KR20010104281A - 무선 원조의 고도 측정 방법 - Google Patents

무선 원조의 고도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

대기압 측정들을 이용하여 통신 장치의 더 정확한 수직 위치 또는 고도를 산정하기 위한 통신 장치 및 방법이 개시되어 있다. 일 실시예에서, 제 1 통신 장치는 제 1 통신 장치에서 로컬 대기압을 측정하기 위한 압력 센서 및 제 2 통신 장치와 통신하기 위한 트랜스시버를 포함하고, 상기 트랜스시버는 제 1 통신 장치에서 측정된 로컬 대기압을 조정하기 위한 기압 조정 정보를 수신하고, 및/또는 상기 측정된 로컬 대기압을 제 2 통신 장치에 송신하기 위해 작동할 수 있다. 제 1 통신 장치는 상기 측정된 로컬 대기압 및 수신된 기압 조정 정보를 이용하여 고도를 산정하기 위한 프로세서를 더 포함할 수 있다.

Description

무선 원조의 고도 측정 방법{Wireless assisted altitude measurements}
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 통신 시스템들에 관한 것으로, 특히, 통신 장치들의 지리적 위치를 찾아내는 것(geo-location)에 관한 것이다.
관련 기술의 배경
이동전화들과 같은 무선 통신 장치들의 지리적 위치를 찾아내는 아이디어는 널리 공지되어 있다. 무선 통신 장치들을 위한 현재의 지리적 위치 기술들은 포워드 및/또는 리버스 링크 3각 측정법(link triangulation technique)들과 같은 널리 공지된 전세계적 측위 위성(GPS ; Gobal Positioning Satellite) 시스템 및/또는네크워크 기반의 해결(network-based solution)들의 사용을 포함한다. 네크워크 기반의 해결들에 이용되는 GPS 시스템 및/또는 다수의 기지국들(14)을 포함하는 다수의 GPS 위성들(12)을 이용하여 이동전화(16)의 위치를 정하는 아키텍처를 도시하는 도 1을 보자. 용어 GPS가 전세계적 측위 위성 시스템과 다른 지리적 위치 위성 시스템들을 포함한다는 것에 주목해야 한다.
전술한 지리적 위치 기술들 중 어느 한 기술이 갖는 한가지 결점은 고도 산정들이 본래 부정확하다는 것이다. 이 본래 부정성에 대한 이유는 단순히 기하학적이기 때문이다. 특히, 대부분의 소스들/수신기들 즉, 기지국들과 위성들은 수평면 내에 있거나 가까이 있는 경향이 있다. 정확한 고도 산정을 얻기 위하여, 하나이상(바람직하게는 수개의)의 소스들/수신기들이 위쪽에 가깝게 있어야 한다. 기지국 또는 위성이 도 1에 도시된 바와 같이 지평선보다 위의 기껏해야 45。이라면 수평면 내에 있거나 가까이 있다고 간주하는 것에 주목해야 한다. 네크워크 기반의 해결들을 위해, 모든 기지국들(14)은 수직의 위치에서가 아니라 수평의 위치에서 위치 결정들을 고려한 로컬 그라운드 레벨(local ground level)의 수평면에 있다. GPS 시스템들을 위해, 하나 이상의 GPS 위성들(12)이 위에 있더라도, 대부분의 GPS 위성들(12)은 수평면 가까이에 있다. 이와 같이, GPS 시스템들을 이용하는 위치 결정들은 수평 위치에서 보다 수직 위치에서 실질적으로 보다 덜 정확하다. 또한, 4개의 GPS 위성들보다 적게 보이는 경우, 수신기의 수직 위치를 결정하는 것은 하늘에서의 위성들의 위치에 관계없이 일반적으로 불가능하다.
유감스럽게도, 수직 위치에서 이동전화의 위치를 결정하는 것의 정확성은 수평 위치를 위해 보다 바람직하다. 예컨대, 범죄가 보고되고, 한 세트의 좌표들(경도, 위도 및 고도)이 경찰에게 제공되는 경우, 수십 미터들의 수평(경도 및 위도) 오차는 크게 중요하지 않지만, 수십 미터들의 수직(고도)의 오차는 경찰을 한 빌딩의 틀린 층으로 인도할 수 있다. 최적의 상태들에서조차, 통상 GPS 위성 신호들을 이용하여 위치를 결정하기 위한 가장 이용가능한 GPS 수신기들인 보정 GPS(differential GPS) 수신기들의 수직의 정확성은 종종 수십의 미터들만큼 정확성이 떨어진다.
따라서, 다른 위치 측정들의 통신 장치의 수직의 위치 또는 고도를 다른 위치 측정들에 비해 더 정확히 독립적으로 산정해야 할 필요성이 있다.
본 발명은 대기압 측정들을 이용하여 통신 장치의 더 정확한 수직의 위치 또는 고도를 산정하기 위한 통신 장치 및 방법이다. 일 실시예에서, 본 발명의 제 1 통신 장치는 로컬 대기압을 측정하기 위한 압력 센서(pressure sensor) 및 제 2 통신 장치와 통신하기 위한 트랜스시버(transceiver)를 포함한다. 여기서 트랜스시버는 제 1 통신 장치에서 측정된 로컬 대기압을 조정하기 위한 기압 조정 정보를 수신하고 및/또는 상기 측정된 로컬 대기압을 제 2 통신 장치에 송신하도록 작동할 수 있다. 제 1 통신 장치는 상기 측정된 로컬 대기압과 수신된 기압 조정 정보(barometric calibration information)를 이용하여 고도를 산정하기 위한 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 수신된 기압 조정 정보는 셀룰러 네트워크(cellular network)와 같은 무선 통신 네트워크의 일부분일 수 있는 제 2(또는 제 3) 통신 장치에 의해 통신 장치에 송신된다. 제 2 통신 장치는 기압계(barometer) 또는 압력 센서를 이용하여 기압 조정 정보를 결정하고, 상기 수신될 정보가 기압 조정 정보이다는 것을 가리키는 방법으로 제 1 통신 장치에 기압 조정 정보를 송신하고, 및/또는 상기 제 1 통신 장치로부터 로컬 대기압 측정들을 수신하도록 작동할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 통신 장치에서의 압력 센서를 이용하여 로컬 대기압을 측정하는 단계, 및 통신 장치에 가까운 공지의 고도에서 다른 대기압 측정에 대응하는 기압 조정 정보와 상기 측정된 로컬 기압을 이용하여 통신 장치의 고도를 산정하는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명의 특징들, 측면들 및 장점들은 다음의 설명, 첨부된 청구범위 및 도면에 관해서 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 GPS 시스템을 포함하는 다수의 GPS 위성들 및/또는 네크워크 기반의 해결에 사용된 다수의 기지국들을 이용하는 이동전화의 위치를 알아내기 위한 아키텍처를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따라 적어도 하나의 기지국과 통신하는 이동전화를 도시하는 도면.
본 발명은 대기압 측정을 이용하여 통신 장치의 고도 또는 더 정확한 수직의 위치를 산정하기 위한 통신 장치 및 방법이다. 본 발명은 이후 셀룰러 네트워크등의 무선 통신 네트워크와 통신하여 무선 통신 장치들을 위한 고도 산정들을 결정하는 것에 관하여 설명될 것이다. 본 발명이 다른 무선 장치들과 통신하여 무선 통신 장치들의 고도 산정을 결정하고, 유선 또는 광학적으로 링크된 통신 장치들의 고도 산정을 결정하는데 적절함을 이해하여야 한다. 게다가, 용어 "셀룰러 네트워크"는 셀룰러 주파수 스펙트럼에서 작동하는 무선 통신망에 한정된 것이 아님을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 다른 적어도 하나의 기지국(21)과 통신하는 이동전화(20)를 도시하고, 기지국(21)은 통상 무선 또는 셀룰러 통신 네트워크의 일부분이다. 이동전화(20)는 신호들을 수신하고 송신하는 안테나(22), 신호들을 복조하고 변조하는 송신기/수신기(23), 이동전화(20)에 의해 수신되고 송신될 신호들을 처리하는 프로세서(24), GPS(또는 다른 지리적 위치) 위성 신호들을 검출하는 GPS 수신기(26), 및 압력 센서(28)를 포함한다. 안테나(22), 트랜스시버(23), 및 GPS 수신기(26)는 본 기술분야에서 널리 공지되어 있다. 프로세서(24)는 본 기술분야에서 널리 공지된 바와 같이, 종래의 이동 전화에서의 대부분 또는 모든 처리 성능들, 여기에 설명된 바와 같이 압력 센서(28)에 의해 측정된 대기압들을 재고 위치를 결정하는 것에 대한 처리 성능들을 포함한다.
압력 센서(28)는 실리콘 칩으로 집적될 수 있는 대기압을 측정하기 위해 작동 가능한 장치이다. 예컨대, 1804 McCarthy Blvd., Milpitas의 Sensym Inc에 의해 출판된 핸드북, CA "Solid State Pressure Sensors Handbook"(1995) 페이지ⅲ-ⅴ를 보자. 압력 센서(28)는 이동전화(20)의 고도 산정 또는 수직 위치로 변환될 수 있는 이동전화(20)에서 프로세서(24)에 로컬 대기압 측정을 제공한다. 예컨대, 통상적으로 비행들은 그의 고도를 산정하는 압력 고도계(pressure altimeter)들을 사용한다. 압력 고도계는 로컬 공기압을 측정하여 고도를 결정한 후, 널리 공지된 방식 또는 표준 압력 고도 관계를 통하여 상기 측정을 고도 산정으로 변환한다.(Concise Encyclopedia of Science and Technology, McGraw Hill, 3판(1994년), 논문:"Pressure Altimeter"를 보자)
그러나, 로컬 압력 센서(28)에서 얻어진 로컬 대기압 측정에만 기초하는 고도 산정들은 로컬 기상 상태들로 인해 변경될 수도 있다. 공기압에서의 로컬 변화들은 로컬 기압 측정을 이용하여 설명될 수 있고, 용어 "기압"은 공기압에서 기상에 의해 유발되는 변화들을 설명하기 위해 이미 정해진 공지의 고도에서 같은 해발 압력 또는 대기압으로 불린다. 본 발명은 압력 센서(28)에 의해 측정된 로컬 대기압을 재기 위해 기압 조정 정보를 이용하여 로컬 기상 상태들로 인한 로컬 기압 및/또는 대기압의 변화들을 설명한다.
기압 조정 정보는 로컬 대기압 측정을 더 정확한 고도 산정으로 재거나 변환하기 위한 양을 가리키는 데이터를 포함한다. 기압 조정 정보는 공지의 고도 또는 고도 즉, 해발, 이동전화(20)의 일반적 부근 즉, 10 내지 20 마일이내에서의 대기압 측정에 기초한다. 여러 방법들이 기압 조정 정보를 결정하는데 이용될 수도 있다. 하나의 방법으로는 공지의 고도에서 대기압들을 측정하는 기압계(29)를 가지는 기지국(21)을 사용하는 것이다. 바람직하게, 신뢰할 수 있는 기압 조정 정보를 가져올 이동전화(20)에서 기압계(29)가 압력 센서(28)로서 유사한 기상 상태들을 경험할 수 있게, 기지국(21)은 가까운 이동전화(20) 즉, 이동전화(20)와 통신하는 기지국 또는 초기 기지국이다. 대안적으로, 기압 조정 정보는 로컬 기상 서비스국들 또는 항공 교통 관제 센터(air traffic control center)들이나 다른 같은 서비스들에 의해 쉽게 제공되는 기압 데이터에서 얻을 수 있다.
기압 조정 정보를 결정하는 다른 방법은 이동전화(20)의 수평 위치를 결정하는 것을 첫 번째로 포함한다. 결정된 수평 위치에 기초하여, 기지국(21)은 공지의고도에서 다수의 대기압 측정으로부터 기압 조정 정보를 결정하는데 이용되는 결정된 수평 위치에 가장 가까운 산정된 대기압을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 이동전화(20)는 안테나(22)를 거쳐 무선 링크(또는 통신 장치가 무선 통신 장치가 아닌 경우 유선이거나 광학 링크)를 통해 다운링크 신호(즉, 송신기(30)를 거쳐 기지국(21)에서 이동전화(20)로 송신된 신호)를 거쳐 기압 조정 정보를 수신한다. 기압 조정 정보는 수신될 정보가 기압 조정 정보라는 것을 이동전화(20)에 가리키는 방법 또는 형식으로 이동전화(20)에 송신될 것이다. 예컨대, 기압 조정 정보는 기압 조정 정보를 확인하는 고유 식별자를 포함할 수도 있다. 기압 조정 정보에 앞서, 기압 조정 정보가 다음에 온다는 것을 가리키는 프리앰블 또는 헤더가 선행할 수 있고(또는 트레일러에 의해 계속될 수 있음), 또는 기압 조정 정보가 특정 통신 채널, 월시 코드(Walsh code), 주파수 및/또는 타임 슬롯(time slot)을 이용하여 송신될 수도 있다. 그러므로, 기지국(21)은 기압 조정 정보가 다운링크 신호의 다른 정보로부터 구별할수 있게 기압 조정 정보를 형성하거나 형식화하는 프로세서(32)를 또한 포함할 수도 있다. 기압 조정 정보는 반송 신호 위에서 변조되고, 이동전화(20)에의 다운링크 신호로서 트랜스시버(30)에 의해 송신된다.
기압 조정 정보는 트랜스시버(23)에 의해 다운링크 신호로부터 복조되어, 프로세서(26)에 제공된다. 형상, 형식, 또는 기압 조정 정보가 송신된 방법에 의거하여, 프로세서(26)는 다운링크 신호가 기압 조정 정보를 포함하도록 결정하게 하고, 로컬 대기압 측정을 고도 산정으로 변환하기 전 및/또는 후 압력 센서(28)에 의해제공되는 로컬 대기압 측정을 재는데 기압 조정 정보를 이용한다. 고도 산정은 그 다음 기지국(21)에 송신될 수도 있다.
대안의 실시예에서, 기압 조정 정보는 이동전화(20)에 송신되지 않고, 이동전화(20)는 기지국(21) 또는 기압 조정 정보를 가지는 원격 위치에 있는 다른 원격 무선 통신 장치에 그의 로컬 대기압 측정을 송신할 수도 있다. 여기서 로컬 대기압 측정은 특정 통신 채널, 월시 코드, 주파수 및/또는 타임 슬롯 및/또는 수신될 정보가 특정 이동전화에 속하는 로컬 대기압 측정임을 가리키는 특정 형식을 이용하여 송신될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 위치 결정 엔티티(PDE)등의 기지국(21) 또는 원격 무선 통신 장치에서의 서버 또는 프로세서는 로컬 대기압 측정을 기압 조정 정보를 이용하여 이동전화의 고도를 산정한다. 그 다음 고도 산정이 이동전화(20)에 되돌려 송신될 수도 있다.
이동전화(20)의 고도는 또한, 예컨대 다른 GPS 위성들로부터 4개의 충분한 신호들이 GPS 수신기(26)에 의해 검출될 수 있는 경우, 또는 다른 GPS 위성들 및 다른 영토(land) 기반의 소스들로부터 송신된 신호들을 적절히 결합하는 것이 예컨대 2개의 GPS 신호들과 2개의 기지국 신호들로 검출될 수 있는 경우에 GPS 수신기(26)에 의해 산정될 수 있다.
이 방식들중 하나에서 결정된 고도 산정은 아마도 압력 센서(28)의 로컬 대기압 측정에 기초하는 고도 산정과 결합하여, 이동전화(20)의 더욱 더 신뢰할 수 있는 고도 산정을 기입하도록 프로세서(28)에 제공될 수 있다. 예컨대, 다른 GPS 위성들로부터 검출된 신호들의 수 또는 검출된 GPS 위성 신호들의 신호 세기에 기초하여 GPS 수신기(26)의 고도 산정에 가중 인자(weighing factor)가 적용될 수 있고, 기지국(21)과 이동전화(20) 사이의 거리에 기초하여 압력 센서(28)의 로컬 대기압 측정으로부터 얻어진 고도 산정에 가중 인자가 적용될 수도 있다. 다른 일예에서, GPS 수신기(26)가 기하학적인 정밀도 감소(GDOP ; geometric dilution of precision) 및 GPS 위성 신호 세기에 기초하여 그의 고도 산정에 대한 산정된 오차를 결정할 수 있는 경우, 그러한 결정은 적절한 가중 인자들을 얻도록, 이동전화(20)의 제조업자에 의해 제공될 수도 있는 압력 센서(28)의 오차 산정과 결합될 수도 있다. 그러한 계산들은 PDE와 같은 이동전화(20), 기지국(21), 또는 다른 엔티티에 의해 실행될 수도 있다.
고도 산정은 이동전화(20)의 더 정확한 위치(경도, 위도 또는 고도)를 제공하도록 GPS 수신기(26) 또는 어떤 네크워크 기본의 또는 다른 솔루션에 의해 산정된 수평 위치들과 결합될 수 있다.
본 발명은 어떠한 실시예들을 참조로 서술될 것이다. 본 발명이 또한 유선 통신 장치들 및 네트워크들을 포함하는 다른 실시예들에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 하다. 따라서, 본 발명은 여기에 개시된 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims (26)

  1. 통신 장치에 있어서,
    로컬 기압을 측정하기 위한 압력 센서, 및
    다른 통신 장치와 통신하기 위한 트랜스시버를 포함하는 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스시버는 상기 압력 센서에 의해 측정된 로컬 기압을 조정하기 위한 기압 조정 정보를 수신하고, 상기 기압 조정 정보는 상기 로컬 기압 측정들을 조정하기 위한 양을 가리키는, 통신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 이동전화인 통신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 공지의 고도에 있고, 상기 트랜스시버는 상기 압력 센서에 의해 측정된 로컬 기압에 기초하여 기압 조정 정보를 상기 다른 통신 장치에 송신하는 통신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 무선 통신 네트워크에 속하는 기지국인 통신 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 위치 결정 엔티티인 통신 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 기압 조정 정보는 상기 다른 통신 장치에 기압 조정 정보가 수신되고 있음을 가리키는 방법으로 송신되는 통신 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 기압 조정 정보는 다른 통신 장치에 상기 기압 조정 정보를 확인하기 위한 식별자를 포함하는 통신 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 기압 조정 정보에 앞서, 상기 기압 조정 정보가 프리앰블 또는 헤더의 다음에 온다는 것을 가리키기 위한 프리앰블 또는 헤더가 선행하는 통신 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스시버는 상기 다른 통신 장치로부터 기압 측정들을 수신하고, 상기 제 1 통신 장치는 상기 수신된 기압 측정들과 공지의 고도에 있는 압력 센서에의해 로컬 기압 측정들에 기초하여 상기 다른 통신 장치의 고도를 결정하기 위한 프로세서를 더 포함하는 통신 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    수신된 기압 조정 정보와 상기 압력 센서에 의해 측정된 로컬 기압에 기초하여 상기 통신 장치의 고도를 산정하기 위한 프로세서를 더 포함하고, 상기 수신된 기압 조정 정보는 상기 로컬 기압 측정들을 조정하기 위한 양을 가리키는, 통신 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    GPS 위성 신호들을 검출하고, 상기 통신 장치의 위치 결정을 결정하기 위한 GPS 수신기를 더 포함하고, 상기 위치 결정은 상기 통신 장치의 수평면 위치를 가리키는, 통신 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 위치 결정은 또한 상기 통신 장치의 수직 위치를 가리키는 통신 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 위치 결정과 상기 로컬 기압 측정들을 이용하여 상기 통신 장치의 고도를 산정하는 통신 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    GPS 위성 신호들을 검출하고, 상기 통신 장치의 위치 결정을 결정하기 위한 GPS 수신기를 더 포함하고, 상기 위치 결정은 상기 통신 장치의 적어도 수평면 위치를 가리키는 통신 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 위치 결정은 또한 상기 통신 장치의 수직 위치를 가리키는 통신 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 트랜스시버는 위치 결정과 상기 압력 센서에 의해 측정된 상기 로컬 기압을 상기 다른 통신 장치에 송신하는 통신 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스시버는 상기 압력 센서에 의해 측정된 로컬 기압을 상기 다른 통신 장치에 송신하는 통신 장치.
  19. 통신 장치의 고도 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 통신 장치에서 로컬 기압을 측정하는 단계,
    다른 통신 장치로부터 기압 조정 정보를 수신하는 단계로서, 상기 수신된 기압 조정 정보는 상기 측정된 로컬 기압을 조정하기 위한 양을 가리키는, 상기 수신하는 단계, 및
    상기 측정된 로컬 기압과 상기 수신된 기압 조정 정보를 이용하여 상기 통신 장치의 고도 위치를 결정하는 단계를 포함하는 고도 위치 결정 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 기압 조정 정보는 상기 통신 장치에 상기 기압 조정 정보를 확인하기 위한 식별자를 포함하는 고도 위치 결정 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 기압 조정 정보를 수신하는 단계 이전에, 상기 기압 조정 정보가 다음에 수신될 것을 가리키기 위한 프리앰블 또는 헤더를 수신하는 부가의 단계를 포함하는 고도 위치 결정 방법.
  22. 통신 장치의 고도 결정을 돕는 방법에 있어서,
    상기 통신 장치에 기압 조정 정보가 송신된다는 것을 가리키는 방법으로 상기 통신 장치에 기압 조정 정보를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 기압 조정 정보는 상기 통신 장치에 가까운 기압 측정에 기초하는, 고도 결정을 돕는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 통신 장치에 상기 기압 조정 정보를 송신하기 전에 상기 통신 장치의 위치를 결정하는 부가의 단계를 포함하는 고도 결정을 돕는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 위치는 상기 통신 장치의 수평면 위치를 가리키는 고도 결정을 돕는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 통신 장치의 위치는 네트워크 기반의 3각 측량법(network-based triangulation technique)을 이용하여 결정되는 고도 결정을 돕는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 위치는 상기 통신 장치로부터 수신되는 고도 결정을 돕는 방법.
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