KR20020080548A - 무선 위치 추적 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단말기의 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 송신 기지국에서 탐지하고자 하는 단말기의 고유 코드 번호의 신호를 송신하고, 이에 응답한 단말기의 신호를 복수의 방향성 안테나를 구비하는 복수의 수신 기지국에서 수신하여 각 안테나 스테이션의 방향성 안테나간의 신호의 세기 및 각도의 상관 관계를 이용하여 단말기의 위치를 추적하는 무선 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 복수의 방향성 안테나를 구비하는 수신 기지국을 서로 다른 복수의 위치에 설치하고, 수신 기지국간의 방향성 안테나 수신 신호의 세기를 비교 분석하여 단말기의 정확한 위치를 탐색함으로써, 인공위성 시스템을 이용하지 않고도 비교적 간단한 시스템 구성에 의하여 정확하게 단말기의 위치를 탐색할 수 있는 효과가 발생되며, 뿐만 아니라 광범위한 범위에서도 정확하게 위치를 탐색할 수 있는 효과가 발생된다.

Description

무선 위치 추적 시스템 및 방법{System and method for searching position of the terminal in wireless network}
본 발명은 단말기의 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 송신 기지국에서 탐지하고자 하는 단말기의 고유 코드 번호의 신호를 송신하고, 이에 응답한 단말기의 신호를 복수의 방향성 안테나를 구비하는 복수의 수신 기지국에서 수신하여 각 안테나 스테이션의 방향성 안테나간의 신호의 세기 및 각도의 상관 관계를 이용하여 단말기의 위치를 추적하는 무선 위치 추적 시스템 및 방법에 관한것이다.
일반적으로 단말기의 위치를 추적하는 종래 기술로는 방향성 안테나를 이용하는 기술, 레이더 기술 등이 있다.
첫 번째로, 단일의 방향성 안테나를 이용한 발신신호 위치 검출 기술은 방향성 수신 안테나가 회전하면서 발신 신호가 수신되었을 때의 방향을 각도 검출기에서 검출하여 방향을 검출하는 기술로서 안테나의 빔폭이 넓은 경우에는 각도 검출 검출의 정확도가 떨어지는 문제점이 있었으며, 뿐만 아니라 추적 범위가 넓은 지역에서는 정확하게 위치를 파악하기 어려운 문제점이 있었다.
두 번째로, 레이더를 이용한 기술은 안테나를 회전시키면서 레이더로부터 발신한 신호를 휴대용 발신장치가 수신하고 다시 발신하여 그 지연시간의 차이를 이용하여 휴대용 발신장치의 위치를 측정하는 기술로서 시스템을 구성하는 비용이 많이 들고 다중 반사에 의한 혼신이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 무선 단말기에 고유의 코드 번호를 부여하고, 확인하고자 하는 단말기의 코드 번호를 송신국에서 송신하고, 코드가 일치한 단말기가 이에 응답하면 복수의 방향성 안테나를 갖는 서로 다른 위치에 설치된 복수의 수신 기지국에서 단말기가 응답한 신호를 수신하여, 수신된 신호의 세기 및 코드 정보를 검출한 후에, 검출된 방향성 안테나간의 신호의 세기 정보의 상관 관계를 이용하여 수신 기지국과의 거리 및 각도를 분석하여 응답한 단말기의 위치를 결정하는 무선 위치 추적 시스템 및 방법을제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 무선 위치 추적 시스템의 총괄적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수신 기지국 장치의 세부 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 송신 기지국 장치의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 무선 위치 추적 방법의 총괄적인 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시된 프로세스(단계410)의 세부적인 흐름도이다.
도 6은 도 4에 도시된 프로세스(단계430)의 세부적인 흐름도이다.
도 7은 도 4에 도시된 프로세스(단계440)의 세부적인 흐름도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 위치 추적 시스템은 발신 단말기의 위치를 추적하는 시스템에 있어서,
복수의 방향성 안테나를 포함하고, 상기 복수의 방향성 안테나로 수신되는 상기 발신 단말기의 응답신호를 분석하여, 발신자 코드 정보 및 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보들을 포함하는 위치 추적 분석용 신호를 가공하여 송신 기지국으로 전송하기 위한 복수의 수신 기지국 장치 및 추적하고자 하는 단말기의 코드정보를 송신하고, 상기 복수의 기지국 장치들로부터 수신되는 위치 추적 분석용 신호에서 발신자 코드 정보 및 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보들을 분리하여, 복수의 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보들의 상관 관계를 이용하여 발신자 단말기의 상기 복수의 수신 기지국 장치와의 거리 및 각도를 계산하여 출력시키기 위한 송신 기지국 장치를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 위치 추적 방법은 무선 위치 추적 시스템에서의 단말기의 위치를 추적하는 방법에 있어서, (a) 상기 무선 위치 추적 시스템에서 송신된 위치 탐색 신호에 상응하여 상기 단말기에서 응답한 신호를 서로 다른 위치에 있는 복수의 수신 기지국에서 복수의 방향성 안테나로 수신하는 단계, (b) 상기 복수의 방향성 안테나로 수신된 신호를 분석하여, 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보 및 발신자 코드 정보를 포함하는 위치 추적 분석용 신호를 송신 기지국으로 전송하는 단계 및 (c) 상기 단계(b)에서전송된 위치 추적 분석용 신호에 포함된 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보의 차이값에 상응하는 거리/각도 정보를 상기 데이터 베이스에서 읽어내어 지도상의 좌표값으로 환산시키는 연산을 실행시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 무선 위치 추적 시스템은 송신 기지국 장치(110), 복수의 수신 기지국 장치(120-1∼120-N) 및 복수의 단말기(130)들을 구비한다.
여기에서 단말기(130)는 사용자가 소지하고 있는 무선 단말기를 의미하며, 복수의 기지국 장치(120-1∼120-N)는 송신 기지국 장치(110)를 중심으로 서로 다른 위치에 설치되어 있으며 송신 기지국 장치(110)와는 유선으로 연결되어 있다. 물론 복수의 기지국 장치(120-1∼120-N)와 송신 기지국 장치(110)를 무선 네트워크로 연결시킬 수도 있다.
도 1의 복수의 기지국 장치(120-1∼120-N)는 도 2에 세부적으로 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 기지국 장치(120-1∼120-N)는 안테나 스테이션(201), RF 수신부(202), 스위칭부(203), 아날로그/디지털(A/D) 변환부(204), 제어부(205) 및 데이터 처리부(206)로 각각 구성된다. 이들 구성 수단들의 동작을 설명하면 다음과 같다.
안테나 스테이션(201)은 복수의 방향성 안테나로 구성되어 있으며, 본 발명에 의한 일 실시 예에서는 8개의 방향성 안테나로 구성하였다.
RF 수신부(202)는 복수의 방향성 안테나로 수신되는 RF 신호를 각각 복조하여 출력시킨다.
스위칭부(203)는 제어부(205)로부터 인가되는 안테나 스위칭 제어신호에 따라서 RF 수신부(202)의 출력신호들을 복수의 방향성 안테나 순서대로 스위칭하여 출력시킨다.
A/D변환부(204)는 스위칭부(203)로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력한다.
제어부(205)는 안테나 스테이션(201)의 복수의 방향성 안테나로부터 수신되는 신호를 스위칭하기 위한 안테나 스위칭 제어신호를 생성시켜 스위칭부(203)에 인가시키고, A/D 변환부(204)에서 출력되는 신호를 분석하여 복수의 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보 및 발신자 코드 정보를 포함하는 위치 추적 분석용 신호를 생성시킨다. 이 때, 위치 추적 분석용 신호에 포함된 발신자 코드 정보는 수신 신호의 세기가 가장 큰 방향성 안테나로 수신되는 신호에서 검출된 발신자 코드 정보로 선택하고, 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보는 일 예로서 3msec 이내에 500회 반복하여 수신 신호의 세기를 검출하여 검출된 신호들의 평균값으로 결정한다.
데이터 처리부(206)는 제어부(205)에서 생성된 위치 추적 분석용 신호를 시스템의 데이터 전송 규격에 맞도록 부호화시켜 송신 기지국 장치(110)로 전송한다.
다음으로, 도 1의 송신 기지국 장치(110)는 도 3에 세부적으로 도시하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신 기지국 장치(110)는 데이터 수신부(301), 시스템 제어부(302), 메모리(303), 데이터 베이스(304), RF 송/수신부(305),안테나(306), 신호 처리부(307) 및 네트워크 전송부(308)로 구성된다. 이들 구성 수단들의 동작을 설명하면 다음과 같다.
데이터 수신부(301)는 복수의 수신 기지국 장치의 데이터 처리부(206)로부터 전송되는 위치 추적 분석용 신호들을 수신하여 복호화시킨다.
메모리(303)에는 송신 기지국 장치를 제어하는 각종 응용 프로그램 및 데이터들이 저장되어 있으며, 특히 수신 기지국 장치로부터 수신되는 추적 분석용 신호를 이용하여 단말기의 위치를 탐색하는 프로그램이 저장되어 있다.
데이터 베이스(304)에는 단말기 고유 코드 정보와 사용자 정보가 맵핑되어 저장되어 있으며, 또한 각 수신 기지국 장치의 안테나 스테이션의 방향성 안테나들의 수신신호의 세기 정보의 차이에 상응하는 각 수신 기지국 장치와의 거리/각도 정보들이 맵핑되어 저장되어 있다.
시스템 제어부(302)는 메모리(303)에 저장된 각종 응용 프로그램들을 실행시켜, 데이터 수신부(301)로부터 입력되는 상기 위치 추적 분석용 신호에 포함된 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보의 차이값에 상응하여 맵핑되어 있는 수신 기지국 위치에 대한 거리/각도 정보를 데이터 베이스(304)에서 읽어낸 후에, 이들 거리/각도 정보를 분석하여 최종적으로 지도상의 좌표값으로 환산시킨다. 위치 분석시에 각 수신 기지국간의 지연시간의 차이를 반영하여 보상하는 것이 효과적이다.
RF 송/수신부(305)는 위치 추적 요청에 대응되는 고유 번호를 변조하여 송신하며, 수신되는 RF 신호를 복조하는 역할을 실행한다.
신호 처리부(307)는 시스템 제어부(302)에서 좌표값으로 환산된 위치값을 지도상에 표시하는 그래픽 신호 처리를 실행한다.
네트워크 전송부(308)는 지도상에 단말기 위치가 표시된 그래픽 신호를 인터넷과 같은 네트워크를 통하여 전송하기 위하여 네트워크 전송 규격에 맞도록 데이터를 처리하는 역할을 실행한다.
그러면, 위에서 설명한 본 발명에 의한 무선 위치 추적 시스템을 구성하는 수신 기지국 장치 및 송신 기지국 장치를 이용하여 단말기의 위치를 추적하는 방법에 대하여 도 4∼도 7의 흐름도를 중심으로 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 무선 위치 추적 시스템에서 실행되는 위치 추적 프로세스를 도시한 것으로, 이들 프로세스들을 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에 의한 무선 위치 추적 시스템은 단말기 위치를 추적하기 위한 위치 추적 신호를 송신하는데(단계410), 이에 대한 세부적인 프로세스는 도 5에 도시된 바와 같다.
즉, 송신 기지국 장치(110)로 단말기의 사용자 정보 및 위치 추적 요청 신호를 수신되면(단계410a), 송신 기지국 장치(110)를 구성하는 시스템 제어부(302)는 데이터 베이스(304)로부터 사용자 정보에 대응되어 저장되어 있는 고유 코드 번호 정보를 탐색하여 읽어낸다(단계410b). 그런 다음에, 고유 코드 번호 정보를 RF 송/수신부(305)에서 변조하여(단계410c), 안테나(306)를 통하여 공중으로 방사한다(단계410d).
위와 같은 프로세스(단계410)를 통하여 위치 추적하고자 하는 단말기의 고유코드 번호 정보를 송신하면, 고유 코드 번호를 갖는 단말기는 이에 응답하는 신호를 송신한다(단계420). 즉, 수신 가능 지역 내에 있는 모든 단말기(130)들이 송신 기지국 장치에서 송신한 코드 정보를 수신한 후에, 단말기(130)에 저장되어 있는 고유 코드 번호와 수신된 코드 번호를 비교하여, 일치하는 단말기만 이에 응답하는 신호를 출력한다.
그러면, 복수의 수신 기지국 장치(120-1∼120-N)에서는 단말기가 응답한 신호를 수신하여 가공한 후에 송신 기지국 장치(110)로 전송한다(단계430). 이에 대한 세부적인 프로세스는 도 6에 도시된 바와 같다.
즉, 복수의 수신 기지국 장치는 안테나 스테이션(201)의 복수의 방향성 안테나로 수신된 신호들의 세기를 검출한다(단계430a). 그리고 나서, 수신 신호의 세기가 가장 큰 방향성 안테나로 수신되는 신호에서 검출된 발신자 코드 정보를 발신자 코드 정보로 결정한다(단계430b). 다음으로, 안테나 스테이션(201)의 복수의 방향성 안테나로 수신된 신호들의 세기 정보와 발신자 코드 정보를 포함하는 위치 추적 분석용 신호를 가공하여 송신 기지국으로 전송한다(단계430c). 위의 추적 분석용 신호에 포함된 신호의 세기 정보는 모든 방향성 안테나의 수신 신호의 세기 정보를 포함할 수도 있으나, 데이터의 양을 고려하여 신호의 세기가 비교적 강한 3∼4개의 방향성 안테나로 수신된 신호의 세기 정보만을 선별하여 생성시킬 수 있다.
위와 같은 프로세스(단계430)를 통하여 수신 기지국에서 위치 추적 분석용 신호를 가공하여 송신 기지국으로 전송하면, 송신 기지국에서는 각 수신 기지국에서 전송한 위치 추적 분석용 신호를 이용하여 단말기의 위치를 분석한다(단계440).이에 대한 세부적인 프로세스는 도 7에 도시된 바와 같다.
즉, 송신 기지국은 각 수신 기지국에서 가공한 위치 추적 분석용 신호를 수신한 후에(단계440a), 위치 추적 분석용 신호에 포함된 해당 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보의 차이 값에 맵핑되어 있는 수신 기지국 위치에 대한 거리/각도 정보를 데이터 베이스(304)에서 읽어낸 후에, 이들 거리/각도 정보를 각 수신 기지국과의 상관 관계를 고려하여 종합적으로 분석하여 최종적인 거리 및 각도값을 산출한다(단계440b). 그런 다음에, 분석된 거리 및 각도 정보를 최종적으로 좌표값으로 환산하여 지도상에 표시한다(단계440c). 위치 분석시에 각 수신 기지국간의 지연시간의 차이를 반영하여 보상하는 것이 효과적이다.
위의 단계440b의 거리 및 각도 연산에 모든 수신 기지국으로부터 전송된 위치 추적 분석용 신호를 모두 이용하여 위치를 탐색할 수도 있으나, 경우에 따라서는 신호의 세기가 비교적 강한 3∼4개의 수신 기지국으로부터 전송된 위치 추적 분석용 신호만을 선별하여 거리 및 각도 연산에 이용할 수도 있다.
위와 같은 프로세스(단계440)를 통하여 구해낸 단말기 위치 분석 결과는 사용자가 선정한 네트워크를 통하여 출력된다(단계450). 즉, 일 예로서 인터넷을 통하여 위치 추적 결과를 출력시키거나 또는 무선 통신망을 통하여 출력시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 복수의 방향성 안테나를 구비하는 수신 기지국을 서로 다른 복수의 위치에 설치하고, 수신 기지국간의 방향성 안테나 수신 신호의 세기를 비교 분석하여 단말기의 정확한 위치를 탐색함으로써, 인공위성 시스템을 이용하지 않고도 비교적 간단한 시스템 구성에 의하여 정확하게 단말기의 위치를 탐색할 수 있는 효과가 발생되며, 뿐만 아니라 광범위한 범위에서도 정확하게 위치를 탐색할 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (9)

  1. 발신 단말기의 위치를 추적하는 시스템에 있어서,
    복수의 방향성 안테나를 포함하고, 상기 복수의 방향성 안테나로 수신되는 상기 발신 단말기의 응답신호를 분석하여, 발신자 코드 정보 및 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보들을 포함하는 위치 추적 분석용 신호를 가공하여 송신 기지국으로 전송하기 위한 복수의 수신 기지국 장치; 및
    추적하고자 하는 단말기의 코드정보를 송신하고, 상기 복수의 기지국 장치들로부터 수신되는 위치 추적 분석용 신호에서 발신자 코드 정보 및 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보들을 분리하여, 복수의 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보들의 상관 관계를 이용하여 발신자 단말기의 상기 복수의 수신 기지국 장치와의 거리 및 각도를 계산하여 출력시키기 위한 송신 기지국 장치를 포함함을 특징으로 하는 무선 위치 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신 기지국 장치는
    복수의 방향성 안테나로 구성된 안테나 스테이션;
    상기 복수의 방향성 안테나들로부터 수신되는 신호들을 각각 복조하여 출력시키기 위한 RF 수신부;
    안테나 스위칭 제어신호에 상응하여 상기 RF 수신부로부터 입력되는 신호들을 스위칭하여 순차적으로 출력시키기 위한 스위칭부;
    상기 스위칭부로부터 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환부;
    상기 복수의 방향성 안테나로부터 수신되는 신호를 스위칭하기 위한 안테나 스위칭 제어신호를 생성시키고, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 출력되는 신호를 분석하여 상기 복수의 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보 및 발신자 코드 정보를 포함하는 위치 추적 분석용 신호를 생성시키기 위한 제어부; 및
    상기 위치 추적 분석용 신호를 소정의 전송 규격에 맞도록 부호화시켜 전송하기 위한 데이터 처리부를 포함함을 특징으로 하는 무선 위치 추적 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송신 기지국 장치는
    상기 복수의 수신 기지국 장치들로부터 전송되는 위치 추적 분석용 신호들을 수신하여 복호화시키기 위한 데이터 수신부;
    단말기 고유 코드 정보와 사용자 정보를 맵핑시켜 저장하고, 방향성 안테나 수신신호의 세기 정보의 차이값에 상응하는 거리/각도의 상관 정보를 맵핑시켜 저장하는 데이터 베이스; 및
    상기 데이터 수신부로부터 입력되는 상기 위치 추적 분석용 신호에 포함된 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보들의 차이값에 상응하는 거리/각도 정보를 상기 데이터 베이스에서 읽어내어 지도상의 좌표값으로 환산시키기 위한 시스템 제어부를 포함함을 특징으로 하는 무선 위치 추적 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위치 추적 분석용 신호에 포함된 발신자 코드 정보는 수신 신호의 세기가 가장 큰 방향성 안테나로 수신되는 신호에서 검출된 발신자 코드 정보임을 특징으로 하는 무선 위치 추적 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보는 소정 회수 반복하여 신호의 세기를 검출하여, 검출된 신호의 세기 값들의 평균 연산 값임을 특징으로 하는 무선 위치 추적 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 시스템 제어부에서 환산된 좌표값을 그래픽 신호 처리하여 지도상에 표시하는 신호처리부를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 위치 추적 시스템.
  7. 무선 위치 추적 시스템에서의 단말기의 위치를 추적하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 무선 위치 추적 시스템에서 송신된 위치 탐색 신호에 상응하여 상기 단말기에서 응답한 신호를 서로 다른 위치에 있는 복수의 수신 기지국에서 복수의 방향성 안테나로 수신하는 단계;
    (b) 상기 복수의 방향성 안테나로 수신된 신호를 분석하여, 방향성 안테나수신 신호의 세기 정보 및 발신자 코드 정보를 포함하는 위치 추적 분석용 신호를 송신 기지국으로 전송하는 단계; 및
    (c) 상기 단계(b)에서 전송된 위치 추적 분석용 신호에 포함된 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보의 차이값에 상응하는 거리/각도 정보를 상기 데이터 베이스에서 읽어내어 지도상의 좌표값으로 환산시키는 연산을 실행시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 위치 추적 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 위치 추적 분석용 신호에 포함된 발신자 코드 정보는 수신 신호의 세기가 가장 큰 방향성 안테나로 수신되는 신호에서 검출된 발신자 코드 정보임을 특징으로 하는 무선 위치 추적 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 방향성 안테나 수신 신호의 세기 정보는 소정 회수 반복하여 신호의 세기를 검출하여, 검출된 신호의 세기 값들의 평균 연산 값임을 특징으로 하는 무선 위치 추적 방법.
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