KR20040056492A - Position tracking method in a mobile phone using both cell number and radio wave characteristic information - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동통신망에서 이동전화의 위치를 추정하는 이동전화의 위치추정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기지국 위치정보(셀 섹터의 중심 좌표) 와 이동전화로부터 수신된 전파특성 정보를 이용하여 이동전화의 위치를 추정할 수 있도록 하는 기지국 위치정보와 이동전화로부터 수신된 전파특성정보를 이용한 이동전화 위치추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the location of a mobile phone in a mobile communication network. More particularly, the present invention relates to a mobile phone using a base station location information (center coordinate of a cell sector) and radio wave characteristic information received from the mobile phone. The present invention relates to a mobile telephone position estimation method using base station position information and radio wave characteristic information received from a mobile telephone to estimate the position of a telephone.
일반적으로 이동통신망은 도 1에 도시된 바와 같이 이동통신교환기(10)가 기지국제어기(20)를 통해 송신 또는 착신될 이동전화(30)가 위치하고 있는 기지국(BTS1∼ BTSn)을 제어하여 이동통신서비스를 가능하게 하도록 이루어진 것으로서, 상기 기지국(BTS1∼ BTSn)들은 셀 내에 존재하는 이동전화(30)로부터의 호 연결을 위한 무선신호를 수신하여 이를 기지국제어기(20)로 알리는 작용을 하게 되며, 상기 기지국제어기(20)와 이동통신교환기(10)는 요구된 호에 대해 망 연동 시스템으로의 호 연결을 실행하여 상호 통신이 이루어지도록 하고 있다.In general, the mobile communication network moves by controlling the base stations BTS 1 to BTS n where the mobile telephone 30 to be transmitted or received through the base station controller 20 is located, as shown in FIG. 1. As configured to enable a communication service, the base stations BTS 1 to BTS n receive a radio signal for call connection from the mobile phone 30 existing in the cell and inform the base station controller 20 of the radio signal. The base station controller 20 and the mobile communication exchanger 10 perform call connection to the network interworking system with respect to the requested call to perform mutual communication.
이와 같은 이동통신시스템에서는 이동전화(30)에 착신호가 발생하였을 때 이동전화가 있는 기지국의 위치를 파악하여 해당 구역의 기지국 제어장치를 통하여이동전화를 호출할 수 있도록 하기 위해 이동통신교환기의 홈 가입자 위치 등록기(HLR; Home Location Register)에 이동전화들의 위치 즉 이동전화가 위치하고 있는 셀(기지국)의 위치를 등록받아 저장하고 있다.In such a mobile communication system, when an incoming call occurs in the mobile phone 30, the home subscriber of the mobile communication switch is used to determine the location of the base station where the mobile phone is located so that the mobile phone can be called through the base station controller of the corresponding area. The location of the mobile phones, that is, the location of the cell (base station) in which the mobile phone is located, is stored in the home location register (HLR).
여기서 기지국이란 특정 이동통신기지국(BTS1∼ BTSn)이 자신을 둘러싸고 있는 영역내에서 가장 양호하게 이동전화의 호 (Call : 통화를 요구하는 것)를 처리할 수 있는 구역을 의미하는 것으로서, 기지국을 구분하는 코드로서 PN코드(short code)를 사용하며, 상기 PN코드는 모든 기지국이 동일하고 단지 시간적 차이를 이용하여 기지국을 구분하게 되는 것인바, 상기 이동전화의 위치등록은 이동전화의 전원을 키거나 끌 때, 주기적으로, 혹은 위치영역이 변경되는 등의 상황마다 이루어져서 이동통신교환기에서는 항상 이동전화의 위치를 파악하고 있게 된다. 이때, 이동전화의 위치를 나타내는 기지국의 지리적 위치는 기지국의 설치시 이미 NMS(Network Management System)에 등록되어져 있기 때문에 이동전화가 위치한 기지국의 위치정보 즉 PN코드를 통해 이동전화의 위치를 파악할 수 있게 된다.Here, the base station means an area where a specific mobile communication base station (BTS 1 to BTS n ) can best handle a call (call) of a mobile phone in the area surrounding it. PN code (short code) is used as a code for distinguishing the PN code, and all the base stations are the same and use only a time difference to distinguish the base stations. When the key is turned on or off, periodically, or in a situation in which the location area is changed, the mobile communication switch always knows the location of the mobile phone. In this case, since the geographical location of the base station indicating the location of the mobile phone is already registered in the NMS (Network Management System) when the base station is installed, the location of the mobile phone can be determined through the location information of the base station where the mobile phone is located, that is, the PN code. do.
그러나 이동전화의 경우 위와 같이 단순히 기지국의 위치를 나타내는 PN번호를 통해 기지국단위로 위치파악이 가능하지만, 기지국의 크기가 그 종류에 따라 차이가 있을지라도 보통 반경 1.5㎞ 내외로 이루어져 있는 점을 감안할 때 좀 더 정확한 위치파악에는 한계가 있는 바, 최근 이동전화의 위치추정기능을 이용하여 어린이나 치매 노인, 정신장애인 등이 길을 잃어버렸을 경우 곧바로 가족들이 위치를 파악할 수 있는 것은 물론, 사고를 당했을 때 구난요청도 가능하게 하는데 이용되고 있음에도 위와 같은 이유로 인해서 신속하게 대처하지 못하는 문제점이 있었다.However, in the case of mobile phones, the location can be determined by the base station unit simply by the PN number indicating the location of the base station as above. There is a limit to more accurate location, so if the child, demented elderly, mentally disabled, etc. lost their way by using the location estimation function of the mobile phone recently, the family can immediately identify the location and when they have an accident Although it was used to enable rescue requests, there was a problem that it could not cope quickly due to the above reasons.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명한 것으로, 이동전화의 전파특성정보(2G망 동기식 CDMA에서는 Ec/Io를 사용하고 WCDMA에서는 PathLoss를 사용)에 따라 결정되는 인접 기지국들의 각 안테나정보를 이용하여 각 섹터의 중심값들에 대한 평균치를 이용하여 이동전화의 위치를 추정할 수 있도록 하는 기지국 위치정보와 이동전화로부터 수신된 전파특성정보를 이용한 이동전화 위치추정방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.The present invention is invented to solve the above problems, and uses the antenna information of neighboring base stations determined according to the propagation characteristics information of the mobile telephone (Ec / Io in 2G network synchronous CDMA and PathLoss in WCDMA). An object of the present invention is to provide a method for estimating a location of a mobile phone using base station location information and radio wave characteristic information received from the mobile phone to estimate the location of a mobile phone using an average of the center values of each sector. have.
또한, 본 발명의 다른 목적으로는 이동전화의 인접 기지국들의 안테나정보를 이용하여 구한 무게중심위치에서 각 인접 기지국들로부터 수신되는 전파특성정보의 세기를 감안하여 각 기지국 방향으로 위치 수정량을 구한다음 위치수정벡터의 총합으로 이동전화의 위치를 추정함으로써 기지국 정보만을 이용하는 것 보다 한층 정확한 이동전화의 위치를 추정할 수 있도록 된 기지국 위치정보와 이동전화로부터 수신된 전파특성정보를 이용한 이동전화 위치추정방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.Another object of the present invention is to calculate the position correction amount in the direction of each base station in consideration of the strength of the radio wave characteristic information received from each neighboring base station at the center of gravity obtained using the antenna information of neighboring base stations of the mobile telephone. Mobile phone location estimation method using base station location information and radio wave characteristic information received from mobile phone, which can estimate mobile phone location more accurately than base station information by estimating mobile phone location by sum of location correction vectors The purpose of the invention is to provide.
도 1은 일반적인 이동통신시스템망의 구성도,1 is a configuration diagram of a general mobile communication system network;
도 2는 본 발명에 따른 이동전화 위치추정 순서도,2 is a mobile phone position estimation flowchart according to the present invention;
도 3은 가중치 설정 비례곡선,3 is a weight setting proportional curve,
도 4는 셀 섹터의 중심좌표 설정도면,4 is a center coordinate setting diagram of a cell sector;
도 5는 셀 섹터 중심좌표를 이용한 초기 무게중심좌표 설정도면,5 is a diagram for setting initial center of gravity coordinates using cell sector center coordinates;
도 6은 본 발명에 따른 이동전화 위치의 추정방법을 설명하는 도면이다.6 is a view for explaining a method for estimating the position of a mobile telephone according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 -- 이동통신교환기, 20 -- 기지국제어기,10-mobile switching center, 20-base station controller,
30 -- 이동전화,30-mobile phones,
AC -- 액티브 기지국, NC1∼NCn-- 인접 기지국.AC-active base station, NC 1- NC n -neighbor base station.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 이동통신교환기에 있는 위치계산장치의 저장수단에는 이동전화로부터 수신되는 전파특성정보의 크기에 대응되어 위치추정을 위한 보상용 가중치를 설정하여 저장하여 놓은 다음, 이동전화로부터 수신신호를 수신하여 각 기지국에서의 수신감도와 관련된 전파특성정보를 판단하는 단계, 상기 기지국들을 전파특성정보의 크기순서에 따라 제 1인접 기지국으로부터 제n 인접 기지국까지 정하여 배열하는 단계, 상기 기지국들의 셀 섹터 중심 좌표를 이용하여 구한 무게중심에 해당하는 중심위치를 정하여 이동전화가 위치하고 있는 것으로 추정하는 단계, 상기 무게중심위치에서 신호세기가 가장 큰 순으로 배열된 기지국에 대한 가중치만큼 추정된 위치 수정량을 설정한 각각의 수정 벡터들의 총합을 구하여 이동전화의 위치를 추정하도록 하는 단계로 이루어져 있다.According to the present invention for realizing the above object, in the storage means of the position calculating device in the mobile communication switch, a compensation weight for position estimation is set and stored corresponding to the magnitude of the radio wave characteristic information received from the mobile telephone. Receiving a received signal from the mobile phone to determine the propagation characteristics information related to the reception sensitivity at each base station, and arranging the base stations from the first adjacent base station to the n-th neighboring base station according to the order of the propagation characteristics information And estimating that the mobile phone is located by determining a center position corresponding to the center of gravity obtained by using the cell sector center coordinates of the base stations, as much as the weight of the base stations arranged in order of the largest signal strength at the center of gravity. The sum of each correction vector that sets the estimated position correction amount is obtained. Estimating the position of the coin.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용에 대하여 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따라 인접 기지국의 위치를 감안하여 이동전화의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for estimating the position of a mobile phone in consideration of the position of an adjacent base station according to the present invention.
통상 이동통신교환기(10)에서는 이동전화(30)로부터 수신되는 전파특성정보(2G망 동기식 CDMA에서는 Ec/Io를 사용하고 WCDMA에서는 PathLoss를사용)의 크기에 따라 실제 통신을 수행하는 액티브 기지국과 그에 인접된 위치에 존재하는 인접 기지국을 판단하여 액티브 기지국의 위치를 이동전화(30)가 위치하고 있는 것으로 판단하고 있었으나, 액티브 기지국의 반경이 넓음에 따라 위치오차가 많이 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 액티브 기지국과 인접 기지국의 위치를 고려하여 위치를 보정함으로써 좀 더 정확하게 이동전화(30)의 위치를 추정할 수 있도록 하기 위한 것이다.In the mobile communication switch 10, an active base station that performs actual communication according to the size of radio wave characteristic information received from the mobile phone 30 (using Ec / Io in 2G network synchronous CDMA and PathLoss in WCDMA) and Although it was determined that the mobile telephone 30 is located in the position of the active base station by determining the adjacent base station existing in the adjacent position, the position error occurs a lot as the radius of the active base station is wide. Therefore, in the present invention, the position of the mobile telephone 30 can be estimated more accurately by correcting the position in consideration of the positions of the active base station and the adjacent base station.
이를 구현하기 위한 본 발명에서는 이동통신교환기(10)에 있는 위치계산장치의 저장수단에는 이동전화로부터 수신되는 전파특성정보의 크기순서에 대응되어 이동전화의 추정위치를 보상할 가중치를 설정하여 저장하여 놓는다. 상기 가중치는 전파특성정보의 크기순서에 따라 배열되는 인접 기지국들에 대해그래프와 같이 선 순위의 인접 기지국들에 높은 가중치가 부여되고 후 순위의 인접 기지국들에 낮은 가중치가 부여되면서 선 순위의 인접 기지국들에 많은 가중치가 부여되도록 설정된다. 여기서 가중치라 함은 이동전화의 추정위치를 보상할 때 전파특성정보의 크기순서에 따라 2개의 기지국들끼리 비교하여 추정위치를 보상하게 되는 바, 위치추정시 현재의 추정위치에서 가중치가 높은 방향으로 가중치 비율만큼 이동시키기 위해 설정되는 값이다.In the present invention for realizing this, the storage means of the position calculating device in the mobile communication switch 10 sets and stores a weight to compensate the estimated position of the mobile phone in correspondence with the magnitude order of the radio wave characteristic information received from the mobile phone. Release. The weight is for neighboring base stations arranged according to the order of propagation characteristic information. As shown in the graph, high weights are given to neighboring base stations of a higher priority and lower weights are given to neighboring base stations of a later order, and thus, more weights are given to adjacent base stations of a higher priority. Here, the weight is used to compensate the estimated position by comparing the two base stations according to the magnitude order of the radio wave characteristic information when compensating the estimated position of the mobile phone. The value is set to move by the weight ratio.
상기 인접 기지국들에 의한 보상 가중치는 도 3에 도시된 바와 같이로 감소하는 감소함수에 의거 비례적으로 결정하도록 하는 것을 특징으로 하는 것으로, 다음의 변수들로 표현이 가능하다.The compensation weights by the neighbor base stations are shown in FIG. It is characterized by determining proportionally based on decreasing function.
위와 같은 방법은 절대 제어량의 크기(volume)를 이용하여 구간별 변화율에 따라 가중치를 설정하는 방법이다.The above method is a method of setting weights according to the rate of change for each section using the volume of the absolute control amount.
이와 같이 이동통신교환기(10)에 전파특성정보의 크기순서에 따른 가중치가 저장되어 있는 상태에서 사용자로부터 특정 이동전화의 위치확인을 요청받는 경우 이동통신교환기(10)에서는 해당 이동전화로부터 수신신호를 감지하여 각 기지국에서의 수신감도와 관련된 전파특성정보를 판단하고, 상기 기지국들을 전파특성정보의 크기순서에 따라 제 1인접 기지국으로부터 제n 인접 기지국까지 정하여 배열한다.As described above, when the mobile communication switch 10 receives a request for locating a specific mobile phone while the weight is stored according to the magnitude order of the radio wave characteristic information, the mobile communication switch 10 receives the received signal from the mobile phone. After sensing, propagation characteristic information related to reception sensitivity at each base station is determined, the base stations are arranged from the first neighboring base station to the nth neighboring base station according to the order of propagation characteristic information.
그리고, 상기 인접 기지국(NC1∼NCn)들을 검출된 전파특성정보의 크기순서에따라 우선순위가 높은 제1 인접 기지국(NC1)으로부터 제n 인접 기지국(NCn)까지 정하여 배열하되, 예컨대 전파특성정보가 가장 큰 인접 기지국을 제1 인접 기지국(NC1)이라 설정하고 다음 크기의 인접 기지국을 제2 인접 기지국(NC2)이라 설정하는 등 각 인접 기지국들의 전파특성정보의 크기순서에 따라 설정된 제n 인접 기지국(NCn)까지 설정한다. 전파특성정보의 크기순서에 따라 설정된 기지국들의 무게중심에 해당하는 중심위치(P1지점)를 정하여 이동전화가 위치하고 있는 것으로 추정한다.In addition, the adjacent base stations (NC 1 ~NC n), but the priority array appointed to the high from the first adjacent base station (NC 1) n neighbor base stations (NC n) according to the magnitude of the detected propagation characteristics information, e.g. The neighboring base station having the largest propagation characteristic information is set to the first neighboring base station NC 1 and the next neighboring base station of the next size is set to the second neighboring base station NC 2 . Set up to the set nth neighboring base station NC n . According to the magnitude order of the propagation characteristic information, the center position (P 1 point) corresponding to the center of gravity of the set base stations is determined, and it is estimated that the mobile telephone is located.
셀 섹터의 중심좌표는 도 3에 도시된 바와 같이 안테나 좌표, 안테나와 셀 섹터의 중심간 거리, 방위각()의 관계로 구할 수 있으며, 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.As shown in FIG. 3, the center coordinates of the cell sectors are the antenna coordinates, the distance between the center of the antenna and the cell sector, and the azimuth angle ( ), Which can be found as follows:
여기서 H는 안테나의 높이, S는 안테나와 셀 중심간의 거리를 나타낸다.Where H is the height of the antenna and S is the distance between the antenna and the cell center.
여기서는 방위각,는 고각, (X,Y,H)는 안테나 좌표, 표(Xc,Yc,0)는 셀중심좌표를 각각 나타낸다.here Azimuth, Are elevation angles, (X, Y, H) are antenna coordinates, and tables (Xc, Yc, 0) are cell center coordinates.
상기 식은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.The above equation may be expressed as Equation 2 below.
수학식 2에 수학식 1을 대입하면 다음과 같다.Substituting Equation 1 into Equation 2 is as follows.
윗 식은 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.The above equation may be expressed as Equation 3 below.
상기 수학식 3을 수학식 2에 대입하면 다음과 같이 셀 중심좌표를 구할 수 있다.Substituting Equation 3 into Equation 2 may obtain a cell center coordinate as follows.
여기서 X,Y,H는 안테나의 좌표(X,Y,H), XC,YC,0는 셀 섹터 중심의 위치좌표(XC,YC,0)로서, 특히 H는 안테나의 높이, S는 안테나와 셀 섹터의 중심간 거리를 각각 나타낸다.Where X, Y, H are the coordinates (X, Y, H) of the antenna, X C , Y C , 0 are the position coordinates (X C , Y C , 0) at the center of the cell sector, in particular H is the height of the antenna, S denotes the distance between the center of the antenna and the cell sector, respectively.
또한, 도 4는 상기 위치추정단계에서 셀 섹터의 중심좌표를 이용하여 무게중심좌표를 구한 뒤 이 지점을 초기 이동전화 위치로 설정하는 것을 나타낸다.In addition, Fig. 4 shows that the center of gravity coordinates are obtained using the center coordinates of the cell sector in the position estimating step, and then this point is set as the initial mobile telephone position.
도 5는 초기 이동전화 위치는 액티브 기지국의 중심좌표를 비롯하여 인접 기지국의 중심좌표간 무게중심좌표로 추정하게 되는 바, 예컨대 액티브 기지국의 중심좌표를 (Xa, Ya), 제1 인접 기지국의 중심좌표를 (Xn1, Yn1), 제2 인접 기지국의 중심좌표를 (Xn2, Yn2)라 할 때 초기무게중심좌표 P1은5 shows that the initial mobile telephone position is estimated by the center coordinates of the centers of adjacent base stations as well as the center coordinates of the active base stations. For example, the center coordinates of the active base stations are (Xa, Ya) and the center coordinates of the first neighbor base station. When (Xn1, Yn1) and the center coordinates of the second neighboring base station is (Xn2, Yn2), the initial weight center coordinate P 1 is
로 추정하게 된다.To be estimated.
이어, 상기 무게중심위치에서 신호세기가 가장 큰 순으로 배열된 기지국에 대한 가중치만큼 추정된 위치 수정량을 설정한 각각의 수정 벡터들의 총합을 구하여 이동전하의 위치를 추정하도록 하는 단계를 수행한다.Subsequently, a step of estimating the position of the mobile charge is obtained by obtaining the sum of the respective correction vectors which set the position correction amount estimated by the weight of the base stations arranged in the largest order of the signal strength at the center of gravity.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 무게중심위치(P1지점)에서 신호의 세기가 가장 큰 기지국(AC)에 대한 가중치만큼 추정위치를 기지국(AC)방향으로거리만큼 위치 수정량을 가진 위치수정벡터를 설정한다.That is, as shown in FIG. 6, the estimated position is moved toward the base station AC by the weight of the base station AC having the largest signal strength at the center of gravity position (P 1 point). Set the position correction vector with the amount of position correction by distance.
기지국(AC)과 무게중심위치(P1지점)간의 ½지점에 이동전화가 위치하고 있는 것으로 추정하고 있다.It is assumed that the mobile phone is located at the ½ point between the base station (AC) and the center of gravity (P 1 point).
이와 같은 위치 수정에 이어, 상기 제1 인접 기지국(NC1)에 대한 가중치만큼제1 인접 기지국(NC1) 방향으로만큼 위치 수정 벡터를 설정하고, 이러한 추정위치 이동과정을 제2 인접 기지국(NC2), 제3 인접 기지국(NC3) 등 제n 인접 기지국(NCn)에 대해서도 반복적으로 수행하여 제2 인접 기지국(NC2)방향으로, 제3 인접 기지국(NC3) 방향으로, … 제n 인접 기지국(NCn)방향으로만큼 위치 수정 벡터를 설정하여 각 벡터들의 전체 총합을 구하여 얻어진 위치(Pn)에 이동전화가 위치하고 있는 것으로 추정한다. 이때 이동되는 거리내지은 앞서 설명된 바와 같이그래프를 만족하는 값들로 설정된다.The ear at the same location fix, the first neighbor base station (NC 1) direction as the weight for the first neighbor base station (NC 1) The position correction vector is set as many times, and the estimated position shifting process is repeatedly performed for the nth neighboring base station NC n such as the second neighboring base station NC 2 , the third neighboring base station NC 3 , and the like. In the direction of (NC 2 ) , Toward the third neighboring base station NC 3 ,… Toward the nth neighboring base station NC n It is estimated that the mobile telephone is located at the position P n obtained by setting the position correction vectors by the total sum of the respective vectors. Distance traveled To As explained earlier Set to values that satisfy the graph.
각 기지국에 대한 가중치 및 위치수정벡터는 다음과 같다.The weight and position correction vector for each base station are as follows.
이와 같이 최종적으로 추정된 이동전화의 위치는 전파특성정보가 큰 순서로 배열된 기지국들의 위치까지 고려하여 추정하게 됨으로써 실제 이동전화가 위치하고 있는 곳에 가까운 위치를 추정하여 결정할 수 있게 된다.In this way, the estimated position of the mobile phone is estimated by considering the positions of base stations in which radio wave characteristic information is arranged in a large order, thereby determining and estimating a position close to where the actual mobile phone is located.
상기한 바와 같이 본 발명은 GPS수신기능이 구비되어 있지 않은 이동전화의 현위치를 추정함에 있어 전파특성정보가 큰 순서로 배열된 기지국들에 의한 무게중심위치로부터 전파특성정보를 감안하여 추정위치를 보정하도록 함으로써 보다 정확하게 이동전화의 위치를 추정할 수 있는 장점이 있다.As described above, in the present invention, in estimating the current position of a mobile telephone which is not equipped with a GPS reception function, the estimated position is determined in consideration of the propagation characteristic information from the center of gravity position of the base stations arranged in a large order. There is an advantage that the position of the mobile phone can be more accurately estimated by the correction.
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