KR20030056705A - 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CDMA망에서 GPS를 이용하지 않고도 DGPS(Differential GPS) 기준국과 CDMA 무선 가입자의 발신 위치 및 이동상황 등 위치정보를 광범위하게 서비스하여 무선 가입자의 안정성을 증대시키고 교통 관제 시스템 등에의 적용이 가능하도록 한 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은, 통신단말기가 자신이 속한 기지국과 인접 2개 이상의 기지국의 전송시간 지연의 차이를 측정하는 단계와; 상기 통신 단말기가 상기 전송시간 지연 측정값들을 자신이 속한 기지국으로 전송하는 단계와; 상기 전송시간 지연 측정값들을 수신하는 기지국이 해당 측정값들에 따라 각 기지국으로부터 해당 통신단말기까지의 거리를 나타내는 원들을 형성하는 단계와; 상기 기지국이 상기 형성된 원들의 교점을 이용하여 상기 통신단말기의 좌표정보를 산출하는 단계와; DGPS 기준국이 상기 산출된 좌표정보에 대한 에러 검출 및 정정을 수행하여 단말기 위치 정보를 획득하는 단계와; 상기 획득된 단말기 위치 정보가 해당 통신단말기로 전송되어 가입자가 열람할 수 있도록 디스플레이되는 단계를 포함하여 이루어지며, 기지국용 중계기와 DGPS 기준국을 이용하여 저비용으로 무선통신망 가입자에게 위치 정보를 제공하고 가입자 위치 추적의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법 {Subscriber positioning service for wireless communication network}

본 발명은 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CDMA(Code Division Multiple Access) 망에서 단말기에 대한 측위를 통해 가입자의 위치 및 이동상황 등 위치정보를 서비스하기에 적당하도록 하기 위한 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법에 관한 것이다.

일반적으로 CDMA 방식의 무선통신망 또는 이동통신망에 가입된 가입자 단말기는 인접 기지국의 전송시간 지연의 차이(PN 코드 시간 지연 칩의 수)를 나타내는 가상 잡음 위상(PN 위상), 기지국의 파일롯 채널(Pilot Channel) 신호의 신호대 잡음비를 나타내는 강도, 그리고 현재 소프트 핸드오버 중인 기지국, 핸드오버를 수행할 기지국, 인접한 기지국들의 가상 잡음 오프셋(PN offset) 등을 측정한다. 이 정보들은 단말기 내부에서 지속적으로 측정되고, 단말기가 통화 상태 도중에 핸드오버를 수행할 때 기지국으로 전송한다. 핸드오버 대상 기지국에서는 단말기로부터 수신되는 이 정보를 이용하여 전송되는 신호를 쉽게 획득하도록 도움을 준다.

이 정보를 이용하면 단말기에 인접한 기지국들과 단말기 사이의 전송시간 지연의 차이를 측정할 수 있으므로 단말기의 위치에 따라서 핸드오버를 위한 기지국들의 정보, 그리고 각 기지국의 파일롯 채널의 신호대 잡음비 등 고유한 정보를 이용하여 단말기의 위치를 추적하는 것이 가능하게 된다.

실제로 위와 같은 방식으로 1996년 미연방통신위원회(Federal Communication Commission)에서 자국내 모든 무선통신망 사업자들에게 위치정보를 서비스를 주요 내용으로 하는 새로운 E-911 서비스를 제공하도록 요구하였다.

미연방통신위원회는 무선통신 사업자가 911 서비스를 용이하게 구현할 수 있도록 기본적인 911 서비스와 E-911 서비스를 2단계로 나누어 제공하도록 하고 있으며, 각 단계에 따른 유효 서비스를 제시하고 있다.

일반적으로 지상의 무선 측위 시스템에 의해 수행되는 위치 측정 방법은 크게 3가지로 분류할 수 있다.

그 하나는 기지국(BS, 또는 Base Station)에서 단말기인 이동국(MS, 또는Mobile Station)으로 보낸 신호를 수신하여 신호의 세기를 통계적인 확률 분포와 대조하여 위치를 측정하는 방법이다.

다른 하나는 기지국에서 이동국으로 보낸 신호의 AOA(Angle Of Arrival)을 측정하여 이동국의 위치를 측정하는 직접 탐색 시스템(Direct Finding System)이다.

세번째는 전파 전달 시간을 측정하여 위치를 구하는 TOA(Time Of Arrival) 또는 2개의 기지국으로부터 전파 도달 시간의 상대적인 차이를 이용하는 TDOA(Time Difference Of Arrival)와 같이 이동국과 기지국의 거리를 이용하여 위치를 측정하는 도달위치 측위 시스템(Ranging Position Location System)이다.

여기서 TOA 측위 방식은 단말기와 기지국간의 전파전달 시간을 측정하여 거리를 구하는 방식이다. 이러한 원리는 여러 기지국에서 측정한 여러 개의 측정값으로부터 각 기지국을 중심으로 하는 원들을 형성하고, 대상 단말기가 이 원들의 교점에 놓이도록 한다.

대표적 측위 시스템인 GPS(Global Positioning System) 위성을 이용한 시스템에서는 TOA방법을 사용하여 단말기의 위치를 구한다. GPS 위성을 이용한 시스템의 경우에는 절대 위치를 결정하기 위해 일반적으로 순환 최소 자승법(Recursive Least Square)을 사용한다.

기본적으로 TOA는 기지국과 단말기가 모두 정확하게 동작되어야 하고, 기지국에서 단말기로부터 신호가 언제 출발했는지를 알기 위해 시각표시(Time-Sampled)를 해야 한다. TOA 방식을 이용한 측위 시스템에서는 단말기의 위치를 구하기 위해서 4개 이상의 기지국에 대한 위치와 각 기지국까지의 의사거리를 알아야 한다.

만약 고도를 고정시킨 상태에서라면 최소 3개의 기지국 위치가 필요하다. 이 경우에는 도1에 도시된 바와 같이 3개의 기지국(111, 112, 113)에 의해 형성된 원들의 교차점에서 이동국(120)의 위치가 산출된다.

그런데 이상 설명한 종래기술에 있어서, 단말기 내부에서 인접 기지국들의 전송시간 지연 차이를 1/8칩 단위로 처리한 후 기지국으로 1칩 단위로 보고한다. 따라서 이러한 기지국들간의 전송시간 지연차이 등과 같이 기지국간에 관련된 정보만을 이용하는 경우에는 위치 추적의 정확도가 최대 약 244m의 오차범위를 갖게 되어 정확한 측위가 어렵게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 CDMA망에서 GPS를 이용하지 않고도 DGPS(Differential GPS) 기준국과 CDMA 무선 가입자의 발신 위치 및 이동상황 등 위치정보를 광범위하게 서비스하여 무선 가입자의 안정성을 증대시키고 교통 관제 시스템 등에의 적용이 가능하도록 한 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 시스템은, 통신단말기가 자신이 속한 기지국의 전송시간 지연의 차이, 그리고 핸드오버를 대비한 인접 2개 이상의 기지국의 전송시간 지연의 차이를 포함하여 3개 이상의 기지국의 전송시간 지연의 차이를 측정하는 단계와; 상기 통신 단말기가 상기 전송시간 지연 측정값들을 자신이 속한 기지국으로 전송하는 단계와; 상기 전송시간 지연 측정값들을 수신하는 기지국이 해당 측정값들에 따라 각 기지국으로부터 해당 통신단말기까지의 거리를 나타내는 원들을 형성하는 단계와; 상기 기지국이 상기 형성된 원들의 교점을 이용하여 상기 통신단말기의 좌표정보를 산출하는 단계와; DGPS 기준국이 상기 산출된 좌표정보에 대한 에러 검출 및 정정을 수행하여 단말기 위치 정보를 획득하는 단계와; 상기 획득된 단말기 위치 정보가 해당 통신단말기로 전송되어 가입자가 열람할 수 있도록 디스플레이되는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

도1은 종래기술에 따른 무선통신망의 측위 시스템의 구성도.

도2는 본 발명의 실시예가 적용되는 무선통신망의 측위 시스템 구성도.

도3은 본 발명에 따른 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법의 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

111, 112, 113 : 기지국 120 : 이동통신단말기

131, 132 : 중계기 140 : DGPS 기준국

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예가 적용되는 무선통신망의 측위 시스템 구성도이고, 도3은 본 발명에 따른 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법의 순서도이다.

본 실시예는 도2에 도시된 바와 같은 무선통신망 시스템에 적용된다. 이 시스템은, DGPS 기준국(140), 다수개의 CDMA 이동통신망 기지국(111, 112, 113), 통화 품질 개선 및 위치 추적을 위한 복수개의 소형 중계기(131, 132), 및 그래픽 지원 액정디스플레이(LCD)를 장착한 이동통신단말기(120)를 포함하여 구성된다.

DGPS는 GPS의 좌표에러를 발생시키는 요소들을 보정하여 보다 정확한 위치를 얻기 위한 기술이다. DGPS는 크게 실시간처리 방식과 후처리 방식이 있고, 최근에는 AVL(Automatic Vehicle Location)용으로 개발된 인버티드(Inverted) DGPS도 있다.

DGPS 기준국(140)은 GPS를 이용하여 정밀측량된 고정 위치에 세운다. DGPS기준국(140)에는 고가의 DGPS 기지국용 GPS 수신기를 설치하게 된다. DGPS 기준국용 GPS 수신기에 정밀한 위치를 입력하면, 실시간으로 수신받아 계산한 좌표의 오차를 알아낼 수 있다. 이 오차를 단순하게 이용하는 것은 아니고 RAW 데이터 형태로 하드디스크 등의 저장매체에 저장하였다가 무선주파수(RF)로 송신한다.

실시간처리를 할 때에는 RF로 수신된 데이터를 GPS 수신기에 넣으면 바로 보정된 위치가 나온다. 후처리시에는 이동체인 이동통신단말기(120)에서 저장한 RAW 데이터와 DGPS 기준국(140)의 RAW 데이터를 이용하여 좌표를 보정하게 된다.

이러한 시스템에 적용되는 위치 정보 서비스 방법은 도3에 도시된 바와 같은 순서에 따라 동작한다.

도3에 따르면, 본 실시예의 방법은 TOA 방식을 개량한 것으로, 우선 이동통신단말기(120)가 자신이 속한 각 기지국의 전송시간 지연의 차이(칩 지연)를 측정한 값과 핸드오버를 대비한 2개 이상의 주변 기지국의 전송시간 지연의 차이값을 측정한다. 따라서 이동통신단말기(120)는 3개 이상의 기지국(111, 112, 113)으로부터 전송시간 지연의 차이를 측정하게 된다. 여기서 BS2로 지시되는 기지국(112)에 이동통신단말기(120)가 속해 있는 것으로 보면, 나머지 2개의 핸드오버를 대비한 기지국은 BS1(111)과 BS3(113)이 된다(S300~S310).

또한 이동통신단말기(120)는 자신이 속해 있는 기지국(112)내 전파음영 지역 등에 대한 통화 품질 개선을 위해 설치된 소형 중계기(131, 132)의 전송시간 지연의 차이도 측정한다. 전송시간 지연의 차이를 측정하는 소형 중계기(131, 132)는 최소 2개 이상이 되어야 하며, 그 개수가 많을수록 측정의 정밀도가 향상된다. 예들 들면, 외국의 GEC PLESSY나 JRC 등의 GPS 수신기는 정확도 개선을 위해 최대 12개의 GPS 위성으로부터 데이터를 수신하여 처리 계산함으로써 오차범위를 1m 이내로 유지한다(S320).

이동통신단말기(120)는 자신이 속해 있는 기지국(112)으로부터 측정한 전송시간 지연 측정값, 핸드오버를 대비한 주변 기지국(111, 113)으로부터 측정한 전송시간 지연 측정값, 및 자신이 속해 있는 기지국(112)내 소형 중계기(131, 132)의 전송시간 지연 측정값 등의 3가지 종류의 측정값을 자신이 속한 기지국(112)의 액세스 채널(Access Channel)에 실어 호(Call)를 접속한다(S330).

자신의 좌표값과 인접 기지국의 좌표값 및 자신의 기지국내의 중계기들의 좌표값을 알고 있는 해당 기지국(112)은 이동통신단말기(120)가 보낸 여러 기지국(111, 112, 113)에 대한 전송시간 지연 측정값을 해석하여 각 기지국을 중심으로 한 원들이 생기도록 한다. 이 원들은 전송시간 지연의 측정값으로 나타나는 해당 기지국과 이동통신단말기(120)간의 거리를 의미한다. 이동통신단말기(120)로부터 기지국 BS1(111)까지의 거리는 'r1'이고, 기지국 BS2(112)까지는 'r2'이며, 기지국 BS3(113)까지는 'r3'라 칭하기로 한다(S340).

더불어 이동통신단말기(120)가 속한 기지국(112)은 자신에 종속된 소형 중계기(131, 132)들의 전송시간 지연 측정값을 해석하여 위와 같은 방식으로 작은 원들이 생기도록 한다. 이동통신단말기(120)로부터 소형 중계기1(131)까지의 거리는 'r2_1'이고, 소형 중계기2(132)까지의 거리는 'r2_2'라 칭하기로 한다(S350).

이동통신단말기(120)가 속한 기지국(112)은 전송시간 지연 측정값을 이용하여 생성된 다수의 원들로 형성된 교점을 확인하여 해당 이동통신단말기(120)의 위치를 특정한다. 이처럼 전송시간 지연 측정값에 따라 기지국(112)이 자신에 속한 이동통신단말기(120)의 좌표정보를 산출할 수 있게 된다(S360).

다수개의 기준점으로부터 측위 대상까지의 거리를 나타내는 원을 이용하여 그 교점에서 해당 측위 대상의 위치를 특정하는 기법은 잘 알려져 있다. 만약 3개의 기지국(111, 112, 113)과 2개의 소형 중계기(131, 132)로 형성되는 원들의 경우를 보면, 각 원은 반지름이 r1, r2, r3, r2_1, 및 r2_2가 될 것이며, 5개의 모집단내에서 선택가능한 3개의 조합마다 하나씩의 교점이 형성되어질 것이다. 이처럼 다수개의 교점이 나타나는 경우에 대한 처리 기법도 알려진 바와 같다.

해당 이동통신단말기(120)가 속해 있는 기지국(112)은 산출된 단말기 좌표정보를 DGPS 기준국(140)으로 송신한다.

DGPS 기지국(140)은 수신된 단말기 좌표정보에서 좌표에러를 일으키는 요소들을 보정한 정확한 위치 정보를 해당 기지국(112)에 송신한다. 여기서 DGPS 기지국(140)은 좌표정보에 대한 에러검출 및 보정을 수행하게 되는데, 이는 일반적인 DGPS 기지국 장비의 에러검출 및 정정 기법에 따르므로 별도의 설명은 생략한다(S370).

DGPS 기지국(140)에서 이동통신단말기(120)의 위치 정보를 산출하는 과정은 실시간처리 또는 후처리 방식의 어느 쪽으로 수행되어도 된다. 본 실시예에서 실시간처리 또는 후처리 방식의 채택에 따른 차이는 없다.

이와 같이 오차가 보정된 정확한 위치 정보를 수신한 해당 기지국(112)은 이정보를 페이징 채널(Paging Channel)에 실어서 이동통신단말기(120)로 보낸다(S380).

이동통신단말기(120)는 자신이 속한 기지국(112)이 보낸 좌표값을 그래픽 액정디스플레이 창에 디스플레이 한다. 이로써 이동통신단말기(120)에 디스플레이되는 현재 가입자의 위치정보는 오차가 보정되어 높은 정확도로 표현된다(S390).

이처럼 본 실시예는 기존의 GPS 수신기의 오차 보정을 위해 운용되는 DGPS 기준국과 CDMA 이동통신망에서 기지국에 통화 품질 개선을 위해 설치된 기존의 중계기를 이용하여 저비용으로 이동통신단말기 가입자들에게 정확도가 높은 위치 정보를 제공할 수 있다.

이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.

본 발명의 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

우선, 기존의 기지국용 중계기와 DGPS 기준국을 이용하여 저비용으로 무선통신망 가입자에게 위치 정보를 제공할 수 있다. 그리고 종래기술의 단말기 위치 추적방법에 비해서 단말기 위치 측정의 정확도를 향상시킬 수 있어 무선통신망 가입자의 안정성을 확보할 수 있으므로, 긴급구조 및 구난 등을 위한 단말기 위치 정보 서비스 요구에 대응할 수 있게 된다.

특히, 고층 건물이나 아파트 단지의 도심에서는 다중경로 페이딩(MultipathFading) 등 오차 요소가 많아 측위 정밀도가 떨어지며 통화 품질도 나쁘게 된다. 이러한 경우에 통화품질의 개선에 적합한 소형 중계기를 기지국 주변에 포설한 후 본 발명을 적용하게 되면, 기지국들의 측정값 뿐만 아니라 중계기의 측정값도 이용하여 단말기 위치 정보를 산출하게 되므로 통화 품질 개선과 동시에 가입자의 위치 추적 정확도 향상을 이루게 되는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 통신단말기가 자신이 속한 기지국의 전송시간 지연의 차이, 그리고 핸드오버를 대비한 인접 2개 이상의 기지국의 전송시간 지연의 차이를 포함하여 3개 이상의 기지국의 전송시간 지연의 차이를 측정하는 단계와;

   상기 통신 단말기가 상기 전송시간 지연 측정값들을 자신이 속한 기지국으로 전송하는 단계와;

   상기 전송시간 지연 측정값들을 수신하는 기지국이 해당 측정값들에 따라 각 기지국으로부터 해당 통신단말기까지의 거리를 나타내는 원들을 형성하는 단계와;

   상기 기지국이 상기 형성된 원들의 교점을 이용하여 상기 통신단말기의 좌표정보를 산출하는 단계와;

   DGPS 기준국이 상기 산출된 좌표정보에 대한 에러 검출 및 정정을 수행하여 단말기 위치 정보를 획득하는 단계와;

   상기 획득된 단말기 위치 정보가 해당 통신단말기로 전송되어 가입자가 열람할 수 있도록 디스플레이되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 무선통신망은 CDMA 이동통신망이며, 상기 기지국에 대한 전송시간 지연의 차이는 PN 코드 시간 지연 칩의 수로 측정하게 되고, 상기 통신단말기에서 상기전송시간 지연 측정값을 상기 기지국으로 전송하는 채널은 액세스 채널이며, 상기 기지국에서 상기 통신단말기로 상기 위치 정보를 전송하는 채널은 페이징 채널인 것을 특징으로 하는 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   통신단말기가 자신이 속한 기지국내 복수개의 중계기로부터 전송시간 지연의 차이를 각각 측정하는 단계와;

   통신단말기가 상기 측정된 기지국별 전송시간 지연 측정값을 전송하는 상기 기지국으로 상기 측정된 중계기별 전송시간 지연 측정값을 전송하는 단계와;

   상기 중계기별 전송시간 지연 측정값을 수신하는 기지국이 각 중계기로부터 해당 통신단말기까지의 거리를 나타내는 원들을 형성하는 단계를 더 포함하며,

   상기 기지국이 상기 각 기지국별 및 상기 중계기별로 형성된 원들의 교점을 이용하여 상기 통신단말기의 좌표정보를 산출하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선통신망의 가입자 위치 정보 서비스 방법.