KR102444903B1 - 전파 음영 공간에서 gps 동기 의사 위성을 이용한 위치 정보 제공 장치 및 방법 - Google Patents

전파 음영 공간에서 gps 동기 의사 위성을 이용한 위치 정보 제공 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전파 음영 구간에서 GPS 동기 의사 위성을 이용한 위치 정보 제공 장치, 시스템 및 방법이 제공된다. 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치는 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성하는 신호 제어부, 및 설치 공간의 하나의 셀에서 의사 GPS 신호를 방사하는 신호 방사부를 포함하고, 신호 방사부는, 셀의 의사 GPS 신호가 도달가능한 커버리지와 후속한 이웃 셀의 커버리지 사이에 음영 구간을 형성하도록 배치된다. 이로써, 비음영 구간의 GPS 측위 환경을 음영 구간에서 재현가능하다.

Description

전파 음영 공간에서 GPS 동기 의사 위성을 이용한 위치 정보 제공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING POSITION INFORMATION USING GPS SYNCHRONIZED PSEUDO SATELITE IN RADIO WAVE SHADOW AREA}
본 발명은 전파 음영 구간에서 GPS 동기 의사 위성 방식을 이용한 위치 정보 제공 장치 및 방법에 대한 것이다.
최근 4차 산업 혁명에 의해 영상, 레이더, 라이다 등의 다양한 차량 센서를 활용한 자율 주행 관련 기술이 개발되고 있다. 자율 주행 기술의 구현을 위해서는 차량의 정확한 위치를 측위하는 것이 필수적으로 요구되나, 터널과 같은 전파 음영 지역에서의 측위가 문제된다.
종래의 전파 음영 지역을 위한 측위 기술로는, 내비게이션의 안내경로와 터널 진입 전의 차량의 속도를 Mapping하는 기술, 차량의 주행데이터(Sheel Tick/Pluse Direction)와 센서기술을 이용한 ADR(Automotive Dead Reckoning)기술, 및 차량의 3G/LTE 모뎀을 이용한 네트워크 측위 기술 등이 있다.
하지만, 이와 같은 측위 기술은 이는 모두 차량 자체에서 지원하는 GPS 보완 기능으로서, 해당 기술에 특화된 하드웨어를 탑재한 전용 수신기 또는 별도의 앱(app) 설치가 필요한 한계가 있다.
따라서, 터널 외부의 GPS 측위 환경을 터널 내부에서 재현할 수 있는 대응 기술이 필요하다.
한편, 위성의 운용 특성 상 높은 출력이 불리하고, 전송 거리에 비례하여 공간 전파 손실이 크게 발생하므로, GPS 수신기의 감도는 낮게 유지되어야 할 필요가 있다.
GPS 신호의 전파 음영 구간에 GPS 의사 위성을 설치하여 GPS 위치 정보를 제공함에 있어서, 각 GPS 의사 위성의 커버리지의 구성은 의사 GPS 신호 간 간섭으로 인하여 제약을 받게 된다.
하지만, GPS 송신기의 안테나의 커버리지의 조정만으로는 이와 같은 간섭으로 인한 GPS 수신기에서의 혼신 및 음영 구간을 제거할 수 없는 한계가 있다.
본 발명의 일 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 비음영 구간의 GPS 측위 환경을 음영 구간에서 재현가능한 위치 정보 제공 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 전파 음영 공간에서 주행 중인 차량의 더 정확한 측위 서비스가 가능하도록 하는 위치 정보 제공 장치 및 방법을 개발하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 음영 구간에서 의사 GPS 신호 간의 간섭으로 인한 GPS 수신기에서의 혼신 및 음영 구간을 제거가능한 위치 정보 제공 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 일 실시예는 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성하는 신호 제어부, 및 설치 공간의 하나의 셀에서 의사 GPS 신호를 방사하는 신호 방사부를 포함하고, 신호 방사부는, 셀의 의사 GPS 신호가 도달가능한 커버리지와 후속한 이웃 셀의 커버리지 사이에 음영 구간을 형성하도록 배치되는, 위치 정보 제공 장치를 제공한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 일 실시예는 설치 공간의 제 1 셀에 제 1 의사 GPS 신호를 제공하는 제 1 위치 정보 제공 장치, 및 제 1 셀에 이웃한 제 2 셀에 제 2 의사 GPS 신호를 제공하는 제 2 위치 정보 제공 장치를 포함하고, 제 1 위치 정보 제공 장치는, 제 1 셀의 제 1 커버리지에 제 1 의사 GPS 신호를 방사하는 제 1 신호 방사부를 포함하고, 제 2 위치 정보 제공 장치는, 제 2 셀의 제 2 커버리지에 제 2 의사 GPS 신호를 방사하는 제 2 신호 방사부를 포함하고, 제 1 위치 정보 제공 장치 및 제 2 위치 정보 제공 장치는, 제 1 커버리지와 제 2 커버리지 사이에 음영 구간을 형성하도록 배치되는, 위치 정보 제공 시스템을 제공한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 일 실시예는 설치 공간을 적어도 하나의 셀로 구획하는 단계, 각 셀에 하나의 위치 정보 제공 장치를 배치하는 단계, 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 획득하는 단계, 위치 정보 제공 장치의 신호 제어부에 의해, 항법 메시지 및 시각 동기 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성하는 단계 및 각 셀에서, 위치 정보 제공 장치의 신호 방사부에 의해, 의사 GPS 신호를 방사하는 단계를 포함하고, 구획하는 단계는, 각 셀의 커버리지를 결정하는 단계, 및 각 셀의 커버리지에 기반하여 이웃한 셀 간에 음영 구간을 배치하는 단계를 포함하는, 위치 정보 제공 방법을 제공한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들의 해결 수단은 이상에서 언급한 해결 수단들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 해결 수단들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예에 의하면, 비음영 구간의 GPS 측위 환경을 음영 구간에서 재현가능하므로, 별도의 장비나 추가적인 구성의 변경 없이도, 실제 GPS 위성의 실제 GPS 신호를 수신하는 경우와 마찬가지 방식으로 위치 정보 제공 장치의 의사 GPS 신호를 수신하여 이동체의 위치 측위를 수행할 수 있다.
실시예에 의하면, 의사 GPS 신호 간의 간섭으로 인한 GPS 수신기에서의 혼신 및 음영 구간을 제거가능하여, 전파 음영 공간의 진입점, 음영 공간 내부 및 음영 공간의 진출점에서 이동하는 이동체의 연속적이고 정확한 위치 측위가 가능하고, 음영 구간에 투명한(transparent) GPS 서비스의 제공이 가능하다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템의 동작 환경을 보여주는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 GPS 신호 서버의 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 의사 GPS 신호의 시각 동기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 이웃한 셀 간의 예시적인 커버리지 관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 예시적인 이격된 커버리지의 경계에서의 GPS 신호 강도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 신호 방사부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 신호 방사부의 동작을 보여주는 도면이다.
도 8c는 예시적인 평형 2선식 누설 케이블을 보여주는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치의 의사 GPS 신호 강도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 GPS 수신기의 수신 신호 변화를 보여주는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 방법의 흐름도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템의 동작 환경을 보여주는 도면이다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템(10)은 도로의 터널 등과 같이 좁고 긴 설치 공간을 고속으로 주행하는 이동체에게 실시간 측위를 제공하기 위하여 실제 GPS 위성의 좌표를 변경 없이 전달하여 이동체가 설치 공간 내부의 가상 위성을 실제 GPS 위성으로 인식하게 할 수 있다.
여기서 이동체는 GPS 수신기 또는 단말을 이용하여 가상 위성이 전달한 실제 GPS 위성의 좌표를 수신하여 위치 측위를 수행할 수 있다. 예를 들어 단말은 스마트폰, 태블릿, 또는 차량 네비게이션 장치 등의 위치 측위 서비스를 구동가능한 다양한 전자 장치를 포함할 수 있으며, 차량 일체형, 차량과 분리 또는 결합가능한 형태 또는 사용자가 소지가능한 형태 등의 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템(10)은 설치 공간에 의사 GPS 신호를 제공한다. 예를 들어 설치 공간은 터널, 지하도 또는 건물 내부와 같은 전파 음영 공간을 포함할 수 있다. 여기서 의사 GPS 신호는 설치 공간에 설치된 의사 GPS 위성이 제공하는 위치 측위를 위한 정보를 포함하는 전파 신호를 의미한다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템(10)은 위치 정보 제공 장치(100) 및 GPS 신호 서버(200)를 포함한다. 위치 정보 제공 장치(100)는 적어도 하나의 의사 GPS 신호를 생성하는 의사 GPS 위성에 대응한다. 위치 정보 제공 장치(100)가 생성하는 의사 GPS 신호는 실제 GPS 위성의 실제 GPS 신호에 동기화된 신호이고, 위치 정보 제공 장치(100)는 GPS 동기화된 의사 위성에 대응한다.
위치 정보 제공 시스템(10)의 설치 공간에 위치한 또는 해당 설치 공간에서 이동하는 GPS 수신기(미도시)는 위치 정보 제공 장치(100)가 방사하는 의사 GPS 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어 GPS 수신기를 장착한 차량은 위치 정보 제공 시스템(10)이 설치된 터널 내부를 이동하는 동안 위치 정보 제공 장치(100)가 방사한 의사 GPS 신호를 수신하고 수신된 의사 GPS 신호를 이용하여 자신의 위치를 결정할 수 있다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템(10)에서 설치 공간의 외부에 설치된 안테나는 적어도 네 개 이상의 실제 GPS 위성으로부터 각각 실제 GPS 신호를 수신한다. GPS 신호 서버(200)는 안테나에서 수신된 실제 GPS 신호로부터 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 추출한다. GPS 신호 서버(200)는 추출된 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 설치 공간에 배치된 적어도 하나의 위치 정보 제공 장치(100)에게 전송한다. 위치 정보 제공 장치(100)는 수신된 항법 메시지 및 시각 동기 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성 및 방사한다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템(10)에서 하나의 의사 GPS 위성은 적어도 하나의 실제 GPS 위성에 대응한다. 의사 GPS 신호는 적어도 하나의 실제 GPS 위성의 각각이 해당 의사 GPS 위성의 위치에 있을 경우에 생성 및 전송하는 실제 GPS 신호에 대응하는 신호의 집합이다.
위치 정보 제공 시스템(10)이 설치된 터널을 통과하는 차량에 장착된 GPS 수신기는, 별도의 장비나 추가적인 구성의 변경 없이도, 실제 GPS 위성의 실제 GPS 신호를 수신하는 경우와 마찬가지 방식으로 위치 정보 제공 장치(100)의 의사 GPS 신호를 수신하여 차량의 위치 측위를 수행할 수 있다. 따라서, 터널 입구로부터 터널에 진입하는 구간, 터널 내부 구간 및 터널 내부에서 터널 출구를 빠져나오는 구간을 이동하는 동안 연속적인 위치 측위가 가능하고, 측위의 정확성이 제고되며, 마치 터널 내부가 전파 음영 공간이 아닌 것처럼 음영 공간에 투명한(transparent) GPS 서비스의 제공이 가능하다.
도 2는 일 실시예에 따른 GPS 신호 서버의 블록도이다.
실시예에 따른 GPS 신호 서버(200)는 수신부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)를 포함한다.
수신부(210)는 적어도 하나의 실제 GPS 위성으로부터 실제 GPS 신호를 수신한다. 일 예에서 수신부(210)는 위성 안테나를 포함할 수 있다.
실제 GPS 위성은 PRN 코드(Pseudo Random Noise Code)로 실제 GPS 위성의 항법 메시지를 다중화하면서 약 1.024Mcps의 칩 레이트(chip rate)로 신호를 변조한다. 수신부(210)는 이와 같이 변조된 신호를 적어도 하나의 실제 GPS 위성으로부터 수신한다. 예를 들어 수신부(210)는 적어도 네 개의 실제 GPS 위성으로부터 변조된 신호를 수신할 수 있다.
제어부(220)는 수신된 실제 GPS 신호로부터 항법 메시지를 추출하고 정밀 시각 정보(1pps)를 추출한다.
제어부(220)는 수신부(210)가 수신한 변조된 신호를 복조하면서 정밀 시각 정보인 1pps(pulse per second)를 추출하고, 실제 GPS 위성과 시각을 동기화할 수 있다. 또한, 제어부(220)는 이와 같은 복조 과정을 통해 항법 메시지를 추출할 수 있다.
통신부(230)는 제어부(220)에서 추출한 항법 메시지와 정밀 시각 정보를 위치 정보 제공 장치(100)에게 전송한다. 여기서 정밀 시각 정보는 시각 동기 정보로서 후술할 위치 정보 제공 장치(100)에게 전달된다. 일 예에서 통신부(230)는 정밀 시각 프로토콜(PTP; Precision Time Protocol)에 따라 정확한 시각 동기화를 제공하는 PTP 마스터로서 작동할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치의 블록도이다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 장치(100)는, 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 실제 GPS 위성의 시각 동기 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성하는 신호 제어부(120), 및 설치 공간의 하나의 셀에서 의사 GPS 신호를 방사하는 신호 방사부(130)를 포함하고, 신호 방사부(130)는, 셀의 의사 GPS 신호가 도달가능한 커버리지와 후속한 이웃 셀의 커버리지 사이에 음영 구간을 형성하도록 배치될 수 있다.
여기서 설치 공간은, 실제 GPS 위성으로부터 실제 GPS 신호를 수신할 수 없는 전파 음영 공간을 포함한다.
추가적으로 위치 정보 제공 장치(100)는 통신부(110)를 더 포함할 수 있다. 위치 정보 제공 장치(100)는 통신부(110)를 통해 외부의 GPS 신호 서버(200) 또는 이웃한 위치 정보 제공 장치(100)로부터 적어도 하나의 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 수신할 수 있다.
통신부(110)는, 수신한 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 후속한 이웃 위치 정보 제공 장치(100)에게 전송할 수 있다.
신호 제어부(120)는 통신부(110)를 통해 수신한 항법 메시지 및 정밀 시각 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성한다. 이 과정에서 신호 제어부(120)는 실제 GPS 위성에서 수행하는 변조 절차와 동일한 방식으로 항법 메시지를 PRN 코드로 다중화하여 변조할 수 있다. 즉, 의사 GPS 신호는, 설치 공간의 외부에서 수신가능한 실제 GPS 위성의 실제 GPS 신호에 대응하는 가상 위성 신호이다. 다시 말하면, 의사 GPS 신호는, 설치 공간의 외부에서 수신가능한 실제 GPS 위성이 현재 가상 위성(즉, 위치 정보 제공 장치(100))의 위치에 있을 경우, 실제 GPS 위성이 전송하는 실제 GPS 신호에 대응하는 가상 위성 신호이다.
신호 제어부(120)는 복수 개의 실제 위성의 항법 메시지와 시각 동기 정보에 기반하여 복수 개의 의사 GPS 신호를 생성할 수 있다. GPS 신호 서버(200)는 수신부(210)에서 수신된 복수의 실제 GPS 위성의 항법 메시지와 이로부터 획득한 시각 동기 정보를 위치 정보 제공 장치(100)에게 전송할 수 있다. 여기서 복수의 실제 GPS 위성은 수신부(210)의 가시권에 있는 실제 GPS 위성으로서 적어도 네 개의 실제 GPS 위성을 포함할 수 있다.
신호 방사부(130)는 신호 제어부(120)가 생성한 의사 GPS 신호를 설치 장소에 방사한다. 일 예에서 신호 방사부(130)는 한 쌍의 평행하게 연장되는 도체를 포함할 수 있다. 예를 들어 신호 방사부(130)는 평형 2선식 누설 케이블을 포함할 수 있다. 예를 들어 신호 방사부(130)는 송신 안테나를 포함할 수 있다.
추가적으로, 위치 정보 제공 장치(100)는 복수 개의 실제 GPS 위성의 GPS 신호에 대응하는 복수 개의 의사 GPS 신호를 통합 및 증폭하기 위하여 DA 변환기(미도시), 증폭 수단(미도시) 및 송신기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 위치 정보 제공 장치(100)는 설치 공간 외부에서 수신 가능한 모든 위성의 신호를 보정하여, DA 변환기 및 증폭 수단을 통하여 생성된 가시권의 모든 실제 GPS 위성에 대응하는 의사 GPS 신호를 송신기를 통해 하나의 신호 방사부(130)로 송출할 수 있다. 이로써, 설치 공간 내에서 이동체가 여러 개의 가상 위성으로부터 서로 다른 강도의 신호를 수신할 때 발생할 수 있는 원단현상(Near far problem)을 방지할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템의 블록도이다.
위치 정보 제공 시스템(10)은 GPS 신호 서버(200) 및 위치 정보 제공 장치(100)를 포함할 수 있다. 예를 들어 위치 정보 제공 시스템(10)은 GPS 신호 서버(200), 제 1 위치 정보 제공 장치(100a), 제 2 위치 정보 제공 장치(100b) 및 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 제 1 위치 정보 제공 장치(100a), 제 2 위치 정보 제공 장치(100b) 및 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)는 예시적인 것이고, 위치 정보 제공 시스템(10)은 도 3에 도시된 것보다 더 많거나 적은 수의 위치 정보 제공 장치(100)를 포함할 수 있다.
이를테면, 위치 정보 제공 시스템(10)은 설치 공간의 제 1 셀에 제 1 의사 GPS 신호를 제공하는 제 1 위치 정보 제공 장치(100a) 및 제 1 셀에 이웃한 제 2 셀에 제 2 의사 GPS 신호를 제공하는 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)를 포함하고, 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)는, 제 1 셀의 제 1 커버리지에 제 1 의사 GPS 신호를 방사하는 제 1 신호 방사부(130a)를 포함하고, 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)는, 제 2 셀의 제 2 커버리지에 제 2 의사 GPS 신호를 방사하는 제 2 신호 방사부(130b)를 포함하고, 제 1 위치 정보 제공 장치(100a) 및 상기 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)는, 제 1 커버리지와 제 2 커버리지 사이에 음영 구간을 형성하도록 배치될 수 있다.
일 예에서 GPS 신호 서버(200)는 설치 공간의 외부에 배치되고, 제 1 위치 정보 제공 장치(100a), 제 2 위치 정보 제공 장치(100b) 및 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)는 설치 공간 내에 사전설정된 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어 GPS 신호 서버(200)는 터널 외부에 수신부(210)인 위성 안테나 가까이에 배치될 수 있다. 예를 들어 제 1 위치 정보 제공 장치(100a), 제 2 위치 정보 제공 장치(100b) 및 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)는 터널 내부에 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
GPS 신호 서버(200)는 수신부(210)를 통해 가시권의 실제 GPS 위성으로부터 실제 GPS 신호를 수신한다. 제어부(220)는 수신된 실제 GPS 신호를 복조하여 항법 메시지 및 정밀 시각 정보를 추출한다. 통신부(230)는 추출된 항법 메시지 및 정밀 시각 정보를 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)에게 전송한다.
제 1 위치 정보 제공 장치(100a)는 통신부(110a)를 통해 GPS 신호 서버(200)로부터 수신한다. 신호 제어부(120a)는 수신된 항법 메시지 및 정밀 시각 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성한다. 신호 방사부(130a)는 생성된 의사 GPS 신호를 출력한다.
제 1 위치 정보 제공 장치(100a), 제 2 위치 정보 제공 장치(100b) 및 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)는 물리적으로 동일한 구성을 포함하는 장치이다. 예를 들어 통신부(110a, 110b, 110c), 신호 제어부(120b, 120c) 및 신호 방사부(130b, 130c)는 각각 서로 대응되는 동일한 구성에 해당한다.
GPS 신호 서버(200)의 제어부(220)에서 추출된 항법 메시지 및 정밀 시각 정보는 GPS 신호 서버(200)의 통신부(230)로부터 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)의 통신부(110a)로 전송된다. 통신부(110a)는 수신된 항법 메시지 및 정밀 시각 정보를 신호 제어부(120a)로 전달하는 한편 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)에 후속한 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)의 통신부(110b)로 전달한다. 마찬가지 방식으로 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)는 항법 메시지 및 정밀 시각 정보를 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)에게 전달한다.
다시 말하면, 위치 정보 제공 시스템(10)은 GPS 신호 서버(200) 및 적어도 하나의 위치 정보 제공 장치(100)를 포함하는 PTP 네트워크를 구성할 수 있다. 예를 들어, GPS 신호 서버(200)는 PTP 마스터로 작동하고, 제 1 위치 정보 제공 장치(100a), 제 2 위치 정보 제공 장치(100b) 및 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)는 PTP 슬레이브로 작동할 수 있다.
제 1 위치 정보 제공 장치(100a), 제 2 위치 정보 제공 장치(100b) 및 제 3 위치 정보 제공 장치(100c)는 수신된 항법 메시지 및 정밀 시각 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성한다. 생성된 의사 GPS 신호는 신호 방사부(130a, 130b, 130c)를 통해 방사된다.
도 5는 일 실시예에 따른 의사 GPS 신호의 시각 동기를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 일 실시예에 따른 가상 위성의 시각 보정 과정을 보여준다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템(10)은 설치 공간 외부에 위성 수신기와 같은 수신부(210)를 설치하여 실제 GPS 위성에 시각 동기한다.
이를 위하여, GPS 신호 서버(200)는 수신부(210)를 통해 실제 GPS 위성으로부터 수신한 신호에서 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 정밀 시각 정보(1pps)를 추출할 수 있다. 여기서 추출된 정밀 시각 정보는 위치 정보 제공 시스템(10)의 GPS 신호 서버(200) 및 위치 정보 제공 장치(100) 간에 시각 동기를 위한 기준 시각(T1)으로 제공된다.
GPS 신호 서버(200)는 실제 GPS 위성으로부터 수신한 항법 메시지 및 기준 시각(T1)을 설치 공간 내부의 가상 위성인 위치 정보 제공 장치(100)로 전송한다.
가상 위성, 즉 위치 정보 제공 장치(100)는, 신호 제어부(120)를 통해, 사전설정된 자기 좌표와 실제 GPS 위성으로부터 수신한 항법 메시지에 담긴 실제 GPS 위성의 좌표를 통하여 가상 위성의 추정 시각(T2)을 산출한다. 실제 위성의 기준 시각(T1)과 가상 위성의 추정 시각(T2)은 차이(TSM)가 있을 수 있다.
위치 정보 제공 장치(100)는, 가상 위성의 추정 시각(T2)과 가상 위성의 실제 시각(T3)과의 차이(TD)를 도출하고, 신호 제어부(120)를 통해, 실제 측정된 가상 위성의 실제 시각(T3) 및 시간 정보를 추정 시각(T2)에 동기하여 보정된 보정 시각(T4)을 생성한다.
위치 정보 제공 장치(100)는, 신호 제어부(120)를 통해, 보정 시각(T4)에 맞추어 의사 GPS 신호의 송출 시점을 결정한다. 신호 방사부(130)는, 신호 제어부(120)의 제어 하에, 보정 시각(T4)에 맞추어 결정된 송출 시점과 동기화하여 의사 GPS 신호를 송출한다.
이로써, 설치 공간 내를 이동하는 이동체의 측위가 위치 정보 제공 장치(100)로부터 수신한 의사 GPS 신호에 기반하여 이루어지는 과정에서 GPS 신호 서버(200)를 통해 발생한 시각의 지연으로 왜곡되지 않도록 할 수 있다.
위치 정보 제공 장치(100)는 실제 GPS 위성의 좌표를 변형없이 중계하고, 실제 GPS 위성에 대한 정밀 시각 동기를 수행하여 설치 공간의 내부와 외부로 진입 또는 진출 등의 이동하는 과정에서 끊김없이 핸드오버가 이루어질 수 있도록 한다.
이러한 정밀 시각 동기는 다수의 가상 위성들의 전파가 중첩되는 음영 공간 내에서도 상호왜곡을 방지할 수 있도록 하고, 음영 공간의 진출입부와 마찬가지로 끊김없이 핸드오버가 이루어질 수 있도록 한다.
도 6은 이웃한 셀 간의 예시적인 커버리지 관계를 보여주는 도면이다.
터널 등 GPS 신호의 전파 음영 구간에 GPS 의사 위성을 설치하여 GPS 위치 정보를 제공함에 있어서, 커버리지의 구성은 GPS 의사위성 신호간 간섭으로 인하여 상당한 제약을 받게 된다.
도 6의 첫번째 예는 커버리지의 경계가 중첩되지도 이격되지도 않도록 배열하는 이상적인 경우를 보여준다. 하지만, 이러한 이상적인 경우는 장비의 변동이나 장애물에 의한 페이딩 등으로 인하여 실제로는 구현하기 어렵다.
도 6의 두번째 예는 전술한 장비의 변동이나 장애물에 의한 페이딩으로 인해 커버리지 중첩하여 배열하는 경우를 보여준다. 하지만, 커버리지의 중첩으로 인하여 혼신이 유발된다.
한편, 위치 정보 제공 장치(100)의 커버리지 배열은, GPS 수신기의 두 가지 감도, 즉, 수신 유지 감도(Tracking & Navigation Sensitivity)와 수신 재개 감도(Hot Start Sensitivity) 간의 차이에 따라 또 다른 주의를 요하게 된다.
예를 들어, GPS 수신기가 제 1 셀 및 제 2 셀의 연속된 커버리지를 진행한다고 가정하면, 수신 유지 감도와 수신 재개 감도 간의 차이로 인해서, 양 커버리지 간의 경계에서 신호를 회복하기 위하여 음영이 발생할 수 있다.
도 6의 첫번째 경우 같이 두 개의 커버리지가 이상적으로 중첩되지도 이격되지도 않도록 미세 조정하였을 경우에도, 커버리지 경계 구간에서의 혼신과 음영이 나타나게 되어 잘못된 측위정보를 제공하거나 음영이 발생하는 문제를 야기한다.
한편, 도 6의 두번째 경우와 같이 음영구간을 줄이는 방향으로 중첩되도록 커버리지를 조정하면, 양 커버리지 간에 혼신(간섭) 구간이 늘어나 잘못된 측위 정보를 제공하는 문제를 야기한다.
도 6의 첫번째 및 두번째 커버리지 배열에서 보면 혼신과 음영은 서로 다르지만 GPS 기반 측위 서비스 목적에서는 의도하지 않는 결과로 작용한다.
특히, 혼신은 GPS 수신기에게 잘못된 정보를 제공하므로, 실시예에 따른 위치 정보 제공 시스템(10)에서는 도 6의 세번째 경우와 같이 커버리지를 이격하여 배열함으로써 혼신을 없애고자 한다.
도 7은 예시적인 이격된 커버리지의 경계에서의 GPS 신호 강도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7에서 선(710)은 제 1 의사 GPS 신호의 세기 변화를 나타내고, 선(720)은 제 2 의사 GPS 신호의 세기 변화를 나타낸다.
전술한대로 혼신을 없애고자 도 6c와 같이 이웃한 커버리지를 서로 이격되게 배열하면, 혼신 구간을 없앨 수 있다. 다만, 상대적으로 긴 음영 구간(S1)이 발생할 수 있다.
이러한 긴 음영 구간은, 고속으로 주행하는 차량에게 충분한 시간의 정보 제공을 못하거나 GPS 수신기가 지속적으로 낮은 수신을 할 수 있는 요인이 될 수 있다.
즉, GPS 의사 위성을 설치하여 도로 터널 등 음영 공간에 GPS 위치 정보를 제공함에 있어서 안테나를 활용한 공간 전파 방안은 음영과 혼신으로 인하여 어려움이 많은 것을 알 수 있다.
따라서, 신호 방사부(130)는, 커버리지 내에서 공간 전파의 손실이 적게 발생하고 커버리지 밖에서 손실이 급격하게 발생하는 형태의 전파 송신 수단이 필요하다.
이하에서, 음영과 혼신을 최소화하기 위한 신호 방사부(130)의 구성 및 동작에 대하여 살펴본다.
도 8a는 일 실시예에 따른 신호 방사부의 구성을 보여주는 도면이다.
실시예에 따른 신호 방사부(130)는 평형 2선식 누설 케이블을 포함할 수 있다. 즉, 신호 방사부(130)는 평행하게 연장되는 한 쌍의 도체를 포함한다. 추가적으로 신호 방사부(130)는 무반사 저항을 포함할 수 있다.
불평형 휘더와 평형 휘더는 고주파 신호를 안테나에 공급하기 위한 급전선의 형태를 의미한다. 손실이나 누설 없이 전력을 공급하는 것이 불평형 휘더와 평형 휘더의 이상적인 목적이지만, 이를 역으로 이용하여 휘더에서 어쩔 수 없이 발생하는 전송 손실은 극소화하고, 휘더의 누설을 극대화하여 전파의 방사효과를 볼 수 있다.
먼저, 불평형 휘더를 살펴보면, 불평형 휘더의 차폐 효과를 외부 도체에 슬롯을 형성하여 누설을 유도하는 것이 일반적으로 상용화된 누설 동축 케이블의 일례이다. 그러나 누설 동축 케이블은 누설을 극대화하기 위하여 외부 도체에 슬롯을 형성하여야 하고 손실을 최소화하기 위하여 내부 도체와 외부 도체의 굵기를 늘려야 하므로 중량이 증가하고 가격도 비싸지는 단점이 있다.
한편, 평형 휘더를 응용한 송신 공중선은 본래 목적인 역위상 상쇄 특성으로 인한 전파의 누설 효과를 도체 간격을 조절하여 누설 유도로 전환하여 사용함으로써, 커버리지의 중첩으로 인한 혼신을 방지하고 불평형 휘더를 응용한 누설 동축 케이블의 문제점인 중량으로 인한 낙하 사고 등을 방지할 수 있다.
평형 휘더의 도체 굵기 d는 전송 손실에 반비례하고, 도체 간격 D는 누설 손실에 비례하는 요소가 된다. 따라서 급전선의 목적으로 평형 휘더를 설계하는 경우 전송 손실을 줄이기 위하여 도체의 굵기를 늘리고 누설 손실을 줄이기 위하여 도체의 간격은 줄이게 된다.
통상의 경우와 달리 도체의 간격은 멀어질수록 역위상 상쇄 특성이 저감되므로 누설이 증대하게 된다. 따라서 평형 휘더를 신호의 전파 목적으로 설계할 경우 도체의 간격을 가능한 멀리하여 누설 효과를 달성할 수 있다. 실시예에 따른 평형 2선식 누설 케이블은 신호의 전파 및 누설 목적으로 설계된 평형 휘더를 의미한다.
도 8b는 일 실시예에 따른 신호 방사부의 동작을 보여주는 도면이다.
평형 휘더의 도체 굵기 d는 전송 손실에 반비례하고, 도체 간격 D는 누설 손실에 비례하는 요소가 된다. 이는, 도체 굵기 d가 증가하면 도체저항이 감소하므로 전송 손실이 감소하고, 도체 간격 D가 증가하면 양 도선의 전계 격리가 커지므로 상쇄가 감소하여 누설 손실이 증가하기 때문이다.
일 예에서 신호 방사부(130)는 평형 휘더의 전송 손실을 극소화하고 누설 손실을 극대화하면 전파의 방사 효과를 얻을 수 있는 점에 착안하여 평형 휘더에 기반하여 설계된 평형 2선식 누설 케이블을 통해 GPS 신호를 방사할 수 있다. 이로써, 커버리지 내에서 공간 전파의 손실이 적게 발생하고 커버리지 밖에서 손실이 급격하게 발생하므로, 위치 정보 제공 장치(100)의 설치 장소에서 이웃한 셀의 커버리지 간의 의사 GPS 신호의 음영과 혼신을 해결할 수 있다.
도 8c는 예시적인 평형 2선식 누설 케이블을 보여주는 도면이다.
평형 휘더의 특성 임피던스는, Z0 = 276log(D/d)이다. 여기서 d는 도선의 두께를 나타내고, D는 도선 간의 간격을 나타낸다. 도선의 두께(d)는 임피던스를 작게 하면서 도체 저항을 감소시켜 전송 손실을 적게 한다. 따라서 도선의 두께(d)를 먼저 결정하고, 이에 따라 도선 간격(D)을 조정하면 목적하는 특성 임피던스(Z0)를 가지도록 할 수 있다.
종래의 급전선으로서의 평형 휘더는 일반적으로 300ohm이 사용되며, 평형 휘더에서는, 도선의 간격(D)이 너무 멀어지면 각 도선 사이에 역위상으로 형성된 전계가 상쇄되어 소멸하는 것에 반대로 작용하므로 도선의 간격(D)이 너무 멀어지지 않게 설계한다.
한편, 실시예에 따른 신호 방사부(130)는 평형 2선식 누설 케이블을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 신호 방사부(130)는 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 도체를 포함할 수 있다.
일 예에서 신호 방사부(130)에 포함된 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 위치 정보 제공 장치(100)가 방사하는 의사 GPS 신호가 도달가능한 셀의 커버리지를 결정될 수 있다. 즉, 신호 방사부(130)는 이와 같은 한 쌍의 도체가 연장되는 범위에 걸쳐서 의사 GPS 신호를 방사할 수 있다.
평형 2선식 누설 케이블을 신호 방사부(130)로 사용하는 경우, 특성 임피던스(Z0)를 특정하지 않아도 되므로, 한 쌍의 도체 간의 간격(d)을 충분히 유지하여 도체에 형성되는 전계가 상쇄되지 않고 누설될 수 있도록 하여 신호를 전파하는 안테나로써 작용하도록 할 수 있다.
일 예에서, 신호 방사부(130)의 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 기반하여 위치 정보 제공 장치(100)가 방사하는 의사 GPS 신호의 세기가 결정될 수 있다.
예를 들어, 도선의 두께 2mm, 도선의 간격 8,000mm로 터널 내에 평형 휘더를 설치했다고 가정하면, 평형 휘더에 의한 안테나의 특성 임피던스(Z0)는 아래와 같이 계산된다.
특성 임피던스(Z0) = 276log(D/d) = 994.16ohm
즉, 예를 들어 8m는 평형 휘더의 도선에 형성된 전계가 상쇄되지 않을 수 있는 충분한 거리가 될 수 있으며, 평형 휘더 종단에 약 1,000ohm 의 무반사 종단저항을 설치하고 송신기의 출력 임피던스가 50ohm 이라면, 도 8c에 도시된 것처럼, 특성 임피던스(Z0)는 994.16ohm을 갖는 평형 휘더를 이용한 신호 방사부(130)를 구성할 수 있다.
마찬가지로, 도 4를 참조하여, 위치 정보 제공 시스템(10)에서 제 1 신호 방사부(130a) 및 제 2 신호 방사부(130b) 및 제 3 신호 방사부(130c)는 각각 평형 2선식 누설 케이블을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 신호 방사부(130a) 및 제 2 신호 방사부(130b) 및 제 3 신호 방사부(130c)는 각각 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 도체를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 신호 방사부(130a)의 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 따라 제 1 의사 GPS 신호의 세기가 결정되고, 제 2 신호 방사부(130b)의 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 따라 제 2 의사 GPS 신호의 세기가 결정될 수 있다.
또한, 제 1 신호 방사부(130a)의 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 제 1 의사 GPS 신호가 도달가능한 제 1 셀의 커버리지가 결정되고, 제 2 신호 방사부(130b)의 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 제 2 의사 GP 신호가 도달가능한 제 2 셀의 커버리지가 결정될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치의 의사 GPS 신호 강도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9의 그래프에서는 신호 방사부(130)에 평형 2선식 누설 케이블을 포함함으로써, 도 7의 그래프와 비교하여 음영 구간(S2)이 짧아졌음을 확인할 수 있다. 또한, 제 1 의사 GPS 신호(910)는 제 1 셀의 커버리지의 경계, 즉, 제 1 셀의 커버리지의 진출점(P2)에서 수직 감소하여 단절된다. 제 2 의사 GPS 신호(920)는 제 2 셀의 커버리지의 경계, 즉, 제 2 셀의 커버리지의 진입점(P2)에서 수직 증가하며 출현한다.
구체적으로 살펴보면, 이동체는 제 1 셀의 커버리지를 벗어남과 동시에 제 1 셀의 커버리지와 제 2 셀의 커버리지 사이에 형성된 음영 구간(S2)에 진입한다. 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)의 신호 방사부(130a)가 방사하는 제 1 의사 GPS 신호는, 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)가 배치된 제 1 셀의 커버리지의 진출점(P1)에서 단절된다.
이동체의 GPS 수신기는 제 1 셀의 커버리지와 제 2 셀의 커버리지 사이에 형성된 음영 구간(S2)을 통과하는 동안에 제 1 의사 GPS 신호를 트래킹하면서 자신의 위치를 추정할 수 있다. 이로써, 제 1 셀의 커버리지와 제 2 셀의 커버리지가 이격되어 배열됨에도 불구하고, 음영 구간(S2)이 없는 것과 다름없이 연속적인 위치 측위가 가능하다.
후속하여 이동체의 GPS 수신기는 제 2 셀의 커버리지에 진입하고, 제 2 의사 GPS 신호를 새롭게 감지하게 된다. 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)의 신호 방사부(130b)가 방사하는 제 2 의사 GPS 신호는, 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)가 배치된 제 2 셀의 커버리지의 진입점(P2)에서 출현한다. 따라서, GPS 수신기는 제 2 셀의 커버리지의 진입점에서 급격히 출현한 제 2 의사 GPS 신호를 감지하기 시작(Hot Start)하고, 제 2 의사 GPS 신호에 기반하여 정확한 위치 측위가 가능하다.
도 10은 일 실시예에 따른 GPS 수신기의 수신 신호 변화를 보여주는 도면이다.
도 10은 위치 정보 제공 장치(100)가 방사한 의사 GPS 신호를 설치 공간에서 이동하는 GPS 수신기가 수신하는 신호의 변화를 보여준다.
도 4를 참조하여 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)는 제 1 셀에 배치되고, 제 2 위치 정보 제공 장치(100b)는 제 1 셀에 후속하여 이웃한 제 2 셀에 배치된다고 전제한다. GPS 수신기 또는 GPS 수신기를 장착한 이동체(이동체는 GPS 수신기 또는 GPS 수신기를 장착한 이동체를 포괄하여 지칭함)은 제 1 셀로부터 제 2 셀로 이동한다고 가정한다.
이동체가 제 1 셀의 커버리지 범위 내에 있는 동안 이동체의 GPS 수신기는 제 1 위치 정보 제공 장치(100a)가 방사한 제 1 의사 GPS 신호를 수신한다.
이동체가 제 1 셀의 커버리지의 경계에 가까이 갈수록 이동체의 GPS 수신기에서 수신되는 제 1 의사 GPS 신호의 세기는 감소한다.
도 9를 참조하여 전술한대로, 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치(100)의 신호 방사부(130)가 방사하는 의사 GPS 신호는, 해당 위치 정보 제공 장치(100)가 배치된 셀의 커버리지의 진출점에서 단절된다. 따라서, 이동체의 GPS 수신기는 제 1 셀의 커버리지의 진출점에서 급격히 단절된 제 1 의사 GPS 신호를 트래킹 및 탐색(Tracking & Navigation)하기 시작한다.
한편, 이동체는 제 1 셀의 커버리지를 벗어남과 동시에 제 1 셀의 커버리지와 제 2 셀의 커버리지 사이에 형성된 음영 구간에 진입한다. 이동체의 GPS 수신기는 제 1 셀의 커버리지와 제 2 셀의 커버리지 사이에 형성된 음영 구간을 통과하는 동안에 제 1 의사 GPS 신호를 트래킹하면서 자신의 위치를 추정한다.
후속하여 이동체의 GPS 수신기는 제 2 셀의 커버리지에 진입하고, 제 2 의사 GPS 신호를 새롭게 감지하게 된다. 도 9를 참조하여 전술한대로, 실시예에 따른 위치 정보 제공 장치(100)의 신호 방사부(130)가 방사하는 의사 GPS 신호는, 해당 위치 정보 제공 장치(100)가 배치된 셀의 커버리지의 진입점에서 출현한다. 따라서, GPS 수신기는 제 2 셀의 커버리지의 진입점에서 급격히 출현한 제 2 의사 GPS 신호를 감지하기 시작(Hot Start)한다.
도 11은 일 실시예에 따른 위치 정보 제공 방법의 흐름도이다.
실시예에 따른 위치 정보 제공 방법은 설치 공간을 적어도 하나의 셀로 구획하는 단계(S410), 각 셀에 하나의 위치 정보 제공 장치(100)를 배치하는 단계(S420), 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 획득하는 단계(S430), 위치 정보 제공 장치(100)의 신호 제어부(120)에 의해, 항법 메시지 및 시각 동기 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성하는 단계(S440) 및 설치 공간의 하나의 셀에서, 위치 정보 제공 장치(100)의 신호 방사부(130)에 의해, 의사 GPS 신호를 방사하는 단계(S450)를 포함한다. 여기서, 구획하는 단계(S410)는, 각 셀의 커버리지를 결정하는 단계(1-1) 및 각 셀의 커버리지에 기반하여 이웃한 셀 간에 음영 구간을 배치하는 단계(1-2)를 포함할 수 있다.
여기서 단계(S410)은 GPS 신호 서버(200) 또는 CPU와 같은 프로세서를 구비한 다른 전자 장치에서 수행될 수 있다. 단계(S430) 내지 단계(S450)은 위치 정보 제공 장치(100)에서 수행될 수 있다.
단계(S410)의 설치 공간을 적어도 하나의 셀로 구획하는 단계에서, 설치 공간은, 실제 GPS 위성으로부터 실제 GPS 신호를 수신할 수 없는 전파 음영 공간을 포함할 수 있다. 예를 들어 설치 공간은 터널, 지하도 또는 건물 내부와 같은 전파 음영 공간을 포함할 수 있다.
단계(S410)은 각 셀의 커버리지를 결정하는 단계(1-1)를 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하여 전술한대로 신호 방사부(130)는 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 도체를 포함할 수 있다.
단계(S410)에서 각 셀의 커버리지를 결정하는 단계(1-1)는, 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 기반하여, 신호 방사부(130)가 방사하는 의사 GPS 신호의 세기를 계산하는 단계(1-1a) 및 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 의사 GPS 신호가 도달가능한 셀의 커버리지를 결정하는 단계(1-1b)를 포함할 수 있다.
단계(1-1a)에서 의사 GPS 신호의 세기를 계산하는 단계는, 도 7c를 참조하여 전술한 특성 임피던스(Z0) 계산식에 의해, 주어진 송신기의 출력 임피던스 하에서 신호 방사부(130)의 평형 2선식 누설 케이블의 전송 손실을 최소화하고, 누설 손실을 최대화하는 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기를 결정할 수 있다.
단계(1-1b)에서 의사 GPS 신호가 도달가능한 셀의 커버리지를 결정하는 단계는, 신호 방사부(130)의 평형 2선식 누설 케이블의 전송 손실에 기반하여 의사 GPS 신호가 도달가능한 셀의 커버리지를 결정할 수 있다.
단계(S410)은 결정된 각 셀의 커버리지에 기반하여 이웃한 셀 간에 음영 구간을 배치하는 단계(1-2)를 포함할 수 있다.
단계(1-2)는 GPS 수신기의 신호 감도(예를 들어, Tracking & Navigation 감도 및 Hot Start 감도)에 기반하여 이웃한 셀의 커버리지 사이에 음영 구간을 배치할 수 있다. 예를 들어, 단계(1-2)는 이웃한 셀의 커버리지 간에 겹침이 발생하지 않도록 음영 구간을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S420)에서 단계(S410)에서 결정된 각 셀에 하나의 위치 정보 제공 장치(100)를 배치할 수 있다.
단계(S430)에서는 단계(S420)에서 배치된 위치 정보 제공 장치(100)가 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어, 위치 정보 제공 장치(100)는 GPS 신호 서버(200)로부터 또는 이웃한 위치 정보 제공 장치(100)로부터 실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 획득할 수 있다. 여기서 시각 동기 정보는 실제 GPS 위성의 정밀 시각 정보(1pps)를 의미한다.
단계(S440)에서 위치 정보 제공 장치(100)는 단계(S440)에서 획득한 항법 메시지 및 시각 동기 정보에 기반하여 의사 GPS 신호를 생성할 수 있다. 위치 정보 제공 장치(100)는 단계(S440)에서 획득한 시각 동기 정보를 실제 위성의 기준 시각(T1)으로 하여 도 5를 참조하여 설명한 시각 보정 과정을 통해 생성한 보정 시각(T4)에 맞추어 의사 GPS 신호를 생성한다.
단계(S450)에서 위치 정보 제공 장치(100)는 설치 공간의 각 셀에서, 위치 정보 제공 장치(100)의 신호 방사부(130)에 의해, 의사 GPS 신호를 방사한다.
여기서 의사 GPS 신호는 설치 공간의 외부에서 수신가능한 실제 GPS 위성의 실제 GPS 신호에 대응하는 가상 위성 신호를 의미한다. 각 셀에 배치된 위치 정보 제공 장치(100)가 방사하는 의사 GPS 신호는 도 9를 참조하여 전술한대로 각 셀의 커버리지의 경계에서 단절되도록 구성된다.
본 발명의 명세서(특히 청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구의 범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구의 범위뿐만 아니라 이 청구의 범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.
10: 위치 정보 제공 시스템
100: 위치 정보 제공 장치
200: GPS 신호 서버

Claims (20)

  1. 이동체가 설치 공간을 소정의 이동 속도로 통과하는 동안 상기 이동체에게 위치 정보를 제공하는 위치 정보 제공 장치로서,
    실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보에 기반하여 상기 설치 공간 내부를 소정의 이동 속도로 통과하는 이동체의 위치 정보와 연계된 의사 GPS 신호를 생성하는 신호 제어부; 및
    상기 설치 공간 내부의 하나의 셀에 배치되어 상기 의사 GPS 신호를 상기 셀에 방사하는 신호 방사부
    를 포함하고,
    상기 신호 방사부는, 상기 셀의 의사 GPS 신호가 도달가능한 커버리지와 후속한 이웃 셀의 커버리지 사이에 상기 의사 GPS 신호와 상기 이웃 셀의 의사 GPS 신호가 도달하지 않는 음영 구간을 형성하도록 배치되고,
    상기 의사 GPS 신호가 상기 셀의 커버리지의 경계에서 단절되도록, 상기 신호 방사부는, 상기 셀에 선행한 이웃 셀로부터 상기 셀로 이동하는 이동체에게, 상기 셀의 커버리지의 진입점에서 상기 의사 GPS 신호가 수직 증가하여 출현하도록 방사하고, 상기 셀로부터 상기 후속한 이웃 셀로 이동하는 이동체에게, 상기 셀의 커버리지의 진출점에서 상기 의사 GPS 신호가 수직 감소하여 단절되도록 방사하고,
    상기 신호 방사부는 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 도체를 포함하고, 상기 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 상기 의사 GPS 신호가 도달가능한 상기 셀의 커버리지를 결정하는,
    위치 정보 제공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부의 GPS 신호 서버 또는 이웃한 위치 정보 제공 장치로부터 상기 항법 메시지 및 상기 시각 동기 정보를 수신하는 통신부;
    를 더 포함하는,
    위치 정보 제공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 항법 메시지 및 상기 시각 동기 정보를 후속한 이웃 위치 정보 제공 장치에게 전송하는,
    위치 정보 제공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 설치 공간은, 상기 실제 GPS 위성으로부터 실제 GPS 신호를 수신할 수 없는 전파 음영 공간을 포함하는,
    위치 정보 제공 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 제어부는,
    복수 개의 실제 위성의 항법 메시지와 상기 시각 동기 정보에 기반하여 복수 개의 의사 GPS 신호를 생성하는,
    위치 정보 제공 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 의사 GPS 신호는, 상기 설치 공간의 외부에서 수신가능한 상기 실제 GPS 위성의 실제 GPS 신호에 대응하는 가상 위성 신호인,
    위치 정보 제공 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 기반하여 상기 의사 GPS 신호의 세기가 결정되는,
    위치 정보 제공 장치.
  10. 삭제
  11. 이동체가 설치 공간을 소정의 이동 속도로 통과하는 동안 상기 이동체에게 위치 정보를 제공하는 위치 정보 제공 시스템으로서,
    설치 공간의 제 1 셀에 상기 제 1 셀을 소정의 이동 속도로 통과하는 이동체의 위치 정보와 연계된 제 1 의사 GPS 신호를 제공하는 제 1 위치 정보 제공 장치; 및
    상기 제 1 셀에 후속하여 이웃한 제 2 셀에 상기 제 2 셀을 소정의 이동 속도로 통과하는 이동체의 위치 정보와 연계된 제 2 의사 GPS 신호를 제공하는 제 2 위치 정보 제공 장치
    를 포함하고,
    상기 제 1 위치 정보 제공 장치는,
    상기 제 1 셀에 배치되어 상기 제 1 셀의 제 1 커버리지에 상기 제 1 의사 GPS 신호를 방사하는 제 1 신호 방사부를 포함하고,
    상기 제 2 위치 정보 제공 장치는,
    상기 제 2 셀에 배치되어 상기 제 2 셀의 제 2 커버리지에 상기 제 2 의사 GPS 신호를 방사하는 제 2 신호 방사부를 포함하고,
    상기 제 1 위치 정보 제공 장치 및 상기 제 2 위치 정보 제공 장치는,
    상기 제 1 커버리지와 상기 제 2 커버리지 사이에 상기 제 1 의사 GPS 신호 및 상기 제 2 의사 GPS 신호가 도달하지 않는 음영 구간을 형성하도록 배치되고,
    상기 제 1 신호 방사부 및 상기 제 2 신호 방사부는 각각 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 도체를 포함하고,
    상기 제 1 신호 방사부는, 상기 제 1 신호 방사부의 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 상기 제 1 의사 GPS 신호가 도달가능한 상기 제 1 셀의 커버리지를 결정하고,
    상기 제 2 신호 방사부는, 상기 제 2 신호 방사부의 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 상기 제 2 의사 GPS 신호가 도달가능한 상기 제 2 셀의 커버리지를 결정하고,
    상기 제 1 신호 방사부가 방사하는 상기 제 1 의사 GPS 신호가 상기 제 1 셀의 커버리지의 경계에서 단절되도록, 상기 제 1 신호 방사부는, 상기 제 1 셀로부터 상기 제 2 셀로 이동하는 이동체에게, 상기 제 1 셀의 커버리지의 진출점에서 상기 제 1 의사 GPS 신호가 수직 감소하여 단절되도록 방사하고,
    상기 제 2 신호 방사부가 방사하는 상기 제 2 의사 GPS 신호가 상기 제 2 셀의 커버리지의 경계에서 단절되도록, 상기 제 2 신호 방사부는, 상기 제 1 셀로부터 상기 제 2 셀로 이동하는 이동체에게, 상기 제 2 셀의 커버리지의 진입점에서 상기 제 2 의사 GPS 신호가 수직 증가하여 출현하도록 방사하는,
    위치 정보 제공 시스템.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 신호 방사부의 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 따라 상기 제 1 의사 GPS 신호의 세기가 결정되고,
    상기 제 2 신호 방사부의 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 따라 상기 제 2 의사 GPS 신호의 세기가 결정되는,
    위치 정보 제공 시스템.
  14. 삭제
  15. 이동체가 설치 공간을 소정의 이동 속도로 통과하는 동안 상기 이동체에게 위치 정보를 제공하는 위치 정보 제공 방법으로서,
    설치 공간을 적어도 하나의 셀로 구획하는 단계;
    각 셀에 하나의 위치 정보 제공 장치를 배치하는 단계;
    실제 GPS 위성의 항법 메시지 및 시각 동기 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보 제공 장치의 신호 제어부에 의해, 상기 항법 메시지 및 상기 시각 동기 정보에 기반하여 상기 설치 공간 내부를 소정의 이동 속도로 통과하는 이동체의 위치 정보와 연계된 의사 GPS 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 각 셀에서, 상기 위치 정보 제공 장치의 신호 방사부에 의해, 상기 의사 GPS 신호를 방사하는 단계
    를 포함하고,
    상기 구획하는 단계는,
    각 셀의 커버리지를 결정하는 단계; 및
    상기 각 셀의 커버리지에 기반하여 이웃한 셀 간에 상기 의사 GPS 신호가 도달하지 않는 음영 구간을 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 신호 방사부는 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 도체를 포함하고,
    상기 각 셀의 커버리지를 결정하는 단계는,
    상기 한 쌍의 도체의 연장 범위에 따라 상기 의사 GPS 신호가 도달가능한 상기 각 셀의 커버리지를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 의사 GPS 신호를 방사하는 단계는,
    각 셀에 배치된 상기 신호 방사부가 방사하는 상기 의사 GPS 신호는 각 셀의 커버리지의 경계에서 단절되도록, 상기 신호 방사부에 의해,
    상기 적어도 하나의 셀 중 제 1 셀로부터 상기 제 1 셀에 후속한 제 2 셀로 이동하는 이동체에게, 상기 제 2 셀의 커버리지의 진입점에서 상기 의사 GPS 신호가 수직 증가하여 출현하도록 상기 의사 GPS 신호를 방사하는 단계; 및
    상기 제 2 셀로부터 상기 제 2 셀에 후속한 제 3 셀로 이동하는 이동체에게, 상기 제 2 셀의 커버리지의 진출점에서 상기 의사 GPS 신호가 수직 감소하도록 상기 의사 GPS 신호를 방사하는 단계를 포함하는,
    위치 정보 제공 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 설치 공간은, 상기 실제 GPS 위성으로부터 실제 GPS 신호를 수신할 수 없는 전파 음영 공간을 포함하는,
    위치 정보 제공 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 의사 GPS 신호는, 상기 설치 공간의 외부에서 수신가능한 상기 실제 GPS 위성의 실제 GPS 신호에 대응하는 가상 위성 신호인,
    위치 정보 제공 방법.
  18. 삭제
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 각 셀의 커버리지를 결정하는 단계는,
    상기 한 쌍의 도체의 도체 간격 및 도체 굵기에 기반하여 상기 신호 방사부가 방사하는 상기 의사 GPS 신호의 세기를 계산하는 단계
    를 더 포함하는,
    위치 정보 제공 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 음영 구간을 배치하는 단계는,
    상기 이웃한 셀의 커버리지 간에 겹침이 발생하지 않도록 상기 음영 구간을 배치하는 단계
    를 포함하는,
    위치 정보 제공 방법.
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