KR100889096B1 - 위치 설정 성능의 평가 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 시스템에 이동 유닛 위치 설정 기능을 부가하는데 여러 가지 상이한 방식들이 있다. 이러한 방식은 위성 기반 기술뿐 아니라 지상 기술을 포함할 수 있다. 이러한 상이한 방식들이 특정한 기존의 또는 제안된 무선 통신 시스템의 범위 내에서 평가 및 비교될 수 있는 장치가 개시된다.

Description

위치 설정 성능의 평가 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR EVALUATION OF POSITION LOCATION PERFORMANCE}
본 발명은 위치 설정 망의 망 계획 및 배치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 위치 설정 서비스에 대한 시스템의 성능 평가에 관한 것이다.
이동 통신용 무선 시스템은 셀룰러 전화망, 광대역 개인 통신 서비스(PCS), 무선 근거리 영역 망(LAN), 위성 통신 시스템 및 양방향 무선 시스템 등을 포함한다. 이러한 시스템은 전화기 또는 무선 핸드셋, 차량용 송수신기, 무선 데이터 모뎀 또는 무선 로컬 루프(WLL) 스테이션 등의 반고정 유닛과 같은 이동 유닛을 포함할 수 있다. 여러 시스템은 또한 위치가 고정되고 이동 유닛과 통신하거나 가능하면 서로 그리고/또는 외부 망과 통신하는 하나 이상의 기지국 유닛을 포함하는 인프라구조를 가진다. 셀룰러 전화망에서, 예를 들어 기지국 유닛은 이동 유닛과 공중 교환 전화망 사이에 인터페이스를 제공하며, 인증 및 과금 기능을 실행하기 위하여 레지스트리와 통신하며, 호출 관리 및 핸드오프 기능을 실행하기 위하여 상호작용할 수 있다.
특정 이동 유닛의 위치를 설정하는 능력을 부가함으로써 이동 통신용 무선 시스템을 확대시키는 것이 바람직하다. 한 가지 이유는 연방 통신 위원회(Docket No. 94-102, 및 1999년 10월 6일 배포되고 1999년 9월 15일에 채택된 세 번째 보고서 및 명령)에 의하여 공포된 규정에 존재하며, 이 규정은 2001년 10월까지 미국 내 모든 셀룰러 캐리어가 호출의 67 퍼센트는 50미터 내에서 호출의 95 퍼센트는 150 미터 내에서 911 호출을 가능하게 하는 셀룰러 전화기의 위치를 설정하도록 요구한다. 무선 통신 시스템의 위치 설정 능력의 다른 용도는 네비게이션 및 차량 관리 지원과 같은 부가가치 소비자 특성을 포함한다.
위치 설정을 위한 다른 여러 방식이 실행될 수 있다. 이러한 방식은 지상 방식, 글로벌 위치 설정 시스템(GPS) 방식 및 지상 및 GPS 방식의 하이브리드 방식을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 무선 통신용 시스템에 적용된 이러한 방식의 상대적인 성능은 시스템의 특성 및 시스템이 배치되는 영역의 특성에 따를 것이다. 그러므로 특정 방식을 채택하거나 실행하는 규정들이 만들어지기 전에 시스템 내에 하나 이상의 상기와 같은 방식의 성능을 평가하는 것이 바람직하다. 그러므로 위치 설정과 관련된 기존의 또는 제안된 무선 통신 시스템의 성능을 평가하는 방법 또는 장치가 필요하다. 또한, 새로운 시스템에 대한 계획 및 설계 단계 동안 또는 기존 시스템의 업그레이드 또는 고장 발견 수리 동안 위치 설정에 관한 여러 서로 다른 방식의 성능을 비교하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에서, 타깃 영역에 관련되는 정보의 조직화된 집합(데이터베이스, 어레이, 매트릭스 또는 컴파일 중 하나 이상)이 제공된다. 정보의 조직화된 집합의 적어도 일부를 처리하는 적어도 하나의 프로세싱 유닛이 제공된다. 정보는 타깃 영역 내의 이동 또는 고정 무선 유닛의 위치와 관련된 프로세싱 유닛 또는 유닛들에 의하여 생성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 따르는 방법의 흐름도이다.
도 3은 유효 방사 전력(ERP) 계산을 이용한 역방향 링크 분석의 흐름도이다.
도 4는 최대 허용 가능 경로 손실 계산을 이용한 역방향 링크 분석의 흐름도이다.
도 5는 순방향 링크 분석의 흐름도이다.
도 6은 위성 기반 위치 결정 시스템 분석의 흐름도이다.
도 7은 위성 가시도 분석의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예를 따르는 방법 또는 장치가 무선 유닛의 위치 설정에 관한 여러 상이한 방식의 성능을 평가하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신용 시스템에 대한 설계, 배치, 업그레이드 또는 고장 발견 수리시 이와 같은 방법 또는 장치가 사용될 수 있다.
본 발명은 실시예가 코드분할 다중 액세스(CDMA) 셀룰러 전화망과 관련하여 설명되지만, 아날로그 또는 디지털 링크를 통해 통신이 이루어지는지에 상관없이, 그리고 무선 채널에 대한 액세스가 TDMA, FDMA, CDMA 또는 다른 다중 액세스 방식을 따르는지에 상관없이 임의의 기존 또는 제안된 무선 통신용 시스템에 적용될 수 있다.
또한, "위치 설정"이란 용어는 본 명세서에서 "무선 위치 설정"으로서 대상의 물리적 위치를 정의하는 작용을 나타내는 능동적인 의미로 사용될 수도 있고, "기지국 유닛의 위치 설정"으로서의 대상의 존재 위치에 관한 물리적 위치를 나타내는 수동적인 의미로 사용될 수도 있다.
무선 위치 설정에 관한 기술은 세 가지 카테고리: 지상, GPS 및 지상과 GPS의 하이브리드 기반 방식으로 크게 나눌 수 있다. 이들 세 개의 카테고리의 예는 다음을 포함한다:
·오버레이 인프라구조-기반의 방식: 위치 설정용 수신기 및/또는 안테나는 고정된 위치로 시스템에 추가(또는 '오버레이')된다. 그러나 이들 수신기가 임의의 기존 기지국 유닛과 함께 나란히 배치될 필요는 없다.
·통합된 인프라구조-기반의 방식: 추가 처리 기능이 시스템에 부가되어 위치 설정을 지원하지만, 수신기나 안테나는 추가되지 않는다.
·독립형 이동 유닛-기반의 위성 방식: 각각의 이동 유닛은 위치 설정 위성으로부터 수신된 신호로부터 자신의 위치를 계산한다.
·망 보조 위성 방식: 각각의 이동 유닛은 지상 망으로부터의 보조 신호 및 위치 설정 위성으로부터의 위치 설정 신호를 수신한다.
·망-기반의 위성 방식: 각각의 이동 유닛은 지상 망으로부터 보조 신호를 수신하고, 위치 설정 위성으로부터 위치 설정 데이터를 측정하며, 이들 신호와 연관된 데이터를 인프라구조에 전송한다. 이 후, 인프라구조 내의 하나 이상의 프로세싱 유닛이 이 데이터로부터 이동 유닛의 위치를 결정한다.
·하이브리드 방식: 각각의 이동 유닛은 지상 망으로부터 보조 신호를 수신하고 지상 망 및 위치 설정 위성으로부터 위치 설정 데이터를 수신한다. 위치 설정 데이터는 위치를 계산하기 위하여 이동 유닛에 의하여 사용될 수 있거나 무선 유닛의 위치를 결정하기 위하여 인프라구조 내의 하나 이상의 프로세싱 유닛으로 전송될 수 있다.
상기와 같은 하나 이상의 방식의 평가는 다수의 실행 측정에 기초하여 실행된다. 평가결과는 여러 상이한 포맷으로 디스플레이 및/또는 저장될 수 있으며, 가중치 부여를 위하여 인구 통계 정보와 결합할 수 있다.
데이터베이스
본 발명의 일 실시예를 따르는 장치는 기존의 또는 제안된 무선 통신 시스템의 적어도 일부가 배치되는 물리적 영역에 해당하는 타깃 영역의 환경에서 동작한다. 통신 시스템의 특성 및 그 요구되는 위치 설정 능력에 따라, 타깃 영역은 (예컨대, 셀룰러 전화망에 대한) 지리적 영역 또는 (예컨대, 무선 LAN에 대한) 빌딩 또는 다른 구조의 일부일 수 있으며 실내 및 실외 영역을 모두 포함할 수 있다.
상기와 같은 장치는 타깃 영역 및 기존의 또는 제안된 인프라구조에 대한 정보의 조직화된 집합을 포함한다. 이러한 집합은 다음과 같은 정보를 저장하는 하나 이상의 데이터베이스를 포함할 수 있다.
·지형 토폴로지 및 품질, 빌딩 및 다른 인공 구조물의 위치 및 특성, 및 타깃 영역과 전파 신호 사이의 상호작용과 관련된 기타 정보와 같은 타깃 영역에 대한 물리적인 정보;
·기존의 또는 제안된 기지국 유닛의 개수, 위치, 높이 및 구성이나 다른 특성들과 같은 타깃 영역의 인프라구조에 대한 정보;
·인구 또는 고객의 분포, 토지 이용 또는 구역화 맵 및 망 사용 밀도 데이터와 같이, 이동 유닛이 특정 위치에서 발견될 수 있는 확률 또는 타깃 영역과 관련된 인구 통계 정보.
추가로, 타깃 영역은 (예컨대, 경도 및 위도에 의하여 샘플링된) 2차원 또는 (예컨대, 경도, 위도 및 고도에 의하여 샘플링된) 3차원 중 하나로 다수의 이산 빈(bin)으로서 상기 장치 내에서 표현된다.
다시 말해서, 각각의 빈은 타깃 영역의 면적 성분(또는 부피 성분)에 상응한다. 셀룰러 전화망에 대해, 각각의 차원에서 30 내지 100미터의 빈 크기가 잘 작동하는 것으로 알려져 있다. 더 제한된 면적 내의 망에 대해서 그에 상응하는 더 작은 빈 크기가 요구될 수 있다. 다른 것보다 더 세부적으로 타깃 영역 내의 특정 영역을 모델링하는 것이 바람직할 수 있기 때문에 빈은 모든 동일한 크기나 수의 차원이 될 필요는 없다는 것은 중요하다. 이러한 개념은 (예를 들면, 사용자에 의한 타깃 영역 선택을 따름) 장치에 의해 생성될 수 있으며 또는 개별적인 항목이나 정보의 조직화된 집합의 일부로서 추가될 수 있다. 하기에 서술된 바에 따르면, 각각의 빈에 대해 (전형적으로 빈의 중간 지점을 고려하여) 계산한 값의 세트는 그 위치에 대해서 특정 방식에 대한 위치 설정 능력의 품질을 예측하기 위한 기반을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 장치는 이러한 값의 계산과 여기에서 논의되는 다른 계산을 수행하기 위한 하나 이상의 처리 유닛을 포함할 수 있다.
전처리
본 발명의 실시예에 따른 장치의 사용에서 타깃 영역에 대한 합성 전파 손실 매트릭스를 획득하는 것이 바람직할 수 있다. 2차원 및/또는 3차원이 될 수 있는 이러한 매트릭스는 타깃 영역 내의 각각의 기지국 및 다양한 위치 사이에서 이동하는 신호에 대한 전파 손실 정도를 나타낸다. 그러한 매트릭스는 정보의 조직화된 집합의 일부로 부가될 수 있으며, 대안적으로 QEDesign 또는 "무선 망 계획 툴"이라는 명칭으로 1998년 1월 20일에 특허된 미국 특허 제 5,710,758호에서의 설명에 따른 망 분석 툴을 가지고 생성될 수 있으며 상기 특허는 본 발명의 양수인에게 양도된다. 이러한 매트릭스를 구축함에 있어서, 하나 이상의 경로 손실 모델: 예를 들면 자유 공간 손실 모델, (외부 환경에 대한) Ricean모델, Rayleigh모델 또는 (내부 환경에 대한) Nakagami모델과 같은 단기 모델, 또는 Okumura모델, hata모델, lee모델 또는 다른 사람들에 의해 개발된 장기 모델과 같은 장기 모델들을 포함하는 경로손실 모델이 사용되거나, 선택되거나 또는 조합될 수 있다. 다수의 적합한 경로 손실 모델은 1992년 뉴욕의 John Wiley와 IEEE Press에 의해 출판되고 Raymond Steele에 의해 편집된 "이동 무선 통신"의 제 2장의 내용에서 설명되는 기술에서 공지된다. 회절 손실 모델 또한 단독으로 또는 여기에서 참조된 다른 모델들과의 조합으로 사용될 수 있다. 합성 전파 손실 매트릭스 값에 의해 표현된 영역들과 타깃 영역 표시의 빈들 사이에 일대일 대응이 되어야할 필요는 없지만, 타깃 영역의 표시는 서로 다른 크기 및/또는 차원의 빈을 포함하기 때문에 마찬가지로 합성 전파 손실 매트릭스의 특정한 값은 다른 것과 다른 크기 및 차원의 영역에 상응한다. 유사하게 서로 다른 경로 손실 모델이 매트릭스의 서로 다른 부분에 사용될 수 있다.
유사하게 타깃 영역에 대한 요구 벡터를 획득하거나 생성하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 벡터는 타깃 영역 내의 다양한 영역에서 위치 설정 서비스를 위한 실제의 또는 계획된 요구를 지시한다. 그러한 요구 정보는 (QEDesign과 같은) 다른 설계 툴로부터 입수되거나, 다른 소스로부터 다운로드 되거나 다음과 같은 형식으로 사용자에 의해 지정될 수 있다:
·요구 정보가 일반적으로 예를 들어 전체 영역에 대해 균일한 값으로서 지정되는 균일 요구;
·각각의 빈에 대한 요구 값을 포함하는 맞춤(custom) 요구 맵; 또는
·각각의 토지 이용 카테고리가 Erlang/km2 단위로 요구에 맵핑되는 토지 이용 및 토지 이용 얼랑 맵핑. 토지 이용 맵은 타깃 영역에서 요구를 지정하기 위한 토지 이용 얼랑 맵핑 테이블로 사용될 수 있다.
요구 정보에 대한 다른 소스는 망 사용 기록, 인구 밀도 맵, 서베이, 및 다른 인구 통계 정보를 포함한다. 만약 장치가 표시(display) 단계와 같은 더 늦은 단계까지 요구 정보에 액세스하지 않으면, 이러한 벡터의 로딩이나 생성은 지연될 수 있고, 따라서 랜덤 액세스 저장 요구를 감소시킨다.
육상 방식을 사용하는 위치 설정 시스템의 사용 가능성 또는 효율(yield)을 평가하는데 사용되는 한 가지 척도는 기지국 유닛 i의 감도 Si이다. 이러한 척도는 특정 위치에서 이동국에 의해 전송된 신호가 특정 기지국 유닛에 충분히 강하게 수신될 수 있는지 아닌지를 결정하는데에 사용할 수 있다. 추가로, 위성 신호가 수신될 때 무선 유닛의 감도는 무선 유닛이 위성 위치 신호를 획득할 수 있는지 아닌지를 결정하기 위해 위성 기반 방식에 관련될 수 있다. CDMA 망에서 예를 들면 주어진 기지국 유닛의 감도 Si 이 다음 식에 의해 특성화될 수 있다:
Figure 112002025238466-pct00001
k는 볼쯔만 상수(1.38 ×10-23J/K)이며, Ti는 켈빈 온도로의 수신기 온도, R은 초당 심벌 수인 데이터율, Fi는 수신기 잡음 모형, X는 역방향 링크 로딩 계수, 그리고 Eb/Nt는 요구되는 분해능 및 검출 및 부정 알람 확률을 구하기 위해 요구되는 잡음 전력 스펙트럼 밀도에 대한 비트당 에너지의 최소 비이다.
그러나 본 발명은 CDMA를 사용하는 망에 제한되지 않으며 무선 통신을 위한 임의의 시스템에 적용할 수 있다. 감도에 대한 상기 수식(1)에서 제 1 항은 수신기 열 잡음을 표시하고, 제 2 항은 (F1=0인 이상적인 수신기에 대한) 수신기 고유 잡음을 표시하며 제 3 항은 위치 설정 과정에 의해 요구되는 처리 함수를 지원하는데 필요한 최소 신호대 잡음비(SNR)를 표시한다. 제 4 항은 CDMA 시스템에 대해 적용되지만 몇 개의 전송기를 가진 임의의 다른 시스템에 대한 감도 표현에서 우사한 항이 발견될 수 있다. 디폴트(default)로서, 50% 값(즉, 현재 부하 또는 이동 유닛 활동이 용량의 50%)이 X에 대한 디폴트로서 선택된다.
본 발명의 실시예에 따른 장치에서 특정 위치 설정 방식의 분석이 시작되기 전에 각 기지국 유닛으로부터의 하나 이상의 감도 값이 로딩되어 생성될 수 있다. 또한, 크래머-래오(Cramer-Rao) 경계 이론은 피크 에너지의 위치(그 위치는 신호의 도달 시간에 관련됨)를 측정하는 에러의 분산(variance)이 Eb/Nt에 반비례함을 언급한다.
지상 방식의 분석 및 평가
지상의 위치 설정 기술은 실내에서 더 좋은 신호 커버리지와 수리 및 업그레이드를 위한 장치에 대한 비교적 쉬운 액세스와 같이 위성 기반 방식에 비해 몇 가지 장점을 제공한다. 또한, 일부 지상 방식은 이동 유닛에 대한 수정 없이 구현될 수 있다. 특정 지상 방식이 (예를 들면 기지국 유닛과 동일 배치될 수 있거나 또는 배치될 수 없는 오버레이 수신기 및/또는 안테나의 형태로) 기본 구조에 추가되는 하드웨어를 요구하지만, 다른 방식들이 기존 하드웨어를 가지고 수행되는 추가의 처리 업무만을 요구하도록 실행될 수 있다.
자상의 위치 설정 시스템은 신호 감쇠, 도달 각도(AOA), 또는 도달 시간(TOA)/도달 시간 차이(TDOA)를 기초로 동작할 수 있다. CDMA 이동 전송기의 엄격한 전력 제어가 신호 감쇠를 기반으로 하는 위치 설정을 지원함에도 불구하고 그러한 방식은 신호 감쇠를 야기할 수 있는 거리 이외에도 많은 이유 때문에 선호되지 않고 있다. 유사하게, 충분한 위치 설정 정확도를 가진 AOA시스템을 구현하기 위해 요구되는 안테나의 특징은 일반적으로 TOA 또는 TDOA 방식 쪽에 비중을 둘 것이다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 방법 또는 장치는 임의의 그러한 시스템을 평가하는데 사용될 수 있다.
지상 방식을 이용하는 위치 설정 시스템의 사용 가능성을 평가하는데 사용될 수 있는 또 다른 척도는 이동 유닛에서 기지국 유닛 i로부터 수신되는 신호의 신호대 잡음비이다. 이러한 척도는 기지국 유닛으로부터 수신된 신호가 이동 유닛의 위치에서 눈에 보이는지를 결정하는데 유용하다.
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도달 시간차이(TDOA)
이동국에 의해 전송되는 신호는 대략 마이크로초당 1000피트의 속도로 전파한다. 만약 신호의 전파시간이 기지국 유닛에 의한 신호 수신시에 정확하게 측정될 수 있다면(즉, 전송시간과 TOA간의 차이가 높은 정확도로 알려지면), 이동 유닛의 위치는 원의 반경이 전파 지연과 빛의 속도의 곱에 의해 정의되며 원의 중앙이 기지국 유닛인 원상에 위치되는 것으로 결정된다. 상기한 기지국 유닛들에 중앙을 둔 2개의 이러한 원들이 2개의 포인트들에서 오버랩할 것이기 때문에, 2차원 위치의 명확한 결정을 지원하기 위해서 3개의 상이한 기지국 유닛들에 의해 전파 시간이 정확하게 측정가능하여야만 한다. 만약 3차원 위치 설정이 바람직하다면, 전파시간은 4개의 서로 다른 기지국에 의해 정확히 측정 가능해야만 한다.
여러 실제 상황에서, 클록 부정확성은 도달시간이 정확히 알려지는 것을 방해할 것이며, 도달 시간 차(TDOA) 기술이 대신 사용된다. 각 기지국 유닛에서의 수신시 신호는 시간 스탬프된다. 한 쌍의 기지국 유닛 A 및 B에서 수신된 한 신호의 시간 스탬프들을 비교함으로써, 쌍곡선(또는 쌍곡면)의 한 브랜치는 기지국 유닛 B에서보다 기지국 유닛 A로부터 더 먼 고정된 거리에 모든 포인트가 위치되도록 그려질 수 있으며, 이러한 고정된 거리는 빛의 속도와 시간 스탬프 차의 곱이다. 세 개의 서로 다른 기지국 사이의 시간 스탬프 쌍을 비교함으로써 두 개의 서로 다른 쌍곡선 지점이 정의될 수 있으며 고유한 2차원 위치가 그들의 교차점으로부터 식별될 수 있다. 이러한 설정 방법은 쌍곡선 삼각측정이라 불리는 기술 중 하나이다. 상기 논의된 전파 지연 방법에서 3차원 위치를 정확히 설정하기 위해서는 네 개의 기지국으로부터 측정치를 획득하는 것이 필요하다. 어떤 방법이든지 이동 유닛이 다수의 기지국 유닛에서 눈에 보이게 되는 것을 요구한다.
역방향 링크 분석
지상 시스템(예를 들어, TDOA 방식을 구현하는)의 성능을 평가하기 위해, 2개의 상이한 형태의 분석 둘 다 또는 그 둘 중 하나가 사용될 수 있다. 하나의 형태는 역방향 링크 분석이고, 이는 이동 유닛에 의해 전송된 신호가 조사되는 위치 설정 방법을 지원하기에 충분히 강한 강도로 요구되는 개수의 기지국 유닛에 도달할 만큼 충분한 강한지 여부를 나타낸다.
특정 빈(bin)에서의 전송기가 특정 기지국 유닛의 가시권에 있는지 여부를 결정하기 위해서, 도달시 신호 품질을 결정해야 하고, 이는 위에서 언급된 USP 5,710,758 장치에서 실행되는 것과 유사한 서브태스크이다. 이러한 결정에 대한 하나의 가능한 기준은 다음과 같이 표현되는 최대 허용 경로 손실(Lmax)이다.
Lmax = Pmax - Si (2)
여기서 Pmax는 이러한 빈 내의 위치에서 이동 유닛의 최대 전송 전력이고, Si는 기지국 유닛 i의 감도(예를 들어 위에서 기술된 바와 같이 계산됨)이다. 빈 및 기지국 유닛 i 사이의 추정 경로 손실을 표시하는 복합 전파 손실 매트릭스로부터의 값이 Lmax보다 작으면, 기지국 유닛 i가 이러한 빈 내의 이동국으로부터 신호를 수신하는 것이 가능한 것으로 간주된다(즉, 그러한 빈 내의 위치로부터 전력 Pmax로 전송하는 이동 유닛은 기지국 유닛 i에 대해 가시권에 존재할 것이다).
또 다른 가능한 기준은 이동 유닛의 유효 방사 전력(ERP)이고, 이는 신호가 특정 기지국에서 수신되기 위해서 전송되어야하는 전력 레벨로서 계산된다. 특정 기지국 유닛 i에 대해 특정 빈 k에서의 이동 유닛 ERP는 다음과 같이 표현될 수 있다.
ERPk,i = Si/PLk,i (3)
여기서 빈 k로부터 기지국 유닛 i로의 경로에 대한 경로 손실 PLk,i는 다음과 같이 정의된다.
PLk,i =GmkLk,iGbk,i (4)
즉, 빈 k 내의 이동 유닛의 비-지향성 안테나 이득 Gm, 빈 k 및 기지국 유닛 사이의 (예를 들면, 복합 전파 손실 매트릭스로부터의) 경로 손실 L 및 빈 k의 방향에서 기지국 유닛 i의 지향성 안테나 이득 Gb의 곱으로서 정의된다. ERP가 Pmax보다 크지 않으면, 빈 k 내의 위치로부터 전력 Pmax로 전송하는 이동 유닛은 기지국 유닛 i에 대해 가시권에 있을 것이다.
비록 CDMA 시스템이 (예를 들면 광대역 및 다중경로 간섭에 대한 내성으로 인해) TDOA 측정에서 특별한 장점을 가지고 있지만, 대부분의 이러한 시스템들에서 구현되는 전력 제어로 인해 문제들이 발생할 수 있다. 최대 시스템 용량을 달성하기 위해서, 모든 이동 유닛들의 신호들이 대략 동일한 전력 레벨로 수신되도록 하는 것이 중요하다. 따라서 그 제어 기지국 유닛에 근접한 이동 유닛은 그 전력 출력을 감소시키도록 지시될 것이다. 그러나 위치 설정과 관련하여, 이러한 조치는 다른 기지국 유닛들에 대한 이동 유닛의 가시성(visibility)을 감소시켜 이동 유닛이 기지국 유닛에 가까워질수록 이동 유닛의 위치 설정이 어려워지는 결과를 초래하는 역효과를 발생시킬 수 있다.
비중요(non-vital) 소비자 서비스에 대해, 이러한 결과는 대부분의 사용자의 시스템 안정성을 유지하는 결과로서 받아들여질 수 있다. 그러나 응급 상황과 같은 상황에서는 다른 트래픽의 효과와는 관계없이 그 위치가 관측될 수 있도록 이동 유닛이 제공되는 최대 전력에서 전송을 허용하는 것이 바람직하다. 이러한 가능성은 TIA/EIA, Arlington, VA에 의해 공표된 IS-95 표준 섹션 6.6.4.1.7에 포함된다. 따라서 위치 설정 평가에서 이동 유닛 행동의 두 가지 특성을 고려하는 것이 바람직하다.
순방향 링크 분석
지상 위치 설정용 시스템은 예를 들어 이동 유닛이 충분한 신호 강도로 요구되는 다수의 기지국 유닛으로부터 신호를 수신할 수 있는지를 결정하기 위해 순방향 링크를 분석함으로써 평가될 수 있다. CDMA 시스템에 대한 유용한 하나의 방법은 총 입력 전력 스펙트럼 밀도(It)에 대한 파일럿 칩 에너지(Ec)의 비율(각 빈에서 각 기지국 유닛에 대해 측정됨)이다.
Figure 112002025238466-pct00002
여기서 p는 기지국 유닛의 전력 증폭기의 총 출력이고, ζ는 파일럿 채널에 할당된 신호의 부분이고, L은 빈 내의 위치 및 기지국 유닛 사이의 경로 손실이며, N은 이동 유닛의 저-잡음 증폭기(LNA)에 대한 입력에서의 열 잡음 스펙트럼 밀도이며, I는 다른 기지국 유닛들에 의해 야기되는 간섭의 전력 스펙트럼 밀도이며, B는 이동 유닛의 대역폭이다. Ec/It에 대해 획득된 값이 소정 임계치보다 크면, 그 기지국으로부터의 파일럿 신호가 이러한 빈 내의 위치에 대한 위치 설저을 위해 사용될 수 있다.
에러 분석
순방향 또는 역방향 링크 분석에 있어서, 위치 설정의 정확성은 신호들의 수 외에 다른 인자들에 의해 영향을 받을 것이다. 예를 들어 역방향 링크에서 위치 설정 정확성에 영향을 미치는 인자들은 잡음, 다중 경로 간섭 및 양자화로 인한 TOA 측정 에러들을 포함할 수 있다. 순방향 링크에 있어서, 위치 설정 정확성에 영향을 미치는 인자들은 잡음, 다중 경로 간섭, 및 양자화로 인한 파일럿 위상 측정 에러를 포함할 수 있다. 이러한 측정 에러뿐만 아니라, 기지국 위치의 불확실성(위치 에러) 및 신호의 전송 시간이 위치 설정의 정확성에 영향을 미칠 것이다.
잡음에 기인한 측정 에러는 언바이어스된 추정치에 대한 분산에 대해 크래머-래오 하한을 적용함으로써 추정될 수 있다. 양자화에 기인한 측정 에러들은 샘플링 레이트를 증가시킴으로써 감소할 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 시간 및/또는 공간에 대해 상이한 샘플링 레이트의 평가를 지원할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 장치에서, 이러한 상기와 같은 에러는 역방향 및 순방향 링크 분석에 있어서 모호성 인자 어레이로 요약될 수 있다. 적절한 모호성 인자의 일례는 정밀도 저하율(DOP)이고, 이는 위치 에러 및 거리(ranging) 에러(상기와 같은 인자들을 포함) 사이의 비를 나타낸다:
Figure 112002025238466-pct00003
여기서 σX 및 σY 는 X 축 및 Y축 위치 에러들의 표준 편차이고 σS는 거리 에러의 표준 편차이다. 다른 적절한 모호성 인자는 기하학적 DOP(GDOP)이고, 이는 3개의 기지국 B1, B2, B3 및 이동국 유닛 M에 대해 다음과 같이 계산된다:
Figure 112006008664004-pct00004
여기서 θ2는 B2로부터 M과 B1 사이의 각을 지시하고 θ3은 B2로부터 M과 B1 사이의 각을 지시한다. 다른 적절한 모호성 인자들의 형태는 위치 DOP(GDOP), 수평 DOP(HDOP), 및 시간 DOP(TDOP)를 포함한다. 모호성 인자 어레이는 타깃 영역의 표현에 상응하도록 계산되거나(즉, 각 빈에 대해 하나의 인자를 가짐), 상이하게 구축될 수도 있다(예를 들면 다른 것에 비해 하나의 영역 부분에서 보다 상세함을 가짐).
위성 시뮬레이션 및 평가
위치를 결정하기 위한 지상 방식에 대한 대안 또는 보충으로서, 위성 기반 위치 설정 방식이 사용될 수 있다. 이러한 방식을 사용하기에 적합한 위성 위치 설정 시스템의 일례는 NAVSTAR GPS 시스템, 또 다른 방식은 GLONASS GPS 시스템이다. 각각의 경우에, 이동 유닛은 위치 설정 위성에 의해 전송된 신호를 처리하거나 적어도 획득할 수 있는 부가적인 능력을 구비하여야만 한다. 하나의 방식에서(즉, 독립형), 이동 유닛은 그 자신의 위치를 계산하여 그것을 하나 또는 그 이상의 기지국 유닛으로 보고한다. 다른 방식에서(즉, 망-기반), 이동 유닛은 위성으로부터 수신된 신호와 관련된 데이터를 보고하고, 이동 유닛의 위치는 이러한 데이터로부터 기지국 유닛에 의해 결정된다. 또 다른 방식에서(즉, 망-지원), 이동 유닛 및 기지국 유닛 모두가 위치 설정에 직접적으로 기여를 한다.
위성-기반 방식의 평가에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 모든(또는 선택된 수의) GPS 위성의 위치를 소정 기간 동안 (예를 들면 일분 간격으로 일주일 에 대해) 소정 분해능으로 계산한다. 이러한 위성 위치 정보는 예를 들면 GPS 표준 위치 서비스 신호 규격 2판 1995 6.5 섹션 2.5(사용자 알고리즘)에 기재된 방법 및 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.
고도 마스크 각도는 위성의 고도 각도가 고도 마스크 각도보다 큰 경우에만 가시권에 있는 것으로 간주되도록 선택된다(예를 들면 5도). 특정 시간에 각 빈에 대해(또는 대안적으로 적어도 소정수의 기지국 유닛에 의해 가시권에 있는 것으로 결정되는 각 빈에 대해), 각 위성의 방위각 및 고도각이 그 빈에 대해 계산되고, 위성이 그 시간에 가시권에 있는지가 결정된다. 이러한 각도는 다음과 같은 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.
1) 빈의 위도 및 경도(latu 및 lonu)를 계산하고 지구 중심 지구 고정(ECEF) 좌표 시스템에서 빈의 좌표를 계산한다(xu,yu,zu).
2) 다음과 같이 인자 R을 계산한다.
Figure 112002025238466-pct00005
3) 인자 east,north 및 up을 다음과 같이 계산한다.
Figure 112002025238466-pct00006
(9)
여기서, xs, ys, zs는 위성의 ECFF 좌표이다.
4) 인자 r을 다음 식으로 계산한다.
Figure 112002025238466-pct00007
(10)
5) 위성의 고도각을 다음 식으로 계산하고,
Figure 112002025238466-pct00008
(11)
위성의 방위각을 다음 식으로 계산한다.
Figure 112002025238466-pct00009
(12)
여기서,
Figure 112008004932303-pct00010
는 4사분면 역 탄젠트 함수를 나타낸다. 위성의 고도각이 고도 마스크 각보다 낮으면, 위성은 이때 이 빈으로부터 가시권 내에 있지 않은 것으로 추정된다. 그렇지 않고, 빈이 개방(즉, 도시지역이 아닌) 영역에 있다면, 위성은 가시권에 있다고 추정된다.
도시 지역에 해당하는 빈에 대해서, 빌딩 높이, 거리의 방향 및 거리 폭과 같은 지형적(topographical) 파라미터 또한 고려된다. 도시 위치로부터의 위성의 가시성을 예측하기 위한 하나의 알고리즘은 다음과 같다.
1) 위성의 방위각의 방향의 빌딩에 기인한 고도각 제한값 l을 다음 식으로 계산한다.
거리의 방향이 북-남인 경우에는,
Figure 112002025238466-pct00011
(13)
거리의 방향이 동-서인 경우인 경우에는,
Figure 112002025238466-pct00012
(14)
으로 계산하고, 여기서 street_width는 거리의 폭이고, azimuth는 위성의 방 위각이다.
2) 방해물 각을 다음 식으로 계산한다.
Figure 112002025238466-pct00013
(15)
여기서, bldg_ht는 위성의 방위각 방향으로의 빌딩의 높이이다. 위성의 고도각이 방해물 각보다 큰 경우에는, 위성은 이때 가시적이라고 추정된다. 그렇지 않으면, 위성으로의 시선이 빌딩에 의해 차단되었다고 추정된다.
원하는 각각의 위성, 시간 및 빈의 원하는 조합에 대해 그러한 계산이 완료된 후에는, 가시권에 있는 위성의 평균 수가 DOP와 같은 모호성 인자와 함께 매번 각 빈에 대해 계산된다.
하이브리드 기술의 평가
도시 환경에서, 위치 설정에 대한 지상 방식은 위성 기반 방식보다는 성능이 우수할 것으로 기대된다. 터널, '도시형 협곡' 효과 때문에 발생하는 위성 가시성의 제한된 각 및 신호 반사에 기인하는 다중 경로 간섭 때문에 위성-기반 방식의 정확도가 저하된다. 비도시-환경에서도, 나무 덮개와 같은 임의의 오버헤드 방해물이 위성 및 이동 유닛 간의 경로를 차단하는 경우가 있다.
그러나 기지국 유닛들 간의 거리가 더 먼 교외 지역 및 다른 지역에서는, 이동 유닛이 여러 개의 서로 다른 기지국 유닛에 가시적이어야 할 필요성 때문에 지상 방식이 실패할 수 있다. 반면에 위성 기반 방식에서는 방해물이 없는 교외 환경에서 매우 동작이 우수한 경향이 있다.
이러한 문제들에 대한 가능한 한 가지 해결책은 지상 해법을 GPS 해법과 통합하는 것이다. 그러한 하이브리드 방식은 지상 방식이 필요로 하는 것보다 더 적은 수의 기지국 및 GPS 방식이 필요로 하는 것보다 더 적은 수의 GPS 위성에 대해 가시적인 이동 유닛들의 위치 설정을 인에이블할 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 장치에서, 사용자는 여기 설명된 2개 이상의 다른 방식과 관련된 분석 및/또는 평가 결과를 통합함으로써 하이브리드 방식을 선택 및 평가한다.
평가 및 디스플레이
특정 방식의 성능의 평가 및 서로 다른 방식의 비교는 다음과 같은 하나 이상의 고려 사항을 포함한다.
ㆍ서비스 가용성: 위치 설정 실패 또는 수용 불가능한 정확도를 갖는 결정에 대한 척도. 이 척도는 위치 설정 서비스가 허용 가능한 정확도로 지원될 수 있는 커버리지의 비율(즉, 영역 또는 가입자의 수에 의해)로서 특성화된다.
ㆍ커버리지: 지리(예컨대, 지역)나 인구 통계(예컨대, 고객 및 토지 사용) 또는 그러한 특성들의 조합에 의해 정의된다.
ㆍ정확도: 표시된 위치에 대한 불확실성의 척도(예컨대, 미터로 RMS 또는 누적 분배).
ㆍ지연: 위치를 설정하는데 필요한 최소 시간의 척도.
ㆍ용량: 서비스되는 요구의 수 및 위치가 업데이트되는 속도에 대한 척도.
ㆍ신뢰도: 시스템의 가용성에 대한 척도.
ㆍ신호 복잡도: 위치 설정이 보고되는 메커니즘의 복잡도에 대한 척도
ㆍ관리: 위치 설정 시스템의 관리 및 동작과 관련된 복잡도 및 비용에 대한 척도
일단 특정 평가가 완료되면, 결과의 디스플레이 또는 저장이 준비된다. 본 발명의 한 실시예에 따른 장치에서, 예컨대, 적용되는 해법 또는 각 빈에서 가시적인 위성들 및/또는 기지국 유닛들의 수를 표시하기 위해 컬러 코딩되는 타깃 영역의 맵이 디스플레이된다. 디스플레이된 다른 정보는 그 위치가 설정될 수 있는 이동 유닛의 비율 및 각 빈에서의 예상되는 설정 정확도를 포함한다. 평가 정보 및/또는 그러한 정보에 대한 통계적 분석의 결과는 또한 오프라인 또는 앞으로의 사용, 전송 또는 분석을 위해 저장된다.
지상 시스템 평가를 위한 유용한 통계 정보는 보이는 기지국 유닛의 수, 신호 강도, 신호대 잡음비, N개의 기지국 유닛을 볼 수 있는 빈의 비율(여기서 N은 어떤 소정 개수), 최대 N개의 기지국 유닛들을 볼 수 있는 빈의 비율, N개의 기지국 유닛들을 볼 수 있는 이동 유닛의 비율 및 최대 N개의 기지국 유닛을 볼 수 있는 이동 유닛의 비율을 포함한다. 위성 시스템 평가에서, 유용한 통계 정보는 보이는 위성의 수, 신호대 잡음비, 고도각, 도플러 시프트, N개의 위성을 볼 수 있는 빈의 비율(여기서, N은 소정 개수), 최대 N개의 위성을 볼 수 있는 빈의 비율, N개의 위성을 볼 수 있는 이동 유닛의 비율 및 최대 N개의 위성을 볼 수 있는 이동 유닛의 비율을 포함한다.
구현
도 1은 모듈러 형태로 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 장치이다. 위에 논의된 바와 같이, 상기 장치는 전파 손실 매트릭스(M10), 요구 벡터(M50), 토폴로지 데이터베이스(M20) 및 GPS 시뮬레이션 엔진(M30)을 포함한다. 이러한 자원들은 선택된 지상 위치 설정 시스템의 평가를 모듈(M40)에서 실행하고, 선택된 위성 기반 위치 설정 시스템의 평가를 모듈(M60)에서 실행하도록 액세스된다. 그러한 평가의 결과는 모듈(M70)에서 결합하여, 선택된 하이브리드 위치 설정 시스템의 평가를 산출한다. 위에 논의된 바와 같이, 정보의 조직화된 집합은 전파 손실 매트릭스(M10), 토폴로지 데이터베이스(M20) 및 요구 벡터(M50) 중에 하나 이상을 포함하며, 모듈(M30, M40, M60, M70)의 동작은 마이크로프로세서 또는 유사한 로직 엘리먼트의 어레이와 같은 프로세싱 유닛에 의해 실행된다.
상기 장치에 대한 특정 구현예는 다양하게 변화될 수 있다. 한 구현예에서, 지상 위치 설정 시스템만이 지원되고, 모듈(M30, M60 및 M70)은 삭제된다. 역으로, 또 다른 구현예는 위성-기반 위치 설정 시스템만을 지원하고, 이 경우에 모듈(M10, M40 및 M70)은 생략될 수 있다. 요구 벡터(M50)는 몇몇 응용에서는 불필요할 수 있다. 마찬가지로, 모듈(M40)에서 순방향 링크 및 역방향 링크 분석 중 하나는 몇 가지 응용에 대해서는 삭제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 나타낸다. 태스크(P10)에서, 타깃 영역은 빈으로 나누어진다. 이 태스크는 위에 설명된 바와 같은 타깃 영역 표현의 발생 또는 로딩을 포함한다. 태스크(P20)에서, 타깃 영역에 대한 전파 손실 매트릭스가 액세스된다. 다시, 이 매트릭스는 저장 매체로부터 국부적으로 발생하거나 저장 매체로부터 로드될 수 있다.
태스크(P30)에서, 요구 벡터가 초기화된다. 위에 설명된 바와 같이, 이 벡터는 저장 매체로부터 로드되거나, 지상용 맵, 망 용 기록 등과 같은 정보로부터 발생한다. 요구 벡터가 분석 결과를 스케일링하는데 사용되기 때문에, 이 태스크는 그러한 결과를 사용할 수 있을 때까지 지연된다는 점을 주목한다. 보다 제한된 구현예에서, 이 태스크는 생략될 수 있다.
역방향 링크 분석이 태스크(P40)에서 실행된다. ERP 계산을 사용하는 분석에서, 이 태스크는 도 3에 더욱 상세하게 제공된다. 특정 빈 및 기지국 유닛은 서브태스크(P110 및 P120)에서 각각 선택되고, 이 기지국 유닛의 감도는 예컨대 위의 식(1)을 사용하여 서브태스크(P130)에서 계산된다(선택적으로, 이 값은 저장 매체 또는 다른 소스로부터 로드될 수 있다). 이 빈에서의 이동 유닛의 ERP는 예컨대 위의 식(3) 및 (4)을 사용하여 서브태스크(P40)에서 계산된다. 서브태스크 (P150)에서 ERP가 이동 유닛의 최대 전송 전력(또는 소정의 다른 임계값)보다 더 큰 것으로 나타나면, 상기 신호는 기지국 유닛에 의해 검출될 수 없는 것으로(즉, 이동 유닛은 이 기지국 유닛에 보이지 않는 것으로) 결정된다(서브태스크 P160). 그렇지 않으면, 상기 이동국은 이 기지국(서브태스크 P160)에 보이는 것으로 생각된다. 서브태스크(P180)에서, 서브태스크(P160, P170)의 결과가 저장된다.
서브태스크(P190)에서, 고려되는 다음의 기지국이 선택된다. 상기 선택된 빈에서 이동국은 예를 들어 거리, 블로킹 육지 형태 또는 빌딩, 방해물 또는 다른 방해 요소 등에 기인하여 보이지 않는 기지국에 대해 계산될 필요가 없다는 점에 유의한다.
서브태스크(200)에서, 이하 테스트되는 방법에 의해 결정되는 것과 같이 상기 선택된 빈의 위치에 대한 하나 이상의 모호성 인자가 계산된다. 이러한 인자는 DOP(상기 식(6)에 따라 결정된다) 또는 GDOP(상기 식(7)에 의해 계산된다)를 포함할 수 있다. 만약 이동국이 소정 개수 미만의 기지국(예를 들어, 3개)에 보인다면, 상기 빈은 위치 설정될 수 없는 것으로 그리고 P200 및 P210은 건너뛸 수 있다고 지정될 것이라는 점에 유의해야 한다. 서브태스크(P210)의 정확도 분석에서, 상기 모호성 인자는 상기 빈에서 이동국에 대한 위치 결과의 기대되는 정확성을 결정하기 위해 다른 알려진 것 또는 평가된 에러와 결합하여 사용될 수 있다. 서브태스크(P220)에서, 상기 태스크는 다음의 빈에 대해 재시작하여, 더 이상 빈이 남아 있지 않으면, 상기 태스크는 끝난다.
도 4는 ERP보다는 최대 경로 손실의 기준을 사용하는 역방향 링크 분석에 대해 태스크(P40)에서 실행될 수 있는 서브태스크를 보여준다. 이러한 서브태스크는 도 3에서 보여지는 것과 상기 설명한 것과 동일할 수 있는데, (a) 서브태스크(P145)에서 최대 허용 경로 손실의 계산(상기 식(2)을 따르는)은 서브태스크(P140)의 계산을 대체하며, (b) 서브태스크(P155)에서 상기 빈에 있는 이동국으로부터 상기 선택된 기지국으로의 경로에 대한 손실과 최대 수용 경로 손실 값의 비교는 서브태스크(P150)의 테스트를 대체한다.
순방향 링크 분석은 태스크(P50)에서 실행되며, 도 5는 이러한 작업을 보다 자세히 보여주고 있다. 상기 도면에 있는 많은 서브태스크(즉, 서브태스크(P310, P320, P380, P390, P400, P410 및 P420))는 상기 도 3과 도 4에 있는 서브태스크(즉, 각각 P110, P120, P180, P190, P200, P210, 및 P220)에 상응하는 유사한 기능을 실행한다. 서브태스크(P330)에서, 상기 선택된 기지국에서 출력되는 신호의 전력이 계산된다(또는 저장된다). 서브태스크(P340)에서, Ec/It 비의 값은 예를 들어 식(5)에 의해 계산된다. 만약 이 값이 테스트 서브태스크(P350)에서 소정의 임계값보다 작지 않다고 결정되면, 서브태스크(P370)에서 상기 파일럿 신호는 위치 설정에 유용하다고 결정된다. 그렇지 않으면, 서브태스크(P360)에서 상기 파일럿 신호는 위치 설정에 유용하지 않다고 결정된다.
태스크(P60)에서, 위성 분석이 실행된다. 이러한 작업은 도 6에 보다 자세히 설명되어 있다. 서브태스크(P500)에서 고도 마스크 각이 선택되며 서브태스크(P510)에서 빈이 선택된다. 서브태스크(P520)에서, 상기 선택된 빈은 빌딩 또는 다른 구조물의 근접성 또는 인구 밀도 등과 같은 인자에 따라 분류된다.
서브태스크(P530)에서, 위성 가시도 분석은 예를 들어 도 7에서 설명된 것과 같이 실행된다. 서브태스크(P600, P620)에서, 특정한 위성과 시간이 선택된다. 선택된 시간에서 선택된 위성의 위치는 상기 참고가 되는 GPS 규정 섹션 2.5.에 따라서 계산된다. 서브태스크(P630)에서, 선택된 빈과 관련된 위성의 방위와 고도 각이 상기 식(11)과 (12)에 따라서 계산된다.
서브태스크(P640)에서, 상기 고도 각과 고도 마스크 각이 비교된다(이 테스트 값의 결과가 알려지기 전까지 상기 방위 각은 엄격히 계산될 필요가 없다는 점에 유의한다). 만약 상기 고도 각이 상기 고도 마스크 각보다 크지 않으면, 상기 위성은 보이지 않는다고 간주되며, 이 결과는 서브태스크(P650)에서 저장된다. 그렇지 않으면, 상기 빈의 분류는 서브태스크(P650)에서 참조된다. 만약 상기 빈이 개방된 것으로 분류되면, 상기 빈에서 위성이 보이는 것으로 간주되며 이 결과는 서브태스크(P660)에서 저장된다.
만약 서브태스크(P650)의 테스트가 상기 선택된 빈이 도시로 분류되면, 상기 빈과 관련된 도시 파라미터(거리의 폭, 방향 및 각 사이드의 빌딩의 높이와 같은)를 서브태스크(P670)에서 추출한다. 서브태스크(P680)에서, 상기 빈의 방해 각이 상기 식(15)에 의해 계산된다. 만약 테스트 서브태스크(P690)가 상기 위성의 고도 각이 상기 빈의 방해 각을 초과한다고 결정하면, 상기 위성은 보이는 것으로 간주되며 이 결과는 서브태스크(P660)에 저장된다. 그렇지 않으면, 상기 위성은 보이지 않는 것으로 생각되며 이 결과는 저장된다. 테스트 서브태스크(P700, P710)는 그러한 선택이 소모되고 상기 서브태스크가 끝날 때까지 다음의 시간 또는 위성에 대해 상기 서브태스크를 반복하게 한다. 이러한 방식으로, 일정한 시간에 각 빈에서 보이는 위성의 수에 관한 결과와 통계가 계산될 것이다.
서브태스크(P540)에서, 이하 테스트되는 방법에 의해 결정되는 것과 같이 상기 빈의 위치에 대한 하나 이상의 모호성 인자가 계산된다. (미리 결정된 최소 수의 위성보다 더 적은 수의 위성이 선택된 빈으로부터 보일 수 있다면, 서브태스크(P540, P550)는 실행될 필요가 없음을 주의한다.) 인자는 수평 DOP(위도 및 경도 데이터의 품질), 수직 DOP(고도 데이터의 품질), 위치 DOP(3차원 측정의 품질), 시간 DOP(시간결정의 품질), 기하학적 DOP(시간결정을 포함하는 3차원 측정의 품질) 또는 상대 DOP(60초와 같은 기간으로 정규화된 측정의 품질)와 같은 DOP 인자를 포함한다. 서브태스크(P560)에서, 테스트되는 위성-기반 위치 시스템의 정확도는 선택된 빈에서의 보이는 위성신호의 수 및 상기 빈에서의 DOP 통계 외에 하나 이상의 다음과 같은 인자를 고려함으로써 예측될 수 있다.
ㆍ잡음으로 인한 의사 거리 측정 에러. 상기 분석을 실행하기 위하여 크래머-래오 바운드가 사용될 수 있다.
ㆍ다중경로 간섭에 의한 의사 거리 측정 에러
ㆍ양자화에 의한 의사 거리 측정 에러
ㆍ나머지 전리층 및 대류권 지연에 의한 에러
ㆍ기타 선택적인 가용성 에러
서브태스크(P560)가 더 많은 빈이 계속해서 처리되고 있다는 것을 지시한다면, 태스크는 다시 서브태스크(P510)를 시작한다. 그렇지 않다면, 태스크(P60)는 종료하고, 적절하게 평가될 수 있는 임의의 하이브리드 시스템의 분석이 태스크(P70)에서 실행된다. 태스크(P80)에서, 태스크(P40, P50, P60, 및/또는 P70)의 결과가 요구 벡터의 적용에 의하여 스케일링되며, 결과는 디스플레이되고 저장되며 및/또는 태스크(P90)에 전송된다.
많은 경우에, 여기에 제시된 루프와는 다른 루프 순서로 동작이 실행될 수 있다. 예컨대, 모든 시간에 모든 위성에 대한 위치 정보는 일관적으로 계산될 수 있다(본 실시예에서, 시간은 1분 간격으로 분할되며 위성위치 계산은 1주일 주기로 연장된다). 선택적으로, 모든 시간에서 모든 빈에 걸친 하나의 위성에 대한 위치 정보는 다음 위성에 대한 위치 정보가 준비되기 전에 처리 및 소모될 수 있다.
바람직한 실시예의 전술한 설명은 본 발명의 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 제공된다. 이들 실시예에 대한 다양한 수정이 가능하며, 여기에서 제시된 일반적인 원리는 또한 다른 실시예에 적용될 수 있다. 예컨대, 일단 정확한 위치 설정에 대한 능력이 전술한 규정 등과 같은 규정에 부합하도록 부가되면, 이하에 기재된 예와 같이 비용감소 및 수익발생을 촉진하는 위치 설정과 관련된 추가 특징이 적은 비용으로 부가될 수 있다.
ㆍ위치의존 과금
ㆍ비상사태 관리
ㆍ부정수단 검출 및 관리
ㆍ범죄자 추적
ㆍ차량 추적 관리
ㆍ재고 모니터
ㆍ망 최적화
따라서 본 발명의 실시예는 상기와 같은 서비스와 관련한 평가 또는 비용 이득 분석을 포함할 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 전용장치로서 기능을 할 수도 있고 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법은 범용 마이크로프로세서, 워크스테이션 또는 서버가 유사한 방식으로 실행되도록 하는 소프트웨어로 실행될 수 있다. 따라서 본 발명은 기계 판독가능 코드가 저장되는 데이터 저장매체에 내장될 수 있으며, 기계 판독가능 코드는 마이크로프로세서 또는 다른 신호 처리장치와 같은 논리소자의 어레이에 의하여 실행가능한 명령을 포함한다. 따라서 본 발명은 전술한 실시예에 제한되지 않고 오히려 임의의 방식으로 여기에 기술된 신규한 특성 및 원리와 일치하는 가장 넓은 범위 내에서 실행된다.
본 발명의 실시예에 따른 방법 또는 장치의 다른 응용에서, 위치 설정 시스템 내에서의 시그널링 트래픽이 시스템의 처리요건을 평가하기 위하여 사용된다. 일 실시예에서, 모듈(하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있음)은 이동 유닛 및 이 이동 유닛의 위치를 계산하는 서버 사이에 전송되는 것으로 기대되는 메시지의 수와 같은 통계치를 예측한다. 이들 통계치는 시스템의 요구된 용량(즉, 주어진 순간에 얼마나 많은 위치 설정 요구가 시스템 내에서 대기될 수 있는지) 및/또는 시스템의 최소 스루풋(주어진 기간에서 시스템이 처리되어야 하는 위치 설정 요구의 수)으로서 상기와 같은 특성을 평가하기 위하여 모듈 또는 다른 장치에 의하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법 또는 장치는 신호레벨 및 TDOA 측정과 같은 파라미터들을 추정하기 위하여 사용된 예측모델을 평가하기 위하여 교정 및/또는 갱신 기술을 사용함으로써 갱신함으로써 수정될 수 있다. 일 실시예에서, 이들 파라미터의 실제 측정치들은 모델을 개선 및 수정하기 위한 베이스라인으로서 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법 또는 장치의 추가 응용에서, 본 발명의 장치 또는 방법은 이동 유닛의 실제 또는 시뮬레이션된 위치 설정을 지원하기 위하여 사용된다. 일 실시예에서, 측정치들의 벡터는 실제 이동 유닛에 의해 보고될 수 있거나 또는 시뮬레이션된 이동 유닛에 의하여 출력될 수 있다.

Claims (41)

  1. 타깃 영역에 관련되는 정보의 조직화된(structured) 집합을 저장하는 데이터베이스; 및
    적어도 하나의 프로세싱 유닛을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유닛은 상기 정보의 조직화된 집합의 적어도 일부를 처리하고 부가 정보를 생성하며,
    상기 부가 정보는 상기 타깃 영역 내에 무선 유닛의 위치를 설정하기 위한 적어도 하나의 시스템의 예상 위치 설정 성능에 관련되고,
    상기 부가 정보는 성능 기준(criteria)에 기초한 상기 예상 위치 설정 성능의 평가를 포함하며, 상기 성능 기준은 허용 가능한 정도의 정확도로 위치 설정될 수 있는 타깃 영역의 퍼센트, 설정된 위치와 관련된 불확실성의 영역, 위치를 설정하는데 요구되는 최소 시간, 서비스될 수 있는 위치 설정에 대한 요구들의 수, 위치 설정 결정들이 업데이트될 수 있는 레이트 및 위치 설정과 관련된 비용 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  2. 타깃 영역에 관련되는 정보의 조직화된 집합을 저장하는 데이터베이스; 및
    적어도 하나의 프로세싱 유닛을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유닛은 상기 정보의 조직화된 집합의 적어도 일부를 처리하고 부가 정보를 생성하며,
    상기 부가 정보는 상기 타깃 영역 내에서 무선 유닛의 위치를 설정하기 위한 적어도 하나의 시스템의 예상 위치 설정 성능에 관련되고,
    상기 정보의 조직화된 집합은 상기 타깃 영역과 관련된 토폴로지(topological) 정보, 상기 타깃 영역과 관련된 인구 통계(demographic) 정보 및 상기 타깃 영역 내의 인구 분포와 관련된 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 정보의 조직화된 집합은 상기 타깃 영역에 대한 요구 벡터를 포함하며, 상기 요구 벡터의 각 엘리먼트는 다수의 빈(bin)들 중 적어도 하나에 대응하는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 요구 벡터는 맞춤(custom) 요구 맵, 토지 이용 맵, 인구 밀도 맵 및 인구 통계 정보 중 적어도 하나로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 타깃 영역에 관련되는 정보의 조직화된 집합을 저장하는 데이터베이스; 및
    적어도 하나의 프로세싱 유닛을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유닛은 상기 정보의 조직화된 집합의 적어도 일부를 처리하고 부가 정보를 생성하며,
    상기 부가 정보는 상기 타깃 영역 내에서 무선 유닛의 위치를 설정하기 위한 적어도 하나의 시스템의 예상 위치 설정 성능에 관련되고,
    상기 정보의 조직화된 집합은 상기 타깃 영역과 관련된 토폴로지 정보, 상기 타깃 영역과 관련된 인구 통계 정보 및 상기 타깃 영역 내의 인구 분포와 관련된 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 정보의 조직화된 집합은 상기 타깃 영역의 표시를 포함하며, 상기 타깃 영역 표시는 다수의 빈들을 포함하고, 각각의 빈은 상기 타깃 영역의 면적(area) 엘리먼트 및 부피(volume) 엘리먼트 중 하나에 대응하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 예상 위치 설정 성능은 상기 다수의 빈들 각각에 대응하는 값들을 포함하며, 상기 값들 각각은 상기 대응하는 빈 내에서 무선 유닛의 위치 설정과 관련되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 정보의 조직화된 집합은 전파 손실 매트릭스를 포함하며, 상기 전파 손실 매트릭스의 각 엘리먼트는 상기 다수의 빈들 중 하나 이상에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전파 손실 매트릭스의 엘리먼트들 각각의 값은 경로 손실 모델 및 회절 손실 모델 중 적어도 하나에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 경로 손실 모델은 자유-공간 손실 모델, 단기 모델 및 장기 모델 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 타깃 영역 내에서 무선 유닛의 위치를 결정하는 적어도 하나의 시스템은 다수의 기지국들을 포함하는 지상 위치 설정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지상 위치 설정 시스템은 오버레이(overlay) 인프라구조-기반 시스템 및 집적 인프라구조-기반 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 지상 위치 설정 시스템은 상기 무선 유닛으로부터의 신호 도달 시간차에 기초하여 상기 무선 유닛의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 예상 위치 설정 성능의 적어도 일부는 순방향 링크 분석을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 예상 위치 설정 성능의 적어도 일부는 역방향 링크 분석을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 역방향 링크 분석은 상기 무선 유닛의 유효 방사 전력에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 역방향 링크 분석은 상기 다수의 빈 중 특정된 하나와 상기 다수의 기지국 유닛들 중 적어도 하나 사이의 최대 허용 가능 경로 손실에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 예상 위치 설정 성능은 위치 설정과 관련된 에러 분석을 포함하며, 상기 위치 설정 관련 에러는 잡음에 기인한 에러, 다중경로 간섭에 기인한 에러 및 양자화에 기인한 에러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 위치 설정 관련 에러는 상기 다수의 기지국들 중 적어도 하나의 위치의 불확실성 및 상기 무선 유닛으로부터의 신호 전송 시간의 불확실성 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 위치 설정 관련 에러의 분석은 정확도 저하율(DOP), 기하학적 DOP, 위치 DOP, 수평 DOP 및 시간 DOP 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 모호성 인자의 계산을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 6 항에 있어서,
    상기 타깃 영역 내에서 무선 유닛의 위치를 결정하는 적어도 하나의 시스템은 위성-기반 위치 설정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 위성-기반 위치 설정 시스템은 독립형 이동 유닛 기반 시스템, 망-보조 시스템 및 망-기반 시스템 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 위성-기반 위치 설정 시스템은 NAVSTAR 및 GLONASS GPS 시스템 중 적어도 하나의 위성으로부터 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 예상 위치 설정 성능은 특정 시간에 GPS 시스템의 다수의 위성들의 위치 계산에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 예상 위치 설정 성능은 특정 빈에서의 GPS 시스템의 다수의 위성들의 가시도에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 예상 위치 설정 성능은 위치 설정과 관련된 에러의 분석을 포함하며, 상기 위치 설정 관련 에러는 잡음에 기인한 에러, 다중경로 간섭에 기인한 에러 및 양자화에 기인한 에러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 위치 설정 관련 에러는 대기 조건과 관련된 에러 및 선택적인 이용 가능성과 관련된 에러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 위치 설정 관련 에러의 분석은 정확도 저하율(DOP), 기하학적 DOP, 위치 DOP, 수직 DOP, 수평 DOP, 시간 DOP 및 상대 DOP 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 모호성 인자의 계산을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 6 항에 있어서,
    상기 타깃 영역 내에 위치한 무선 유닛의 위치를 결정하는 적어도 하나의 시스템은 하이브리드 위치 설정 시스템을 포함하며,
    상기 하이브리드 위치 설정 시스템은 지상 위치 설정 시스템 및 위성-기반 위치 설정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 토폴로지 데이터베이스;
    전파 손실 매트릭스를 저장하는 데이터베이스; 및
    적어도 하나의 프로세싱 유닛을 포함하며,
    상기 토폴로지 데이터베이스는 타깃 영역에 관련되며,
    상기 전파 손실 매트릭스의 엘리먼트들 중 적어도 일부의 각각의 엘리먼트는 상기 타깃 영역에서의 위치들 간의 경로 손실을 나타내고,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유닛은 순방향 링크 분석 및 역방향 링크 분석 중 적어도 하나를 실행하며, 적어도 하나의 링크 분석은 상기 토폴로지 데이터베이스로부터의 정보 및 상기 전파 손실 매트릭스로부터의 정보에 기초하며,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유닛은 상기 타깃 영역에 대해 무선 유닛 위치 설정 시스템의 예상 위치 설정 성능과 관련된 정보를 출력하는, 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 다수의 시간에 다수의 GPS들의 위치를 계산하며,
    상기 프로세싱 유닛은 위성 가시도 분석을 실행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 하이브리드 위치 설정 시스템의 예상 위치 설정 성능과 관련된 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 28 항에 있어서,
    요구 벡터를 더 포함하며, 적어도 하나의 링크 분석은 상기 요구 벡터로부터의 정보에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
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