KR102226683B1 - 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법 및 측위 장치 - Google Patents

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Abstract

다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법은 측위 장치가 서로 다른 복수의 채널 각각에서 단말이 측정한 다중 하향링크 정보를 수신하는 단계 및 상기 측위 장치가 상기 복수의 채널 각각에서의 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 데이터베이스를 비교하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함한다. 상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 상기 복수의 채널 각각에서 측정한 동일한 종류의 하향링크정보들로 구성되고, 상기 핑거프린트 데이터베이스는 사전에 일정한 영역 단위로 다중 하향링크 정보를 맵핑한 정보이다.

Description

다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법 및 측위 장치{POSITION ESTIMATION METHOD AND APPARATUS FOR UE BASED ON MULTI-DOWNLINK INFORMATION OF MULTI-FREQUENCIES}
이하 설명하는 기술은 이동통신망의 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 기법에 관한 것이다.
최근 GPS가 동작하지 못하는 실내 및 건물 협곡 등과 같은 지역에서 GPS를 대체하여 이동통신 단말기의 위치를 측정하는 다양한 기술들이 개발되고 있다. 대표적인 기술은 Wifi 신호의 수신세기를 이용한 핑거프린트(fingerprint) 방식이다.
핑거프린트 기술은 단말기 주변의 다수 Wifi AP (Access Point)에서 전송되어 상기 단말기에 수신되는 모든 AP 신호의 수신세기(RSS)를 모두 기록하여 측위를 위한 데이터베이스(DB)를 구축한다. 이후 임의의 위치에서 단말기가 탐지되는 모든 AP Wifi 신호의 수신세기 (RSS) 측정치를 위치측위 서버 (Positioning Server)에 보내면, 위치측위 서버는 기록된 RSS DB를 탐색하여 상기 단말기가 전송한 RSS와 가장 유사한 RSS를 나타내는 위치 정보를 단말기의 위치로 출력한다.
미국등록특허 제8,692,667호
Wifi 핑거프린트 기술은 LTE(Long-Term Evolution)와 같은 이동통신 시스템에서도 유사한 방식으로 구현될 수 있다. LTE 이동통신망에서 수신신호세기를 이용하는 핑거프린트 기반의 위치 측정 시스템은 이동통신망에서 발생하는 다양한 문제로 인하여 정확도에 커다란 오차가 발생할 수 있다. 대표적인 문제는 다음과 같다. 첫째, 이동통신 시스템은 중계기를 활용하는데 중계기 경우 기지국 신호와 구분되기 어렵다. 따라서 중계기 근처에 위치한 단말이 기지국 근처의 위치로 추정될 수 있다. 둘째, Wifi AP의 서비스 영역은 반경이 수십 미터 정도이지만, 이동통신 경우 하나의 기지국이 수백 미터에서 수 킬로미터의 서비스 영역을 가져 오차 범위가 매우 넓다.
이하 설명하는 기술은 이동통신 시스템을 이용하여 핑거프린트 방식으로 정확한 단말 위치의 측위를 제공하고자 한다.
다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법은 측위 장치가 서로 다른 복수의 채널 각각에서 단말이 측정한 다중 하향링크 정보를 수신하는 단계 및 상기 측위 장치가 상기 복수의 채널 각각에서의 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 데이터베이스를 비교하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 측위 장치는 측위 요청 및 단말이 복수의 채널 각각에서 수집한 다중 하향링크 정보를 수신하는 통신 장치, 사전에 일정한 영역 단위로 다중 하향링크 정보를 맵핑한 핑거프린트 데이터베이스를 저장하는 저장 장치 및 상기 복수의 채널 각각에서의 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 데이터베이스를 비교하여 상기 단말의 위치를 추정하는 연산장치를 포함한다.
상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 상기 복수의 채널 각각에서 측정한 동일한 종류의 하향링크정보들로 구성된다. 상기 핑거프린트 데이터베이스는 사전에 일정한 영역 단위로 다중 하향링크 정보를 맵핑한 정보이다.
이하 설명하는 기술은 중계기가 존재하는 환경에서도 핑거프린트 방식으로 단말의 위치를 정확하게 측위할 수 있다. 이하 설명하는 기술은 다중 채널에서 각각 개별적으로 측정되는 다중 무선상태 정보를 이용하여 이동통신 시스템에서도 정확도 높은 측위를 가능하게 한다. 이하 설명하는 기술은 종래 이동통신 표준에 따라 단말이 수집하는 정보를 이용하여 추가적인 하드웨어 없이 측위가 가능하다.
도 1은 다중 데이터를 이용한 핑거프린트 기반의 측위 시스템에 대한 예이다.
도 2는 다중 데이터를 이용한 핑거프린트 기반의 측위 시스템에 대한 다른 예이다.
도 3은 단말이 수집하는 다중 데이터에 대한 예이다.
도 4는 다중 채널에서의 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 5는 다중 채널에서의 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 과정에 대한 절차 흐름도의 예이다.
도 6은 다중 채널에서의 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 과정에 대한 절차 흐름도의 다른 예이다.
도 7은 다중 데이터를 측정할 주파수를 결정하는 순서도의 예이다.
도 8은 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 과정에 대한 절차 흐름도의 또 다른 예이다.
도 9는 다중 데이터를 측정할 주파수를 결정하는 순서도의 다른 예이다.
도 10은 단말이 하향링크 탐색 임계치를 결정하는 과정에 대한 예이다.
도 11은 단말 및 측위 장치의 구조를 도시한 블록도의 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하 명세서에서 사용할 용어에 대하여 설명한다.
이동통신시스템은 사용자가 이동 가능한 단말(UE, User Equipment)을 통해 음성이나 영상, 데이터 등을 송수신하는 통신 체계를 의미한다. 대표적으로 WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), LTE, NR(New Radio) 규격에 따른 이동통신시스템이 있다.
단일 이동통신시스템은 WCDMA, LTE, NR 등의 규격 중 하나의 규격에 따른 이동통신시스템을 의미한다. 이종 이동통신시스템은 WCDMA, LTE, NR 등 다양한 규격에 따른 이종의 이동통신시스템을 의미한다. 나아가 이종 이동통신시스템은 매크로셀과 매크로셀 서비스 영역 내에 피코셀(PicoCell), 펨토 셀(FemtoCell)과 같은 작은 셀(small cell)이 존재하는 시스템을 포함한다. 더 나아가 이종 통신시스템은 이동통신, Wi-fi, Wibro, Zigbee 등과 같은 다양한 방식을 통신 시스템을 포함한다.
주파수 밴드는 일정한 주파수 범위를 의미한다. 예컨대, 800MHz~900MHz, 1.9GHz~2.0GHz 및 2.4GHz~2.5GHz은 각각 서로 다른 주파수 밴드이다. 이동통신은 통신에 이용하는 주파수 폭이 있다. 예컨대, WCDMA 또는 LTE는 주로 10MHz 또는 20MHz의 폭을 하나의 단일 하향링크 최대 주파수로 사용한다. 즉 10MHz 또는 20MHz의 폭의 채널을 통신을 위한 단위 채널로 사용한다. 이하 설명하는 측위 기술은 특정한 통신 방식에 제한되지 않는다. 따라서 단위 채널은 10MHz ~ 20MHz 범위일 수도 있고, 보다 작거나 큰 범위의 폭을 가질 수도 있다. 이하 설명하는 기술은 복수의 단위 채널에서 측위를 위한 데이터를 획득한다. 복수의 단위 채널을 다중 채널이라고 명명할 수 있다.
이하 설명하는 기술은 하향링크 정보를 기준으로 단말의 위치를 추정한다. 하향링크 정보는 통신 방식 등에 따라 다양한 정보가 존재한다. 이하 설명하는 기술은 서로 다른 종류이고, 복수인 하향링크 정보들을 이용한다. 복수의 하향링크 정보를 다중 하향링크 정보라고 명명할 수 있다. 다중 하향링크 정보는 전술한 채널별로 획득될 수 있다. 예컨대, 다중 채널이 N개이고, 다중 하향링크 정보가 M개 라면, 전체 하향링크 정보는 N × M개가 측정될 수 있다.
전술한 바와 같이 핑거프린트 방식에 기반한 측위는 사전에 구축한 핑거프린트 데이터베이스가 필요하다. 핑거프린트 데이터베이스는 복수의 셀로 구분된 일정한 지역에 대하여, 셀마다 측정한 데이터를 맵핑한 정보이다. 핑거프린트 데이터베이스는 복수의 셀에 맵핑된 하향링크 정보를 저장할 수 있다. 전술한 바와 같이 이하 설명하는 기술은 다중 채널에서 측정된 다중 하향링크 정보를 이용한다. (1) 따라서 핑거프린트 데이터베이스는 하향링크 정보의 종류마다 사전에 마련될 수 있다. 나아가 핑거프린트 데이터베이스는 다중 채널의 종류마다 사전에 마련될 수 있다. 핑거프린트 데이터베이스는 동일 지역에 대하여 최대 N × M개가 마련될 수 있다. (2) 한편 핑거프린트 데이터베이스는 적어도 2개의 하향 링크 정보가 조합하여 마련될 수 있다. 예컨대, 하나의 셀에 대하여 2개의 하향 링크 조합을 할당한다면, 핑거프린트 데이터베이스는 채널별로 2/M개가 필요할 수 있다. (3) 더 나아가 이하 설명하는 측위는 서로 다른 이종의 통신 시스템을 이용하여 측정된 정보를 이용할 수도 있다. 이종 통신 시스템의 종류 개수를 i이라고 하면, 핑거프린트 데이터베이스는 최대 (제1 통신시스템 별 채널 개수 × 제1 통신시스템의 다중 하향링크 정보 개수) + (제2 통신시스템 별 채널 개수 × 제2 통신시스템의 다중 하향링크 정보 개수) + ... + (제i 통신시스템 별 채널 개수 × 제i 통신시스템의 다중 하향링크 정보 개수)가 마련될 수도 있다.
도 1은 다중 데이터를 이용한 핑거프린트 기반의 측위 시스템(100)에 대한 예이다. 측위 시스템(100)은 기지국(110), 측위 서버(150) 및 핑거프린트 데이터베이스(180)를 포함한다. 측위 서버(150)가 단말(50) 위치를 측위한다. 단말(50)은 측위에 필요한 정보를 측정 내지 수집하여 측위 서버(150)에 전달한다. 단말(50)과 측위 서버(150)는 이동통신망을 통해 통신한다. 이동통신망은 코어망과 접속망을 포함한다. 도 1은 이동통신망의 접속망 중 기지국(110)만을 도시한 것이다.
측위 서버(150)는 사전에 이동통신망을 통해 측정 가능한 다중 하향링크 정보를 알 수 있다. 또 측위 서버(150)는 사전에 이동통신망에서 사용하는 주파수 정보를 알 수 있다. 나아가 측위 서버(150)는 기지국(110) 또는 이동통신망의 제어부를 통해 다중 채널(주파수)의 정보 및 다중 하향링크 정보를 수신할 수도 있다.
핑거프린트 데이터베이스(180)는 다중 채널별로 핑거프린트 데이터를 보유한다. 도 1은 N개의 주파수에 대한 데이터베이스를 예로 도시하였다. 예컨대, 이동통신망이 100MHz 밴드를 사용하고, 단위 채널이 10MHz를 갖는 경우, 모두 10개의 다중 채널이 설정될 수 있다. 핑거프린트 데이터베이스(180)는 10개의 채널 모두 또는 필요한 복수의 채널에 대해서 핑거프린트 데이터를 저장할 수 있다. 나아가 복수의 주파수 밴드를 사용하는 경우, 핑거프린트 데이터베이스(180)는 연속되지 않고 서로 이격된 주파수 밴드에 속한 다수의 다중 채널에 대한 핑거프린트 데이터를 저장할 수 있다. 예컨대, 국내 LTE의 경우 850MHz, 1.8GHz, 2.1GHz 등의 주파수 밴드를 사용한다. 따라서 핑거프린트 데이터베이스(180)는 서로 다른 주파수 밴드에 대해서도 개별적인 핑거프린트 데이터를 저장할 수 있다. 나아가 핑거프린트 데이터베이스(180)는 동일한 주파수 밴드에 대해서 채널별로 핑거프린트 정보를 저장할 수도 있다.
도 2는 다중 데이터를 이용한 핑거프린트 기반의 측위 시스템(100)에 대한 다른 예이다. 도 2는 이종 통신시스템일 이용한 측위 시스템에 대한 예이다. 도 1과 달리 기지국(120)이 있고, 핑거프린트 데이터베이스(190)는 이종의 시스템에 대해 개별적인 핑거프린트 데이터를 보유한다. 기지국(110)과 기지국(120)은 서로 다른 통신 방식을 지원하는 통신망의 일부 구성이다. 예컨대, 기지국(110)은 LTE 이동통신을 지원하고, 기지국(120)은 WCDMA 이동통신을 지원할 수 있다.
측위 시스템(100)은 기지국(110), 기지국(120) 측위 서버(150) 및 핑거프린트 데이터베이스(190)를 포함한다. 측위 서버(150)가 단말(50) 위치를 측위한다. 단말(50)은 측위에 필요한 정보를 측정 내지 수집하여 측위 서버(150)에 전달한다. 단말(50)과 측위 서버(150)는 이동 통신망을 통해 통신한다. 이동통신망은 코어망과 접속망을 포함한다. 도 2는 이동통신망의 접속망 중 기지국(110) 및 기지국(120)만을 예로 도시한 것이다. 도 2는 두 가지 종류의 이동통신망을 예로 도시하였지만, 이종 통신망의 종류는 더 많을 수도 있다. 한편 전술한 바와 같이 하나의 기지국은 이동통신을 지원하고, 다른 기지국 내지 AP는 이종의 통신 방식(Wi-fi, Zigbee, 스몰셀 통신(SON) 중 어느 하나)을 지원할 수도 있다. 다만 이하 설명의 편의를 위하여 기지국(110) 및 기지국(120)은 이동통신을 지원한다고 가정한다.
측위 서버(150)는 사전에 이동통신망을 통해 측정 가능한 다중 하향링크 정보를 알 수 있다. 또 측위 서버(150)는 사전에 이동통신망에서 사용하는 주파수 정보를 알 수 있다. 나아가 측위 서버(150)는 기지국(110) 또는 기지국(110)이 속한 이동통신망의 제어부를 통해 다중 채널(주파수)의 정보 및 다중 하향링크 정보를 수신할 수도 있다. 또 측위 서버(150)는 기지국(120) 또는 기지국(120)이 속한 이동통신망의 제어부를 통해 다중 채널(주파수)의 정보 및 다중 하향링크 정보를 수신할 수도 있다.
핑거프린트 데이터베이스(180)는 다중 채널별로 핑거프린트 데이터를 보유한다. 핑거프린트 데이터베이스(180)는 이종의 이동통신시스템별로 핑거프린트 데이터를 보유한다. 도 2는 5개의 시스템(시스템 1 내지 시스템 5)에 대한 핑거프린트 데이터를 보유한 핑거프린트 데이터베이스(180)를 예로 도시한다. 도 2는 각 시스템이 N개의 다중 채널(주파수)를 갖는 예로 도시하였다. 다만 도 2와 달리 서로 다른 시스템은 다중 채널의 개수가 서로 다를 수 있다.
도 3은 단말이 수집하는 다중 데이터에 대한 예이다. 전술한 바와 같이 단말의 위치 측위를 위하여 다중 데이터를 이용한다. 측위 서버(150)는 단말(50)이 측정한 다중 하향링크 정보를 이용한다. 또 각 다중 하향링크 정보는 다중 채널별로 수집될 수 있다. 도 3은 단말(50)이 인접한 기지국(111), 기지국(112) 및 기지국(120)으로부터 각각 다중 하향링크 정보를 수신하는 예이다. 예컨대, 기지국(111) 및 기지국(112)은 WCDMA 기반의 통신을 지원하고, 기지국(120)은 LTE 방식의 통신을 지원할 수 있다.
다중 하향링크 정보는 다음과 같은 정보를 포함할 수 있다. 아래 설명하는 5가지 정보는 하나의 예이며, 다중 하향링크 정보는 다른 종류의 정보를 더 포함할 수도 있다.
(1) 하향링크 신호의 PCI (Physical Cell ID) 정보
PCI 정보는 셀 탐색 과정에서 측정되는 물리계층 셀 ID이다. PCI 정보는 단말이 이동통신망에 접속하는 과정에서 필수적으로 수집하는 정보이다. 단말은 인접한 기지국들로부터 PCI 정보를 수신한다. PCI 정보는 기지국의 ID라고 할 수도 있다.
(2) 하향링크 신호의 세기
LTE 경우, 하향링크 CRS (Cell Reference Signal)의 수신세기를 나타내는 RSRP (Reference Signal Received Power) 및 수신되는 모든 신호의 수신세기를 나타내는 RSSI (Received Signal Strength Indicator)가 있다. RSRP와 RSSI는 RSRQ(Reference Signal Received Quality)와 다음과 같은 관계를 갖는다. RSRQ = RSRP/RSSI이다. 단말은 RSRP, RSSI 및 RSRQ 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
(3) WCDMA의 하향링크 파일럿채널(Common Pilot Channel, CPICH) 신호 세기
단말은 CPICH의 총 수신 신호 세기에 대한 상대적 수신세기를 측정할 수 있다. 단말은 Ec/Io = 파일럿 신호의 칩당 신호세기 / 수신되는 총 간섭 신호세기를 측정할 수 있다. WCDMA 신호까지 측정하여 측위 하고자 하는 경우, WCDMA 시스템에서 단말기가 측정하는 하향링크 기준 신호 (CPICH)로부터 측정하는 정보에 해당한다.
(4) 서로 다른 기지국 신호간의 RSTD (Received Signal Time Difference)
단말은 셀 영역 내 단위 위치마다 측정되는 서로 다른 기지국 CRS 신호간의 수신시각차이를 나타내는 RSTD를 측정 내지 산출할 수 있다. RSTD는 기지국들이 동일한 기준 시각을 가지고 있는 경우에 사용할 수 있다. 셀 영역 내에 임의의 위치에 위치한 단말기에서 측정되는 두 개 이상의 주변 기지국 신호들의 상대적 수신시각차이(Received Time Difference)는 기지국의 시각회로가 서로 동기화되어 있는 경우에 사용할 수 있다. RSTD는 TDOA (Time Difference Of Arrival)기반의 위치 측위에 사용되는 것이 아니고, 핑거프린트 데이터를 구성한다. 즉 단말은 셀 영역 내 단위 위치마다 측정되는 RSTD를 해당 위치에서의 고유 측정치(핑거프린트)로 활용한다.
(5) 주변 기지국 신호에 대한 상대적 측정빈도(Measurement Frequency)
실제 환경에서 단말은 주변 기지국들 중에서 상대적으로 양호한 신호세기로 수신되는 기지국 신호를 상대적으로 약한 세기로 수신되는 기지국 신호보다 더 자주 탐색하여 측정치를 얻는다. 인접 기지국에 대한 상대적 측정 빈도는 단말로 수신되는 주변 기지국 신호들의 상대적 수신세기에 따라서 변화할 수 있는 것으로 단말기의 위치를 나타내는 중요한 파라미터가 될 수 있다.
다만 단말에 수신되는 신호는 전파과정에서 도시의 건물벽에 의해 반사왜곡되어 신호세기가 양호하더라도 동일한 장소에서 시간에 따라 신호세기 변화량이 상당히 크고 불안정할 수 있다. 반대로 신호세기가 상대적으로 미약하더라도 신호 전파과정에서 반사나 굴절의 영향이 적은 경우에는 동일한 장소에서 시간에 따른 신호세기 변화량이 적다. 시간에 따라 측정값에 변화량이 작은 측정치는 각 위치별로 고유한 특성을 보이는 신뢰 높은 핑거프린트 데이터로 활용될 수 있다.
단말은 통신을 시작하면(전원이 들어오면) 주변 기지국을 탐색하는 동작을 수행한다. 이때 단말은 기지국의 신호(햐향링크 신호)를 탐색하기 위한 임계치를 사용한다. 즉, 단말은 임계치 이상 또는 초과하는 신호 세기를 갖는 기지국의 신호에 대한 탐색결과를 보고한다. 여기서는 기지국(셀) 탐색을 위하여 단말이 사용하는 임계치를 하향링크 탐색 임계치라고 명명한다. 하향링크 탐색 임계치는 신뢰할 만한 신호 세기 측정치에 대한 특정 기준값을 갖는다. 현재 단말은 모든 기지국에 대해 기존 LTE 규격에서 제공하는 고정된 하향링크 탐색 임계치를 적용한다. 이는 신호 세기가 낮을 때 단말기가 불안정한 데이터를 탐지하고 이를 현재 채널 상태의 대푯값으로 사용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 그러나 기지국이 집중적으로 설치된 도심지역의 경우 단말기에 수신되는 소수(1~2개)의 기지국 신호 세기만 매우 높아 주변의 많은 기지국 신호의 상태가 양호함에도 불구하고 다수의 주변 기지국 신호 탐지가 원활하지 않다. 따라서 단말기로부터 멀리 있는 기지국에서 송신하는 미약한 신호는 이에 따라 거의 탐지되지 않는다. 이러한 상황은 많은 수의 주변 기지국 신호가 탐지되어야 위치 정확도가 좋아지는 핑거프린트 방식에 커다란 장애 요인으로, 위치 계산 성능을 크게 저하시키는 요인이 된다. 따라서 이러한 환경 (즉, 서버는 기지국 신호가 매우 좋거나 1~2개의 매우 양호한 주변 기지국 신호는 탐지되지만 미약한 대부분의 기지국 신호가 전혀 탐지되지 않는 환경)에서 핑거프린트 기술의 측위 성능을 높이기 위해서 기지국은 (단말의 요청에 따라, 혹은 자발적으로) 단말기가 하향링크 탐색 임계치를 낮추도록 지시할 수 있다. 이에 따라 기지국이 상대적으로 신호 세기가 낮더라도 핑거프린트 위치 계산과정에 사용될 수 있어 단말의 측위 성능을 향상 시킬 수 있다.
또한, 수신 신호의 변화량이 적어 신뢰도가 높은 기지국 신호가 기지국별로 정해진 단말의 기지국 탐지 임계치 값을 넘어 탐지될 확률이 상대적으로 다른 기지국 신호보다 높기 때문에, 상대적으로 신호의 상태가 양호한 기지국 신호는 더 자주 측정된다. 따라서, 주변 기지국 신호들에 대한 상대적 측정빈도는 단말기의 위치에 관계된 중요한 파라미터로 활용될 수 있다.
전술한 다중 하향링크 정보는 기지국이 사용하는 서로 다른 주파수 채널별로 얻어질 수 있다. 다중 하향링크 정보는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 주파수 밴드에 대하여 복수의 단위 채널별로 획득될 수 있다. 단위 채널은 통상적으로 10MHz나 20MHz로 설정된다. 10~20MHz의 주파수 변화는 하향링크 신호의 페이딩(fading)이나 간섭이 크게 달라질 수 있는 변화이므로 다중데이터에 충분한 다이버시티(diversity)를 보장할 수 있다. 따라서 다중 하향링크 정보가 다이버시티가 보장되는 충분한 주파수 이격(separation)을 갖는 별개의 주파수 채널별로 획득된다면, 유용한 핑거프린트 데이터가 될 수 있다.
한편, 도 3의 우측 하단에 핑거프린트 데이터베이스가 저장하는 항목의 예를 도시하였다. 해당 항목은 하나의 셀별로 저장되는 항목에 해당한다. 핑거프린트 데이터베이스에 저장되는 항목은 시스템의 식별자, 기지국(AP)의 식별자, 주파수 밴드 정보(주파수 범위 내지 식별자), 단위 채널의 정보(주파수 범위 내지 식별자), 하향링크 정보(하향링크 정보의 종류 내지 식별자) 및 해당하는 하향링크 데이터의 값을 포함할 수 있다. 핑거프린트 데이터베이스는 통신시스템, 주파수 밴드, 채널 및 하향링크 정보 각각을 기준으로 개별적으로 저장될 수 있다. 따라서 이하 설명하는 측위 방법은 매우 많은 핑거프린트 데이터를 기준으로 단말의 위치를 추정하게 된다.
도 4는 다중 채널에서의 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 방법(200)에 대한 순서도의 예이다. 먼저 사전에 핑거프린트 DB가 구축되어야 한다(210). 핑거프린트 DB는 서비스 영역의 셀별로 전술한 다중 하향링크 정보를 보유한다. 측위 서버가 위치 측위 요청을 수신하는 경우, 위치 측위를 위한 동작을 수행한다. 위치 측위는 단말 또는 별개의 네트워크 객체(서비스 서버)로부터 요청될 수 있다. 다만 설명의 편의를 위하여 이하 단말이 측위를 요청한다고 가정한다.
단말은 다중 주파수 채널별로 다중 하향링크 정보를 측정하거나 결정하여 수집한다(230). 측위 서버는 단말로부터 다중 하향링크 정보를 수신한다. 측위 서버는 수신한 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 DB의 데이터를 비교하여 단말의 위치를 추정한다(240). 측위 서버는 추정한 위치를 단말에 전달한다(250).
도 5는 다중 채널에서의 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 과정(300)에 대한 절차 흐름도의 예이다. 도 5는 단일 이동통신 시스템 환경에서 단말의 측위를 수행하는 과정에 대한 예이다.
단말(50)은 기지국(110)으로부터 하향링크 탐색 임계치를 수신할 수 있다(301). 하향링크 탐색 임계치는 위치 측위를 요청한 이후 단말(50)이 획득할 수도 있다. 경우에 따라서 단말(50)은 측위 서버(150)로부터 하향링크 탐색 임계치를 수신할 수도 있다. 하향링크 탐색 임계치는 전술한 바와 같이 단말(50)이 셀 탐색을 위해 사용하는 신호 세기 탐지에 대한 임계치이다. 단말(50)은 수신한 하향링크 탐색 임계치를 사용하여 인접한 기지국들로부터 신호를 수신한다. 이때 단말(50)은 위치 측위를 위한 다이버시티 확보가 가능한 개수의 신호를 수신해야 한다. 만약 단말(50)이 위치 측위를 위한 최소의 신호를 탐지하지 못하는 경우 하향링크 탐색 임계치에 대한 변경 내지 재설정이 필요할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
단말(50)은 위치 측위를 요청한다(311). 기지국(110)을 경유하여 측위 서버(150)가 위치 측위 요청을 수신한다(312). 이때 측위 서버(150)는 기지국(110) 내지 이동통신 코어망으로부터 해당 이동통신 시스템이 제공하는 주파수 정보를 수신할 수 있다. 주파수 정보는 해당 이동통신 시스템이 이용하는 주파수 밴드, 단위 채널의 폭, 단위 채널의 범위 등을 포함할 수 있다. 나아가 측위 서버(150)는 기지국(110) 내지 이동통신 코어망으로부터 해당 이동통신 시스템이 제공하는 하향링크 정보의 종류도 수신할 수 있다. 한편, 측위 서버(150)가 사전에 특정 이동통신 시스템에 제공하는 주파수 정보 및 하향링크 정보 종류를 알고 있다면, 해당 정보를 이동통신시스템으로부터 수신할 필요는 없다.
측위 서버(150)는 측위에 사용할 주파수 정보 및 하향링크 정보를 기지국(110) 내지 이동통신 코어망에 전달한다(321). 단말(50)도 측위에 사용할 주파수 정보 및 하향링크 정보를 수신한다(322).
이후 단말(50)은 요청받은 채널별로 다중 하향링크 정보를 측정 내지 결정한다. 도 5는 채널 N개에 대하여 다중 하향링크 정보를 수집하는 예이다(331 ~ 339). 단말(50)은 채널별로 수집한 다중 하향링크 정보를 기지국(110)을 경유하여 측위 서버(150)에 전달한다(341 ~ 349). 이때 단말(50)은 복수의 인접 기지국으로부터 각각 다중 채널에 대한 다중 하향링크 정보를 측정 내지 결정할 수 있다.
측위 서버(150)는 수신한 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 DB의 데이터를 비교하여 단말(50)의 위치를 추정한다(351). 측위 서버(150)는 단말이 전달한 모든 모든 주파수 채널에 대한 다중 하향링크 정보를 이용하여 측위를 한다. 측위 서버(150)는 기지국(110)을 경유하여, 측위 결과를 단말(50)에 전달한다(361, 362).
도 6은 다중 채널에서의 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 과정(400)에 대한 절차 흐름도의 다른 예이다. 도 6은 단일 이동통신 시스템 환경에서 단말의 측위를 수행하는 과정에 대한 다른 예이다.
단말(50)은 기지국(110)으로부터 하향링크 탐색 임계치를 수신할 수 있다(401). 하향링크 탐색 임계치는 위치 측위를 요청한 이후 단말(50)이 획득할 수도 있다. 경우에 따라서 단말(50)은 측위 서버(150)로부터 하향링크 탐색 임계치를 수신할 수도 있다. 단말(50)이 위치 측위를 위한 최소의 신호를 탐지하지 못하는 경우 하향링크 탐색 임계치에 대한 변경 내지 재설정이 필요할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
단말(50)은 위치 측위를 요청한다(411). 기지국(110)을 경유하여 측위 서버(150)가 위치 측위 요청을 수신한다(412). 이때 측위 서버(150)는 기지국(110) 내지 이동통신 코어망으로부터 해당 이동통신 시스템이 제공하는 주파수 정보를 수신할 수 있다. 주파수 정보는 해당 이동통신 시스템이 이용하는 주파수 밴드, 단위 채널의 폭, 단위 채널의 범위 등을 포함할 수 있다. 나아가 측위 서버(150)는 기지국(110) 내지 이동통신 코어망으로부터 해당 이동통신 시스템이 제공하는 하향링크 정보의 종류도 수신할 수 있다. 한편, 측위 서버(150)가 사전에 특정 이동통신 시스템에 제공하는 주파수 정보 및 하향링크 정보 종류를 알고 있다면, 해당 정보를 이동통신시스템으로부터 수신할 필요는 없다.
측위 서버(150)는 측위에 사용할 주파수 정보 및 하향링크 정보를 기지국(110) 내지 이동통신 코어망에 전달한다. 단말(50)도 측위에 사용할 주파수 정보 및 하향링크 정보를 수신한다. 이때, 도 5와 달리 측위 서버(150)는 측위에 사용할 주파수 및 하향링크 정보를 순차적으로 제공한다. 즉, 측위 서버(150)는 특정한 주파수에서 다중 하향링크 정보를 측정할 것을 요청하고, 요청한 다중 하향링크 정보를 이용하여 측위를 수행한다. 이전 측위 결과에 따라 측위 서버(150)는 다음에 사용할 주파수 정보 및 다중 하향링크 정보를 단말(50)에 요청한다. 이와 같은 과정을 반복하면서 측위 서버(150)가 단말의 최종 위치를 추정할 수 있다.
도 6을 살펴보면, 최초 측위 서버(150)는 주파수 1 정보를 기지국(110)을 통해 단말(50)에 전달한다(421, 422). 측위 서버(150)는 단말(50)이 주파수 1에서 수집한 다중 하향링크 정보를 기지국(110)을 경유하여 수신한다(423, 424). 측위 서버(150)는 주파수 1의 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말의 위치를 추정하고, 추정된 결과에 따라 추가 주파수를 선정한다(451). 이 시점에 측위 서버(150)는 주파수 2를 추가 주파수로 결정했다고 가정한다. 이제 측위 서버(150)는 주파수 2 정보를 기지국(110)을 통해 단말(50)에 전달한다(461, 462). 측위 서버(150)는 단말(50)이 주파수 2에서 수집한 다중 하향링크 정보를 기지국(110)을 경유하여 수신한다(463, 464). 측위 서버(150)는 주파수 2의 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말의 위치를 추정하고, 추정된 결과에 따라 추가 주파수를 선정한다.
이와 같은 과정을 반복하여 측위 서버(150)는 주파수 N-1의 하향링크 정보를 기준으로 단말의 위치를 추정하고, 추정된 결과에 따라 추가 주파수 N을 선정한다(471). 측위 서버(150)는 최종적으로 주파수 N에 정보를 기지국(110)을 통해 단말(50)에 전달한다(481, 482). 측위 서버(150)는 단말(50)이 주파수 N에서 수집한 다중 하향링크 정보를 기지국(110)을 경유하여 수신한다(483, 484).
측위 서버(150)는 최종적으로 주파수 N에서 수집한 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말(50) 위치를 추정한다(491). 측위 서버(150)는 최종적으로 추정한 단말의 위치를 기지국(110) 경유하여 단말(50)에 전달한다(492, 493).
주파수 채널별로 얻어진 다중 하향링크 정보뿐만 아니라, 주파수 밴드별로 중계기의 사용 유무가 다를 수 있다. 따라서 다수의 주파수 밴드별로 얻어진 다중주파수의 하향링크에서 측정된 다중 하향링크 정보를 사용하여 핑거프린트를 할 수 있다. 예컨대, 국내 이동통신 사업자의 경우, 850MHz, 1800MHZ (=1.8GHz), 2100MHz (=2.1GHz) 등과 같은 다수의 큰 간격이 있는 주파수 밴드에서 LTE 서비스를 시현하고 있다. 예컨대, 1.8GHz에서 동작하고 있는 단말은 다중 하향링크 정보를 1.8GHz의 주파수 대역에서 먼저 측정하고, 다시 900MHz나 2.1GHz 주파수 대역에서 다중 하향링크 정보를 측정할 수 있다. 이를 통하여 다중 주파수 대역에 대한 핑거프린트로 위치의 정확도를 높일 수 있다.
중계기 신호는 기지국 신호와 비교할 때 전혀 구별되지 않기 때문에, 중계기 근접 지역에 위치한 단말에 중계기 신호가 강하게 수신되는 경우에는 단말의 위치가 기지국 주변에 있을 때와 동일한 상황으로 판단될 수 있다. 즉, 단말의 위치를 기지국 주변으로 추정해야 하는지 중계기 주변으로 추정해야 하는지의 모호성이 발생한다. 특히, 중계기는 기지국으로부터 상당거리 이격된 경우가 많아서 이러한 모호성에 따른 위치 오차는 상당히 커질 수 있다. 이동통신 시스템에서 중계기의 위치는 주파수가 다른 경우 다른 위치에 설치하거나 그 출력이 크게 다를 수 있다. 그 이유는 다중경로(Multipath) 채널에서 전파(microwave)의 전파(propagation)에 따른 신호 감쇄가 신호의 중심주파수에 따라서 달라지기 때문이다. 일반적으로 높은 주파수인 2.1GHz와 상대적으로 낮은 주파수인 900MHz에서 발생하는 신호감쇄 및 음영지역은 크게 다르다. 따라서, 2.1GHz 대역에서 사용하는 중계기의 위치에서 900MHz 대역에서는 음영지역이 아닌 위치가 될 수 있다. 따라서 다양한 복수의 채널별로 다중 하향링크 정보를 획득하여 중계기로 인한 모호성의 문제를 해결하는 방인이 될 수 있다.
도 7은 다중 데이터를 측정할 주파수를 결정하는 과정(500)에 대한 순서도의 예이다. 도 7은 도 6과 같이 측위 서버가 순차적으로 다중 하향링크 정보를 측정할 주파수를 결정하는 과정에 대한 예이다. 측위 서버는 F0 주파수에 대한 정보를 먼저 단말에 제공했다고 가정한다. F0 주파수는 최초 또는 직전에 다중 하향링크 정보를 측정한 타깃 주파수에 해당한다. 측위 서버는 먼저 F0 주파수에 대한 다중 하향링크 정보를 단말로부터 수신한다(510). 측위 서버는 F0 주파수에서 측정된 다중 하향링크 정보를 기준으로 현재 시점에서 단말의 후보 지역 A0을 선정한다(520). 후보 지역 A0은 F0 주파수에서 측정된 다중 하향링크 정보를 기준으로 추정되는 가장 유력한 적어도 하나의 후보 지역이다.
측위 서버는 다른 주파수에 대한 핑거프린트 DB에서 후보 지역 A0에 대하여 가장 큰 분산값을 갖는 주파수 fk를 선정할 수 있다(530). 이때 측위 서버는 전체 다중 주파수 채널 중에서 주파수 fk를 선정할 수 있다. 나아가 측위 서버는 특정 주파수 밴드 내의 주파수 채널 중에서 주파수 fk를 선정할 수 있다. 도 7은 특정 주파수 밴드 F1에서 추가적인 주파수 채널을 선정하는 예이다. 측위 서버는 선정한 추가 주파수 fk를 단말에 전송한다(540). 이후 단말은 주파수 fk에서의 다중 하향링크 정보를 획득하여 측위 서버에 전달하고, 측위 서버는 수신한 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말 위치를 추정한다. 이와 같은 과정을 반복하면서, 측위 서버는 보다 정확한 단말의 위치를 추정할 수 있다.
도 8은 다중 데이터를 이용한 단말 위치의 측위 과정(600)에 대한 절차 흐름도의 또 다른 예이다. 도 8은 이종 이동통신 시스템 환경에서 단말의 측위를 수행하는 과정에 대한 예이다. 기지국(110)과 기지국(120)은 이종의 이동통신 방식을 지원한다. 설명의 편의를 위하여 기지국(110)은 시스템 1에 속하고, 기지국(120)은 시스템 2에 속한다고 가정한다. 도 8은 도 6과 같이 다중 하향링크 정보를 순차적으로 수집하여 측위하는 과정에 해당한다.
단말(50)은 기지국(110)으로부터 하향링크 탐색 임계치를 수신할 수 있다(601). 단말(50)은 기지국(120)으로부터 하향링크 탐색 임계치를 수신할 수 있다(602). 전술한 바와 같이 하향링크 탐색 임계치는 기지국별로 서로 상이한 값이 사용될 수 있다. 하향링크 탐색 임계치는 위치 측위를 요청한 이후 단말(50)이 획득할 수도 있다. 경우에 따라서 단말(50)은 측위 서버(150)로부터 하향링크 탐색 임계치를 수신할 수도 있다. 만약 단말(50)이 위치 측위를 위한 최소의 신호를 탐지하지 못하는 경우 하향링크 탐색 임계치에 대한 변경 내지 재설정이 필요할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
단말(50)은 위치 측위를 요청한다(611). 기지국(110)을 경유하여 측위 서버(150)가 위치 측위 요청을 수신한다(612). 단말(50)이 기지국(110)을 통해 측위 요청을 했다고 가정한 것이다. 이때 측위 서버(150)는 기지국(110) 내지 이동통신 코어망으로부터 해당 이동통신 시스템이 제공하는 주파수 정보를 수신할 수 있다. 또 측위 서버(150)는 기지국(120) 내지 이동통신 코어망으로부터 해당 이동통신 시스템이 제공하는 주파수 정보를 수신할 수 있다(613). 주파수 정보는 해당 이동통신 시스템이 이용하는 주파수 밴드, 단위 채널의 폭, 단위 채널의 범위 등을 포함할 수 있다. 나아가 측위 서버(150)는 기지국(110) 내지 이동통신 코어망으로부터 해당 이동통신 시스템이 제공하는 하향링크 정보의 종류도 수신할 수 있다. 한편, 측위 서버(150)가 사전에 특정 이동통신 시스템에 제공하는 주파수 정보 및 하향링크 정보 종류를 알고 있다면, 해당 정보를 이동통신시스템으로부터 수신할 필요는 없다.
측위 서버(150)는 주파수 1 정보를 기지국(110)을 통해 단말(50)에 전달한다(621, 622). 측위 서버(150)는 단말(50)이 주파수 1에서 수집한 다중 하향링크 정보를 기지국(110)을 경유하여 수신한다(623, 624). 측위 서버(150)는 주파수 1의 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말의 위치를 추정하고, 추정된 결과에 따라 추가 주파수를 선정한다(631). 이때 측위 서버(150)는 이종 이동통신 시스템을 고려하여, 이종 이종통신 시스템 중에서 다중 하향링크 정보를 수집한 시스템을 선정하고, 선정한 시스템에서 사용할 주파수 정보를 선정할 수 있다(631). 물론 핑거프린트 DB는 이종 시스템별로 사전에 구축된 것을 전제한다.
이 시점에 측위 서버(150)는 시스템 2를 결정하고, 시스템 2에서 사용할 주파수 2를 추가 주파수로 결정했다고 가정한다. 이제 측위 서버(150)는 주파수 2 정보를 기지국(120)을 통해 단말(50)에 전달한다(641, 642). 측위 서버(150)는 단말(50)이 시스템 2에서 주파수 2로부터 수집한 다중 하향링크 정보를 기지국(120)을 경유하여 수신한다(643, 644). 측위 서버(150)는 주파수 2의 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말의 위치를 추정하고, 추정된 결과에 따라 추가 주파수를 선정한다.
이와 같은 과정을 반복하여 측위 서버(150)는 주파수 N-1의 하향링크 정보를 기준으로 단말의 위치를 추정하고, 추정된 결과에 따라 시스템 2에 대한 추가 주파수 N을 선정한다(671). 측위 서버(150)는 최종적으로 주파수 N에 정보를 기지국(120)을 통해 단말(50)에 전달한다(681, 682). 측위 서버(150)는 단말(50)이 시스템 2의 주파수 N에서 수집한 다중 하향링크 정보를 기지국(120)을 경유하여 수신한다(683, 684).
측위 서버(150)는 최종적으로 시스템 2의 주파수 N에서 수집한 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말(50) 위치를 추정한다(691). 측위 서버(150)는 최종적으로 추정한 단말의 위치를 기지국(120) 경유하여 단말(50)에 전달한다(692, 693).
도 9는 다중 데이터를 측정할 주파수를 결정하는 과정(700)에 대한 순서도의 다른 예이다. 도 9는 도 8에서 측위 서버가 순차적으로 다중 하향링크 정보를 측정할 주파수를 결정하는 과정에 대한 예이다. 측위 서버는 시스템 S0의 F0 주파수에 대한 정보를 먼저 단말에 제공했다고 가정한다. F0 주파수는 최초 또는 직전에 다중 하향링크 정보를 측정한 타깃 주파수에 해당한다. 측위 서버는 먼저 시스템 S0의 F0 주파수에 대한 다중 하향링크 정보를 단말로부터 수신한다(710). 측위 서버는 시스템 S0의 F0 주파수에서 측정된 다중 하향링크 정보를 기준으로 현재 시점에서 단말의 후보 지역 A0을 선정한다(720). 후보 지역 A0은 F0 주파수에서 측정된 다중 하향링크 정보를 기준으로 추정되는 가장 유력한 적어도 하나의 후보 지역이다.
측위 서버는 전체 시스템을 고려하여 다음 주파수를 선정한다. 측위 서버는 시스템과 주파수 조합의 집합 {Si의 Fj}의 주파수들 중에서 핑거프린트 DB에서 후보 지역 A0에 대하여 가장 큰 분산값을 갖는 시스템 Sm 및 Sm의 주파수 fn를 선정할 수 있다(730).
측위 서버는 선정한 시스템 Sm 및 주파수 fn를 단말에 전송한다(740). 이후 단말은 주파수 fn에서의 다중 하향링크 정보를 획득하여 측위 서버에 전달하고, 측위 서버는 수신한 다중 하향링크 정보를 기준으로 단말 위치를 추정한다. 이와 같은 과정을 반복하면서, 측위 서버는 보다 정확한 단말의 위치를 추정할 수 있다.
도 10은 단말이 하향링크 탐색 임계치를 결정하는 과정(800)에 대한 예이다. 도 3에서 설명한 바와 같이 기지국(111)과 기지국(112)은 동일한 제1 이동통신시스템에 속하고, 기지국(120)은 제1 이동통신시스템과 다른 제2 이동통신시스템에 속한다고 가정한다.
단말(50)이 측위를 위하여 필요한 인접 기지국의 신호 개수가 3개라고 가정한다. 셀 탐색 과정에서 측위에 필요한 충분한 개수의 신호가 탐지되면 단말(50)은 하향링크 탐색 임계치를 결정하는 과정을 수행하지 않을 수도 있다.
단말(50)은 셀 탐색을 시작한다(801). 이때 단말(50)이 셀 탐색에 사용하는 하향링크 탐색 임계치는 사전에 서비스 기지국으로부터 수신할 수도 있다. 또 단말(50)은 사전에 저장된(설정된) 하향링크 탐색 임계치를 이용하여 탐색을 수행할 수도 있다. 801의 셀 탐색 과정에서 단말(50)이 사용한 하향링크 탐색 임계치를 제1 하향링크 탐색 임계치라고 명명한다. 단말(50)은 제1 하향링크 탐색 임계치를 사용하여 셀 탐색을 하였고, 기지국(111)의 하향링크 신호만을 수신한다(802).
위치 측위에 충분한 하향링크 신호의 개수(예를들어 3개)가 아니기 때문에 단말(50)은 하향링크 탐색 임계치를 일정하게 하향 조정한다(811). 이때 조정한 하향링크 탐색 임계치를 제2 하향링크 탐색 임계치라고 명명한다. 단말(50)이 하향링크 탐색 임계치를 조정하는 값은 사전에 설정된 단위값 또는 함수를 이용하여 결정할 수 있다. 또 단말(50)은 하향링크 탐색 임계치 내지 하향링크 탐색 임계치 관련 정보를 기지국(111)에 보고할 수 있다(812).
단말(50)은 제2 하향링크 탐색 임계치를 사용하여 셀을 재탐색한다(821). 단말(50)은 제2 하향링크 탐색 임계치를 사용하여 기지국(111) 및 기지국(112)의 하향링크 신호를 수신한다(822, 823).
위치 측위에 충분한 하향링크 신호의 개수(3개)가 아니기 때문에 단말(50)은 하향링크 탐색 임계치를 일정하게 다시 하향 조정한다(831). 이때 조정한 하향링크 탐색 임계치를 제3 하향링크 탐색 임계치라고 명명한다. 단말(50)이 하향링크 탐색 임계치를 조정하는 값은 사전에 설정된 단위값 또는 함수를 이용하여 결정할 수 있다. 또 단말(50)은 하향링크 탐색 임계치 내지 하향링크 탐색 임계치 관련 정보를 기지국(111)에 보고할 수 있다(832).
단말(50)은 제3 하향링크 탐색 임계치를 사용하여 셀을 재탐색한다(841). 단말(50)은 제3 하향링크 탐색 임계치를 사용하여 기지국(111), 기지국(112) 및 기지국(120)의 하향링크 신호를 수신한다(842, 843, 844). 위치 측위에 충분한(최소의) 하향링크 신호의 개수가 수신되었다. 단말(50)은 하향링크 탐색 임계치 내지 하향링크 탐색 임계치 관련 정보를 기지국(111) 및 기지국(120)에 보고할 수 있다(851, 852).
이제 단말(50)은 핑거프린트 기반 측위에 사용할 다중 하향링크 정보를 기지국(111), 기지국(112) 및 기지국(113)으로부터 수신하거나 측정한다(861). 이후 측위 과정은 전술한 바와 같다.
도 11은 단말(900) 및 측위 장치(1000)의 구조를 도시한 블록도의 예이다. 단말(900)은 전술한 단말(50)에 해당한다. 측위 장치(1000)는 단말의 위치를 측위하는 장치이다. 전술한 측위 서버(150)가 측위 장치(1000)에 해당할 수 있다. 나아가 측위 장치(1000)는 이동통신 코어망에 속한 구성일 수도 있다.
단말(900)은 저장 장치(910), 메모리(920), 연산장치(930), 인터페이스 장치(940) 및 통신 장치(950)를 포함한다.
저장 장치(910)는 단말의 동작을 위한 프로그램 내지 코드를 저장한다. 저장 장치(910)는 측정 내지 수신한 다중 하향링크 정보를 저장할 수 있다. 메모리(920)는 단말(900)의 동작 과정에서 생성되는 데이터 및 정보 등을 임시 저장할 수 있다.
인터페이스 장치(940)는 외부로부터 일정한 명령 및 데이터를 입력받는 장치이다. 인터페이스 장치(940)는 물리적으로 연결된 입력 장치 또는 물리적인 인터페이스(키패드, 터치 패널 등)로부터 일정한 정보를 입력받을 수 있다.
통신 장치(950)는 무선 네트워크를 통해 일정한 정보를 송수신한다. 통신 장치(950)는 위치 측위 요청, 측정한 다중 하향링크 정보를 기지국 내지 측위 장치에 송신할 수 있다. 통신 장치(950)는 다중 하향링크 정보의 측정 대상인 시스템 또는 특정 채널 정보, 하향링크 탐색 임계치 등을 수신할 수 있다. 통신 장치(950)는 인접 기지국으로부터 다중 하향링크 정보 측정에 필요한 정보 내지 다중 하향링크 정보를 수신할 수 있다. 또 통신 장치(950)는 측정된 단말의 위치를 수신할 수도 있다.
연산 장치(930)는 저장장치(910)에 저장된 프로그램 내지 코드를 이용하여 단말의 동작을 제어한다. 연산 장치(930)는 위치 측위를 위한 최소의 하향링크 신호를 수신하기 위하여 하향링크 탐색 임계치를 결정하는 과정을 제어할 수 있다. 연산 장치(930)는 인접 기지국으로부터 수신한 하향 링크 정보를 기준으로 위치 측위에 필요한 다중 하향링크 정보를 생성할 수 있다. 연산 장치(930)는 데이터를 처리하고, 일정한 연산을 처리하는 프로세서, AP, 프로그램이 임베디드된 칩과 같은 장치일 수 있다.
측위 장치(1000)는 저장 장치(1010), 메모리(1020), 연산장치(1030), 인터페이스 장치(1040) 및 통신 장치(1050)를 포함한다.
저장 장치(1010)는 측위 장치(1000)의 동작을 위한 프로그램 내지 코드를 저장한다. 저장 장치(1010)는 기지국 내지 이동통신 코어망으로부터 수신한 가용 채널 정보를 저장할 수 있다. 또 저장 장치(1010)는 단말로부터 수신한 다중 하향링크 정보를 저장할 수 있다. 저장 장치(1010)는 사전에 일정한 영역 단위로 다중 하향링크 정보를 맵핑한 핑거프린트 데이터베이스를 저장할 수 있다. 경우에 따라서는 핑거프린트 데이터베이스는 측위 장치(1000)와 물리적을 별도의 객체에 구축될 수 도 있다. 메모리(1020)는 측위 장치(1000)의 동작 과정에서 생성되는 데이터 및 정보 등을 임시 저장할 수 있다.
통신 장치(1040)는 무선 네트워크를 통해 일정한 정보를 송수신한다. 통신 장치(1040)는 위치 측위 요청, 단말이 측정한 다중 하향링크 정보를 수신할 수 있다. 통신 장치(1040)는 기지국 내지 이동통신 코어망으로부터 수신한 가용 채널 정보를 수신할 수 있다.
연산 장치(1030)는 저장장치(1010)에 저장된 프로그램 내지 코드를 이용하여 측위 장치의 동작을 제어한다. 연산 장치(930)는 위치 측위를 위한 하향링크 탐색 임계치를 결정하는 과정을 제어하기 위한 정보 내지 명령을 생성할 수 있다. 생성된 정보 내지 명령은 통신 장치(1040)를 통해 이동통신망에 전달된다. 연산 장치(1030)는 복수의 채널 각각에서의 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 정보를 비교하여 단말의 위치를 추정한다. 연산 장치(1030)는 복수의 채널 전체의 다중 하향링크 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정할 수 있다(도 5 참조). 또는 연산 장치(1030)는 복수의 채널 중 특정 채널을 선택하면서 순차적으로 수집한 다중 하향링크 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정할 수 있다(도 6 참조). 나아가 연산 장치(1030)는 복수의 시스템에 대한 복수의 채널 중 특정 채널을 선택하면서 순차적으로 수집한 다중 하향링크 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정할 수 있다(도 8 참조). 연산 장치(1030)는 데이터를 처리하고, 일정한 연산을 처리하는 프로세서, AP, 프로그램이 임베디드된 칩과 같은 장치일 수 있다.
한편 LTE 경우 단말의 배터리 사용량을 줄이기 위하여 C-DRX(Connected mode Discontinuous Reception)와 같은 에너지 절감 기술을 사용한다. 다양한 통신 방식들이 에너지 절감 기술을 사용하고 있다. 단말에서 측위에 필요한 다중 하향링크정보를 수집하는 동안에는 C-DRX와 같은 기능이 해제되는 것이 바람직하다. 따라서 측위 장치(1000)는 이동통신망에 일정한 명령을 전달하여, 측위에 필요한 정보 측정 전에 단말(900)에 C-DRX 기능 해제 또는 웨이크업하는 명령이 전달되도록 한다.
또한, 상술한 바와 같은 단말 위치 측위 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. 측위 장치가 서로 다른 복수의 채널 각각에서 단말이 측정한 다중 하향링크 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 측위 장치가 상기 복수의 채널 각각에서의 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 데이터베이스를 비교하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하되,
    상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 상기 복수의 채널 각각에서 측정한 동일한 종류의 하향링크정보들로 구성되고, 상기 핑거프린트 데이터베이스는 사전에 일정한 영역 단위로 다중 하향링크 정보를 맵핑한 정보이고,
    상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 기지국으로부터 수신한 하향링크 탐색 임계치를 이용하여 측정되는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중 하향링크 정보는 PCI (Physical Cell ID), LTE(Long-Term Evolution)의 하향링크 신호 세기, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)의 하향링크 파일럿채널(Common Pilot Channel, CPICH)의 신호 세기, 복수 기지국 사이의 RSTD (Received Signal Time Difference) 및 인접 기지국 신호에 대한 상대적 측정 빈도를 포함하는 하향링크정보 그룹 중 적어도 2개를 포함하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하향링크 신호 세기는 RSRP (Reference Signal Received Power), RSSI (Received Signal Strength Indicator) 및 RSRQ(Reference Signal Received Quality) 중 적어도 하나인 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 채널 각각은 연속된 주파수 대역 구간 및 서로 이격된 주파수 대역 구간 중 적어도 하나의 구간 내에서 일정 크기의 채널 폭을 갖는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 채널 폭은 10MHz ~ 20MHz인 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하향링크 탐색 임계치는 상기 단말이 기준개수의 하향링크 신호가 수신될 때까지 값을 하향 조정하면서 결정하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측위 장치가 상기 단말에 하향링크 정보를 수집한 상기 복수의 채널에 대한 정보를 전달하는 단계를 더 포함하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다중 하향링크 정보는 이종의 통신시스템으로부터 수신하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는
    상기 측위 장치가 상기 단말로부터 상기 복수의 채널 중 제1 채널에서 수신한 제1 하향링크 정보를 수신하는 단계;
    상기 측위 장치가 상기 제1 하향링크 정보를 기준으로 상기 제1 채널에 대한 상기 핑거프린트 데이터베이스를 이용하여 상기 단말의 후보 위치를 결정하는 단계;
    상기 측위 장치가 상기 복수의 채널 중 상기 제1 채널을 제외한 다른 채널들에 대한 상기 핑거프린트 데이터베이스에서 상기 후보 위치에 대한 분산값이 가장 큰 추가 채널을 결정하는 단계; 및
    상기 측위 장치가 상기 단말로부터 상기 추가 채널에서 수신한 추가 하향링크 정보를 수신하는 단계를 포함하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 채널은 서로 다른 이종의 통신 시스템에서 사용하는 채널들을 포함하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  12. 측위 장치가 단말로부터 측위 요청을 수신하는 단계;
    상기 측위 장치가 기지국을 경유하여 다중 하향링크 정보를 수집할 주파수 정보인 복수의 타깃 채널에 대한 정보는 단말에 전달하는 단계;
    상기 측위 장치가 상기 기지국을 경유하여 서로 다른 복수의 채널 각각에서 상기 단말이 측정한 다중 하향링크 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 측위 장치가 상기 복수의 채널 각각에서의 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 데이터베이스를 비교하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하되,
    상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 상기 복수의 채널 각각에서 측정한 동일한 종류의 하향링크정보들로 구성되고, 상기 핑거프린트 데이터베이스는 사전에 일정한 영역 단위로 다중 하향링크 정보를 맵핑한 정보이고, 상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 기지국으로부터 수신한 하향링크 탐색 임계치를 이용하여 측정되는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 단말 위치의 측위 방법.
  13. 측위 요청 및 단말이 복수의 채널 각각에서 수집한 다중 하향링크 정보를 수신하는 통신 장치;
    사전에 일정한 영역 단위로 다중 하향링크 정보를 맵핑한 핑거프린트 데이터베이스를 저장하는 저장 장치; 및
    상기 복수의 채널 각각에서의 다중 하향링크 정보와 핑거프린트 데이터베이스를 비교하여 상기 단말의 위치를 추정하는 연산장치를 포함하되,
    상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 상기 복수의 채널 각각에서 측정한 동일한 종류의 하향링크정보들로 구성되고,
    상기 다중 하향링크 정보는 상기 단말이 기지국으로부터 수신한 하향링크 탐색 임계치를 이용하여 측정되는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 측위 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다중 하향링크 정보는 PCI (Physical Cell ID), LTE(Long-Term Evolution)의 하향링크 신호 세기, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)의 하향링크 파일럿채널(Common Pilot Channel, CPICH)의 신호 세기, 복수 기지국 사이의 RSTD (Received Signal Time Difference) 및 인접 기지국 신호에 대한 상대적 측정 빈도를 포함하는 하향링크정보 그룹 중 적어도 2개를 포함하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 측위 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 채널 각각은 동일인 통신 시스템 또는 이종 시스템에서 사용하는 연속된 주파수 대역 구간 및 서로 이격된 주파수 대역 구간 중 적어도 하나의 구간 내에서 일정 크기의 채널 폭을 갖는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 측위 장치.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 하향링크 탐색 임계치는 상기 단말이 기준개수의 하향링크 신호가 수신될 때까지 값을 하향 조정하면서 결정하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 측위 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 통신 장치는 상기 복수의 채널 중 다중 하향링크 정보를 수집할 제1 채널에 대한 정보를 상기 단말에 송신하고, 상기 제1 채널에서 수신한 제1 하향링크 정보를 수신하고,
    연산 장치는 상기 제1 하향링크 정보를 기준으로 상기 제1 채널에 대한 상기 핑거프린트 데이터베이스를 이용하여 상기 단말의 후보 위치를 결정하고, 상기 복수의 채널 중 상기 제1 채널을 제외한 다른 채널들에 대한 상기 핑거프린트 데이터베이스에서 상기 후보 위치에 대한 분산값이 가장 큰 추가 채널을 추가로 다중 하향링크 정보를 수집할 추가 채널로 결정하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 측위 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 통신 장치는 상기 단말에 대한 이동통신서비스를 제공하는 이동통신망에 상기 단말에 대한 C-DRX(Connected mode Discontinuous Reception) 해제 요청을 전달하는 다중 주파수에서의 다중 하향링크 정보를 이용한 측위 장치.
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