KR102489490B1 - 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하기 위한 것으로, 위치를 추정하는 방법은, 단말 및 라디오 유닛(radio unit) 간 신호 전파 시간에 기초하여 후보 영역들을 결정하는 과정과, 상기 단말에 의해 측정된 서빙 셀 및 적어도 하나의 이웃 셀에 대한 신호 세기 패턴에 따라 상기 후보 영역들 중 적어도 하나의 영역을 상기 단말의 위치로 결정하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING LOCATION OF TERMINAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 단말의 위치 추정에 관한 것이다.
최근 스마트폰(smart phone) 등을 비롯한 다양한 장치들에서, 위치 정보에 기반한 서비스들이 제공되고 있다. 상기 위치 정보에 기반한 서비스는 해당 장치가 위치 추정 기능을 구비함을 전제로 제공 가능하다. 위치 추정을 위해, GPS(Grobal Positioning System) 수신기 등과 같은 별도의 장치가 이용될 수 있고, 또는, 기지국 등의 접속 노드로부터 수신되는 신호가 이용될 수 있다. 예를 들어, 3개 이상의 기지국들로부터의 신호들을 이용한 삼각 측량법이 사용될 수 있다.
그러나, 최근 통신 시스템이 다양한 형태로 개발됨에 따라, 종래의 위치 추정 기법을 그대로 적용하기 어려운 상황이 발생할 수 있다. 예를 들어, 하나의 기지국을 위해 다수의 라디오 유닛(radio unit)들이 존재하고, 다수의 라디오 유닛들이 지리적으로 분산 설치될 수 있다. 이 경우, 신호원(signal source)의 위치가 하나로 특정되지 아니하므로, 위치 추정에 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 기지국이 다수의 라디오 유닛(radio unit)들로 구성되는 경우 단말의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 기지국이 다수의 라디오 유닛들로 구성되는 경우 단말이 접속한 라디오 유닛을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 신호 전파(propagation) 시간 및 신호 세기 패턴에 기초하여 단말의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하는 방법은, 단말 및 라디오 유닛(radio unit) 간 신호 전파 시간에 기초하여 후보 영역들을 결정하는 과정과, 상기 단말에 의해 측정된 서빙 셀 및 적어도 하나의 이웃 셀에 대한 신호 세기 패턴에 따라 상기 후보 영역들 중 적어도 하나의 영역을 상기 단말의 위치로 결정하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하는 장치는, 단말 및 라디오 유닛(radio unit) 간 신호 전파 시간에 기초하여 후보 영역들을 결정하고, 상기 단말에 의해 측정된 서빙 셀 및 적어도 하나의 이웃 셀에 대한 신호 세기 패턴에 따라 상기 후보 영역들 중 적어도 하나의 영역을 상기 단말의 위치로 결정하는 프로세서를 포함한다.
무선 통신 시스템에서 동일한 셀 식별자(cell identifier)를 사용하는 다수의 라디오 유닛(radio unit)들로 구성된 셀 동작의 특성을 고려하여 단말의 위치를 추정함으로써, 기지국이 동일한 셀 식별자를 사용하는 환경에서 단말에 대한 추정 위치 범위를 좁히거나, 가장 가능성이 높은 위치를 단말 추정 위치로 선택할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 측위 모듈의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 측위 모듈의 동작 절차를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호 전파(propagation) 시간에 기초하여 영역들을 결정하는 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호 세기 패턴에 기초하여 영역을 결정하는 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 서빙 셀이 복수의 라디오 유닛(radio unit)들로 구성되고 이웃 셀들이 하나의 라디오 유닛으로 구성된 상황을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 후보 영역 선택 결과의 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호 세기 측정 및 위치 추정 결과의 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 서빙 셀 및 이웃 셀들이 다수의 라디오 유닛들로 구성된 상황을 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 측위 모듈의 동작 절차를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하기 위한 기술에 대해 설명한다.
이하 설명에서 사용되는 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어, 지리적 위치의 단위를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들이 일부 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 다수의 라디오 유닛(radio unit)들을 포함하는 기지국을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하고 있으나, 둘 이상의 기지국들이 존재할 수 있다.
도 1을 참고하면, 통신 커버리지(coverage) 확장을 목적으로, 디지털 유닛(digital unit) 112에 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3이 연장/연결될 수 있다. 이때, 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 캐스캐이드(cascade) 형태로 연결될 수 있다. 디지털 유닛 112 및 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 하나의 기지국을 구성한다. 디지털 유닛 112은 데이터의 변조/복호, 채널 부호화/복호화, 스케줄링, 디지털 신호의 처리 등의 기능을 수행하고, 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 무선 채널을 통해 단말과 신호를 송신 및 수신한다. 디지털 유닛 112은 데이터 유닛(data unit), 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 무선 원격 헤드(radio remote head, RRH)로 지칭될 수 있다. 디지털 유닛 112 및 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3 간 연결은 CPRI(common public radio interface)에 기반할 수 있다.
또한, 시스템은 측위 모듈 120을 포함한다. 측위 모듈 120은 단말의 위치를 추정하기 위해 필요한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 측위 모듈 120은 위치를 추정하기 위해 필요한 정보를 수집하고, 수집된 정보에 기초하여 단말의 위치를 추정한다. 측위 모듈 120은 별도의 망 객체로 구현되거나, 디지털 유닛 112의 일부로 구현되거나, 다른 망 엔티티(예: MME(mobility management entity) 등)의 일부로서 구현될 수 있다. 또는, 측위 모듈 120은 단말의 일부로서 구현되거나, 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3 중 어느 하나의 일부로서 구현될 수 있다.
다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 리피터(repeater) 모드로 동작할 수 있다. 리피터 모드는 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3이 동일한 신호를 송신하는 동작 모드를 의미한다. 이 경우, 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 하향링크 통신 시 동일 시점에서의 RF(radio frequency) 송신을 위한 버퍼링(buffering) 동작을 수행한다. 또한, 상향링크 통신 시, 단말이 어느 노드(node)에 접속하고 있는지에 상관없이, 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 디지털 유닛 112에서의 수신 동기를 맞추기 위한 버퍼링(buffering)을 수행한다. 따라서, 디지털 유닛 112 및 상위 노드는 단말이 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3 중 어느 노드에 접속 중인지 알 수 없다. 또한, 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3의 커버리지들은 모두 동일한 셀 식별자(cell identifier)로 관리되므로, 단말 역시 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3 중 어느 노드에 접속 중인지 알 수 없다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 측위 모듈의 구성을 도시한다. 도 2는 측위 모듈 120의 구성을 예시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2를 참고하면, 측위 모듈 120은 프로세서 210 및 저장부 220를 포함한다. 프로세서 210는 측위 모듈 120의 동작을 제어한다. 저장부 220는 측위 모듈 120의 동작을 위한 기본 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 220는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 특히, 저장부 220는 신호 세기 패턴 정보를 저장한다. 신호 세기 패턴 정보는 위치 추정을 위해 사용되는 데이터로서, 신호 세기 패턴들에 대응하는 지리적 영역들을 나타낸다. 여기서, 영역은 위치를 나타내는 단위로서, '빈(bin)'이라 지칭될 수 있다. 또한, 도 2에 도시되지 아니하였으나, 측위 모듈 120은 단말의 위치 추정에 필요한 정보를 수신하는 수신부를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 측위 모듈의 동작 절차를 도시한다. 도 3은 측위 모듈 120의 동작 방법을 예시한다.
도 3을 참고하면, 측위 모듈 120은 301단계에서 신호 전파(propagation) 시간에 기초하여 후보 영역들을 결정한다. 단말 및 라디오 유닛 간 신호 전파 시간은 거리에 비례한다. 따라서, 측위 모듈 120은 신호 전파 시간에 기초하여, 신호원(예: 라디오 유닛) 및 단말 간 거리를 추정할 수 있다. 그리고, 측위 모듈 120은 거리에 기초하여 후보 영역들을 결정할 수 있다. 이때, 다수의 라디오 유닛들이 존재하므로, 다수의 신호원들이 고려되고, 신호원들 각각에 대응하는 후보 영역 집합들이 결정된다. 다시 말해, 라디오 유닛 당 하나의 후보 영역 집합이 결정될 수 있다.
이후, 측위 모듈 120은 303단계로 진행하여 신호 세기 패턴에 기초하여 후보 영역들 중 적어도 하나를 단말의 위치로 결정한다. 신호 세기 패턴은 서빙 셀을 포함한 적어도 하나의 이웃 셀에 대한 신호 세기들의 조합을 의미한다. 단말이 어느 영역에 위치하는지에 따라 서빙 셀 및 적어도 하나의 이웃 셀과의 거리 관계가 변화하므로, 단말에서 측정되는 신호 세기 패턴은 달라진다. 따라서, 측위 모듈 120은 미리 정의된 신호 세기 패턴 정보를 단말에 의해 측정된 신호 세기 패턴과 비교함으로써 단말이 위치한 영역을 결정할 수 있다. 구체적으로, 측위 모듈 120은 미리 정의된 신호 세기 패턴 정보에서 후보 영역들에 대응하는 신호 세기 패턴들을 확인한다. 그리고, 측위 모듈 120은 확인된 신호 세기 패턴들 및 단말에 의해 측정된 신호 세기 패턴과의 유사성(likelihood)에 기초하여 적어도 하나의 패턴을 검색하고, 대응하는 영역을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 측위 모듈 120은 최대 유사성을 가지는 영역만을 단말의 위치로 결정할 수 있다. 이 경우, 대부분의 경우, 하나의 영역만이 단말의 위치로 결정된다.
또는, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 측위 모듈 120은 일정 수준 이상의 유사성을 가지는 적어도 하나의 영역을 단말의 위치로 결정할 수 있다. 여기서, 유사성은 다양한 방식으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 유사성은, 미리 정의된 신호 세기 패턴 및 측정된 신호 세기 패턴 간 셀 별 차이 값들에 기초하여 결정되도록 정의될 수 있다. 이 경우, 측위 모듈 120은 후보 영역 별 신호 세기 패턴의 유사성를 산출하고, 임계치 이상의 유사성를 가지는 적어도 하나의 후보 영역을 단말의 위치로 결정할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, '일정 수준 이상의 유사성을 가지는 영역/후보 영역'은 '우수 후보 영역'이라 지칭된다.
또는, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 측위 모듈 120은 우수 후보 영역들 중 유사성의 큰 차이가 없는 적어도 하나의 후보 영역을 단말의 위치로 결정할 수 있다. 다시 말해, 측위 모듈 120은 제1 임계치 이상의 유사성를 가지는 후보 영역들 중 제2 임계치 이하의 유사성 차이를 가지는 적어도 하나의 영역을 단말의 위치로 결정할 수 있다. 이 경우, 우수 후보 영역이라도, 후보 영역들 간 유사성의 차이에 따라 일부 후보 영역은 선택되지 아니할 수 있다.
도 3을 참고하여 설명한 실시 예에 따르면, 303단계에서, 측위 모듈 120은 라디오 유닛에 대한 고려 없이 모든 후보 영역들에 대응하는 신호 세기 패턴을 검사한다. 이때, 위치 결정의 기준을 일정 수준 이상의 유사성으로 정의하는 경우, 둘 이상의 영역들이 단말의 위치로서 결정될 수 있다. 나아가, 서로 다른 라디오 유닛들의 커버리지들에 속한 둘 이상의 영역들이 단말의 위치로서 결정될 수 있다. 이 경우, 단말이 어느 라디오 유닛에 접속하고 있는지 특정하기 곤란한 단점이 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 단말의 최종 위치로서 결정 가능한 후보 영역들이 하나의 라디오 유닛의 커버리지에 포함되는 하나의 후보 영역 집합으로 제한될 수 있다.
후보 영역들은 다양한 방식에 따라 제한될 수 있다. 예를 들어, 측위 모듈 120은 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 포함하는 후보 영역 집합만을 고려할 수 있다. 이 경우, 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 포함하는 후보 영역 집합에 포함되지 아니하는 후보 영역이 일정 수준 이상의 유사성을 가지더라도, 단말의 위치로서 선택되지 아니한다. 다른 예로, 측위 모듈 120은 각 후보 영역 집합들에 포함된 일정 수준 이상의 유사성을 가지는 후보 영역의 개수를 계산하고, 가장 많은 일정 수준 이상의 유사성을 가지는 후보 영역을 포함하는 후보 영역 집합만을 고려할 수 있다.
도 3의 301단계에서 신호 전파 시간에 기초한 후보 영역 결정은, 도 4와 같은 방식으로 수행될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호 전파 시간에 기초하여 영역들을 결정하는 예를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기지국 110 및 단말 100이 통신을 수행하는 경우, 기지국 110을 기준으로 서로 다른 거리에 분포해 있는 단말들의 상향링크 동기를 위해, 단말 100의 송신 타이밍을 기지국 110 및 단말 100 간 RTT(round-trip time) 만큼 보상하는 절차가 수행될 수 있다. LTE 시스템의 경우, RTT에 대한 보상 값은 'TA(timing advance)'라 지칭되는 제어 정보를 통해 교환된다. TA는 기지국 110에서 단말 100로 제공되는 제어 정보이다, LTE 규격에 따르면, 1TA는 0.52μsec를 나타내고, 이는 단방향(one-way) 기준으로 78m에 해당한다. 따라서, TA 정보로부터 단말 100 및 기지국 110 간 거리가 추정될 수 있다. 그러나, TA가 단말 100 및 기지국 110 간 각도(angle) 정보를 제공하지는 아니하므로, TA 만으로는 셀 영역 내에서 단말 100의 위치가 정확하게 판단될 수 없다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 기지국 110으로부터 일정 거리만큼 떨어진 위치에 분포된 후보 영역들이 결정될 수 있다.
도 3의 303단계에서 신호 세기 패턴에 기초한 위치 결정은, 도 5와 같은 방식으로 수행될 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호 세기 패턴에 기초하여 영역을 결정하는 예를 도시한다. 도 5는 하나의 영역을 선택하는 경우를 예시한다. 도 5를 참고하면, (a)와 같이 영역들이 구획된 상황에서, (b)와 같이 각 영역에서의 전파 특성 값을 미리 측정하여 미리 정의된 라디오 맵(radio map)이 사용될 수 있다. 즉, 라디오 맵은 데이터베이스(database)화된 후 측위 모듈 120에 제공되고, 측위 모듈 120은 현재 측정된 전파 특성 값과 데이터베이스의 값을 비교해서 유사성에 따라 추정 위치를 결정한다. 예를 들어, 유사성 정도에 대한 판단을 위해 베이지안 이론(Bayesian theory)이 활용될 수 있다. 위치 좌표는 글로벌 빈-맵 구성(global bin-map configuration)을 이용해 빈 단위로 빈 식별자에 의해 구분될 수 있다. 이러한 기법은 '핑거프린팅(fingerprinting)'이라 불린다.
구체적으로, 빈 단위 위치 좌표 사용 환경에서, 무선랜(wireless local area network, WLAN) 환경에서의 핑거프린팅 기법 적용 예는 다음과 같다. 빈 마다 측정한 인접 AP(access point)들 110-1, 110-2, 110-3, 110-4로부터의 수신 신호 세기 지시자(received signal strength indication, 이하 'RSSI')에 따라 라디오 맵이 정의되고, 측위 모듈 120은 라디오 맵 및 현재 측정한 전파 특성 값을 비교함으로써 유사성이 가장 높은 빈을 단말 100의 위치로 추정할 수 있다. 도 5의 경우, 측정 값은 {-40, -61, -79, -73}이며, {-47, -57, -77, -81}로 정의된 영역 B4가 단말 100의 위치로 추정되었다. LTE 시스템과 같은 셀룰러 시스템도 이와 유사하게 측정 보고(measurement report, MR) 정보 및 라디오 맵 간 비교를 통해 단말의 위치를 추정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 측위 모듈 120은 동일한 셀 식별자를 사용하는 다수의 라디오 유닛들에 대해서, 각 라디오 유닛의 커버리지 별로 신호 전파 시간(예: TA) 기반 송신단 및 수신단 간 거리 추정 및 핑거프린팅 기법을 적용한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 방법은 측위 대상 단말의 위치 후보군, 즉, 후보 영역 집합을 결정하는 단계, 각 라디오 유닛의 커버리지 별 위치 후보군 정보로부터 해당 단말이 다수의 라디오 유닛들 중 중 접속하고 있는 라디오 유닛을 결정하는 단계, 해당 라디오 유닛의 서비스 영역 내에서 가장 적합한 특정 위치 또는 복수의 위치 후보군을 선택하는 단계로 구성될 수 있다. 또는, 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 방법은, 동일한 셀 식별자를 사용하는 다수의 라디오 유닛들에 의한 전체 커버리지에 대해 신호 전파 시간 기반 거리 추정 및 핑거프린팅 기법을 적용함으로써, 유사성이 일정 수준 이상의 위치 후보군을 찾는 단계, 해당 위치 후보군 내에서 가장 적합한 특정 위치 또는 복수의 위치 후보군을 선택하는 단계로 구성될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 위치 추정이 구체적인 예시와 함께 설명된다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 서빙 셀이 복수의 라디오 유닛들로 구성되고 이웃 셀들이 하나의 라디오 유닛으로 구성된 상황을 도시한다. 도 6은 디지털 유닛 112으로부터 측위에 필요한 입력(inputs) 정보를 제공받을 수 있는 측위 모듈 120이 시스템에 탑재되어 있는 환경을 예시한다.
도 6을 참고하면, 측위 모듈 120은 디지털 유닛 112의 일부이거나, 별도의 객체 또는 다른 객체의 일부로서 디지털 유닛 112과 통신할 수 있다. 서빙 셀은 동일한 셀 식별자를 가지는 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3로 구성된다. 다수의 이웃 셀(neighbor cell)들이 존재하며, 각 이웃 셀은 서로 다른 셀 식별자를 이용하는 하나의 라디오 유닛으로 구성된다. 구체적으로, PCID(physical cell identifier) 1을 사용하는 라디오 유닛 151로 구성된 이웃 셀#1, PCID 2를 사용하는 라디오 유닛 152로 구성된 이웃 셀#2, PCID 3를 사용하는 라디오 유닛 153로 구성된 이웃 셀#3, PCID 4를 사용하는 라디오 유닛 154로 구성된 이웃 셀#4, PCID 5를 사용하는 라디오 유닛 155로 구성된 이웃 셀#5, PCID 6을 사용하는 라디오 유닛 156로 구성된 이웃 셀#6, PCID 7을 사용하는 라디오 유닛 157로 구성된 이웃 셀#7, PCID 8을 사용하는 라디오 유닛 158로 구성된 이웃 셀#8이 존재한다.
측위 모듈 120은 글로벌 빈-맵 구성 기반으로 동작할 수 있다. 입력 정보는 라디오 유닛 별 위치 정보(예: 좌표), 라디오 유닛 별 안테나 정보(예: 송신 전력, 빔 로브(beam lobe), 높이(height), 틸트(tilt) 등), 라디오 유닛들의 커버리지, 측위 대상 단말의 측정 보고(예: 셀 식별자, 기준 신호 수신 전력(reference signal received power, 이하 'RSRP'), 측위 대상 단말의 TA 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3은 모두 리피터 모드로 동작하며, 무지향성(omni-directional) 안테나를 사용한다. 단말 100은 서빙 셀로부터의 신호로서, 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3로부터 송신되는 신호들에 대한 결합된(combined) 신호의 RSRP를 측정한다. 또한, 단말 100은 이웃 셀들에 대한 RSRP도 측정한다. 그리고, 단말 100은 서빙 셀 및 이웃 셀들에 대한 RSRP를 측정 보고에 반영하고, 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3을 통해 디지털 유닛 112으로 상향링크를 통해 보고한다. 디지털 유닛 112은 단말 100로부터 상향링크 신호를 수신하고, TA를 결정한 후, 단말 100로 제공한다. 디지털 유닛 112은 특정 단말의 측정 보고 및 TA를 측위 모듈 120에게 제공한다. 이에 따라, 측위 모듈 120은 단말 100에 대한 신호 전파 시간 및 신호 세기 패턴에 대한 정보를 획득한다.
다음으로, 측위 모듈 120은 TA 값에 기초하여 단말 100이 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3 중 하나의 커버리지 내에 위치한다고 가정하고, TA 값을 이용하여 단말 100이 위치할 수 있는 후보 영역들을 찾는다. 예를 들어, 후보 영역들은 도 7과 같이 결정될 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 후보 영역 선택 결과의 예를 도시한다. 도 7을 참고하면, 라디오 유닛 114-1에 대하여 하나의 후보 영역 집합이 결정되었다. TA에 의해 결정되는 예상 거리로부터 일정 범위 내에 속하는 후보 영역들이, 라디오 유닛 114-1에 대응하는 후보 영역 집합에 포함된다.
이어, 라디오 유닛 114-1에 대응하는 후보 영역 집합에 대하여, 측위 모듈 120은 단말 100의 측정 보고를 통해 확인되는 신호 세기 패턴을 핑거프린팅 기법에 의한 라디오 맵 데이터베이스와 비교한다. 즉, 측위 모듈 120은 단말 100에 의해 측정된 신호 세기 패턴과 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 찾는다. 최대 유사성을 가지는 후보 영역은 도 8과 같이 결정될 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호 세기 측정 및 위치 추정 결과의 예를 도시한다. 도 8의 (a)을 참고하면, 단말 100에 의해 측정된 신호 세기 패턴은 {-40.1, -202.3, -86.1, -201.7, …, -70.4}이다. 측정된 신호 세기 패턴은 (b)와 같은 라디오 맵 데이터베이스에 저장된 패턴들과 중 후보 영역의 패턴들과 비교된다. 이에 따라, (c)와 같이, 최대 유사성을 가지는 하나의 후보 영역이 선택된다. 이때, 단말 100에 의해 측정된 신호 세기 패턴 및 라디오 맵 데이터베이스 간 유사성을 기준으로, 일정 수준 이상의 유사성을 가지면서, 유사성의 차이가 크지 아니한 다수의 후보 영역들이 존재하는 경우, 다수의 후보 영역들이 모두 최종 선택 가능한 후보 영역들로 고려될 수 있다.
다음으로, 나머지 라디오 유닛들 114-2, 114-3에 대하여, 측위 모듈 120은 유사한 절차를 수행한다. 즉, 측위 모듈 120은 나머지 라디오 유닛들 114-2, 114-3에 대하여 TA 기반 위치 후보군 탐색 및 핑거프린팅 기법을 적용함으로써, 각각의 라디오 유닛 별로 유사성이 가장 높은 후보 영역을 찾는다. 단, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 측위 모듈 120은 모든 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3에 대한 절차를 병렬로 진행할 수 있다. 예를 들어, 측위 모듈 120은 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3에 대한 후보 영역 집합들을 결정한 후, 각 후보 영역 집합에 대하여 순차적으로 또는 모든 후보 영역 집합에 대하여 동시에, 라디오 맵 데이터베이스 탐색 동작을 수행할 수 있다.
다음으로, 측위 모듈 120은 단말이 접속하고 있는 라디오 유닛을 선택한다. 측위 모듈 120은 전체 후보 영역 중, 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 포함하는 후보 영역 집합에 대응하는 라디오 유닛을 접속된 라디오 유닛으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 라디오 유닛 114-1에 대응하는 후보 영역 집합 중 최대 유사성을 가지는 후보 영역의 유사성이 L1이고, 라디오 유닛 114-2에 대응하는 후보 영역 집합 중 최대 유사성을 가지는 후보 영역의 유사성이 L2이고, 라디오 유닛 114-3에 대응하는 후보 영역 집합 중 최대 유사성을 가지는 후보 영역의 유사성이 L3이며, L1이 L2 및 L3보다 크다면, 측위 모듈 120은 라디오 유닛 114-1을 접속된 라디오 유닛으로 선택한다. 또는, 측위 모듈 120은 가장 많은 유사성이 일정 수준인 이상의 후보 영역들을 포함하는 후보 영역 집합에 대응하는 라디오 유닛을 접속된 라디오 유닛으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 라디오 유닛 114-1에 대응하는 후보 영역 집합 중 일정 수준 이상 유사성을 가지는 후보 영역의 개수가 N1이고, 라디오 유닛 114-2에 대응하는 후보 영역 집합 중 일정 수준 이상 유사성을 가지는 후보 영역의 개수가 N2이고, 라디오 유닛 114-3에 대응하는 후보 영역 집합 중 후보 영역 집합 중 일정 수준 이상 유사성을 가지는 후보 영역의 개수가 N3이며, N1이 N2 및 N3보다 크다면, 측위 모듈 120은 라디오 유닛 114-1을 접속된 라디오 유닛으로 선택한다.
이어, 측위 모듈 120은 최종 추정 위치를 선택한다. 측위 모듈 120은 접속된 라디오 유닛의 커버리지 내에서 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 선택한다. 그리고, 유사성이 일정 수준 이상이면서, 차이가 크지 아니한 다수의 후보 영역들이 존재하는 경우, 측위 모듈 120은 다수의 후보 영역들을 단말 100의 추정 위치로 모두 선택할 수 있다. 다시 말해, 유사성이 제1 임계값 이상이면서, 제2 임계치 이하의 유사성 차이를 가지는 다수의 영역들이 추정 위치로서 결정될 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 측위 모듈 120은 단말 100이 접속한 라디오 유닛에 대한 선택을 생략할 수 있다. 이 경우, 측위 모듈 120은 셀을 구성하는 모든 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3의 커버리지에 대해서 TA 값을 기준으로 가능한 위치 후보군을 찾은 후, 위치 후보군에 대해서 핑거프린팅 기법 적용함으로써 일정 수준의 유사성을 가지면서, 유사성들 간 차이가 크지 않은 영역들을 모두 위치 추정 결과로 선택할 수 있다. 이로 인해, 단계가 간략화되는 장점이 있으나, 서로 다른 라디오 유닛들의 커버리지들에서 추정 위치가 발생할 수 있다. 이 경우, 단말이 어떤 라디오 유닛에 접속하고 있는지를 판단하기 어려울 수도 있는 단점이 있다.
도 6과 달리, 이웃 셀들도 다수의 라디오 유닛들을 포함하는 상황이 가능하다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 서빙 셀 및 이웃 셀들이 다수의 라디오 유닛들로 구성된 상황을 도시한다.
도 9의 (a)를 참고하면, 측위 모듈 120은 디지털 유닛 112의 일부이거나, 별도의 객체 또는 다른 객체의 일부로서 디지털 유닛 112과 통신할 수 있다. 서빙 셀은 동일한 셀 식별자를 가지는 다수의 라디오 유닛들 114-1, 114-2, 114-3로 구성된다. 다수의 이웃 셀들이 존재하며, 각 이웃 셀도 다수의 라디오 유닛들로 구성된다. 구체적으로, PCID 1을 사용하는 라디오 유닛들 151-1, 151-2, 151-3으로 구성된 이웃 셀#1, PCID 2를 사용하는 라디오 유닛들 152-1, 152-2, 152-3로 구성된 이웃 셀#2이 존재한다. 도 9의 (a)와 같은 경우, 핑거프린트에 의한 라디오 맵 데이터베이스에 네트워크 환경의 특성이 반영되어야 한다. 인접 셀의 다수의 라디오 유닛들로터 수신된 신호들에 대한 결합된 신호의 RSRP가 라디오 맵에 반영되면, 단말 100의 측정 보고에도 결합된 신호의 RSRP가 포함될 것이므로, 상술한 바와 동일하게 단말 100의 위치가 추정될 수 있다. 즉, 측위 모듈 120은 (a)와 같은 측정 보고에 의한 신호 세기 패턴 및 (b)와 같은 결합된 신호의 RSRP를 반영한 라디오 맵을 이용하여, 단말 100의 위치를 추정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 측위 모듈의 동작 절차를 도시한다. 도 10은 측위 모듈 120의 동작 방법을 예시한다.
도 10을 참고하면, 측위 모듈 120은 1001단계에서 측위 대상 단말의 TA, 측정 보고, 라디오 유닛 별 위치 좌표, 라디오 유닛 별 안테나 정보를 수집한다. 단말의 TA, 측정 보고, 라디오 유닛 별 위치 좌표, 라디오 유닛 별 안테나 정보 중 적어도 하나는 라디오 유닛을 제어하는 디지털 유닛으로부터 수신될 수 있다. TA 및 측정 보고는 단말의 위치에 따라 달라지는 값들이므로, 측위 대상 단말이 특정된 후, 제공될 수 있다. 그러나, 라디오 유닛 별 위치 좌표, 라디오 유닛 별 안테나 정보는 라디오 유닛의 설치와 함께 결정되므로, 미리 제공될 수 있다.
이어, 측위 모듈 120은 1003단계로 진행하여 특정 라디오 유닛의 서비스 영역 내에서 TA 값 기반 위치 후보군을 선택한다. 다시 말해, 측위 모듈 120은 단말이 라디오 유닛들 중 어느 하나의 커버리지 내에 위치한다고 가정하고, TA 값을 이용하여 단말이 위치할 수 있는 후보 영역들을 결정한다. TA에 의해 결정되는 예상 거리로부터 일정 범위 내에 속하는 후보 영역들이, 특정 라디오 유닛에 대응하는 후보 영역 집합에 포함된다.
이어, 측위 모듈 120은 1005단계로 진행하여 탐색된 위치 후보군 중 핑거프린팅 기법을 적용함으로써, 최적 일치(best matching) 영역을 선택한다. 다시 말해, 측위 모듈 120은 특정 라디오 유닛에 대응하는 후보 영역 집합에 대하여, 단말의 측정 보고를 통해 확인되는 신호 세기 패턴을 핑거프린팅 기법에 의한 라디오 맵 데이터베이스와 비교한다. 그리고, 측위 모듈 120은 측정된 신호 세기 패턴과 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 결정한다.
이후, 측위 모듈 120은 1007단계로 진행하여 동일 셀 식별자를 사용하는 전체 라디오 유닛들에 대하여 각각 최적 일치 영역이 선택되었는지 판단한다. 즉, 측위 모듈 120은 서빙 셀의 모든 라디오 유닛들에 대하여 후보 영역 집합을 결정하고, 라디오 유닛 별 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 결정하였는지 판단한다. 만일, 전체 라디오 유닛들에 대하여 각각 최적 일치 영역이 선택되지 아니하였으면, 측위 모듈 120은 1003단계로 되돌아가, 다음 라디오 유닛에 대하여 1003단계, 1005단계를 반복한다.
반면, 전체 라디오 유닛들에 대하여 각각 최적 일치 영역이 선택되었으면, 측위 모듈 120은 1009단계로 진행하여 단말이 접속된 라디오 유닛을 선택하고, 단말의 추정 위치를 선택한다. 측위 모듈 120은 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 포함하는 후보 영역 집합에 대응하는 라디오 유닛을 또는 가장 많은 유사성이 일정 수준인 이상의 후보 영역들을 포함하는 후보 영역 집합에 대응하는 라디오 유닛을 접속된 라디오 유닛으로 선택할 수 있다. 그리고, 측위 모듈 120은 접속된 라디오 유닛의 커버리지 내에서 최대 유사성을 가지는 후보 영역을 추정 위치로서 결정할 수 있다. 또는, 유사성이 일정 수준 이상이면서, 차이가 크지 아니한 다수의 후보 영역들이 존재하는 경우, 측위 모듈 120은 다수의 후보 영역들을 추정 위치로 모두 결정할 수 있다.
이후, 측위 모듈 120은 1011단계로 진행하여 단말의 추정 위치 또는 복수의 추정 위치 후보군을 위치 정보로서 결정한다. 이에 따라, 측위 모듈 120은 단말의 위치 정보를 필요로 하는 다른 객체로 위치 정보를 송신 또는 출력할 수 있다.
본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 발명이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 단말 및 서빙 기지국(serving base station)의 복수의 라디오 유닛들(radio units) 중 하나의 라디오 유닛(radio unit) 간 신호 전파 시간, 상기 라디오 유닛들 각각의 위치, 및 상기 라디오 유닛들 각각의 안테나 정보를 수신하는 과정과,
    상기 신호 전파 시간에 기초하여 후보 영역들을 결정하는 과정과, 상기 후보 영역들은 상기 라디오 유닛들 각각에 대하여 식별되고,
    미리 결정된 지도(map)과 상기 라디오 유닛들 각각에 의하여 측정된 신호 세기 패턴을 비교하여 상기 후보 영역들 중에서 적어도 하나의 영역을 식별하는 과정과,
    상기 라디오 유닛들 각각에 대해서, 상기 적어도 하나의 영역이 식별되어지는지 여부를 결정하는 과정과, 상기 라디오 유닛들은 동일한 셀 식별자(cell identifier)를 사용하고,
    상기 적어도 하나의 영역이 상기 라디오 유닛들 모두에 대하여 식별된 경우, 상기 라디오 유닛들 중 하나의 라디오 유닛을 식별하는 과정과, 상기 라디오 유닛은 가장 높은 유사성을 가지는 상기 적어도 하나의 영역을 포함하는 커버리지(coverage)에 대응하고,
    상기 라디오 유닛을 기반으로 상기 단말의 상기 위치를 식별하는 과정을 포함하고,
    상기 미리 결정된 지도는 상기 후보 영역들에 대한 미리 측정된 신호 세기 값들을 포함하고,
    상기 미리 결정된 지도는 상기 서빙 기지국 및 적어도 하나의 이웃 기지국(neighbor base station)에 대한 미리 측정된 신호 세기 값들을 상기 후보 영역들에 매핑한 데이터베이스(database)로서 제공되며,
    상기 서빙 기지국의 상기 라디오 유닛들은 지리적으로 분포되고 직렬로 연결되어 있는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말의 위치를 식별하는 과정은
    복수의 후보 영역 그룹들 중에서 하나의 후보 영역 그룹이 속하는 후보 영역들 중에서 상기 단말의 상기 위치를 식별하는 과정을 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단말의 위치를 식별하는 과정은,
    임계 값보다 크거나 같은 유사성을 가지는 후보 영역들을 가장 많이 포함하는 커버리지에 대응하는 라디오 유닛을 선택하는 과정을 포함하는 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 전파 시간은, TA(timing advance) 정보로부터 결정되는 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 영역은, 상기 후보 영역들에 대응하는 미리 정의된 신호 세기 패턴들 중, 상기 신호 세기 패턴과 제1 임계치 이상의 유사성을 가지며, 상호 간 유사성의 차이가 제2 임계치 이하인 다수의 영역들을 포함하는 방법.
  9. 삭제
  10. 무선 통신 시스템에서 단말의 위치를 추정하는 장치에 있어서,
    신호들을 송수신하기 위한 트랜시버(transceiver); 및
    상기 트랜시버에 동작가능하게 연결된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 단말 및 서빙 기지국(serving base station)의 복수의 라디오 유닛들(radio units) 중 하나의 라디오 유닛(radio unit) 간 신호 전파 시간, 상기 라디오 유닛들 각각의 위치, 및 상기 라디오 유닛들 각각의 안테나 정보를 수신하고,
    상기 신호 전파 시간에 기초하여 후보 영역들을 결정하고, 상기 후보 영역들은 상기 라디오 유닛들 각각에 대하여 식별되고,
    미리 결정된 지도(map)과 상기 라디오 유닛들 각각에 의하여 측정된 신호 세기 패턴을 비교하여 상기 후보 영역들 중에서 적어도 하나의 영역을 식별하고,
    상기 라디오 유닛들 각각에 대해서, 상기 적어도 하나의 영역이 식별되어지는지 여부를 결정하고, 상기 라디오 유닛들은 동일한 셀 식별자(cell identifier)를 사용하고,
    상기 적어도 하나의 영역이 상기 라디오 유닛들 모두에 대하여 식별된 경우, 상기 라디오 유닛들 중 하나의 라디오 유닛을 식별하고, 상기 라디오 유닛은 가장 높은 유사성을 가지는 상기 적어도 하나의 영역을 포함하는 커버리지(coverage)에 대응하고,
    상기 라디오 유닛을 기반으로 상기 단말의 상기 위치를 식별하고,
    상기 미리 결정된 지도는 상기 후보 영역들에 대한 미리 측정된 신호 세기 값들을 포함하고,
    상기 미리 결정된 지도는 상기 서빙 기지국 및 적어도 하나의 이웃 기지국(neighbor base station)에 대한 미리 측정된 신호 세기 값들을 상기 후보 영역들에 매핑한 데이터베이스(database)로서 제공되며,
    상기 서빙 기지국의 상기 라디오 유닛들은 지리적으로 분포되고 직렬로 연결되어 있는 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 단말의 위치를 식별하기 위하여,
    복수의 후보 영역 그룹들 중에서 하나의 후보 영역 그룹이 속하는 후보 영역들 중에서 상기 단말의 상기 위치를 식별하는 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 단말의 위치를 식별하기 위하여, 임계 값보다 크거나 같은 유사성을 가지는 후보 영역들을 가장 많이 포함하는 커버리지에 대응하는 라디오 유닛을 선택하는 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 신호 전파 시간은, TA(timing advance) 정보로부터 결정되는 장치.
  16. 삭제
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 영역은, 상기 후보 영역들에 대응하는 미리 정의된 신호 세기 패턴들 중, 상기 신호 세기 패턴과 제1 임계치 이상의 유사성을 가지며, 상호 간 유사성의 차이가 제2 임계치 이하인 다수의 영역들을 포함하는 장치.


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