KR20020006527A - Ｃｄｍａ 통신 시스템에서 이동 가입자의 위치를 지정하는방법 및 시스템 - Google Patents

Ｃｄｍａ 통신 시스템에서 이동 가입자의 위치를 지정하는방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CDMA 통신 시스템내에서 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정한다. 적어도 하나의 기지국은 해당 기지국에 있어 고유한 칩코드 시퀀스를 갖는 대역 확산 신호를 전송한다. 가입자 유닛은 기지국 신호를 수신하고, 수신된 기지국 신호의 칩코드 시퀀스에 의해 시간 동기화되는 고유 칩코드 시퀀스를 갖는 대역 확산 신호를 전송한다. 기지국은 가입자 유닛 신호를 수신하고 수신된 가입자 유닛 신호의 칩코드 시퀀스를 비교하여 기지국에 의해 전송되는 칩코드 시퀀스 신호와 비교하여 가입자 유닛의 위치를 결정한다.

Description

ＣＤＭＡ 통신 시스템에서 이동 가입자의 위치를 지정하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR LOCATING A MOBILE SUBSCRIBER IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM}
현재, 종래 기술에 있어서 가입자의 위치 지정이 가능한 무선 시스템이 알려져 있다. 어떤 무선 방식은 전역 측위 시스템[GPS: global positioning system]을 사용한다. GPS에 있어서, 통신 핸드세트(handset)는 24개의 NAVSTAR 위성으로부터 지속적으로 전송되는 데이터를 수신한다. 각 위성은 위성의 아이덴터티(identity), 위성의 위치 및 메시지가 송신된 시간을 나타내는 데이터를 전송한다. 핸드세트는 각 신호가 수신된 시간과 상기 각 신호가 송신된 시간을 비교하여 각 위성까지의 거리를 결정한다. 위성과 핸드세트 사이에서 각 위성의 위치에 따라 결정된 거리를 사용함으로써, 핸드세트는 각 위성의 위치를 삼각형 구조로 만들고, 통신 기지국으로 인포메이션을 제공할 수 있다. 그러나, GPS를 가입자 유닛안에 장착하는 것은그 유닛의 비용을 증가시킨다.
또 다른 가입자 위치 지정 방식이 미국 특허 제5,732,354호에 개시된다. 무선 인터페이스(air interface)로서 시분할 다중 접속[TDMA: time division multiple access]을 사용하는 이동 전화가 복수의 기지국내에서 위치 지정된다. 이동 전화는 각 기지국으로부터 수신된 신호의 강도를 측정하고, 각 신호의 강도를 각각의 기지국으로 전송한다. 이동 전화 교환국에서는 기지국으로부터 수신된 신호의 강도를 비교하여 처리한다. 그 결과, 이동 전화와 각 기지국 사이의 거리가 산출된다. 이러한 거리로부터, 이동 전화의 위치가 계산된다.
대역 확산 변조 방식을 사용하는 무선 통신 시스템이 대중적으로 증가되고 있다. 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에 있어서, 데이터는 의사 임의 칩코드 시퀀스(pseudo random chip code sequence)에 의해 변조되어, 광대역폭(wide bandwidth)(대역 확산)을 사용하여 전송된다. 이것에 의해, CDMA 시스템은 다소 일반적인 시분할 다중 접속(TDMA) 또는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식을 사용하는 통신 시스템보다 전송 경로에 있어서 신호 왜곡 및 간섭 주파수를 더 방지한다는 잇점을 갖는다.
따라서, 기존의 CDMA 통신 시스템에서 이미 이용 가능한 데이터를 사용하는 정확한 이동 가입자 유닛의 위치 지정 시스템이 필요하다.
본 발명은 일반적으로, 대역 확산(spread spectrum) 기술을 사용하는 코드 분할 다중 접속[CDMA: code division multiple access) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 CDMA 통신 시스템내에서 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술의 CDMA 시스템을 간단하게 도시하는 도면.
도 2는 종래 기술의 CDMA 시스템을 도시하는 도면.
도 3은 종래 기술의 CDMA 시스템에서 주 구성요소의 블럭도를 도시하는 도면.
도 4는 종래 기술의 CDMA 시스템에서 구성요소의 블럭도를 도시하는 도면.
도 5는 전역 파일롯(pilot) 신호 및 기지국과 가입자 유닛 사이에서 통신하는 할당 파일롯 신호를 도시하는 도면.
도 6은 적어도 3개의 기지국을 사용하는 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 블럭도.
도 7은 적어도 3개의 기지국을 갖는 본 발명의 제1 실시예를 사용하여 가입자 유닛의 위치 지정을 도시하는 도면.
도 8은 가입자 유닛에 사용되는 구성요소를 도시하는 본 발명의 제2 실시예의 블럭도.
도 9는 두 개의 기지국을 갖는 본 발명의 제2 실시예를 사용하여 가입자 유닛의 위치 지정을 도시하는 도면.
도 10은 두 개 이상의 기지국을 갖는 본 발명의 제2 실시예를 사용하여 가입자 유닛의 위치 지정을 도시하는 도면.
도 11은 다중 안테나의 기지국을 갖는 본 발명의 제3 실시예를 상세하게 도시하는 도면.
도 12는 다중 안테나의 기지국을 갖는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 사용되는 구성요소의 블럭도.
도 14는 다중경로를 도시하는 도면.
도 15는 다중경로 구성요소의 종래 임펄스 응답 그래프를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 의해서 다중경로를 수정하기 위한 구성요소의 블럭도.
본 발명은 CDMA 통신 시스템내에서 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정한다. 적어도 하나의 기지국은 기지국에 고유한 칩코드 시퀸스를 갖는 대역 확산 신호를전송한다. 가입자 유닛은 기지국 신호를 수신하고, 수신된 기지국 신호의 칩코드 시퀀스에 의해 시간 동기화되는 고유 칩코드 시퀀스를 갖는 대역 확산 신호를 전송한다. 기지국은 가입자 유닛 신호를 수신하고, 수신된 가입자 유닛 신호의 칩코드 시퀀스와 기지국에 의해 전송되는 칩코드 시퀀스 신호를 비교하여 가입자 유닛의 위치를 결정한다.
양호한 실시예에 있어서, 도면에 관련되어 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 일괄적으로 나타냄으로써 설명될 수 있다.
도 1은 CDMA 통신 시스템을 간단하게 도시한다. 주어진 대역폭을 갖는 데이터 신호는 디지털 대역 확산 신호를 생성하는 의사 임의 칩코드 시퀀스 발생기에 의해 발생되는 확산 코드와 믹스된다. 수신시에, 데이터는 데이터를 전송하는데 사용되는 동일한 의사 임의 칩코드 시퀀스를 상호 관련시킨 후 재생된다. 전송 대역폭내의 모든 상이한 모든 신호는 역확산되는 신호에 대한 잡음으로서 나타난다.
수신기에 의해서 시간 동기화하기 위해, 변조되지 않은 파일롯 신호는 모든 송신기를 필요로 한다. 파일롯 신호는 각 수신기가 주어진 송신기에 의해 동기화되도록 하고, 수신기에서 트래픽 신호의 역확산을 허용한다.
종래의 CDMA 시스템에 있어서, 기지국은 순방향으로 전송을 동기화하도록 기지국 통신 영역내의 모든 가입자 유닛에 전역 파일롯 신호를 송신한다. 게다가, 소정의 CDMA 시스템, 예를 들면 B-CDMATM(Broadband CDMA)시스템에 있어서, 각 가입자 유닛은 역방향으로 전송을 동기화하도록 고유 할당 파일롯 신호를 송신한다.
도 2는 CDMA 통신 시스템(30)을 도시한다. 통신 시스템(30)은 복수의 기지국(361, 362...36n)을 포함한다. 각 기지국(361, 362...36n)은 고정될 수 있거나 이동할 수 있는 복수의 가입자 유닛(401, 402...40n)과 무선 통신을 한다. 각 가입자 유닛(401, 402...40n)은 가장 근접한 기지국(361) 또는 가장 강한 통신 신호를 제공하는 기지국(361) 중 어느 하나의 기지국과 통신한다. 각 기지국(361, 362...36n)은 도 3에 도시된 바와 같이 통신 시스템(30)내에서 상이한 구성요소와 통신한다.
국부 교환국(32)은 통신 시스템(30)의 중앙에 위치되어, 복수의 네트워크 인터페이스 유닛[NIUs: network interface units](341, 342...34n)과 통신한다. 각 NIU는 복수의 전파 반송국[RCS: radio carrier station](381, 382...38n) 또는 기지국(361, 362...36n)과 통신한다. 각 RCS(381, 382...38n) 또는 기지국(361, 362...36n)은 이들 기지국의 통신 영역내에서 복수의 가입자 유닛(401, 402...40n)과 통신한다.
도 4는 기존의 대역 확산 CDMA 통신 시스템의 관련 부분의 블럭도를 도시한다. 각각의 독립 기지국(361, 362...36n)은 전역 파일롯 칩코드 발생 수단(421) 및 대역 확산 처리 수단(441)을 사용하여 고유의 전역 파일롯 신호를 발생한다. 전역 파일롯 칩코드 발생 수단(421)은 고유 의사 임의 칩코드 시퀀스를 발생한다. 고유 의사 임의 칩코드 시퀀스는 B-CDMATM무선 인터페이스에서 사용되는 15 MHZ와 같은 합성 신호 대역폭을 확산하는데 사용된다. 대역 확산 처리 수단은 전역 파일롯 칩코드 시퀀스를 소망하는 중심 주파수까지 변조한다. 전역 파일롯 신호는 기지국의 송신기(461)에 의해서 모든 가입자 유닛(401)으로 전송된다.
가입자 유닛(401)에서의 수신기(481)는 복수의 기지국(361, 362...36n)으로부터 이용 가능한 신호를 수신한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전역 파일롯 신호(501)는 기지국(361)으로부터 가입자 유닛(401)으로 이동하고, 아래와 같이 나타낼 수 있다.
신호가 기지국(361)으로부터 가입자 유닛(401)으로 이동하는의 시간은 기지국(361)과 가입자 유닛(401) 사이의 거리(d1)를 빛의 속도(c)로 나눈 것이다.
도 4를 다시 참고하여, 가입자 유닛(401)내의 전역 파일롯 칩코드 복원 수단(541)은 복수의 기지국(361, 362...36n)으로부터 전역 파일롯 칩코드 시퀀스를 수신할 수 있다. 가입자 유닛(401)은 전역 파일롯 칩코드 시퀀스의 레플리카(replica)를 발생하고, 발생된 레플리카를 수신된 전역 파일롯 신호(501)에 의해 시간 동기화시킨다. 또한, 가입자 유닛(401)은 가입자 유닛(401)의 다수의 분석 기능을 수행하는 프로세서(821)를 갖는다.
가입자 유닛(401)은 할당 파일롯 칩코드 발생 수단(561) 및 대역 확산 처리 수단(581)을 사용하여 할당 파일롯 신호(521)를 발생한다. 할당 파일롯 칩코드 발생 수단(561)은 복원된 전역 파일롯 칩코드 시퀀스에 의해 시간 동기화되는 상기 발생 수단으로 의사 임의 칩코드 시퀀스를 발생한다. 그 결과, 할당 파일롯 칩코드 시퀀스는 기지국(361, 362...36n)에 대하여만큼 지연된다. 대역 확산 처리 수단(581)은 할당 파일롯 칩코드 시퀀스를 소망하는 중심 주파수까지 변조시킴으로써 할당 파일롯 신호(521)를 발생한다. 할당 파일롯 신호(521)는 할당 파일롯 신호(521)를 수신하는 영역내에서 모든 기지국(361, 362...36n)으로 전송된다.
기지국(361)은 기지국의 수신기(621)를 사용하여 할당 파일롯 신호(521)를 수신한다. 수신된 할당 파일롯 신호(521)는 도 5에 도시된 바와 같이 전역 파일롯 신호(501)와 동일한 거리(d1)를 이동한다. 이에 따라, 수신된 할당 파일롯 신호는 이동 유닛(401)에 관련되어만큼 또한 기지국(361)에서 발생되는 전역 파일롯 신호(501)에 관련되어 2만큼 지연될 것이다.
기지국(361)에서 수신된 할당 파일롯 신호(521)의 칩코드 시퀀스가 기지국(361)에서 발생되는 전역 파일롯 신호(501)의 칩코드 시퀀스와 관련되어 2만큼 지연될 것이기 때문에, 원형 트립 전파(round trip propagation) 지연(2)이 두 개의 칩코드 시퀀스의 타이밍을 비교함으로써 결정될 수 있다. 원형 트립 전파 지연(2)을 사용함으로써, 기지국(361)과 가입자 유닛(401) 사이의 거리(d1)가 아래의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
만약 적어도 80 ns의 칩핑 레이트(chipping rate)를 갖는 확산 시퀀스가 사용되고 통신 시스템이 칩의 1/16을 트래킹하는 능력을 갖는다면, 거리(d1)는 2 미터내에서 측정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블럭도이다. 가입자 유닛(401)에 있어서 하드웨어가 추가될 필요는 없다. 유일하게 변경되는 점은 기지국(361), NIU(341) 또는 국부 교환국(321)내에 위치되는 가입자 유닛의 프로세서(821) 및 프로세서(661, 662...66n, 68, 701, 702...70n), 관할 구역[precinct: 741, 742...74n] 및 앰블런스 관제사[ambulance dispatcher: 76]에 의해서 구현된다는 것이다.
가입자 유닛(401)은 911 호출이 시작되었음을 나타내는 기지국(361)에 의해서 신호를 송신하고 가입자 위치 프로토콜을 개시한다. 수신시에, 가입자 유닛(401)은 가입자 유닛(401)의 전송 칩코드 시퀀스를 적어도 3개의 기지국의 칩코드 시퀀스로 순차적 동조시킬 것이다. 가입자 유닛의 표준 통신 영역 외부의 기지국(362, 363...36n)에 의해서 수신되도록 하기 위해서, 이러한 전송은 소정의 적응 가능한 전력 알고리즘을 일시적으로 오버 라이딩(over riding)하여 표준 전원 레벨보다 높은 레벨에서 송신될 수 있을 것이다.
각 기지국(361, 362...36n)내의 프로세서(661)는 할당 파일롯 칩코드 복원 수단(641) 및 전역 파일롯 칩코드 발생기(421)에 연결된다. 프로세서(661)은 두 개의 칩코드 시퀀스를 비교하여 원형 트립 전파 지연() 및 가입자 유닛(401)과 각 기지국(361, 362...36n) 사이의 각 거리(d1, d2...dn)를 결정한다.
NIU(341) 또는 국부 교환국(321)내에서, 프로세서(68)는 모든 기지국(361, 362...36n)내에서 프로세서(661, 662...66n)로부터 거리(d1, d2...dn)를 수신한다. 프로세서(68)는 거리(d1, d2...dn)를 사용하여 아래와 같이 가입자 유닛(401)의 위치를 결정한다.
3개의 기지국(361, 362...36n)로부터 알려진 경도 및 위도와 거리(d1, d2...dn)를 사용함으로써, 가입자 유닛(401)의 위치가 결정된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 거리(d1, d2...dn)를 사용함으로써, 반지름(801, 802, 803)을 갖는 3개의 원(781, 782, 783)이 구성된다. 각 원(781, 782, 783)은 각 기지국(361, 362...36n)의 중심에 있다. 3개의 원(781, 782, 783)의 교점은 가입자 유닛(401)의 위치에 있다.
직각 좌표계(cartesian coordinate)를 사용함으로써, 각 기지국(361, 362...36n)에 상응하는 경도 및 위도가 Xn, Yn(Xn은 경도, Yn은 위도)으로 표현된다. 만약 X, Y가 가입자 유닛(401)의 위치를 나타낸다면, 거리 공식을 사용하여 아래의 수학식이 결과된다.
실제 문제에 있어서, 거리(d1, d2...dn)를 계산하는데 작은 오차로 인하여, 수학식 3, 4 및 5는 종래의 대수학을 사용하여 풀리지 않을 수도 있을 것이다. 오차를 방지하기 위해서, 최대 유사 측정[MLE: maximum likelihood estimation]이 위치를 결정하는데 사용됨은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 증가된 정확성에 있어서, 추가적인 기지국(364, 365...36n)은 추정 분석의 연관성을 위해 추가적인 거리를 계산하는데 사용될 수 있다.
가입자 유닛의 위치는 통신 시스템(30)을 통하여 적어도 하나의 관할 구역(741, 742...74n) 및 앰블런스 관제사(76)에게 송신된다. 각 관할 구역(741, 742...74n)의 프로세서(701) 및 앰블런스 관제사(76)는 시스템에서 시작되는 모든 911 호출의 위치를 수신하고 종래의 컴퓨터 모니터(721)상에 위치를 디스플레이한다. 상기 디스플레이는 모든 911 호출의 목록 및 지리적 지도상의 주소를 포함한다.
별도의 접근은 통신 시스템(30)를 통하여 원래의 데이터를 전송하고, 단일 위치에서 원래의 데이터를 처리함으로써 특정 프로세서를 감소시킨다.
도 8은 국부 시스템의 제2 실시예를 도시한다. 적어도 두 개의 기지국(361, 362...36n)은 서로 내부에서 시간 동기화되는 기지국을 갖고, 칩코드 시퀀스를 시간동기화시킴으로써 기지국의 각 전역 파일롯 신호(521, 522...52n)를 전송한다. 가입자 유닛(401)은 전역 파일롯 신호(521, 522...52n)를 수신한다. 그러나, 수신된 전역 파일롯 신호(521, 522...52n)는 동기화되지 않는다. 전역 파일롯 신호(521)는 제1 기지국(361)으로부터 거리(d1)를 이동할 것이고,만큼 지연된다. 전역 파일롯 신호(522)는 제2 기지국(362)으로부터 거리(d2)를 이동하고만큼 지연된다. 가입자 유닛(401)은 가입자 유닛의 전역 파일롯 칩코드 복원 수단(541)을 사용하여 각 기지국의 전역 파일롯 칩코드 시퀀스를 복원시킨다. 가입자 유닛(401)에서의 프로세서(821)는 각 전역 파일롯 칩코드 복원 수단(541, 542...54n)에 연결된다. 프로세서(821)는 각 쌍의 파일롯 칩코드 시퀀스의 칩코드 시퀀스를 비교하고, 아래와 같이 시퀀스 사이의 시간차(Δt1, Δt2...Δtn)를 계산한다.
가입자 유닛(401)내에서, 각 기지국(361, 362...36n)에 의해 사용되는 칩코드 시퀀스가 기억된다. 제1 기지국의 파일롯 신호(361)에 의해 동기화된 후, 프로세서(821)는 시퀀스 동기화가 결과되는 범위내에서 기억될 것이다. 이러한 프로세서는 다른 기지국(361, 362...36n)에 대해서도 반복된다. 동기화 프로세서는 순차적으로(제1 이후에 제2 등과 같은 순서로 기지국의 칩코드 시퀀스를 동기화시킴) 또는 나란하게(동시에 모든 기지국을 동기화시킴) 완결될 수 있다.
각 기지국의 칩코드 시퀀스 사이의 상대적인 시간차()를 사용하고, 각 기지국의 파일롯 신호가 동시에 송신되었음을 알려줌으로써, 두 개의 기지국간의 시간차가 아래와 같이 계산된다.
시간차(Δt1, Δt2...Δtn)는 적어도 하나의 기지국(361)으로 전송된다.
적어도 하나의 기지국(361)은 시간차 복원 수단(841)을 사용하여 수신된 신호로부터 시간차 데이터를 복원시킨다. 시간차 데이터는 통신 시스템을 통하여 거리 데이터(d1)에 따라 프로세서(68)로 송신된다. 프로세서(68)는 시간차 데이터(Δt1, Δt2...Δtn) 및 아래의 거리 데이터(d1, d2...dn)를 사용하여 가입자 유닛(401)의 위치를 결정한다.
도 9에 도시되는 바와 같이 오직 두 개의 기지국(361, 362)으로부터의 인포메이션에 의해서, 프로세서는 거리(d1, d2)를 사용하여 두 개의 원(781, 782)을 그릴 수 있다. 시간차(Δt1)를 사용함으로써, 쌍곡선(861)은 아래와 같이 구성될 수 있다.
쌍곡선(861)을 지나는 모든 점은 동일한 시간차(Δt1)에 의해서 동기화된 기지국(361, 362)으로부터 전역 파일롯 신호(521, 522)를 수신한다. 시간차(Δt1)는 t1을 Δt1으로 치환하고 수학식1의 d1을 Δd1으로 치환함으로써 거리차(Δd1)로 변환될 수 있다. 거리 공식 및 가입자 유닛(401)의 위치로서의 X, Y를 사용함으로써, 아래의 수학식이 결과된다.
최대 유사 측정에 있어서, 수학식 3 및 4에 의한 수학식 8을 사용함으로써, 가입자 유닛(401)의 위치가 결정될 수 있다. 그 후, 가입자 유닛의 위치는 통화 구역(cellular area)내에서 가장 근접한 경찰 관할 구역(741, 742...74n) 및 앰블런스 관제사(76)에게 송신된다.
개선된 정확도에 있어서, 추가적인 기지국(361, 362...36n)이 사용된다. 도 10은 3개의 기지국(361, 362, 363)을 사용하는 발명을 도시한다. 거리(d1, d2, d3)는 3개의 원(781, 782, 783)을 그리는데 사용된다. 시간차(Δt1, Δt2)를 사용함으로써, 두 개의 교차하는 쌍곡선(861, 862)이 구성된다. 최대 유사 측정에 따라서, 가입자 유닛의 위치는 두 개의 쌍곡선(861, 862) 및 3개의 원(781, 782, 783)으로 계산되어 보다 정확하게 산출된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가입자 유닛(401)은 시간차(Δt1, Δt2...Δtn)를 결정하기 위해서 각 전역 파일롯 칩코드 시퀀스의 프로세서가 필요하다. 별도의 접근은 가입자 유닛(401)으로부터 프로세싱을 제거한다.
도 6을 참고하여, 이동 유닛(401)은 할당 파일롯 신호를의 지연을 갖는 가장 근접한 기지국(361)과 같은 기지국의 전역 파일롯 칩코드 시퀀스 중 하나로 동기화시킬 것이다. 할당 파일롯 신호(501)는 모든 기지국(361, 362...36n)으로 전송된다. 할당 파일롯 신호(501)는 각각의 지연()을 갖는 각 기지국에서 수신될 것이다. 각 기지국(361, 362...36n)은 계산된 거리에 따라 지연된 칩코드 시퀀스를 NIU(341)에 위치된 프로세서(68) 또는 국부 교환국(32)으로 송신할 것이다. 프로세서(68)는 수신된 할당 파일롯 칩코드 시퀀스를 비교함으로써, 시간차(Δt1, Δt2...Δtn)를 계산할 것이다. 수신된 할당 파일롯 칩코드 시퀀스 모두가만큼 지연되기 때문에,의 지연은 합성 시간차(Δt1, Δt2...Δtn)를 상쇄시킬 것이다. 이에 따라, 가입자 유닛(401)은 상기에서 기술된 바와 같이 쌍곡선(861, 862)을 사용하여 위치될 수 있다.
도 11, 도 12 및 도 13에서 도시된 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실시예는 다중 안테나(881, 882...88n)를 갖는 기지국(361)을 사용한다. 두 개의안테나(881,882)는 도 11에 도시된 바와 같이 공지된 거리(l)만큼 떨어져 중심선(92)을 따라 위치한다. 두 개의 안테나(881, 882)는 가입자 유닛(401)으로부터 할당 파일롯 신호(901, 902)를 수신한다. 그러나, 가입자 유닛(401)으로부터 더 떨어진 안테나(882)는 인접 안테나(881)에 관하여 약간 길어진 거리(d1')에 걸쳐서 약간의 지연을 갖는 신호를 수신한다. 이러한 지연은 도 13에 도시된 바와 같이, 각 안테나에서 수신된 신호 사이의 반송파 위상차(Φ)를 초래한다. 수신된 반송파 위상차 및 각 할당 파일롯 칩코드 복원 수단(961, 962...96n)에 의해 복원된 칩코드 시퀀스를 사용하는 프로세서(661)는 아래와 같이 가입자 유닛(401)의 위치를 결정할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 가입자 유닛(401)은 안테나(881, 882)의 중심선(92)으로부터 각도(α)의 거리(d1)에 위치된다. 도 12의 기준에서 보는 바와 같이, 수신된 할당 파일롯 신호(901, 902) 모두는 일치되어 나타나는 듯 보인다. 그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 수신된 할당 파일롯 신호(901, 902)는 약간 분리된다. 제1 안테나(881)로 복귀하는 수신된 할당 파일롯 신호(901)는 거리(d1)를 이동한다. 제2 안테나(882)로 복귀하는 수신된 할당 파일롯 신호(902)는 약간 길어진 거리(d1')를 이동한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 두 거리(d1, d1') 사이의 거리차는거리(m)이다.
안테나(881, 882)와 가입자 유닛(401) 사이의 거리(d1, d1')가 안테나(881, 882) 사이의 거리(l)보다 더 길기 때문에, 수신된 할당 파일롯 신호(901, 902) 모두는 경로와 대략적으로 평행하게 따라간다. 도 11에 도시된 바와 같이, 가입자 유닛(401)으로부터 거리(d1)에 있는 점(94)를 사용하여 직각 삼각형을 구성함으로써, 각도(∝)는 아래의 기하학적 관계를 수반함으로써 결정될 수 있다.
거리(m)는 아래와 같이 두 개의 수신된 신호(901, 902) 사이의 반송파 위상차(Φ)를 사용함으로써 결정될 수 있다.
거리(m)는 두 신호 사이의 위상차(Φ)와 신호의 파장(λ)을 곱한 값을 라디안의 2π로 나눈 것과 동일하다. 파장(λ)은 아래의 할당 파일롯 신호의 알려진 주파수(f)로부터 유도될 수 있다.
또한, 프로세서(68)는 전역 파일롯 발생 수단(421)의 칩코드 시퀀스와 복원된 할당 파일롯 칩코드 시퀀스를 비교하여, 도 6에 도시된 바와 같이 거리(d1)를 결정한다. 각도(∝)와 거리(d1) 모두를 사용함으로써, 프로세서(661)는 간단한 기하학을 사용하여 가입자 유닛(401)을 위치 지정한다. 당업자들에게는 안테나(881, 882) 전후의 위치 사이의 애매성(ambiguity)을 제거하기 위한 많은 기술이 알려져 있다.
이러한 기술 중 하나는 섹터리제이션(sectorization)을 사용하는 안테나를 이용한다. 그 결과, 가입자 유닛의 위치는 관할 구역(741, 742...74n) 및 앰블런스 관제사(76)에게 송신된다. 시스템의 정확도를 개선하기 위해서 추가적인 안테나가 사용될 것이다.
별도의 실시예는 하나 이상의 기지국(361, 362...36n)을 사용한다. NIU(341) 또는 국부 교환국(32) 중 어느 하나에 위치되는 프로세서(68)는 하나 이상의 기지국(361, 362...36n)으로부터 거리 및 각도 정보뿐만 아니라, 기지국(361, 362...36n) 사이의 시간차(Δt1, Δt2...Δtn)를 수집한다. 최대 유사 측정 기법을 사용함으로써, 프로세서(68)는 가입자 유닛(401)의 보다 정확한 위치를 결정한다.
제4 실시예는 다중경로를 수정한다. 도 14는 다중경로를 도시한다. 전역 파일롯 신호와 같은 신호는 기지국(361)으로부터 전송된다. 신호는 기지국(361)과 가입자 유닛(401) 사이의 다수의 경로(981, 982...98n)를 따라간다.
도 13은 수신된 다중경로 구성요소의 임펄스 응답(136)을 도시하는 그래프이다. 각 수신된 다중경로의 구성요소는 고유 경로로 이동하기 때문에, 이들 구성요소는 경로(981, 982...98n)의 길이에 따라 결정되는 전파 지연을 갖는 수신기에 도달한다. 임펄스 응답(106)은 각 전파 지연에서 수신되는 모든 다중경로의 구성요소의 집합 신호 크기를 도시한다.
이전에 기술된 가입자 유닛 위치 지정 방식은 가입자 유닛(401)이 거리(d1)를 이동하는 시선상(line of sight)에 있는 다중경로의 구성요소(981)에 의해서 동기화됨을 가정한다. 그러나, 만약 가입자 유닛이 비시선상 다중경로의 구성요소(981, 982...98n)에 의해 동기화된다면, 거리 계산에 있어서 도 15에 도시된 바와 같이 지연(MD1)으로 인한 오류가 발생될 것이다.
도 16은 다중경로로부터 결과되는 오류를 수정하는 시스템이다. 전역 파일롯 신호(501)는 기지국(361)으로부터 가입자 유닛(401)으로 송신된다. 가입자 유닛(401)은 참조로서 본 명세서에 통합되는 미국 특허 출원번호 제08/669,769호 Lomp 및 기타등에서 개시되는 것과 같이, 다중경로 수신기(1021)를 사용하여 모든 다중경로 구성요소를 수집한다. 가입자 유닛(401)내의 프로세서(821)는 수신된 전역 파일롯 신호(501)의 임펄스 응답(100)을 분석한다.
시선상 다중경로의 구성요소(981)는 짧아진 거리(d1)를 이동하기 때문에, 제제1 수신 구성요소(981)는 시선상에 있는 구성요소이다. 시선상의 구성요소가 수신되지 않는 경우, 제1 수신 구성요소(981)는 가장 근접하게 위치됨으로써 시선상의 구성요소를 추정하는데 최선으로 이용 가능할 것이다. 프로세서(821)는 제1의 수신 구성요소(981)의 칩코드 시퀀스와 할당 파일롯 칩코드 시퀀스를 동기화하는데 사용되는 칩코드 시퀀스를 비교한다. 이러한 비교에 의해 다중경로로 인한 지연(MD1)이 결정된다. 다중경로 지연(MD1)은 기지국(361)으로 전송된다.
기지국(361)내의 프로세서(661) 및 다중경로 수신기(1041)는 수신된 할당 파일롯 신호상에서 동일하게 분석한다 그 결과, 할당 파일롯 신호의 다중경로 지연(MD1)이 결정된다. 게다가, 다중경로 지연 복원 수단(1061)은 프로세서(661)에 의해 사용하기 위해 전송된 전역 파일롯 신호의 다중경로 지연(MD1)을 복구한다. 프로세서(661)는 발생된 전역 파일롯 칩코드 시퀀스를 복구된 할당 파일롯 칩코드 시퀀스에 견주어, 원형 트립 전파 지연(2)을 결정한다. 다중경로를 수정하기 위해서, 프로세서(661)는 계산된 원형 트립 전파 지연(2)에서 전역 파일롯 신호의 다중경로 지연(MD1) 및 할당 파일롯 신호의 다중경로 지연(MD2) 모두를 제한다. 수정된 원형 트립 전파 지연은 상기에서 도시한 방식 중 하나를 이용하여 가입자 유닛의 위치를 결정하는데 사용된다.
비록 본 발명이 일정한 특정 실시예의 참조를 상세화하는 면으로만 설명되었을지라도, 이러한 상세화는 한정하기 보다는 유익하게 되도록 의도된다. 당업자들은 동작의 구조 및 형태의 다양한 변경이 본 명세서의 지침으로 개시된 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능함을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 고정 위치의 기지국을 갖는 CDMA 통신 시스템에 있어서, 가입자 유닛을 지리적으로 위치시키는 방법으로서,
    (a) 상기 기지국으로부터, 제1 의사 임의 칩코드 시퀀스(pseudo random chip code sequence)를 갖는 제1 대역 확산 신호를 전송하는 단계와,
    (b) 상기 가입자 유닛에서, 제1 신호 다중경로의 구성요소(signal multipath components)를 구비하는 상기 제1 대역 확산 신호(spread spectrum signal)를 수신하는 단계와,
    (c) 상기 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하는 단계와,
    (d) 상기 가입자 유닛으로부터, 상기 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화된 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제2 대역 확산 신호를 전송하는 단계와,
    (e) 상기 기지국에서, 제2 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 제2 대역 확산 신호를 수신하는 단계와,
    (f) 상기 수신된 제2 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하는 단계와,
    (g) 상기 제2 신호 중 제1 수신 구성요소에 기초하여 상기 기지국과 상기 가입자 유닛 사이의 거리를 결정하는 단계와,
    (h) 상기 거리 결정에 기초하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 단계를 포함하는 위치 지정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(a) 내지 단계(g)는 상이한 고정 위치와 관련된 3개의 기지국 각각에 대하여 제각각 실행되고, 상기 단계(h)는 상기 3개의 기지국 각각에 대한 상기 거리 결정에 기초하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 위치 지정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계(a) 내지 단계(g)는 상이한 고정 위치와 관련된 각 기지국인 제1 및 제2 기지국 모두에 대하여 실행하고,
    상기 제1 기지국의 제1 대역 확산 신호를 상기 제2 기지국의 제1 대역 확산 신호로 시간 동기화시키는 단계와,
    상기 가입자 유닛에서 수신되는 상기 제1 기지국과 상기 제2 기지국의 제1 대역 확산 신호 사이의 시간차를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계(h)는 상기 거리 결정 및 상기 결정된 시간차를 사용하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 위치 지정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계(a) 내지 단계(g)는 상이한 고정 위치와 관련된 각 기지국인 제1 및 제2 기지국 모두에 대하여 실행하고,
    상기 제1 기지국의 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 상기 제2 대역확산 신호를 상기 제2 기지국 - 상기 제2 기지국에서 수신되는 상기 제1 기지국의 제2 신호는 상기 제1 기지국의 제2 신호 다중경로의 구성요소를 구비함 - 을 수신하는 단계와,
    상기 수신된 제1 기지국의 제2 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 상기 제2 기지국에서 결정하는 단계와,
    상기 제1 기지국 및 상기 제 2 기지국에서 수신된 상기 제1 기지국의 제2 대역 확산 신호 사이의 시간차를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계(h)는 상기 거리 결정 및 상기 결정된 시간차를 사용하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 위치 지정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기지국은 상이한 고정 위치와 각각 관련된 제1 및 제2 안테나를 갖고, 상기 제2 대역 확산 신호는 상기 제1 및 제2 안테나에 의해 분리되어 수신되며, 상기 위치 지정 방법은,
    상기 제1 및 제2 안테나에 의해서 수신된 상기 각 제2 대역 확산 신호 사이이의 위상차를 결정하는 단계와,
    상기 위상차 및 상기 제1 및 제2 안테나의 고정 위치 사이의 거리에 기초하여 상기 기지국과 상기 가입자 유닛과 관련된 각도를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계(h)는 상기 거리 결정 및 상기 계산된 각도에 기초하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 위치 지정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 파일롯 신호(pilot signal)인 것인 위치 지정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기지국의 고정 위치는 위도 및 경도와 관련되고, 상기 단계(h)는 상기 위도, 상기 경도 및 상기 거리 결정에 기초하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 위치 지정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 지도상에 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것인 위치 지정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 주소로서 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것인 위치 지정 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계(h)는 최대 유사 측정[MLE: maximum likelihood estimation]에 의한 상기 거리 결정을 사용하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 위치 지정 방법.
  11. CDMA 통신 시스템에 있어서, 가입자 유닛과 기지국 사이의 거리를 결정하는 방법으로서,
    (a) 상기 기지국으로부터, 제1 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제1 대역 확산 신호를 전송하는 단계와,
    (b) 상기 가입자 유닛에서, 제1 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 제1 대역 확산 신호를 수신하는 단계와,
    (c) 상기 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하는 단계와,
    (d) 상기 가입자 유닛으로부터, 상기 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화된 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제2 대역 확산 신호를 상기 가입자 유닛으로부터 전송하는 단계와,
    (e) 상기 기지국에서, 제2 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 제2 대역 확산 신호를 상기 기지국에서 수신하는 단계와,
    (f) 상기 수신된 제2 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하는 단계와,
    (g) 상기 제2 신호의 제1 수신 구성요소에 기초하여 상기 기지국과 상기 가입자 유닛 사이의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 거리 결정 방법.
  12. 가입자 유닛을 지리적으로 위치 지정하는 것이 가능한 대역 확산 CDMA 통신 시스템에 있어서,
    거리 결정에 기초하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하기 위한 수단과 적어도 하나의 기지국을 포함하는데, 상기 적어도 하나의 기지국 각각은,
    제1 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제1 대역 확산 신호를 전송하기 위한수단과, 제2 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 제2 대역 확산 신호를 수신하기 위한 수단과, 상기 수신된 제2 신호 다중경로의 구성요소 중 상기 제1 수신 구성요소를 결정하기 위한 수단과, 상기 제2 신호의 제1 수신 구성요소에 기초하여 상기 거리 결정으로서 상기 기지국과 상기 가입자 유닛 사이의 거리를 결정하기 위한 수단을 포함하고, 상기 가입자 유닛은 제1 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 제1 대역 확산 신호를 수신하기 위한 수단과, 상기 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하기 위한 수단과, 상기 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제2 대역 확산 신호를 전송하기 위한 수단을 포함하는 것인 CDMA 통신 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기지국은 상이한 고정 위치와 각각 관련되는 3개의 기지국이고, 상기 가입자 유닛을 수신하는 수단은 상기 3개의 기지국으로부터 상기 각각의 제1 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 각 제1 대역 확산 신호를 수신하고, 상기 가입자 유닛의 제1 구성요소를 결정하는 수단은 상기 각 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소의 각각에 대하여 각각의 제1 수신 구성요소를 결정하고, 상기 가입자 유닛을 전송하는 수단은 상기 3개의 기지국 중 하나와 각각 관련되고, 상기 제3 기지국 중 상기 각각의 기지국으로부터 상기 각 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 상기 각 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 각각 갖는 3개의 상기 제2 대역 확산 신호를 전송하고, 상기 지리적 위치를 결정하는 수단은 상기 3개의 기지국 각각으로부터 상기 거리 결정에 기초하여 상기가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 CDMA 통신 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기지국은 상이한 고정 위치와 각각 관련된 두 개의 기지국이고, 상기 가입자 유닛을 수신하는 수단은 상기 두 개의 기지국으로부터 상기 각 제1 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 각 제1 대역 확산 신호를 수신하고, 상기 가입자 유닛의 제1 구성요소를 결정하는 수단은 상기 각각의 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소에 대하여 각 제1 수신 구성요소를 결정하고, 상기 가입자 유닛을 전송하는 수단은 상기 두 개의 기지국 중 하나와 각각 관련되고, 상기 각 기지국으로부터 상기 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 상기 각 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 각각 갖는 두 개의 상기 제2 대역 확산 신호를 전송하고, 상기 가입자 유닛은 상기 가입자 유닛에서 수신되는 상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국의 제1 대역 확산 신호 사이의 시간차를 결정하기 위한 시간차 수단을 더 포함하고, 상기 지리적 위치를 결정하는 수단은 상기 거리 결정 및 상기 시간차를 사용하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하고, 상기 제1 기지국에서 전송되는 상기 제1 기지국의 제1 대역 확산 신호는 상기 제2 기지국에서 전송되는 상기 제2 기지국의 제1 대역 확산 신호로 시간 동기화되는 것인 CDMA 통신 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기지국은 상이한 고정 위치와 각각 관련된 두 개의 기지국이고, 상기 제1 기지국에서 전송되는 상기 제1 기지국의 제1대역 확산 신호는 상기 제2 기지국에서 전송되는 상기 제2 기지국의 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되고, 상기 가입자 유닛을 수신하는 수단은 상기 두 개의 기지국 각각으로부터 상기 각 제1 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 각 제1 대역 확산 신호를 수신하고, 상기 가입자 유닛의 제1 구성요소를 결정하는 수단은 상기 각 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소 각각에 대하여 각 제1 수신 구성요소를 결정하고, 상기 가입자 유닛을 전송하는 수단은 상기 두 개의 기지국 중 하나와 각각 관련되고, 상기 두 개의 기지국 중 상기 각 기지국으로부터 상기 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 상기 각 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 각각 갖는 두 개의 상기 제2 대역 확산 신호를 전송하고, 상기 제2 기지국은 상기 제1 기지국의 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 상기 제2 대역 확산 신호 - 상기 수신된 제1 기지국의 제2 신호는 상기 제1 기지국의 제2 신호 다중경로의 구성요소를 구비함 - 를 수신하기 위한 수단과, 상기 제2 기지국에서 상기 수신된 제1 기지국의 상기 제2 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 지리적 위치를 결정하는 수단은 상기 거리 결정 및 결정된 시간차를 사용하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하고, 상기 시스템은 상기 결정된 시간차로서 상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국에서 수신되는 상기 제1 기지국의 제2 대역 확산 신호 사이의 시간차를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는 것인 CDMA 통신 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 기지국은 상이한 고정 위치와 각각 관련되고 상기제2 대역 확산 신호가 별도로 수신되도록 하는 제1 및 제2 안테나와,
    상기 제1 및 제2 안테나에 의해서 수신되는 상기 각 제2 대역 확산 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 수단과,
    상기 위상차 및 상기 제1 및 제2 안테나 고정 위치 사이의 거리에 기초하여 상기 기지국 및 상기 가입자 유닛과 관련된 각도를 계산하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 지리적 위치 결정 수단은 상기 거리 결정 및 상기 계산된 각도에 기초하여 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 결정하는 것인 CDMA 통신 시스템.
  17. 제12항에 있어서, 상기 CDMA 통신 시스템은 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 지도상에 디스플레이하기 위한 수단을 더 포함하는 것인 CDMA 통신 시스템.
  18. 제12항에 있어서, 상기 CDMA 통신 시스템은 상기 가입자 유닛의 지리적 위치를 거리 주소로서 디스플레이하기 위한 수단을 더 포함하는 것인 CDMA 통신 시스템.
  19. 가입자 유닛과 기지국 사이의 거리를 결정할 수 있는 CDMA 통신 시스템에 있어서,
    제2 신호의 제1 수신 구성요소에 기초하여 상기 기지국 및 상기 가입자 유닛 사이의 거리를 결정하기 위한 수단을 포함하는데,
    상기 기지국은 제1 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제1 대역 확산 신호를전송하기 위한 수단과, 제2 신호 다중경로 구성요소를 구비하는 제2 대역 확산 신호를 수신하기 위한 수단과, 상기 수신된 제2 신호 다중경로 구성요소의 제1 수신 구성요소를 결정하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 가입자 유닛은 제1 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 상기 제1 대역 확산 신호를 수신하기 위한 수단과, 상기 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하기 위한 수단과, 상기 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 상기 제2 대역 확산 신호를 전송하기 위한 수단을 포함하는 것인 CDMA 통신 시스템.
  20. 가입자 유닛을 지리적으로 위치 지정할 수 있는 CDMA 통신 시스템에서 사용하기 위한 가입자 유닛에 있어서,
    제1 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제1 신호 다중경로의 구성요소를 구비하는 제1 대역 확산 신호를 수신하기 위한 수단과,
    상기 수신된 제1 신호 다중경로의 구성요소 중 제1 수신 구성요소를 결정하기 위한 수단과,
    상기 제1 수신 구성요소와 관련된 지연을 결정하기 위한 수단과,
    상기 결정된 지연을 구비하는 신호 및 상기 수신된 제1 대역 확산 신호에 의해 시간 동기화되는 제2 의사 임의 칩코드 시퀀스를 갖는 제2 대역 확산 신호를 전송하기 위한 수단을 포함하는 것인 가입자 유닛.
KR10-2001-7011877A 1999-03-22 1999-09-03 Ｃｄｍａ 통신 시스템에서 이동 가입자의 위치 특정 방법 및 시스템 KR100454309B1 (ko)

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