KR20020092101A

KR20020092101A - 이동통신 단말기의 위치 추적 방법

Info

Publication number: KR20020092101A
Application number: KR1020010030996A
Authority: KR
Inventors: 이용우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-06-02
Filing date: 2001-06-02
Publication date: 2002-12-11
Also published as: KR100400556B1

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 위치 추적 방법에 관한 것으로, 셀룰러 방식에 의해 통신을 수행하는 이동통신 단말기의 위치를 추적함에 있어서, 단말기와 각 기지국간의 송,수신 신호에 의해 도착시간차이 데이터(TDOA) 및 수신각도 데이터(AOA)를 이용해 일정시간 간격으로 단말기의 위치를 측정하는 제1단계와; 상기 도착시간차이(TDOA)를 이용하여 측정한 현 단말기의 위치에서 소정시간 전에 측정한 위치로 가상의 선을 설정하는 제2단계와; 상기 수신각도(AOA)를 이용하여 측정한 현 단말기의 위치에서 소정시간 전에 측정한 위치로 가상의 선을 설정하는 제3단계와; 상기 제2, 제3단계에서 설정한 각 가상의 선 구간 동안에 측정한 단말기의 위치에서 가상의 선 상으로 가상의 수직선을 그어 그 길이의 총합을 구하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 구한 각 수직선의 길이의 총합을 비교하는 제5단계와; 상기 제5단계의 비교결과 수직선의 총합의 길이가 작은 쪽의 방법에 의해 구한 최종 단말기의 위치를 현재 단말기의 위치로 판단하는 제6단계로 이루어져 도착시간차이(TDOA)와 수신각도(AOA)를 이용한 위치 추적 방법을 함께 사용함으로써, 단말기의 위치 추적이 가능하고 차량에 의해 이동중일 경우에도 정확한 위치 추적이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

이동통신 단말기의 위치 추적 방법{POSITION MONITORING METHOD FOR MOBILE COMMUNICATION DEVICE}

본 발명은 이동통신 단말기의 위치 추적 방법에 관한 것으로, 특히 코드분할 다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 기술을 이용한 셀룰러 네트워크에서 각 기지국으로부터 구한 도착시간(TOA : Time Of Arrival)과 수신각도(AOA : Angle Of Arrival) 데이터를 이용하여 단말기의 가상위치를 추정하고, 각 추정위치의 좌표 평균값에 의해 최종 위치를 결정하는 이동통신 단말기의 위치 추적 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서 이동체의 위치를 추적하는 방법에는 여러가지가 있다. 그 중에서 CDMA 셀룰러 시스템에 적용할 수 있는 방법도 여러 가지가 있는데, 이를 크게 단말기의 개조가 필요한 방법과 단말기의 개조가 필요없는 방법으로 구분할 수 있다.

먼저, 단말기의 개조가 필요한 방법 중에서 대표적인 것으로 GPS(Global Positioning System)를 이용하는 방법이 있는데, 이를 위해서는 가입자가 휴대하고 있는 단말기 내에 GPS 수신기가 장착되어 있어야 한다.

도1은 GPS 위성을 이용한 가입자의 위치추정 시스템을 나타내고 있다.

이에 도시된 바와 같이 만약, 가입자가 응급상황에 처해서 구조를 요청하기 위해 단말기의 특정 버튼을 눌러서 GPS 수신기(103)를 동작시키면, 단말기에 장착된 GPS 수신기는 최소한 세 개 이상(3차원 상의 위치를 구하고자 할 때는 네 개 이상)의 GPS 위성(101)으로부터 신호를 수신하여 단말기와 각 위성사이의 거리(R1, R2, R3, R4)를 계산하고, GPS 위성으로부터 수신한 추가적인 정보를 이용하여 단말기의 위치를 계산한다.

계산된 위치는 자동적으로 CDMA 셀룰러 망을 이용해서 가입자의 위치 정보를 필요로 하는 곳(응용서버)(105)으로 전송된다.

한편, 단말기의 개조가 필요없는 방법에도 여러 가지가 있는데, 그 중 많이 사용되는 방법이 도착시간(TOA)을 이용하는 방법, 수신각도(AOA)를 이용하는 방법, 도착시간차이(TDOA : Time Difference of Arrival)를 이용하는 방법 등이 있다.

먼저, 도착시간(TOA)을 이용하는 방법은 도2에 도시된 바와 같이, 단말기(202)에서 송신한 신호를 단말기 주변의 여러 기지국(201)에서 수신하고, 각 기지국에서는 수신된 신호의 도달시간을 측정하여 단말기와 기지국 사이의 거리(R1,R2,R3)를 구하고, 그 거리를 반지름으로 하는 가상의 원을 기지국을 중심으로 그린다.

이렇게 해서 구한 원들이 교차하는 지점을 단말기의 위치라고 추정하는 방법이다.

다음, 수신각도(AOA)를 이용하는 방법은 도3에 도시된 바와 같이, 단말기(302)에서 송신한 신호를 단말기 주변의 여러 기지국(301)에서 수신하고, 각 기지국에서는 수신된 신호의 수신방향을 측정하여 그 방향으로 가상의 선을 긋고, 그 선들이 교차하는 지점을 단말기의 위치라고 추정하는 방법이다.

다음, 도착시간차이(TDOA)를 이용하는 방법은 도4에 도시된 바와 같이, 단말기(402)에서 송신한 신호를 단말기 주변의 여러 기지국(401)에서 수신하고, 각 기지국에 수신된 신호의 도달시간 차이를 이용해서 쌍곡선을 그리고, 그 쌍곡선들이 교차하는 지점을 단말기의 위치라고 추정하는 방법이다.

그러나, 상기 GPS 시스템을 이용한 위치 추적 방법은 GPS 수신기를 추가로 부가해야 하기 때문에, 단말기 제작비용이 증가하고 단말기의 부피가 커지고 무거워질 뿐만 아니라, GPS 수신기도 단말기 배터리의 전력을 사용해야 되므로 단말기의 전력 소모가 커지게 되는 문제점이 있다.

또한, GPS 위성에서 송신하는 신호가 지구상의 단말기에 도달할 때는 아주 미약한 신호가 되기 때문에, 도심지역이나 실내 등 단말기와 GPS 위성 사이에 장애물이 있을 경우에는 GPS 신호의 수신이 어려워 성능이 떨어지는 문제점이 있다.

한편, 단말기의 개조가 필요없는 도착시간(TOA) 및 도착시간차이(TDOA)를 이용하는 방법은, 단말기 주변의 최소한 세 개 이상의 기지국을 이용해야 하고, 수신각도(AOA)를 이용하는 방법도 최소한 두 개 이상의 기지국을 이용해야 하는데, 가입자가 교외지역에 있을 경우 주변에 기지국이 두 개 또는 세 개 이상 있는 경우가 많지 않다.

따라서, 교외 지역에서는 대부분 가입자가 속해 있는 셀 내의 기지국만이 존재하고, 다른 기지국들은 아주 먼 거리에 위치해 있어서 단말기의 신호가 도달하기가 쉽지 않고, 도달한다고 하더라도 신호가 미약하고 에러가 많기 때문에 가입자의 위치 추적이 쉽지 않다.

이와 같이, 교외지역에서는 도착시간(TOA) 또는 수신각도(AOA)와 같은 한가지 방법만을 사용해서 가입자의 위치를 추정하기에는 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 교외지역처럼 하나의 기지국만을 이용할 수 밖에 없는 지역이라도 도착시간차이(TDOA)과 수신각도(AOA)를 함께 사용함으로써 단말기의 위치 추적이 가능하고, 도심지역에서는 기지국 수에 비례하여 단말기의 위치추적 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 이동통신 단말기의 위치 추적 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 GPS 위성을 이용한 가입자의 위치추정 시스템을 설명하기 위한 예시도.

도 2는 종래 도착시간을 이용한 단말기의 위치 추적 방법을 설명하기 위한 예시도.

도 3은 종래 수신각도를 이용한 단말기의 위치 추적 방법을 설명하기 위한 예시도.

도 4는 종래 도착시간 차이를 이용한 단말기의 위치 추적 방법을 설명하기 위한 예시도.

도 5는 본 발명에 의한 단말기의 위치 추적 방법을 보인 순서도.

도 6은 상기 도5에 의한 위치 추적 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위해 보인 예시도.

도 7은 발명을 적용한 단말기 위치 추적 시스템의 구성을 보인 예시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

701 : 이동통신 교환국702 : 도착시간차이 계산부

703 : 수신각도 계산부704 : 위치 결정부

705 : 응용서버

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 셀룰러 방식에 의해 통신을 수행하는 이동통신 단말기의 위치를 추적함에 있어서, 단말기와 각 기지국간의 송,수신 신호에 의해 도착시간차이 데이터(TDOA) 및 수신각도 데이터(AOA)를 이용해 일정시간 간격으로 단말기의 위치를 측정하는 제1단계와; 상기 도착시간차이(TDOA)를 이용하여 측정한 현 단말기의 위치에서 소정시간 전에 측정한 위치로 가상의 선을 설정하는 제2단계와; 상기 수신각도(AOA)를 이용하여 측정한 현 단말기의 위치에서 소정시간 전에 측정한 위치로 가상의 선을 설정하는 제3단계와; 상기 제2, 제3단계에서 설정한 각 가상의 선 구간 동안에 측정한 단말기의 위치에서 가상의 선 상으로 가상의 수직선을 그어 그 길이의 총합을 구하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 구한 각 수직선의 길이의 총합을 비교하는 제5단계와; 상기 제5단계의 비교결과 수직선의 총합의 길이가 작은 쪽의 방법에 의해 구한 최종 단말기의 위치를 현재 단말기의 위치로 판단하는 제6단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

이동통신 서비스 사업자가 운송회사 등에 차량 항법 서비스를 제공하고자 할 때, 이동통신 서비스 업체는 각 차량에 부착된 단말기에 일정 시간 간격으로 차량의 위치를 요구하는 메시지를 보낸다.

이때, 상기 신호를 수신한 차량의 단말기는 서비스 업체와 기 약정된 특정 신호를 발신하여 주변의 기지국에서 수신할 수 있도록 한다.

그러면, 시스템에서는 단말기 주변의 기지국에 수신된 신호들을 이용하여 도착시간차이(TDOA)와 수신각도(AOA)를 이용한 위치 추적 방법을 이용하여 단말기의 위치를 계산한다.

이러한 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 도착시간차이(TDOA)를 이용하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 현재 단말기가 서비스 받고있는 기지국에 수신되는 신호의 도달시간에 대한 다른 기지국에 수신되는 신호의 도착시간차이를 구하고 이를 이용하여 쌍곡선의 방정식을 구한다.

쌍곡선 방정식은 다음 수학식 1과 같다.

위의 식에서 x,y는 구하고자 하는 단말기의 좌표값을 나타내고, xi,yi는 i번째 기지국의 좌표값을 나타내고, di,1는 1번 기지국에 수신되는 신호의 도달시간에 대한 i번째 기지국에 수신되는 신호의 도달시간의 차를 나타낸다.

기지국 3개를 이용하여 단말기의 위치를 구하는 경우, x,y 좌표값은 다음 수학식 2와 같이 구할 수 있다.

위의 식에서 K_i는 xi^2 + yi^2을 나타내고 xi,1은 xi - x1을 나타낸다.

다음, 수신각도(AOA)를 이용하여 단말기의 위치를 구하기 위해서는 각 기지국에 배열 안테나 시스템을 설치하여 단말기가 전송한 신호가 기지국에 수신되는 방향을 구하고, 각 기지국에서 신호가 수신되는 방향으로 가상의 선을 그어 그 선들이 교차하는 지점을 단말기의 위치라고 추정하는 것이다.

그럼, 상술한 바와 같은 도착시간차이(TDOA)와 수신각도(AOA)를 이용한 본 발명의 위치 추적 방법을 도5 및 도6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

일단, 이동통신 서비스업체가 각 차량에 부착된 단말기에 차량의 위치를 요구하는 메시지를 보낼 때 마다(S11) 단말기는 특정 신호를 전송하고(S12), 시스템에서는 이 신호들을 이용해서 도착시간차이(TDOA)와 수신각도(AOA)를 이용한 위치 추적방법을 이용하여 각각 단말기의 위치를 추정한다(S13, S14).

시스템에서는 상기 두 가지 방법으로부터 구한 두 개의 단말기 위치값 중에서 실제 단말기의 위치와 가장 근접할 것으로 예상되는 하나를 선택하게 되는데,본 발명에서 제시하는 선택방법은 다음과 같다.

즉, 도6에 도시된 바와 같이 현 시점에서 측정한 단말기의 가상의 x-y 좌표와, 현 시점에서 임의의 시점(예를 들면 현 시점으로부터 10번 전)전에 측정한 단말기의 가상의 x-y 좌표를 가상의 선으로 연결한다(S15).

그러면, 도착시간차이(TDOA)에 의해서 구해진 가상의 선과 수신각도(AOA)에 의해서 구해진 가상의 선이 그려진다.

이때, 상기 가상의 선 사이 즉, 현 시점에서 측정한 단말기의 위치와 10번 전에 측정한 단말기의 위치 사이에는 각각 9개의 측정 위치가 있고, 이 위치에서 가상의 선에 수직선을 긋는다.

다음, 상기 9개의 위치에서 가상 선에 그은 수직선의 길이의 총합을 각각 구한다(S16).

이런식으로 도착시간차이(TDOA)를 이용해서 측정한 단말기의 위치로부터 구한 수직선들의 길이의 합과, 수신각도(AOA)를 이용해서 측정한 단말기의 위치로부터 구한 수직선들의 길이의 합을 비교한다.

이에 따라, 상기 수직선들의 합이 적은 쪽의 방법(TDOA 혹은 AOA)으로 구한 단말기의 위치를 단말기의 현재 위치로 결정하는 것이다.

즉, 도착시간차이(TDOA)를 이용해 구한 각 단말기 위치에서 가상선에 그은 수직선의 합이 수신각도(AOA)를 이용해서 구한 단말기 위치에서 가상선에 그은 수직선의 합보다 작을 경우, 도착시간차이(TDOA)를 이용해서 구한 최종 위치가 현재 위치가 되는 것이다.

이와 같은 방법으로 단말기가 이동중일 경우에도 실제 이동경로(도6에서 점선으로 표시된 화살표)에 가장 근접한 위치를 측정할 수 있게 되는 것이다.

도7은 본 발명에 의한 단말기 위치 추적 시스템의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 이동통신 교환국(701)은 각 기지국에서 수신된 신호를 입력받아, 각 기지국을 중심으로 도착시간차이 계산부(702)와 수신각도 계산부(703)를 통해서 단말기의 위치를 추정한다.

상기와 같이 복수의 가상위치(#1∼#N)가 추정되면, 위치 결정부(704)는 상기 도5와 도6을 참조하여 설명한 방법에 의해 단말기의 최종 위치를 결정하게 된다.

이와 같이 계산된 위치는 자동적으로 CDMA 셀룰러 망을 이용해서 가입자의 위치 정보를 필요로 하는 곳(응용서버)(705)으로 전송된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 이동통신 단말기의 위치 추적 방법은, 도착시간차이(TDOA)와 수신각도(AOA)를 이용한 위치 추적 방법을 함께 사용함으로써, 단말기의 위치 추적이 가능하고 차량에 의해 이동중일 경우에도 정확한 위치 추적이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims

셀룰러 방식에 의해 통신을 수행하는 이동통신 단말기의 위치를 추적함에 있어서, 단말기와 각 기지국간의 송,수신 신호에 의해 도착시간차이 데이터(TDOA) 및 수신각도 데이터(AOA)를 이용해 일정시간 간격으로 단말기의 위치를 측정하는 제1단계와; 상기 도착시간차이(TDOA)를 이용하여 측정한 현 단말기의 위치에서 소정시간 전에 측정한 위치로 가상의 선을 설정하는 제2단계와; 상기 수신각도(AOA)를 이용하여 측정한 현 단말기의 위치에서 소정시간 전에 측정한 위치로 가상의 선을 설정하는 제3단계와; 상기 제2, 제3단계에서 설정한 각 가상의 선 구간 동안에 측정한 단말기의 위치에서 가상의 선 상으로 가상의 수직선을 그어 그 길이의 총합을 구하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 구한 각 수직선의 길이의 총합을 비교하는 제5단계와; 상기 제5단계의 비교결과 수직선의 총합의 길이가 작은 쪽의 방법에 의해 구한 최종 단말기의 위치를 현재 단말기의 위치로 판단하는 제6단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 위치 추적 방법.
제1항에 있어서, 상기 단말기의 위치 측정을 위한 신호는 이동통신 서비스업체가 각 단말기에 현재 위치를 요구하는 메시지를 보낼 경우, 단말기에서 서비스 업체와 기 약정된 특정 신호를 일정 시간 간격으로 전송하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 위치 추적 방법.