KR20010046125A - 이동 통신시스템에서의 단말기 위치 추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 단말기에서 수신되는 파일럿 신호에 대한 다중경로 신호의 세기 및 지연 특성을 데이터 베이스화하여 이동 단말기의 위치를 확인할 수 있도록 한 이동 통신시스템에서의 이동 단말기 위치 추정 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은, 이동 단말기가 각각의 기지국으로부터 수신된 파일롯 신호의 세기를 측정하여 경로차의 산출 여부를 판단하는 단계와; 상기 판단결과, 상기 파일롯 신호가 약하거나 장애물에 의해 신호 포착이 어려운 경우에 상기 이동 단말기로부터 상기 파일롯 신호의 세기 또는 지연시간을 기지국으로 전송하는 단계와; 상기 기지국에서 상기 전송된 파일롯 신호를 교환국의 위치 확인 센터로 전송하는 단계와; 상기 위치 확인 센터에서 특정 지역에서의 모든 기지국의 위치 정보와 상기 전송된 파일롯 신호의 세기 또는 지연시간을 데이터 베이스화하여 저장하는 단계로 이루어지므로서, 기지국과 이동 단말기 사이에 다중 경로가 존재하는 경우에도 위치 추정의 정확도가 떨어지는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동 통신시스템에서의 단말기 위치 추정 방법{Searching Method of Mobile Terminal Location in Radio Communication System}

본 발명은 이동 통신시스템에 관한 것으로서, 특히 이동 단말기에서 수신되는 파일럿 신호에 대한 다중경로 신호의 세기 및 지연 특성을 데이터 베이스화하여 이동 단말기의 위치를 확인할 수 있도록 한 이동 통신시스템에서의 이동 단말기 위치 추정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 최근의 이동 단말기에 대한 위치 추정 방법으로 표준화된 기술은 없으며, 위치 추정을 하기 위한 여러가지 알고리즘만이 제안되어 있다.

현재까지 제안된 대표적인 알고리즘으로는 TDOA 방식, AOA 방식, 핑거프린팅(Finger Printing) 방식 등이 있다.

여기서 TDOA 방식은 이동 단말기가 주변기지국들로부터 수신되는 파일럿 신호를 수신하여 그 경로차를 분석하는 방식이다. 이와 같은 TDOA 방식은 주변에 최소한 3개 이상의 기지국으로부터 유효한 파일럿을 수신할 수 있는 조건을 만족해야하지만 실제적인 환경에서는 적용되지 못하는 경우가 많다.

주어진 도면을 참조하여 설명하면, 도 1에서와 같이 주변기지국이 충분히 존재하는 구역의 경계지점에 이동단말기가 위치하면 주변기지국으로부터 수신되는 파일롯 신호를 이용하여 이동 단말기의 위치 추정을 비교적 정확하게 수행할 수 있다. 그러나, 도 2와 같이 이용가능한 기지국이 2 개일 경우이거나, 도 3과 같이 이용가능한 기지국이 1 개일 경우, 또한, 도 4와 같이 임의의 기지국에 이동단말기가 아주 근접해 있는 경우에는 주변기지국에서 수신되는 미약한 파일롯 신호나 장애물에 의해 약해진 직접경로의 파일롯 신호를 포착하기 어렵기 때문에 이동 단말기의 정확한 위치 추정을 하지 못하게 된다.

그리고, 이미 제안된 알고리즘에서는 다중경로로 인한 위치 정보의 왜곡이 나타날 수 있기 때문에 일반적인 이동 통신 시스템에서는 완전한 기능을 수행하기 어렵다.

또한, AOA 방식은 기지국에서 수신되는 단말신호의 지연시간과 각도를 분석하여 단말위치를 추정하는 방식이다. 이와 같은 AOA 방식은 기지국에서 수신된 이동 단말기 신호에 대하여 각도를 분석해야 하기 때문에 기지국에서 배열(Array)형태의 수신안테나를 이용해야 하는 부담이 있다. 그리고 이 방식도 다중경로에 의해서 위치 정보가 크게 왜곡될 수 있다.

또한, 핑거프린팅(Fing Printing) 방식은 이동 통신 시스템이 깔려있는 전지역에 대해서 역방향 링크에 대한 다중 경로 특성(Multi Path Characteristic)을 데이터 베이스화하여 그를 이용한 단말의 위치를 추정하는 방식이다. 이와 같은 핑거프린팅(Finger Printing) 방식은 GPS(Global Positioning System)를 이용하지 않고 비교적 정확하게 위치 추정을 할 수 있으나 다중경로 특성에 대한 데이터 베이스화가 모든 서비스 지역에 대해서 주기적으로 이루어져야 하기 때문에 운용상 큰 부담이 된다. 이와 같이 언급한 위치 추정 방식들은 GPS를 사용하지 않고 이용될 수 있는 대표적인 방법들이다.

이와 같은 종래의 방법들에 의해 이동 단말기의 위치 추정을 수행할 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, TDOA 방식을 사용할 경우 주변 기지국들로부터 파일롯 신호 수신이 어려운 경우에 이동 단말기에 대한 위치 추정이 부정확해지며, 기지국과 이동 단말기 사이에 다중 경로가 존재하는 경우에 위치 추정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

둘째, 이동 단말기의 신호를 수신하는 주변 기지국들이 충분히 존재하지 않거나 임의의 기지국에 이동 단말기가 아주 근접해 있을 경우, 주변 기지국에서 전송되는 약한 세기의 파일럿 신호나 장애물에 의해 약해진 직접경로(Direct Path)의 파일럿 신호를 모두 포착할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같이 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 이동 단말기에서 수신되는 파일럿 신호에 대한 다중경로 신호의 세기 및 지연 특성을 데이터 베이스화하여 이동 단말기의 위치를 확인할 수 있도록 한 이동 통신시스템에서의 이동 단말기 위치 추정 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적에 의한 본 발명의 일 특징에 따르면, 이동 단말기가 각각의 기지국으로부터 수신된 파일롯 신호의 세기를 측정하여 경로차의 산출 여부를 판단하는 단계와; 상기 판단결과, 상기 파일롯 신호가 약하거나 장애물에 의해 신호 포착이 어려운 경우에 상기 이동 단말기로부터 상기 파일롯 신호의 세기 또는 지연시간을 기지국으로 전송하는 단계와; 상기 기지국에서 상기 전송된 파일롯 신호를 교환국의 위치 확인 센터로 전송하는 단계와; 상기 위치 확인 센터에서 특정 지역에서의 모든 기지국의 위치 정보와 상기 전송된 파일롯 신호의 세기 또는 지연시간을 데이터 베이스화하여 저장하는 단계로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 판단 단계는, 상기 기지국에서 상기 이동 단말기가 파일롯 신호를 수신하여 경로차를 산출할 수 있는 할당주파수(Frequency Assignment)를 브로드캐스팅(Broadcasting)하는 단계와; 상기 이동 단말기에서 상기 할당 주파수를 상기 파일롯 신호의 경로차 산출에 적당한 주파수로 조정하는 단계와; 상기 조정된 할당주파수를 이용하여 상기 파일롯 신호를 합산하는 단계를 포함하여 이루어진다.

도 1은 종래의 TDOA 방법을 적용하여 이동단말기의 일반적인 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 이용가능한 기지국이 2개일 때 종래의 TDOA 방법을 적용하여 이동 단말기의 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 이용 가능한 기지국이 1개일 때 종래의 TDOA 방법을 적용하여 이동 단말기의 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 임의의 기지국에 인접한 위치에서 종래의 TDOA 방법을 적용하여 이동 단말기의 위치 추정 방법을 설명하기 위한 도면.

도 5a에서 도 5e는 본 발명에 따른 파일롯 Long Integration 방법을 설명하기 위한 도면.

도 6는 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서의 이동 단말기 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 7은 TDOA가 적용되기 힘든 기지국 인접지역에 핑거 프린팅 방식을 적용하여 다중 경로 특성들의 데이터 베이스화를 구현하기 위한 도면.

도 8은 TDOA를 수행할 수 있는 주변 기지국이 없을 경우에 핑거 프린팅 방식과 AOA 방식을 적용하여 다중 경로 특성들의 데이터 베이스화를 구현하기 위한 도면.

이하 본 발명에 대한 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 TDOA 방식의 장점과 핑거프린팅(Finger Printing)방식의 장점을 이용한 것으로서, 이동 단말기에서는 일차적으로 주변 기지국들의 파일럿 신호를 상당기간 누적하고 그 결과를 이용하여 경로차를 계산 할 수 있는지 확인한다(Long Integration TDOA). 만약 그 결과가 경로차 계산에 충분하다면 해당 기지국들과 그에 대한 파일롯 신호 지연 정도를 위치 확인 센터(center)로 전송한다. 이 때 위치 확인 센터에서는 기지국 식별자(identity)와 신호의 경로차를 이용하여 단말의 위치를 추정한다. 만약 수신된 신호만으로는 그 경로차를 계산할 수 있을 경우에는 이동 단말기의 위치를 추정한다. 그러나 만약 수신된 신호만으로는 그 경로차를 계산할 수 없을 때, 이동 단말기는 이동 가능한 파일롯 신호 경로에 대한 세기와 그 지연시간과 같은 다중경로 특성을 위치 확인 센터로 전송하여 다중경로 특성에 대한 데이터 베이스를 이용하여 이동 단말기의 위치를 추정하도록 하였다.

여기서 주변 기지국들의 파일롯 신호에 대한 Long Integration 방법을 설명한다.

도 5a에서 도 5e는 본 발명에 따른 파일롯 Long Integration 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 주변 기지국들의 파일롯 신호에 대한 Long Integration 방법은 이동 단말기가 다중경로의 서치 윈도우(Search Window)구간(PN 코릴레이터의 타이밍을 어느 위치까지 찾을 것인가를 나타내는 영역)에 대해서 수신신호의 위상(Phase)이 일정하게 유지될 수 있는 비교적 짧은 구간에 대하여 파일롯 신호를 맷치 필터링(Matched Filtering) 또는 병렬 코릴레이터(Parallel Correlator)를 이용하여 특정 패스의 세기(Energy)를 정확히 검출(Detection)하여 도 5b, 도 5c, 도 5d와 같이 서치윈도우(Search Window)영역을 1차에서 N 차까지 탐색(Search)하여, 탐색한 결과를 도 5e와 같이 논코히어런트(Noncoherent)하게 N 번 더한다. 이 때, 서치 윈도우내에 문턱치(Thresh) 이상 되는 신호 세기를 갖는 유효 경로신호가 확인되면 그 결과를 모두 저장하고 특히 유효한 신호중 최단 경로의 신호는 해당 기지국 안테나와 이동 단말기 안테나에 직진성에 의해 바로 전송되는 직접 경로(Direct Path)로 간주한다.

여기서 똑같은 서치윈도우를 수 차례 반복하여 검출하는 방법은 미약한 세기의 파일롯 신호를 좀더 정확히 포착하기 위하여 사용된다.

이하, 이와 같이 본 발명에서 제안한 방식에 따른 위치 확인 과정을 도면을 참조하여 설명한다.

도 6는 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서의 이동 단말기 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6를 참조하면, 우선 기지국은 모든 할당 주파수(Frequency Assignment ; 이하 FA라 약칭함)를 통해서 이동 단말기가 파일롯 신호를 수신하여 경로차를 계산할 수 있는 할당 주파수(FA)영역을 브로드캐스팅(Broadcasting)한다(S61).

단말기는 브로드캐스팅된 할당주파수(FA)를 수신하여(S62), 현재 수신중인 할당주파수(FA)에서 파일럿 Long Integration을 수행할 것인지, 아니면 할당 주파수(FA)를 바꾸어서 수행할 것인지를 결정한다(S63). 이 때, 할당주파수(FA)를 변경하여 수신해야 하는 경우에는 해당 할당주파수(FA)로 주파수를 튜닝(Tuning)한다(S64).

이에 따라, 이동 단말기는 각각의 기지국들로부터 수신된 파일롯 신호의 세기를 측정하여 TDOA를 수행할 수 있는지 결정한다(S65).

만약, 이동 단말기에 수신되는 파일롯 신호가 약하거나 장애물에 의해 신호 포착이 어려운 경우에는 이동 단말기로부터 유효 파일롯 신호의 다중 경로 특성을 기지국으로 전송한다(S66).

그러나 TDOA를 수행할 수 있다면, 이동 단말기는 해당 기지국에 대한 식별자(Identity)와 해당 기지국에 대한 최단 경로의 신호에 대한 지연시간을 기지국으로 전송한다(S67).

기지국은 수신된 신호 정보를 위치 확인 센터로 보내고(S68), 위치 확인 센터는 수신된 정보를 분석하여 이동 단말기의 위치를 추정한다(S69).

이 때, 위치 확인 센터는 모든 기지국에 대한 위치 정보와 TDOA가 적용되기 힘든 특정 지역들에 대한 다중 경로 특성을 데이터 베이스화하여 저장하며, 이를 이용하여 이동 단말기의 위치를 추정한다.

이 때, 특정 지역들에 대한 다중 경로 특성들의 데이터 베이스화는 다음 도면을 참조하여 설명한다.

도 7은 TDOA가 적용되기 힘든 기지국 인접지역에 핑거 프린팅 방식을 적용하여 다중 경로 특성들의 데이터 베이스화를 구현하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 임의의 기지국에 아주 가까운 지역이나 주변에 TDOA에 이용가능한 기지국이 별로 없는 지역에 대하여 적당한 크기로 구역을 나눈다.

그리고 해당 구역에 대표되는 한 지점을 정하여 다중 경로 특성을 측정하여 주기적으로 데이터 베이스화한다.

도 8은 TDOA를 수행할 수 있는 주변 기지국이 없을 경우에 핑거 프린팅 방식과 AOA 방식을 적용하여 다중 경로 특성들의 데이터 베이스화를 구현하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 주변에 TDOA 에 이용 가능한 기지국이 별로 없는 지역은 주로 한적한 지역이기 때문에 데이터 베이스의 업데이트(Update)가 많이 필요하지는 않다. 따라서, 기지국에 가까운 지역에 대해서만 주기적으로 데이터 베이스를 업데이트하면 충분하다. 이와 같은 지역에서는 AOA 방식을 같이 적용한다면 더욱 효과적인 위치 추정을 할 수 있게 된다.

상기와 같이 언급한 본 발명에 따르면, 모든 기지국에 대한 위치 정보와 TDOA가 적용되기 힘든 특정 지역들에 대한 다중 경로 특성을 데이터 베이스화하여 저장하며, 이를 이용하여 이동 단말기의 위치를 추정함으로서, 기지국과 이동 단말기 사이에 다중 경로가 존재하는 경우에 위치 추정의 정확도가 떨어지는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 임의의 기지국에 인접한 지역이나 주변에 TDOA 에 이용가능한 기지국이 별로 없는 지역을 적당한 크기로 구역을 나누어 대표되는 한 지점을 정하여 다중 경로 특성을 측정하여 주기적으로 데이터 베이스화하거나, 주변에 TDOA 에 이용 가능한 기지국이 별로 없는 지역의 경우 AOA 방식을 같이 적용하여 기지국에 가까운 지역에 대해서만 주기적으로 데이터 베이스를 업데이트함으로서, 이동 단말기의 신호를 수신하는 주변 기지국들이 충분히 존재하지 않거나 임의의 기지국에 이동 단말기가 아주 근접해 있을 경우, 주변 기지국에서 전송되는 약한 세기의 파일럿 신호나 장애물에 의해 약해진 직접경로(Direct Path)의 파일럿 신호를 모두 포착할 수 없는 문제점을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 다수의 모듈 및 상기 모듈을 제어하는 제어부가 구비된 디지털 TV 중계기와 상기 디지털 TV 중계기와 이동 단말기가 각각의 기지국으로부터 수신된 파일롯 신호의 세기를 측정하여 경로차의 산출 여부를 판단하는 단계와;

   상기 판단결과, 상기 파일롯 신호가 약하거나 장애물에 의해 신호 포착이 어려운 경우에 상기 이동 단말기로부터 상기 파일롯 신호의 세기 또는 지연시간을 기지국으로 전송하는 단계와;

   상기 기지국에서 상기 전송된 파일롯 신호를 교환국의 위치 확인 센터로 전송하는 단계와;

   상기 위치 확인 센터에서 특정 지역에서의 모든 기지국의 위치 정보와 상기 전송된 파일롯 신호의 세기 또는 지연시간을 데이터 베이스화하여 저장하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서의 이동 단말기 위치 추정 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 판단 단계는,

   상기 기지국에서 상기 이동 단말기가 파일롯 신호를 수신하여 경로차를 산출할 수 있는 할당주파수(Frequency Assignment)를 브로드캐스팅(Broadcasting)하는 단계와;

   상기 이동 단말기에서 상기 할당 주파수를 상기 파일롯 신호의 경로차 산출에 적당한 주파수로 조정하는 단계와;

   상기 조정된 할당주파수를 이용하여 상기 파일롯 신호를 합산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템에서의 이동 단말기 위치 추정 방법.