KR102311700B1 - 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말 사이의 거리를 측정하기 위한 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은, 기지국이 단말로 하향 링크 신호를 송신하는 과정, 기지국이 단말로부터 송신된 상향 링크 신호를 수신하는 과정, 기지국이 수신한 상기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 과정 및 상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정을 포함한다.

Description

기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING DISTANCE BETWEEN BASE STATION AND MOBILE TERMINAL}
본 발명은 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말 사이의 거리를 측정하기 위한 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
이동 통신 시스템은 통신 서비스를 제공하는 기지국(BS; Base Station)과 이에 접속하여 통신 링크를 형성하는 이동 통신 단말 등의 가입국(SS; Subscriber Station)을 포함한다.
이와 같은 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말 사이의 거리를 알고 있으면, 이에 기반하여 기지국은 다양한 부가 서비스를 제공할 수 있다. 따라서, 이동 통신 시스템은 기지국과 단말 사이의 거리를 측정하기 위한 다양한 방법을 사용하고 있다.
상용 이동 통신 시스템의 경우, 기지국과 단말 사이의 거리는 기지국의 위치 정보와 단말의 위치 정보를 이용하여 측정할 수 있다. 즉, 기지국의 위치 정보와 단말의 위치 정보를 GPS(Global Positioning System) 또는 네트워크를 이용하여 확인하고, 확인된 기지국과 단말의 위치 정보를 이용하여 기지국과 단말 사이의 거리를 측정할 수 있다.
또한, 기지국과 단말 사이의 거리는 기지국이나 단말에서 수신된 신호의 세기를 이용하여 측정할 수도 있다. 즉, 기지국이나 단말에서 수신된 신호는 거리에 따라 감소하는 세기를 가지므로, 이를 이용하여 기지국과 단말 사이의 거리를 제한적으로 측정할 수도 있다.
그러나, GPS 또는 네트워크를 이용하여 기지국과 단말 사이의 거리를 측정하는 경우, 기지국과 단말에는 GPS 또는 네트워크를 통해 위치 정보를 획득할 수 있는 별도의 장치가 설치되어야 한다. 또한, 수신된 신호의 세기를 이용하는 경우, 이동 통신 시스템에서는 무선 채널의 상태가 수시로 변하기 때문에 무선 채널의 상태에 따라 신호 세기가 변하게 되면 측정된 거리도 변하게 되어 정확한 기지국과 단말 사이의 거리를 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
KR 10-2000-0019799 A
본 발명은 기지국과 단말이 동기화를 수행하는 과정에서 기지국과 단말 사이의 거리를 측정할 수 있는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은, 기지국이 단말로 하향 링크 신호를 송신하는 과정; 기지국이 단말로부터 송신된 상향 링크 신호를 수신하는 과정; 기지국이 수신한 상기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 과정; 및 상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정;을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은, 기지국이 단말로 하향 링크 신호를 송신하는 과정; 기지국이 단말로부터 송신된 상향 링크 신호를 수신하는 과정; 기지국이 수신한 상기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 상기 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 과정; 및 상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 하향 링크 신호의 송신과 상기 상향 링크 신호의 수신은 서로 다른 시간 대역에서 이루어질 수 있다.
기지국은 하향 링크 신호의 송신을 위한 하향 구간 및 상향 링크 신호의 수신을 위한 상향 구간을 포함하는 신호 프레임을 기반으로 단말과 무선 통신을 수행하고, 상기 지연 시간을 확인하는 과정은, 기지국이 수신한 상기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 상기 하향 구간과 상향 구간 사이에 삽입된 보호 구간이 경과한 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인할 수 있다.
상기 하향 링크 신호의 송신과 상기 상향 링크 신호의 수신은 서로 다른 주파수 대역에서 이루어질 수 있다.
기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정은 하기의 수학식 1에 의하여 이루어질 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020080154374-pat00001
(여기서, d는 기지국과 단말 사이의 거리(m), c는 광속(m/s), td는 지연 시간(s)을 의미한다.)
상기 하향 링크 신호는 하향 링크의 동기화를 위한 초기 하향 링크 신호를 포함하고, 상기 상향 링크 신호는 상향 링크의 동기화를 위한 초기 상향 링크 신호를 포함할 수 있다.
계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정은, 기지국이 단말로 상기 초기 하향 링크 신호 이후의 주기적 하향 링크 신호를 송신하는 과정; 기지국이 단말로부터 송신된 상기 초기 상향 링크 신호 이후의 주기적 상향 링크 신호를 수신하는 과정; 기지국이 수신한 상기 주기적 상향 링크 신호의 수신 시점과, 상기 주기적 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점과의 시간차를 확인하는 과정; 및 상기 시간차로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 시간차로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정은 하기의 수학식 2에 의하여 이루어질 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020080154374-pat00002
(여기서, dc는 보정된 기지국과 단말 사이의 거리(m), d는 계산된 기지국과 단말 사이의 거리(m), c는 광속(m/s), Δt는 시간차(s)를 의미한다.)
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치는, 단말로부터 기지국이 수신한 상향 링크 신호의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하기 위한 지연 시간 확인부; 및 상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 거리 계산부;를 포함한다.
상기 설정된 기준 시점은 상기 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점을 포함할 수 있다.
상기 거리 계산부로부터 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하기 위한 보정부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국은 전술한 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치를 구비한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에 의하면, GPS(Global Positioning System) 또는 네트워크를 통해 기지국과 단말의 위치 정보를 획득하기 위한 별도의 장치를 요구하지 않고, 기지국과 단말의 통신 링크를 위한 레인징 과정에서 기지국과 단말 사이의 정확한 거리를 측정할 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 단말과 무선 통신을 수행하는 기지국의 신호 프레임을 나타내는 도면.
도 3은 기지국과 단말이 동기화를 수행하는 모습을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법을 나타내는 도면.
도 6은 동기화된 기지국과 단말이 무선 통신을 수행하는 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 일정 범위의 서비스 영역을 가지는 기지국 및 복수 개의 이동 통신 단말을 포함할 수 있다.
기지국은 일반적으로 이동 통신 단말과 통신하기 위한 고정국(fixed station)이며, 이동 통신 단말 및 다른 기지국과 통신하여 각종 데이터 및 제어 정보를 교환한다. 여기서, 기지국은 eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 엑세스 포인트(Access Point), ABS(Advanced Base Station) 등 다른 용어로 불릴 수 있음은 물론이다. 기지국은 일정 범위의 서비스 영역 내에 있는 이동 통신 단말에 통신 서비스를 제공한다.
이동 통신 단말은 이동성을 가질 수 있으며, 기지국과 통신하여 사용자 데이터 및 제어 정보를 송수신하는 각종 기기들이 이에 속한다. 이동 통신 단말은 MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscribe Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대 기기(handheld device) 등으로 불릴 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 이동 통신 단말을 단말로 지칭하기로 한다.
이와 같은 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말 사이의 거리를 알고 있으면, 이에 기반하여 기지국은 다양한 부가 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 기지국과 단말 1 사이의 거리가 d1이고, 기지국과 단말 2 사이의 거리가 d2인 경우, 기지국은 단말 1에 대하여는 d1의 거리에 대응하는 부가 서비스를 제공할 수 있으며, 단말 2에 대하여는 d2의 거리에 대응하는 부가 서비스를 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 기지국은 d1의 거리를 가지는 단말 1에 대하여는 부가 서비스를 제공하고, d2의 거리를 가지는 단말 2에 대하여는 부가 서비스를 제공하지 않을 수도 있음은 물론이다.
여기서, 기지국과 단말 사이의 거리는 기지국과 단말의 위치 정보를 이용하거나, 기지국이나 단말에서 수신된 신호의 세기를 이용하여 측정할 수 있다. 그러나, 기지국과 단말의 위치 정보를 이용하여 기지국과 단말 사이의 거리를 측정하는 경우, 기지국과 단말에는 GPS(Global Positioning System) 또는 네트워크를 통해 위치 정보를 획득할 수 있는 별도의 장치가 설치되어야 하며, 수신된 신호의 세기를 이용하는 경우에는 무선 채널의 상태에 따라 정확한 기지국과 단말 사이의 거리를 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명의 실시 예7에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에서는 GPS나 네트워크를 이용하여 위치 정보를 수신할 수 없는 경우에도 상향 링크 동기화를 위한 레인징 과정을 통하여 기지국과 단말 사이의 정확한 거리를 측정할 수 있는 기술적 특징을 제공한다. 이하에서는, 이와 같이 상향 링크 동기화를 위한 레인징 과정을 통하여 기지국과 단말 사이의 거리를 측정하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 단말과 무선 통신을 수행하는 기지국의 신호 프레임을 나타내는 도면이다.
이동 통신 시스템에서 기지국은 일정한 프레임 구조로 단말과 무선 통신을 수행한다. 도 2는 와이브로(WiBro) 또는 와이맥스(WiMAX) 기반의 이동 통신 시스템에서 기지국의 프레임 구조를 예시적으로 도시한 것으로, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 기지국이 와이브로(WiBro) 또는 와이맥스(WiMAX) 기반의 이동 통신 시스템의 프레임 구조를 가지는 것으로 설명하나, 본 발명의 실시 예는 이에 제한되지 않음은 물론이다.
와이브로(WiBro) 또는 와이맥스(WiMAX) 기반의 이동 통신 시스템에서 기지국은 하향 링크 신호의 송신을 위한 하향 구간(DL Subframe) 및 상향 링크 신호의 수신을 위한 상향 구간(UL Subframe)을 포함하는 프레임 구조로 단말과 무선 통신을 수행한다. 기지국의 프레임 구조는 이와 같은 하향 구간과 상향 구간 외에도 보호 구간을 더 포함할 수 있으며, 하향 구간과 상향 구간 사이에는 제1 보호 구간(TTG; Tx/Rx Transition Gap)이 삽입되고, 하향 구간의 뒤에는 제2 보호 구간(RTG; Rx/Tx Gap)이 삽입된다. 즉, 와이브로(WiBro) 또는 와이맥스(WiMAX) 기반의 이동 통신 시스템에서 기지국은 하향 구간(DL Subframe), 제1 보호 구간(TTG), 상향 구간(UL Subframe) 및 제2 보호 구간(RTG)로 이루어지는 프레임 구조를 가진다.
도 3은 기지국과 단말이 동기화를 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.
다중 접속을 지원하는 이동 통신 시스템에서 기지국과 단말이 통신 링크를 형성하기 위해서는 동기화 과정이 필수적이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 하향 링크 동기화를 위하여 기지국은 단말로 초기 하향 링크 신호(DL 1)를 송신한다. 단말은 기지국에서 송신한 초기 하향 링크 신호(DL 1)에 포함된 프리앰블(Preamble)을 이용하여 동기를 획득한다. 하향 링크 동기를 획득한 단말은 획득한 동기를 기준으로 상향 링크 동기화를 위하여 초기 상향 링크 신호(UL 1)를 송신한다. 이때, 단말들이 송신하는 신호들 간의 간섭을 최소화하고, 정상적인 통신 링크를 구성하기 위하여 기지국이 단말들의 송신 타이밍(Timing)과 송신 출력 등을 제어하는 상향 링크 신호의 동기화가 요구된다. 이런 상향 링크 신호의 동기화 절차를 레인징(Ranging)이라고 한다. 레인징은 단말이 기지국에 접속 시도를 하는 과정에서 수행하는 초기 레인징(Initial Ranging)과 통신 링크를 구성한 후 송신 타이밍과 송신 출력을 추적 및 유지하기 위한 주기적인 레인징(Periodic Ranging) 등으로 구성될 수 있다.
단말은 기지국으로부터 송신된 초기 하향 링크 신호(DL 1)를 수신하여 획득한 시점을 기준으로 초기 상향 링크 신호(UL 1)를 송신한다. 여기서, 단말은 기지국으로부터 소정의 거리로 떨어져 있으므로, 단말이 초기 하향 링크 신호(DL 1)를 획득한 시점은 기지국의 하향 구간(DL Subframe)으로부터 td1 만큼 지연된 시점이다. 이후, 단말은 초기 레인징을 위하여 기지국으로 초기 상향 링크 신호(UL 1)를 송신하게 되는데, 전술한 바와 같이 기지국과 단말은 소정의 거리로 떨어져 있으므로, 단말이 송신한 초기 상향 링크 신호(UL 1)는 기지국의 상향 구간(UL Subframe)으로부터 2×td1 만큼 지연된 시점에 기지국에 수신된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치는 단말로부터 기지국이 수신한 상향 링크 신호의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하기 위한 지연 시간 확인부(100) 및 상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 거리 계산부(200)를 포함한다.
지연 시간 확인부(100)는 단말로부터 기지국이 수신한 상향 링크 신호의 수신 시점이, 상기 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인한다. 즉, 지연 시간 확인부(100)는 단말로부터 기지국이 수신한 상향 링크 신호의 수신 시점이, 상기 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인한다. 도 3에서 전술한 바와 같이 단말로부터 기지국이 수신한 상향 링크 신호의 수신 시점은 상향 구간의 시점, 즉 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점으로부터 2×td1 만큼 지연된 시점이므로, 지연 시간 확인부(100)는 이와 같은 지연 시간을 확인한다.
거리 계산부(200)는 지연 시간 확인부(100)로부터 확인된 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산한다. 이때, 거리 계산부(200)는 전파의 이동 속도를 이용하여 기지국과 단말 사이의 거리를 계산할 수 있으며, 전파와 빛은 모두 파동이므로 전파의 이동 속도는 광속에 대응될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치는 상기 거리 계산부(200)로부터 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하기 위한 보정부(300)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 기지국과 단말 사이의 거리는 거리 계산부(200)에 의하여 계산될 수 있으나, 계산된 거리 값은 소정의 오차를 포함할 수 있으며, 단말이 이동하는 경우에도 계산된 기지국과 단말 사이의 거리는 조정될 필요성이 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치는 상기 거리 계산부(200)로부터 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하기 위한 보정부(300)를 더 포함하여 보다 정확한 기지국과 단말 사이의 거리를 측정할 수 있게 된다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치는 기지국에 구비될 수 있다. 즉, 전술한 지연 시간 확인부(100), 거리 계산부(200) 및 보정부(300)는 기지국에 포함되도록 마련될 수 있다. 이하에서는, 지연 시간 확인부(100), 거리 계산부(200) 및 보정부(300)에 의하여 기지국과 단말 사이의 거리를 측정하는 내용을, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법과 관련하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법을 나타내는 도면이고, 도 6은 동기화된 기지국과 단말이 무선 통신을 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은 기지국이 단말로 하향 링크 신호를 송신하는 과정(S100), 기지국이 단말로부터 송신된 상향 링크 신호를 수신하는 과정(S200), 기지국이 수신한 상기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 과정(S300) 및 상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정(S400)을 포함한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은 기지국이 단말로 하향 링크 신호를 송신하는 과정(S100), 기지국이 단말로부터 송신된 상향 링크 신호를 수신하는 과정(S200), 기지국이 수신한 상기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 상기 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 과정(S300) 및 상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정(S400)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 하향 링크 신호의 송신과 상기 상향 링크 신호의 수신은 서로 다른 시간 대역에서 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은 시간 분할 방식(TDD; Time Division Duplex)의 무선 통신 시스템에서 이루어질 수 있다. 반면, 상기 하향 링크 신호의 송신과 상기 상향 링크 신호의 수신은 서로 다른 주파수 대역에서 이루어질 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은 주파수 분할 방식(FDD; Frequency Division Duplex)의 무선 통신 시스템에서도 이루어질 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은 시간 분할 방식의 무선 통신 시스템에서 수행되는 모습을 예로 들어 설명하나, 이는 주파수 분할 방식의 무선 통신 시스템에서도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
하향 링크 신호를 송신하는 과정(S100)은 기지국이 단말로 하향 링크 신호를 송신한다. 여기서, 하향 링크 신호는 하향 링크 동기화를 위한 프리엠블을 포함하는 초기 하향 링크 신호(DL 1)일 수 있다. 하향 링크 신호를 송신하는 과정(S100)은 도 2와 관련하여 전술한 하향 구간(DL Subframe)에서 수행된다.
상향 링크 신호를 수신하는 과정(S200)은 기지국이 단말로부터 송신된 상향 링크 신호를 수신한다. 여기서 상향 링크 신호는 초기 레인징을 위한 초기 상향 링크 신호(UL 1)일 수 있다.
상향 링크 신호를 수신하는 과정(S200)은 도 2와 관련하여 전술한 상향 구간(UL Subframe)에서 수행되는 것이 바람직하다. 그러나, 단말은 기지국으로부터 소정의 거리로 떨어져 있으므로, 단말이 초기 하향 링크 신호(DL 1)를 획득한 시점은 기지국의 하향 구간(DL Subframe)으로부터 td1 만큼 지연된 시점이다. 이후, 단말은 초기 레인징을 위하여 기지국으로 초기 상향 링크 신호(UL 1)를 송신하게 되는데, 전술한 바와 같이 기지국과 단말은 소정의 거리로 떨어져 있으므로, 단말이 송신한 초기 상향 링크 신호(UL 1)는 기지국의 상향 구간으로부터 2×td1 만큼 지연된 시점에 기지국에 수신된다.
지연 시간을 확인하는 과정(S300)은 전술한 지연 시간 확인부(100)에서 이루어질 수 있으며, 기지국이 수신한 초기 상향 링크 신호(UL 1)의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인한다. 즉, 지연 시간을 확인하는 과정(S300)은 초기 상향 링크 신호(UL 1)의 수신 시점이, 초기 상향 링크 신호(UL 1)를 수신하도록 할당된 시간의 시점, 즉 시작점으로부터 지연된 지연 시간을 확인할 수 있다. 여기서, 설정된 기준 시점 및 초기 상향 링크 신호(UL 1)를 수신하도록 할당된 시간의 시점은 모두 기지국의 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점일 수 있다. 여기서, 기지국의 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점은 와이브로(WiBro) 또는 와이맥스(WiMAX) 기반의 이동 통신 시스템에서 기지국이 이동 통신 단말로 초기 하향 링크 신호(DL 1)를 송신하는 시점으로으로부터 하향 구간(DL Subframe) 및 제1 보호 구간(TTG)이 경과한 시점일 수 있다.
기지국과 이동 통신 단말 사이의 거리를 계산하는 과정(S400)은 전술한 거리 계산부(200)에서 이루어질 수 있으며, 확인된 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산한다. 기지국과 이동 통신 단말 사이의 거리를 계산하는 과정(S400)은 전파의 이동 속도를 이용하여 기지국과 단말 사이의 거리를 계산할 수 있으며, 하기의 수학식 1에 의하여 이루어질 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020080154374-pat00003
여기서, d는 기지국과 단말 사이의 거리(m), c는 광속(m/s), td는 지연 시간(s)을 의미하며, c는 3×108 m/s의 값을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 기지국이 수신한 초기 상향 링크 신호(UL 1)의 수신 시점이, 기지국의 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점으로부터 지연된 지연 시간(td)은 2×td1 의 값을 가진다. 여기서, 지연 시간(td)은 기지국으로부터 단말로 초기 하향 링크 신호(DL 1)가 송신되는 시간과 단말로부터 기지국으로 초기 상향 링크 신호(UL 1)이 수신되는 시간을 합한 것이므로, 기지국과 이동 통신 단말 사이의 거리(d)는 지연 시간(td)의 1/2에 광속을 곱하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 과정에 의하여 기지국과 단말 사이의 거리(d)는 계산될 수 있으나, 계산된 거리 값은 소정의 오차를 포함할 수 있으며, 단말이 이동하는 경우에도 계산된 기지국과 단말 사이의 거리는 조정될 필요성이 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정(S500)을 더 포함할 수 있다.
계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정(S500)은 보정부(300)에 의하여 이루어지며, 기지국이 단말로 상기 초기 하향 링크 신호 이후의 주기적 하향 링크 신호를 송신하는 과정, 기지국이 단말로부터 송신된 상기 초기 상향 링크 신호 이후의 주기적 상향 링크 신호를 수신하는 과정, 기지국이 수신한 상기 주기적 상향 링크 신호의 수신 시점과, 상기 주기적 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점과의 시간차를 확인하는 과정 및 상기 시간차로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기지국이 수신한 초기 상향 링크 신호(UL 1)의 수신 시점이, 기지국의 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점으로부터 지연된 지연 시간(td)은 2×td1 의 값을 가진다. 한편, 기지국은 프레임마다 하향 링크 신호(DL 2)를 단말로 송신하게 되고, 단말 또한, 초기 상향 링크 신호(UL 1) 이후에도 상향 링크 신호, 즉 주기적 상향 링크 신호(UL 2)를 기지국으로 송신한다. 이때, 단말은 주기적 상향 링크 신호(UL 2)의 송신 시점을 지연 시간(td) 만큼 빠르게 하여, 주기적 상향 링크 신호(UL 2)를 기지국에 송신하고, 기지국은 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점에 맞춰진 주기적 상향 링크 신호(UL 2)를 수신하게 된다.
그러나, 이와 같이 주기적 상향 링크 신호(UL)의 송신 시점이 조정된 경우에도, 주기적 상향 링크 신호(UL)의 송신이 계속됨에 따라 주기적 상향 링크 신호(UL 2)의 수신 시점이 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점에 정확하게 일치되지 않을 수 있다. 따라서, 기지국이 수신한 주기적 상향 링크 신호(UL 2)의 수신 시점과, 주기적 상향 링크 신호(UL)를 수신하도록 할당된 시간의 시점 즉, 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점 사이에는 시간차가 발생할 수 있게 되고, 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정(S500)은 이와 같이 발생한 시간차를 이용하여 하기의 수학식 2와 같이 이루어진다.
[수학식 2]
Figure 112020080154374-pat00004
여기서, dc는 보정된 기지국과 단말 사이의 거리(m), d는 계산된 기지국과 단말 사이의 거리(m), c는 광속(m/s), Δt는 시간차(s)를 의미한다.
이때, 시간차(Δt)는 양(+)의 값을 가질 수도 있으나, 음(-)의 값을 가질 수도 있음은 물론이다. 전술한 바와 같이, 주기적 상향 링크 신호(UL)의 송신 시점은 지연 시간(td) 만큼 빠르게 조정되는 바, 이에 의하여 조정된 주기적 상향 링크 신호(UL)의 수신 시점이 상향 구간(UL Subframe)의 시작 지점보다 빠를 수도 있게 되며, 이 경우 시간차(Δt)는 음(-)의 값을 가질 수 있다.
여기서, 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정(S500)은, 기지국과 단말이 무선 통신을 수행하는 동안 반복적으로 이루어질 수 있다. 즉, 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정(S500)은, 계산된 기지국과 단말 사이의 거리(d)에, 주기적 상향 링크 신호(UL)의 반복적인 수신에 따른 시간차(Δt1, Δt2, …)를 이용하여 계산된 보정 거리를 누적 합산하여 하기의 수학식 3과 같이 이루어질 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020080154374-pat00005
이에 의하여 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법은 무선 통신을 수행하는 동안 기지국과 단말 사이의 거리를 실시간으로 계속적으로 측정할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치 및 방법에 의하면, GPS 또는 네트워크를 통해 기지국과 단말의 위치 정보를 획득하기 위한 별도의 장치를 요구하지 않고, 기지국과 단말의 통신 링크를 위한 레인징 과정에서 기지국과 단말 사이의 정확한 거리를 측정할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 지연 시간 확인부 200: 거리 계산부
300: 보정부

Claims (15)

  1. 기지국이 단말로 하향 링크의 동기화를 위한 초기 하향 링크 신호를 송신하는 과정;
    기지국이 단말로부터 상향 링크의 동기화를 위한 초기 상향 링크 신호를 수신하는 과정;
    기지국이 수신한 상기 초기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 과정;
    상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정; 및
    상기 초기 하향 링크 신호 이후에 기지국이 단말로 송신하는 주기적 하향 링크 신호와, 상기 초기 상향 링크 신호 이후에 기지국이 단말로부터 수신하는 주기적 상향 링크 신호를 이용하여, 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정;을 포함하는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
  2. 기지국이 단말로 하향 링크의 동기화를 위한 초기 하향 링크 신호를 송신하는 과정;
    기지국이 단말로부터 상향 링크의 동기화를 위한 초기 상향 링크 신호를 수신하는 과정;
    기지국이 수신한 상기 초기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 상기 초기 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 과정;
    상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정; 및
    상기 초기 하향 링크 신호 이후에 기지국이 단말로 송신하는 주기적 하향 링크 신호와, 상기 초기 상향 링크 신호 이후에 기지국이 단말로부터 수신하는 주기적 상향 링크 신호를 이용하여, 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정;을 포함하는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 초기 하향 링크 신호의 송신과 상기 초기 상향 링크 신호의 수신은 서로 다른 시간 대역에서 이루어지는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    기지국은 초기 하향 링크 신호의 송신을 위한 하향 구간 및 초기 상향 링크 신호의 수신을 위한 상향 구간을 포함하는 신호 프레임을 기반으로 단말과 무선 통신을 수행하고,
    상기 지연 시간을 확인하는 과정은,
    기지국이 수신한 상기 초기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 상기 하향 구간과 상향 구간 사이에 삽입된 보호 구간이 경과한 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 초기 하향 링크 신호의 송신과 상기 초기 상향 링크 신호의 수신은 서로 다른 주파수 대역에서 이루어지는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 과정은 하기의 수학식 1에 의하여 이루어지는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112020080154374-pat00006

    (여기서, d는 기지국과 단말 사이의 거리(m), c는 광속(m/s), td는 지연 시간(s)을 의미한다.)
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정은,
    기지국이 단말로 주기적 하향 링크 신호를 송신하는 과정;
    기지국이 단말로부터 주기적 상향 링크 신호를 수신하는 과정;
    기지국이 수신한 상기 주기적 상향 링크 신호의 수신 시점과, 상기 주기적 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점과의 시간차를 확인하는 과정; 및
    상기 시간차로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정;을 포함하는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 시간차로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정은 하기의 수학식 2에 의하여 이루어지는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112020080154374-pat00007

    (여기서, dc는 보정된 기지국과 단말 사이의 거리(m), d는 계산된 기지국과 단말 사이의 거리(m), c는 광속(m/s), Δt는 시간차(s)를 의미한다.)
  11. 청구항 8에 있어서,
    계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하는 과정은,
    기지국과 단말이 무선 통신을 수행하는 동안 반복적으로 이루어지는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 방법.
  12. 상향 링크의 동기화를 위하여 단말로부터 기지국이 수신한 초기 상향 링크 신호의 수신 시점이, 설정된 기준 시점으로부터 지연된 지연 시간을 확인하기 위한 지연 시간 확인부;
    상기 지연 시간으로부터 기지국과 단말 사이의 거리를 계산하는 거리 계산부; 및
    상기 초기 상향 링크 신호 이후에 기지국이 단말로부터 수신하는 주기적 상향 링크 신호를 이용하여, 상기 거리 계산부로부터 계산된 기지국과 단말 사이의 거리를 보정하기 위한 보정부;를 더 포함하는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 설정된 기준 시점은 상기 초기 상향 링크 신호를 수신하도록 할당된 시간의 시점을 포함하는 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치.
  14. 삭제
  15. 청구항 12 내지 청구항 13 중 어느 한 항의 기지국과 단말 사이의 거리 측정 장치를 구비하는 기지국.
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