KR20030083706A - 디지털 텔레비전 방송 신호를 이용한 위치 결정 장치 및방법 - Google Patents

디지털 텔레비전 방송 신호를 이용한 위치 결정 장치 및방법 Download PDF

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KR20030083706A
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Abstract

사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 장치, 그리고 방법이 공개된다. 이 방법은
- 다수의 DTV 송신기로부터 다수의 디지털 텔레비전(DTV) 방송 신호를 사용자 장치에서 수신하고,
- 상기 DTV 방송 신호를 바탕으로 각각의 DTV 송신기와 사용자 장치간 의사범위를 결정하며, 그리고
- 상기 DTV 송신기 각각의 위치와 상기 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
단계를 포함한다. DTV 신호의 예로는 ATSC(American Television Standards Committee) 신호, ETSI(European Telecommunications Standards Institute) DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) 신호, 그리고 일본 ISDB-T(Integrated Service Digital Broadcasting - Terrestrial) 신호를 들 수 있다.

Description

디지털 텔레비전 방송 신호를 이용한 위치 결정 장치 및 방법{POSITION LOCATION USING BROADCAST DIGITAL TELEVISION SIGNALS}
방송 신호를 이용한 2차원 위도/경도 위치 결정 시스템 방법은 오래전부터 이용되어 왔다. 트랜시트(Transit)라 알려진 위성-기반 시스템과, 로건 C(Logan C)와 오메가(Omega)같은 지상 시스템이 폭넓게 이용되고 있다. 현재 인기를 모으고 있는 또다른 위성-기반 시스템은 GPS(Global Positioning System)이다.
GPS는 1974년에 최초 개발되어, 위치 결정, 행해, 조사 등에 폭넓게 사용되고 있다. GPS 시스템은 서브-동기식 12시간 궤도의 24개의 궤도상 위성들의 배열을 바탕으로 한다. 각각의 위성은 정확한 시계를 가지며, 의사-잡음 신호를 전송한다. 이 의사 잡음 신호는 의사범위(psuedo-range)를 결정하기 위해 정확하게 추적(tracking)될 수 있다. 4개 이상의 위성을 트래킹함으로서, 사람은 세계 전역에서 실시간으로 3차원적 정확한 위치를 결정할 수 있다. 보다 상세한 사항은 1996년 워싱턴 DC.의 AIAA에서, B.W. Parkinson과 J.J. Spilker, Jr.가 제안한 Golbal Positioning System-Theory and Applications, 볼륨 I 및 II를 참고할 수 있다.
GPS는 항해 및 위치 결정 기술을 혁신하였다. 그러나 일부 상황에서는 GPS가 비효율적이다. GPS 신호가 비교적 저출력 레벨(100 와트 미만)에서 장거리에 대해 전송되기 때문에, 수신한 신호 강도는 미약하다(전방향성 안테나에 의해 수신할 때 -160dB 수준). 따라서, 건물 내부나 방벽이 있을 경우 이 신호가 유용하지 못할 수 있다.
위치 결정을 위해 종래의 아날로그 NTSC(National Television System Committee) 텔레비전 신호를 이용하는 시스템이 이미 제안된 바 있다. 이 제안은 1996년 4월 23일자 미국특허 5,510,801 호, "Location Determination and Method Using Television Broadcasting Signals"에 소개되어 있다. 그러나, 현재의 아날로그 TV 신호는 TV 수상기 스윕 회로의 비교적 초기적인 동기화를 지향하는 수평 및 수직 동기화 펄스를 가진다. 더욱이, 2006년에는 FCC(Federal Communication Commission)가 NTSC 송신기 사용을 중단하여, 보다 가치있는 다른 용도로 경매될 수 있도록 이 가치있는 스펙트럼을 다시 할당할 것을 고려하고 있다.
본 발명은 위치 결정에 관한 발명으로서, 특히, DTV(Digital Television) 신호를 이용한 위치 결정에 관한 발명이다.
도 1은 에어 링크 상에서 기지국과 통신하는 사용자 장치를 포함하는 본 발명의 한 실시예 도면.
도 2는 본 발명의 한 실시예의 동작 순서도.
도 3은 3개의 DTV 송신기를 이용한 위치 결정의 기하학적 도면.
도 4는 두개의 분리된 DTV 송신기로부터 DTV 신호를 수신하는 장치를 위한 위치 결정 연산의 간단한 예 도면.
도 5는 주변 대지와 동일한 고도에 위치한 DTV 송신기의 일정 범위의 원에서 한개의 언덕의 효과를 표시한 도면.
도 6은 수신한 DTV 신호의 예로 사용하기 위한 샘플러의 실시예 도면.
도 7은 도 6의 샘플러에 의해 생성되는 DTV 신호 샘플의 상관 피크를 검색하는 데 사용도는 비-코히어런트 코럴레이터의 한 실시예 도면.
도 8은 ATSC 프레임의 구조도.
도 9는 ATSC 프레임의 필드 동기화 세그먼트의 구조도.
도 10은 ATSC 프레임의 데이터 세그먼트의 구조도.
도 11은 ATSC DTV 신호 생성에 사용되는 필터에 대한 이득 함수의 도표.
도 12는 모니터 유닛의 한 실시예 도면.
도 13은 소프트웨어적 트래킹에 대한 한 실시예 도면.
도 14는 비-코히어런트 코럴레이터의 출력 도표.
도 15는 산 호세(San Jose)의 KICU 채널 52 DTV 방송 신호의 1밀리초 샘플에 대한 스펙트럼 예 도면.
도 16은 최종적으로 나타나는 6MHz 신호의 동상 및 쿼드러처 성분에 대한 연산 자동상관 함수의 도표.
도 17은 6MHz 신호의 특성도.
도 18은 도 7의 코럴레이터 동작의 시뮬레이션 결과도.
도 19는 ETSI DTV 신호에 바탕한 의사범위 측정을 발생시키는 데 사용되는 수신기의 한 실시예 도면.
도 20은 첫 번째 50개의 연속 파일롯 캐리어에 대한 캐리어 번호 도면.
도 21은 연속 파일롯 캐리어의 첫 번째 50개 캐리어의 도면.
도 22는 8K 모드에서 177 병렬 캐리어를 가진 복합 연속 파일롯 캐리어의 자동 상관 함수 도면.
도 23은 첫 번째 다섯 개의 산란된 파일롯 캐리어의 주파수 하핑 도면.
도 24는 8개의 시간 증분에 대해 어떤 부호 역전도 없는 한 예의 반송파 파형 도면.
도 25는 산란된 파일롯 캐리어의 또다른 도면.
도 26은 568개의 주파수-하핑 산란 파일롯 캐리어의 복합 세트의 자동상관함수 도면.
도 27은 첫 번째 100개의 증분에 대해 관측되는 산란된 파일롯 복합 신호의 상세한 구조도.
도 28은 산란된 파일롯 복합 캐리어의 더블릿 사이드로브(doublet sidelobe)의 상세도.
도 29는 모니터 유닛의 한 실시예 도면.
일반적으로, 한 태양에서, 발명은 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 장치, 그리고 방법을 특징으로 한다. 본 발명은 다수의 DTV 송신기로부터의 다수의 DTV 방송 신호를 사용자 장치에서 수신하고, DTV 방송신호를 바탕으로, 사용자 장치와 각각의 DTV 송신기 사이의 의사범위(psuedo-range)를 결정하며, 그리고 DTV 송신기 각각의 위치와 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는 단계들을 포함한다.
특별한 실시예는 아래 특징 중 한가지 이상을 포함할 수 있다. 사용자 장치의 위치 결정 단계는, DTV 송신기 중 하나에서의 송신기 시계와, 공지 시간 기준간의 차이를 바탕으로 의사범위를 조정하는 과정을 포함한다. DTV 방송 신호는 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호이며, 의사범위는 ATSC 프레임에서의 공지된 디지털 시퀀스를 바탕으로 결정된다. 공지된 디지털 시퀀스는 동기화 코드이다. 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트(Field Synchronization Segment)이다. 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트이다. DTV 방송 신호는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) 디지털 비디오 방송-지상(DVB-T) 신호이다. 의사범위 결정은 DTV 신호의 공지 성분을 바탕으로 한다. 공지 성분은 산란된 파일롯 캐리어이다. 사용자 장치의 위치 결정은 사용자 장치의 국부 시간 기준과 마스터 시간 기준간 차이를 결정하는 과정을 포함한다. 이 차이를 이용하여 사용자 장치의 위치를 결정하는 과정을 포함한다. 의사범위 결정은 DTV 신호의 일부를 저장하고, 이어서, 의사범위 생성을 위해 사용자 장치에 의해 발생되는 신호와, 저장된 각각의 부분을 상관시키는 과정을 포함한다. 의사범위 결정은 의사범위 생성을 위해 DTV 신호를 수신함에 따라 사용자 장치에 의해 발생되는 신호에 각각의 DTV 신호를 상관시키는 과정을 포함한다. 사용자 장치의 위치 결정은 사용자 장치가 위치한 일반 지리 영역을 결정하고, 그리고 의사범위와 지리 영역을 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는 과정을 포함한다. 지리 영역은 사용자 장치에 통신링크된 추가 송신기의 족적이다. 사용자 장치의 위치 결정은 사용자 장치 근처에 트로포스페릭(tropospheric) 전파 속도를 결정하고, 그리고 트로포스페릭 전파 속도를 바탕으로 각각의 의사범위의 값을 조정하는 과정을 포함한다. 사용자 장치 위치 결정은 사용자 장치 근처에 지대 높이를 바탕으로 각각의 의사범위를 조정하는 과정을 포함한다. 실시예들은 추가 송신기와 수신 DTV 방송 신호를 상관시키는 저장된 표와 사용자 장치에 통신 링크된 추가 송신기의 식별을 바탕으로 DTV 신호들을 선택하는 과정을 포함한다. 실시예들은 사용자로부터 위치 입력을 받아들여, 위치 입력을 바탕으로 DTV 신호를 선택하는 과정을 포함한다. 실시예들은 위치의 지문(fingerprint)을 조합하기 위해 가용 DTV 신호를 스캐닝하고, 공지된 지문을 공지된 위치에 부합시키는 저장된 표와 지문에 바탕한 의사범위(psuedo-range)를 결정하기 위해 사용되는 DTV 방송 신호를 선택하는 과정을 포함한다. 실시예들은 DTV 송신기로부터 리던던트 의사범위(redundant pseudo-ranges)에 바탕한 각각의 의사범위의 일체성을 확인하기 위해 수신기 자동 일체성 감시(RAIM; Receiver Autonomous Integrity Monitoring)을 이용하는 과정을 포함한다.
발명의 실시예들에서 나타나는 장점들은 다음 중 한가지 이상을 포함한다. 발명의 실시예들은 이동전화, 무선 PDA, 페이저, 차량, OCDMA(Orthogonal Code-Division Multiple Access) 송신기 및 타장치의 호스트의 위치를 표시하는 데 사용될 수 있다. 발명의 실시예들은 미국 전역을 훌륭하게 포괄하면서 FCC(Federal Communication Commission)에 의해 위임되어 존재하는 DTV 신호를 이용할 수 있다. 발명의 실시예들은 디지털 방송 통신국(DBS)에 대한 어떠한 변화도 필요로하지 않는다.
DTV 신호는 GPS에 대해 출력 장점을 보인다. 즉, 출력이 40dB보다 크고, 위성 시스템이 제공할 수 있는 지리정보에 비해 우수한 지리 정보를 제공한다. 따라서, 방벽이 존재하거나 및 건물내부에 위치할 경우에도 위치를 표시할 수 있다. DTV 신호는 GPS대역폭의 6~8배에 이르며, 따라서, 다중 경로 효과를 최소화한다. DTV 신호의 고출력 및 낮은 듀티 팩터 주파수 성분low duty factor/sparse frequency components)으로 인해, 처리 요건은 최소한이다. 발명의 실시예들은 GPS 기술이 필요로하는 것보다 훨씬 저렴하고 저속이며 저출력인 장치들을 수용한다.
GPS같은 위성 시스템에 비해, DTV 송신기와 사용자 장치간 범위는 매우 천천히 변화한다. 따라서 DTV 신호는 도플러 효과에 크게 영향받지 않는다. 이로 인해 신호가 장기간동안 일체화될 수 있고, 따라서, 매우 효율적인 신호 획득이 이루어진다.
DTV 신호의 주파수는 종래 이동전화시스템의 주파수보다 실질적으로 낮으며, 따라서 전파 특성이 우수하다. 예를 들어, DTV 신호는 이동전화의 셀룰러 신호보다 회절이 크고, 따라서, 언덕에 의한 영향을 덜 받으며, 더 넓은 범위를 가진다. 또한, 신호는 건물과 자동차에서 더 양호한 전파 특성을 보인다.
이동전화용 지상 도착각도/도착시간(Angle-of-Arrival/Time-of-Arrival) 위치표시 시스템과는 달리, 본 발명의 실시예들은 이동전화 기지국의 하드웨어에 어떠한 변경도 필요로하지 않으며, 1미터 수준의 위치표시 정확도를 얻을 수 있다. 이동전화의 위치표시에 사용될 때, 이 기술은 에어 인터페이스에 독립적이다. GSM(Global System Mobile), AMPS(Advanced Mobile Phone Service), TDMA(Time-Division Multiple Access), CDMA 중 어느 것을 이용하는 지 여부에 상관이 없다. 넓은 범위의 UHF 주파수가 DTV 송신기에 할당되어 있다. 결과적으로, 흡수, 다중경로, 그리고 그 외 다른 감쇠 효과로 인해 특정 주파수에 대한 점이(deep fade)를 방지하기 위해 리던던시(redundancy)가 시스템에 구축된다.
도입
디지털 텔레비전(DTV)의 인기가 급증하고 있다. DTV는 1998년 미국에서 첫 번째로 실현되었다. 2000년말 경에는 167개의 방송국들이 DTV 신호를 송출하기 시작하였다. 2001년 2월 28일에는 대략 1200개의 DTV 설비들이 FCC에 의해 구축되었다. FCC의 목표에 따르면, 모든 텔레비전 송신이 곧 디지털 방식으로 바뀔 것이며, 아날로그 신호 송출은 사라질 것이다. 공중파 방송국은 라이센스 유지를 위해 2002년 5월 1일까지 반드시 디지털이어야 한다. 사설 방송국들은 2003년 5월 1일까지 반드시 디지털이어야 한다. 미국에서 1600 개 이상의 DTV 송신기들이 기대되고 있다.
이러한 새로운 DTV 신호들은 할당된 6MHz 채널에서 다중 표준 화질 TV 신호, 심지어는 고화질 TV 신호를 송출할 수 있다. 이 새로운 ATSC DTV 신호는 아날로그 NTSC TV 신호와 완전히 다른 것으로서, 6MHz 주파수 채널에서 송신되며 완전히 새로운 기능을 가진다.
발명자는 ATSC 신호가 위치 결정에 사용될 수 있다는 것을 인지하여 이를 위해 새로운 기술을 개발하였다. 이 기술들은 통상적인 DTV 수신 범위보다 훨씬 넓은 송신기로부터의 범위를 가진 ATSC DTV 송신기의 범주에서 이용가능하다. DTV 신호의 고출력때문에, 이 기술들은 휴대용 수신기에 의해 건물내에서도 사용될 수 있고, 따라서, E911(Enhanced 911) 시스템의 위치 결정 필요성에 대한 해법을 제공할 수 있다.
여기서 제안되는 기술은 ETSI(European Telecommunications Standards Institute)에 의해 최근에 채택된 DVB(디지털 비디오 방송) 표준에 의해 규정되는 DTV 신호에도 또한 적용할 수 있다. 예를 들어, 여기서 공개되는 기술들은 DVB 신호 내에서 구현된 산란 파일롯 캐리어 신호와 함께 사용될 수 있다. DVB 산란 파일롯 캐리어 신호들은 868개의 균일하게 분포된 파일롯 캐리어 신호들의 세트이며, 각각의 신호는 네 개의 순차적으로 증가하는 주파수에 대해 처프(chirp)-형 방식으로 주파수 하핑된다. 이 기술들은 일본 ISDB-T(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial)에 의해 규정된 DTV 신호에도 또한 적용할 수 있다. 이 기술들은 공지된 데이터 시퀀스를 송신하는 다른 DTV 신호에도 역시 적용할 수 있다.
GPS의 디지털 의사 잡음 코드에 비해, DTV 신호들은 겨우 몇마일 거리의 송신기로부터 수신되며, 송신기들은 메가와트 수준으로 방송 신호를 송출한다. 추가적으로, DTV 안테나들은 14dB 수준의 상당한 안테나 이득을 보인다. 따라서, 건물내 DTV 신호 수신에 충분한 출력이 존재하는 경우가 자주 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 DTV 8 VSB(8-ary Vestigial Sideband Modulation) 데이터 신호의 복조 및 디코딩에 반해 DTV 신호 동기화 코드만을 이용한다. 결과적으로, DTV 신호는 단일 데이터 심볼의 주기보다 수백만배 긴 주기에 대해 상관될 수 있다. 따라서, DTV 타워로부터의 실질적 범위에서 건물내 신호 트래킹 기능이 크게 향상된다. 더욱이, 디지털 신호 처리를 이용함으로서, 단일 반도체 칩으로 이 새로운 트래킹 기술을 구현하는 것이 가능하다.
아래 설명되는 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들은 "산란된 파일롯 신호(scattered pilot signal)"라 불리는 DVB-T 신호의 성분을 이용한다. 산란된 파일롯 신호를 이용할 경우 여러 장점을 얻을 수 있다. 먼저, DTV 송신기로부터의 상당히 먼 거리에서, 그리고 건물 내에서 위치 결정이 가능하다. 종래의 DTV 수신기는 한번에 한개의 데이터 신호만을 이용하며 따라서, 단일 신호의 에너지에 의해 DTV 송신기로부터의 범위가 제한된다. 이에 반해, 본 발명의 실시예들은 산란된 다중 파일롯 신호의 에너지를 이용하며, 따라서, 종래 DTV 수신기보다 DVT 송신기로부터의 더 큰 범위에서 동작이 가능하다. 더욱이, 산란된 파일롯은 데이터에 의해 변조되지 않는다. 이는 두가지 이유로 장점을 띤다. 먼저, 산란된 파일롯의 모든 출력이 위치 결정에 사용된다. 어떤 출력도 데이터에 헌납되지 않는다.두번째로, 산란된 파일롯은 데이터 변조가 생성할 수 있는 어떠한 저하현상을 보이지 않으면서 장기간동안 관측될 수 있다. 따라서, DTV 타워로부터 실질적 범우에서 건물내 신호를 트래킹하는 기능이 크게 향상된다. 더욱이, 디지털 신호 처리를 이용함으로서, 단일 반도체 칩으로 이 새로운 트래킹 기술을 구현하는 것이 가능하다.
일반적 위치 결정
도 1에서, 한 예(100)는 기지국(104)과 에어 링크로 통신하는 사용자 장치(102)를 포함한다. 한 실시예에서, 사용자 장치(102)는 무선 전화이고, 기지국(104)은 무선전화 기지국이다. 한 실시예에서, 기지국(104)은 이동 MAN(metropolitan area network)이거나 WAN(wide area network)이다.
도 1은 발명의 여러 태양을 도시하는 데 사용되지만, 발명이 본 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, "사용자 장치"라는 용어는 DTV 위치 결정을 구현할 수 있는 어떤 대상을 의미한다. 사용자 장치의 예로는 PDA, 이동전화, 차량, 그리고 그 외, DTV 위치 결정을 구현하는 칩이나 소프트웨어를 포함할 수 있는 어떠한 대상을 포함한다. "장치"나, "사용자"에 의해 동작되는, 대상에 제한되는 것이 아니다.
도 2는 사용자 위치 결정 방법을 도시한다. 사용자 장치(102)는 다수의 DTV 송신기(106A, 106B,...,106N)로부터 DTV 신호를 수신한다(단계 702).
위치 결정에 사용되는 DTV 채널을 선택하기 위해 여러 방법이 사용될 수 있다. 한 실시예에서, DTV 위치 서버(110)는 모니터할 최적의 DTV 채널을 사용자 장치(102)에 알린다. 한 실시예에서, 사용자 장치(102)는 기지국(104)을 이용하여 DTV 위치 서버(110)와 메시지를 교환한다. 한 실시예에서, 사용자 장치(102)는 기지국과 DTV 채널을 상관시키는 저장된 표와 기지국(104)의 식별을 바탕으로 모니터할 DTV 채널을 선택한다. 또다른 실시예에서, 사용자 장치(102)는 가장 가까운 도시명처럼, 한 영역의 일반적 표시를 제공하는 사용자로부터 위치 입력을 수용할 수있고, 이 정보를 이용하여 처리용 DTV 채널을 선택한다. 한 실시예에서, 사용자 장치(102)는 가용 DTV 채널의 출력 레벨을 바탕으로 위치의 지문(fingerprint)을 조합하기 위해 가용 DTV 채널을 스캔한다. 사용자 장치(102)는 이 지문(fingerprint)을 저장된 표에 비교하여, 처리용 DTV 채널을 선택한다. 저장된 표는 공지된 지문(fingerprint)를 공지된 위치와 짝짓는 기능을 한다.
사용자 장치(102)는 사용자 장치(102)와 각각의 DTV 송신기(106)간의 의사범위를 결정한다(단계 704). 각각의 의사범위는 DTV 방송 신호의 한 성분의 송신기(106)로부터의 송신 시간과, 상기 성분의 사용자 장치(102)에서의 수신 시간간의 시간차와, 사용자 장치에서의 클럭차(시계 차이)을 나타낸다.
사용자 장치(102)는 DTV 위치 서버(110)에 의사범위를 송신한다. 한 실시예에서, DTV 위치 서버(110)는 기지국(104) 내나 기지국(104) 근처에서 구현된다.
DTV 신호들은 다수의 모니터 유닛(108A~N)에 의해 또한 수신된다. 각각의 모니터 유닛은 송신기와 프로세서를 포함하는 소형 유닛으로 구현될 수 있으며, DTV 유틸리티 폴(utility pole), 송신기(106), 또는 기지국(104)처럼 편리한 위치에 장착될 수 있다. 한 실시예에서, 모니터 유닛들은 위성에 구현된다.
각각의 모니터 유닛(108)은 각각의 DTV 송신기(106)에 대하여, DTV 송신기의 국부 시계와 기준 시계간 시간차를 측정한다. 한 실시예에서, 기준 시계는 GPS신호로부터 도출된다. 기준 시계를 이용하면, 다중 모니터 유닛(108)이 사용될 때 각각의 DTV 송신기(106)에 대한 시간차를 결정할 수 있다. 왜냐하면, 각각의 모니터 유닛(108)이 기준 클럭에 대한 시간차를 결정할 수 있기 때문이다. 따라서, 모니터유닛(108)들의 국부 시계들의 시간차는 이 결정에 영향을 미치지 않는다.
한 실시예에서, 어떤 외부적 시간 기준도 필요하지 않다. 본 실시예에 따르면, 단일 모니터 유닛이 사용자 장치(102)에서처럼 동일한 모든 DTV 송신기로부터 DTV 신호를 수신한다. 실제로, 단일 모니터 유닛의 국부 시계는 시간 기준의 기능을 한다.
한 실시예에서, 각각의 시간차는 고정 차이로 모델링된다. 또다른 실시예에서, 각각의 시간차는 아래 공식의 2차 다항식으로 모델링된다.
시간차 = a + b(t-T) + c(t-T)2(1)
어느 실시예에서도, 각각의 측정되는 시간차는 인터넷, 보안 모뎀 연결, 등을 이용하여 DTV 위치 서버에 주기적으로 전송된다. 한 실시예에서, 각각의 모니터 유닛(108)의 위치는 GPS 수신기를 이용하여 결정된다.
DTV 위치 서버(110)는 데이터베이스(112)로부터 각각의 DTV 송신기(106)의 위상 센터를 설명하는 정보(즉, 위치)를 수신한다. 한 실시예에서, 각각의 DTV 송신기(106)의 위상 센터는 위상 센터를 직접 측정하기 위해 여러 다른 위치에서 모니터 유닛(108)을 이용함으로서 측정된다. 또다른 실시예에서, 각각의 DTV 송신기(106)의 위상 센터는 안테나 위상 센터를 조사함으로서 측정된다.
한 실시예에서, DTV 위치 서버(110)는 기상 서버(114)로부터 사용자 장치(102) 근처의 대기 온도, 기압, 습도를 설명하는 기상 정보를 수신한다. 기상 정보는 인터넷이나 NOAA같은 다른 소스로부터 얻을 수 있다. DTV 위치 서버(110)는BParkinson 및 J.Spilker Jr.의 Global Positioning System - Theory and Applications, AIAA, 워싱턴 DC, 1996, 볼륨1, 챕터 17 Tropospheric Effects on GPS, J.Spilker Jr.에 공개된 기술같은 기술을 이용하여 기상 정보로부터 트로포스페릭 전파 속도를 결정한다.
DTV 위치 서버(110)는 사용자 장치(102)의 일반 지리 위치를 식별하는 정보를 기지국(104) 정보로부터 또한 수신할 수 있다. 예를 들어, 이 정보는 이동전화가 위치한 셀이나 셀 섹터를 식별할 수 있다. 이 정보는 아래와 같이 모호한 최소 식별 거리(ambiguity resolution)에 사용된다.
DTV 위치 서버(110)는 각 송신기의 위치와 의사범위를 바탕으로 사용자 장치(102)의 위치를 결정한다(단계 706). 도 3은 세 DTV 송신기(106)를 이용한 위치 결정의 지리적 배열을 도시한다. DTV 송신기(106A)는 위치(x1, y1)에 위치한다. 사용자 장치(102)와 DTV 송신기(106A)간의 범위는 r1이다. DTV 송신기(106B)는 위치(x2, y2)에 위치한다. 사용자 장치(102)와 DTV 송신기(106B)간의 범위는 r2이다. DTV 송신기(106N)는 위치(x3, y3)에 위치하며, 그 범위는 r3이다.
DTV 위치 서버(110)는 트로포스페릭 전파 속도에 따라 각각의 의사범위의 값을 조정할 수 있고, 이에 해당하는 DTV 송신기(106)에 시간차를 조정할 수 있다. DTV 위치 서버(110)는 각각의 DTV 송신기(106)의 위치 결정을 위해 데이터베이스(112)로부터의 위상 센터 정보를 이용한다.
사용자 장치(102)는 사용자 장치(102)의 미지의 세가지 값, 즉, 위치(x, y)와 클럭 차 T를 도출하기 위해 세 개의 의사범위 측정을 이용한다. 다른 실시예들에서는, 여기서 제안된 기술들이 경도, 위도, 높이처럼 3차원으로 위치를 결정하는 데 사용되며, DTV 송신기의 높이같은 요소를 포함할 수 있다.
세 개의 의사범위 측정치 pr1, pr2, pr3는 아래와 같이 주어진다.
pr1 = r1 + T(2)
pr2 = r2 + T(3)
pr3 = r3 + T(4)
세 개의 범위들은 다음과 같이 표현될 수 있다.
r1 = ｜X-X1｜(5)
r2 = ｜X-X2｜(6)
r3 = ｜X-X3｜(7)
이때, X는 사용자 장치(102)의 2차원 벡터 위치(x, y)를 표시하고, X1은 DTV 송신기(106A)의 2차원 벡터 위치(x1, y1)를, X2는 DTV 송신기(106B)의 2차원 벡터 위치(x2, y2)를, 그리고 X3는 DTV 송신기(106N)의 2차원 벡터 위치(x3, y3)를 나타낸다. 이 관계들은 세 개의 미지값 x, y, T를 도출하는 세가지 방정식을 생성한다. DTV 위치 서버(110)는 종래의 공지 방법에 따라 이 방정식들을 푼다. 사용자 장치(102)의 위치는 사용자에게 이 서비스를 제공하는 데 사용된다. 예를 들어, 사용자 위치가 서비스 제공자 시스템(120)에 전송될 수 있고, 또는, 시스템(120)이 DTV 위치 서버(110)로부터 사용자 위치를 불러올 수 있다. 어느 경우에도, 서비스 제공자 시스템(120)이 사용자 위치에 액세스한다.
또다른 실시예에서, 사용자 장치(102)는 의사범위를 연산하지 않고 의사범위연산에 충분한 DTV 신호의 측정치를 취하며, 이 측정치를 DTV 위치 서버(110)에 송신한다. DTV 위치 서버(110)는 이 측정치를 바탕으로 의사범위를 연산하며, 의사범위를 바탕으로 사용자 위치를 연산한다.
또다른 실시예에서, 사용자 장치(102)의 위치는 사용자 장치(102)에 의해 연산된다. 본 실시예에서, 모든 필요 정보가 사용자 장치(102)에 전송된다. 이 정보는 DTV 위치 서버(110), 기지국(104), 한개 이상의 DTV 송신기(106), 또는 그 외 다른 조합을 이용하여 사용자 장치에 전송될 수 있다. 사용자 장치(102)는 의사범위를 측정하고 상술한 바와 같이 방정식들을 푼다. 본 실시예가 이제부터 설명된다.
사용자 장치(102)는 각각의 DTV 송신기의 국부 시계와 기준 시계간 시간차를 수신한다. 사용자 장치(102)는 데이터베이스(112)로부터 각각의 DTV 송신기(106)으 위상 센터를 설명하는 정보를 또한 수신한다.
사용자 장치(102)는 DTV 위치 서버(110)에 의해 연산되는 트로포스페릭 전파 속도를 수신한다. 또다른 실시예에서, 사용자 장치(102)는 기상 서버(114)로부터 사용자 장치(102) 근처의 기온, 기압, 습도를 설명하는 기상 정보를 수신하고, 종래 기술을 이용하여 기상 정보로부터 트로포스페릭 전파 속도를 결정한다.
사용자 장치(102)는 사용자 장치(102)의 대략적 위치를 식별하는 정보를 기지국(104)으로부터 또한 수신할 수 있다. 예를 들어, 이 정보는 이동전화가 위치한 셀이나 셀 섹터를 식별할 수 있다. 이 정보는 모호한 최소 식별 거리(ambiguity resolution)에 사용된다.
사용자 장치(102)는 다수의 DTV 송신기(106)로부터 DTV 신호를 수신하며, 사용자 장치(102)와 각각의 DTV 송신기(106)간 의사범위를 결정한다. 사용자 장치(102)는 송신기들의 위상 센터와 의사범위를 바탕으로 그 위치를 결정한다.
이들 실시예 중 어디에서도, 단 두개의 DTV 송신기만이 가용할 경우, 사용자 장치(102)의 위치는 이전 위치 결정 중 연산된 시간차 T와 두 DTV 송신기를 이용하여 결정될 수 있다. T 값은 종래 방법에 따라 저장되거나 유지될 수 있다.
한 실시예에서, 기지국(104)은 사용자 장치(102)의 클럭 차를 결정한다. 본 실시예에서, 위치 결정에 단 두개의 DTV 송신기만이 필요하다. 기지국(104)은 DTV 위치 서버(110)에 클럭 차 T를 송신하며, 이후, 각각의 DTV 송신기에 대하여 연산된 의사범위로부터 사용자 장치(102)의 위치를 결정한다.
또다른 실시예에서, 단 한개의 두개의 DTV 송신기만이 위치 결정에 가용할 경우, GPS가 위치 결정에 사용된다.
도 4는 두개의 분리된 DTV 안테나(106A, 106B)로부터 DTV 신호를 수신하는 사용자 장치(102)에 대한 위치 결정 연산의 간단한 예를 도시한다. 일정 범위(902A, 902B)의 원이 송신 안테나(106A, 106B)에 대해 각각 그려진다. 사용자 장치의 위치는, 사용자 장치 클럭 차에 대한 교정을 포함하여, 두 원(902A, 902B)의 교차점(904A, 904B) 중 하나에 놓인다. 사용자 장치가 위치한 그 족적(즉, 포괄 영역)(906)의 섹터(908)를 기지국(104)이 결정할 수 있음을 알림으로서 모호성이 해결될 수 있다. 물론, 두개보다 많은 DTV 송신기가 존재할 경우, 세 원의 교점을 취함으로서 모호성이 해결될 수 있다.
한 실시예에서, 사용자 장치(102)는 가장 가까운 도시명처럼, 영역의 일반적 표시를 제공하는 사용자로부터의 입력을 수용할 수 있다. 한 실시예에서, 사용자 장치(102)는 위치의 지문(fingerprint)을 조합하기 위해 가용 DTV 채널들을 스캔한다. 사용자 장치(102)는 사용자 장치(102)의 현 위치 식별을 위해 공지된 핑거프린트를 공지 위치와 짝짓게 하는 저장된 표에 이 핑거프린트를 비교한다.
한 실시예에서, 위치 결정 연산은 지면 고도 효과(effects of ground elevation)를 포함한다. 따라서, DTV 안테나(106)의 위상 센터에 대한 언덕 및 계곡 지대에서는, 일정 범위의 원들이 찌그러진다. 도 5는 주변 지면과 동일한 고도에 위치하는 DTV 송신기(106)에 대한 일정 범위의 원(1002) 상에서의 단일 언덕(1004)의 효과를 도시한다.
사용자 위치 연산은 그 데이터베이스에서 지대 트로포그래픽 맵을 가지는 간단한 컴퓨터에 의해 용이하게 완성되며, 지표면인 지오이드에서 사용자 높이의 효과를 포함하는 연산을 행한다. 이 연산은 도 5에 도시되는 바와 같이 일정 범위의 원을 찌그러뜨리는 효과를 보인다.
DTV 위치결정의 장점
DTV 신호를 바탕으로 장치(102)의 위치를 결정하는 것은 여러 장점을 가진다. 먼저, DTV 신호의 포괄 영역이 뛰어나다. 미국에서는, DTV 신호 이용이 FCC에 의해 위임되어 있다. 2000년 말까지는 166개 이상의 DTV 송신기들이 동작하고 있으며, FCC의 목표는 2006년까지 모든 텔레비전 방송이 최근에 할당된 디지털 채널에서 이루어지는 것이다. 유사한 포괄 영역이 유럽 및 일본에서 기대된다.
GPS에 비해, DTV 신호들은 40dB보다 큰 출력의 장점을 가지며, 위성 시스템이 제공할 수 있는 지역정보보다 우수한 지역정보를 가진다. 따라서, GPS 신호 수신이 일반적으로 매우 불량한 방벽 내나 건물 내에서도 위치를 결정할 수 있다. DTV 신호는 GPS 대역폭의 대략 6~8배이며, 따라서 다중경로 효과를 최소화한다. 신호송출에 사용되는 DTV 신호 내 구성요소들의 고출력 및 속성으로 인해(ETSI DTV 신호용 스파스(sparse) 주파수 성분과 ATSC DTV 신호에 대한 낮은 듀티 팩터로 인해), 처리 요건이 최소한이다. 본 발명의 실시예들은 GPS 기술이 필요로하는 것보다 저렴하고, 저속이며, 저출력 장치를 수용한다. 추가적으로, DTV 송신기와 사용자간 범위는 GPS에 비해 매우 천천히 변화한다. 따라서, DTV 신호는 도플러 효과에 크게 영향받지 않는다. 이로 인해 신호들이 장기간동안 일체화될 수 있고, 따라서, 신호 획득이 매우 효율적이다.
기존 셀방식 전화 시스템에 비해, DTV 신호의 주파수는 실질적으로 낮으며, 따라서 전파 특성이 양호하다. 예를 들어, DTV 신호는 셀방식 신호보다 회절이 크며, 따라서, 언덕에 영향을 덜받으며, 더 큰 수평 도달 영역을 가진다. 또한, 이 신호는 건물 및 차량을 통과하는 전파 특성이 우수하다.
셀방식 전화를 위치표시하는 데 사용할 때, 지상 도착각도/도착시간(Angle-of-Arrival/Time-of-Arrival) 위치표시 시스템과는 달리, 본 발명의 실시예들은 이동전화 기지국의 하드웨어에 어떠한 변경도 필요로하지 않으며, 1미터 수준의 위치표시 정확도를 얻을 수 있다. 이동전화의 위치표시에 사용될 때, 이 기술은 에어 인터페이스에 독립적이다. 즉, GSM(Global System Mobile), AMPS(Advanced MobilePhone Service), TDMA(Time-Division Multiple Access), CDMA 중 어느 것을 이용하는 지 여부에 상관이 없다. 넓은 범위의 UHF 주파수가 DTV 송신기에 할당되어 있다. 결과적으로, 흡수, 다중경로, 그리고 그 외 다른 감쇠 효과로 인해 특정 주파수에 대한 점이(deep fade)를 방지하기 위해 리던던시(redundancy)가 시스템에 구축된다.
ATSC 위치 결정
도 6-18은 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호와 함께 사용하기 위한 여러 수신기를 도시한다. DTV는 1998년에 미국에서 첫 번째로 실현되었다. 2000년말 경에는 167개의 방송국들이 DTV 신호를 송출하기 시작하였다. 2001년 2월 28일에는 대략 1200개의 DTV 설비들이 FCC에 의해 구축되었다. FCC의 목표에 따르면, 모든 텔레비전 송신이 곧 디지털 방식으로 바뀔 것이며, 아날로그 신호 송출은 사라질 것이다. 공중파 방송국은 라이센스 유지를 위해 2002년 5월 1일까지 반드시 디지털이어야 한다. 사설 방송국들은 2003년 5월 1일까지 반드시 디지털이어야 한다. 미국에서 1600 개 이상의 DTV 송신기들이 기대되고 있다.
이러한 새로운 DTV 신호들은 할당된 6MHz 채널에서 다중 표준 화질 TV 신호, 심지어는 고화질 TV 신호를 송출할 수 있다. 이 새로운 ATSC DTV 신호는 아날로그 NTSC TV 신호와 완전히 다른 것으로서, 6MHz 주파수 채널에서 송신되며 완전히 새로운 기능을 가진다.
발명자는 ATSC 신호가 위치 결정에 사용될 수 있다는 것을 인지하여 이를 위해 새로운 기술을 개발하였다. 이 기술들은 통상적인 DTV 수신 범위보다 훨씬 넓은송신기로부터의 범위를 가진 ATSC DTV 송신기의 범주에서 이용가능하다. DTV 신호의 고출력때문에, 이 기술들은 휴대용 수신기에 의해 건물내에서도 사용될 수 있다.
GPS의 디지털 의사 잡음 코드에 비해, DTV 신호들은 겨우 몇마일 거리의 송신기로부터 수신되며, 송신기들은 메가와트 수준으로 방송 신호를 송출한다. 추가적으로, DTV 안테나들은 14dB 수준의 상당한 안테나 이득을 보인다. 따라서, 건물내 DTV 신호 수신에 충분한 출력이 존재하는 경우가 자주 있다.
일부 수신기 실시예들은 DTV 8 VSB(8-ary Vestigial Sideband Modulation) 데이터 신호의 복조 및 디코딩에 반해 DTV 신호 동기화 코드만을 이용한다. 결과적으로, DTV 신호는 단일 데이터 심볼의 주기보다 수백만배 긴 주기에 대해 상관될 수 있다. 따라서, DTV 타워로부터의 실질적 범위에서 건물내 신호 트래킹 기능이 크게 향상된다. 더욱이, 디지털 신호 처리를 이용함으로서, 단일 반도체 칩으로 이 새로운 트래킹 기술을 구현하는 것이 가능하다.
도 6은 수신한 DTV 신호의 샘플을 취하는 데 사용하기 위한 샘플러(1100)의 한 실시예를 도시한다. 한 실시예에서, 샘플러(1100)는 사용자 장치(102) 내에 구현된다. 또다른 실시예에서, 샘플러(1100)는 모니터 유닛(108) 내에 구현된다. 샘플링 속도는 DTV 신호의 정확한 표시를 얻기 위해 충분히 커야하며, 이는 당 분야에 잘 알려진 사실이다.
샘플러(1100)는 안테나(1104)에서 DTV 신호(1102)를 수신한다. 방송 주파수(RF) 증폭기/필터(1106)는 수신한 DTV 신호를 증폭하고 필터링한다. 국부 발진기 클럭(1116)과 믹서(1108I, 1108Q)는 신호를 다운컨버팅하여, 동상(I) 및 쿼드러처(Q) 샘플을 각각 생성한다. I 및 Q 샘플은 저역 통과 필터(LPF)(1110I, 1110Q)에 의해 각각 필터링된다. 아날로그-디저털 컨버터(ADC)(1112)는 I 및 Q 샘플을 디지털 형태로 변환한다. 디지털 I 및 Q 샘플들은 메모리(1114)에 저장된다.
도 7은 샘플러(1100)에 의해 생성된 DTV 신호 샘플의 상관 FVLZM를 검색하는 데 사용하기 위한 비-코히어런트 코럴레이터(1200)의 한 실시예를 도시한다. 한 실시예에서, 코럴레이터(1200)는 사용자 장치(102) 내에 구현된다. 또하나의 실시예에서, 코럴레이터(1200)는 모니터 유닛(108) 내에 구현된다.
코럴레이터(1200)는 메모리(1114)로부터 DTV 신호의 I 및 Q 샘플을 불러들인다. 코럴레이터(1200)는 중간 주파수(IF)에서 샘플을 처리한다. 다른 실시예들은 샘플을 아날로그나 디지털 형태로 처리하고, 중간 주파수(IF)나 기지대역에서 동작시킬 수 있다.
코드 제너레이터(1202)는 코드 시퀀스를 생성한다. 한 실시예에서, 코드 시퀀스는 상승하는 코사인 파형이다. 코드 시퀀스는 ATSC 프레임으로 된 공지된 디지털 시퀀스일 수 있다. 한 실시예에서, 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트이다. 또다른 실시예에서, 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트이다. 또다른 실시예에서, 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트와, ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트이다. 파일롯, 심볼 클럭, 또는 캐리어같은 DTV 신호의 다른 구성요소들도 위치 결정에 사용될 수 있다. 그러나, 높은 반복율(repetition rate)을 가진 이러한 신호를 이용하면 인히러언트 모호성이 생긴다. 이러한 모호성을 해결하기 위한 기술들은 당 분야에 잘 알려져 있다. 이러한 기술 중 한가지가 M. Rabinowitz 박사가 미국 Stanford 대학, Department of Electrical Engineering(전기공학부)에서 발표한 2000년 논문 "A Differential Carrier Phase Navigation System Combining GPS with Low-Earth Orbit Satellites for Rapid Resolution for Integer Cycle Ambiguities"129-176쪽에 소개되어 있다.
믹서(1204I, 1204Q)는 각각 I와 Q 샘플을, 코드 제너레이터(1202)에 의해 생성된 코드와 각각 조합한다. 믹서(1204I, 1204Q)의 출력은 필터(1206I, 1206Q)에 의해 각각 필터링되며, 서머(summer)(1207)에 제공된다. 제곱법 장치(1208)에 합계가 제공된다. 필터(1209)는 기존 방법에 따라, 비-코히어런트 상관에 대한 엔빌롭 감지를 실행한다. 비교기(1210)는 상관 출력을 지정 한도와 비교한다. 상관 출력이 지정 한도 아래로 내려갈 경우, 검색 제어부(1212)는 서머(1214)로 하여금, 클럭(1216)에 의해 생성된 클럭 파형에 추가 펄스를 더하도록 하여, 한개의 심볼 시간만큼 코드 제너레이터를 앞서게 한다. 그리고 이 절차를 반복한다. 선호되는 실시예에서, 클럭 파형은 수신한 DTV 신호의 클럭 속도나 심볼 속도와 부합하도록 10.76 MHz의 통상적 클럭 속도를 보인다.
상관 출력이 상기 한도를 넘을 경우, 이 절차가 종료된다. 상관 출력을 생성한 시간차는 DTV 송신기(106)에 대한 의사범위로 사용된다.
수신기 상관기 및 정합 필터에서는 수신기 저하의 두가지 중요한 소스가 존재한다. 사용자 장치 국부 발진기는 주파수의 안정성이 상대적으로 취약하다. 이불안정성은 두가지 서로 다른 수신기 매개변수에 영향을 미친다. 먼저, 이는 수신기 신호의 주파수 차이를 일으킨다. 둘째로, 이는 수신 비트 패턴이 기준 클럭의 심볼 속도에 대해 미끄러지게 한다. 이 두 효과는 수신기의 일체형 시간을 제한할 수 있고, 따라서, 수신기의 처리 이득을 제한할 수 있다. 일체형 시간은 수신기 기준 클럭을 교정함으로서 증가될 수 있다. 한 실시예에서, 지연 락 루프는 자동적으로 수신기 클럭을 교정한다.
또다른 실시예에서, NCO(1218)는 유입 수신 신호 클럭 주파수와 부합하도록 수신기의 클럭 주파수를 조정하며, 사용자 장치(102)의 국부 발진기의 주파수 차이 및 드리프트를 상쇄시킨다. 클럭 주파수의 정확도 증가로 인해 수신기 코럴레이터의 성능이 양호해지고, 일체형 시간이 길어진다. NCO(1218)의 주파수 제어 입력은 여러 가능한 소스로부터 도출될 수 있다. 가령, 수신기 심볼 클럭 속도 싱크로나이저, ATSC 파일롯 캐리어의 트래킹, 또는 그 외 NCO(1218)에 설치된 클럭 속도 디스크리미네이터 기술로부터 도출될 수 있다.
현재의 ATSC 신호는 Advanced Television Systems Comittee의 2000년 3월 16일자, "ATSC Digital Television Standard and Amendment No.1"에 소개되어 있다. ATSC 신호는 8VSB(8-ary Vestigial Sideband Modulation)를 이용한다. ATSC 신호의 심볼 속도는 10.762237 MHz이며, 이는 27.000000MHz 클럭에서 도출된다. ATSC 프레임의 구조(1300)는 도 8에 도시된다. 프레임(1300)은 총 520832개의 심볼에 대해, 각각 832개의 심볼을 지닌 626개의 세그먼트로 구성된다. 각각의 프레임에는 두개의 필드 동기화 세그먼트가 존재한다. 각각의 필드 동기화 세그먼트 다음에는 312개의 데이터 세그먼트가 놓인다. 각각의 세그먼트는 동기화 용도로 사용되는 4개의 심볼로 시작된다.
필드 동기화 세그먼트의 구조(1400)가 도 9에 도시된다. 한 프레임(1300) 내의 두 필드 동기화 세그먼트(1400)는 63개의 심볼들로 구성된 중간 세트가 두 번째 필드 동기화 세그먼트에서 역전되는 점에서만 차이를 보인다.
데이터 세그먼트의 구조(1500)가 도 10에 도시된다. 데이터 세그먼트(1500)의 첫 번째 네 개의 심볼(-1, 1, 1, -1)이 세그먼트 동기화를 위해 사용된다. 데이터 세그먼트(1500) 내 나머지 828개의 심볼들은 데이터를 지닌다. 변조 기법이 8VSB이기 때문에, 각각의 심볼은 3비트의 코딩된 데이터를 지닌다. 2/3 비의 코딩 기법이 사용된다.
발명의 실시예들은 DTV 신호에 대한 차후 개선을 위해 확장될 수 있다. 예를 들어, ATSC 신호 규약이 고속의 16VSB 신호를 허용할 수 있다. 그러나, 16VSB 신호는 8VSB 신호와 동일한 필드 동기화 패턴을 가진다. 따라서, 본 발명의 단일한 구현이 8VSB 및 16VSB 신호 모두에 잘 동작하도록 설계될 수 있다.
8VSB 신호는 필터링에 의해 구축된다. 심볼 펄스의 동상 세그먼트는 상승하는 코사인 특성을 보인다. 그 내용은 J.G. Proakis가 저술한 1995년 McGraw-Hill 출판사의 Digital Communications 3판에 소개되어 있다.
이 펄스는 아래와 같이 표현될 수 있다.
이때 T는 심볼 주기로서,
T = 1/10.76x106(9)
β = 0.05762이다. 이 신호는 다음의 주파수 특성을 가진다.
위 방정식으로부타, 신호의 한쪽 대역폭이 (1+β)10.762237 MHz = 5.38MHz + 0.31 MHz임을 알 수 있다. VSB 신호를 이 동상 펄스로부터 생성하기 위해, 이 신호는 하부 측파대(sideband)의 작은 일부만이 유지되도록 필터링된다. 이 필터링은 아래와 같이 표현될 수 있다.
Pv(f) = P(f)(U(f) - Hα(f))(11)
이때,
f >= 0일 경우, U(f) = 1
f < 0일 경우, U(f) = 0 (12)
이때, Hα(f)는 낮은 측파대(sideband)의 잔류물을 남기도록 설계된 필터이다. Hα(f)의 이득 함수 도표가 도 11에 도시된다. 이 필터는 Hα(-f) = -Hα(f)이고 Hα(f) = 0, f>α의 특성을 만족시킨다.
응답 U(f)P(f)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
이때,= -jsgn(f)P(f)는 P(f)의 힐버트 변환(Hilbert Transform)이다. VSB 펄스는 다음과 같이 표현될 수 있다.
그리고 기지대역 펄스 신호는 아래와 같이 표시된다.
이때, pvi(t)는 동상 성분이고, pvq(t)는 쿼드러처 성분이다. 그리고,
데이터가 송신되기 전에, ATSC 신호는 데이터 신호보다 출력이 -11.5dB 작은 캐리어 신호를 구현한다. 이 캐리어는 신호의 코히어런트 복조를 돕는다. 결과적으로, 송신되는 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
이때, Cn은 8-레벨 데이터 신호이다.
도 12는 모니터 유닛(108)의 한 실시예(1700)를 도시한다. 안테나(1704)는 GPS 신호(1702)를 수신한다. GPS 시간 트랜스퍼 유닛(1706)은 GPS 신호를 바탕으로 마스터 클럭 신호를 발전시킨다. DTV 송신기 클럭의 시간차를 결정하기 위해, NCO(numerically controlled oscillator) 필드 동기화 타이머(1708A)는 마스터 클럭 신호에 바탕하여 마스터 동기화 신호를 발전시킨다. 마스터 동기화 신호는 ATSC 세그먼트 동기화 신호와 ATSC 필드 동기화 신호 중 하나, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 모든 모니터 유닛(108)에서의 NCO필드 동기화 타이머(1708A)는 기준 일자 및 시간에 동기화된다. 사용자 장치(102)가 수신하는 모든 동일한 DTV 송신기로부터의 DTV 신호를 단일 모니터 유닛(108)이 수신하는 실시예에서, 사용자 장치(102)의 위치 결정을 위해 어떤 다른 모니터 유닛으로 상기 모니터 유닛(108)을 동기화시키는 것이 필요하지 않다. 이러한 동기화는 모든 모니터 스테이션(108)이나 모든 DTV 송신기들이 공통 클럭에 동기화될 경우 역시 불필요하다.
DTV 안테나(1712)는 다수의 DTV 신호(1710)를 수신한다. 또다른 실시예에서, 다중 DTV 안테나가 사용된다. 증폭기(1714)는 DTV 신호를 증폭한다. 한개 이상의 DTV 튜너(1716A~N) 각각이 수신 DTV 신호의 DTV 채널로 튜닝되어, DTV 채널 신호를 생성한다. 다수의 NCO 필드 동기화 타이머(1708B~M) 각각은 DTV 채널 신호 중 하나씩을 수신한다. 각각의 NCO 필드 동기화 타이머(1708B~M)은 DTV 채널 신호로부터 채널 동기화 신호를 추출한다. 채널 동기화 신호는 ATSC 세그먼트 동기화 신호와 ATSC 필드 동기화 신호 중 한개나 두개 모두를 포함할 수 있다. DTV 신호 내 파일롯 신호와 심볼 클럭 신호가 획득 보조용으로 사용될 수 있다.
다수의 서머(1708A~N) 각각은 마스터 동기화 신호와 채널 동기화 신호들 중 하나간의 클럭 차를 발생시킨다. 프로세서(1720)는 최종 데이터를 포맷하여 DTV 위치 서버(110)에 보낸다. 한 실시예에서, 이 데이터는, 측정된 각각의 DTV 채널에 대하여, DTV 송신기의 ID 번호, DTV 채널 번호, DTV 송신기에 대한 안테나 위상 센터, 그리고 클럭차를 포함한다. 이 데이터는 에어 링크와 인터넷을 포함한 여러 방법 중 어떤 방법으로도 송신될 수 있다. 한 실시예에서, 데이터는 DTV 채널 자체 상의 스페어 MPEG 패킷으로 방송된다.
다중 경로 효과를 완화시키는 한가지 확실한 접근법은 하드웨어 설정시에서처럼 얼리 샘플(early sample)과 레이트 샘플(late sample)만을 이용하는 것보다, 전체 자동상관 함수를 샘플링하는 것이다. 다중 경로 효과는 가장 이른 상관 피크를 선택함으로서 완화될 수 있다.
간단한 지연으로 위치가 연산될 수 있는 경우, 간단한 접근법은 소프트웨어 수신기를 이용하여, 필터링된 신호의 시퀀스를 샘플링하고, 그후, 이 샘플을 DSP에서 펌웨어로 처리하는 것이다.
도 13은 소프트웨어적 트래킹을 위한 한 실시예(1800)를 도시한다. 안테나(1802)는 DTV 신호를 수신한다. 안테나(1802)는 자기식 다이폴일 수도 있고, 또는 DTV 신호를 수신할 수 있는 어떤 다른 종류의 안테나일 수 있다. 대역통과 필터(1804)는 전체 DTV 신호 스펙트럼을 LNA(1806)에 보낸다. 한 실시예에서, 필터(1804)는 디지털 신호 프로세서(DSP)(1814)의 제어 하에 특정 DTV 채널에 대한상기 스펙트럼을 통과시키는 튜닝가능한 대역통과 필터이다.
저잡음 증폭기(LNA)(1806)는 선택된 신호를 증폭하여 이를 DTV 채널 실렉터(1808)에 보낸다. DTV 채널 실렉터(1808)는 DSP(1814)의 제어 하에 특정 DTV 채널을 선택하며, 종래 방법에 따라, 선택된 채널 신호를 필터링하여 UHF로부터 IF(중간 주파수)로 다운컨버팅한다. 증폭기(AMP)(1810)는 선택된 IF 채널 신호를 증폭시킨다. 아날로그-디지털 컨버터 및 샘플러(A/D)(1812)는 DTV 채널 신호 s(t)의 디지털 샘플을 생성하고, 이 샘플들을 DSP(1814)에 보낸다.
이제부터, DSP(1814)에 의한 DTV 채널 신호 처리가 코히어런트 소프트웨어 수신기에 대해 설명된다. 다운컨버팅되는 샘플링된 신호에 대한 통상적 차이 주파수를 가정한다. 이 신호가 기지대역으로 다운컨버팅되면, 통상적인 차이는 0 Hz이다. 이 처리는 신호 s(t)의 샘플을 바탕으로 완전한 자동상관 함수를 발생시킨다. 이 처리는 낮은 듀티 팩터 신호에 대해 보다 효과적으로 구현될 수 있다. Ti를 샘플링된 주파수의 주기, ωin을 샘플링된 입사 신호의 통상적 차이 주파수, 그리고 ωoffset을 도플러 시프트 및 발진기 주파수 드리프트로 인한 최대 가능한 차이 주파수라고 하자. 이 처리는 아래 나열되는 슈도코드를 구현한다.
ㆍ Rmax = 0
ㆍ아래와 같은 복소 코드 신호를 생성
이때,은 데이터 신호에 해당하는 모든 심볼에 대해 0이며, 동기화 신호에 해당하는 모든 심볼에 대해 0 이 아니다.
ㆍ For ω = ωin- ωoffsetto ωin+ ωoffset,step 0.5π/Ti
ㆍ 복소 믹싱 신호를 생성
smix(t) = cos(ωt) + jsin(ωt), t=[0...Ti]
ㆍ 입사 신호 s(t)와 믹싱 신호 smix(t)를 조합
Scomb(t) = S(t)Smix(t)
ㆍ 상관 함수 R(τ) = Scode* scomb(τ)를 연산
ㆍ If maxτ｜R(τ)｜ > Rmax, then Rmax<- maxτ｜R(τ)｜, Rstore(τ)=R(τ)
ㆍ Next ω
이 처리로부터 빠져나오면, Rstore(τ)는 입사 신호 s(t)와 복소 코드 신호 scode(t)간의 상관관계를 저장할 것이다. Rstore(τ)는 ω의 더 작은 단계들에 대한 검색에 의해 추가적으로 정련될 수 있다. ω에 대한 최초 단계 크기는 니퀴스트율(Nyquist rate) 2π/Ti의 반보다 작아야 한다.
최대 상관 출력을 생성하는 시간차 τ는 의사범위로 사용된다.
소프트웨어적으로 비-코히어런트 상관을 발생시키는 기술이 이제부터 설명된다. 이 접근법은 도 6과 7의 하드웨어 수신기를 에뮬레이팅한다. I와 Q 채널이 블록도표에서 따로 처리될 때, I와 Q 성분은 소프트웨어적으로 믹싱 신호를 발생시키도록 조합될 수 있다. 비-코히어런트 코럴레이터가 엔빌롭 감지를 이용하기 때문에, 중간 주파수 범위에 대한 검색을 할 필요가 없다. 이 처리는 아래에 나열되는 슈도코드를 구현한다.
ㆍ ci(t) = Σpvi(t-nTi), cq(t) = Σpvq(t-nTi)
이때, 합계는 n에 대하여 이루어지고,은 데이터 신호에 해당하는 모든 심볼에 대해 0이며, 동기화 신호에 해당하는 모든 심볼에 대해 0 이 아니다. ci가 자동상관값 Ri이고, cq는 자동상관값 Rq를 가지며, 그 교차-상관은 Riq이다.
ㆍ For τ = 0 to Tper,step Tsamp, 이때, Tper은 사용되는 코드의 주기이고 Tsamp는 샘플 인터벌이다.
ㆍ 기준 코드 믹싱 신호를 생성
smix(t) = ci(t+τ)cos(ωt+υ+φ) + cq(t+τ)sin(ωt+υ+φ)
이때, ω는 입사 신호의 통상적 IF 주파수고, υ는 입사 신호에 대한 믹싱 신호의 주파수차며, φ는 입사 신호로부터 믹싱 신호의 위상차다.
ㆍ 입사 신호 s(t)와 기준 코드 믹싱 신호 smix(t)를 조합
scomb(t) = s(t)smix(t)
ㆍ Sfilt(t)를 발생시키도록 Scomb(t)를 저역통과 필터링하여, sfilt(t)의기대값이 E[sfilt(t)] = 2Ri(τ)cos(υt+φ) + 2Riq(τ)sin(υt+φ)가 되도록 하며, 이때, 우리는 Ri(τ) = -Rq(τ)라는 사실을 이용하였다.
ㆍ 비-코히어런트 상관: z(τ) = 2[Ri(τ)2+ Riq(τ)2]
ㆍ Next τ
최대 상관 출력을 생성하는 시간차 τ는 의사범위로 사용된다.
비-코히어런트 상관 z(τ)가 동상 및 쿼드러처 성분 모두에서 신호 출력을 이용한다는 점을 주목하여야 한다. 그러나, 이 결과로, 비-코히어런트 상관을 발생시키는 신호의 유효 대역폭이 반으로 줄어든다. 비-코히어런트 코럴레이터의 출력이 도 14에 도시된다. 위쪽 그래프는 대략 8 x 10-5초의 인터벌동안의 상관 피크를 도시하며, 하부의 그래프는 상관 피크의 3MHz 유효 대역폭을 도시한다.
소프트웨어적 트래킹을 위해 앞서 설명한 기술과 유사한 기술이 미국 캘리포니아 San Jose로부터 발생하여 캘리포니아 Palo Alto의 건물내에서 수신하는 DTV 전송에 적용되었다. 본 예는 설명을 위한 것으로서, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 도 15는 San Jose로부터 KIKU채널 52 DTV 방송으로부터 1밀리초 샘플 신호에 대한 스펙트럼 예를 디스플레이한다. 이 신호는 27MHz의 중심 주파수에서 다운컨버팅되었으며, 이 주파수는 100 메가샘플/초의 샘플링 속도에 대한 0.54의 디지털 주파수에 해당한다. 이 신호는 6MHz의 대역폭으로 디지털방식으로 대역통과 필터링되었다.
최종 6MHz 신호의 동상 및 쿼드러처 성분에 대해 연산된 자동상관 함수가 도 16에 도시된다. 이는 각각의 세그먼트 시작시 단 네 개의 데이터 동기화 심볼에 대한 자동상관 값이다.
6MHz 신호의 특성이 도 17에 도시된다. 도 17은 동상 채널에 대한 자동상관 피크의 일부를 디스플레이한다. 부드러운 곡선으로부터, 신호-잡음 비가 높다는 것을 알 수 있다. 추가적으로, 피크의 곡률은 이 신호를 다중 경로에 대해 견고하게 하는 높은 신호 대역폭을 표시한다.
도 18은 코럴레이터(1200) 동작의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 이 시뮬레이션은 Wolfram Research사에 의해 제작된 Mathematica 소프트웨어를 이용하여 수행되었다. 이 시뮬레이션 입력은 증폭기(1100)에 의해 메모리(1114)에 저장된 디지털 I 및 Q 샘플이다.
도 18은 10개의 필드 또는 2424밀리초의 일체화 시간 및 10.76 MHz의 복소 샘플링 속도에서의 심볼-동기식 샘플링에 대한 비-코히어런트 상관 결과를 도시한다. 이 시뮬레이션은 1/2 심볼이나 0.05 마이크로초만큼 샘플이 이격되는 가장 나쁜 경우이다.
이 시뮬레이션은 또한 -27dB의 6MHz 대역폭에서 가우시안 잡음 및 신호-잡음 비(SNR)을 포함한다. 샘플링의 위상차로, 이 결과는 2dB만큼의 저하를 일으키나, 성능은 여전히 양호하다. 통상적인 DTV 수신은 +18dB의 SNR을 필요로한다. 코럴레이터(120)는 정상적 DTV 항에서 18+27=45dB의 SNR에서 트래킹 정보를 회복시킬 수 있다. 이 결과로, 정합 필터가 사용될 경우 샘플링 클럭의 정확한 교정이 요구된다. 그러나, 시간-게이트 DLL(time-gated delay lock loop)은 수신한 신호의 클럭에 자신의 클럭을 자동적으로 동기화시킬 것이고 동일한 결과를 생성할 것이다.
ETSI 위치 결정
도 19-29는 ETSI(European Telecommunciations Standards Institute) DTV 신호와 함께 사용하기 위한 여러 수신기들을 도시한다. ETSI는 DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 신호라고 본원에서 불리는 유럽용 지상 DTV 신호를 규정하고 있다. 이 새로운 DTV 신호는 다중 표준 화질 TV 신호를, 심지어는 고화질 신호를, 할당된 8MHz 채널에서 송출할 수 있게 한다. 이 새로운 DVB-T DTV 신호는 아날로그 NTSC TV 신호와는 완전히 다른 것으로서, 새로운 8MHz 주파수 채널에서 전송되며 완전히 새로운 기능을 가진다.
발명자는 DVB-T 신호가 위치 결정에 사용될 수 있다는 것을 인식하여 이를 위한 기술들을 개발하였다. 이 기술들은 전형적인 DTV 수신 범위보다 훨씬 넓은 송신기로부터의 범위를 가진 DVB-T DTV 송신기의 범주에 사용될 수 있다. DTV 신호의 고출력때문에, 이 기술들은 휴대용 수신기에 의해 건물 내부에서도 사용될 수 있다.
여기서 공개되는 기술들은 앞서 ATSC DTV 신호에 대해, 공지된 데이터 시퀀스를 수용하도록 코럴레이터를 단순히 수정함으로서, 공지된 데이터 시퀀스를 포함하는 다른 DTV 신호에 적용할 수 있다. 이 기술들은 위성 방송 신호처럼 다른 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호의 범위에도 적용될 수 있다.
GPS의 디지털 의사 잡음 코드에 비해, DTV 신호는 수마일 거리의 송신기로부터 수신되며, 이 송신기들은 메가와트 레벨가지의 수준에서 신호를 방송한다. 추가적으로, DTV 안테나들은 14dB 수준의 상당한 안테나 이득을 가진다. 따라서, 건물 내부에서 DTV 신호 수신을 가능하게 하는 충분한 출력이 존재하는 경우가 자주 있다.
아래 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 "산란 파일롯 신호(scattered pilot signal)"라 불리는 DVB-T 신호의 한 성분을 이용한다. 산란 파일롯 신호를 이용하면 여러 장점을 얻을 수 있다. 먼저, DTV 송신기로부터의 상당히 먼 거리에서, 그리고 건물 내에서 위치 결정이 가능하다. 종래의 DTV 수신기는 한번에 한개의 데이터 신호만을 이용하며 따라서, 단일 신호의 에너지에 의해 DTV 송신기로부터의 범위가 제한된다. 이에 반해, 본 발명의 실시예들은 산란된 다중 파일롯 신호의 에너지를 이용하며, 따라서, 종래 DTV 수신기보다 DVT 송신기로부터 더 큰 범위에서 동작이 가능하다. 더욱이, 산란된 파일롯은 데이터에 의해 변조되지 않는다. 이는 두가지 이유로 장점을 띤다. 먼저, 산란된 파일롯의 모든 출력이 위치 결정에 사용된다. 어떤 출력도 데이터에 헌납되지 않는다. 두번째로, 산란된 파일롯은 데이터 변조가 생성할 수 있는 어떠한 저하현상을 보이지 않으면서 장기간동안 관측될 수 있다. 따라서, DTV 타워로부터 실질적 범위에서 건물내 신호를 트래킹하는 기능이 크게 향상된다. 더욱이, 디지털 신호 처리를 이용함으로서, 단일 반도체 칩으로 이 새로운 트래킹 기술을 구현하는 것이 가능하다.
도 19는 의사범위 측정치를 발생시킬 때 사용되는 수신기의 실시예(2400)를도시한다. 한 실시예에서, 수신기(2400)는 사용자 장치(102) 내에서 구현된다. 또다른 실시예에서, 수신기(2400)는 모니터 유닛(108) 내에서 구현된다.
RF 샘플러 및 퀀타이저(RF Sampler & Quantizer)(2406)는 영역 내 디지털 TV 신호(2402) 각각에 대해 안테나(2404)를 순차적으로 튜닝하고, RF 증폭시켜서, 이 신호를 중간 주파수나 기지대역 주파수로 다운컨버팅한다. 8MHz 대역폭을 가진 광대역 필터링 신호가 샘플링되며, RF 샘플러 및 퀀타이저(2406)에 의해 샘플링되고 양자화된다. 그후, 네 개 이상의 심볼 인터벌을 포함하는 양자화된 신호의 한 세그먼트가 메모리(2408)에 저장된다. 지속시간이 0.1초 이상 더 긴 세그먼트가 잡음 성능 개선 및 평균 시간 개선을 위해 사용된다.
믹서(2410)와 코럴레이터 및 인터그레이터(2412)는 신호의 저장된 시간 세그먼트를, 산란 파일롯 제너레이터(2418)에 의해 발생된 기준 산란 파일롯 캐리어의 여러 시간차 버전과 상관시킨다. 기준 신호는 자동상관 함수의 피크를 찾기 위해 지정된 시간 단계에 의해 시간에 따라 단계화된다. 단계 크기는 자동상관 피크 식별에 충분한 자동상관 함수로부터의 다수의 샘플을 생성할 수 있도록 선택된다. 한 실시예에서, 자동상관 피크의 추정치를 얻기 위해 단계 크기가 큰 것이 최초에 사용된다. 그후, 이 추정치를 정련하기 위해 단계 크기가 작은 것이 사용된다. 아래 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 1/(1116*20,000) = 244ns 만큼 이격된 시간 샘플을 이용한다. 코럴레이터 검색 제어(2420)는 자동상관 함수의 메이저 피크를 검색하여, 발견될 경우, 의사범위의 상기 측정치를 디지털 형태로 변환한다. 수신기(2400)는 그후, 다른 DTV 타워로부터의 영역에서 가용한 다른 디지털 TV 신호(2402)에서와 동일한 함수 세트를 순차적으로 실행한다. 동일한 DTV 타워로부터 전송되는 신로로부터 다중 측정치를 얻을 필요가 없다. 3개 이상의 의사범위 측정치 세트는 디지털 셀이나 그 외 다른 무선 링크를 통해 DTV 위치 서버(110)에 전달된다.
가입자 핸드셋이나 그 외 다른 장치에서의 위치 결정 동작은 가입자가 위치 결정을 필요로할 때만 일어날 필요가 있다. 천천히 걷고 있거나, 저속 차량에 탑승하고 있거나, 또는 건물 내에 앉아있는 가입자의 경우, 이 위치 정보가 자주 측정될 필요가 없다. 따라서, 배터리나 다른 전원이 매우 작아질 수 있다.
수신기(2400)가 디지털 신호의 합과의 교차-코럴레이터를 구현하지만, 대안의 실시예가 FFT/DFT(fast Fourier transform/direct Fourier transform) 처리를 이용함으로서 회로를 단순화할 수 있다는 것은 당 분야의 통상의 지식에 비추어 명백하다. 더욱이, 수신기(2400)가 중간 주파수(IF)에서 샘플을 처리하지만, 다른 실시예는 샘플을 아날로그나 디지털 형태로 처리하며, IF나 기지대역에서 동작할 수 있다. 그 외 다른 실시예들은 샘플을 주파수 도메인에서 처리한다.
DVB-T 구조 내 다른 신호들이 위치 결정에 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 연속 파일롯 신호에 와이드 레이닝(wide laning) 기술이 사용될 수 있다. 그러나, 와이드 레이닝같은 이러한 기술은 사이클 모호성의 내재적 해결을 연루한다. 이러한 모호성을 해결하기 위한 기술은 당 분야에 잘 알려져 있다. 이러한 기술 중 한가지는 M. Rabinowitz 박사의 2000년 미국 스탠포드대, Department of Electrical Engineering(전기공학과) 논문, "A Differential Carrier Phase Navigation SystemCombining GPS with Low Earth Orbit Satellites for Rapid Resolution of Integer Cycle Ambiguities", 59-76쪽에 소개되어 있다.
수신기 코럴레이터와 정합 필터에는 수신기 저하의 두가지 중요한 소스가 존재한다. 사용자 장치 국부 발진기는 주파수 안정성이 비교적 불량한 편이다. 이 불안정성은 두가지의 수신기 매개변수에 영향을 미친다. 먼저, 이는 수신기 신호의 주파수 차이를 일으킨다. 둘째로, 이는 수신 비트 패턴이 기준 클럭의 심볼 속도에 대해 미끄러지게 한다. 이 두 효과는 수신기의 일체형 시간을 제한할 수 있고, 따라서, 수신기의 처리 이득을 제한할 수 있다. 일체형 시간은 수신기 기준 클럭을 교정함으로서 증가될 수 있다. 한 실시예에서, 지연 락 루프(DLL)는 자동적으로 수신기 클럭을 교정한다.
또다른 실시예에서, NCO(Numerically Controlled Oscillator) 클럭(2414)는 유입 수신 신호 클럭 주파수와 부합하도록 수신기의 클럭 주파수를 조정하며, 사용자 장치(102)의 국부 발진기의 주파수 차이 및 드리프트를 상쇄시킨다. 클럭 주파수의 정확도 증가로 인해 수신기 코럴레이터의 성능이 양호해지고, 일체형 시간이 길어진다. NCO 클럭(2414)의 주파수 제어 입력은 여러 가능한 소스로부터 도출될 수 있다. 가령, 마스터 클럭(2416), 수신기 심볼 클럭 속도 싱크로나이저, DVB-T 파일롯 캐리어의 트래킹, 또는 그 외 NCO 클럭(2414)에 설치된 클럭 속도 디스크리미네이터 기술로부터 도출될 수 있다.
현재의 DVB-T 신호는 Digital Video Broadcasting(DVB): Framing Structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television 라는 제목의문서(문헌 번호 ETSI EN 300 744, V1.4.1(2001-01)) 에 소개되어 있다. DVB-T 신호는 1512개나 6048 개의 분리 캐리어를 이용하여 188 바이트 MPEG(Moving Picture Expert Group) 패킷을 운반하는 OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 신호이다. 이 성분들 대부분은 비디오 TV 신호의 임의적 데이터 변조를 운반하며, 낮은 신호 레벨에서의 정확한 트래킹에는 별로 쓸모가 없다. 위치 결정을 위해, 사용자 장치는 DVB-T 신호의 전체 정보 콘텐트가 가용하지 않는 위치에 놓일 수 있다.
그러나, DVB-T 신호는 위치 결정을 위해 여기서 소개한 기술을 통해 이용될 수 있는 추가적 성분을 내장하였다. 예를 들어, DVB-T DTV 신호는 두 종류의 주기적 브로드밴드 파일롯 신호를 포함한다. 이 신호는 연속 파일롯 캐리어 세트와 산란 파일롯 캐리어 세트를 포함한다. DVB-T 신호는 2K와 8K의 두 모드를 가진다. 이 두 모드의 일부 매개변수들은 아래 표1에 설명된다. 발명의 실시예들이 8K 신호를 기준으로 설명되지만, 이 기술이 2K 신호에도 적용될 수 있다.
매개변수 2K 모드 8K 모드
캐리어 K의 수 1705 6817
심볼 지속시간 224 마이크로초 896 마이크로초
캐리어 간격 4464 Hz 1116 Hz
신호의 전체 스페이싱 7.61 MHz 7.61 MHz
추가적으로, 발명의 실시예들이 8MHz DVB-T 신호를 기준으로 설명되지만, 다른 대역폭의 신호로도 실시예들이 사용될 수 있다. 더욱이, 발명의 실시예들은 DVB-T 신호의 대역폭 서브세트를 이용할 수 있다. 예를 들어, 발명의 한 실시예는8MHz DVB-T 신호의 6MHz만을 이용하여 만족스런 결과를 얻을 수 있다. 발명의 실시예들은 DVB-T 신호의 차후 업그레이드를 이용하도록 확장될 수 있다.
8K 모드의 DVB-T 연속 파일롯 신호는 아래 설명되는 PN 시퀀스에 의해 선택되는 연속 기준 이진 ±1 진폭을 각각 가지는 177개 캐리어의 세트이다. 첫 번째 50개의 캐리어 주파수에 대한 캐리어 수가 도 20에 도시된다. 캐리어의 주파수는 캐리어 번호와 1116 Hz를 곱함으로서 알 수 있다. 도 21은 연속 파일롯 캐리어의 첫 번째 50개의 캐리어를 도시한다. 수직축은 캐리어 번호이다. 어떤 두 연속 파일롯 캐리어간 최소 주파수 차이는 3 x 1116 Hz로서, 이는 이 연속 캐리어의 시간 모호성을 결정한다. 이 신호는 연속 캐리어에 흔히 사용되는 사이드톤 레인징 신호(sidetone ranging signal)에 견줄 수 있다. 그러나, 전력이 177개의 캐리어 사이에서 분할되는 점에 차이가 있다. 대신에, 이 신호를 FFT 방식으로 발생된 177개의 캐리어의 복합 기준 파형과 상관시키는 것이 가능하다. 그러나 이 복합 연속 파일롯 신호는 도 22에 도시되는 바와 같이 다수의 상당한 스펙트럼 사이드로브(spetral sidelobe)를 가지는 자동상관 함수를 형성한다.
도 22는 8K 모드에서 177개의 파일롯 캐리어를 가진 복합 연속 파일롯 캐리어의 자동상관 함수를 도시한다. 시간 증가치는 1/1116 초의 증가치로 수평축 상에 주어진다. 이 신호는 1116 x 20,000 샘플/초의 속도로 샘플링되었다. 그러나 도시되는 바와 같이, 이 신호의 사이드로브 레벨은 0.2보다 큰 여러 피크를 가지는 것처럼 매우 높다.
8K 산란 파일롯 캐리어는 568개의 균일하게 이격된 파일롯 캐리어들의 세트로서, 각각의 캐리어들은 4개의 순차적으로 증가하는 4개의 주파수에 대해 처프-형(chirp-like) 방식으로 주파수 하핑된다. 따라서 각각의 파일롯은 12 x 1116 Hz의 배수인 주파수에서 시작되며, 심볼 지속시간(1/1116 초)의 나머지동안 상기 주파수에서 유지된다. 그후 다음 심볼에 대해, 파일롯은 3x 1116 Hz만큼 더 높은 새 주파수로 건너뛰며(hopping), 새로운 ±1 부호를 가진다. 파일롯은 총 3개의 증가치동안 이러한 증가를 반복한 후, 원 주파수로 복귀한다. 이러한 568개의 산란 파일롯 중 첫 번째 5개의 주파수 하핑이 도 23에 도시된다. 각각의 시간 증가치에서, 파일롯 캐리어는 1116 Hz의 세 개의 증가치만큼 주파수가 증가한다. 6816/12 = 568개의 산란 파일롯들 각각은 12 x 1116 = 13,392 Hz만큼 이격된다. 2K 모드의 경우, 53,568 Hz만큼 이격되는 142개의 산란 파일롯이 존재한다.
각각의 파일롯 캐리어는 아래 다항식을 가진 11 스테이지 시프트 레지스터의 PN 시퀀스에 의해 지배되는 바와 같이 ±1 부호 진폭이 부여된다.
x11+ x2+ 1(18)
이 PN 시퀀스는 아래의 시퀀스를 발생시킨다.
w[k] = ±1(19)
이때, k는 상술한 개별 파일롯 캐리어의 주파수이다. 따라서 파일롯 캐리어가 새 주파수로 변경될 때마다, w[k]에 따라 그 부호를 변경시킨다.
그러므로 산란 파일롯 각각의 주파수는 t와 p를 이용하여 아래와 같이 표현될 수 있다.
k[t, p] = 3Mod[n[t],4] + 12p(20)
이때, p는 파일롯의 수이고, n[t]는 양자화된 시간 인터벌이다.
n[t] = [1116t](21)
p의 568개의 값 각각에 대한 각각의 신호 성분은 다음과 같이 표현된다.
s[t, p] = w[k[t, p]sin[2πk[t,p] x 1116t]](22)
전체 산란 파일롯 신호는 568개의 주파수 하핑 개별 파일롯 신호의 합이다.
도 24는 8개의 시간 증가치에 대해 어떤 부호 역전도 없는 한 캐리어 파형의 예를 도시한다. 시간은 초단위로 주어진다. 이 산란 파일롯 캐리어는 총 6816/12 = 568개의 캐리어를 가지며, 각각의 캐리어는 처프-형(chirp-like) 방식으로 총 568 x 4 = 2272개의 총 주파수에 대해 4개의 주파수로 순차적으로 하핑한다.
도 25는 산란 파일롯 캐리어의 또다른 도면이다. 도 25에서는, 대각선이 6816/4 = 1704 심볼 인터벌에서 7.61 MHz의 전체 대역에 대해 단계식 처핑(stepwise chirping)을 일으키는 568개의 8K 산란 파일롯 캐리어를 나타낸다. 따라서 어느 순간에서도, 568개의 동시 처프 캐리어가 존재한다. 각각의 처프 캐리어는 단계식으로 전체 7.61 MHz 주파수 대역을 스위핑(sweeping)한다. 도시되는 숫자들은 심볼 지속시간이 896 마이크로초(us)인 8K 모드에 대한 것이다. 2K 모드에 해당하는 숫자들은 심볼 지속시간이 224 us인 괄호안에 도시된다.
이 신호는 도 26-28에 도시되는 바와 같이 매우 우수한 자동상관 함수를 가진다. 도 26은 568개의 주파수 하핑 산란 파일롯 캐리어들로 된 복합 세트의 자동상관 함수를 도시한다. 이 복합 신호는 1116 x 20,000 x 22.32 MHz에서 샘플링되었다. 따라서, 산란 파일롯 캐리어의 4개의 심볼 시간 증가치 주기에 대해 80,000개의 샘플이 존재한다. 아래 도시되는 바와 같이 이중선으로 나타나는 4개의 사이드로브를 제외하고 이 신호의 매우 낮은 사이드로브 교차-상관을 주목해야 한다. 도 27과 28은 보다 작은 시간 증가치에 대한 상세도이다.
도 27은 첫 번째 100개의 시간 증가치에 대해 관측된 산란 파일롯 복합 신호의 상세 구조도이다. 피크 바깥쪽에서 자동상관 함수가 낮다는 점을 주목해야 한다.
도 28은 산란 파일롯 복합 캐리어의 이중선 사이드로브의 상세도이다. 역시 메인 피크와 4개의 사이드로브 피크 바깥에서는 이 신호의 자동상관 함수가 매우 작은값으로 나타남을 알 수 있다.
도 29는 모니터 유닛(108)의 실시예(3400)를 도시한다. 안테나(3404)가 GPS 신호(3402)를 수신한다. GPS 시간 트랜스퍼 유닛(3406)이 GPS 신호를 바탕으로 마스터 클럭 신호를 발전시킨다. DTV 송신기 클럭의 시간차를 결정하기 위해, NCO(numerically controlled oscillator) 코드 동기화 타이머(3408A)는 마스터 클럭 신호를 바탕으로 마스터 동기화 신호를 발전시킨다. 마스터 동기화 신호는 DVB-T 산란 파일롯 캐리어를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 모든 모니터 유닛(108)의 NCO 필드 동기화 타이머(3408A)는 기지 일자 및 시간(base date and time)으로 동기화된다. 사용자 장치(102)가 수신하는 것과 동일한 모든 DTV 송신기로부터 DTV신호를 단일 모니터 유닛(108)이 수신하는 실시예에서, 사용자 장치(102)의 위치 결정을 위해 어떤 다른 모니터 유닛과 상기 모니터 유닛(108)을 동기화할 필요가 없다. 이러한 동기화는 모든 모니터 스테이션(108)이나 모든 DTV 송신기가 공통 클럭에 동기화될 경우 역시 불필요하다.
DTV 안테나(3412)는 다수의 DTV 신호(3410)를 수신한다. 또다른 실시예에서, 여러 DTV 안테나가 사용된다. 증폭기(3414)는 DTV 신호를 증폭시킨다. 한개 이상의 DTV 튜너(3416A-N) 각각은 수신한 DTV 신호에서 DTV 채널로 튜닝하여, DTV 채널 신호를 생성할 수 있다. 다수의 NCO 코드 동기화 타이머(3408B~3408M) 각각은 DTV 채널 신호 중 하나씩을 수신한다. 각각의 NCO 코드 동기화 타이머(3408B~3408M)는 DTV 채널 신호로부터 채널 동기화 신호를 추출한다. 채널 동기화 신호는 DVB-T 산란 파일롯 캐리어를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, DVB-T 신호 내 연속 파일롯 신호와 심볼 클럭 신호가 획득 보조용으로 사용된다.
다수의 서머(3418A-N) 각각은 마스터 동기화 신호와, 채널 동기화 신호 중 하나 사이에 클럭 차이를 발생시킨다. 프로세서(3420)는 최종 데이터를 포맷하여 DTV 위치 서버(110)에 전송한다. 한 실시예에서, 이 데이터는 측정된 각각의 DTV 채널에 대하여, DTV 송신기의 ID 번호, DTV 채널 번호, DTV 송신기용 안테나 위상 센터, 그리고 클럭차를 포함한다. 이 데이터는 에어 링크 및 인터넷을 포함한 다수의 방법 중 하나에 의해 송신될 수 있다. 한 실시예에서, 데이터는 DTV 채널 자체에서 스패어 MPEG 패킷으로 방송된다.
또다른 실시예에서, 수신기는 소프트웨어 방식이다. 예를 들어, 도 13의 수신기(1800)는 유입 DTV 신호를 처리하도록 프로그래밍될 수 있다.
이제, DSP(1714)에 의한 DTV 채널 신호 처리가 코히어런트 소프트웨어 수신기에 대하여 설명된다. 다운컨버팅되는 샘플링된 신호에 대한 통상적 주파수 차이를 가정한다. 이 신호가 기지대역으로 다운컨버팅되면, 통상적인 주파수 차이는 0 Hz이다. 이 처리는 신호 s(t)의 샘플을 바탕으로 완전한 자동상관 함수를 발생시킨다. 이 절차는 낮은 듀티 팩터 신호에 대해 보다 효율적으로 구현될 수 있다. Ti를 샘플링된 데이터의 주기, ωin을 샘플링된 입사 신호의 통상적 차이 주파수, 그리고 ωoffset을 도플러 시프트 및 발진기 주파수 드리프트로 인한 최대 가능한 차이 주파수라고 하자. 이 처리는 아래 나열되는 슈도코드를 구현한다.
ㆍ Rmax = 0
ㆍ아래와 같은 복소 코드 신호를 생성
scode(t) = Ci(t) + jCq(t)
이때, Ci는 동상 기지대역 신호를 나타내는 함수이며, Cq는 쿼드러처 기지대역 신호를 나타내는 함수이다.
ㆍ F{scode}*를 연산. 이때, F는 퓨리에 변환 연산자이고, *는 컨저게이트 연산자이다.
ㆍ For ω = ωin- ωoffsetto ωin+ ωoffset,step 0.5π/Ti
ㆍ 복소 믹싱 신호를 생성
smix(t) = cos(ωt) + jsin(ωt), t=[0...Ti]
ㆍ 입사 신호 s(t)와 믹싱 신호 smix(t)를 조합
Scomb(t) = S(t)Smix(t)
ㆍ 상관 함수 R(τ) = F-1{F(scode)F(scomb)}를 연산
ㆍ If maxτ｜R(τ)｜ > Rmax, then Rmax<- maxτ｜R(τ)｜, Rstore(τ)=R(τ)
ㆍ Next ω
이 처리로부터 빠져나오면, Rstore(τ)는 입사 신호 s(t)와 복소 코드 신호 scode(t)간의 상관관계를 저장할 것이다. Rstore(τ)는 ω의 더 작은 단계들에 대한 검색에 의해 추가적으로 정련될 수 있다. ω에 대한 최초 단계 크기는 니퀴스트율(Nyquist rate) 2π/Ti의 반보다 작아야 한다. 최대 상관 출력을 생성하는 시간차 τ는 의사범위로 사용된다.
추가적인 위치 결정 예
발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 발명의 범위나 사상으로부터 벗어나지 않으면서 여러 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 예를 들어, 어떤 ATSC 및 DVB-T 디지털 텔레비전 신호에 대해 여러 구체적 세부사항들이 소개되었다. 그러나, 발명은 일본 ISDB-T(Japanese Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial)에 의해 규정된 DTV 신호를포함한, 다른 DTV 신호에도 적용할 수 있다.
또다른 예로서, 발명은 디지털 전자 회로나 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 여러 신호 및 신호 처리 기술이 디지털이나 아날로그 도메인으로 구현될 수 있다. 발명의 장치는 프로그램식 프로세서에 의한 실행을 위해 기계-판독식 저장 장치에 실질적으로 내장된 컴퓨터 프로그램 프로덕트로 구현될 수 있다. 그리고 발명의 방법 단계들은 입력 데이터에 대해 동작하고 출력을 발생시킴으로서 발명의 기능들을 실행하게 하는 명령들의 프로그램을 실행하는 프로그램식 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 발명은 데이터 저장 시스템, 한개 이상의 입력 장치, 그리고 한개 이상의 출력 장치로부터 데이터 및 명령을 수신하고 이들에게 데이터 및 명령을 송신하도록 연결된 한개 이상의 프로그램식 프로세서를 포함하는 프로그램식 시스템 상에서 실행가능한 한개 이상의 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 각각의 컴퓨터 프로그램은 하이레벨 절차/객체-지향 프로그래밍 언어나, 필요시 어셈블리나 기계어로 구현될 수 있다. 어느 경우에도, 위 언어는 컴파일되거나 인터프리팅되는 언어일 수 있다. 적절한 프로세서들은 예를 들어, 전용 및 범용 마이크로프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 ROM이나 RAM으로부터 명령 및 데이터를 수신한다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터 파일을 저장하기 위한 한개 이상의 대용량 저장 장치를 포함할 것이다. 이러한 장치로는 내장형 하드 디스크 및 탈착식 디스크같은 자기 디스크; 자기-광학식 디스크; 그리고 광학 디스크를 들 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 실질적으로 내장하기에 적절한 저장 장치는 EPROM, EEPROM, 그리고 플래시 메모리 장치같은 반도체 메모리 장치; 내장형 하드 디스크와 탈착식 디스크같은 자기 디스크; 자기-광학 디스크; 그리고 CD-ROM 디스크를 포함하는 모든 형태의 비휘발성 메모리를 포함한다. 이들 중 어느 것도 ASIC(application-specific integrated circuits)로 대체되거나 ASIC에 포함될 수 있다.
또다른 예로서, 동상 및 쿼드러처 채널을 이용하여 ATSC 신호를 트래킹하기 위한 한가지 방법이 설명되지만, 동상 채널만을 이용할 수도 있고, 쿼드러처 채널만을 이용할 수도 있으며, 또는, 정확한 트래킹을 제공하기 위해 이 두가지의 조합을 이용할 수도 있다.
더욱이, 여러 형태의 기존의 DLL(delay lock loop)을 이용하여, 그리고 여러 종류의 정합 필터 이용을 통해, DTV 신호를 트래킹하는 수많은 방법이 존재한다.
본 발명의 실시예들은 여러 방식으로 DTV 신호의 낮은 듀티 팩터를 이용한다. 예를 들어, 한가지 실시예는 J.J. Spilker, Jr.의 "Digital Communications by Satellite", Prentice-Hall, Englewood Cliffs NJ, 1977, Chapter 18-6에 소개된 시간-게이트 DDL을 이용한다.
다른 실시예들은 J.J. Spilker, Jr.의 "Digital Communications by Satellite", Prentice-Hall, Englewood Cliffs NJ, 1977, Chapter 18과, B.Parkinson 및 J.Spilker, Jr.의 "Global Positioning System-Theory and Applications", AIAA, Washington DC, 1996, Vol.1, Chapter 17, Fundamentals of Signal Tracking Theory by J.Spilker, Jr.에 소개된 코히어런트, 비-코히어런트, 그리고 쿼지-코히어런트 DLL을 포함한 DLL의 여러 변형을 이용한다. 다른 실시예들은 재순환 정합 필터같이 여러 종류의 정합 필터를 이용한다.
마지막 예로서, 일부 실시예에서는, DTV 위치 서버(110)가 DTV 송신기로부터 가용한 의사범위처럼 시스템 레벨에서 가용한 리던던트 신호를 이용한다. 따라서, 각각의 DTV 채널 및 의사범위를 비준하고 오류가 있는 DTV 채널을 식별할 수 있도록 추가적 확인을 할 수 있다. 이러한 기술 중 한가지는 기존의 RAIM(receiver autonomous integrity monitoring)이다.
따라서, 다른 실시예들은 아래의 청구항들의 범위 내에 놓인다.

Claims (89)

  1. 사용자 장치의 위치 결정 방법으로서, 이 방법은,
    - 다수의 DTV 송신기로부터 다수의 디지털 텔레비전(DTV) 방송 신호를 사용자 장치에서 수신하고,
    - DTV 방송 신호를 바탕으로 각각의 DTV 송신기와 상기 사용자 장치간 의사범위를 결정하며, 그리고
    - DTV 송신기 각각의 위치와 상기 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 공지된 시간 기준과 DTV 송신기 중 하나에서의 송신기 클럭간 시간차를 바탕으로 의사범위를 조정하고, 그리고
    - DTV 송신기 각각의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, DTV 방송 신호는 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호이고, 상기 의사범위는 ATSC 프레임의 공지 디지털 시퀀스를바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 공지 디지털 시퀀스가 동기화 코드인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, DTV 방송 신호가 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) 신호이며, 의사범위는 DTV 방송 신호의 공지 성분을 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 공지 성분이 산란 파일롯 캐리어인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 사용자 장치의 국부 시간 기준과 마스터 시간 기준간 시간차를 결정하고, 그리고
    - 의사범위, DTV 송신기 각각의 위치, 그리고 상기 시간차를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 상기 시간차를 이용하여 상기 사용자 장치의 이어지는 위치를 결정하는,
    과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 의사범위를 결정하는 상기 단계는,
    - 각각의 DTV 신호의 일부를 저장하고, 그리고
    - 의사범위를 생성하도록 사용자 장치에 의해 발생되는 신호와 상기 저장된 부분 각각을 차례로 상관시키는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 의사범위를 결정하는 상기 단계는,
    - 의사범위를 생성하도록 DTV 신호가 수신됨에 따라 사용자 장치에 의해 발생되는 신호에 각각의 DTV 신호를 상관시키는,
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 사용자 장치가 놓인 일반 지리 영역을 결정하고, 그리고
    - 의사범위와 상기 일반 지리 영역을 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 일반 지리 영역이 상기 사용자 장치에 통신연결된 추가적 송신기의 족적(footprint)인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 사용자 장치 근처의 트로포스페릭 전파 속도(tropospheric propagation velocity)를 결정하고,
    - 트로포스페릭 전파 속도를 바탕으로 각각의 의사범위 값을 조정하며, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 상기 사용자 장치 근처의 고도(terrain elevation)를 바탕으로 각각의 의사범위를 조정하고, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    - 사용자 장치에 통신연결된 추가적 송신기의 신원과, 상기 추가적 송신기와 수신 DTV 방송 신호를 상관시키는 저장표를 바탕으로 DTV 신호를 선택하는,
    단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    - 사용자로부터 위치 입력을 수신하고, 그리고
    - 상기 위치 입력을 바탕으로 상기 DTV 신호를 선택하는,
    단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    - 위치의 지문(fingerprint)을 조합하도록 가용 DTV 신호를 스캔하고, 그리고
    - 상기 지문(fingerprint)과, 공지된 지문(fingerprint)을 공지된 위치와 부합시키는 저장표를 바탕으로 의사범위를 결정하는 데 사용되는 DTV 방송 신호를 선택하는,
    이상의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    - DTV 송신기로부터 리던던트(redundant) 의사범위를 바탕으로 각각의 의사범위의 일체성을 확인하기 위해 RAIM(receiver autonomous integrity monitoring)을 이용하는
    단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 사용자 장치의 위치 결정 방법으로서, 상기 방법은,
    - 다수의 DTV 송신기로부터 다수의 디지털 텔레비전(DTV) 방송 신호를 사용자 장치에서 수신하고,
    - 상기 DTV 방송 신호를 바탕으로 각각의 DTV 송신기와 상기 사용자 장치간 의사범위를 결정하며, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하도록 설정되는 위치 서버에 의사범위를 전송하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 의사범위를 결정하는 상기 단계는,
    - DTV 송신기 중 하나로부터 DTV 방송 신호의 한 성분의 전송 시간을 결정하고,
    - 사용자 장치에서 상기 성분의 수신 시간을 결정하며, 그리고
    - 상기 송신 시간과 상기 수신시간간의 시간차를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, DTV 방송 신호는 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호이고, 상기 성분은 ATSC 프레임의 공지 디지털 시퀀스인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 성분이 동기화 코드인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) DVB-T(Digital Video Broadcasting -Terrestrial) 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 성분이 산란 파일롯 캐리어(scattered pilot carrier)인 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 21 항에 있어서, 의사범위를 결정하는 상기 단계는,
    - 각각의 DTV 신호의 일부를 저장하고, 그리고
    - 의사범위를 생성하도록 사용자 장치에 의해 발생되는 신호와, 상기 저장된 부분 각각을 차례로 상관시키는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 21 항에 있어서, 의사범위를 결정하는 상기 단계는,
    - 의사범위를 생성하도록 DTV 신호가 수신됨에 따라, 각각의 DTV 신호를 사용자 장치에 의해 발생되는 신호와 상관시키는,
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 사용자 장치의 위치 결정 방법으로서, 이 방법은,
    - 사용자 장치로부터 다수의 의사범위를 수신하고, 이때, 각각의 의사범위는 DTV 송신기에 의해 송출되는 DTV 신호를 바탕으로 다수의 DTV 송신기 중 하나와 사용자 장치 사이에서 결정되며, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 상기 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - DTV 송신기 중 하나에서의 송신기 클럭과 공지 시간 기준간의 시간차를 바탕으로 의사범위를 조정하고, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 상기 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호이고, 상기 의사범위는 ATSC 프레임의 공지 디지털 시퀀스를 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 공지 디지털 시퀀스가 동기화 코드인 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 34 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 31 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) 신호이고, 상기 의사범위는 DTV 방송 신호의 공지 성분을 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 공지 성분이 산란 파일롯 캐리어(scattered pilot carrier)인 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 31 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 사용자 장치의 국부 시간 기준과 마스터 시간 기준간 시간차를 결정하고, 그리고
    - 상기 의사범위, DTV 송신기들 각각의 위치, 그리고 상기 시간차를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    - 상기 시간차를 이용하여 사용자 장치의 이어지는 위치를 결정하는,
    과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 31 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 사용자 장치가 위치한 일반 지리 영역을 결정하고, 그리고
    - 의사범위와 일반 지리 영역을 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 일반 지리 영역은 사용자 장치에 통신연결된 추가적 송신기의 족적(footprint)인 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 31 항에 있어서, 상기 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 사용자 장치 근처의 트로포스페릭 전파 속도(tropospheric propagation velocity)를 결정하고,
    - 상기 트로포스페릭 전파 속도를 바탕으로 각각의 의사범위 값을 조정하며, 그리고
    - DTV 송신기 각각의 위치와 상기 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는,
    이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 31 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하는 상기 단계는,
    - 사용자 장치 근처의 고도(terrain elevation)를 바탕으로 각각의 의사범위를 조정하고, 그리고
    - DTV 송신기 각각의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 사용자 장치의 위치 결정 장치로서, 이 위치 결정 장치는,
    - 다수의 DTV 송신기로부터 다수의 디지털 텔레비전(DTV) 방송 신호를 사용자 장치에서 수신하기 위한 수단,
    - DTV 방송 신호를 바탕으로 사용자 장치와 각각의 DTV 송신기간 의사범위를 결정하기 위한 수단, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  46. 제 45 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - DTV 송신기 중 하나에서의 송신기 클럭과 공지 시간 기준간 시간차를 바탕으로 의사범위를 조정하기 위한 수단, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  47. 제 45 항에 있어서, DTV 방송 신호는 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호이고, 상기 의사범위는 ATSC 프레임의 공지 디지털 시퀀스를 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 공지 디지털 시퀀스가 동기화 코드인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  50. 제 48 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  51. 제 48 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) 신호이고, 상기 의사범위는 DTV 방송 신호의 공지 성분을 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  52. 제 51 항에 있어서, 공지 시퀀스가 산란 파일롯 캐리어(scattered pilot carrier)인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  53. 제 45 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치의 국부 시간 기준과 마스터 시간 기준간 시간차를 결정하기 위한 수단, 그리고,
    - 상기 의사범위, 각각의 DTV 송신기의 위치, 그리고 상기 시간차를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  54. 제 45 항에 있어서,
    - 상기 시간차를 이용하여 사용자 장치의 이어지는 위치를 결정하기 위한 수단
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  55. 제 45 항에 있어서, 의사범위를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 각각의 DTV 신호의 일부를 저장하기 위한 수단, 그리고
    - 의사범위를 생성하도록 사용자 장치에 의해 발생된 신호와, 상기 저장된부분 각각을 차례로 상관시키기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  56. 제 45 항에 있어서, 의사범위를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 의사범위를 생성하도록 DTV 신호가 수신됨에 따라, DTV 신호 각각을 사용자 장치에 의해 발생된 신호와 상관시키기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  57. 제 45 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치가 위치한 일반 지리 영역을 결정하기 위한 수단, 그리고
    - 상기 의사범위와 상기 일반 지리 영역을 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 일반 지리 영역은 사용자 장치에 통신연결된 추가적 송신기의 족적(footprint)인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  59. 제 45 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치 근처의 트로포스페릭 전파 속도(tropospheric propagationvelocity)를 결정하기 위한 수단,
    - 트로포스페릭 전파 속도를 바탕으로 각각의 의사범위 값을 조정하기 위한 수단, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  60. 제 45 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치 근처의 고도(terrain elevation)를 바탕으로 각각의 의사범위를 조정하기 위한 수단, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  61. 제 45 항에 있어서, 상기 위치 결정 장치는,
    - 사용자 장치에 통신연결된 추가적 송신기의 신원과, 상기 추가적 송신기와 수신 DTV 방송 신호를 상관시키는 상기 저장된 표를 바탕으로 상기 DTV 신호를 선택하기 위한 수단
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  62. 제 45 항에 있어서, 상기 위치 결정 장치는,
    - 사용자로부터 위치 입력을 수신하기 위한 수단, 그리고
    - 상기 위치 입력을 바탕으로 DTV 신호를 선택하기 위한 수단
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  63. 제 45 항에 있어서, 상기 위치 결정 장치는,
    - 상기 위치의 지문(fingerprint)을 조합하기 위해 가용 DTV 신호를 스캔하기 위한 수단, 그리고
    - 상기 지문(fingerprint)과, 공지 지문(fingerprint)을 공지 위치와 부합시키는 저장된 표를 바탕으로 의사범위를 결정하는 데 사용되는 DTV 방송 신호를 선택하기 위한 수단
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  64. 제 45 항에 있어서, 상기 위치 결정 장치는,
    - DTV 송신기로부터 리던던트(redundant) 의사범위를 바탕으로 각각의 의사범위의 신원을 확인하기 위해 RAIM(receiver autonomous integrity monitoring)을 이용하는 수단
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  65. 사용자 장치의 위치 결정 장치로서, 이 위치 결정 장치는,
    - 다수의 DTV 송신기로부터 다수의 디지털 텔레비전(DTV) 방송 신호를 사용자 장치에서 수신하기 위한 수단,
    - DTV 방송 신호를 바탕으로 각각의 DTV 송신기와 사용자 장치간 의사범위를 결정하기 위한 수단, 그리고
    - DTV 송신기 각각의 위치와 의사밤위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하도록 설정되는 위치 서버에 의사범위를 전송하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  66. 제 65 항에 있어서, 의사범위를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - DTV 송신기 중 하나로부터 DTV 방송 신호의 한 성분의 송신 시간을 결정하기 위한 수단,
    - 사용자 장치에서 상기 성분의 수신 시간을 결정하기 위한 수단, 그리고
    - 상기 송신 시간과 상기 수신 시간간 시간차를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  67. 제 65 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호이고, 상기 성분은 ATSC 프레임의 공지 디지털 시퀀스인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  68. 제 67 항에 있어서, 상기 성분이 동기화 코드인 것을 특징으로 하는 사용자장치의 위치 결정 장치.
  69. 제 68 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  70. 제 68 항에 있어서, 상기 동기화 코드는 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  71. 제 65 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) 신호인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  72. 제 71 항에 있어서, 상기 성분이 산란 파일롯 캐리어(scattered pilot carrier)인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  73. 제 65 항에 있어서, 의사범위를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 각각의 DTV 신호의 일부를 저장하기 위한 수단, 그리고
    - 의사범위를 생성하도록 사용자 장치에 의해 발생된 신호와 상기 저장된 부분 각각을 차례로 상관시키기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  74. 제 65 항에 있어서, 의사범위를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 의사범위를 생성하도록 DTV 신호를 수신함에 따라, 각각의 DTV 신호를 사용자 장치에 의해 발생된 신호와 상관시키기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  75. 사용자 장치의 위치 결정 장치로서, 이 위치 결정 장치는,
    - 사용자 장치로부터 다수의 의사범위를 수신하기 위한 수단으로서, 이때, 각각의 의사범위는 DTV 송신기에 의해 송출되는 DTV 신호를 바탕으로 다수의 DTV 송신기 중 하나와 사용자 장치 사이에서 결정되는, 이러한 수단, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  76. 제 75 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - DTV 송신기 중 하나에서의 송신기 클럭과 공지 시간 기준간의 시간차를 바탕으로 의사범위를 조정하기 위한 수단, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  77. 제 75 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ATSC(American Television Standards Committee) DTV 신호이고, 상기 의사범위는 ATSC 프레임의 공지 디지털 시퀀스를 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  78. 제 77 항에 있어서, 상기 공지 디지털 시퀀스가 동기화 코드인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  79. 제 78 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 필드 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  80. 제 78 항에 있어서, 상기 동기화 코드가 ATSC 데이터 프레임 내 데이터 세그먼트 내 동기화 세그먼트인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  81. 제 75 항에 있어서, 상기 DTV 방송 신호는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) 신호이고, 상기 의사범위는 DTV 방송 신호의 공지 성분을 바탕으로 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  82. 제 81 항에 있어서, 상기 공지 성분이 산란 파일롯 캐리어(scattered pilotcarrier)인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  83. 제 75 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치의 국부 시간 기준과 마스터 시간 기준간 시간차를 결정하기 위한 수단, 그리고
    - 상기 의사범위, 각각의 DTV 송신기의 위치, 그리고 상기 시간차를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  84. 제 83 항에 있어서, 상기 위치 결정 장치는,
    - 상기 시간차를 이용하여 사용자 장치의 이어지는 위치를 결정하기 위한 수단
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  85. 제 75 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치가 위치한 일반 지리 영역을 결정하기 위한 수단, 그리고
    - 상기 의사범위와 상기 일반 지리 영역을 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  86. 제 85 항에 있어서, 상기 일반 지리 영역은 사용자 장치에 통신연결된 추가적 송신기의 족적(footprint)인 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  87. 제 75 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치 근처의 트로포스페릭 전파 속도(tropospheric propagation velocity)를 결정하기 위한 수단,
    - 트로포스페릭 전파 속도를 바탕으로 각각의 의사범위 값을 조정하기 위한 수단, 그리고
    - 각각의 DTV 송신기의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  88. 제 75 항에 있어서, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 상기 수단은,
    - 사용자 장치 근처의 고도(terrain elevation)를 바탕으로 각각의 의사범위를 조정하기 위한 수단, 그리고
    - DTV 송신기 각각의 위치와 조정된 의사범위를 바탕으로 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치의 위치 결정 장치.
  89. 제 1 항 내지 44 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 상기 프로그램식 프로세서로 하여금 실행하게 하는 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자 장치의 위치를 결정하기 위한, 컴퓨터에 의해 판독가능한 매체 상에 실질적으로 저장되는 컴퓨터 프로그램 프로덕트.
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