의 위치정보로부터 산출한 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율을 이용하여 상기한 pSTAR 알고리즘에 따라 이동단말기의 위치좌표로 결정한다. 그리고 패턴 데이터베 이스가 없는 경우에는 상기 계산된 이동단말기의 위치좌표를 최종 측위 결과로 보고한다(S110,S120).
MS-Assisted 측위 방식에 있어서도 측위 정확도를 높이기 위해 패턴 데이터베이스를 사용할 수 있다. 이 경우 측위서버(6)는 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 검색하여 상기 S100 단계에서 계산한 이동단말기의 위치좌표가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아내고, 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표를 결정한 후 이를 최종 측위 결과로 보고한다(S130).
도6은 본 발명에 따른 MS-Assisted 측위 방식의 일 구성도이다. MS-Assisted 측위 방식에 있어서 측위서버(6)와 이동단말기(1) 사이의 연동 프로토콜은 SUPL INIT 및 SUPL POS INIT 등의 메시지로 구성된 SUPL 메시지를 측위명령 메시지(41)로 사용하는 OMA(Open Mobile Alliance) 표준에 따라 규정할 수도 있고, 자체적으로 규정한 표준에 의해서도 측위서버(6)와 이동단말기(1) 사이의 연동 프로토콜을 규정할 수 있다.
본 실시예는 SUPL 메시지(42)를 이용하여 메시지 송, 수신 규격을 규정한 경우로서 측위서버(6)에서 위치 측위 계산이 이루어지는 경우에는 SUPL INIT 메시지(43)를 이동통신망을 통하여 SMS 형태 또는 WAP Push 형태로 이동단말기(1)에 전송하여 해당 메시지를 수신한 이동단말기에서 측위에 필요한 기지국 전파 특성정보를 측정할 수 있도록 한다. 이 때 SUPL INIT 메시지에 포함되는 posmethod 파라미터에는 ECID(Enhanced Cell ID) 또는 MS Assisted network positioning의 두 가지 방법 중 하나로 세팅하여 이동단말기(1)로 전송한다.
posmethod 파라미터를 ECID 또는 MS assisted network positioning 방식으로 세팅된 SUPL INIT 메시지(43)를 수신한 이동단말기(1)에서는 해당 측위명령이 네트워크 측위를 위한 기지국의 전파 특성정보를 측정하여 측위서버(6)로 전송하라는 명령으로 인식하고 그 측정 결과를 서버로 전송하기 위해 SUPL POS INIT 메시지(44)를 전송할 준비를 한다.
이 때 SUPL POS INIT 메시지(44)에는 Lid 파라미터에 W-CDMA(HSDPA)의 Cell Info 메시지에서 규정한 바와 같이 서빙 기지국(Serving Node-B)의 시스템 정보인 MCC, MNC, U-CID을 비롯한 여러 가지 전파 특성정보인 PSC(Primary Scrambling Code), CPICH RSCP, CPICH Ec/No 파라미터 및 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 전파 특성정보인 PSC, CPICH RSCP, CPICH Ec/No, UE Rx-Tx Time Difference 2(선택사항) 파라미터를 이동단말기(1)에 탑재되어 있는 OEM level 소프트웨어를 이용하여 측정한 다음 Lid 파라미터(46)에서 규정한 포맷에 의거하여 업데이트한 후 SUPL POS INIT 메시지(44) 형태로 페이로드(payload)를 만들어 측위서버(6)로 전송한다.
이 때 Lid 파라미터를 측정하는 이동단말기(1)가 GPS 기능이 없는 것(Legacy Phone)인 때에는 상기 서빙 기지국 및 메저먼트 기지국(2)에서 수신한 전파 특성정보만을 이용하여 Lid 파라미터를 수집한 후 이를 전송하고, 이동단말기(1)가 GPS 기능이 있는 것인 때에는 Lid 파라미터뿐만 아니라 A-GPS 측위서버에서 GPS 위성(48)을 이용하여 GPS 방식의 측위를 수행한 다음 해당 GPS 측위 결과를 Lid 파라 미터에 추가하여 측위서버(6)로 전송한다. 상기 A-GPS 측위서버와 측위서버(6)는 동일한 구성요소일 수도 있고 별도로 구성될 수도 있다. 그 후 측위서버(6)는 상기한 GPS 측위 결과로 수신한 위, 경도 정보를 이용하여 보상값이 저장된 해당 격자별 패턴 데이터베이스(47)를 구축한다.
마지막으로, 측위서버(6)는 SUPL POS INIT 메시지(44)에 포함된 Lid 파라미터(46)를 이용하여 상기한 pSTAR 알고리즘에 따라 이동단말기의 위치좌표로 계산한 다음 그 결과를 Location Response 메시지(45)를 통하여 측위 요청에 대한 응답으로 송신한다.
지금까지 도1 내지 도6을 참조로 본 발명에 따른 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법을 MS-Based 측위 방식과 MS-Assisted 측위 방식으로 나누어 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 가장 특징적인 기술구성이라 할 수 있는 이동단말기에서 수집한 각 기지국별 신호세기의 비율을 이용하여 해당 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 pSTAR 알고리즘에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이 pSTAR 알고리즘은 도2에 도시된 바와 같이 MS-Based 측위 방식의 S50 단계와 MS-Assisted 측위 방식의 S100 단계에서 공통적으로 사용된다.
도7은 상기 pSTAR 알고리즘의 실행 단계를 나타내는 전체 순서도이고, 도8 내지 도11은 각 단계에 대한 세부 순서도이다.
MS-Based 측위 방식에서는 이동 단말기(1), MS-Assisted 측위 방식에서는 측위서버(6)가 수집된 기지국별 전파 특성정보를 이용하여 측위 요청을 받은 이동단말기(1)가 현재 어느 기지국에서 서비스를 받고 있는지(서빙 기지국이 어디인지)를 찾는다(S200). 이 때 사용되는 파라미터는 서빙 기지국의 전파 특성정보에 포함된 MCC, MNC, U-CID, PSC 등이다.
그리고 해당 서빙 기지국의 정보가 W-CDMA(HSDPA)와 같은 해당 이동통신 시스템의 기지국 정보 데이터베이스(Node-B DB)에 포함되어 존재하는지를 검색하고(S202), 해당 서빙 기지국이 존재하는 경우 서빙 기지국의 위, 경도값을 기지국 정보 데이터베이스 중에서 선택하여 가져온다(S204). 상기 서빙 기지국의 위, 경도값은 해당 이동통신 시스템에서 가지고 있는 기지국 정보 데이터베이스(Node-B DB)에 저장되어 있는 기지국의 위치정보이다. 이는 MS-Based 측위 방식의 경우 도1의 S40 단계에서 이동단말기(1)가 측위서버(6)로 요청하여 전송받는 기지국의 위치정보에 해당하는 것으로 상기 기지국 정보 데이터베이스 내에 포함되어 이동단말기(1)로 전송된다.
그리고 이동단말기(1)에서 수집한 메저먼트 기지국이 존재하는지 여부를 검색한다(S208). 만약 이동단말기(1)에서 수집한 메저먼트 기지국이 존재하지 않을 경우에는 서빙 기지국의 위, 경도값을 단말의 위치좌표로 결정한다(S210). 이동단말기(1)가 수집한 메저먼트 기지국이 존재하는 경우에는 메저먼트 기지국의 전파 특성정보 중에서 신호세기 정보인 CPICH Ec/NO 또는 EC/Io 파라미터를 신호세기의 크기가 큰 순으로 정렬한 다음 상기 기지국 정보 데이터베이스에서 각각의 메저먼트 PSC와 일치 여부를 검사하여 각각의 위, 경도값을 모두 가져온다(S212). 메저먼트 PSC 정보에 해당하는 각각의 기지국 정보에서 동일한 PSC를 가지는 여러 개의 기지국 정보(PSC 재사용 가능)가 존재하는 경우에는 서빙 기지국과의 거리가 가장 가까운 기지국 정보를 선택한다. 그리고 4개 이상의 메저먼트 기지국 정보가 존재할 경우에는 특별한 선택 알고리즘에 따라 최대 3개까지의 메저먼트 기지국을 선택한다. 이 때 사용되는 선택 알고리즘에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다. 상기의 방법에 따라 선택된 메저먼트 기지국의 개수를 점검하고(S214, S218, S222, S226), 그 개수에 따라 아래에서 설명한 바와 같이 위치 계산을 수행한다. 본 발명에 따르면 상기 S214 내지 S229 단계에 의해 계산된 이동단말기의 위치좌표에 패턴 데이터베이스에 저장된 보상값을 더하여 위치 정확도를 높이는 단계(S229)를 더 포함할 수 있으며 이에 대한 상세한 내용은 도17을 참조로 후술하기로 한다.
메저먼트 기지국의 개수가 1개인 경우 상기 이동단말기는 각 기지국의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(1)에 따라 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산한다(S216).
Figure 112007034946973-pat00001
Figure 112007034946973-pat00002
(1)
Figure 112007034946973-pat00003
Figure 112007034946973-pat00004
Figure 112007034946973-pat00005
Figure 112007034946973-pat00006
상기 S216단계를 도8을 참조로 보다 상세히 설명한다. 먼저, 서빙 기지국 및 1개의 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기를 가져온다(S300). 이동단말기(1) 의 위치좌표는 서빙 기지국의 위, 경도값(X1,Y1)과 1개인 메저먼트 기지국의 위, 경도값(X2,Y2)을 연결하는 일직선 상에 존재하는 지점들 중에서 존재하므로, 서빙 기지국과 메저먼트 기지국에서 수신된 신호세기의 비율에 따라 오프셋(ΔX,ΔY)을 계산하고(S302), 이 오프셋을 서빙 기지국의 위,경도값에 더하여 이동단말기(1)의 최종 위치좌표를 구한다(S304). 여기서 상기 오프셋(ΔX,ΔY)을 서빙 기지국의 위, 경도값에 더하여 이유는 서빙 기지국의 신호세기가 메저먼트 기지국의 신호세기보다 더 크고, 이는 이동단말기(1)의 최종 위치가 서빙 기지국에 더 가까운 곳에 위치한다는 것을 의미하기 때문이다. 이상에서 설명한 식(1)은 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘의 가장 간단한 구성이다.
한편, 메저먼트 기지국의 개수가 2개 이상인 경우에 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘은 상기 서빙 기지국과 2개 이상의 메저먼트 기지국의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(2)에 따라 각 기지국의 좌표를 연결하는 일직선 상에 존재하는 지점들의 좌표(ai,bi)를 계산하는 단계; 및,
Figure 112007034946973-pat00007
Figure 112007034946973-pat00008
(2)
Figure 112007034946973-pat00009
Figure 112007034946973-pat00010
Figure 112007034946973-pat00011
Figure 112007034946973-pat00012
Figure 112007034946973-pat00013
상기 각 지점들의 좌표(ai,bi)를 이용하여 하기 식(3)에 따라 그 무게중심을 계산하고, 이를 이동단말기의 위치좌표(X,Y)로 결정하는 단계로 구성된다(S220,S224).
Figure 112007034946973-pat00014
Figure 112007034946973-pat00015
(3)
메저먼트 기지국이 2개인 경우인 상기 S220 단계를 도9 및 도10을 참조로 보다 상세히 설명한다. 먼저, 서빙 기지국 및 2개의 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기를 가져온다(S400). 2개의 메저먼트 기지국은 신호세기가 큰 순서에 따라 번호(N1,N2)를 부여한다.
그 다음 서빙 기지국과 제1 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기의 비율을 이용하여 서빙 기지국과 제1 메저먼트 기지국을 연결하는 일직선 상에 존재하는 일 지점의 좌표값[C1(a1,b1)]을 하기 식 (2-1)에 따라 구한다(S402).
Figure 112007034946973-pat00016
Figure 112007034946973-pat00017
(2-1)
Figure 112007034946973-pat00018
Figure 112007034946973-pat00019
Figure 112007034946973-pat00020
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그 다음 제1 메저먼트 기지국과 제2 메저먼트 기지국의 위,경도값과 신호세기의 비율을 이용하여 2개의 메저먼트 기지국을 연결하는 일직선 상에 존재하는 일 지점의 좌표값[C2(a2,b2)]을 하기 식(2-1)에 따라 구한다(S404).
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Figure 112007034946973-pat00023
(2-2)
Figure 112007034946973-pat00024
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그 다음 서빙 기지국과 제2 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기의 비율을 이용하여 서빙 기지국과 제2 메저먼트 기지국을 연결하는 일직선 상에 존재하는 일 지점의 좌표값[C3(a3,b3)]을 하기 식 (2-3)에 따라 구한다(S406).
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(2-3)
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마지막으로, 위 S402 내지 S406 단계에서 구한 세 지점의 좌표값인 C1(a1,b1), C2(a2,b2), C3(a3,b3)을 연결하는 삼각형의 무게중심의 좌표값을 하기 식 (3-1)에 따라 계산하고(S408), 계산된 좌표값을 이동단말기(1)의 최종 위치좌표[P(X,Y)]로 결정한다(S410).
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(3-1)
상기 S400 내지 S410의 단계로 구성된 pSTAR 알고리즘은 메저먼트 기지국이 2개인 경우에 일반적으로 사용될 수 있는 측위 방법이다. 한편, 메저먼트 기지국의 개수가 2개이고 서빙 기지국과 메저먼트 기지국들 사이의 거리가 일정거리(예를 들어 500m 이내)보다 작은 경우에는 또 다른 pSTAR 알고리즘을 사용하여 측위를 수행할 수 있는 바, 이를 도12를 참조로 상세히 설명한다.
이 pSTAR 알고리즘은 서빙 기지국과 2개의 메저먼트 기지국(m1,m2)의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(4)에 따라 서빙 기지국과 메저먼트 기지국의 좌표를 연결하는 일직선 상에 존재하는 2개 지점의 좌표(a1,b1),(a2,b2)를 계산하는 단계; 및,
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(4)
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상기 2개 지점의 좌표(a1,b1),(a2,b2)와 2개 메저먼트 기지국의 신호세기를 이용하여 하기 식(5)에 따라 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산하는 단계로 구성된다.
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(5)
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이 측위 방법을 상기 도10 및 도11에 도시한 방법과 비교해 보면, 서빙 기지국과 메저먼트 기지국들 사이의 거리가 일정거리 이내인 경우에는 이동단말기(1)의 현재 위치가 서빙 기지국에 보다 가까운 곳에 있다는 것을 의미하므로, 삼각형의 좌표를 구할 때 서빙 기지국의 좌표[S(XS,YS)]을 그대로 사용한다는 점에서 상이하다.
다음으로, 메저먼트 기지국이 3개인 경우인 상기 S224 단계를 도12 및 도13을 참조로 보다 상세히 설명한다. 먼저, 서빙 기지국 및 3개의 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기를 가져온다(S500). 3개의 메저먼트 기지국은 신호세기가 큰 순서에 따라 번호(N1,N2,N3)를 부여한다.
그 다음 서빙 기지국과 제1 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기의 비율을 이용하여 서빙 기지국과 제1 메저먼트 기지국을 연결하는 일직선 상에 존재하는 일 지점의 좌표값[C1(a1,b1)]을 하기 식 (2-4)에 따라 구한다(S502).
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Figure 112007034946973-pat00046
(2-4)
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Figure 112007034946973-pat00048
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그 다음 제1 메저먼트 기지국과 제2 메저먼트 기지국의 위,경도값과 신호세기의 비율을 이용하여 2개의 메저먼트 기지국을 연결하는 일직선 상에 존재하는 일 지점의 좌표값[C2(a2,b2)]을 하기 식(2-5)에 따라 구한다(S504).
Figure 112007034946973-pat00051
Figure 112007034946973-pat00052
(2-5)
Figure 112007034946973-pat00053
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그 다음 제2 메저먼트 기지국과 제3 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기의 비율을 이용하여 제2 메저먼트 기지국과 제3 메저먼트 기지국을 연결하는 일직선 상에 존재하는 일 지점의 좌표값[C3(a3,b3)]을 하기 식 (2-6)에 따라 구한다(S506).
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(2-6)
Figure 112007034946973-pat00059
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그 다음 서빙 기지국과 제3 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기의 비율을 이용하여 서빙 기지국과 제3 메저먼트 기지국을 연결하는 일직선 상에 존재하는 일 지점의 좌표값[C4(a4,b4)]을 하기 식 (2-7)에 따라 구한다(S508).
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Figure 112007034946973-pat00064
(2-7)
Figure 112007034946973-pat00065
Figure 112007034946973-pat00066
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마지막으로, 위 S502 내지 S508 단계에서 구한 네 지점의 좌표값인 C1(a1,b1), C2(a2,b2), C3(a3,b3), C4(a4,b4)를 연결하는 사각형의 무게중심의 좌표값을 하기 식 (3-2)에 따라 계산하고(S510), 계산된 좌표값을 이동단말기(1)의 최종 위치좌표[P(X,Y)]로 결정한다(S512).
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(3-2)
이동단말기(1)에서 수집한 메저먼트 기지국의 개수가 4개 이상인 경우에는 그 중에서 일정한 기준에 따라 3개의 메저먼트 기지국만을 선택하고, 상기한 S224 단계에 따라 이동단말기(1)의 위치좌표를 결정한다(S228).
도14는 S228 단계의 가장 간단한 예를 도시한 순서도이다. 먼저, 서빙 기지국과 N개의 메저먼트 기지국의 신호세기 값을 가져온다(S600). N개의 메저먼트 기지국 중에서 신호세기가 강한 순서대로 3개의 메저먼트 기지국을 선택하고 나머지는 사용하지 아니한다(S602). 서빙 기지국과 상기한 방법으로 선택된 3개의 메저먼트 기지국의 위, 경도값과 신호세기를 이용하여 상기 S500 내지 S512 단계에 따라 이동단말기(1)의 위치좌표를 결정한다(S604).
한편, 서빙 기지국 및 메저먼트 기지국 내에 여러 개의 중계기가 설치되어 있는 경우에 있어서 보다 정확한 측위를 위해서는 기지국의 위, 경도값뿐만 아니라 중계기의 위, 경도값까지 사용하여 pSTAR 알고리즘을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서 이동단말기(1)에 의해 수집된 서빙 기지국 또는 메저먼트 기지국 내에서 실제로 수집된 기지국 또는 중계기를 선별해 내는 과정이 필요하며, 이러한 선별 과정은 도7의 S216(메저먼트 기지국이 1개), S220(메저먼트 기지국이 2개), S224(메저먼트 기지국이 3개) 및 S228(메저먼트 기지국이 4개 이상)을 포함한 모든 경우에 적용될 수 있다. 다만, S228 단계와 같이 메저먼트 기지국이 4개 이상인 경우에는 신호세기가 강한 순서로 메저먼트 기지국을 3개까지만 우선 선별하는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
도15는 상기한 기지국 또는 중계기의 선별 과정을 나타낸 순서도이다. 수집된 서빙 기지국 또는 메저먼트 기지국 내에 하나 이상의 중계기가 포함되어 있는 경우에는, 수집된 모든 기지국 및 중계기의 신호세기들 중에서 강한 순서대로 일정 개수만큼 선택된 신호세기의 비율(A)을 구한다(S700). 서빙 기지국 또는 메저먼트 기지국 내에 하나 이상의 중계기가 포함되어 있는 경우에는 신호세기만으로 그 중계기가 해당 기지국에 속하는 여러 개의 중계기 중에서 어떤 것인지를 직접 확인할 수 없다. 따라서 수집된 기지국 또는 중계기 간의 신호세기의 비율(A)을 먼저 계산하는 것이다.
그 후 수집되었을 가능성이 있는 모든 기지국 및 중계기의 위, 경도 정보를 가지고 나올 수 있는 모든 경우의 수의 기지국 및 중계기 간의 거리의 비율(B)을 구한다(S702). 다시 말해, 수집되었을 가능성이 있는 모든 기지국 및 중계기의 위, 경도 정보를 가지고 나올 수 있는 모든 경우의 수의 거리의 비율(B)을 계산하는 것이다.
마지막으로, 상기 계산된 거리의 비율(B) 중에서 상기 신호세기의 비율(A)과 가장 근접하는 경우에 해당하는 기지국 또는 중계기의 위, 경도 정보를 최종 선별하고(S704), 이를 이용하여 상기 S216, S220, S224 및 S228 단계를 수행함으로써 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 최종 결정한다(S706). 이는 이동단말기(1)로부터 수집된 기지국 또는 중계기 사이의 신호세기의 비율은 해당 기지국 또는 중계기 사이의 거리 비율에 비례한다는 점을 근거로 기지국 및 중계기의 최적의 위, 경도 정보를 산출하는 것이다.
도16은 상기 S700 내지 S706 단계의 일 예시도이다.
측위명령을 받은 이동단말기(1)가 현재 위치에서 기지국 또는 중계기의 전파 특성정보를 수집한 결과 1개의 서빙 기지국(50)과 4개의 메저먼트 기지국(60,70,80,90)을 수집하였다. 이 중에 신호세기가 강한 순서에 따라 서빙 기지국(50)과 2개의 M1, M2 메저먼트 기지국(60,70)을 선택한다. 이 때 상기 서빙 기지국(50)에는 4개의 중계기(52,54,56,58)가 설치되어 있고, M1 메저먼트 기지국(60)에는 2개의 중계기(62,64)가 설치되어 있다. 따라서 이동단말기(1)는 비록 3개의 기지국(50,60,70)을 선택하였으나 이것이 기지국에서 수집된 것인지 중계기에서 수집된 것인지를 정확하게 알 수 없다.
이 경우에 무조건 3개의 기지국(50,60,70)의 위, 경도값을 선택하여 pSTAR 알고리즘을 수행하면 구성은 간단해지지만 그 만큼 측위 오차가 발생할 우려가 있다. 따라서 보다 정확한 측위를 위해서는 수집된 정보가 정확하게 어느 기지국 또는 중계기로부터 수신된 것인지를 선별할 필요가 있다.
이를 위해 선택된 3개의 기지국 또는 중계기의 전파 특성정보를 이용하여 신호세기의 비율(A)을 계산한다. 계산 결과 각 기지국 또는 중계기로부터 신호세기의 비율(A)은 3:2:1 이였다.
그 다음 선택된 3개의 기지국(50,60,70) 및 이에 속하는 6개의 중계기(52,54,56,58,62,64)의 위, 경도 정보를 이용하여 나올 수 있는 모든 경우의 수의 거리의 비율(B)을 구한다. 이 거리 비율(B)은 각 기지국 및 중계기까지의 거리 비율을 말하며, 9개의 기지국 및 중계기로부터 나올 수 있는 거리 비율(B)은 총 9!이 된다. 예를 들어, 서빙 기지국(50)의 R1 중계기(52), M1 메저먼트 기지국(60)의 R6 중계기(64) 및 M2 메저먼트 기지국(70) 사이의 거리 비율을 계산하면 1:2:3 이 된다.
이런 식으로 구한 모든 경우의 수의 거리 비율(B) 중에서 상기 신호세기의 비율(A)과 가장 근접한 경우에 해당하는 3개의 기지국 또는 중계기가 R2 중계기(54), R6 중계기(64) 및 M2 메저먼트 기지국(70)이라면 이들 3개의 위, 경도 정보를 이용하여 상기 S500 내지 S512의 pSTAR 알고리즘을 수행함으로써 이동단말기(1)의 최종 위치좌표(X,Y)를 결정한다.
지금까지 본 발명의 가장 특징적인 기술 구성이라 할 수 있는 pSTAR 알고리즘에 대해 메저먼트 기지국의 개수에 따른 다양한 실시예를 참조로 상세히 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 또 다른 특징적 기술 구성인 패턴 데이터베이스를 이용하여 이동단말기의 측위 정확도를 향상시키는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도17은 패턴 데이터베이스를 사용하는 방법을 나타낸 순서도로서 상기 도7의 S229 단계를 더욱 구체화한 것이다.
패턴 데이터베이스는 W-CDMA와 같은 무선통신 서비스 지역이 일정 크기의 격자로 분할되고, 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장되어 있다. 보다 상세하게 설명하면 분할된 각 격자 내에도 서빙 기지국의 PSC가 상이할 경우 각각 별도의 레코드로 관리되고, 각 레코드 내에 GPS 기능을 이용하여 측정된 보상값이 저장된다. 이 보상값은 서빙 기지국의 PSC가 동일한 복수개의 보상값의 평균치가 저장되고 GPS 기능과 연동되어 계속하여 갱신되므로 항상 최적의 데이터베이스를 구축한다.
MS-Based 측위 방식에서는 이동 단말기(1), MS-Assisted 측위 방식에서는 측위서버(6)가 상기 도7의 pSTAR 알고리즘을 수행하여 측위 요청을 받은 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산한 다음 패턴 데이터베이스를 검색하여 상기 위치좌표(X,Y)가 포함되는 특정 격자를 찾는다(S800).
찾아낸 특정 격자 내에서 서빙 기지국의 PSC가 동일한 레코드를 찾는다(S802). 측위명령을 받은 이동단말기(1)는 서빙 기지국을 포함하여 현재 위치에서 수집 가능한 모든 기지국의 전파 특성정보를 수집한다. 따라서 수집한 서빙 기지국의 전파 특성정보에 포함되어 있는 PSC를 이용해 패턴 데이터베이스의 특정 격자를 검색하여 동일한 서빙 기지국 PSC를 가진 레코드(Record)를 찾는다.
동일한 서빙 기지국 PSC를 가진 레코드 내에 저장된 보상값을 상기 pSTAR 알고리즘을 통해 계산한 위치좌표(X,Y)에 더하여 측위요청을 받은 이동단말기(1)의 최종 위치좌표(X',Y')를 결정한다(S804).
도18은 상기 패턴 데이터베이스의 구축과정을 나타낸 순서도이다.
먼저, 측위서버(6)에서는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자로 분할하고, 각 격자별로 별도의 패턴DB ID를 부여하여 관리한다(S900). 각 격자 내에는 서빙 기지국의 PSC별로 분류하여 각각의 레코드로 관리한다.
패턴 데이터베이스의 격자를 분할하는 방식에 대해 도19를 참조로 간단히 설 명한다. 패턴 데이터베이스를 구축하고자 하는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기(100m×100m, 50m×50m 등)의 격자로 나누고 각각의 격자별로 패턴DB ID를 부여한다. 패턴 데이터베이스는 특정 위, 경도값을 시작으로 일정 크기로 만들어지며, 하나의 격자는 고유의 패턴DB ID를 이용하여 최초 패턴 데이터베이스의 시작 위, 경도값으로부터 모든 패턴 데이터베이스의 중심 위, 경도값 및 4개의 모서리 위, 경도값을 구할 수 있다.
예를 들어, 패턴 데이터베이스의 하나의 패턴 DB 격자의 크기를 100m×100m로 하고 특정 시작 위, 경도의 좌표를 (36°,126°)로 한다면 100m을 나타내는 위도의 좌표 간격은 X100 = 100/(3600*30) = 0.000926°이며, 100m을 나타내는 경도의 좌표 간격은 Y100 = 100/(3600*25) = 0.001111°이다. 따라서 도19에 도시된 바와 같이 패턴DB ID 0번의 네 모서리의 위치좌표[a(Xa,Ya), b(Xb,Yb), (Xc,Yc), (Xd,Yd)]와 중심좌표(X,Y)는 다음과 같이 구할 수 있다.
Xa = 36°, Ya = 126° -> a(36°, 126°)
Xb = 36°, Yb = 126.001111° -> b(36°, 126.001111°)
Xc = 36.000926°, Yc = 126° -> c(36.000926°, 126°)
Xd = 36.000926°, Yd=126.001111° -> d(36.000926°, 126.001111°)
X = Xd/2, Y = Yd/2 -> 중심점(36.000463°, 126.000556°)
이와 같이 분할된 패턴 데이터베이스의 각 격자 내에는 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된다. 이를 위해서는 먼저 GPS 기능이 포함된 네트워크 기반의 측위장치를 이용하여 패턴 데이터베이스 갱신용 정보를 수집한다(S902). 상기 측위장치는 GPS를 이용해 실제 위치좌표를 측정할 수 있는 기능과 네트워크 기반의 측위 방식을 이용해 각 기지국의 전파 특성정보를 수집할 수 있는 기능을 복합적으로 구비한 장치이어야 한다. 이러한 측위장치는 A-GPS(Assisted GPS) 기능이 내장된 이동단말기 및 A-GPS 측위서버, C-GPS(Conventional GPS)와 결합된 네트워크 기반의 측위용 툴, GPS 기능이 내장된 네비게이션 중 하나를 이용할 수 있다.
상기 측위장치에 의해 수집되는 패턴 데이터베이스 갱신용 정보에는 GPS를 통해 수집된 측위장치의 실제 위치좌표와, 네트워크 기반의 측위 방식을 통해 수집된 기지국의 전파 특성정보가 있다. 상기 GPS를 통해 수집된 실제 위치좌표는 GPS 측위 결과 중에서 위치 정확도를 보장할 수 있도록 GPS 위성이 6개 이상이고 DOP 신호가 일정 기준 이상인 것만을 채택한다.
상기 기지국의 전파 특성정보는 상기 pSTAR 알고리즘을 이용한 측위 방식에 있어서 이동단말기(1)에서 수집하는 서빙 기지국(serving node-B)의 시스템 정보인 MCC, MNC, U-CID를 비롯하여 PSC(Primary Scrambling Code), CPICH RSCP, CPICH Ec/No 파라미터와 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 전파 특성정보인 PSC, CPICH RSCP, CPICH Ec/No, UE Rx-Tx Time Difference 2(선택사항) 파라미터 등이 있다.
다음으로 측위서버(6)에서 관리하는 기지국 정보 데이터베이스로부터 받은 기지국의 위치정보와 상기 측위장치에서 수집한 패턴 데이터베이스 갱신용 정보 중 에서 서빙 기지국과 메저먼트 기지국의 신호세기의 비율을 이용하여 도7의 S216 단계(메저먼트 기지국이 1개인 경우), S220 단계(메저먼트 기지국이 2개인 경우), S224 단계(메저먼트 기지국이 3개인 경우), S228 단계(메저먼트 기지국이 4개 이상인 경우)에서 규정한 pSTAR 알고리즘을 수행함으로써 측위장치의 위치좌표를 계산한다(S904).
그 후, 측위장치에서 수집한 패턴 데이터베이스 갱신용 정보 중 하나인 상기 GPS를 통해 수집된 측위장치의 실제 위치좌표와 상기 S904 단계에서 계산된 측위장치의 위치좌표와의 차이값을 계산한다(S906). 이 차이값은 본 발명의 pSTAR 알고리즘에 의한 측위 결과의 오차를 나타낸다. 따라서 이 차이값을 별도로 저장해 두었다가 실제 측위 서비스 요청을 받은 이동단말기에 대해 pSTAR 알고리즘을 수행할 때에 이를 보상해 주면(도7의 S229 단계) 그 만큼 본 발명의 측위 오차를 감소시킬 수 있다.
S906 단계를 통해 차이값을 계산한 후에는 이 차이값을 저장할 패턴 데이터베이스 상의 특정 격자를 찾는다. 이를 위해 상기 S904 단계에서 계산된 측위장치의 위치좌표의 위, 경도값이 각 격자별 네 모서리의 위, 경도값 범위 내에 포함될 때까지 패턴 데이터베이스의 패턴DB ID를 하나씩 증가시키면서 계속 비교해 나간다(S908, S910).
상기 비교의 결과, 일치하는 특정 격자를 찾은 경우에는 S906 단계에서 구한 차이값의 실효성 여부를 판단하기 위하여 일정한 범위 내에 속하는지 여부를 검사한다(S912). GPS 측위 결과의 오차 등으로 인해 상기 차이값이 보상값으로서의 가 치가 없을 수도 있기 때문에 실효성 있는 범위 안에 속하는지 여부를 먼저 검사한다. 예를 들어, 격자별 크기가 100m×100m 인데 상기 차이값이 수km 인 때에는 실효성이 없으므로 이를 사용하지 아니한다. 실효성 있는 범위는 "격자의 크기(100m)"와 같이 모든 격자에 대해 일괄적으로 정할 수도 있고, 각 격자가 속하는 지역의 지형 특성이나 기지국 분포 등을 고려해 격자별로 다르게 정할 수도 있다.
상기 판단의 결과, S906 단계에서 구한 차이값이 해당 격자에서 정하고 있는 일정 범위 안에 속하는 때에는 이를 임시 데이터로 저장한다(S914). 그리고 수집된 패턴 데이터베이스 갱신용 정보에 포함되어 있는 서빙 기지국의 PSC를 이용하여 해당 격자 내에 동일한 서빙 기지국의 PSC를 가진 레코드를 찾는다(S916). 동일한 서빙 기지국의 PSC를 가진 레코드를 찾은 때에는 그 레코드에 저장되어 있던 보상값과 상기 임시로 저장되어 있는 차이값의 평균치를 구하고 이를 새로운 보상값으로 해당 레코드에 저장한다(S918).
패턴 데이터베이스는 이상에서 설명한 S900 내지 S918 단계를 통해 계속하여 갱신됨으로써 신뢰성 있는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스가 구축된다. 이와 같이 신뢰성 있는 패턴 데이터베이스가 구축된 후에는 이를 상기한 pSTAR 알고리즘과 연동시킴으로써 보다 정확한 측위 결과를 제공할 수 있다.
도20을 참조로 패턴 데이터베이스 구축과정의 일 실시예를 설명한다.
먼저, A-GPS 기능이 내장된 W-CDMA용 이동단말기(51)를 사용하여 패턴 데이터베이스를 구축하는 경우에 있어서 MS-Based 방식을 채택한 때에는 A-GPS 측위서버(52)는 상기 A-GPS 기능이 내장된 W-CDMA용 이동단말기(51)에서 GPS로 측위한 결 과인 이동단말기의 실제 위, 경도값과 이동단말기(51)에서 네트워크 기반으로 수집한 기지국별 전파 특성정보인 W-CDMA용 셀 인포(Cell Info)를 전송받는다. 반면 MS-Assisted 방식을 채택한 때에는 이동단말기(51)는 A-GPS 기능을 사용하지 아니하고 단지 네트워크 기반으로 수집한 기지국별 전파 특성정보인 W-CDMA용 셀 인포(Cell Info)만을 전송하고 A-GPS의 측위 결과는 A-GPS 측위서버(52)에서 수행한다. 상기 GPS 측위 결과는 위치 정확도를 보장하기 위하여 GPS 위성이 6개 이상이고 DOP가 일정 기준 이상인 것만을 채택한다.
상기 W-CDMA용 셀 인포(Cell Info) 데이터는 이동단말기(51)에서 MS Based 측위인 경우에는 GPS 측위를 할 때 A-GPS 측위서버(52)로 SUPL POS INIT 메시지를 통해 전송하는 정보 중 하나이며 MS Assisted 측위인 경우에는 단말에서 GPS 측위 결과는 주지않고 SUPL POS INIT 메시지를 통해 데이터를 전송하는데, A-GPS 측위서버(52)는 A-GPS 측위에 성공한 경우에 대해서만 해당 이동단말기가 측정한 전파 특성정보인 셀 인포(Cell Info) 데이터와 A-GPS 측위 결과인 이동단말기의 실제 위, 경도값을 모두 로그 데이터(log data, 53) 형태로 저장하여 패턴 데이터베이스(60)를 구축하는데 사용한다.
패턴 데이터베이스를 구축하는 또 다른 방법으로 C-GPS(54)와 W-CDMA용 단말 DM(Diagnostic Monitor, 55)이 연동되도록 제작된 패턴 데이터베이스 측위용 툴(56) 이용할 수 있다. 상기 측위용 툴(56)은 C-GPS(54)를 이용하여 단말 DM(55)의 실제 위, 경도값을 측위하고, W-CDMA용 단말 DM(55)을 이용하여 기지국별 전파 특성정보인 무선 파라미터(RF 특성 파라미터)를 수집한 다음 이를 로그 데이터(log data, 57)로 저장한다.
상기 A-GPS 기능이 내장된 W-CDMA용 이동단말기(51) 및 W-CDMA용 측위용 툴(56)을 이용하여 저장한 로그 데이터(53, 57) 중에 포함된 셀 인포(Cell Info)/무선 파라미터에서 서빙 기지국의 PSC와 메저먼트 기지국의 PSC 값을 기준으로 기지국 및 중계기 데이터베이스를 검색하여 기지국(중계기) 위치정보를 추출하고 이를 이용하여 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘을 수행함으로써 각각의 위, 경도값을 계산한다(58).
계산된 위, 경도값과 상기 로그 데이터(53, 57) 중에 포함된 실제 위, 경도값의 차이값을 구하고(59) 이 차이값을 각각의 패턴 데이터베이스(60) 격자별로 저장된 해당 레코드 내에 보상값으로 저장한다. 해당 레코드의 검색은 서빙 기지국의 PSC값을 기준으로 이루어지고, 해당 레코드 내에 기저장된 보상값이 있는 경우에는 새로 계산된 차이값과의 평균치를 구하여 이를 새로운 보상값으로 저장한다. 이상과 같은 방법으로 구축된 패턴 데이터베이스가 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘을 이용할 때 발생하는 오차를 보상하여 더욱 정확한 측위가 이루어질 수 있도록 해준다는 것은 이미 상기한 바와 같다.
본 발명에 따른 패턴 데이터베이스는 각 격자별로 해당 기지국 정보와 보상값만이 저장되어 있는 저용량 패턴 데이터베이스라는 점에서 종래의 패턴 매칭 방식에서 사용하던 패턴 데이터베이스(이를 "대용량 패턴 데이터베이스"라 함)와 구별된다.
보다 상세하게 설명하면, 도21에 도시된 바와 같이 종래의 대용량 패턴 데이 터베이스는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자(100×100m, 50×50m)로 분할한 다음 각 격자마다 수집 가능한 모든 서빙 기지국 PSC에 대한 전파 특성정보 및 메저먼트 기지국 PSC에 대한 전파특성 정보를 저장한다. 그리고 해당 패턴DB ID별로 서빙 기지국 PSC가 다른 전파 특성정보를 최대 30개까지 별도로 저장할 수 있도록 관리된다. 이 방식은 위치 계산에 필요한 모든 정보를 저장하여 사용할 수 있다는 장점은 있으나, 패턴 데이터베이스의 크기가 너무 커서 이동단말기로 다운로드하는 시간이 증가하므로 측위 서비스 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 더욱이 무선 통신망의 사용하는데 드는 비용을 고려할 때 데이터베이스의 크기가 너무 큰 경우에는 현실적으로 이를 사용할 수 없을 수도 있다.
이에 반해 본 발명에 따른 패턴 데이터베이스는 도22에 도시된 바와 같이 패턴 매칭에 필요한 모든 정보를 저장하는 것이 아니라 해당 격자 내에 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘의 측위 정확도를 향상시키는데 필요한 최소한의 정보인 각 서빙 기지국별 보상값(Diff_Latitude_avg, Diff_Longitude)만을 저장하여 데이터베이스의 크기를 획기적으로 감소시킨다. 이에 따라 기존에 격자마다 450 byte의 메모리가 할당되는 것이 10 byte만 할당되도록 구성할 수 있다. 그 결과, MS-Based 방식으로 측위할 때에 패턴 데이터베이스의 전송 시간을 크게 단축할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면 MS-Based 방식의 이동단말기가 도2의 S40 단계에서 측위서버에 무선 이동통신망 내의 모든 기지국 위치정보를 요청할 때에 각 기지국별 전파 특성정보와 함께 자신의 가용 메모리 용량을 측위서버로 전송하고, 측위서버는 이동단말기의 가용 메모리 용량에 맞추어 전체 또는 일정 지역의 패턴 데이 터베이스 정보를 전송하도록 구성할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, MS-Based 방식으로 동작하는 이동단말기(1)는 측위 알고리즘을 구동시키기 위해 측위서버(6)에 필요한 패턴 데이터베이스를 요청하는데, 이 때 이동단말기(1)에서 현재 가용할 수 있는 여유분 메모리의 용량과 이동단말기(1)에서 수집한 서빙 기지국 및 인접 기지국의 전파 특성정보를 패턴 데이터베이스 송신 요구 메시지에 파라미터 형태로 추가하여 측위서버(6)로 전송한다.
패턴 데이터베이스 송신 요구 메시지를 수신한 측위서버(6)는 전체 패턴 데이터베이스의 크기가 이동단말기(1)의 현재 가용할 수 있는 여유분 메모리의 크기에 비해 작은 경우에는 전체 데이터베이스 정보를 이동단말기(1)로 전송한다. 반면 전체 패턴 데이터베이스의 크기가 현재 이동단말기(1)에서 가용할 수 있는 여유분 메모리의 크기보다 큰 경우에는 먼저 이동단말기(1)에서 수집한 전파 특성정보를 이용하여 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘을 수행함으로써 이동단말기(1)의 현재 위치를 측정한다.
측위 결과로 산출된 이동단말기(1)의 현재 위치를 기준으로 도4에 도시된 바와 같이 이동단말기(1)의 현재 여유분 메모리의 크기만큼 정사각 형태로 패턴 데이터베이스 반경을 계산하여 해당 데이터베이스 정보만을 이동단말기(1)로 전송한다. 이에 따르면 이동단말기의 메모리 용량에 상관없이 패턴 데이터베이스를 전송받아 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 패턴 데이터베이스 정보를 다운로드하는데 걸리는 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따라 기지국 및 중계기의 위치정보(이하 "기지국 위 치정보"라 함)를 저장하는 데이터베이스를 독자적으로 구축하는 방법에 관하여 설명한다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 pSTAR 알고리즘을 사용하기 위해서는 MS-Based 측위 방식이든 MS-Assisted 측위 방식이든 모두 기지국 위치정보를 필요로 한다. 이 기지국 위치정보는 이동통신 사업자에 의해 데이터베이스화되어 측위서버(6)에서 별도로 관리한다.
따라서 가상 이동망 사업자(MVNO, Mobile Virtual Network Operators)와 같은 개별 사업자의 경우 보통은 이동통신 사업자로부터 상기 기지국 및 중계기의 위치정보를 제공받을 수 없다. 그러나 상술한 바와 같이 기지국 위치정보가 없이는 본 발명의 측위 방식을 사용할 수 없기 때문에, 이동통신 사업자로부터 기지국 위치정보를 제공받을 수 없는 경우에도 독자적으로 데이터베이스를 구축하여 본 발명에 따른 측위 방법을 사용할 수 있도록 해 주어야 할 필요가 있다.
본 발명에 따르면 3GPP에서 규정한 규격에 의해 구현된 기지국(Node-B), 제어국(RNC) 및 교환국(MSC) 등의 망 요소를 별도로 업데이트하지 않고도 이동단말기에 일부 기능만을 추가함으로써 구축된 패턴 데이터베이스를 이용하여 소프트웨어적으로 W-CDMA용 기지국 위치정보 데이터베이스를 구축할 수 있다. 이는 상기 MVNO 사업자와 같이 W-CDMA용 LBS 오픈 마켓(이동통신 사업자의 도움없이 W-CDMA 이동통신망 자체만을 이용하여 LBS 서비스를 제공하는 서비스 사업)의 활성화에 크게 기여할 수 있다.
도23을 참조로 본 발명에 따른 기지국 위치정보 데이터베이스의 구축방법을 상세히 설명한다. 먼저, 현재까지 수집 및 산출되었던 모든 패턴 데이터베이스의 로그 파일(도20의 53, 57에 해당되는 로그 파일)을 분류하기 위해 하나의 디렉토리에 모은다(S1000). 모든 로그 파일을 순차적으로 열어서 저장되어 있던 서빙 기지국의 MCC, MNC, U-CID, PSC의 4가지 정보를 별도로 생성 관리되는 기지국 위치정보 그룹과 비교한다(S1100).
비교 결과 일치하는 그룹이 있는 경우에는 그룹 내에 해당 로그 파일을 저장하고, 일치하는 그룹이 없는 경우에는 새로운 그룹을 생성한 후 해당 로그 파일을 저장한다(S1200 내지 S1400). 이러한 분류 작업을 디렉토리에 수집된 모든 로그 파일에 대하여 수행한다.
상기 S1200 내지 S1400 단계가 완료된 후에는 각각의 기지국 위치정보 그룹별로 저장되어 있는 모든 로그 파일을 열어서 해당하는 패턴 데이터베이스의 격자의 중심점들을 구한 다음, 각각의 중심점들을 연결하는 도형의 중심좌표를 계산한다(S1500). 하나의 그룹 내에 2개의 격자 중심점이 추출된 경우에는 두 중심점을 연결하는 선분의 중심좌표를 계산하고, 3개 이상의 격자 중심점이 추출된 경우에는 이들 중심점을 연결하는 다각형의 무게중심 좌표를 계산한다.
별도의 기지국 위치정보 레코드를 생성한 후 계산된 중심좌표를 해당 MCC, MNC, U-CID, PSC 정보와 함께 저장하여 기지국 위치정보 데이터베이스를 구축한다(S1600). 이러한 방법으로 구축된 기지국 위치정보 데이터베이스는 이동통신 사업자와 독립적으로 본 발명의 측위 방법을 제공할 수 있도록 해준다.
지금까지 설명한 본 발명에 따른 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법에 대해 상세히 설명하였다. 이하에서는 이러 한 측위 방법을 실행하기 위한 시스템에 관하여 설명한다.
먼저, MS-Based 측위 방식을 실행하기 위한 시스템은 복수개의 기지국을 포함하는 CDMA, W-CDMA(HSDPA), GSM, TD-SCDMA, WiBRO, WiMAX와 같은 무선 이동통신망; 네트워크 기반의 측위를 실행하여 현재 위치에서 기지국의 전파 특성정보를 수집하고, 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 측위 알고리즘이 탑재된 이동단말기; 및, 상기 이동단말기에 측위 요청 명령 및 각 기지국의 위치정보를 전송하는 측위서버를 포함한다.
바람직하게는, 상기 측위서버는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자로 분할하고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 구축하며, 상기 이동단말기는 측위서버로부터 상기 패턴 데이터베이스의 전부 또는 일부를 전송받아 상기 계산된 위치좌표가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아낸 다음 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표를 결정하도록 구성된다. 이 때 상기 패턴 데이터베이스를 구축하기 위해서는 GPS를 이용해 실제 위치좌표를 측정할 수 있는 기능과 네트워크 기반의 측위 방식을 이용해 각 기지국의 전파 특성정보를 수집할 수 있는 기능을 복합적으로 구비한 장치가 필요하며, 이러한 측위장치로는 A-GPS(Assisted GPS) 기능이 내장된 이동단말기 및 A-GPS 측위서버, C-GPS(Conventional GPS)와 결합된 네트워크 기반의 측위용 툴, GPS 기능이 내장된 네비게이션 중 하나를 이용할 수 있다.
한편, MS-Assisted 측위 방식을 실행하기 위한 시스템은 복수개의 기지국을 포함하는 CDMA, W-CDMA(HSDPA), GSM, TD-SCDMA, WiBRO, WiMAX와 같은 무선 이동통신망; 네트워크 기반의 측위를 실행하여 현재 위치에서 기지국의 전파 특성정보를 수집하는 이동단말기; 상기 이동단말기로 측위를 위한 정보 수집 명령을 전송하고, 상기 이동단말기로부터 전송된 기지국의 전파 특성정보와 해당 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 측위서버를 포함한다.
바람직하게는, 상기 측위서버는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자로 분할하고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 구축하며, 상기 계산된 위치좌표가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아낸 다음 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표를 결정하도록 구성된다. 이 경우 A-GPS(Assisted GPS) 기능이 내장된 이동단말기 및 A-GPS 측위서버, C-GPS(Conventional GPS)와 결합된 네트워크 기반의 측위용 툴, GPS 기능이 내장된 네비게이션와 같은 측위장치를 이용하여 패턴 데이터베이스를 구축하는 것은 상기한 MS-Based 측위 방식과 동일하다.
이상에서 설명한 내용은 본 발명에 따른 최적의 실시예를 제시한 것이므로 이에 의해 본 발명에 따른 기술적 사상이 제한되지 아니함은 분명하다. 그러므로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형예 및 균등한 타 실시예가 가능하며, 본 발명의 기술적 보호범위는 오로지 후술하는 특허청구범위에 의해서만 정해질 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법에 의하면, 기존의 패턴 매칭 방식과 달리 패턴 데이터베이스를 구축하지 않고서도 이동단말기에서 수집한 기지국별 신호세기의 비율을 이용하는 pSTAR 알고리즘을 통해 우수한 측위 정확도를 달성할 수 있다. 이는 종래 패턴 매칭 방식에서 서비스를 상용화하기 전에 신뢰성 있는 패턴 데이터베이스 구축하기 위해 막대한 물적, 인적 자원을 투입하던 문제점도 해결해 준다. 더욱이, 본 발명의 측위방법은 MS-Based 방식 및 MS-Assisted 방식 모두를 적용할 수 있으므로 보다 다양한 형태의 측위 서비스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 측위방법은 패턴 데이터베이스와 함께 연동되어 더욱 우수한 측위 정확도를 달성할 수 있는데, 이 경우 본 발명의 패턴 데이터베이스는 종래와 달리 각 격자별 보상값만을 저장하는 저용량 데이터베이스로 구성되어 이동단말기의 가용 메모리의 크기에 관계없이 서비스를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 데이터베이스를 다운로드받는데 걸리는 시간을 크게 단축시켜 신속한 측위 서비스를 제공할 수 있도록 해준다(실제로 본 발명의 데이터베이스 구축 방식을 적용하면 종래에 1.2 Gbytes의 패턴 데이터베이스를 5.8 Mbytes로 축소되므로 거의 98 ~ 99%의 메모리 감소 효과를 가져온다).
또한, 본 발명에 따르면, 패턴 데이터베이스를 이용하여 pSTAR 알고리즘을 수행하는데 필요한 기지국 위치정보를 독자적으로 데이터베이스화할 수 있어 MVNO 사업자가 이동통신 사업자로부터 기지국 위치정보를 제공받을 수 없는 경우에도 본 발명의 측위 방법을 사용할 수 있도록 해주므로 위치기반 서비스 사업자의 부담을 최소화하고 사업의 활성화에 크게 기여할 수 있다.

Claims (32)

  1. 삭제
  2. (a) 측위서버는 이동단말기에 의한(MS-Based) 측위 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계;
    (b) 상기 측위 명령을 전송받은 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계;
    (c) 상기 이동단말기는 전파 특성정보의 수집을 완료한 후 상기 측위서버에 요청하여 기지국의 위치정보를 전송받는 단계; 및
    (d) 상기 이동단말기는 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계;로 이루어지고,
    상기 (d) 단계는 수집한 메저먼트 기지국의 전파 특성정보가 1개인 경우에, 상기 이동단말기는 각 기지국의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(1)에 따라 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
    Figure 112008057642387-pat00071
    Figure 112008057642387-pat00072
    (1)
    Figure 112008057642387-pat00073
    Figure 112008057642387-pat00074
    Figure 112008057642387-pat00075
    Figure 112008057642387-pat00076
  3. (a) 측위서버는 이동단말기에 의한(MS-Based) 측위 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계;
    (b) 상기 측위 명령을 전송받은 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계;
    (c) 상기 이동단말기는 전파 특성정보의 수집을 완료한 후 상기 측위서버에 요청하여 기지국의 위치정보를 전송받는 단계; 및
    (d) 상기 이동단말기는 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계;로 이루어지고,
    상기 (d) 단계는 수집한 메저먼트 기지국의 전파 특성정보가 2개 이상인 경우에,
    (d-1) 상기 이동단말기는 상기 서빙 기지국과 2개 이상의 메저먼트 기지국의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(2)에 따라 각 기지국의 좌표를 연결하는 일직선 상에 존재하는 지점들의 좌표(ai,bi)를 계산하는 단계;
    Figure 112008057642387-pat00077
    Figure 112008057642387-pat00078
    (2)
    Figure 112008057642387-pat00079
    Figure 112008057642387-pat00080
    Figure 112008057642387-pat00081
    Figure 112008057642387-pat00082
    Figure 112008057642387-pat00083
    (d-2) 상기 각 지점들의 좌표(ai,bi)를 이용하여 하기 식(3)에 따라 그 무게중심을 계산하고, 이를 이동단말기의 위치좌표(X,Y)로 결정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
    Figure 112008057642387-pat00084
    Figure 112008057642387-pat00085
    (3)
  4. (a) 측위서버는 이동단말기에 의한(MS-Based) 측위 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계;
    (b) 상기 측위 명령을 전송받은 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계;
    (c) 상기 이동단말기는 전파 특성정보의 수집을 완료한 후 상기 측위서버에 요청하여 기지국의 위치정보를 전송받는 단계; 및
    (d) 상기 이동단말기는 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기의 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계;로 이루어지고,
    상기 (d) 단계는 이동단말기에서 수집한 메저먼트 기지국의 전파 특성정보가 2개이고 서빙 기지국과 메저먼트 기지국간의 거리가 일정거리 이내인 경우에,
    (d-3) 상기 이동단말기는 상기 서빙 기지국과 2개의 메저먼트 기지국(m1,m2)의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(4)에 따라 서빙 기지국과 메저먼트 기지국의 좌표를 연결하는 일직선 상에 존재하는 2개 지점의 좌표(a1,b1),(a2,b2)를 계산하는 단계;
    Figure 112008057642387-pat00086
    Figure 112008057642387-pat00087
    (4)
    Figure 112008057642387-pat00088
    Figure 112008057642387-pat00089
    Figure 112008057642387-pat00090
    Figure 112008057642387-pat00091
    (d-4) 상기 2개 지점의 좌표(a1,b1),(a2,b2)와 2개 메저먼트 기지국의 신호세기를 이용하여 하기 식(5)에 따라 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
    Figure 112008057642387-pat00092
    (5)
    Figure 112008057642387-pat00094
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 수집된 서빙 기지국 또는 메저먼트 기지국 내에 하나 이상의 중계기가 포함되어 있는 경우에는
    수집된 모든 기지국 및 중계기의 신호세기들 중에서 강한 순서대로 일정 개수만큼 선택된 신호세기의 비율(A)을 계산하고, 수집되었을 가능성이 있는 모든 기지국 및 중계기의 위, 경도 정보를 가지고 나올 수 있는 모든 경우의 수의 기지국 및 중계기 간의 거리의 비율(B)을 계산하며,
    상기 계산된 거리의 비율(B) 중에서 상기 신호세기의 비율(A)과 가장 근접하는 경우에 해당하는 기지국 또는 중계기의 위, 경도 정보를 최종 선별하여 상기 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산하는데 사용하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수집된 메저먼트 기지국의 개수가 4개 이상인 경우에는 그 중에서 신호세기가 강한 순서로 3개까지만 우선 선별하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 이동단말기는 측위서버에 요청하여 무선통신 서비스 지역이 일정 크기의 격자로 분할되고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스 정보를 상기 기지국의 위치정보와 함께 전송받고,
    상기 (d) 단계는,
    (e) 상기 이동단말기는 상기 계산된 위치좌표(X,Y)가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아내고, 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표(X,Y)에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표(X′,Y′)를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 패턴 데이터베이스는 각 격자별로 해당 기지국 정보와 보상값만이 저장된 저용량의 패턴 데이터베이스인 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 이동단말기는 수집한 각 기지국별 전파 특성정보와 자신의 가용 메모리 용량을 측위서버로 전송하고, 상기 측위서버는 상기 이동단말기의 가용 메모리 용량에 맞추어 전체 또는 일정 지역의 패턴 데이터베이스 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 패턴 데이터베이스의 각 격자 내에 저장된 보상값은 GPS 기능이 포함된 네트워크 기반의 측위장치에 의해 갱신되고,
    GPS 기능을 통해 측정된 측위장치의 실제 좌표와, 네트워크 기반의 측위를 이용하여 청구항 2의 식(1), 청구항 3의 식(2) 및 (3), 청구항 4의 식(4) 및 (5) 중에서 선택된 하나의 방식에 따라 계산된 좌표의 차이값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 GPS 기능이 포함된 네트워크 기반의 측위장치는 A-GPS(Assisted GPS) 기능이 내장된 이동단말기 및 A-GPS 측위서버, C-GPS(Conventional GPS)와 결합된 네트워크 기반의 측위용 툴, GPS 기능이 내장된 네비게이션 중 하나인 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 측위서버로부터 이동단말기로 전송되는 각 기지국의 위치정보는,
    (c-1) 상기 패턴 데이터베이스에 저장된 각 격자별 로그 파일을 모두 모으는 단계;
    (c-2) 상기 각 격자별 로그 파일을 하나씩 검색하여 기지국에 대한 정보가 일치하는 격자들을 모아 별도의 그룹으로 분리하여 저장하는 단계;
    (c-3) 동일한 그룹 내에 저장된 각 격자들의 중심점을 연결하는 도형의 중심 좌표를 구하는 단계;
    (c-4) 상기 중심 좌표를 해당 기지국의 위치정보로 저장하는 단계에 의해 구축되는 기지국 정보 데이터베이스로부터 추출된 것임을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 (c-2) 단계에서 검색의 기준이 되는 기지국에 대한 정보는 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), U-CID(Umts Cell IDentity) 및 PSC(Primary Scrambling Code)인 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  14. 삭제
  15. (a) 측위서버가 이동단말기를 이용한(MS-Assisted) 측위를 실행하기 위해 기지국에 대한 정보 수집 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계;
    (b) 상기 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계;
    (c) 상기 이동단말기는 수집한 전파 특성정보를 상기 측위서버로 전송하는 단계; 및
    (d) 상기 측위서버는 전송받은 각 기지국의 전파 특성정보와 해당 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계;로 이루어지고,
    상기 (d) 단계는 이동단말기에서 수집한 메저먼트 기지국의 전파 특성정보가 1개인 경우에, 상기 측위서버는 각 기지국의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(1)에 따라 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
    Figure 112008057642387-pat00095
    Figure 112008057642387-pat00096
    (1)
    Figure 112008057642387-pat00097
    Figure 112008057642387-pat00098
    Figure 112008057642387-pat00099
    Figure 112008057642387-pat00100
  16. (a) 측위서버가 이동단말기를 이용한(MS-Assisted) 측위를 실행하기 위해 기지국에 대한 정보 수집 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계;
    (b) 상기 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계;
    (c) 상기 이동단말기는 수집한 전파 특성정보를 상기 측위서버로 전송하는 단계; 및
    (d) 상기 측위서버는 전송받은 각 기지국의 전파 특성정보와 해당 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계;로 이루어지고,
    상기 (d) 단계는 이동단말기에서 수집한 메저먼트 기지국의 전파 특성정보가 2개 이상인 경우에,
    (d-1) 상기 측위서버는 상기 서빙 기지국과 2개 이상의 메저먼트 기지국의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(2)에 따라 각 기지국의 좌표를 연결하는 일직선 상에 존재하는 지점들의 좌표(ai,bi)를 계산하는 단계;
    Figure 112008057642387-pat00101
    Figure 112008057642387-pat00102
    (2)
    Figure 112008057642387-pat00103
    Figure 112008057642387-pat00104
    Figure 112008057642387-pat00105
    Figure 112008057642387-pat00106
    Figure 112008057642387-pat00107
    (d-2) 상기 각 지점들의 좌표(ai,bi)를 이용하여 하기 식(3)에 따라 그 무게중심을 계산하고, 이를 이동단말기의 위치좌표(X,Y)로 결정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
    Figure 112008057642387-pat00108
    Figure 112008057642387-pat00109
    (3)
  17. (a) 측위서버가 이동단말기를 이용한(MS-Assisted) 측위를 실행하기 위해 기지국에 대한 정보 수집 명령을 해당 이동단말기로 전송하는 단계;
    (b) 상기 이동단말기는 현재 위치에서 수집 가능한 각 기지국(중계기도 포함가능)별 전파 특성정보를 수집하는 단계;
    (c) 상기 이동단말기는 수집한 전파 특성정보를 상기 측위서버로 전송하는 단계; 및
    (d) 상기 측위서버는 전송받은 각 기지국의 전파 특성정보와 해당 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기 비율에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 단계;로 이루어지고,
    상기 (d) 단계는 이동단말기에서 수집한 메저먼트 기지국의 전파 특성정보가 2개이고 서빙 기지국과 메저먼트 기지국간의 거리가 일정거리 이내인 경우에,
    (d-3) 상기 측위서버는 상기 서빙 기지국과 2개의 메저먼트 기지국(m1,m2)의 위치정보(위, 경도값) 및 신호세기를 이용하여 하기 식(4)에 따라 서빙 기지국과 메저먼트 기지국의 좌표를 연결하는 일직선 상에 존재하는 2개 지점의 좌표(a1,b1),(a2,b2)를 계산하는 단계;
    Figure 112008057642387-pat00110
    Figure 112008057642387-pat00111
    (4)
    Figure 112008057642387-pat00112
    Figure 112008057642387-pat00113
    Figure 112008057642387-pat00114
    Figure 112008057642387-pat00115
    (d-4) 상기 2개 지점의 좌표(a1,b1),(a2,b2)와 2개 메저먼트 기지국의 신호세기를 이용하여 하기 식(5)에 따라 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
    Figure 112008057642387-pat00116
    Figure 112008057642387-pat00117
    (5)
    Figure 112008057642387-pat00118
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 수집된 서빙 기지국 또는 메저먼트 기지국 내에 하나 이상의 중계기가 포함되어 있는 경우에는
    수집된 모든 기지국 및 중계기의 신호세기들 중에서 강한 순서대로 일정 개수만큼 선택된 신호세기의 비율(A)을 계산하고, 수집되었을 가능성이 있는 모든 기지국 및 중계기의 위, 경도 정보를 가지고 나올 수 있는 모든 경우의 수의 기지국 및 중계기 간의 거리의 비율(B)을 계산하며,
    상기 계산된 거리의 비율(B) 중에서 상기 신호세기의 비율(A)과 가장 근접하는 경우에 해당하는 기지국 또는 중계기의 위, 경도 정보를 최종 선별하여 상기 이동단말기의 위치좌표(X,Y)를 계산하는데 사용하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 수집된 메저먼트 기지국의 개수가 4개 이상인 경우에는 그 중에서 신호세기가 강한 순서로 3개까지만 우선 선별하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  20. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 측위서버는 무선통신 서비스 지역이 일정 크기의 격자로 분할되고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 구축하고,
    상기 (d) 단계는,
    (e) 상기 측위서버는 상기 계산된 위치좌표(X,Y)가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아내고, 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표(X,Y)에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표(X′,Y′)를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 패턴 데이터베이스는 각 격자별로 해당 기지국 정보와 보상값만이 저장된 저용량의 패턴 데이터베이스인 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 패턴 데이터베이스의 각 격자 내에 저장된 보상값은 GPS 기능이 포함된 네트워크 기반의 측위장치에 의해 갱신되고,
    GPS 기능을 통해 측정된 측위장치의 실제 좌표와 네트워크 기반의 측위를 이용하여 청구항 2의 식(1), 청구항 3의 식(2) 및 (3), 청구항 4의 식(4) 및 (5) 중에서 선택된 하나의 방식에 따라 계산된 좌표의 차이값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 GPS 기능이 포함된 네트워크 기반의 측위장치는 A-GPS(Assisted GPS) 기능이 내장된 이동단말기 및 A-GPS 측위서버, C-GPS(Conventional GPS)와 결합된 네트워크 기반의 측위용 툴, GPS 기능이 내장된 네비게이션 중 하나인 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 측위서버가 이용하는 각 기지국의 위치 정보는,
    (d-5) 상기 패턴 데이터베이스에 저장된 각 격자별 로그 파일을 모두 모으는 단계;
    (d-6) 상기 각 격자별 로그 파일을 하나씩 검색하여 기지국에 대한 정보가 일치하는 격자들을 모아 별도의 그룹으로 분리하여 저장하는 단계;
    (d-7) 동일한 그룹 내에 저장된 각 격자들의 중심점을 연결하는 도형의 중심 좌표를 구하는 단계;
    (d-8) 상기 중심 좌표를 해당 기지국의 위치정보로 저장하는 단계에 의해 구축되는 기지국 정보 데이터베이스로부터 추출된 것임을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 (d-6) 단계에서 검색의 기준이 되는 기지국에 대한 정보는 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), U-CID(Umts Cell IDentity) 및 PSC(Primary Scrambling Code)인 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정방법.
  26. 복수개의 기지국을 포함하는 CDMA, W-CDMA(HSDPA), GSM, TD-SCDMA, WiBRO, WiMAX와 같은 무선 이동통신망;
    네트워크 기반의 측위를 실행하여 현재 위치에서 기지국의 전파 특성정보를 수집하고, 수집한 각 기지국의 전파 특성정보와 전송받은 각 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기 비율에 따른 계산 방식인 청구항 2의 식(1), 청구항 3의 식(2) 및 (3), 청구항 4의 식(4) 및 (5) 중에서 선택된 하나의 방식에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 측위 알고리즘이 탑재된 이동단말기; 및,
    상기 이동단말기에 측위 요청 명령 및 각 기지국의 위치정보를 전송하는 측위서버를 포함하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 측위서버는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자로 분할하고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 구축하며,
    상기 이동단말기는 측위서버로부터 상기 패턴 데이터베이스의 전부 또는 일부를 전송받아 상기 계산된 위치좌표가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아낸 다음 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정시스템.
  28. 복수개의 기지국을 포함하는 CDMA, W-CDMA(HSDPA), GSM, TD-SCDMA, WiBRO, WiMAX와 같은 무선 이동통신망;
    네트워크 기반의 측위를 실행하여 현재 위치에서 기지국의 전파 특성정보를 수집하는 이동단말기;
    상기 이동단말기로 측위를 위한 정보 수집 명령을 전송하고, 상기 이동단말기로부터 전송된 기지국의 전파 특성정보와 해당 기지국의 위치정보를 이용하여 서빙 기지국(Serving Node-B)과 메저먼트 기지국(Measurement Node-B)의 상대적 신호세기 비율에 따른 계산 방식인 청구항 2의 식(1), 청구항 3의 식(2) 및 (3), 청구항 4의 식(4) 및 (5) 중에서 선택된 하나의 방식에 따라 이동단말기의 위치좌표를 계산하는 측위서버를 포함하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정시스템.
  29. 제28항에 있어서, 상기 측위서버는 무선통신 서비스 지역을 일정 크기의 격자로 분할하고 각 격자별로 GPS 기능을 이용하여 갱신되는 보상값이 저장된 패턴 데이터베이스를 구축하며, 상기 계산된 위치좌표가 포함되는 패턴 데이터베이스 상의 격자를 찾아낸 다음 이 격자 내에 저장된 보상값을 상기 계산된 위치좌표에 더하여 최종적인 이동단말기의 위치좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국별 신호세기의 비율을 이용한 네트워크 기반의 이동단말기 위치 측정시스템.
  30. 제2항 내지 제4항, 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
  31. 제7항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
  32. 제20항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
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