KR20020077900A - 무선 위치 설정 망을 시뮬레이팅하고 계획하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 시스템에 이동 유니트 위치 설정 기능을 부가하는데 여러가지 다른 방법들이 있다. 이러한 방법은 위성 기반 기술 뿐 아니라 지상 기술을 포함할 수 있다. 그러한 다른 방법은 무선 통신을 한 특정의 기존 또는 제안된 시스템의 범위내에서 평가되고 비교될 수 있으며, 그러한 장치가 개시된다.

Description

무선 위치 설정 망을 시뮬레이팅하고 계획하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SIMULATING AND PLANNING OF WIRELESS POSITION LOCATION NETWORKS}
이동 통신용 무선 시스템은 셀룰러 전화 망, 광대역 개인 통신 서비스(PCS), 무선 근거리 영역 망(LAN), 위성 통신 시스템 및 양방향 무선 시스템등을 포함한다. 이러한 시스템은 전화기 또는 무선 핸드셋, 차량용 송수신기, 무선 데이터 모뎀 또는 무선 로컬 루프(WLL) 스테이션과 같은 반고정 유니트와 같은 이동 유니트를 포함할 수 있다. 여러 시스템들이 또한 위치가 고정되고 이동 유니트 및 이동국 유니트 서로간에 및/또는 외부 망와 통신하는 하나 이상의 기지국을 포함하는 인프라구조를 가진다. 셀룰러 전화 망에서, 기지국 유니트는 이동 유니트와 공중 교환 전화망 사이에 인터페이스를 제공하며, 인증 및 과금 기능을 실행하기 위하여 레지스트리와 통신하며, 호출 관리 및 핸드오프 기능을 실행하기 위하여 서로 상호작용할 수 있다.
특정 이동 유니트의 위치를 설정하는 능력을 부가함으로써 이동 통신용 무선 시스템을 확대시키는 것은 바람직하다. 한가지 이유는 연방 통신 위원회(DocketNo. 94-102, 및 1999년 10월 6일 배포되고 1999년 9월 15일에 채용된 세번째 보고서 및 명령)에 의하여 공포된 규정에 존재하며, 이 규정은 2001년 10월까지 미국내 모든 셀룰러 캐리어가 호출의 67 퍼센트는 50미터 내에서 호출의 95 퍼센트는 150 미터 내에서 911 호출을 가능하게 하는 셀룰러 전화기의 위치를 설정하도록 요구한다. 무선 통신 시스템의 위치 설정 능력을 위한 기타 사용은 네비게이션 및 차량 관리 지원과 같은 값어치가 부가된 소비자 특성을 포함한다.
위치 설정을 위한 다른 여러 접근방식이 실행될 수 있다. 이러한 접근 방식은 지상 방식, 글로벌 위치설정 시스템(GPS) 방식 및 지상 및 GPS 방식의 하이브리드 방식을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 무선 통신용 시스템에 적용된 이러한 접근방식의 상대적인 실행은 시스템의 특성 및 시스템이 배치되는 영역의 특성에 따를 것이다. 그러므로, 특정 접근방식을 채택하거나 실행하는 규정들이 만들어지기 전에 시스템안에 하나 이상의 상기와 같은 접근방식의 실행을 평가하는 것이 바람직하다. 그러므로 위치 설정과 관련된 현존하거나 제안된 무선 통신 시스템의 실행을 평가하는 방법 또는 장치가 필요하다. 또한 새로운 시스템에 대한 계획 및 설계 단계동안 또는 현존 시스템의 업그레이드 또는 트러블슈팅동안 위치 설정에 관한 여러 서로 다른 접근방식의 실행을 비교하는 것을 바람직하다.
본 발명은 위치 설정 망의 망 계획 및 배치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 위치 설정 서비스에 대한 시스템의 실행 평가에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 따르는 방법의 흐름도이다.
도 3은 유효 방사 전력(ERP) 계산을 사용하는 역방향 링크 분석의 흐름도이다.
도 4는 최대 허용가능 경로 손실 계산을 사용하는 역방향 링크 분석의 흐름도이다.
도 5는 순방향 링크 분석의 흐름도이다.
도 6은 위성용 위치결정 시스템 분석의 흐름도이다.
도 7은 위성 가시도 분석의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예를 따르는 장치에서, 구조화된 정보(데이터베이스, 어레이, 매트릭스 또는 컴파일중 하나이상)의 콜렉션은 타겟 영역과 연관되어 제공된다. 구조화된 정보 콜렉션의 적어도 일부를 처리하는 적어도 하나의 프로세싱 유니트가 제공된다. 정보는 프로세싱 유니트 또는 타겟 영역내의 이동 또는 고정 무선 유니트의 위치와 연관된 유니트에 의하여 제작된다.
본 발명의 일 실시예를 따르는 방법 또는 장치가 무선 유니트의 위치 설정에 관한 여러 상이한 접근방식의 특성을 평가하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신용 시스템에 대한 설계, 배치, 업그레이드 또는 트러블슈팅과 같은 방법 또는 장치가 사용될 수 있다.
본 발명은 코드분할 다중 액세스(CDMA) 셀룰러 전화 망와 연관되어 설명되지만, TDMA, FDMA, CDMA 또는 다른 다중 액세스 방식을 따르는 무선 채널 액세스와 상관없이 임의의 현존하거나 제안된 무선 통신용 시스템에 적용될 수 있다.
또한, "위치 설정" 용어는 본 명세서에서 "무선 위치설정"으로서 대상의 물리적 위치를 한정하는 행위로서의 능동적인 감각으로 사용될 수 있거나 "기지국 유니트의 위치설정"으로서의 대상의 존재 위치에 관한 물리적 위치를 나타내는 수동적인 감각으로 사용될 수 있다.
무선 위치 설정에 관한 기술은 세가지 카테고리: 지상, GPS 및 지상 및 GPS용 접근방식의 하이브리드로 크게 나눌 수 있다. 이들 세개 카테고리의 예는 다음을 포함한다:
·오버레이 인프라구조기반의 접근방식: 위치 설정용 수신기 및/또는 안테나는 고정된 위치의 시스템에 추가(또는 '오버레이')된다. 그러나 이들 수신기가 임의의 현존하는 기지국 유니트와 함께 나란히 배치될 필요는 없다.
·통합된 인프라구조기반의 접근방식: 추가 처리 기능이 위치 설정을 지원하는 시스템에 추가되지만 어떠한 수신기 또는 안테나도 추가되지 않는다.
·독립형 이동 유니트기반의 위성 접근방식: 각각의 이동 유니트는 위치설정 위성으로부터 수신된 신호로부터 자신의 위치를 계산한다.
·망 보조 위성 접근방식: 각각의 이동 유니트는 지상 망으로부터의 보조 신호 및 위치설정 위성으로부터의 위치설정 신호를 수신한다.
·망기반의 위성 접근방식: 각각의 이동 유니트는 지상 망으로부터 보조 신호를 수신하고, 위치설정 위성으로부터 위치설정 데이터를 측정하며, 이들 신호와 연관된 데이터를 인프라구조에 전송한다. 이 후, 인프라구조내의 하나 이상의 프로세싱 유니트가 이동 유니트의 위치를 이 데이터로부터 결정한다.
·하이브리드 접근방식: 각각의 이동 유니트는 지상 망으로부터 보조 신호를 수신하고 지상 망 및 위치설정 위성으로부터 위치설정 데이터를 수신한다. 위치설정 데이터는 위치를 계산하기 위하여 이동 유니트에 의하여 사용될 수 있거나 무선 유니트의 위치를 결정하기 위하여 인프라구조내의 하나 이상의 프로세싱 유니트로 전송될 수 있다.
상기와 같은 하나 이상의 접근방식의 평가는 다수의 실행 측정에 기초하여 실행된다. 평가결과는 여러 상이한 포맷으로 디스플레이 및/또는 저장될 수 있으며, 대기 목적을 위하여 인구 통계 정보와 결합될 수 있다.
데이터베이스
본 발명의 일 실시예를 따르는 장치는 현존하거나 제안된 무선 통신 시스템의 적어도 일부가 배치된 물리적 영역에 해당하는 타겟 영역의 환경에서 동작한다. 통신 시스템 및 그 타겟 위치 설정 능력의 특성에 따라, 타겟 영역은 지역적 영역(예컨대, 셀룰러 전화 망용) 또는 빌딩 또는 다른 구조(예컨대, 무선 LAN)의 일부일 수 있으며 실내 및 실외 영역을 모두 포함할 수 있다.
상기와 같은 접근방식은 타겟 영역 및 현존하거나 제안된 인프라구조에 대한 구조화된 정보 콜렉션을 포함한다. 이러한 콜렉션은 다음과 같은 정보를 저장하는 하나 이상의 데이터베이스를 포함할 수 있다.
·지형 토폴로지 및 품질, 빌딩 및 다른 인공 구조의 위치 및 특성, 및 상기 영역과 전파 신호 사이의 상호작용과 연관된 다른 정보와 같은 타겟 영역에 대한 물리적인 정보;
·현존하거나 제안된 기지국 유니트의 개수, 위치, 높이 및 구성 및 다른 특성과 같은 타겟 영역의 인프라구조에 대한 정보;
·이동 유니트가 인구 또는 고객의 분산, 지역 사용 또는 영역맵 및 망 사용 밀도 데이터와 같은 특정 위치에서 발견될 수 있는 확률 또는 타겟 영역과 연관된 인구 통계 정보;
추가적으로, 타겟 영역은 2차원(예컨대, 경도 및 위도에 의하여 샘플링된) 또는 3차원(예컨대, 경도, 위도 및 고도에 의하여 샘플링된)중 하나로 다수의 이산 빈(bin)과 같은 타겟 영역이 상기 장치안에 제공된다.
다시 말해서, 각각의 빈은 타겟 영역의 면적 성분(또는 부피 성분)에 상응한다. 셀룰러 전화 망에 대해, 각각의 차원에서 30내지 100미터의 빈 크기는 잘 작동하도록 발견된다. 더 제한된 면적 내의 망에 대해서 그에 상응하는 더 작은 빈 크기가 요구될 수 있다. 다른것보다 더 세부적으로 타겟 영역내의 특정 영역을 모델링할 수 있도록 요구될 수 있기 때문에 빈은 모든 동일한 크기나 수의 차원이 될 필요는 없다는 것은 중요하다. 이러한 개념은 (예를 들면, 사용자에 의한 타겟 영역에 따른 선택과 같은)장치에 의해 생성될 수있으며 또는 개별적인 항목이나 조직화된 정보 집합의 부분으로서 추가될 수 있다. 하기에 서술된 바에 따르면, 각각의 빈을 (전형적으로 빈의 중간 지점을 고려하여) 계산한 값의 세트는 `특정 접근에 대한 위치에서 위치 설정 능력의 품질을 예측하기 위한 기반을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 장치는 이러한 값의 계산과 여기에서 논의되는 다른 계산을 수행하기 위한 하나 이상의 처리 유니트를 포함할 수 있다.
전처리
본 발명의 실시예에 따른 장치의 사용에서 타겟 영역에 대한 합성 전파 손실 매트릭스를 획득하는 것은 바람직할 수 있다. 2차원 및/또는 3차원이 될 수 있는 이러한 매트릭스는 타겟 영역내의 각각의 기지국 및 다양한 위치 사이에서 이동하는 신호에 대한 전파 손실 정도를 나타낸다. 그러한 매트릭스는 조직된 정보 집합의 부분으로 첨가될 수 있으며 대안적으로 QEDesign 또는 "무선 망 계획 툴"이라 명명되고 1998년 1월 20일에 특허된 미국 특허 제 5,710,758호에서의 설명에 따른 망 분석 툴을 가지고 생성될 수 있으며 상기 특허는 본 발명의 양수인에게 양수된다. 이러한 매트릭스의 구성에서 하나 이상의 경로 손실 모델: 예를 들면 자유 공간 손실 모델, (외부 환경에 대한)Ricean모델, Rayleigh모델 또는 (내부 환경에 대한) Nakagami모델과 같은 짧은 주기 모델, 또는 Okumura모델, hata모델, lee모델 또는 다른 사람들에 의해 개발된 긴 거리모델과 같은 긴 주기 모델들을 포함하는 경로손실 모델이 사용되거나, 선택되거나 또는 조합될 수 있다. 다수의 적합한 경로 손실 모델은 1992년 뉴욕의 John Wiley와 IEEE Press에 의해 출판되고 Raymond Steele에 의해 편집된 "이동 무선 통신"의 제 2장의 내용에서 설명되는 기술에서 공지된다. 회절 손실 모델 또한 단독으로 또는 여기에서 참조된 다른 모델들과의 조합으로 사용될 수 있다. 합성 전파 손실 매트릭스 값에 의해 표현된 영역과 타겟 영역 표시의 빈사이에서 일대일 대응이 되어야할 필요는 없지만, 타겟 영역의 표시는 서로 다른 크기 및/또는 수의 차원의 빈을 포함하기 때문에 마찬가지로 합성 전파 손실 매트릭스의 특정한 값은 다른것 보다 서로 다른 크기 및 수의 차원의영역에 상응한다. 유사하게 서로 다른 경로 손실 모델은 매트릭스의 서로 다른 부분에 사용될 수 있다.
유사하게 타겟 영역에 대해 요구 벡터를 획득하거나 생성하는 것을 사용할 수있다. 이러한 벡터는 타겟 영역내의 다양한 지역에서 위치 설정 서비스를 위해 실제의 또는 계획된 요구를 지시한다. 그러한 요구 정보는 또다른 소스로부터 다운로드 되거나 다음과 같은 형식에서 사용자에 의해 지정된 (QEDesign과 같은) 또다른 설계 툴로부터 입수 될 수있다.
·균일 요구로서, 상기 요구 정보는 일반적으로 예를 들어 전체 지역의 균일한 값으로서 지정되며;
·각각의 빈에 대한 요구 값을 포함하는 관습 요구 맵; 또는
·육지 사용 및 육지 사용 얼랑 맵핑으로서, 상기 각각의 육지 사용 카테고리는 Erlang/km2의 요구에 기록된다. 육지 사용 맵은 그후에 타겟 영역에서 요구를 지정하기 위한 육지 사용 얼랑 맵핑 테이블을 가지고 사용될 수 있다.
요구 정보에 대한 다른 소스는 망 사용 기록, 인구 밀도 맵, 조사, 및 다른 인구 통계 정보를 포함한다. 만약 장치가 표시 단계와 같은 더 늦은 단계까지 요구 정보를 액세스하지 않으면, 이러한 벡터의 로딩이나 생성은 지연될 수있으며 따라서 랜덤 액세스 저장 요구를 감소하는 것이 가능하다.
육상 접근을 사용하는 위치 지정 시스템의 사용가능성 또는 산출량을 평가 하는데 사용되는 한가지 측정 단위는 기지국 유니트 i의 감도 Si이다. 이러한 단위는 특정 위치에서 이동국에 의해 전송된 신호가 특정 기지국 유니트에 충분히 강하게 수신될 수 있는지 아닌지를 결정하는데에 사용할 수 있다. 추가로, 무선 유니트의 감도는 위성 신호가 수신될 때 위성 기반 접근에서 무선 유니트가 위성 위치 신호를 획득할 수 있는지 아닌지를 결정하도록 관련되어 있을 수 있다. CDMA 망 에서 예를 들면 주어진 기지국 유니트의 감도 Si이 다음 식에 의해 특성화될 수 있다:
k 는 볼쯔만 상수(1.38 ×10-23J/K)이며, Ti는 켈빈 온도에서의 수신 온도, R은 심볼/s 에서의 데이터율, Fi는 수신기 잡음 모형, X는 역방향 링크 로딩 계수, 그리고 Eb/Nt는 원하는 해답과 검출 및 부정 알람 확률을 획득하기 위해 요구되는 잡음 전력 스펙트럼 밀도에 대한 비트당 에너지의 최소 비율이다.
그러나 본 발명은 CDMA를 사용하는 망에 제한되지 않으며 무선 통신을 위한 임의의 시스템에 적용할 수 있다. 감도에 대한 특정 표현에서 제 1 기간은 수신기 열잡음을 표시하고, 제 2 기간은 (F1=0인 이상 수신기에 대한) 수신기 고유 잡음을 표시하며 제 3 기간은 위치 설정 과정에 의해 요구되는 처리 함수를 지원하는데 필요한 최소 신호대 잡음비(SNR)을 표시한다. 제 4 기간은 CDMA 시스템에서 특정하나 그 유사물이 몇개의 전송기를 가진 임의의 다른 시스템에 대한 감도 표현에서 발견될 수있다. 디폴트(default)로서, 50% 값(즉, 현재 부하 또는 이동 유니트 활동이 능력의 50%)이 X에 대한 디폴트로서 선택된다.
본 발명의 실시예에 따른 장치에서 특정 위치 설정 접근의 분석이 시작되기 이전에 각 기지국 유니트로부터의 하나 이상의 감도치는 로딩되고 생성될 수있다. 또한 크래머-래오(Cramer-Rao) 경계 이론은 피크 에너지의 위치를 측정하는 에러의 차이(그 위치는 신호의 도달 시간에 관련될 수있다)가 Eb/Nt에 반비례한다.
위성의 측정 및 평가
위성의 위치 설정 기술은 실내에서 더 좋은 신호 커버리지와 수리 및 업그레이드를 위한 장치에 비교적 쉬운 액세스와 같은 위성 기반 접근에서 몇가지 우위를 제공한다. 또한 몇가지 위성의 접근은 이동 유니트에 대해 변경 없이 실행될 수있다. 어떤 위성의 접근이 (예를 들면 기지국 유니트를 가지고 배치될 수 있거나 또는 배치될 수 없는 오버레이 수신기 및/또는 안테나의 형식에서) 기본 구조에 추가되는 하드웨어를 요구함에도 불구하고 다른 접근들은 존재하는 하드웨어를 가지고 수행되는 추가의 처리 업무만을 요구하도록 실행될 수있다.
위성의 위치 설정 시스템은 신호 감쇠, 도달 각도(AOA), 또는 도달 시간(TOA)/도달 시간 차이(TDOA)의 기반상에서 동작할 수있다. CDMA 이동 전송기의 엄격한 전력 제어가 신호 감쇠를 기반으로하는 위치 설정의 실행 가능성을 유지함에도 불구하고 그러한 접근은 신호 감쇠의 원인이 될수있는 원거리 이외에도 많은 이유 때문에 경외시되고 있다. 유사하게 충분한 설정 정확도를 가진 AOA시스템을 실행하기 위해 요구되는 안테나의 특징은 일반적으로 TOA 또는 TDOA 접근쪽에비중을 둘 것이다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 방법 또는 장치는 임의의 그러한 시스템을 평가하기 위해 사용될 수 있다.
위성 접근을 사용하는 위치 설정 시스템의 사용가능성을 평가하는데 사용될 수있는 또다른 측정 단위는 이동 유니트에서 기지국 유니트 i로부터 수신되는 신호의 신호 대 잡음비이다. 그 측정 단위는 기지국 유니트로부터 수신된 신호가 이동 유니트의 위치에서 눈에 보이는지를 결정하는데 사용한다.
도달 시간차이(TDOA)
이동국으로부터 수신된 신호는 대략 마이크로초당 100피트의 속도로 전파한다. 만약 신호의 전파시간이 기지국 유니트(즉, 전송시간과 높은 정확도에서 공지된 TOA간의 차이)에 의한 신호의 수신에서 정확하게 측정될 수있다면 그후에 이동 유니트의 위치는 그 반경이 전파 지연과 빛의 속도의 곱에 의해 정의되며 그 중앙은 기지국 유니트인 원에 따라 놓여지도록 결정된다. 서로 다른 기지국 유니트의 중앙에 위치된 위와 같은 두개의 원이 두 점에서 겹쳐짐에 따라 전파 시간은 2차원 설정의 명백한 결정을 지원하기 위하여 세가지 서로 다른 기지국 유니트에 의해 정확히 측정가능해야만 한다는 것을 볼 수있다. 만약 3차원 설정이 요구된다면 전파시간은 4가지의 서로 다른 기지국에 의해 정확히 측정가능해야만 한다.
여러가지 실제 상황에서, 시간 부정확은 정확히 공지되어야하는 도달시간을 방해할 것이며, 도달 시간의 차이(TDOA)기술이 대신 사용된다. 각 기지국 유니트에서의 수신에 따라 신호는 시간이 지정된다. 한쌍의 기지국 유니트 A 및 B에서 수신된 한 신호의 시간 지정을 비교함에따라, 쌍곡선(또는 쌍곡면)의 한 영역은 기지국 유니트 B로부터 보다 더 먼 기지국 유니트 A로 부터의 고정된 거리에 놓인 영역에서의 모든 점에 그려질수 있으며, 상기 이러한 고정된 거리는 빛의 속도와 시간 지정의 차이의 곱이다. 세가지 서로 다른 기지국중에서는 시간 지정의 쌍을 비교함에 따라 두개의 서로 다른 쌍곡선 지점이 정의 될 수있으며 동일한 2차원 위치는 그들의 교차점으로부터 식별될 수있다. 이러한 설정 방법은 쌍곡선 삼변측정이라 불리는 한 형식이다. 상기 논의된 전파 지연 방법에서 3차원 위치를 정확히 설정하기 위해서는 네개의 기지국으로부터 측정치를 획득하는 것이 필요하다. 명백히 어떤 방법이든지 이동 유니트가 다수의 기지국 유니트에서 눈에 보이게 되는것을 요구한다.
역방향 링크 분석
지상 시스템(예를 들어, TDOA 방식을 구현하는)의 실행을 평가하기위해, 2개의 상이한 형태의 분석 둘다 또는 그 둘 중 하나가 사용될 수 있다. 하나의 형태는 역방향 링크 분석이고, 이는 이동 유니트에 의해 전송된 신호가 조사되는 위치 설정 방법을 지원하기에 충분히 강한 강도를 가지고 요구되는 다수의 기지국 유니트에 도달할 만큼 충분한 강한지를 표시한다.
특정 빈(bin)에서의 전송기가 특정 기지국 유니트의 가시권에 있는지를 결정하기 위해서,도달시에 신호 품질을 결정하여야만 하고, 이는 위에서 언급된 USP 5,710,758 장치에서 실행되는 것과 유사한 부속작업이다. 이러한 결정에 대한 하나의 가능한 기준은 다음과 같이 표현되는 최대 허용 경로 손실(Lmax) 이다.
Lmax = Pmax -Si (2)
여기서 Pmax 는 이러한 빈내의 위치에서 이동 유니트의 최대 전송 전력이고, Si는 기지국 유니트 i 의 민감도(예를 들어 위에서 기술된 바와 같이 계산됨)이다. 빈 및 기지국 유니트 i 사이의 추정 경로 손실을 표시하는 복합 전파 손실 매트릭스로부터의 값이 Lmax 보다 작으면, 기지국 유니트 i 이 이러한 빈내의 이동국으로부터 신호를 수신하는 것이 가능한 것으로 간주된다(즉, 그러한 빈내의 위치로부터 전력 Pmax로 전송하는 이동 유니트는 기지국 유니트 i 에 대해 가시권에 존재할 것이다).
또 다른 가능한 기준은 이동 유니트의 유효 방사 전력(ERP)이고, 이는 신호가 특정 기지국에서 수신되기 위해서 전송되어야하는 전력 레벨로서 계산된다. 특정 기지국 유니트 i에 대해 특정 빈 k에서의 이동 유니트 ERP는 다음과 같이 표현될 수 있다.
ERPk,i= Si/PLk,i(3)
여기서 빈 k로부터 기지국 유니트 i로의 경로에 대한 경로 손실 PLk,i는 다음과 같이 정의된다.
PLk,i=GmkLk,iGbk,i(4)
즉, 빈 k내의 이동 유니트의 비-지향성 안테나 이득 Gm, 빈 k 및 기지국 유니트 사이의 경로 손실 L(예를 들면, 복합 전파 손실 매트릭스로부터) 및 빈 k의 방향에서 기지국 유니트 i의 지향성 안테나 이득 Gb의 곱으로서 정의된다. ERP가 Pmax 보다 크지 않으면, 빈 k내의 위치로부터 전력 Pmax로 전송하는 이동 유니트는기지국 유니트 i에 대해 가시권에 있을 것이다.
비록 CDMA 시스템이 TDOA 측정에서 특별한 장점을 가지고 있지만(예를 들면 광대역 및 다중경로 간섭에 대한 내성으로 인해), 대부분의 이러한 시스템들에서 구현되는 전력 제어로 인해 문제들이 발생할 수 있다. 최대 시스템 용량을 달성하기 위해서, 모든 이동 유니트들의 신호들이 대략 동일한 전력 레벨에서 수신되도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 그 제어 기지국 유니트에 근접한 이동 유니트는 그 전력 출력을 감소시키도록 지시될 것이다. 그러나 위치 설정와 관련하여, 이러한 조치는 다른 기지국 유니트들에 대한 이동 유니트의 가시성(visibility)을 감소시켜 이동 유니트가 기지국 유니트에 가까워질 수록 이동 유니트의 위치 설정이 어렵게 되는 결과를 초래하는 역효과를 발생시킬 수 있다.
비-생명 부가-가치 소비자 서비스에 대해, 이러한 결과는 대부분의 사용자의 시스템 안정성을 유지하는 결과로서 수용될 수 있다. 그러나 응급상황과 같은 상황에서는 다른 트래픽의 효과와는 관계없이 그 위치가 관측될 수 있도록 이동 유니트가 제공되는 최대 전력에서 전송을 허용하는 것이 바람직하다. 이러한 가능성은 TIA/EIA, Arlington,VA에 의해 공표된 IS-95 표준 섹션 6.6.4.1.7에 포함된다. 따라서, 위치 설정 평가에서 이동 유니트 행동의 두가지 특성을 고려하는 것이 바람직하다.
순방향 링크 분석
지상 위치용 시스템은 예를 들어 이동 유니트가 충분한 신호 강도로 요구되는 다수의 기지국 유니트로부터 신호를 수신할 수 있는지를 결정하기 위해 순방향링크를 분석함으로써 평가될 수 있다. CDMA 시스템에 대한 유용한 하나의 방법은 전력 입력 전력 스펙트럼 밀도(It)에 대한 파일럿 칩 에너지(Ec)의 비율(각 빈에서 각 기지국 유니트에 대해 측정됨)이다.
여기서 P는 기지국 유니트의 전력 증폭기의 총 출력이고, ζ는 파일럿 채널에 할당된 신호의 부분이고, L은 빈 내의 위치 및 기지국 유니트 사이의 경로 손실이며, N은 이동 유니트의 저-잡음 증폭기(LNA)에 대한 입력에서의 열 잡음 스펙트럼 밀도이며, I는 다른 기지국 유니트들에 의해 야기되는 간섭의 전력 스펙트럼 밀도이며, B는 이동 유니트의 대역폭이다. Ec/It에 대해 획득된 값이 소정 임계치보다 크면, 그 기지국으로부터의 파일럿 신호가 이러한 빈 내의 위치에 대한 위치를 위해 사용될 수 있다.
에러 분석
순방향 또는 역방향 링크 분석에 있어서, 위치 추적의 정확성은 신호들의 수 외에 다른 인자들에 의해 영향을 받을 것이다. 예를 들어 역방향 링크에서 위치 추적 정확성에 영향을 미치는 인자들은 잡음, 다중 경로 간섭 및 양자화로 인한 TOA 측정 에러들을 포함할 수 있다. 순방향 링크에 있어서, 위치 추적 정확성에 영향을 미치는 인자들은 잡음, 다중 경로 간섭, 및 양자화로 인한 파일럿 위상 측정 에러를 포함할 수 있다. 이러한 측정 에러뿐만 아니라, 기지국의 위치에서의 불확실성(위치 에러) 및 신호의 전송 시간이 위치 추적의 정확성에 영향을 미칠 것이다.
잡음에 기인한 측정 에러는 언바이어스된 추정치에 대한 분산에 대해 크래머-래오 하한을 적용함으로써 추정될 수 있다. 양자화에 기인한 측정 에러들은 샘플링 비율을 증가시킴으로써 감소될 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 시간 및/또는 공간에 대해 상이한 샘플링 비율에서 평가치를 지원할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 장치에서, 이러한 상기와 같은 에러는 역방향 및 순방향 링크 분석에 있어서 모호성 인자 어레이로 요약될 수 있다. 적절한 모호성 인자의 일 예는 정밀도 희석(DOP)이고, 이는 위치 에러 및 변동(ranging) 에러(상기와 같은 인자들을 포함) 사이의 비율을 표현한다:
여기서 σX및 σY는 X 축 및 Y축 위치 에러들의 표준 편차이고 σS는 변동 에러의 표준 편차이다. 다른 적절한 모호성 인자는 기하학적 DOP(GDOP)이고, 이는 3개의 기지국 B1,B2,B3 및 이동국 유니트 M에 대해 다음과 같이 계산된다:
여기서 θ2는 B2로부터 M과 B1 사이의 각을 지시하고 θ3는 B2로부터 M 과 B1 사이의 각을 지시한다. 다른 적절한 모호성 인자들의 형태는 위치 DOP(GDOP), 수평 DOP(HDOP), 및 시간 DOP(TDOP)를 포함한다. 모호성 인자 어레이는 타겟 영역의 표현에 상응하도록 계산되어 지거나(즉, 각 빈에 대해 하나의 인자를 가짐), 상이하게 구축될 수도 있다(예를 들면 다른 것에 비해 하나의 영역 부분에서 보다 상세함을 가짐).
위성 시뮬레이션 및 평가
위치를 결정하기 위한 지상 방식에 대한 대안 또는 보충으로서, 위성 기반 위치 설정 방식이 사용될 수 있다. 이러한 방식을 사용하기에 적합한 위성 위치 추적 시스템의 일예는 NAVSTAR GPS 시스템이다: 또 다른 방식은 GLONASS GPS 시스템이다. 각각의 경우에, 이동 유니트는 위치 추적 위성에 의해 전송된 신호를 처리하거나 적어도 획득할 수 있는 부가적인 능력을 구비하여야만 한다. 하나의 방식에서(즉, 독립형), 이동 유니트는 그 자신의 위치를 계산하여 그것을 하나 또는 그 이상의 기지국 유니트로 보고한다. 다른 방식에서(즉, 망-기반), 이동 유니트는 위성으로부터 수신된 신호와 관련된 데이터를 보고하고, 이동 유니트의 위치는 이러한 데이터로부터 기지국 유니트에 의해 결정된다. 또 다른 방식에서(즉, 망-지원), 이동 유니트 및 기지국 유니트 모두가 위치 설정에 직접적으로 기여를 한다.
위성-기반 방식에서, 본 발명의 일실시예에 따른 장치는 모든(또는 선택된 수의) GPS 위성의 위치를 소정 기간동안 소정 분석에서 계산한다(예를 들면 일분 간격으로 일주일동안). 이러한 위성 위치 정보는 예를 들면 GPS 표준 위치 서비스 신호 규격 2판 1995 6.5 섹션 2.5(사용자 알고리즘)에 기재된 방법 및 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.
고도 마스크 각도는 위성의 고도 각도가 고도 마스크 각도보다 큰 경우에만 가시권에 있는 것으로 간주되도록 선택된다(예를 들면 5도). 특정 시간에서 각 빈에 대해(또는 대안적으로 적어도 소정수의 기지국 유니트에 의해 가시권에 있는 것으로 결정되는 각 빈에 대해), 각 위성의 방위각 및 고도각이 그 빈에 대해 계산되고, 위성이 그 시간에 가시권이 있는지가 결정된다. 이러한 각도는 다음과 같은 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.
1) 빈의 위도 및 경도(latu및 lonu)를 계산하고 지구 중심 지구 고정(ECEF) 좌표 시스템에서 빈의 좌표를 계산하라(xu,yu,zu).
2) 다음과 같이 인자 R을 계산하라.
3) 인자 east,north 및 up을 다음과 같이 계산하라.
(9)
여기서, xs,ys,zs는 위성의 ECFF 좌표이다.
4) 인자 r을 다음 식으로 계산한다.
(10)
5) 위성의 상승 각을 다음 식으로 계산하고,
(11)
위성의 방위각을 다음 식으로 계산한다.
(12)
여기서,는 제4분면 역 탄젠트 함수를 나타낸다. 위성의 상승각이 상승 마스크 각보다 낮으면, 위성이 이때의 이 빈으로부터 가시적이 아닌 것으로 추정된다. 그렇지 않고, 빈이 개방(즉, 도시지역이 아닌) 영역인 경우에, 위성은 가시적이라고 추정된다.
도시 지역에 해당하는 빈에 대해서, 빌딩 높이, 거리의 방향 및 거리폭과 같은 정밀 파라미터 또한 고려된다. 도시 위치로부터의 위상의 가시성을 예측하기 위한 하나의 알고리즘은 다음과 같다.
1) 방위각의 방향에서 빌딩에 기인한 상승각 제한값 l을 다음 식으로 계산한다.
거리의 방향이 북-남인 경우에는,
(13)
거리의 방향이 동-서인 경우인 경우에는,
(14)
으로 계산하고, 여기서 street_width는 거리의 폭이고, azimuth는 위성의 방위각이다.
2) 방해물 각을 다음 식으로 계산한다.
(15)
여기서, bldg_ht는 위성의 방위각 방향으로의 빌딩의 높이이다. 위성의 상승각이 방해물 각보다 큰 경우에는, 위성은 이 때 가시적이라고 추정된다. 그렇지 않으면, 위성으로의 시선이 빌딩에 의해 차단되었다고 추정된다.
원하는 각각의 위성, 시간 및 빈의 원하는 조합에 대해 그러한 계산이 완료된 후에는, 가시적인 위성의 평균 수가 DOP와 같은 모호성 인자와 함께 매번 각 빈에 대해 계산된다.
하이브리드 기술의 평가
도시 환경에서, 위치 포착에 대한 지상 접근은 위상 기반 접근 방식보다는 실행이 우수할 것으로 기대된다. 터널, '도시형 협곡' 효과 때문에 발생하는 위성 가시성의 제한된 각 및 신호 반사에 기인하는 다중 경로 간섭 때문에 위성-기반 접근 방법의 정확도는 저하된다. 비도시-환경에서도, 나무 덮개와 같은 임의의 오버헤드 방해물이 위성 및 이동 유니트간의 경로를 차단하는 경우가 있다.
그러나, 기지국 유니트들 간의 거리가 더 먼 교외 지역 및 다른 지역에서는, 이동 유니트가 수개의 서로 다른 기지국 유니트에 가시적이어야 할 필요성 때문에 지상 접근 방식이 실패할 수 있다. 반면에 위성 기반 접근 방식에서는 방해물이 없는 교외 환경에서 매우 동작이 우수한 경향이 있다.
이러한 문제들에 대한 가능한 한가지 해결책은 지상 해법을 GPS 해법과 통합하는 것이다. 그러한 하이브리드 접근 방식은 위치에 대해 지상 접근 방식이 필요로 하는 것보다 더 적은 수의 기지국 및 GPS 접근 방식이 필요로 하는 것보다 더 적은 수의 GPS 위성에 가시적인 이동 유니트들의 위치를 인에이블할 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 장치에서, 사용자는 여기 설명된 2개 이상의 다른 접근 방식과 관련된 분석 및/또는 평가 결과를 통합하므로써 하이브리드 접근 방식을 선택 및 평가한다.
평가 및 디스플레이
특정 접근 방식의 실행의 평가 및 서로 다른 접근 방식의 비교는 다음과 같은 하나 이상의 고려 사항을 포함한다.
ㆍ서비스 가용성: 위치 설정 또는 허용 불가인 정확도를 갖는 결정에 대한 측정치. 이 측정치는 위치 설정 서비스가 허용 가능한 정확도로 지원될 수 있는 커버리지의 비율(즉, 영역 또는 가입자의 수에 의해)로서 특성화된다.
ㆍ커버리지: 지리(예컨대, 지역)나 인구 통계(예컨대, 고객 및 토지 사용) 또는 그러한 특성들의 조합에 의해 정의된다.
ㆍ정확도: 표시된 위치에 대한 불확실성의 측정치(예컨대, 미터로 RMS 또는 누적 분배).
ㆍ지연: 위치를 설정하는데 필요한 최소 시간의 측정치.
ㆍ용량: 서비스되는 요구의 수 및 위치가 업데이트되는 속도에 대한 측정치.
ㆍ신뢰도: 시스템의 가용성에 대한 측정치.
ㆍ신호 복잡도: 메카니즘의 복잡도에 대한 측정치로서, 이에 의해 설정된 위치가 보고된다.
ㆍ관리: 위치 설정 시스템의 관리 및 동작과 관련된 복잡도 및 비용에 대한 측정치.
일단 특정 평가가 완료되면, 결과의 디스플레이 또는 저장이 준비된다. 본 발명의 한 실시예에 따른 장치에서, 예컨대, 응용되는 해결 방법 또는 기지국 유니트 및/또는 각 빈에서 가시적인 위성들의 수를 표시하기 위해 컬러 코딩되는 타겟 지역의 맵이 디스플레이된다. 디스플레이된 다른 정보는 그 위치가 설정될 수 있는 이동 유니트의 비율 및 각 빈에서의 예상되는 설정 정확도를 포함한다. 평가 정보 및/또는 그러한 정보에 대한 통계적 분석의 결과는 또한 오프라인 또는 앞으로의 사용, 전송 또는 분석을 위해 저장된다.
지상 시스템 평가를 위한 유용한 통계 정보는 보이는 기지국 유니트의 수, 신호 강도, 신호대잡음비, N개의 기지국 유니트를 볼 수 있는 빈의 비율(여기서 N은 어떤 소정의 수), N개의 기지국 유니트만을 볼 수 있는 이동 유니트의 비율 및 N개의 기지국 유니트만을 볼 수 있는 이동 유니트의 비율을 포함한다. 위성 시스템 평가에서, 유용한 통계 정보는 보이는 위성의 수, 신호대잡음비, 상승각, 도플러 시프트, N개의 위성을 볼 수 있는 빈의 비율(여기서, N은 소정의 수), N개의 위성만을 볼 수 있는 빈의 비율 및 N개의 위성만을 볼 수 있는 이동 유니트의 수를 포함한다.
구현
도 1은 모듈러 형태로 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 장치이다. 위에 논의된 바와 같이, 상기 장치는 전파 손실 매트릭스(M10), 요구 벡터(M50), 기하학적 데이터베이스(M20) 및 GPS 시뮬레이션 엔진(M30)을 포함한다. 이러한 자원들은 모듈(M40)에서 선택된 지상 위치 설정 시스템의 평가를 실행하고 모듈(M60)에서 선택된 위성 기반 위치 설정 시스템의 평가를 실행하기 위해 액세스된다. 그러한 평가의 결과는 모듈(M70)에서 결합되어 선택된 하이브리드 위치 설정 시스템의 평가를 생성한다. 위에 논의된 바와 같이, 정보에 대한 구조화된 집합은 전파 손실 매트릭스(M10), 기하학적 데이터베이스(M20) 및 요구 벡터(M50) 중에 하나 이상을 포함하는데, 여기서 모듈(M30,M40,M60 및 M70)의 동작은 마이크로프로세서 또는 유사한 로직 엘리먼트의 어레이와 같은 프로세싱 유니트에 의해 실행된다.
상기 장치에 대한 특정 구현예는 다양하게 변화될 수 있다. 한 구현예에서, 지상 위치 설정 시스템 만이 지원되고, 모듈(M30,M60 및 M70)은 삭제된다. 역으로, 또다른 구현예는 위성-기반 위치 설정 시스템만을 지원하고, 이 경우에 모듈(M10,M40 및 M70)은 생략될 수 있다. 요구 벡터(M50)는 몇몇 응용에서는 불필요할 수 있다. 마찬가지로, 모듈(M40)에서 순방향 링크 및 역방향 링크 분석 중 하나는 몇가지 응용에 대해서는 삭제될 수 있다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 나타낸다. 태스크(P10)에서, 타겟 지역은 빈으로 나누어 진다. 이 태스크는 위에 설명된 바와 같은 타겟 지역 표현의 발생 또는 로딩을 포함한다. 태스크(P20)에서, 타겟 지역에 대한 전파 손실 매트릭스가 액세스된다. 다시, 이 매트릭스는 저장소로부터 지역적으로 발생되거나로드될 수 있다.
태스크(P30)에서, 요구 벡터가 초기화된다. 위에 설명된 바와 같이, 이 벡터는 저장소로부터 로드되거나, 지상용 맵, 망 용 기록 등과 같은 정보로부터 발생된다. 요구 벡터가 분석 결과를 스케일링하는데 사용되기 때문에, 이 태스크는 그러한 결과를 사용할 수 있을 때까지 지연된다는 점을 주목할 것. 보다 제한된 구현예에서, 이 태스크는 생략될 수 있다.
역방향 링크 분석이 태스크(P40)에서 실행된다. ERP 계산을 사용하는 분석에서, 이 태스크는 도 3에 보다 상세하게 제공된다. 특정 빈 및 기지국 유니트는 서브태스크(P110 및 P120)에서 각각 선택되고, 이 기지국 유니트의 민감도는 예컨대 위의 표현(1)(선택적으로, 이 값은 저장소 또는 다른 소스로부터 로드될 수 있다)을 사용하여 서브태스크(P130)에서 계산된다. 이 빈에서의 이동 유니트의 ERP는 예컨대 위의 표현(3) 및 (4)을 사용하여 서브태스크(P40)에서 계산된다. 서브태스크 (P150)에서 ERP가 이동 유니트의 최대 전송 전력(또는 소정의 다른 임계값)보다 더 큰 것으로 나타나면, 상기 신호는 기지국 유니트에 의해 검출될 수 없는 것으로(즉, 이동 유니트는 이 기지국 유니트에 보이지 않음) 결정된다(서브태스크 P160). 그렇지 않으면, 상기 이동국은 이 기지국(서브태스크 P160)에 보이는 것으로 생각된다. 서브태스크(P180)에서, 서브태스크(P160, P170)의 결과는 저장된다.
서브태스크(P190)에서, 고려되는 다음의 기지국이 선택된다. 상기 선택된 빈에서 이동국은 예를 들어 거리, 블로킹 육지 형태 또는 빌딩, 방해기 또는 다른 방해 요소 등에 기인하여 보이지 않는 기지국에 대해 계산될 필요가 없다는 것을유의하라.
서브태스크(200)에서, 이하 테스트되는 방법에 의해 결정되는 것과 같이 상기 선택된 빈의 위치에 대한 하나 이상의 모호성 인자가 계산된다. 이러한 인자는 DOP(상기 식(6)에 따라 결정된다) 또는 GDOP(상기 식(7)에 의해 계산된다)를 포함할 수 있다. 만약 이동국이 소정의 수 이하의 기지국(예를 들어, 3개)에 보인다면, 상기 빈은 위치할 수 없는 것으로 그리고 P200 및 P210은 건너뛸 수 있다고 지정될 것이라는 것을 유의해야 한다. 서브태스크(P210)의 정확한 분석에서, 상기 모호성 인자는 상기 빈에서 이동국에 대한 위치 결과의 기대되는 정확성을 결정하기 위해 다른 알려진 것 또는 평가된 에러와 결합되어 사용될 수 있다. 서브태스크(P220)에서, 상기 태스크는 다음의 빈에 대해 재시작한다; 더 이상 빈이 남아 있지 않으면, 상기 태스크는 끝난다.
도 4는 ERP보다는 최대 경로 손실의 기준을 사용하는 역방향 링크 분석에 대해 태스크(P40)에서 실행될 수 있는 상기 서브태스크를 보여준다. 이러한 서브태스크는 도 3에서 보여지는 것과 상기 설명한 것과 동일할 수 있는데, (a)서브태스크 (P145)에서 최대 수용 경로 손실의 계산(상기 식(2)을 따르는)은 서브태스크(P140)의 계산으로 대체되며, (b)서브태스크(P155)에서 상기 빈에 있는 이동국에서 상기 선택된 기지국으로의 경로에 대한 손실에 대한 상기 값의 비교는 서브태스크(P150)의 테스트로 대체된다.
순방향 링크 분석은 태스크(P50)에서 실행되며, 도 5는 이러한 작업을 보다 자세히 보여주고 있다. 상기 도면에 있는 많은 서브태스크(즉, 서브태스크(P310,P320, P380, P390, P400, P410 및 P420))은 상기 도3과 도4에 있는 서브태스크(즉, 각각 P110, P120, P180, P190, P200, P210, 및 P220)에 상응하는 유사한 기능을 실행한다. 서브태스크(P330)에서, 상기 선택된 기지국에서 출력되는 신호의 전력은 계산된다(또는 저장된다). 서브태스크(P340)에서, Ec/It의 비율 값은 예를 들어 식 (5)에 의해 계산된다. 만약 이 값이 테스트 서브태스크(P350)에서 소정의 임계값 보다 작지 않다고 결정이 되면, 서브태스크(P370)에서 상기 파일럿 신호는 위치 설정에 유용하다고 결정된다. 그렇지 않으면, 서브태스크(P360)에서 상기 파일럿 신호는 위치 설정에 유리하지 않다고 결정된다.
태스크(P60)에서, 위성 분석이 실행된다. 이러한 작업은 도 6에서 보다 자세히 설명되어 있다. 고도 마스크 각은 서브태스크(P500)에서 선택되며 서브태스크 (P510)에서 빈이 선택된다. 서브태스크(P520)에서, 상기 선택된 빈은 빌딩 또는 다른 구조물의 근접성 또는 인구 밀도 등과 같은 인자에 따라 분류된다.
서브태스크(P530)에서, 위성 가시성 분석은 예를 들어 도 7에서 설명된 것과 같이 실행된다. 서브태스크(P600, P620)에서, 특정한 위성과 시간이 선택된다. 선택된 시간에서 선택된 위성의 위치는 상기 참고가 되는 GPS 규정 섹션 2.5.에 따라서 계산된다. 서브태스크(P630)에서, 선택된 빈과 관련된 위성의 방위와 고도 각은 상기 식(11)과 (12)에 따라서 계산된다.
서브태스크(P640)에서, 상기 고도 각과 고도 마스크 각이 계산된다(이 태스크 값의 결과가 알려지기 전까지 상기 방위 각은 엄격히 계산될 필요가 없음을 유의하여라). 만약 상기 고도 각이 상기 고도 마스크 각보다 크지 않으면, 상기 위성은 보이지 않는다고 생각되며, 이 결과는 서브태스크(P650)에 저장된다. 그렇지 않으면, 상기 빈의 분류는 서브태스크(P650)에 참조된다. 만약 상기 빈이 개방된 것으로 분류되면, 상기 빈에서 위성이 보이는 것으로 생각되며 이 결과는 서브태스크 P660에 저장된다.
만약 서브태스크(P650)의 테스트가 상기 선택된 빈이 도시로 분류되면, 상기 빈과 관련된 도시 파라미터(거리의 폭, 방향 및 각 거리의 빌딩의 높이와 같은)를 서브태스크(P670)에서 추출한다. 서브태스크(P680)에서, 상기 빈의 방해 각이 상기 식(15)에 의해 계산된다. 만약 테스트 서브태스크(P690)이 상기 위성의 고도 각이 상기 빈의 방해 각을 초과한다고 결정되면, 상기 위성은 보이는 것으로 생각되며 이 결과는 서브태스크(P660)에 저장된다. 그렇지 않으면, 상기 위성은 보이지 않는 것으로 생각되며 이 결과는 저장된다. 테스트 서브태스크(P700, P710)는 그러한 선택이 소모되고 상기 서브태스크가 끝날 때까지 다음의 시간 또는 위성에 대해 상기 서브태스크를 반복하게 한다. 이러한 방식으로, 일정한 시간에 각 빈에서 보이는 위성의 수에 관한 결과와 통계가 계산이 될 것이다.
서브태스크(P540)에서, 이하 테스트되는 방법에 의해 결정되는 것과 같이 상기 빈의 위치에 대한 하나 이상의 모호성 인자가 계산된다. (미리 결정된 최소 수의 위성보다 더 적은 수의 위성이 선택된 빈으로부터 보일 수 있다면, 서브태스크(P540, P550)는 실행될 필요가 없음을 주의하라.) 인자는 수평 DOP(위도 및 경도 데이터의 품질), 수직 DOP(고도 데이터의 품질), 위치 DOP(3차원 측정의 품질), 시간DOP(시간결정의 품질), 기하학적 DOP(시간결정을 포함하는 3차원 측정의 품질) 또는 상대 DOP(60초와 같은 기간으로 정규화된 측정의 품질)와 같은 DOP 인자를 포함한다. 서브태스크(P560)에서, 테스트시 위상기반 위치시스템의 정확도는 선택된 빈에서의 위상신호의 수 및 상기 빈에서의 DOP 통계외에 하나 이상의 다음과 같은 인자를 고려함으로써 예측될 수 있다.
ㆍ잡음으로 인한 의사 범위측정 에러. 상기 분석을 실행하기 위하여 크라머-라오 바운드가 사용될 수 있다.
ㆍ다중경로 간섭에 의한 의사-범위 측정 에러
ㆍ양자화에 의한 의사-범위 측정 에러
ㆍ나머지 전리층 및 대류권 지연에 의한 에러
ㆍ나머지 선택식 유용성 에러
만일 더 많은 빈이 계속해서 처리되고 있다는 것을 서브태스크(P560)가 지시한다면, 태스크는 다시 서브태스크(P510)를 시작한다. 그렇지 않다면, 태스크(P60)는 종료하고, 적절하게 평가될 수 있는 임의의 하이브리드 시스템의 분석이 태스크(P70)에서 실행된다. 태스크(P80)에서, 태스크(P40, P50, P60, 및/또는 P70)의 결과는 요구 벡터의 적용에 의하여 스케일링되며, 결과는 디스플레이되고 저장되며 및/또는 태스크(P90)에 전송된다.
많은 경우에, 여기에 명백하게 도시된 루프와 다른 루프 순서로 동작이 실행될 수 있다. 예컨대, 모든 시간에 모든 위성에 대한 위치정보는 일관적으로 계산될 수 있다(본 실시예에서, 시간은 1분 간격으로 분할되며 위성위치 계산은 1주일이상 걸린다). 선택적으로, 모든 시간에서 모든 빈에 걸친 하나의 위성에 대한 위치정보는 다음 위성에 대한 위치정보가 준비되기 전에 처리 및 소모될 수 있다.
바람직한 실시예의 전술한 설명은 본 발명의 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 제공된다. 이들 실시예에 대한 다양한 수정이 가능하며, 여기에서 제시된 일반적인 원리는 또한 다른 실시예에 적용될 수 있다. 예컨대, 일단 정확한 위치설정에 대한 능력이 전술한 규정과 같은 규정에 따라 부가되면, 이하에 기재된 예와 같이 비용감소 및 수익발생을 촉진하는 위치설정과 관련된 추가 특징이 저비용으로 부가될 수 있다.
ㆍ위치의존 과금
ㆍ비상사태 관리
ㆍ부정수단 검출 및 관리
ㆍ법률시행 추적
ㆍ함대관리
ㆍ재고 모니터
ㆍ망 최적화
따라서, 본 발명의 실시예는 상기와 같은 서비스와 관련한 평가 또는 비용 이득 분석을 포함할 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 전용장치로써 기능을 할 수 있거나 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법은 범용 마이크로프로세서, 워크스테이션 또는 서버가 유사한 방식으로 실행되도록 하는 소프트웨어로 실행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 기계 판독가능 코드가 저장되는 데이터 저장매체에 내장될 수 있으며, 기계 판독가능 코드는 마이크로프로세서 또는 다른 신호 처리장치와 같은 논리소자의 어레이에 의하여 실행가능한 명령을 포함한다. 따라서, 본 발명은 전술한 실시예에 제한되지 않고 오히려 임의의 방식으로 여기에 기술된 신규한 특성 및 원리와 일치하는 가장 넓은 범위내에서 실행된다.
본 발명의 실시예에 따른 방법 또는 장치의 다른 응용에서, 위치설정 시스템내에서의 신호 트래픽은 시스템의 처리요건을 평가하기 위하여 계획된다. 일 실시예에서, 모듈(하드웨어 및/또는 소프트웨어내에서 실행될 수 있음)은 이동 유니트 및 이 이동 유니트의 위치를 계산하는 서버사이에서 전송되는 것으로 예측된 메시지의 수로써 통계치를 예측한다. 이들 통계치는 시스템에서 요구된 능력(즉, 주어진 순간에 위치 설정 요구가 시스템내에서 미결정일 수 있는 수) 및/또는 시스템의 최소 스루풋(주어진 기간에서 시스템이 처리되어야 하는 위치설정 요구의 수)으로써 상기와 같은 특성을 평가하기 위하여 모듈 또는 다른 장치에 의하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법 또는 장치는 신호레벨 및 TDOA 측정으로써 상기 파라미터를 추정하기 위하여 사용된 예측모델을 유효하게 하기 위하여 교정을 사용하고 및/또는 기술을 갱신함으로서 수정될 수 있다. 일 실시예에서, 이들 파라미터의 실제 측정은 모델을 조절 및 수정하기 위한 기준선으로써 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법 또는 장치의 추가 응용에서, 본 발명의 장치 또는 방법은 이동 유니트의 실제 또는 시뮬레이션 위치 설정을 지원하기 위하여사용된다. 일 실시예에서, 상기와 같은 측정벡터는 실제 이동 유니트에 의해 보고될 수 있거나 또는 시뮬레이션 이동 유니트에 의하여 출력될 수 있다.

Claims (41)

  1. 타겟 영역에 대해 적어도 일부와 관련되는 정보의 조직화된 콜렉션 (collection); 및
    적어도 하나의 프로세싱 유니트를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유니트는 상기 조직화된 정보 콜렉션의 적어도 일부를 처리하고 부가 정보를 생성하며, 상기 부가 정보는 상기 타겟 영역내에 무선 유니트의 위치를 설정하기 위해 예측되는 적어도 하나의 시스템의 위치 설정 실행에 대해 적어도 일부와 관련되는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부가 정보는 실행 표준에 기초하여 예측된 위치 설정 실행의 평가를 포함하며, 상기 실행 표준은 허용가능한 정도의 정확도로 위치 설정될 수 있는 타겟 영역의 퍼센트, 설정된 위치와 관련된 불확실성의 영역, 위치를 설정하는데 요구되는 최소 시간, 서비스될 수 있는 위치 설정에 대한 다수의 요구, 위치 설정 결정이 업데이팅될 수 있는 비율 및 위치 설정에 관련되는 비용 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조직화된 정보 콜렉션은 상기 타겟 영역내에 배치된 셀룰라 전화 망의 부분에 대해 적어도 일부분과 관련되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 무선 유니트는 셀룰라 전화를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 유니트는 상기 타겟 영역내의 상기 무선 유니트의 위치에 관련된 정보를 전달하지 않는 무선 채널을 통해 적어도 일부분 통신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 무선 채널은 무선-주파수 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 무선 채널은 적어도 음성 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 조직화된 정보 콜렉션은 상기 타겟 영역에 관련되는 토폴로지 정보, 상기 타겟 영역에 관련되는 인구 통계 정보 및 상기 타겟 영역내의 인구의 분포에 관련되는 정보 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 조직화된 정보 콜렉션은 요구 벡터를 포함하며, 상기 요구 벡터의 각 엘리먼트는 다수의 빈 중 적어도 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 요구 벡터는 주문 요구 맵, 육지-사용 맵, 인구 밀도 맵 및 인구 통계 정보 중 적어도 하나의 적어도 일부에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 조직화된 정보 콜렉션은 상기 타겟 영역의 표시, 즉 다수의 빈을 포함하는 상기 타겟 영역의 표시를 포함하며, 각각의 빈은 상기 타겟 영역의 영역 엘리먼트 및 볼륨 엘리먼트 중 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 예측된 위치 설정 실행은 상기 다수의 빈 각각의 적어도 일부에 대응하는 값을 포함하며, 상기 값의 각각은 상기 대응하는 빈내의 무선 유니트의 위치 설정과 관련되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 조직화된 정보 콜렉션은 전파 손실 매트릭스를 포함하며, 상기 전파 손실 매트릭스의 각 엘리먼트는 상기 다수의 빈 중 하나 이상에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전파 손실 매트릭스의 적어도 일부의 엘리먼트 각각의 값은 경로 손실 모델 및 회절 손실 모델 중 적어도 하나에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 경로 손실 모델은 자유-공간 손실 모델, 단기 모델 및 장기 모델 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 타겟 영역내의 무선 유니트의 위치를 결정하는 상기 적어도 하나의 시스템은 다수의 기지국을 포함하는 지상 위치 설정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 지상 위치 설정 시스템은 오버레이(overlay) 인프라구조-기반 시스템 및 직접된 인프라구조-기반 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 지상 위치 설정 시스템은 적어도 상기 무선 유니트로부터의 신호 도달 시간차이에 기초하여 상기 무선 유니트의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 예측된 위치 설정 실행의 적어도 일부는 순방향 링크 분석을 이용하여 적어도 일부분 획득될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 예측된 위치 설정 실행의 적어도 일부는 역방향 링크 분석을 이용하여 적어도 일부분 획득될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 역방향 링크 분석은 상기 무선 유니트의 효율적인 방사 전력의 적어도 일부에 기초되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 역방향 링크 분석은 상기 다수의 빈 중 특정된 하나와 상기 다수의 기지국 유니트 중 적어도 하나사이의 최대 허용가능 경로 손실상의 적어도 일부에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 16 항에 있어서, 상기 예측된 위치 설정 실행은 위치 설정에 관련하는 에러의 분석을 포함하며, 상기 에러는 잡음에 기인한 에러, 다중경로 간섭에 기인한 에러 및 양자화에 기인한 에러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 위치 설정에 관련되는 상기 에러는 상기 다수의 기지국 중 적어도 하나의 위치의 불확실성 및 상기 무선 유니트로부터의 신호 전송 시간의 불확실성 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 23 항에 있어서, 위치 설정에 관련되는 상기 에러 분석은 정확도의 희박성(DOP), 기하학 DOP, 위치 DOP, 수평 DOP 및 시간 DOP 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 모호성 인자의 계산을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 13 항에 있어서, 상기 타겟 영역내의 무선 유니트의 위치를 결정하는 상기 적어도 하나의 시스템은 위성-기반 위치 설정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 위성-기반 위치 설정 시스템은 자립형 이동 유니트 기반 시스템, 망-보조 시스템 및 망-기반 시스템 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 위성-기반 위치 설정 시스템은 NAVSTAR 및 GLONASS GPS 시스템 중 적어도 하나의 위성으로부터 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 예측된 위치 설정 실행은 특정 시간에서 GPS 시스템의 다수의 위성 위치의 계산상의 적어도 일부에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 예측된 위치 설정 실행은 특정된 빈의 GPS 시스템의 다수 위성의 가시도상의 적어도 일부에 기초하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 26 항에 있어서, 상기 예측된 위치 설정 실행은 위치 설정에 관련하는 에러의 분석을 포함하며, 위치 설정에 관련한 상기 에러는 잡음에 기인한 에러, 다중경로 간섭에 기인한 에러 및 양자화에 기인한 에러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 위치 설정에 관련하는 에러는 대기 조건과 관련된 에러 및 선택적인 이용가능성과 관련된 에러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 31 항에 있어서, 위치 설정에 관련하는 에러의 분석은 정확도의 희박성(DOP), 기하학 DOP, 위치 DOP, 수직 DOP, 수평 DOP, 시간 DOP 및 상대 DOP 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 모호성 인자의 계산을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 13 항에 있어서, 상기 타겟 영역내에 위치한 무선 유니트의 위치를 결정하는 적어도 하나의 시스템은 지상 위치 설정 시스템의 적어도 일부 및 위성-기반 위치 설정 시스템의 적어도 일부를 포함하는 하이브리드 위치 설정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 타겟 영역에 대해 적어도 일부와 관련되는 정보의 조직화된 콜렉션을 포함하는데, 상기 조직화된 콜렉션은 상기 타겟 영역의 샘플링된 표시 및 상기 타겟 영역내에 배치된 기지국 유니트와 관련되는 정보를 더 포함하며; 및
    조직화된 정보 콜렉션 중 적어도 일부를 처리하고 부가 정보를 생성하는 적어도 하나의 프로세싱 유니트를 포함하며,
    상기 부가 정보는 상기 타겟 영역내의 무선 유니트의 위치를 결정하는 적어도 하나의 시스템의 예측된 위치 설정 실행에 대해 적어도 일부와 관련되며, 순방향 링크 분석, 역방향 링크 분석 및 GPS를 이용하는 위치 설정의 분석 중 적어도 하나의 적어도 일부분에 기초하는 장치.
  36. 토폴로지 데이터베이스;
    전파 손실 매트릭스; 및
    적어도 하나의 프로세싱 유니트를 포함하며,
    상기 토폴로지 데이터베이스는 타겟 영역에 대해 적어도 일부와 관련되며,
    상기 전파 손실 매트릭스의 엘리먼트 중 적어도 일부 각각은 상기 타겟 영역의 위치간의 경로 손실을 나타내며,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유니트는 순방향 링크 분석 및 역방향 링크 분석 중 적어도 하나를 실행하며, 적어도 하나의 링크 분석은 상기 토폴로지 데이터베이스로부터의 정보 및 상기 전파 손실 매트릭스로부터의 정보상의 적어도 일부에 기초되며,
    상기 적어도 하나의 프로세싱 유니트는 상기 타겟 영역에 대해 무선 유니트 위치 설정 시스템의 예측된 위치 설정 실행과 관련된 정보를 출력하는 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 프로세싱 유니트는 다수의 시간에서 다수의 GPS의 위치를 계산하며, 위성 가시도 분석을 실행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제 36 항에 있어서, 상기 프로세싱 유니트는 하이브리드 위치 설정 시스템의 예측된 위치 설정 실행에 관련되는 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제 36 항에 있어서, 요구 벡터를 더 포함하며, 적어도 하나의 링크 분석은 상기 요구 벡터로부터의 정보의 적어도 일부에 기초되는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 타겟 영역의 적어도 일부와 관련되는 정보의 조직화된 콜렉션을 액세스하는 단계;
    상기 조직화된 정보 콜렉션의 적어도 일부를 처리하는 단계; 및
    상기 타겟 영역내의 무선 유니트의 위치를 결정하는 적어도 하나의 시스템의 예측된 위치 실행에 대해 적어도 일부와 관련되는 부가 정보를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  41. 로직 엘리먼트의 어레이에 의해 실행가능한 명령을 포함하는 기계-판독가능 코드가 저장된 데이터 저장 매체로서,
    메소드를 정의하는 명령은,
    타겟 영역의 적어도 일부와 관련된 정보의 조직화된 콜렉션을 액세스하는 단계;
    정보의 조직화된 콜렉션의 적어도 일부를 처리하는 단계; 및
    상기 타겟 영역내의 무선 유니트의 위치를 결정하는 적어도 하나의 시스템의 예측된 위치 실행의 적어도 일부와 관련되는 부가 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 매체.
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