KR19990072748A - 셀룰러무선전화기핸드오프및드롭오프를위한위치선정시스템및방법 - Google Patents

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Abstract

또다른 기지국 또는 주파수로 시기적절한 드롭오프 또는 매끄러운 핸드오프를 수행하기 위해서 셀룰러 무선전화기의 정확한 위치를 확보하도록 위성신호를 습득하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 셀룰러 무선전화기에는 공간적 위치를 결정하기 위해 위성 데이타를 사용하는 자체 위치선정 시스템이 설비된다. 이러한 통신 시스템으로 코드분할 다중접근(CDMA) 시스템이 선호되고 위치선정 시스템으로 전역 위치선정 시스템(GPS)이 선호된다. 본 발명의 방법은 셀룰러 무선전화기에 가장 가까운 기지국을 결정하는데 사용될 수 있다. 혹은, 본 발명은 셀룰러 무선전화기 통신신호의 질이 예정치 미만인 것으로 예견되는 지점과 셀룰러 무선전화기간의 거리를 계산하고 계산된 거리를 사용하여 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다.

Description

셀룰러 무선전화기 핸드오프 및 드롭오프를 위한 위치선정시스템 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR POSITIONING SYSTEM ASSISTED CELLULAR RADIOTELEPHONE HANDOFF AND DROPOFF}
본 발명은 셀룰러 통신시스템에서 핸드오프 및 드롭오프에 관계한다. 특히, 본 발명은 약한 신호를 갖는 셀룰러 무선전화기가 핸드오프 또는 드롭오프되어야 하는지 여부를 결정하는 것에 관계한다.
무선전화 시스템은 셀 사이트로 알려진 많은 기지국으로 구성되는데, 각 기지국은 공중교환 전화 네트워크(PSTN)에 연결된 이동전화교환국(MTSO)에 연결된다. 각 기지국에는 셀룰러 무선전화기와 통신하여 무선전화기에서 나오는 신호를 이동 전화교환국으로 전환하기 위해서 무선전화기 신호를 수신 및 송신하는 안테나가 설비된다. 또한 기지국은 무선전화기에 적절한 채널을 제공하여 기지국과 통신할 수 있도록 한다. 이동전화교환국은 기지국에서 나오는 신호를 PSTN으로, 또는 그 역으로 전환한다.
코드분할 다중접근(CDMA), 일반적으로 분산 스펙트럼 시스템은 니어-파(near-far) 문제 때문에 이동 무선환경에서 작동할 수 없다. 니어-파 문제는 상이한 전송기가 기지국 전송기와 간섭하는 셀룰러 통신 시스템에서 발생한다. 이동 무선전화기 환경에서 일부 사용자는 기지국 근처에 위치되며 다른 사용자는 멀리 위치할 수 있다. 극단의 사용자간의 전파경로 손실차이는 수십 ㏈일 수 있다. 이것은 평균 연결성을 감소시킨다. CDMA 시스템과 같은 분산 스펙트럼 시스템의 안티-잼(anti-jam) 능력은 이러한 상황에서 도움이 되지만 불행히도 강한 근거리 간섭신호와 감쇠된 원거리 신호간의 불균형을 극복하기에 충분치 못하다. CDMA 시스템은 신호를 서로 분리하는데 코드를 사용한다. 이용가능한 코드가 다양하다면 원치않는 신호의 복합 전력이 잼잉(jamming) 마진 이상으로 원하는 신호의 전력을 초과하지 않는한 리시버가 작동하기 때문에 사용자의 수에 대한 제한은 시스템의 잼잉 마진에 의해 결정된다.
한 셀에서 모든 이동무선전화기는 일정한 전력을 전송해야 한다. 그러나, 일정한 전력을 사용하기 보다는 모든 사용자로 부터 수신된 전력수준이 대충 동일하도록 전력수준이 변경되게 전송기가 제어될 수 있다면 분산 스펙트럼 시스템의 장점은 실현될 것이다. 수신된 전력이 제어되는 시스템에서 가입자는 동일한 스펙트럼을 점유할 수 있으며 간섭 평균화에 대한 갈망이 발생한다. 그러나, 니어-파 문제의 셀내 해결을 위해 전력제어를 사용하는 시스템은 모든 신호가 동일한 전력수준으로 리시버(기지국)에 도달되어서 동시 사용자의 수를 최대화해야 하므로 리시버 민감도가 크게 손실된다. 전력 제어는 기지국으로 부터의 거리를 확인하여 출력을 조절해서 예정된 신호 전력 수준으로 기지국이 신호를 수신하게 함으로써 각 무선전화기에서 수행될 수 있다. 그렇지 않다면 특히 셀 가장자리 근처의 가장 약한 이동 전송기는 약한 사용자를 수용하도록 전송전력을 변화시키기 보다는 다른 셀 사용자의 성능을 지배한다.
전송을 개선하여 새로운 셀내 모든 유니트를 요구함으로써 기지국의 잼잉이 전송전력을 증가시키도록 셀 가장자리에 있는 무선전화기의 전송신호전력 증가를 막기 위해서 또다른 셀 기지국으로의 핸드오프가 현재의 셀 기지국에 의해 수행된다. 그러나 사용자의 신호가 매우 약하다면 전체 네트워크를 지우기 이전에 기지국에 의해 셀로 부터 무선전화기가 드롭오프되어야 한다. 매우 약한 사용자는 이의 성능이 핸드오프 이후에 인접한 셀의 가장자리 근처에서 나쁘기 때문에 또다른 셀 기지국으로 인도되지 않는다.
전력이 제어되는 CDMA 시스템에서 인접한 셀이 수개의 기지국에 의해 청취될 수 있는 기지국을 가질 경우에 셀내의 무선전화기는 매끈한 핸드오프를 수행하기 위해서 모든 기지국과 통신상태에 있어야 한다. 매끈한 핸드오프, 소위 개패식 핸드오프는 모든 셀이 동일한 주파수(IS-95A 표준에 의해 정의된)를 사용하는 CDMA 시스템에서 수행되며 현재의 셀을 떠나기 이전에 인접한 셀에 연결될 수 있다. 매끈한 핸드오프는 더 적은 전력을 필요로 하는데, 이것은 간섭을 감소시키고 연결성을 증가시킨다. 매끈한 핸드오프에서 가장 편리한 기지국에 의해 제어가 행해지며 다른 모든 기지국은 사용자와 완전 통신상태에 유지된다. 무선전화기가 셀 가장자리에 근접할 때 기지국 제어는 다른 셀로의 제어전달을 위해서 핸드오프를 보조한다. 그러나 이 기지국은 무선전화기의 위치를 모르며 셀내 모든 무선전화기를 페이징해야 하며 이들의 응답 도달을 대기해야 하는데, 이것은 시간이 걸리며 응답으로 부터 드롭오프 또는 핸드오프를 위한 후보를 결정해야 한다.
전력이 제어되는 CDMA 시스템에서 매끈한 핸드오프에 참여하는 각 셀은 동일한 통신열을 비트대 비트로 이동 무선전화기에 전송한다. 각 기지국은 이용가능성을 기초하여 코드 채널을 선택한다. 무선전화기는 63개의 이용가능한 코드채널중 하나에 "튜닝"할 수 있는 다중 핑거를 수신기에서 구현해야 한다. 역 파워 제어 비트가 전방 CDMA 채널에 포함된다. 각 파워 제어 비트는 약 314㏈의 증분만큼 파워를 상승 또는 하강시키는 지령으로서 번역된다. 각 기지국은 독립적으로 파워제어를 결정한다. 이동 스테이션은 파워제어 비트를 복조하여 파워를 상승 또는 하강시킨다. 파워제어의 목적은 역방향 연결 전송 파워를 적절한 에러로 최저의 가능한 수준으로 유지시키는 것이다. 따라서 이동 무선전화기는 핸드오프에 있는 모든 기지국이 "업"일 경우에만 파워증가를 필요로 하므로 종종 일치하지 않은 파워제어비트를 번역하는 것이 필요로 한다. 기지국이 "다운"일 경우에 이동 무선전화기는 파워를 감소시킬 필요가 있다. 이러한 규칙은 때때로 "다운의 OR"라 불린다.
CDMA 시스템은 이동 보조 핸드오프(MAHO)를 사용한다. 사실상, 이것은 이동 무선전화기가 이 목적을 위해 지정된 PN 상관기를 사용하는 파일럿 코드를 연속으로 검색함을 의미한다. 만약 이동 무선전화기가 이미 CDMA 시스템 타임 통지를 받아서 이미 호출에 관련된다면 새롭게 탐지된 파일럿의 상대적 타이밍을 기록할 수 있다. 기지국을 구별하는 것은 파일럿의 위상이다. 각 파일럿의 기간은 26.667㎳이다. 이들은 빛의 속도로 52㎳ 또는 15㎞인 최소 64칩만큼 분리된다. 이동 무선전화기 타이밍은 기록된 파일럿 오프셋이 탐지한 기지국을 명료하게 식별하기에 충분히 양호하다.
이동 무선전화기는 파일럿대 간섭비(PIR)에 기초하여 파일럿을 기록한다. PIR은 절대한계값에 비교되어서 핸드오프 후보로 기록되어야 하는 시기를 결정한다. 이러한 절대 한계값 또는 제 1 한계값은 이동 무선전화기가 기지국에 의해 방송된 오버헤드 메시지로 부터 수득하는 매개변수이다. 파일럿이 제 1 한계값을 초과할 때 메시지를 통해 그의 존재가 네트워크에 보고된다. 네트워크는 기지국을 소위 활성세트에 첨가하고, 활성세트는 이동 무선전화기의 매끈한 핸드오프에 참여하는 기지국 세트이다. 절대적이 아니라 상대적인 제 2 한계값은 활성세트내 가장 큰 PIR과 다른 구성원의 PIR간의 차이에 비교된다. 이들중 하나가 한계값 이하일 때 또다른 메시지가 전송된다. 정상적인 결과는 문제의 기지국이 활성 세트로 부터 드롭되고 신호 메시지에 의해 이동 무선전화기에 보고되는 것이다.
하나는 절대적이고 다른 하나는 상대적인 두 개의 한계값의 효과는 총 신호대 소음비에 상당한 기여를 할 수 있는 기지국이 최고 확률로 활성 세트에 존재하도록 하는 것이다. 역으로, 기지국은 최상의 기지국으로 부터 꽤 멀리 있을때만 드롭된다. 만약 최상의 기지국이 변두리에 있다면 다음의 가장 강한 기지국이 유지된다. 이러한 2-한계값 방식은 상당히 효과적이지만 너무나 많은 핸드오프의 측부상에 에러가 있는 결함이 있다. 너무나 많은 핸드오프는 이의 유지에 필요한 초과량의 전방 통신 채널 때문에 용량을 감소시킨다. 또한 기지국에 필요한 CDMA 모뎀과 같은 채널 요소의 수에 영향을 준다.
전방 연결 파워 제어는 셀룰러와 PCS 공중 인터페이스 표준간에 차이가 있다. IS-95A 및 J-STD-008의 Rate Set 1은 단지 메시징 기초 전방 파워 제어만을 지정한다. 즉, 과도한 프레임 에러율 때문에 전방 신호질이 불량하다고 이동 무선전화기가 결론지을 경우에 기지국에 보고를 송신한다. 이 방법은 상당히 느리며 기지국에 의한 메시지 해석에서 처리지연의 영향을 받는다. Rate Set 2, 14,400bps 세트는 더 빠른 전방 파워 제어 메카니즘을 포함한다. 각 양방향 통신 프레임은 사소한 처리지연으로 삭제를 보고하는 비트를 포함한다.
일부 통신 시스템에서 무선전화기의 정확한 위치를 모르고는 기지국간의 핸드오프를 수행하기가 곤란하다. 이것은 특히 핸드오프가 상이한 반송주파수를 갖는 기지국에 대해 행해지는 CDMA 시스템에 해당된다. CDMA 기초 셀룰러 시스템에서 단지 하나의 반송 주파수가 기지국에 의해 통제되는 영역에 있는 모든 무선전화기에 사용되지만 주변 기지국은 상이한 반송 주파수를 사용할 수 있다. 무선 전화기의 신호가 약하거나 현재의 셀의 가장자리에서 약화될 경우에 각 기지국이 상이한 반송 주파수를 가지는 CDMA 시스템에서 새로운 반송 주파수의 전송은 새로운 주파수를 모르며 약한 신호를 갖는 무선 전화기에 의해 수신될 수 없다. 이 경우에 핸드오프는 완료될 수 없으므로 무선전화기는 무용지물이 된다. 게다가, 셀내 다른 셀룰러 무선전화기의 전송능력을 저하시킬 수도 있다.
그러므로 약한 신호를 갖는 무선 전화기를 결정하고 셀의 기지국에 의해서 무선전화기의 핸드오프 또는 드롭오프를 수행하는 것이 필요하다. 전통적인 방법에서는 무선전화기의 정확한 위치를 모른채로 약한 무선전화기가 특정 범위내에 있는지를 단지 결정할 수 있다. 게다가, 기지국으로 부터 나오는 페이징에 응답하여 기지국이 무선전화기를 식별할 수 있으므로 약한 신호를 갖는 무선전화기에 도달하는데 시간이 걸린다.
도 1 은 셀룰러 통신시스템 셀 네트워크를 보여준다. 실제 셀룰러 통신 환경 셀(10, 11, 13)은 다양한 크기 및 모양을 가진다. 도 1 의 셀룰러 시스템은 아날로그 또는 디지탈 통신 시스템일 수 있으며 코드분할 다중접근(CDMA), 시분할 다중접근(TDMA) 또는 주파수분할 다중접근(FDMA)과 같은 다양한 종류의 다중접근 변조방식을 사용할 수 있다.
무선전화기 연결차단을 위해서 켜지는 무선전화기(12)와 무선전화기가 수신받는 셀 기지국(14,15)을 결정해야 한다. 무선전화기(12)를 발견하기 위해서 많은 셀(10,11,13)에서 셀룰러 시스템은 페이지라 불리는 메시지를 방송한다. 무선전화기(12)가 응답할 때 셀룰러 시스템은 계속해서 호출을 취급하고 무선전화기(12)를 포함하는 셀(10,11,13)중 하나로 통신이 안내된다. 만약 시스템이 무선전화기(12)의 위치를 모르면 시스템은 모든 셀(10,11,13)의 모든 섹터에 페이지를 방송해야 한다. 셀룰러 통신 시스템 통신이 증가함에 따라 위치되는 셀룰러 시스템에 정보를 주고 제어되고 페이징되는 하나이상의 기지국(14,15)이 되기 위해서 각 무선전화기(12)가 적어도 하나의 기지국(14,15)에 등록해야 하므로 대도시에서 시스템-와이드 페이징을 보조하는 통신자원은 광대해진다.
무선전화기가 켜질 때 기지국(14)에 의해 연속으로 전송되며 CDMA 시스템에 있는 파일럿 신호를 탐색해서 수득해야 한다. 파일럿 신호가 무선전화기(12)에 의해 사용되어 초기 시스템 동기화를 달성하며 기지국(14)에서 나오는 신호의 위상 추적, 견고한 시간, 주파수를 제공한다. 파일럿 신호 습득은 수초가 걸린다. 이것은 셀 기지국(14)이 무선전화기(12)에 근접하고 셀(10)이 정적이기 때문이다. 가장 강한 신호가 발견될 때 무선전화기(12)는 셀의 기지국(14)에 등록한다.
도 2 에서, 무선전화기(12)가 등록될 때 트랜시버를 통해서 식별 매개변수를 전송한다. 이들 매개변수는 시리얼 번호와 관련 전화번호를 포함한다. 등록정보가 무선전화기(12)가 위치되는 셀(10)의 기지국(14)에 위치된 트랜시버에 수신된다. 등록정보가 수신 기지국(14)에 의해 이동 전화 교환국(MTSO)(16)에 전달된다. MTSO(16)의 기능은 공중 교환 전화 네트워크(PSTN)(18)와 다양한 셀(10)간의 호출을 배정하는 것이다. MTSO(16)는 셀 구조에 대한 정보를 갖는 데이타베이스를 포함한다.
CDMA 셀룰러 통신 시스템에서, 호출 배정을 위해 무선전화기가 위치되는 셀을 식별하기 위해서 다양한 셀에 무선전화기가 페이징 된다. 이러한 형태의 통신 시스템에서 시스템은 무선전화기가 소속될 수 있는 셀 세트를 결정할 필요가 있다. 등록이라 알려진 과정은 무선전화기가 위치될 확률이 높은 한 그룹의 셀이 식별될 수 있게 한다. 지대 등록 기술에서 셀룰러 시스템의 페이징 량은 시스템을 지대별로 분할함으로써 감소되며 무선전화기는 지대내의 모든 셀에 페이징된다. 이러한 목적으로 무선 전화기는 최근에 방문한 지대의 목록을 유지하며 목록에 없는 지대에 들어가면 새로운 지대를 등록한다. 모든 셀 기지국(14,15,17)은 할당된 지대에 방송한다. 특정 셀에 무선전화기 등록시 MTSO는 셀로 부터 무선전화기의 거리에 따라서 지대를 결정할 셀구조 데이타베이스를 사용한다. 무선전화기에 전달을 하는 호출이 MTSO에서 수신될 때 MTSO는 페이징 메시지를 무선전화기에 전송하기 위해서 무선전화기가 등록된 지대에 대응하는 셀에 지령을 내린다.
결정된 페이징 지대내 셀에서 기지국에 의해 페이징이 달성될 때 무선전화기가 그 지대내에 있으며 페이지를 수신할 상태에 있다면 무선전화기가 위치되거나 예전에 위치되었던 셀을 위해 기지국에 의해 수신된 응답메시지를 전송함으로써 수신된 페이지에 응답한다. 페이지에 대한 응답은 수신 셀 기지국에 의해 이동전화 교환국에 전달된다. 이동 전화 교환국은 셀 기지국에 의한 응답의 전달을 통해서 무선전화기가 현재 위치되는 셀을 식별한다. 이동 전화 교환국은 무선전화기에 대한 호출을 무선전화기가 위치된 셀에 대응하는 기지국에 배정한다.
전통적인 "거리 기초 등록방법"에 따르면 각 셀 기지국은 위치 정보 및 예정된 거리 한계값을 전송한다. 이 방법에서, 각 무선전화기는 전송된 현재 셀 기지국 위치정보와 무선전화기가 예전에 등록된 셀 기지국 위치정보에 기초하여 위치된 셀 기지국간의 거리를 계산한다. 이후에 무선전화기는 예전의 셀 기지국의 거리한계값과 계산된 거리를 비교하여 무선전화기의 거리가 이전 셀의 예정된 한계 거리보다 큰지 여부를 검사하고 계산된 거리가 이전 셀 기지국 한계 거리값보다 클 때 현재의 셀 기지국에 등록한다. 등록 정보는 이동 전화 교환국에 전달되며, 무선전화기의 페이징을 위해 셀지대에 대해 결정이 수행된다. 무선전화기는 메모리에 지대 정보를 저장한다.
향상된 이동전화 시스템(AMPS) 및 GSM과 같은 시스템은 무선전화기 위치 결정을 위해 타이머 또는 계수기를 사용한다. 타이머를 사용하는 셀룰러 시스템에서 각 무선전화기는 수초마다 기지국을 등록한다. 셀룰러 무선전화기의 이동속도가 추정되고 이동된 거리가 무선전화기가 마지막 등록된 시간으로 부터 계산된다. 그러나, AMPS 핸드오프는 빈번히 고장나서 호출이 끊기므로 서비스 질이 불량해진다. 게다가, 핸드오프가 진행되고 불량한 연결 품질의 긴 간격이 이어져서 잡음이 심하다.
또다른 전통적인 방법에서, 기지국은 포괄영역의 경계를 윤곽으로 결정한다. 윤곽의 모양은 각 기지국의 RF 측정에 기초하여 발생된 최소 및 최대 경계를 가진다. 윤곽의 교점은 에러 측면에서 셀룰러 무선전화기의 위치를 기술하는 경계 다면체 영역을 한정한다. 다면체의 중심이 결정되고 무선전화기 위치 어드레스가 데이터베이스를 참조로 결정될 수 있다. 거리 제어 CDMA 방법이 위성 통신 시스템에 사용되어 이동 무선전화기의 리시버에 의해 핸드오프를 제공하고, 수신기 및 전송기의 알려진 위치를 사용함으로써 위성은 서로에 대해 동기화 한다.
이동 무선전화기가 디지탈 CDMA 모드로 작동하고 AMDS 영역쪽으로 이동할 때, 즉, 기지국이 단지 아날로그 신호를 취급할 때 이동 무선전화기가 능력이 있다면 무선전화기를 디지탈로 부터 아날로그 모드로 전환시킴으로써 핸드오프가 수행되어야 하며 무선전화기는 항상 완전하지는 않는 아날로그 모드에 있어야 한다. 게다가, IS-95A는 미래의 모든 CDMA 기지국과 무선전화기는 아날로그와 디지탈 모드 둘다가 설비된다고 기술한다. 이러한 시스템에서 이동 무선전화기가 디지탈 전송이 약해서 파워제어 CDMA 시스템의 다른 이동국으로 드래깅되는 수신영역에 있을 때 아날로그 모드로 전환함으로써 매끈한 핸드오프가 수행되어야 할 것이다. 그러나, IS-95A 표준은 디지탈 모드로 전환하는 방식을 제공하지 않는다.
공지기술과 관련된 결점을 극복하고 셀룰러 무선전화기의 공간위치에 대한 정확한 정보를 수득함으로써 매끈한 핸드오프를 수행하는 것이 본 발명의 일차목적이다.
본 발명의 또다른 목적은 신속한 드롭오프 또는 핸드오프를 수행하기 위해서 공간위치정보를 신속하게 수득하는 것이다.
본 발명의 목적은 셀룰러 무선전화기의 정확한 위치를 결정하기 위해서 위성 신호를 습득하는 자체 위치선정 시스템을 갖는 셀룰러 무선전화기를 사용함으로써 달성된다. 통신신호의 품질 수준에 기초하여 또다른 기지국 또는 주파수로 셀룰러 무선전화기의 드롭오프 또는 핸드오프를 수행하기 위해서 이러한 정보는 셀 기지국에 전달될 수 있다. 이 시스템은 코드분할 다중접근 기술을 사용하며 위치선정 시스템은 적어도 하나의 통신위성으로 부터 나오는 신호를 수신할 수 있는 전역 위치선정 시스템(GPS)이다.
본 발명의 방법은 셀룰러 무선전화기에 가장 가까운 기지국을 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 방법은 셀룰러 무선전화기의 품질수준이 예정치보다 낮다고 예견되는 지점과 무선전화기간의 거리를 계산하고, 계산된 결과로 부터 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정한다. 셀룰러 무선전화기의 위치 결정은 위성 신호의 타이밍에 기초한 3각 측량법에 의해 가능하다. 본 발명의 한 구체예에서 한 셀내 각 무선전화기는 셀 기지국에 등록하며 기지국은 셀내 모든 무선전화기를 페이징하여 그들의 위치를 요구한다. 거리의 계산과 셀룰러 무선전화기가 핸드오프 또는 드롭오프되어야 하는지 여부의 결정은 셀 기지국의 위치정보와 기지국에 의해 셀룰러 무선전화기에 전송된 예정된 거리값에 기초하여 기지국 또는 셀룰러 무선전화기에서 수행될 수 있다.
도 1 은 전형적인 셀룰러 통신시스템 셀 네트워크내의 무선전화기를 보여준다.
도 2 는 셀룰러 통신 시스템 네트워크를 보여준다.
도 3 은 본 발명에 따른 무선전화기의 성분을 보여준다.
* 부호 설명
10,11,13 ... 셀 12 ... 무선전화기
14,15,17 ... 기지국 16 ... 이동전화 교환국
18 ... 공중교환 전화네트워크 20 ... 무선전화기
22 ... 위치선정시스템 24 ... 기지국
26 ... 메모리 28 ... 실시간 클록
30 ... 마이크로프로세서 32 ... 안테나
34 ... 코더 36 ... 응용소프트웨어프로그램
38 ... 변조/복조회로 40 ... 위성
42 ... 고주파전자장치 44 ... 키이패드
46 ... EPROM
본 발명의 셀룰러 무선전화기는 CDMA와 같은 분산스펙트럼 통신 시스템을 사용하는데, 그 이유는 이들 시스템이 탐색범위, 방향 탐지, 충돌방지, 홈잉(homing) 및 검색에 필요한 정확성을 제공하기 때문이다. 추가로, 전통적인 CDMA 셀룰러 통신시스템은 클록동기화를 위해 위성에 연결된 기지국을 가진다. 기지국은 위성위치 발견을 위해서 전역 위치선정 시스템(GPS) 터미날과 같은 위치선정 시스템 터미날을 사용한다. Mitsubishi Montero와 같은 자동차는 탐색용으로 차의 위치를 결정하기 위해 차에 장착된 GPS칩을 사용한다. GPS 터미날을 갖는 통신 시스템에서 각 무선전화기에 전송된 기지국 메시지는 위성 위치를 포함할 수 있다. 추가로, 각 기지국은 위도 및 경도를 포함한 자체 위치 정보와 예정된 거리 한계치를 전송할 수 있다.
도 3 에서, 본 발명의 무선전화기(20)는 지구상의 위치 결정을 위해서 전역 위치선정 시스템(GPS)과 같은 위치선정시스템(22)을 갖는다. 이 정보는 기지국(24)에 전달되어서 핸드오프 또는 드롭오프 수행에 사용될 수 있다. 무선전화기(20)는 각 위성의 위치에 대한 데이타베이스를 저장할 수 있는 위치선정 시스템 메모리(26)를 포함한다. 메모리(26)는 위성이 서비스할 수 없거나 궤적을 변경할 때 무선전화기(20)가 위치를 갱신할 수 있도록 하는 비휘발성 임의 접근 메모리(RAM)이다. 또다른 구체예는 각 위성의 위치가 영구적으로 저장되는 프로그램가능한 ROM을 사용할 수 있다. 또다른 구체예는 배터리 보충 RAM을 사용한다. 무선전화기(20)는 실시간 클록(28), 무선전화기(20)의 작동을 제어하고 연산을 하는 마이크로프로세서(30), 안테나(32), 사용자 음성을 암호화 및 해독하는 코더(34), 변조/복조 회로(38), 응용 소프트웨어 프로그램(36)을 갖는 EPROM과 같은 코드저장영역(46), 키이패드(44) 및 변조된 신호를 더 높은 전송주파수로 전환하고 수신된 신호를 더 낮은 주파수로 전환하는 고주파 전자장치(42)를 더욱 포함한다.
위치선정 시스템(22)은 알려진 위성(40) 위치로 부터 무선전화기(20)의 범위 측정에 사용가능한 분산 스펙트럼 신호를 전송한다. 위성(40) 신호 탐색과정은 무선전화기(20)의 내부 실시간 클록(28)을 위성(40)과 기지국(24)의 내부클록에 의해 유지되는 위성(40)의 시스템 시간으로 동기화 시킴으로써 시작된다. 무선전화기(20)가 각 위성(40)의 시간 및 위치를 알면 지구에 대한 위성(40)의 위치를 알 수 있다. 위성(40)의 지구에 대한 위치 및 시간을 무선전화기(20)가 알면 이용가능한 주파수 및 PN 코드를 결정할 수 있고 위성(40)신호 습득을 위해 탐색되어야 하는 주파수 및 PN 코드를 결정할 수 있다. 이러한 이유로 GPS 리시버 메모리(26) 데이타베이스는 각 위성(40)의 신호 반송 주파수를 저장하여 파일럿 위성 통신 신호를 습득하고 지구에 대한 위성(40)의 위치를 결정할 수 있다. 무선전화기(20)내 위치선정 시스템(22) 터미날은 알려진 주파수와 의사 소음(PN)코드를 사용하여 위성(40)에 의해 전송된 파일럿 반송 신호를 위치선정하고 상이한 위성(40)은 무선전화기(20)가 구별할 수 있게 한다. 연결이 행해질 때 위성(40)의 전송기는 무선전화기(20)의 위치선정 시스템 수신기(22)에 위성(40)의 위치를 제공한다.
무선전화기(20)는 지구에 대한 자신의 위치를 결정해야 한다. 위치는 시간에 따라 다양한 위치에 있는 단일 위성(40)을 삼각측량하여 결정될 수 있다. 무선전화기(20)는 위성(40)의 위치를 알기 때문에 지구에 대한 위성의 위치를 결정하기 위해서 신호가 도달하여 각 위성에 복귀하는데 걸리는 시간을 측정할 수 있다. 각 수신기와 전송기간의 신호의 파형차이는 시간 및 거리의 함수이므로 동일한 시간에 3개의 상이한 지점에 있는 수신기를 사용하여 위치를 계산하는데 삼각측량법이 사용된다. 복잡한 GPS 수신기는 여러개의 수신기를 가지며 동시에 여러개의 위성(40)에 작동한다. 저렴한 수신기는 단지 하나의 수신기를 사용하므로 적어도 3개의 위성신호에 대한 범위측정을 수행해야 한다.
소프트웨어 프로그램(36)은 무선전화기(20)와 기지국(24)간의 예정된 통신 프로토콜을 지원할 수 있으며 마이크로프로세서(30), 메모리(26) 및 키이패드(44)와 같은 기존의 무선전화기 성분과 위치선정 시스템(22)을 연결시키는 것을 지원한다. 소프트웨어 프로그램(36)은 기지국(24) 또는 또다른 지점까지 거리를 계산할 경우처럼 마이크로프로세서(30)를 제어하는 프로그램을 포함할 수도 있다.
본 발명의 한 측면에서 기지국(24)이 무선전화기(20)를 페이징할 때 기지국(24)의 메시지는 각 무선전화기(20)에 전송된다. 메시지는 위성의 위치, 기지국(24)의 위치정보(위도 및 경도), 예정된 거리한계치, 및 핸드오프 또는 드롭오프 후보인지 여부를 탐지하기 위해서 마이크로프로세서(30)에 의해 사용될 수 있는 기타 변수를 포함한다. 무선전화기(20)는 핸드오프 또는 드롭오프 후보인지 스스로 결정할 수 있으며, 이 정보는 기지국(24)에 메시지 형태로 전달될 수 있다.
또다른 구체예에서, 기지국(24)은 주기적으로 셀내 무선전화기(20)로 부터 위도 및 경도 변수에 대한 방송을 요구하며 미래사용을 위해 이 정보를 저장할 수 있다. 기지국(24)은 자신의 위도 및 경도에 대한 정보를 가지므로 낮은 신호영역 또는 기지국(24)으로 부터 각 무선전화기(20)의 거리를 계산할 수 있으며 주기적 또는 비상 방송시 동일 또는 상이한 주파수의 또다른 기지국으로 핸드오프를 제안하거나 동일한 기지국내 상이한 주파수로 핸드오프 또는 드롭오프를 제시한다.
또다른 구체예에서, 기지국(24)은 셀내 무선전화기중 하나가 핸드오프 또는 연결해제되어야 하는지 여부가 의심스러울때만 무선전화기(20) 위치 데이타를 요구할 수 있다. 요구될 때 무선전화기(20)는 위성(40)의 위치로 부터 자신의 위치를 수득하여 이 정보를 기지국(24)에 송신한다.
모든 경우에 활성 무선전화기(20)가 수신 분량을 야기하는 영역에 있을 때 기지국(24)은 무선전화기(20)에 경고신호를 보내서 다른 무선전화기의 성능을 저하시키기 이전에 무선전화기(20)가 드롭오프 또는 핸드오프 될 수 있게 한다.
셀을 통해 이동하는 무선전화기(20) 측면에서 기술되었을지라도 무선전화기(20)의 정확한 위치 정보 수득을 위해서 GPS를 사용하고 이 정보를 기지국에 전송하는 동일한 방법이 안전하게 작동할 수 있는지 여부를 결정하기 위해서 무선전화기(20)의 초기 파워-업을 할 때도 이득이 된다. 게다가, 동일한 방법 및 장치가 무선전화기(20)에 가장 가까운 기지국을 신속히 결정하는데 사용될 수 있다.
또한, 무선전화기의 위치를 아는데 일부 통신 기술이 필요하다. 예컨대 파워 제어 CDMA 시스템에서 각 무선전화기는 기지국으로 부터 거리에 기초하여 전송파워를 증감시켜서 기지국이 항상 동일한 파워의 입력 신호를 수신할 수 있다. 전송 신호 파워에 대한 더욱 정확한 정보는 계산이 GPS로 결정된 무선전화기의 정확한 위치에 기초하므로 무선전화기가 높은 정확도로 기지국(24)으로 부터의 거리를 획득할 수 있는 본 발명에 의해 수득가능하다.
본 발명의 무선전화기(20)는 무선전화기(20)에 집적될 수 있는 GPS 칩 형태로 위치선정 시스템(22)을 활용한다. 이 칩은 GPS 지원 핸드오프가 불필요할 때 전력을 절약하기 위해서 켜지고 꺼질 수 있다. 혹은, GPS 터미날은 무선전화기922) 외부에 위치되며 커넥터를 써서 무선전화기(20) 내부 성분에 부착가능한 부속품일 수 있다. 두 경우에 기지국(24)과의 통신은 무선전화기 코드 저장 영역(46)에 저장된 응용 소프트웨어(36)를 써서 달성된다.
본 발명의 무선전화 시스템은 모든 셀룰러 통신시스템에 적용가능하지만 특히 최상의 기지국 선택시 과도한 핸드오프를 방지하기 위해서 코드분할 다중접근(CDMA) 기술을 사용하는 GSM 셀룰러 무선전화기에 적절하다. 또한 시분할 다중접근(TDMA) 또는 주파수분할 다중접근(FDMA) 시스템과 같은 다른 셀룰러 통신시스템을 사용할 수도 있다.
본 발명의 방법은 과도한 주파수 호핑(hopping)을 방지하기 위해서 향상된 이동전화 시스템(AMPS)에 사용될 수도 있다. 값싼 셀룰러 무선전화기는 하나의 주파수에 동조할 수 있는 아날로그 무선전화기를 사용한다. 신호가 약할 때 무선전화기는 다른 주파수에 동조할려고 시도하지만 수밀리초동안 대기하는 것은 파괴적이므로 오디오 신호는 기지국에 의해 단락된다. 본 발명의 셀룰러 무선전화기에서 핸드오프에서 최상인 신호를 갖는 기지국을 결정할 수 있으며 무선전화기는 매끈한 핸드오프를 하여 끊어진 호출횟수를 감소시킨다.
본 발명은 셀룰러 무선전화기가 약한 디지탈 전송을 하는 수신 불량지역으로 전환후 아날로그 모드에 머무를 필요가 없으므로 IS-95A 표준에 의해 나타난 결점을 극복한다. GPS 시스템을 갖는 무선전화기는 신호가 약한 지역에 들어가기 이전에 (터널) 기지국으로 부터 아날로그 용량을 가지면 또다른 주파수나 AMPS 시스템으로 전환하라는 경고신호를 수신할 수 있으므로 전체 시스템의 저하를 방지한다. 신호가 다시 강해졌을 때 무선전화기 모드는 전환가능하다. 기지국은 각 셀룰러 무선전화기로 부터 정확한 위치정보를 주기적으로 수신하여 이동속도 및 방향을 계산함으로써 무선전화기의 미래 위치를 예측할 수 있으므로 기지국은 경고 정보를 가진다. 기지국은 컴퓨터에 셀의 지도를 저장할 수 있으므로 신호를 약화시키는 지역을 알고 이러한 지역에 접근하는 무선전화기를 탐지할 수 있다.

Claims (30)

  1. 복수의 셀룰러 무선전화기;
    신호를 지구에 보내는 하나 이상의 통신위성;
    상기 셀룰러 무선전화기로 부터 나오는 통신 신호를 송수신하는 하나 이상의 기지국;
    상기 하나 이상의 기지국으로 부터 나오는 통신 신호를 송수신하는 셀룰러 무선전화기;
    위성 신호 데이타를 사용하여 셀룰러 무선전화기의 정확한 공간적 위치를 결정하며 통신위성과 통신을 하기 위해 상기 셀룰러 무선전화기내에 있는 위치선정시스템; 및
    셀룰러 무선전화기 통신 신호의 질이 예정치보다 낮을 때 위치선정 시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기의 드롭오프 또는 핸드오프를 수행하는 기지국을 포함하며, 상기 드롭오프 또는 핸드오프 결정은 시스템 성능저하에 앞서서 셀룰러 무선전화기의 공간위치를 기초하여 수행되는 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 통신 신호가 코드분할 다중접근(CDMA) 신호임을 특징으로 하는 통신 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 위치선정 시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기의 공간위치가 위성신호의 타이밍에 기초한 3각 측량법을 사용하여 결정됨을 특징으로 하는 통신 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 위치선정 시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기의 핸드오프가 상기 기지국들중 또다른 기지국으로의 핸드오프임을 특징으로 하는 통신 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 위치선정 시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기의 핸드오프가 또다른 주파수로의 핸드오프임을 특징으로 하는 통신 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 셀룰러 무선전화기의 위치선정 시스템이 전역 위치선정 시스템(GPS)이며, 셀룰러 무선전화기가 상기 위성의 위치 데이타를 저장하는 데이타 저장영역, 상기 위성과 동기화되는 클록, 소프트웨어 프로그램을 포함하는 코드 저장 영역, 및 상기 소프트웨어 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서를 더욱 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전역 위치선정 시스템이 상기 셀룰러 무선전화기내에 있지는 않지만 셀룰러 무선전화기에 부착가능한 보조품임을 특징으로 하는 통신 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 소프트웨어 프로그램이 셀룰러 무선전화기에 가장 가까운 기지국을 결정함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 소프트웨어 프로그램이 상기 셀룰러 무선전화기를 기지국에 등록시키고 기지국으로 부터 나오는 페이지를 수신하고 기지국에 셀룰러 무선전화기의 공간위치를 송신함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 소프트웨어 프로그램이 셀룰러 무선전화기 통신신호의 질이 예정치보다 낮은 지점과 상기 셀룰러 무선전화기간의 거리를 계산하고 계산된 거리를 사용하여 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 소프트웨어 프로그램이 상기 셀룰러 무선전화기와 기지국간의 거리를 계산하고 계산된 결과로 부터 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 소프트웨어 프로그램이 상기 셀룰러 무선전화기와 기지국간의 거리를 계산하고 기지국의 위치와 기지국에 의해 셀룰러 무선전화기에 전송된 예정된 거리값에 기초하여 셀룰러 무선전화기가 드롭오프되어야 하는지 여부를 결정함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국이 위치선정 시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기와 기지국간의 거리를 계산하고 계산된 결과로 부터 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국이 위치선정시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기와 셀룰러 무선전화기 통신 신호의 질이 예정치보다 낮은 지점간의 거리를 계산하고 계산된 거리로 부터 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국이 위치선정 시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기중 하나가 핸드오프될 경우에만 페이지를 전송함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 기지국이 위치선정 시스템을 포함한 셀룰러 무선전화기와 기지국간의 거리를 계산하고 계산된 결과로 부터 셀룰러 무선전화기가 드롭오프되어야 하는지 여부를 결정함을 특징으로 하는 통신 시스템.
  17. 위치선정시스템을 사용하여 셀룰러 무선전화기의 정확한 공간위치를 결정하고;
    셀룰러 무선전화기의 공간위치에 기초하여 셀룰러 무선전화기 통신신호의 질을 미리 결정하고;
    셀룰러 무선전화기 통신 신호의 질이 제 1 예정치보다 낮을 경우에 셀룰러 무선전화기의 드롭오프를 수행하고;
    셀룰러 무선전화기 통신 신호의 질이 제 2 예정치보다 낮을 경우에 셀룰러 무선전화기의 핸드오프를 수행하는 단계를 포함하며, 하나이상의 통신 위성으로 부터 수신된 신호에 기초하여 무선전화기의 공간위치를 빠르게 결정하는 위치선정 시스템을 가지며 셀룰러 무선전화기에서 나오는 통신 신호를 송수신하는 하나 이상의 기지국에 의해 제어되는 셀룰러 무선전화기에 의해 사용되는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 위치선정 시스템을 포함하는 셀룰러 무선전화기의 핸드오프가 상기 기지국들중 또다른 기지국으로의 핸드오프임을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 위치선정 시스템을 포함하는 셀룰러 무선전화기의 핸드오프가 또다른 주파수로의 핸드오프임을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 통신 신호가 코드분할 다중접근(CDMA) 신호이며 상기 셀룰러 무선전화기 위치선정 시스템이 전역 위치선정 시스템(GPS)임을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 셀룰러 무선전화기의 공간위치를 결정하는 단계가 위성신호의 타이밍에 기초한 3각 측량법을 사용하여 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 기지국이 복수의 셀룰러 무선전화기를 제어하며, 상기 셀룰러 무선전화기를 기지국에 등록하고, 기지국에서 나오는 페이지를 수신하고, 셀룰러 무선전화기의 공간 위치를 기지국에 전송하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 셀룰러 무선전화기 통신신호의 질이 제 2 예정치보다 작다고 예견되는 지점과 셀룰러 무선전화기간의 거리를 계산하고;
    계산된 거리에 기초하여 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 거리 계산단계와 셀룰러 무선전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정하는 단계가 기지국에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 거리 계산단계와 셀룰러 무서전화기가 핸드오프되어야 하는지 여부를 결정하는 단계가 셀룰러 무선전화기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 페이징 단계가 상기 셀룰러 무선전화기중 하나가 핸드오프되어야 한다고 의심될 경우에만 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 17 항에 있어서, 기지국이 셀룰러 무선전화기 공간 위치에 기초하여 셀룰러 무선전화기의 드롭오프를 수행함을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 셀룰러 무선전화기 통신 신호의 질이 제 1 예정치보다 낮다고 예견되는 지점과 셀룰러 무선전화기간의 거리를 계산하고;
    계산된 거리에 기초하여 셀룰러 무선전화기가 드롭오프되어야 하는지 여부를 결정하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 셀룰러 무선전화기 통신 신호의 질이 제 1 예정치보다 낮다고 예견되는 지점과 셀룰러 무선전화기간의 거리를 계산하고 셀룰러 무선전화기가 드롭오프되어야 하는지 여부를 결정하는 단계가 셀룰러 무선전화기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 17 항에 있어서, 셀룰러 무선전화기와 기지국간의 거리를 계산하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
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