KR20030055412A - 이동 단말기의 위치 추적 장치 및 방법 - Google Patents

이동 단말기의 위치 추적 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 단말기의 3차원 위치를 간단하고 정확하게 추적하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 빔포밍 안테나는 이동 단말기로부터 신호를 수신한다. 그리고 수신한 신호로부터 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 측정한다. 또한 빔포밍 안테나를 수평 빔포밍하여 이동 단말기의 방위각을 측정한다. 이와 같이 대략적으로 구한 거리 및 방위각의 위치에서 빔포밍 안테나를 수직 빔포밍하여 이동 단말기의 고도각까지 측정한 후, 이들 거리, 방위각 및 고도각을 일정 시간 간격으로 업데이트하면 정확하고 간단하게 이동 단말기의 3차원 위치를 구할 수 있다.

Description

이동 단말기의 위치 추적 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR LOCATING A MOBILE TRANCEIVER}
본 발명은 위치 추적 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 통신 시스템에 사용되는 단말기의 3차원 위치를 추적하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이동 통신 시스템이 발전함에 따라 기존의 음성 통화 및 데이터 서비스 뿐만 아니라 다양한 분야에서 이동 통신망을 활용하려는 노력이 계속되는 가운데 위치 정보를 이용하여 응급 구조, 차량 추적, 미아 찾기 등의 위치 기반 서비스를 제공하기 위하여 지금까지 다양한 위치 추적 방법이 제안되어 왔다.
이러한 방법 중 하나의 예가 GPS(Global Positioning System)를 이용한 위치 추적 방법이다. GPS를 이용한 위치 추적 방법은 지구 밖의 궤도를 따라서 공전하는 4개의 GPS 위성으로부터 위치 정보를 수신하여 현재의 위치를 표시하며 매우 정확한 위치 정보를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 이 방법은 별도의 GPS 수신 장치를 구비해야 하는 번거로움이 있고, 더구나 GPS 수신 장치의 가격이 위치 측정의 정확도에 비례하여 올라가기 때문에 이동 전화망을 이용한 위치 추적 부가 서비스에 이용하기에는 적합하지 않다.
이동 단말기의 위치를 추적하는 다른 하나의 방법으로는 삼각 측량을 이용한것이 있다. 도 1은 종래 기술의 삼각 측량을 이용한 위치 추적 방법을 설명하기 위한 이동 통신 시스템의 셀 구성도이다.
기지국을 중심으로 하는 셀 구조를 가지는 이동 통신망에서 이동 단말기는 적어도 세 개의 기지국(a, b, c)으로부터 신호를 수신하고 각 기지국 좌표와 전송 시간을 이용하여 기지국과의 상대적인 위치를 계산한다. 그러나 이 방법의 경우, 이동 단말기에서 수신 신호의 도착 시간을 정확히 측정하기 위해서는 각 기지국 사이의 시간 동기화가 정확히 이루어져야 할 뿐만 아니라 적어도 이동 단말기가 세 개 이상의 기지국 신호를 동시에 획득할 수 있도록 각 기지국들도 출력 신호를 증가시켜야 하므로 비효율적이다.
이러한 동기화 및 효율성의 문제를 극복하기 위하여 하나의 기지국만으로 이동 단말기의 위치를 추적하는 방법이 제안된 바 있다.
미국 특허 제6,300,905호는 코드분할 다중접속 방식(CDMA) 및 시분할 다중접속 방식(TDMA)의 시스템에서 하나의 기지국만 이용하여 이동 단말기의 위치 정보를 추적하는 방법에 대하여 기재하고 있다. 여기서는 하나의 기지국에서 단말기의 RF 상향링크 신호와 전파 도달 지연 시간을 측정하여 이동 단말기까지의 거리를 연산하고, 3개 이상의 다중 섹터 안테나를 이용하여 이동 단말기의 방위각을 측정한다.
미국 특허 제6,2252,867호는 다중 채널 구조를 가지는 코드분할 다중 접속 방식(CDMA)에서 하나의 기지국을 이용하여 이동 단말기의 이차원 위치를 추적하는 방법에 대하여 기재하고 있다. 여기서도 이동 단말기까지의 거리는 전파 지연 시간을 이용하여 구하며, 이동 단말기의 방위각은 다수의 위상 정렬 안테나(PhasedArray Antenna)를 이용하여 구한다.
그러나 상기한 미국 특허의 경우 모두 하나의 기지국만으로 이동 단말기의 위치 정보를 파악할 수 있으나 이동 단말기의 거리와 방위각 등 2차원 위치 정보만을 제공할 수 있을 뿐 이동 단말기의 높이의 변화까지 고려한 3차원 위치 정보까지는 제공하고 있지 않다. 또한 안테나의 개수에 따라서 각도 측정의 해상도 및 정확도가 변화하는 문제점도 안고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이동 통신 시스템에서 하나의 기지국만을 이용하여 이동 단말기의 3차원 위치 정보까지 간단하고 정확하게 파악할 수 있는 위치 추적 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 삼각 측량식 위치 측정 방법을 설명하기 위한 이동 통신 시스템의 셀 구성을 나타내고,
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이동 단말기의 위치 추적 장치의 구성을 나타내는 블록도이고,
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 이동 단말기의 위치 추적 방법의 기본 개념을 설명하기 위한 좌표선도이고,
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 이동 단말기의 위치 추적 방법을 나타내는 순서도이고,
도 5a는 본 발명의 위치 추적 방법에 따른 위치 획득 단계를 설명하기 위한 도해도이며, 도 5b는 본발명의 위치 추적 방법에 따른 위치 추적 단계를 설명하기 위한 도해도이고,
도 6은 시분할 다중 접속 방식의 역방향 링크에서 각 단말기별 타임슬롯 할당을 나타내고,
도 7은 시분할 다중 접속 방식의 기지국 안테나를 중심으로 각 단말기별 위치를 나타내고,
도 8은 본 발명의 또다른 하나의 실시예에 따른 시분할 다중 접속 방식의 시스템에서 이동 단말기의 위치를 추적하는 방법을 나타내는 순서도이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 위치 추적 장치는, 이동 단말기로부터 신호를 수신하는 빔포밍 안테나, 상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호로부터 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 측정하는 거리 측정기, 상기 빔포밍 안테나의 수평 방향으로의 빔포밍 스캐닝을 통하여 상기 무선 기지국에 대한 상기 이동 단말기의 방위각을 측정하는 방위각 측정기, 상기 빔포밍 안테나의 수직 방향으로의 빔포밍 스캐닝을 통하여 상기 무선 기지국에 대한 상기 이동 단말기의 고도각을 측정하는 고도각 측정기 그리고 상기 거리 측정기, 상기 방위각 측정기 그리고 상기 고도각 측정기로부터 출력된 신호를 연산하여 이동 단말기의 위치를 결정하고 업데이트하는 위치 결정기를 포함한다.
상기 거리 측정기는 상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호의 전파 지연 시간을 측정하고 상기 전파 지연 시간으로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 연산하는 시간 거리 측정기 및/또는 상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호의 전력의 세기를 측정하고 상기 전력의 세기로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 연산하는 전력 거리 측정기이다.
상기 위치 결정기는 이동 단말기의 최초 위치를 구한 후에 일정 시간 간격으로 지속적으로 거리, 방위각 및 고도각에 대한 정보를 받아서 변화된 값에 대한 평균을 구하고 이 평균값에 근거하여 이동 단말기의 위치를 업데이트한다.
한편, 본 발명의 다른 하나의 특징에 따른 위치 추적 방법은
복수의 방향으로 안테나 빔을 발생시키는 빔포밍 안테나를 포함하는 하나 이상의 무선 기지국에서 이동 단말기의 위치를 추적하는 방법으로서, 이동 단말기로부터의 신호를 수신하는 단계, 상기 수신 신호로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 연산하는 단계, 상기 빔포밍 안테나의 안테나 빔을 수평 방향으로 스캐닝하는 단계, 상기 수평 방향 스캐닝 동안 상기 수신 신호의 크기가 가장 큰 제1 지점을 선택하고 상기 빔포밍 안테나의 초기 지점과 상기 제1 지점사이의 방위각을 측정하는 단계, 상기 빔포밍 안테나의 안테나 빔을 수직 방향으로 스캐닝하는 단계, 상기 수직 방향 스캐닝 동안 상기 수신 신호의 크기가 가장 큰 제2 지점을 선택하고 상기 빔포밍 안테나의 초기 지점과 상기 제2 지점사이의 고도각을 측정하는 단계, 상기 연산한 거리, 방위각 및 고도각을 종합하여 이동 단말기의 최초 위치를 획득하는 단계 그리고 상기 획득된 이동 단말기의 최초 위치에 대하여 일정 시간 간격으로 업데이트하는 단계를 포함한다.
상기 거리 연산 단계는 상기 수신 신호의 전파 지연 시간을 측정하고 상기 전파 지연 시간으로부터 상기 거리를 구하거나 상기 수신 신호의 전력의 세기를 측정하고 이를 상기 무선 기지국에서 송신한 신호의 전력의 세기와 비교하여 상기 거리를 구한다.
상기 위치 업데이트 단계는 일정한 시간 간격 동안 상기 거리, 상기 방위각 및 상기 고도각 각각의 평균값을 구하여 이 평균값을 상기 이동 단말기의 위치값으로 한다.
이하, 상기한 목적을 구체적으로 구현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 이동 단말기의 위치 추적 장치의 구성을 나타낸다.
빔포밍 안테나(10)는 무선 기지국에 설치되며 수평 및 수직 방향을 포함한 복수의 방향으로의 안테나 빔을 생성한다.
수신기(100)는 빔포밍 안테나(10)를 통하여 이동 단말기로부터 신호를 수신하며 이동 단말기의 반지름, 방위각 및 고도각 등을 측정하기 위한 시간 거리 측정기(110), 전력 거리 측정기(120), 방위각 측정기(130) 및 고도각 측정기(140)를 포함한다. 시간 거리 측정기(110)는 빔포밍 안테나(10)에서 수신한 신호로부터 이동 전화기의 송신 시점과 기지국의 수신 시점의 차이에 해당하는 전파 지연 시간을 측정하고 여기에 전파 속도를 곱하여 이동 단말기까지의 거리(R)를 구한다. 전력 거리 측정기(120)는 빔포밍 안테나(10)에서 수신한 신호로부터 수신 전력의 세기를측정하고 이동 단말기의 송신 전력의 세기와의 차이로부터 이동 단말기까지의 거리(R)를 구한다. 자유공간에서 전파의 세기는 거리의 제곱에 반비례하므로 송신 신호의 전력과 수신 신호의 전력의 차이로부터 거리를 연산할 수 있다. 방위각 측정기(130)는 빔포밍 안테나(10)에서 생성하는 안테나 빔을 수평 방향으로 360도 스캐닝하여 얻는 수신 신호의 전력의 세기를 비교하고 그 값이 가장 클 때의 수평 빔 각도를 측정하여 이를 이동 단말기의 방위각(θ)으로 한다. 고도각 측정기(140)는 빔포밍 안테나(10)에서 생성하는 안테나 빔을 수직 방향으로 0도에서 90도까지 스캐닝하여 얻는 수신 신호의 전력의 세기를 비교하고 그 값이 가장 클 때의 수직 빔 각도를 측정하여 이를 이동 단말기의 고도각(γ)으로 한다.
위치 결정기(150)는 시간 거리 측정기(110), 전력거리 측정기(120), 방위각 측정기(130) 및 고도각 측정기(140)로부터 출력된 신호, 즉 이동 단말기의 거리, 방위각 및 고도각 등의 3차원 위치 정보를 전달받아 이동 단말기의 최초 위치를 획득한 후, 계속하여 일정 시간 간격으로 위치 정보를 전달하여 최초 위치값을 업데이트(update)한다. 이 때 최초 위치값을 업데이트하는 방법은 최초 단계에서 획득한 위치 변화값과 일정 시간이 흐른 후에 획득한 위치 변화값의 평균값을 구해서 그 값을 이동 단말기의 위치로 결정한다. 한편 위치 결정기(150)에서 결정된 위치값은 반지름, 방위각, 고도각으로 표현되는 3차원 극 좌표값이나, 이를 직교 좌표 변환 방법 등을 이용하여 3차원 직교 좌표값으로 변환할 수도 있다. 이와 같은 좌표 변환 방법은 공지되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 위치 추적 방법의 기본 개념을 설명하기 위한 선도이다.
이동 단말기의 위치는 3차원 공간에서 점(x, y, z)과 같이 직교 좌표로 표현될 수도 있으나 점(R, θ, γ)과 같이 극좌표로도 표현될 수 있다. 본 발명은 이 점에 착안하여 하나의 기지국을 중심으로 하여 이동 단말기의 반지름(R), 방위각( θ) 및 고도각(γ)을 구하여 이동 단말기의 정확한 위치를 파악한다. 여기서, 이동 단말기의 반지름은 기지국이 수신한 신호를 이용하여 구할 수 있다. 이 때, 이동 단말기와 기지국 사이의 거리를 구하는 방법에는 두 가지가 있다. 하나의 방법은 수신 신호의 전파 지연 시간을 측정하고 이로부터 거리를 구하는 것이다. 이동 단말기에서 송신한 신호의 프레임에는 송신 시간에 대한 정보가 담겨 있으므로 수신기에서 송신 시간과 수신 시간을 비교하여 전파 지연 시간을 알 수 있고, 이를 전파의 속도와 곱해주면 거리를 알 수 있다. 이 때 전파 지연 시간을 정확하게 측정하기 위해서는 기지국과 이동 단말기 사이에 정확한 시간 동기화가 이루어져야 한다. 나머지 다른 하나의 방법은 기지국의 수신 신호의 전력의 세기를 측정하고 이로부터 이동 단말기와 기지국 사이의 거리를 구하는 것이다. 이동 단말기에서 송신한 신호의 프레임에는 송신 전력에 대한 정보가 담겨 있으므로 송신 전력과 기지국의 수신 전력을 비교하면 손실 전력을 알 수 있고, 일반적으로 자유공간에서 전파의 세기는 거리의 제곱에 반비례하므로 손실 전력으로부터 전파 거리를 구할 수 있다. 여기서 상기한 두 가지 방법 모두 오차가 있을 수 있기 때문에 두 방법을 병행해서 보완한다. 즉, 전파 지연 시간을 측정하는 방법은 다중 경로에 의한 전파 지연으로 인하여 원래의 위치보다 더 멀리 있는 것처럼 측정될 수 있다. 그리고 무선 기지국의 수신 전력을 이용하는 방법 역시 페이딩(fading)에 의해서 정확한 수신 전력을 구하기 어려울 수 있다. 따라서 두 가지 측정 데이터를 함께 이용하되 전파 지연 시간 및 수신 전력에 관한 정보를 무선 기지국이 항상 가지고 있도록 한다. 한편, 본 발명이 밀리미터파 대역에서 사용된다면 전파 전파의 특성상 다중 경로에 의한 영향을 무시할 수 있고, 기지국 셀 구성 또한 LOS(Line of Sight)가 보장되는 초소형 셀(pico cell) 단위로 할 수 있기 때문에 거리 측정의 오차는 더욱 작아진다.
다음, 방위각(θ)과 고도각(γ)을 무선 기지국의 빔포밍 안테나(beam forming antenna)를 이용하여 측정한다. 방위각(θ)의 경우 빔포밍 안테나를 수평으로 360도 회전시키면서 수신 신호의 크기가 가장 큰 지점을 선택하고 이 때의 빔포밍 안테나의 회전 각도를 이동 단말기의 방위각으로 한다. 이 때 빔포밍 안테나의 해상도가 방위각 측정의 정확도를 좌우한다. 그리고 고도각(γ)은 빔포밍 안테나의 빔을 수직으로 최소 0도로부터 최대 90도까지 스캐닝하여 가장 크게 수신되는 지점을 선택하고 이 때의 빔 각도를 이동 단말기의 고도각으로 한다.
상기한 방법에 따라 얻어진 반지름, 방위각, 고도각을 종합하면 기지국 안테나를 중심으로 한 이동 단말기의 정확한 공간적 위치를 구할 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이동 단말기의 위치 추적 방법을 나타내는 순서도이고 도 5a는 본 발명의 위치 추적 방법에 따른 위치 획득 단계를 설명하기 위한 선도이고, 도 5b는 본발명의 위치 추적 방법에 따른 위치 추적 단계를 설명하기 위한 선도이다.
먼저, 기지국은 도 5a에 도시한 바와 같이 이동 단말기의 반지름(R)과 방위각(θ)을 대략적으로 획득한다.
이를 위해서 먼저, 기지국의 수신기(100)는 안테나(10)를 통하여 이동 단말기로부터 신호를 수신한다(S400). 이 수신 신호에는 호 설정 제어에 관련한 신호뿐만 아니라 이동 단말기에서 신호를 송신한 시간이나 송신 전력 등에 대한 정보도 포함되어 있다. 다음, 기지국이 수신한 신호로부터 전파 지연 시간과 전력의 세기를 측정한 후(S410a, S410b), 이로부터 기지국과 이동 단말기 사이의 거리를 구한다(S420). 여기서 거리를 구하는 방법은 앞서 도 3을 참조하여 설명한 방법에 따른다.
다음, 빔포밍 안테나의 빔을 수평 방향으로 0도에서 360도까지 스캐닝하여(S430), 방위각을 측정한다(S440). 이 때 수평 방향 스캐닝 동안 수신 신호의 크기가 가장 큰 지점과 빔포밍 안테나의 초기 지점 사이의 각도가 방위각이 된다. 만일 방위각이 제대로 측정되지 않으면 수평 방향 스캐닝을 되풀이한다. 이와 같이 이동 단말기까지의 거리 및 방위각이 구해지면 이동 단말기의 대략적인 위치를 알게 된 것이다.
다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 기지국은 앞에서 구한 이동 단말기의 거리 및 방위각을 기초로 그 위치에서의 이동 단말기의 고도각을 측정한 후에 거리, 방위각 및 고도각에 대한 더욱 정확한 위치를 구한다.
이를 위하여 먼저, 빔포밍 안테나의 빔을 수직 방향으로 0도에서 90까지 스캐닝하여(S450), 고도각을 측정한다(S460). 이 때 수직 방향 스캐닝 동안 수신 신호의 크기가 가장 큰 지점과 빔포밍 안테나의 초기 지점 사이의 각도가 고도각이된다. 만일 고도각이 제대로 측정되지 않으면 수직 방향 스캐닝을 되풀이한다.
다음, 앞서 연산한 거리, 방위각 및 고도각을 일정 구간동안 계속해서 획득하고 이를 종합하여 이동 단말기의 위치를 업데이트함으로써 더욱 정확한 위치값을 추적한다(S470). 이 위치 추적 단계에서는 최초 위치를 결정한 후, 일정 시간 간격으로 지속적으로 거리, 방위각 및 고도각에 대한 정보를 받아서 변화된 값에 대한 평균을 구하고 이에 근거하여 이동 단말기의 위치를 업데이트한다. 즉, 단말기의 이동속도가 기지국의 위치 추적 갱신 속도에 비해 훨씬 느리다고 가정한다면 기지국이 측정한 거리, 방위각, 고도각에 대해 일정한 구간동안 평균을 구할 수 있고, 이 값을 이용한다면 측정의 정확도를 높일 수 있게 된다. 일정 구간 동안 각 파라미터들에 대한 적분은 일반적으로 평균이 제로인 측정 오차의 영향을 감소시킬 수 있기 때문에 그만큼 더 정확한 위치 측정 결과를 얻을 수 있는 것이다. 한편, 고도각을 측정하는 단계에서 고도각 측정을 연속해서 N회 이상 실패하면(S480), 기지국은 이동 단말기의 거리, 방위각을 다시 획득하는 단계로 되돌아간다.
상기와 같이 이루어지는 이동 단말기의 위치 추적 방법의 경우 시분할 다중 접속 방식의 경우에는 더욱 간단하게 구현될 수 있다. 다음에서는 시분할 다중 접속 방식의 본 발명의 하나의 실시예에 대해서 설명한다.
도 6은 시분할 다중 접속 방식의 역방향 링크에서 각 단말기별 타임슬롯 할당을 나타내며 도 7은 시분할 다중 접속 방식의 기지국 안테나를 중심으로 각 단말기별 위치를 나타낸다.
시분할 다중 접속 방식에서는 역방향 링크에서 각 단말기(TS1, TS2, TS3,…,TSn)를 위한 타임 슬롯이 할당되어 있으며, 각 타임 슬롯 사이에는 보호 시간(Guard Time)을 두어 각 타임 슬롯이 겹치지 않도록 하고 있다. 기지국은 각 단말기(TS1, TS2, TS3, …,TSn)들이 각각의 타임 슬롯을 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 단말기 전송 시간을 제어한다. 따라서 시분할 다중 접속 방식 시스템의 경우에 있어서는 기지국과 단말기 사이의 거리, 즉 반지름(R)은 각 단말기(TS1, TS2, TS3, …,TSn)들이 신호를 전송할 때 바로 구할 수 있다. 이는 기지국이 각 단말기들의 타임슬롯에 맞추어 전송을 제어하기 위해서 기지국과 각 단말기 사이의 거리에 따른 전파 지연 시간을 이미 파악하고 있기 때문이다. 따라서 시분할 다중 접속 방식은 별도의 전파 지연 시간 측정부를 구비할 필요 없이 시분할 다중 접속 방식 시스템의 규격에서 제시하는 일종의 레인징(Ranging) 절차만을 수행함으로써 바로 이동 단말기까지의 거리를 측정할 수 있다.
이동 단말기의 방위각 및 고도각의 측정 또한 시분할 다중 접속 방식의 경우 앞서 설명한 방법에 따라 쉽게 구할 수 있다. 예를 들어, 제1 단말기(TS1)의 신호 전송 시간 동안 방위각 계산을 위해 빔을 수평방향으로 360도 회전시켰을 때 가장 세게 수신되는 각도가 제1 단말기가 위치한 곳의 방위각이다. 고도각의 측정도 마찬가지로 빔을 수직방향으로 0도 내지 90도 사이로 회전하면서 가장 세게 수신되는 각도를 제1 단말기(TS1)가 위치한 곳의 고도각으로 하면 된다. 시분할 다중 접속 방식 시스템의 경우 위치 추적을 위한 파라미터들이 각 단말기별로 서로 시간 배타적이기 때문에 기지국은 별도의 분리 장치 없이 단말기 타임 슬롯 정보만을 이용하여 쉽게 이동 단말기의 위치를 구할 수 있다.
시분할 다중 접속 방식에서 기지국은 기지국 수신 프레임, 즉 단말기 송신 프레임에 각 단말기의 타임 슬롯에서 찾아낸 위치 정보에 근거하여 미리 빔포밍 안테나를 수신 위치에 적합하게 맞추어 놓는다면 단말기의 송신 전력을 최대로 받을 수 있기 때문에 신호대 잡음비가 좋아져 성능이 개선될 수 있다. 이 경우 시분할 다중 접속 방식의 시스템에서의 위치 정보는 위치 정보 서비스 뿐만 아니라 시스템의 성능 향상에도 기여할 수 있다. 한편 각 단말기에 할당되는 타임 슬롯은 일정한 타임 프레임마다 변경이 가능하다. 기지국은 각 단말기의 위치와 타임 슬롯 매핑 테이블을 이용하여 빔포밍 안테나의 위치 조정 동작을 수행한다.
도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 시분할 다중 접속 방식의 시스템에서 이동 단말기의 위치를 추적하는 방법을 나타낸다. 본 실시예의 경우 제1 단말기 (TS1)에 대한 위치 추적을 예로 들어 설명한다.
먼저, 제1 단말기(TS1)에 대한 타임 슬롯이 되면(S810), 기지국은 먼저 제1 단말기(TS1)에 대한 레인징 절차를 수행한다(S820). 이에 따라 전파 지연 시간 및 수신 전력이 측정되며 기지국과 제1 단말기(TS1) 사이의 거리(R)도 알 수 있다. 다음, 빔포밍 안테나의 빔을 수평 방향으로 0도에서 360도까지 스캐닝하여(S830), 방위각을 측정한다(S840). 이 때 수평 방향 스캐닝 동안 수신 신호의 크기가 가장 큰 지점과 빔포밍 안테나의 초기 지점 사이의 각도를 제1 단말기(TS1)의 방위각으로 한다. 만일 방위각이 제대로 측정되지 않으면 수평 방향 스캐닝을 되풀이한다.
다음, 빔포밍 안테나의 빔을 수직 방향으로 0도에서 90까지 스캐닝하여(S850), 고도각을 측정한다(S860). 이 때 수직 방향 스캐닝 동안 수신신호의 크기가 가장 큰 지점과 빔포밍 안테나의 초기 지점 사이의 각도를 제1 단말기(TS1)의 고도각으로 한다. 만일 고도각이 제대로 측정되지 않으면 수직 방향 스캐닝을 되풀이한다.
다음, 앞서 구한 제1 단말기(TS1)의 거리, 방위각 및 고도각을 일정 구간동안 계속해서 획득하고 이를 종합하여 이동 단말기의 위치를 업데이트함으로써 더욱 정확한 위치값을 추적한다(S870). 이 위치 추적 단계에서 위치를 업데이트하는 방법은 앞서 설명한 방법과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 만일, 고도각을 측정하는 단계에서 고도각 측정을 연속해서 N회 이상 실패하면(S880), 기지국은 제1 단말기(TS1)의 거리, 방위각을 다시 획득하는 단계로 되돌아간다. 한편, 기지국은 각 단말기의 타임 슬롯에서 찾아낸 위치 정보에 근거하여 미리 빔포밍 안테나를 해당 단말기의 수신 위치에 적합하게 맞추어 놓을 수 있다(S890). 이 경우 단말기의 송신 전력을 최대로 받을 수 있기 때문에 신호대 잡음비가 좋아져 성능을 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면, GPS 등 별도의 위치 추적 장치를 구비할 필요가 없으며 하나의 기지국 정보만을 가지고 3차원 위치 추적이 가능하기 때문에 경제적일 뿐만 아니라 위치 추적의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 시분할 다중 접속 방식의 경우 위치 측정이 더욱 간단해지며, 측정된 위치 정보를 바탕으로 기지국의 성능까지 함께 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 이동 단말기로부터 신호를 수신하는 빔포밍 안테나,
    상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호로부터 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 측정하는 거리 측정기,
    상기 빔포밍 안테나의 수평 방향으로의 빔포밍 스캐닝을 통하여 상기 무선 기지국에 대한 상기 이동 단말기의 방위각을 측정하는 방위각 측정기,
    상기 빔포밍 안테나의 수직 방향으로의 빔포밍 스캐닝을 통하여 상기 무선 기지국에 대한 상기 이동 단말기의 고도각을 측정하는 고도각 측정기 그리고
    상기 거리 측정기, 상기 방위각 측정기 및 상기 고도각 측정기로부터 출력된 신호를 연산하여 이동 단말기의 위치를 결정하고 업데이트하는 위치 결정기
    를 포함하는 이동 단말기의 위치 추적 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 거리 측정기는 상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호의 전파 지연 시간을 측정하고 상기 전파 지연 시간으로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 연산하는 시간 거리 측정기인 위치 추적 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 거리 측정기는 상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호의 전력의 세기를 측정하고 상기 전력의 세기로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 연산하는 전력 거리 측정기인 위치 추적 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 거리 측정기는 상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호의 전파 지연 시간을 측정하고 상기 전파 지연 시간으로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 연산하는 시간 거리 측정기와, 상기 빔포밍 안테나가 수신한 신호의 전력의 세기를 측정하고 상기 전력의 세기로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를 연산하는 전력 거리 측정기를 포함하는 위치 추적 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 위치 결정기는 이동 단말기의 최초 위치를 구한 후에 일정 시간 간격으로 지속적으로 거리, 방위각 및 고도각에 대한 정보를 받아서 변화된 값에 대한 평균을 구하고 상기 평균값에 근거하여 이동 단말기의 위치를 업데이트하는 위치 추적 장치.
  6. 복수의 방향으로 안테나 빔을 발생시키는 빔포밍 안테나를 포함하는 하나 이상의 무선 기지국에서 이동 단말기의 위치를 추적하는 방법으로서,
    이동 단말기로부터의 신호를 수신하는 단계,
    상기 수신 신호로부터 상기 무선 기지국과 상기 이동 단말기 사이의 거리를연산하는 단계,
    상기 빔포밍 안테나의 안테나 빔을 수평 방향으로 스캐닝하는 단계,
    상기 수평 방향 스캐닝 동안 상기 수신 신호의 크기가 가장 큰 제1 지점을 선택하고 상기 빔포밍 안테나의 초기 지점과 상기 제1 지점사이의 방위각을 측정하 는 단계,
    상기 빔포밍 안테나의 안테나 빔을 수직 방향으로 스캐닝하는 단계,
    상기 수직 방향 스캐닝 동안 상기 수신 신호의 크기가 가장 큰 제2 지점을 선택하고 상기 빔포밍 안테나의 초기 지점과 상기 제2 지점사이의 고도각을 측정하는 단계,
    상기 연산한 거리, 방위각 및 고도각을 종합하여 이동 단말기의 최초 위치를 획득하는 단계 그리고
    상기 획득된 이동 단말기의 최초 위치에 대하여 일정 시간 간격으로 업데이트하는 단계
    를 포함하는 이동 단말기의 위치 추적 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 거리 연산 단계는 상기 수신 신호의 전파 지연 시간을 측정하고 상기 전파 지연 시간으로부터 상기 거리를 구하는 위치 추적 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 거리 연산 단계는 상기 수신 신호의 전력의 세기를 측정하고 이를 상기 무선 기지국에서 송신한 신호의 전력의 세기와 비교하여 상기 거리를 구하는 위치 추적 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
    상기 위치 업데이트 단계는 일정한 시간 간격 동안 상기 거리, 상기 방위각 및 상기 고도각 각각의 평균값을 구하여 이 평균값을 상기 이동 단말기의 위치값으로 하는 위치 추적 방법.
  10. 다수의 이동 단말기와, 복수의 방향으로 안테나 빔을 발생시키는 빔포밍 안테나를 갖는 무선 기지국을 포함하는 시분할 다중 접속 방식의 이동 통신 시스템에서,
    (i)번째 이동 단말기에 할당된 타임 슬롯 구간 동안 무선 기지국과 i번째 이동 단말기 사이의 거리를 측정하는 단계,
    상기 (i)번째 이동 단말기에 할당된 타임 슬롯 구간 동안 빔포밍 안테나의 안테나 빔을 수평 방향으로 스캐닝하고 상기 스캐닝 동안 상기 (i)번째 이동 단말기로부터 상기 무선 기지국으로 전송되는 신호의 크기가 가장 큰 제1 지점을 선택하고 상기 제1 지점으로부터 상기 이동 단말기의 방위각을 연산하는 단계,
    상기 (i)번째 이동 단말기에 할당된 타임 슬롯 구간 동안 빔포밍 안테나의 안테나 빔을 수직 방향으로 스캐닝하고 상기 스캐닝 동안 상기 (i)번째 이동 단말기로부터 상기 무선 기지국으로 전송되는 신호의 크기가 가장 큰 제2 지점을 선택하고 상기 제2 지점으로부터 상기 이동 단말기의 고도각을 연산하는 단계,
    상기 연산한 거리, 방위각 및 고도각을 종합하여 이동 단말기의 최초 위치를 획득하는 단계 그리고
    상기 획득된 이동 단말기의 최초 위치에 대하여 일정 시간 간격으로 업데이트하는 단계
    를 포함하는 시분할 다중 접속식 이동 시스템의 위치 추적 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 거리 측정 단계는 시분할 다중 접속 방식의 레인징 파라미터를 사용하여 거리를 구하는 위치 추적 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에서,
    상기 위치 업데이트 단계는 일정한 시간 간격 동안 상기 거리, 상기 방위각 및 상기 고도각 각각의 평균값을 구하여 이 평균값을 상기 이동 단말기의 위치값으로 업데이트하는 위치 추적 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 (i)번째 단말기의 타임 슬롯에서 찾아낸 위치 정보에 근거하여 상기 빔포밍 안테나를 상기 (i)번째 단말기의 위치로 맞추어 놓는 단계를 더 포함하는 위치 추적 방법.
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