KR100951950B1 - 단말기 위치계산방법 및 그를 위한 위치계산 서버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단말기 위치계산방법 및 그를 위한 위치계산 서버에 관한 것이다.
본 발명은 단말기의 위치를 계산하기 위한 위치계산 서버에 있어서, 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보를 측정하여 수집하고, 기지국 위치정보를 수집하는 정보 수집부; pCELL 알고리즘을 이용하여 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 생성하는 pCELL 측위부; 단말기 위치변수정보의 초기값으로 초기 위치 측위 결과정보를 설정하고, 단말기 위치변수정보, 수집된 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 수집된 기지국 위치정보를 이용한 TDOA 알고리즘의 연산을 통해 비용함수 값을 생성하는 TDOA 알고리즘 연산부; 생성된 비용함수 값과 기설정된 비용함수 임계값을 비교하여, 비용함수 값이 비용함수 임계값 이하일 때까지, TDOA 알고리즘 연산부로 하여금 단말기 위치변수정보를 변경하면서 TDOA 알고리즘을 반복적으로 연산하도록 제어하는 반복연산 제어부; 및 비용함수 임계값 이하인 비용함수 값을 생성시킨 해당 단말기 위치변수정보를 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 최종 위치 측위 결과정보 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 위치 측위 결과정보를 제공하기 위한 위치계산 서버를 제공한다.
본 발명에 의하면, pCELL 측위 결과를 TDOA 알고리즘 반복 수행의 초기값으로 활용함으로써, 위치 측위된 단말기 위치와 실제 단말기 위치 간 오차를 줄여, 위치 측위 서비스 가입자에게 높은 만족도의 서비스를 제공하는 효과가 있다.
TDOA, pCELL, 위치 측위, LBS

Description

단말기 위치계산방법 및 그를 위한 위치계산 서버{Method and Server for Estimating Position of Terminal}
본 발명은 단말기 위치계산방법 및 그를 위한 위치계산 서버에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, pCELL 측위 결과를 TDOA 알고리즘 반복 수행의 초기값으로 활용함으로써, 위치 측위된 단말기 위치와 실제 단말기 위치 간 오차를 줄여, 위치 측위 서비스 가입자에게 높은 만족도의 서비스를 제공하는 효과가 있는 단말기 위치계산방법 및 그를 위한 위치계산 서버에 관한 것이다.
현재, 위치 측위 서비스 제공을 위한 측위 기술은 단말기의 위치를 측정하기 위하여 이동통신망의 기지국 셀 반경인 전파환경을 이용하여 소프트웨어적으로 위치를 확인하는 네트워크 기반(Network Based) 방식과 한 핸드셋 기반(Handset Based)방식, 그리고 이들 두 가지 방식을 혼합한 혼합(Hybrid)방식으로 분류된다.
핸드셋 기반 방식으로는 A-GPS(Assisted Global Positioning System)방식과 E-OTD(Enhanced Observed Time Differenec)방식이 있으며, A-GPS방식은 TDMA 무선접속방식을 사용하는 유럽의 GSM 기반 망과 CDMA 무선접속방식을 사용하는 IS-95 기반 망 기술에서 모두 사용가능한 방식이다. CDMA무선접속방식에서는 GPS수신기를 내장한 단말기와 CDMA망 내의 위치계산 서버 간에 IS-801 인터페이스를 통한 메시지 송수신으로 단말기의 위치를 결정한다. 이때에 GPS 위성에서 수신되는 신호는 4개 이상의 위성신호가 수신됨으로써 위치 결정이 매우 정확하다. A-GPS는 단말기에서 수신한 위성신호를 전송받아서 위치를 계산하는 위치계산 서버와 이동통신망 내의 기지국 정보에 의한 계산을 가공 또는 다른 시스템으로 연계하는 위치정보 센터(Mobile Positioning Center: MPC)로 구성된다. 한편, E-OTD(Enhanced Observed Time Differenec)방식은 TDMA 무선 접속 규격을 사용하는 유럽의 TDMA기반 GSM방식의 GSM표준위원회에서 LCS Release 98/99를 통해 포준화되었다. 단말기가 3개 이상의 기지국에서 수신된 신호를 상대적인 도착시간과 거리의 차를 계산하여 위치를 결정한다. E-OTD 방식은 OTD(Observed Time Differenec), RTD(Real Time Differenec), GTD(Geometric Time Difference) 방식을 조합하여 사용한다. OTD 방식은 기지국에서 단말기까지의 두 기지국으로부터 신호도착시간을 계산하고, RTD 방식은 두 기지국에서 신호 송신시간의 차를 계산한다. 또한 GTD 방식은 기지국과 단말기까지의 거리를 계산하여 두 기지국의 거리 차를 계산한다.
이러한 네트워크 기반 측위 기술은 단말기와 위치계산 서버와의 약속된 프로토콜(IS-801, RRLP, RRC 등)에 의해 단말기에서 측정한 데이터(PPM, OTD 등)를 위치계산 서버에 전달하고, 이러한 데이터(PPM, OTD 등)를 이용하여 위치계산 서버에서 해당 단말기의 위치측정 기능을 수행한다. 위치계산 서버는 네트워크 방식의 위치측정을 수행하여 그 결과를 측위 서비스를 요청한 대상(MPC, Content Provider, 혹은 단말기 등)에게 전송해준다.
이러한 종래의 네트워크 기반 측위 기술은 기지국 반경 셀을 이용한 셀ID 방식, 단말기에서 보내는 신호를 기지국에서 수신하면서 방향각(Line Of Bearing: LOB)을 계산하여 위치를 계산하는 AOA(Angle Of Arrival) 방식, 3개 이상의 기지국간에서 발사한 전파의 도착시간으로 단말기에서 위치를 계산하는 TOA(Time Of Arrival) 방식, 그리고 단말기에서 3개의 기지국으로부터 수신한 파일롯(pilot) 신호의 도착시간 차이를 측정하여 기지국 간의 거리차를 계산하여 얻어진 2개의 쌍곡선(hyperbola)이 교차하는 지점을 단말기의 위치를 결정하는 TDOA(Time Difference Of Arrival: 이하 'TDOA'라 칭함) 방식 등이 있다.
또한, 종래의 네트워크 기반 측위 기술에는, 위치 측위 서비스 대상 지역을 정해진 크기의 격자 단위로 분할한 pCELL 데이터베이스를 구축하여 위치 측위 서비스 가입자로부터 위치 측위 요청이 발생한 경우에 단말기로부터 수신된 기본 정보와 pCELL 데이터베이스를 비교하여 정합되는 pCELL을 결정하여 위치 측위 요청자에게 해당 단말기의 위치를 알려주는 방식인 pCELL 측위 방식이 있다. 이러한 pCELL 측위 방식은 Fingerprint 방식이라고도 불리는 확률적인 모델링에 의한 위치 추정 방법으로서, 노이즈 및 주위 환경 정보를 위치 추적을 위한 정보로 활용함으로써, 다른 종래의 네트워크 기반 측위 기술에 비하여 상대적으로 높은 정확도의 위치 정보를 제공해줄 있는 장점이 있다.
하지만, 이러한 상대적으로 높은 위치 측위 정확도를 제공하는 pCELL 측위 방식을 포함한 종래의 네트워크 기반 측위 기술에서는, 실제 단말기 위치와 위치 측위된 단말기 위치 간 오차가 실험적으로는 여전히 300m 이상이 발생하는 문제점 이 있다. 이러한 300m 이상의 오차는 위치 측위 서비스 가입자에게 높은 만족도의 서비스를 제공하지못하는 문제점을 발생시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, pCELL 측위 결과를 TDOA 알고리즘 반복 수행의 초기값으로 활용함으로써, 위치 측위된 단말기 위치와 실제 단말기 위치 간 오차를 줄여, 위치 측위 서비스 가입자에게 높은 만족도의 서비스를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 따르면, 단말기의 위치를 계산하기 위한 위치계산 서버에 있어서, 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보를 측정하여 수집하고, 기지국 위치정보를 수집하는 정보 수집부; pCELL 알고리즘을 이용하여 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 생성하는 pCELL 측위부; 단말기 위치변수정보의 초기값으로 초기 위치 측위 결과정보를 설정하고, 단말기 위치변수정보, 수집된 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 수집된 기지국 위치정보를 이용한 TDOA 알고리즘의 연산을 통해 비용함수 값을 생성하는 TDOA 알고리즘 연산부; 생성된 비용함수 값과 기설정된 비용함수 임계값을 비교하여, 비용함수 값이 비용함수 임계값 이하일 때까지, TDOA 알고리즘 연산부로 하여금 단말기 위치변수정보를 변경하면서 TDOA 알고리즘을 반복적으로 연산하도록 제어하는 반복연산 제어부; 및 비용함수 임계값 이하인 비용함수 값을 생성시킨 해당 단말기 위치변수정보를 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 최종 위치 측위 결과정보 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 위치 측위 결과정보를 제공하기 위한 위치계산 서버를 제공한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 한 측면에 따르면, 위치계산 서버가 제공하는 단말기 위치계산방법에 있어서, (a) pCELL 알고리즘로부터 생성된 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 단말기 위치변수정보의 초기값을 설정하는 단말기 위치변수정보 초기값 설정 단계; (b) 상기 단말기 위치변수정보, 측정된 상기 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 기설정된 기지국 위치정보로부터 계산되는 비용함수 값이 비용함수 임계값 이하일 때까지, 상기 단말기 위치변수정보를 변경하면서 상기 비용함수 값을 계산하는 TDOA 알고리즘 연산 단계; 및 (c) 상기 (b)단계에서 상기 비용함수 임계값 이하인 비용함수 값이 계산되면, 상기 계산된 비용함수 값을 생성시킨 단말기 위치변수정보를 상기 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 단말기 위치 측위 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치계산 서버가 제공하는 단말기 위치계산방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, pCELL 측위 결과를 TDOA 알고리즘 반복 수행의 초기값으로 활용함으로써, 위치 측위된 단말기 위치와 실제 단말기 위치 간 오차를 줄여, 위치 측위 서비스 가입자에게 높은 만족도의 서비스를 제공하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 제공하기 위한 위치 측위 서비스 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 제공하기 위한 위치 측위 서비스 시스템은 위치 측위 서비스를 요청하는 단말기(100), 위치 측위 서비스 에 대한 요청을 전달하고, 그에 대한 응답을 전달하는 유무선 통신망(110) 및 위치 측위 서비스 요청을 단말기(100) 또는 위치 측위 서비스 제공 서버로부터 수신하고, 수신한 위치 측위 서비스 요청에 대하여 단말기(100)의 위치를 계산하고, 계산된 최종 위치 측위 결과정보를 단말기(100) 또는 위치 측위 서비스 제공 서버로 제공하는 위치계산 서버(120)로 구성된다.
전술한 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 제공하기 위한 위치 측위 서비스 시스템에서의 단말기(100)에 대한 위치계산은 위치계산 서버(120)에 의해서 수행되고, 이러한 위치계산 서버(120)는, 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보를 측정하여 수집하고, 기지국 위치정보를 수집하는 정보 수집부, pCELL 알고리즘을 이용하여 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 생성하는 pCELL 측위부, TDOA(Time Difference Of Arrival: 이하 'TDOA'라 칭함) 알고리즘을 위한 단말기 위치변수정보의 초기값으로 초기 위치 측위 결과정보를 설정하고, 단말기 위치변수정보, 측정된 상기 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 기설정된 기지국 위치정보 등을 이용한 TDOA 알고리즘의 연산을 통해 비용함수 값을 생성하는 TDOA 알고리즘 연산부, TDOA 알고리즘 연산부에서 생성된 비용함수 값과 기설정된 비용함수 임계값을 비교하여, 비용함수 값이 비용함수 임계값 이하일 때까지, TDOA 알고리즘 연산부로 하여금 단말기 위치변수정보를 변경하면서 TDOA 알고리즘을 반복적으로 연산하도록 제어하는 반복연산 제어부 및 TDOA 알고리즘 연산부에서 생성된 비용함수 값이 기설정된 비용함수 임계값 이하인 경우에 대한 비용함수 값을 생성시킨 단말기 위치변수정보를 해당 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 최종 위치 측위 결과정보 생성부를 포함하여 구성된다. 이러한 위치계산 서버에 대하여서는 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 제공하는 위치계산 서버를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 제공하는 위치계산 서버(200)는, 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보를 측정하여 수집하고, 기지국 위치정보를 수집하는 정보 수집부(210), pCELL 알고리즘을 이용하여 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 생성하는 pCELL 측위부(220), TDOA 알고리즘을 위한 단말기 위치변수정보의 초기값으로 초기 위치 측위 결과정보를 설정하고, 단말기 위치변수정보, 측정된 상기 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 기설 정된 기지국 위치정보 등을 이용한 TDOA 알고리즘의 연산을 통해 비용함수 값을 생성하는 TDOA 알고리즘 연산부(230), TDOA 알고리즘 연산부에서 생성된 비용함수 값과 기설정된 비용함수 임계값을 비교하여, 비용함수 값이 비용함수 임계값 이하일 때까지, TDOA 알고리즘 연산부로 하여금 단말기 위치변수정보를 변경하면서 TDOA 알고리즘을 반복적으로 연산하도록 제어하는 반복연산 제어부(240) 및 TDOA 알고리즘 연산부에서 생성된 비용함수 값이 기설정된 비용함수 임계값 이하인 경우에 대한 비용함수 값을 생성시킨 단말기 위치변수정보를 해당 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 최종 위치 측위 결과정보 생성부(250)를 포함하여 구성된다.
전술한 TDOA 알고리즘 연산부(230)는 하기 수학식 1을 통해, 기지국 간 거리차이 추정행렬 및 기지국간 거리차이 측정행렬을 이용하여 비용함수 값을 계산한다.
Figure 112007075037621-pat00001
Figure 112007075037621-pat00002
전술한 반복연산 제어부에 의한 반복연산 수행 판단 조건을 만족할 때까지, TDOA 알고리즘 연산부(230)는 반복연산 카운터정보(k)를 영(0)에서 1씩 증가시키고, 그에 따라 단말기 위치변수정보((xk, yk))를 변경하면서 상기 수학식 1을 이용하여 비용함수 값을 계산해낸다.
단말기 위치변수정보((xk, yk))에 대한 초기값((x0, y0))은 반복연산 카운트변수정보(k)가 영(0)일 때이며, 이 초기값은 전술한 pCELL 측위부에서 얻어진 측위 결과 정보인 초기 위치 측위 결과정보가 설정된다. 즉, TDOA 알고리즘의 반복 연산을 통한 단말기 위치계산시, pCELL 측위 결과를 이용하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 "pCELL/TDOA 하이브리드 알고리즘"이라고 할 수 있다.
TDOA 알고리즘 연산을 반복 수행하여 단말기의 위치를 계산함에 있어서, TDOA 알고리즘 연산의 측위 정확도에 큰 영향을 끼치는 단말기 위치변수정보의 초기값을 pCELL 측위부에서 얻어진 측위 결과 정보를 이용함으로써, TDOA 알고리즘 연산을 통한 단말기 위치 계산의 정확도를 향상시키는 것이다.
전술한 수학식 1을 이용하여 비용함수 값을 계산하기 위해, TDOA 알고리즘 연산부(230)에 의해 이용되는 기지국 간 거리차이 추정행렬(r(xk,yk))은, 단말기 위치변수정보((xk, yk)) 및 기설정된 기지국 위치정보를 이용한 하기 수학식 2를 통해서 계산된다.
Figure 112007075037621-pat00003
Figure 112007075037621-pat00004
전술한 수학식 2을 통해서 언급한 기지국 간 거리차이 추정행렬(r(xk,yk))을 얻기 위해 필요한 기지국 i와 기지국 1( 기준 기지국) 간의 거리차이 추정정보(ri1(xk,yk))는, 특정 반복연산 카운트변수정보(k)에 대한 단말기 위치변수정보((xk, yk))에 해당하는 쌍공선 방정식(Hyperbolic Equation)인 하기 수학식 3을 이용하여 구해질 수 있다.
Figure 112007075037621-pat00005
Figure 112007075037621-pat00006
전술한 수학식 1을 이용하여 비용함수 값을 계산하기 위해, TDOA 알고리즘 연산부(230)에 의해 이용되는 기지국 간 거리차이 측정행렬(r)은, 측정된 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 기설정된 기지국 위치정보를 이용한 하기 수학식 4를 통해 계산된다.
Figure 112007075037621-pat00007
Figure 112007075037621-pat00008
위에서 언급한 수학식 4에서의 기지국 i와 기지국 1(기준 기지국) 간의 거리차이 측정정보는, 정보 수집부(210)에서 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보를 측정하여 수집한 이후, 하기 수학식 5를 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112007075037621-pat00009
Figure 112007075037621-pat00010
전술한 반복연산 제어부(240)에서는 TDOA 알고리즘 연산부(230)에서 생성된 비용함수 값(ε(xk, yk))과 기설정된 비용함수 임계값(εth)을 비교하여, TDOA 알고리즘 연산부(230)에서 수행되는 TDOA 알고리즘의 반복 수행을 제어하는데, TDOA 알고리즘 연산부(230)에서 생성된 비용함수 값이 기설정된 비용함수 임계값을 초과하면, 해당 TDOA 알고리즘은 위에서 언급한 단말기 위치변수정보((xk, yk)))를 변경해가면서 비용함수 값을 생성하며, 만약 TDOA 알고리즘 연산부(230)에서 생성된 비용함수 값이 기설정된 비용함수 임계값 이하가 되면 DOA 알고리즘의 반복 수행은 중 단되고, 중단하게 된 비용함수 값을 생성시킨 단말기 위치변수정보를 해당 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하게 되는 것이다. 이렇게 TDOA 알고리즘을 반복 수행하는 방법을 "TDOA 반복(iterative) 측위 방식"이라고 한다.
전술한 반복연산 제어부(240)는, 단말기에 대한 최종 위치 측위결과 정보를 생성하기 위해 TDOA 알고리즘의 반복수행을 제어하기 위한 기준이 되는 비용함수 임계값(εth)을 해당 위치 측위 서비스 시스템의 상태에 따라 변경 및 재설정 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법에 대한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 위치계산 서버가 제공하는 단말기 위치계산방법은, pCELL 알고리즘로부터 생성된 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 단말기 위치변수정보의 초기값으로 설정하는 단말기 위치변수정보 초기값 설정 단계(S300), 단말기 위치변수정보, 측정된 상기 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 기설정된 기지국 위치정보로부터 계산되는 비용함수 값이 비용함수 임계값 이하일 때까지, 단말기 위치변수정보를 변경하면서 비용함수 값을 계산하는 TDOA 알고리즘 연산 단계(S302) 및 전 단계인 TDOA 알고리즘 연산 단계(S302)에서 비용함수 임계값 이하인 비용함수 값이 계산되면, 계산된 비용함수 값을 생성시킨 단말기 위치변수정보를 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 단말기 위치 측위 결정 단계(S304)를 포함하여 수행된다.
전술한 TDOA 알고리즘 연산 단계(S302) 및 단말기 위치 측위 결정 단 계(S304)에 이용되는 상기 기설정된 비용함수 임계값은, 위치 측위 서비스 시스템의 상황에 따라, TDOA 알고리즘 연산 단계(S302)에서 생성된 비용함수 값에 대한 최소값을 생성하기 위해 해당 위치 측위 서비스 시스템의 상태에 따라 변경 및 재설정 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법에 대한 상세 흐름도이다.
도 4는 도 3에서 설명한 단말기 위치계산방법을 좀 더 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, TDOA 알고리즘의 반복 수행에 따른 위치 측위결과의 정확도 향상을 위해, 위치계산 서버 내 pCELL 측위부에서 생성된 해당 단말기의 위치 측위 결과정보를 TDOA 알고리즘 연산을 위한 단말기 위치변수정보초기값((xk, yk))에 대한 초기값((x0, y0))으로 설정(S400)한다. 이렇게 설정된 초기값을 이용하여 TDOA 알고리즘을 연산하여 비용함수 값을 계산(S402)하게 되며, 계산된 비용함수 값을 기설정된 비용함수 임계값(εth)과 비교하여 TDOA 알고리즘을 반복 연산할지를 결정하게 된다.
만약, S402단계에서 계산된 비용함수 값이 기설정된 비용함수 임계값 이하이면, 계산된 비용함수 값을 도출시킨 단말기 위치변수정보가 그대로 단말기의 최종 위치 측위 결과정보로 생성되어 위치계산이 마무리된다.
하지만, S402단계에서 계산된 비용함수 값이 기설정된 비용함수 임계값을 초과하면, 반복연산카운트 정보(k)를 1씩 증가(S406)시키면서, 그에 해당하는 단말기 위치변수정보도 변경하고, 이후 TDOA 알고리즘 연산을 통해 비용함수 값을 새로 계산(S402)한다. 이렇게 새롭게 계산되어 생성된 비용함수 값이 다시 비용함수 임계값 이하인지 판단하게 되고, 판단된 결과에 따라 S402 단계, S404 단계 및 S406 단계를 반복수행하거나, S408 단계를 수행하게 된다.
도 5는 위치 측위 장소 1(서울특별시 영등포구 롯데백화점)에서 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 실험적으로 수행한 실험 결과를 통하여 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법의 위치 측위 정확도를 설명하기 위한 실험 결과 그래프에 대한 도면이다.
도 5에서는, 위치 측위 장소 1(서울특별시 영등포구 롯데백화점)에서 본 발명에서의 단말기 위치계산방법을 실험적으로 수행해본 결과에 대한 그래프이다.
도 5의 그래프에서는, TDOA 알고리즘 반복 수행을 위한 초기값으로 pCELL 측위결과를 이용하는 것을 pCELL/TDOA 하이브리드(Hybrid) 알고리즘이라고 하고, 그래의 가로축은 위치 측위 장소 1에서의 단말기가 위치한 건물 내 층(사용자의 높이)이 되고, 그래프의 세로축은 실제 단말기의 위치와 본 발명의 pCELL/TDOA 하이브리드 알고리즘을 통해 계산된 단말기의 위치와의 오차를 나타낸다. 이러한 오차가 작을수록 위치 측위의 정확도가 높게 되기 때문에 그래프의 세로축을 위치 측위의 정확도로 표현한다.
도 5에서의 실험 결과 그래프는, 신뢰도가 67%인 1σ(시그마)의 신뢰도 검증을 통한 실험 1과 신뢰도가 95%인 2σ(시그마)의 신뢰도 검증을 통한 실험 2로 두 차례의 실험을 통해 얻어진 실험 결과 그래프로서, 실험 1 및 실험 2 각각에 대하 여 사용자의 높이를 달리하면서 위치 측위의 정확도를 구하였다.
도 5를 참조하면, 실험 1에서의 평균 오차는 222.83m이고, 실험 2에서의 평균 오차는 177.70m로 구해졌음을 알 수 있다. 이렇게 구해진 평균 오차는, 상당한 위치 측위 정확도를 보였던 pCELL 측위 방식 및 TDOA 측위 방식과 같은 네트워크 기반 측위 알고리즘에서 측정되는 300m 정도의 평균 오차와 비교하면, 100m 가량 감소한 평균 오차를 보임으로써, 상당히 향상된 위치 측위 정확도를 반영하는 것으로 판단될 수 있다.
도 6은 위치 측위 장소 2(대구광역시 북구 롯데백화점)에서 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 실험적으로 수행한 실험 결과를 통하여 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법의 위치 측위 정확도를 설명하기 위한 실험 결과 그래프에 대한 도면이다.
도 6에서는, 위치 측위 장소 2(대구광역시 북구 롯데백화점)에서 본 발명에서의 단말기 위치계산방법을 실험적으로 수행해본 결과에 대한 그래프이다.
도 6의 그래프에서는, TDOA 알고리즘 반복 수행을 위한 초기값으로 pCELL 측위결과를 이용하는 것을 pCELL/TDOA 하이브리드(Hybrid) 알고리즘이라고 하고, 그래의 가로축은 위치 측위 장소 2에서의 단말기가 위치한 건물 내 층(사용자의 높이)이 되고, 그래프의 세로축은 실제 단말기의 위치와 본 발명의 pCELL/TDOA 하이브리드 알고리즘을 통해 계산된 단말기의 위치와의 오차를 나타낸다. 이러한 오차가 작을수록 위치 측위의 정확도가 높게 되기 때문에 그래프의 세로축을 위치 측위의 정확도로 표현한다.
도 6에서의 실험 결과 그래프는, 신뢰도가 67%인 1σ(시그마)의 신뢰도 검증을 통한 실험 3과 신뢰도가 95%인 2σ(시그마)의 신뢰도 검증을 통한 실험 4로 두 차례의 실험을 통해 얻어진 실험 결과 그래프로서, 실험 3 및 실험 4 각각에 대하여 사용자의 높이를 달리하면서 위치 측위의 정확도를 구하였다.
도 6을 참조하면, 실험 3에서의 평균 오차는 140.75m이고, 실험 4에서의 평균 오차는 120.88m로 구해졌음을 알 수 있다. 이러한 평균 오차는, 상당한 위치 측위 정확도를 보였던 pCELL 측위 방식 및 TDOA 측위 방식과 같은 네트워크 기반 측위 알고리즘에서 측정되는 300m 정도의 평균 오차와 비교하면, 150m 가량 감소한 평균 오차를 보임으로써, 상당히 향상된 위치 측위 정확도를 반영하는 것으로 판단될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 위치 측위 서비스 제공 기술에 적용되어, pCELL 측위 결과를 TDOA 알고리즘 반복 수행의 초기값으로 활용함으로써, 위치 측위된 단말기 위치와 실제 단말기 위치 간 오차를 줄여, 위치 측위 서비스 가입자에게 높은 만족도의 서비스를 제공하는 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 제공하기 위한 위치 측위 서비스 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 제공하는 위치계산 서버를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법에 대한 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법에 대한 상세 흐름도,
도 5는 위치 측위 장소 1에서 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 실험적으로 수행한 실험 결과를 통하여 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법의 위치 측위 정확도를 설명하기 위한 실험 결과 그래프에 대한 도면,
도 6은 위치 측위 장소 2에서 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법을 실험적으로 수행한 실험결과를 통하여 본 발명에 따른 단말기 위치계산방법의 위치 측위 정확도를 설명하기 위한 그래프에 대한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 단말기 110: 유무선통신망
200: 위치계산 서버 210: 정보 수집부
220: pCELL 측위부 230: TDOA 알고리즘 연산부
240: 반복연산 제어부 250: 최종 위치 측위 결과정보 생성부

Claims (7)

  1. 단말기의 위치를 계산하기 위한 위치계산 서버에 있어서,
    단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보를 측정하여 수집하고, 기지국 위치정보를 수집하는 정보 수집부;
    pCELL 알고리즘을 이용하여 상기 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 생성하는 pCELL 측위부;
    단말기 위치변수정보의 초기값으로 상기 초기 위치 측위 결과정보를 설정하고, 상기 단말기 위치변수정보, 상기 수집된 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 상기 수집된 기지국 위치정보를 이용한 TDOA 알고리즘의 연산을 통해 비용함수 값을 생성하는 TDOA 알고리즘 연산부;
    상기 생성된 비용함수 값과 기설정된 비용함수 임계값을 비교하여, 상기 비용함수 값이 상기 비용함수 임계값 이하일 때까지, 상기 TDOA 알고리즘 연산부로 하여금 상기 단말기 위치변수정보를 변경하면서 상기 TDOA 알고리즘을 반복적으로 연산하도록 제어하는 반복연산 제어부; 및
    상기 비용함수 임계값 이하인 비용함수 값을 생성시킨 해당 단말기 위치변수정보를 상기 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 최종 위치 측위 결과정보 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 위치 측위 결과정보를 제공하기 위한 위치계산 서버.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 TDOA 알고리즘 연산부는,
    상기 단말기 위치변수정보를 상기 초기값으로부터 변경해가면서, 기지국 간 거리차이 추정행렬 및 기지국 간 거리차이 측정행렬을 이용하여 비용함수 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 단말기 위치 측위 결과정보를 제공하기 위한 위치계산 서버.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 TDOA 알고리즘 연산부에서,
    상기 비용함수 값을 계산하기 위한 상기 기지국 간 거리차이 추정행렬은 상기 단말기 위치변수정보 및 상기 기설정된 기지국 위치정보를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 단말기 위치 측위 결과정보를 제공하기 위한 위치계산 서버.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 TDOA 알고리즘 연산부에서,
    상기 비용함수 값을 계산하기 위한 상기 기지국 간 거리차이 측정행렬은 상기 측정된 상기 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 단말기 위치 측위 결과정보를 제공하기 위한 위치계산 서버.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 비용함수 임계값은,
    상기 TDOA 알고리즘 연산부에 의한 상기 TDOA 알고리즘의 반복수행을 제어하기 위한 기준이 되는 정보인 것을 특징으로 하는 단말기 위치 측위 결과정보를 제공하기 위한 위치계산 서버.
  6. 위치계산 서버가 제공하는 단말기 위치계산방법에 있어서,
    (a) pCELL 알고리즘로부터 생성된 단말기에 대한 초기 위치 측위 결과정보를 단말기 위치변수정보의 초기값으로 설정하는 단말기 위치변수정보 초기값 설정 단계;
    (b) 상기 단말기 위치변수정보, 측정된 상기 단말기와 기지국 간 전파수신시간 차이정보 및 기설정된 기지국 위치정보로부터 계산되는 비용함수 값이 비용함수 임계값 이하일 때까지, 상기 단말기 위치변수정보를 변경하면서 상기 비용함수 값을 계산하는 TDOA 알고리즘 연산 단계; 및
    (c) 상기 (b)단계에서 상기 비용함수 임계값 이하인 비용함수 값이 계산되 면, 상기 계산된 비용함수 값을 생성시킨 단말기 위치변수정보를 상기 단말기에 대한 최종 위치 측위 결과정보로써 생성하는 단말기 위치 측위 결정 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치계산 서버가 제공하는 단말기 위치계산방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 TDOA 알고리즘 연산 단계 이전에,
    상기 TDOA 알고리즘 연산 단계에 의한 상기 TDOA 알고리즘의 반복수행을 제어하기 위한 기준이 되는 상기 비용함수 임계값을 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 위치계산 서버가 제공하는 단말기 위치계산방법.
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