KR20040068352A - 무선 이동 통신 시스템에서 기지국 위치 파라미터를결정하기 위한 이동국의 이용 - Google Patents

무선 이동 통신 시스템에서 기지국 위치 파라미터를결정하기 위한 이동국의 이용 Download PDF

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KR20040068352A KR10-2004-7010104A KR20047010104A KR20040068352A KR 20040068352 A KR20040068352 A KR 20040068352A KR 20047010104 A KR20047010104 A KR 20047010104A KR 20040068352 A KR20040068352 A KR 20040068352A
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Abstract

무선 통신 네트워크에서, 기지국 안테나 위치 및 시간 오프셋은 다양한 조건에 따라 가장 신뢰할 수 있는 이동국 위치 지점을 획득하는데 이용되는 다른 정보와 함께 기지국 위성력 데이터베이스에 저장된다. 그 시스템은 이동국의 위치 지점 및 지상 거리측정 정보를 이용하여 기지국 위치 및 기지국 타이밍 오프셋을 결정한다. 기지국 안테나 위치 데이터를 유지 및 개선시키고 기지국 안테나의 변경 또는 재배치를 보정하기 위하여, 통상의 이동국 위치를 결정하는 동안에 기지국 안테나 위치를 결정한다. 기지국으로부터의 거리측정, 및 범지구 위성 수신기를 갖는 이동국으로부터의 위치 데이터의 신속한 획득에 기초하여, 이동국 위치 결정의 정확도를 보장하고, 기지국 안테나를 재배치하는 동안 셀 섹터 아이덴터티의 손실을 신속하게 복구할 수 있다.

Description

무선 이동 통신 시스템에서 기지국 위치 파라미터를 결정하기 위한 이동국의 이용{USE OF MOBILE STATIONS FOR DETERMINATION OF BASE STATION LOCATION PARAMETERS IN A WIRELESS MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
관련 출원들
본 출원은, 2001년 12월 27일에 출원되었고 여기서 참조하는 미국 가출원번호 제 60/343,748 호의 우선권을 주장한다. 또한, 본 출원은 2002년 3월 12일에 출원된 미국 출원번호 제 10/097,041 호의 우선권을 주장한다.
발명의 배경
발명의 기술분야
본 발명은 일반적으로 이동 통신에 관한 것으로, 좀더 자세하게는, 이동 통신 네트워크에서 기지국의 위치를 결정하는 것에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
이동 통신 네트워크는 그 네트워크의 이동 단말기 위치를 측정하기 위하여 점점 더 복잡한 능력을 제공하고 있다. 이동 단말기가 미국에서의 911 호출과 같은 응급 서비스를 호출할 때에, 관할 구역의 규정 요건은 네트워크로 하여금 이동 단말기의 위치를 보고하도록 요구할 수도 있다. 코드분할 다중접속 (CDMA) 디지털 셀룰러 네트워크에서, 위치 측정 능력은 기지국의 무선 신호에 대한 이동국의 측정된 도달 시간으로부터 이동국 (MS) 의 위치를 계산하는 기술인 AFLT(Advanced Forward Link Trilateration) 에 의해 제공받을 수 있다. 보다 진보한 기술은, 이동국이 GPS (Global Positioning System) 수신기를 이용하고, AFLT 및 GPS 측정치에 기초하여 그 위치를 계산하는 하이브리드 위치 측정법이다.
MS-기반 및 MS-지원의 경우에 모두 적용할 수 있고 AFLT, GPS, 및 하이브리드 수신기를 채용하는 CDMA 위치 측정용 메시지 프로토콜 및 포맷은 TIA/EIA 표준 IS-801-1 2001, 듀얼-모드 확산 스펙트럼 시스템용 위치 결정 서비스 표준-부록에 공표되어 있으며, 여기서 참조한다. 이 표준의 페이지 4-43 은, 각각의 기지국이 CDMA 파일럿 의사 랜덤 (pseudorandom; PN) 시퀀스를 송신하는 기지국 안테나의 GPS 기준 시간 정정치를 송신해야함을 명시하고 있다.
다른 위치 측정 기술은 이동국이 아닌 네트워크 엔터티에 의해 측정되는 것이다. 이들 네트워크-기반 방법들 중 일 예는 서빙 (serving) 기지국에 의해 수행되는 RTD 측정이다. 이동국에 의한 측정치는 네트워크-기반 측정치와 결합되어, 계산된 위치의 정확도 및 가용성을 향상시킬 수도 있다.
기지국 시간 오프셋, 기지국 안테나 위치 및 다른 파라미터들의 교정 또는 재-교정과 관련된 데이터는 "기지국 위성력 (base station almanac)" 이라고 칭하는 것에 저장된다. 기지국 위성력 데이터베이스는 GPS 의사범위 탐색을 개시하기 위하여 초기 위치 추정치를 결정하는 정보를 제공한다. 기지국 위성력 데이터베이스는, 관측된 의사 랜덤 잡음 시퀀스 (PN) 가 GPS-가능 IS-95 CDMA 네트워크의 물리적인 섹터와 동일한 것으로 나타나는 모호성 (ambiguity) 을 해결하기 위한 정보를 제공한다. 기지국 위성력 데이터베이스는, 신호가 나타나는 셀룰러 기지국 섹터 안테나 위치를 제공한다. AFLT 범위 측정은 이들 안테나 위치에서 수행된다.
발명의 요약
통상적으로, 무선 통신 시스템에서는 이동국 위치의 결정을 위한 기준으로서 무선 기지국을 이용한다. 기지국을 기준으로서 이용하기 위하여, 기지국 신호 타이밍 정보는 물론, 기지국 안테나 위치가 정확하게 알려져야 한다. 기지국 안테나 위치 및 타이밍 정보는 위치 결정 엔터티에 의해 이용되기 위하여 기지국 위성력 데이터베이스에 기록된다. 이러한 안테나 위치 및 타이밍 정보의 획득은 지루하고 비용이 많이 들 수도 있다.
기지국 안테나 위치 또는 타이밍 정보의 변경으로 인해, 종종, 기지국 안테나가 재배치되거나 기지국 트랜시버가 수리되거나 대체된다. 예를 들어, 2 개의 물리적인 기지국이 자신의 식별 정보를 교환할 경우, 기지국이 논리적으로 이동될 수 있다. 기지국이 물리적으로 이동하지는 않지만, 그들은 위치를 교환한 것 처럼 (BS 사용자에게) 나타난다.
그러한 상황에서, 만약 기지국으로부터의 서비스를 재개하기 전에 그 데이터베이스가 업데이트되지 않으면, 데이터베이스 내의 대응하는 정보는 잘못될 수도 있다. 종종, 안테나 위치는 검사에 의해 또는 지도에 의해 판독된 좌표를 참조하여 결정되며, 안테나 좌표는 데이터베이스에 수작업으로 입력하므로 인간에 의한 에러의 가능성이 있다. 또한, 주문형 하드웨어가 그 타이밍 정보를 측정하는데 이용되고 타이밍 오프셋이 데이터베이스에 수작업으로 입력될 경우에, 기지국 타이밍 정보는 인간에 의한 에러에 좌우된다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 기지국과 통신하는 이동국을 이용하여, 그 기지국의 위치측정 파라미터를 결정한다. 예를 들어, 이동국의 위치를 결정한 후, 기지국과 이동국 사이에 송신된 신호 및 이동국의 위치로부터 기지국의 위치를 결정한다. 하나 이상의 기지국에 대한 잘못된 기지국 위치측정 파라미터에도 불구하고, 종종, 다른 기지국의 기지국 위치측정 파라미터로부터, 또는, 만약 이동국이 범지구 위성 수신기를 장착할 경우에, 이동국에 의해 수신되는 범지구 위성 신호로부터 이동국의 위치를 정확하게 결정할 수도 있다.
또한, 기지국과 통신하는 기지국의 위치와 관계없이 이동국의 위치가 결정될 때마다 통상적인 위치 측정 세션동안, 데이터베이스 내의 기지국 위치 정보가 체크될 수도 있다. 이것은 기지국과 이동국 사이에 송신되는 신호로부터 기지국과 이동국 사이의 거리를 결정함으로써 수행된다. 이 거리가 데이터베이스 내의 기지국 위치 정보와 일치하지 않을 경우, 보정된 기지국 위치 정보를 포함하도록 데이터베이스를 변경할 수도 있다. 이러한 방식으로, 잘못된 기지국 정보를 찾을 수도 있고, 기지국의 정확한 위치가 알려지기 전에 위치 측정 서비스용으로의 이용을 중단할 수도 있다.
일단 충분히 많은 독립적인 거리가 기지 (旣知) 의 위치를 갖는 이동국과 기지국 사이에서 결정되면, 잘못된 기지국 위치 정보는 자동으로 보정될 수 있다. 충분히 많은 독립적인 거리 측정치에 의해, 단일 이동국의 위치에 상당하는 정도의 확실도로 기지국의 위치를 결정할 수 있다. 이러한 방식으로, 데이터베이스 내의 기지국 위치 정보를 자동으로 유지 및 개선시킬 수 있다. 이것은 기지국과 이동국 사이의 통신 프로토콜의 어떤 변경없이, 통상의 위치 측정 서비스를 제공하는 동안 수행될 수 있다.
바람직한 구현예에서, 이동국의 위치 및 타이밍 오프셋은 기지국의 위치 및 타이밍 오프셋에 관계없이 결정된다. 만약 이동국의 위치 및 타이밍 오프셋이 기지 (旣知) 의 위치 및 타이밍 오프셋을 갖는 기지국으로부터의 다수의 품질 신호로부터 또는 GPS 로부터 결정되면, 이동국의 위치 및 타이밍 오프셋은, 종종, 수 미터 (meter) 및 나노초 (nanosecond) 레벨의 정확도로 매우 정확할 수도 있다. 이동국과 기지국 사이의 신호 송신의 측정치와 함께, 이동국에 대하여 알려진 이러한 위치 및 타이밍 정보는 기지국의 가능한 위치를 제한한다. 하나 이상의 이동국으로부터 기지국에 대한 다중의 측정치를 수개의 상이한 기지 (旣知) 의 위치로부터 수집한 후, 네비게이션 (예를 들어, GPS 및 AFLT) 업계에 널리 공지되어 있는 최소 자승 (least squares) 필터 또는 Kalman 필터와 같은 종래의 위치 및 시간 오프셋 계산 절차로의 입력으로서 이들 측정치들을 이용한다. 이러한 계산 절차는, 다중의 기지국들의 기지의 위치 및 기지의 시간 오프셋으로부터 이동국의 위치 및 시간 오프셋을 계산하는 종래의 계산 절차의 이용과는 달리, 다중의 이동국들의 기지의 위치 및 기지의 시간 오프셋으로부터 기지국의 위치 및 시간 오프셋을 결정하는데 이용된다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을읽음으로써 명백히 알 수 있다.
도 1 은 이동 전화 유닛의 위치를 측정하고 기지국을 교정하기 위한 GPS 시스템을 이용하는 셀룰러 전화 네트워크를 도시한 것이다.
도 2 는 도 1 의 셀룰러 전화 네트워크에서의 기지국에 대한 블록도이다.
도 3 은 기지국 위성력 데이터베이스에 액세스하는 위치 결정 엔터티를 포함하여, 도 1 의 셀룰러 전화 네트워크의 고정된 컴포넌트에 대한 블록도이다.
도 4 는 다수의 셀 섹터를 포함하는 셀 커버리지 지도이다.
도 5 및 6 은 위치 결정 엔터티가 이동국의 위치를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7, 8, 및 9 는 기지국의 위치 및 시간 오프셋이 다수의 이동국의 위치, 이동국 시간 오프셋, 및 기지국 위치와 이동국 위치 사이의 의사범위로부터 결정되는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10 은 기지국 안테나의 높이를 추정하는 루틴에 대한 흐름도이다.
본 발명이 다양한 변형 및 대체 형태에 영향을 받기 쉽지만, 그 특정한 실시형태들을 예로써 도면에 도시하였으며, 이를 상세히 설명한다. 그러나, 도시되어 있는 특정한 형태에 본 발명의 형태를 제한하려는 것은 아니며, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범주 내에서의 모든 변형, 균등물, 및 대체물을 포함함을 이해해야 한다.
발명의 상세한 설명
도 1 은 이동 전화 유닛의 위치를 측정하고 기지국을 교정하기 위한 GPS 시스템을 이용하는 CDMA 셀룰러 전화 네트워크를 도시한 것이다. 본 발명은 이러한 예를 참조하여 설명하지만, 본 발명이 CDMA 또는 GPS 의 이용에 제한되지 않음을 알아야 한다. 예를 들어, 본 발명은 시분할 다중접속 (TDMA) 셀룰러 전화 네트워크에서 실행할 수도 있으며, 본 발명은 위치 측정을 지원하는 어떤 종류의 범지구 위성 시스템도 이용하지 않고 이용할 수도 있다.
일반적으로, TDMA 셀룰러 전화 네트워크와 같은 어떤 종류의 무선 통신 네트워크와 함께 본 발명을 실행하기 위하여는, 호환가능한 위치측정 서비스에 관한 규격용으로 적용가능한 산업 표준을 참고하는 것이 바람직하다. 예를 들어, TIA/EIA 표준 IS-801-1 2001, 듀얼-모드 확산 스펙트럼 시스템용 위치 결정 서비스 표준은 AFLT 및 GPS 를 이용하여 특히 CDMA 네트워크용으로 적합하다. TIA/EIA 표준 ANSI-136 (위성을 통한 시스템 지원 이동국 위치확인) 은 미국에서 TDMA 디지털 PCS 시스템에 적합하다. 제 3 세대 파트너쉽 프로젝트 표준 3GPP TS 04.31 및 TS 25.331 위치측정 서비스 (LCS; OTDOA 를 이용한 UE 위치) 는 일정한 유럽 GSM 무선 전화 네트워크에 적합하다.
도 1 은 지구 (16) 표면 상에 육각형 어레이 내의 고정된 위치에 배치된 5 개의 CDMA 기지국들 (11, 12, 13, 14, 15) 을 도시한 것이다. 지구 상으로 약 11,000 해리 (nautical miles) 에는, 기지국 (11 내지 15) 과 가시선 (line-of-sight) 통신하는 적어도 5 개의 GPS 위성 (17, 18, 19, 20, 21) 이 있다. 기지국의 통신 범위 내에는, 상기 TIA 표준 문서에 이동국 (MS) 으로서 지칭되는 다수의 이동 CDMA 전화 유닛 (22, 23) 이 있다. 이들 이동국 (MS) 은 AFLT 이동국(22) 과 같은 AFLT 전용 이동국, 및 하이브리드 이동국 (23) 과 같은 하이브리드 이동국을 포함한다.
CDMA 네트워크는, 기지국으로부터, 소위, 파일럿 무선 신호의 도달 시간을 측정하는 이동국의 널리 알려진 AFLT 기술을 이용하여, AFLT 이동국 (22) 및 하이브리드 이동국 (23) 의 위치를 측정할 수 있다. 이동국의 시간 베이스와 관련되는 파일럿 위상 측정치에 의해 도달 시간이 표시된다. 이동국의 시간 베이스에서의 시간 오프셋의 영향을 제거하기 위하여, 이웃 기지국들 각각의 쌍과 파일럿 위상 측정치의 차이를 계산한다. 대부분의 경우에, 각각의 차이는 이동국을 특정 쌍곡선에 위치시킨다. 쌍곡선의 교점은 이동국의 위치를 제공한다.
또한, CDMA 네트워크는 널리 공지되어 있는 GPS 기술을 이용하여 하이브리드 이동국 (23) 의 위치를 측정할 수 있다. 각각의 CDMA 기지국 (11 내지 15) 은 GPS 시스템 시간 베이스를 참조하여 CDMA 시스템 시간 베이스를 제공하기 위하여 하나 이상의 GPS 위성 (17 내지 21) 의 캐리어 및 의사 랜덤 코드 시퀀스를 수신하는 GPS 수신기를 가진다. 하이브리드 이동국이 CDMA 네트워크를 갖는 위치 측정 세션에 참가할 경우, 서빙 기지국은 하이브리드 이동국으로 GPS 획득 데이터를 송신할 수도 있다. 하이브리드 이동국 (23) 은 각각의 GPS 위성 (17 내지 21) 과 이동국 사이의 의사범위의 측정을 약 10 초 이내에 획득하도록 GPS 획득 데이터를 이용할 수도 있다. MS-지원 해법의 경우, 하이브리드 이동국 (23) 은 의사범위 측정치를 서빙 기지국으로 송신한다. 이하, 도 3 을 참조하여 더 설명되는 바와 같이, 위치 결정 엔터티 (position determining entity; PDE) 는 4 개 이상의 의사범위 측정치로부터 하이브리드 이동국 (23) 의 지리적인 위치를 계산할 수도 있다. 다른 방법으로, MS-기반 해법의 경우, 이동국의 지리적인 위치는 이동국 스스로 계산할 수도 있다.
도 2 는 도 1 의 셀룰러 전화 네트워크에서의 각각의 기지국에 대한 기능 블록도를 도시한 것이다. 기지국 (11) 은 GPS 시스템 시간을 참조하여 기지국 시간 베이스 (32) 를 제공하는 GPS 수신기 (31) 를 구비한다. GPS 수신기 (31) 는 GPS 안테나 (39) 로부터 신호를 획득한다. 또한, 기지국은 CDMA 네트워크에서의 이동국들과 통신하기 위한 CDMA 트랜시버 (33) 를 구비한다. CDMA 트랜시버 (33) 는 기지국 시간 베이스 (32) 로부터 CDMA 시스템 시간을 획득한다. CDMA 트랜시버 (33) 는 CDMA 안테나 (40) 로부터 무선 신호를 송신 및 수신한다.
도 3 은 도 1 의 셀룰러 전화 네트워크의 고정된 컴포넌트에 대한 블록도이다. 이동국 스위칭 센터 (MSC; 34) 는, 구리선 또는 광섬유와 같은 다수의 전화선 (35) 과 기지국 (11) 사이의 통신 데이터와 음성 신호를 인터페이싱한다. 이동국 위치확인 센터 (MPC; 36) 는 이동국 스위칭 센터 (MSC; 34) 와 접속된다. MPC (36) 는 위치 측정 애플리케이션을 관리하고, 연동 기능 (IWF; 37) 및 데이터 네트워크 링크 (38) 를 통하여 위치측정 데이터를 외부 데이터 네트워크와 인터페이싱한다. 위치 결정 엔터티 (PDE; 41) 는 위치 측정 데이터를 수집하고 포맷한다. PDE (41) 는 이동국들에게 무선 지원을 제공하고, 위치 계산을 수행할 수도 있다. PDE (41) 는 MPC (36) 및 MSC (34) 에 접속된다. PDE (41) 는 기지국 위성력 데이터베이스 서버 (43) 에 의해 관리되는 기지국 위성력 데이터베이스 (44) 에 액세스한다. PDE (41) 및 기지국 위성력 데이터베이스 서버 (43) 는, 예를 들어, 종래의 디지털 컴퓨터 또는 워크스테이션을 이용하여 구현한다. 이하, 더 설명되는 바와 같이, 기지국 위성력 (44) 은 기지국 위성력 데이터베이스 서버 (43) 용 컴퓨터의 하드 디스크에 저장된다.
기지국 시간 베이스 (도 2 의 도면부호 32) 는 기지국이 인스톨되거나 변경될 경우에 교정되어야 한다. 각각의 기지국은 GPS 안테나 (도 2 의 도면부호 39) 로부터 GPS 수신기 (도 2 의 도면부호 31) 까지, GPS 수신기로부터 CDMA 트랜시버 (도 2 의 도면부호 33) 까지, 및 CDMA 트랜시버로부터 CDMA 안테나 (도 2 의 도면부호 40) 까지의 전파 지연 (propagation delay) 또는 위상 시프트에서의 변화로 인하여, CDMA 신호의 송신과 GPS 시스템 시간 사이의 각각의 시간 오프셋을 가질 수 있다. 따라서, AFLT 위치 결정에서의 거리측정 (ranging) 에러 및 하이브리드 위치 결정에서의 거리측정 에러 및 타이밍 에러를 저감하기 위하여, 예를 들어, PDE (도 3 의 도면부호 41) 에 의해 이용되도록 기지국 위성력 데이터베이스 (도 3 의 도면부호 44) 내에 기지국에 대한 시간 오프셋을 저장함으로써, 기지국 인스톨을 완료한 후에는 모든 기지국을 교정해야 한다. 또한, 어떤 후속적인 하드웨어 변경에 대하여 기지국을 재-교정하고 데이터베이스를 업데이트하는 것이 바람직하다.
기지국을 교정하거나 재-교정하기 위하여, 통상 하이브리드 이동국 사용자들이 전화 호출에 참여할 경우, 또는 필드 서비스 인원이 선택된 위치 근방을 운전하면서 통상의 위치 측정 세션으로부터 획득되지 않는 위치 측정 데이터를 획득하기위한 호출을 할 경우, GPS 및 AFLT 위치 측정 데이터가 통상의 위치 측정 세션 동안에 하이브리드 이동국으로부터 획득한다. 이러한 방식으로, PDE (도 3 의 도면부호 41) 는 교정 데이터를 내적으로 계산할 수도 있으며, 그 교정 데이터를 기지국 위성력 데이터베이스 (도 3 의 도면부호 44) 에 연속적으로 저장할 수도 있다. 또한, 어떤 사적 관심사를 경감하기 위하여, 통상의 위치 측정 세션은 하이브리드 이동국의 운영자가 무선 전화 호출을 하거나 그 호출에 응답할 경우에만 발생할 수도 있다. 이 경우, 운영자의 인지 및 동의없이 CDMA 시스템이 그 운영자의 위치를 결정하지 않는다.
기지국 안테나 위치 정보는, 순수하게 AFLT 모드 또는 하이브리드 모드에서 초기의 근사적인 위치 결정 및 최종 위치 결정을 위한 AFLT 측정치의 이용과 관련되는 성능 결과를 위하여 중요하다. 예를 들어, MS 는 파일럿 위상 측정 데이터를 PDE 에 제공한다. PDE 는 안테나 위치 정보용으로 제공되거나 안테나 위치 정보로부터 유도되는 값을 이용한다. 이 데이터에서의 많은 에러의 존재는 준-최적 성능에 기여할 수도 있다. 최종 위치를 계산하는 동안, PDE 는 파일럿 위상 측정 데이터를 단독으로 (AFLT 모드), 또는 GPS 데이터와 결합 (하이브리드 모드) 하여 이용한다. 모든 경우, 안테나 위치 및 높이 (고도) 가 최상의 정확도를 보장하도록 제공되어야 한다. 비록 적당히 알려지고 불명확하고 더 열등한 품질의 안테나 위치가 이용될 수 있지만, 기지국 안테나 위치 정보 (위도, 경도, 및 고도) 는 1 미터 이내의 에러를 갖는 WGS-84 에서의 "조사 등급 (survey grade)" 인 것이 바람직하다.
도 4 는 기지국 안테나 (61, 62, 63, 및 64) 에 대한 각각의 셀 섹터 커버리지 영역 (섹터 A, 섹터 B, 섹터 C, 및 섹터 D) 을 도시한 것이다. 중계기 (65) 는 기지국 안테나 (64) 의 커버리지 영역을 확장한다. 위치결정 프로세스를 개시하기 전, 이동국 (66) 이 트래픽 채널을 수신하기 전에도, 섹터 아이덴터티 정보가 기록된다. 그 이후 얼마간 이동국 (66) 은 통신 상태에 있기 때문에, 이동국이 위치 결정을 하기 시작한다. 이동국 (66) 은 현재의 PN 번호를 기록하고, 기록된 섹터 아이덴터티 정보와 함께 그 번호를 IS-801.1 메시지 내의 PDE 로 송신한다. 이동국 (66) 은 섹터 아이덴터티 정보가 기록된 섹터와는 다른 섹터로 핸드오프될 수도 있는데, 예를 들어, 이동국은, 그 이동국이 점선으로 도시되어 있는 위치 (67) 에 이를 때에 섹터 A 로부터 섹터 B 로 핸드오프된다. 이 경우, 현재의 PN 번호 및 섹터 아이덴터티 정보는 상이한 셀에 속할 수도 있다. 즉, 섹터 아이덴터티 정보는 서빙 섹터에 속하지만, PN 번호는 기준 섹터에 속한다. 또한, PN 은 고유하지 않으며, 통상적으로, 어떤 셀룰러 네트워크 내에서 여러번 반복된다.
또한, 기준 섹터 및 다른 섹터를 포함하여, 그 시간에 이동국에 의해 관측되는 섹터 범위 측정치는 이 초기 IS-801.1 메시지에 송신된다. 이들 섹터는 오직 PN 번호에 의해서만 식별 가능하며, 측정 섹터로서 알려진다. 또한, 관측될 경우의 서빙 섹터 및 기준 섹터는 측정 섹터이다. 오직 AFLT 측정치를 이용하고 추후에 수행되는 최종 지점 보다 통상적으로 덜 정확한 코오스 (coarse) 위치 (프리픽스 (prefix) 로 알려져 있음) 를 생성하는데, 이들 범위 측정치를 이용한다.
프리픽스의 목적은 오직 기준 섹터의 인지만을 이용하여 가능한 것 보다 더 정확한 GPS 지원 정보일 수 있는 더 정확한 초기 위치 추정치를 생성하는 것이다. 더 정확한 GPS 지원 정보는 GPS 정확도 및 수율을 향상시키며, 프로세싱 시간을 감소시킨다. 프리픽스는 선택적이며, 만약 어떤 이유로 이용할 수 없으면, 기준 섹터에 기초한 초기 위치 추정치를 이용한다.
GPS 지원 정보가 이동국에 송신된 후, 이동국은 최종 지점으로서 알려지는 GPS 측정치의 세트 및 AFLT 측정치의 제 2 세트를 수집한다. PN 번호는 고유하지 않기 때문에, PDE 는 어떤 PN 번호가 어떤 물리적인 섹터에 속하는지를 결정해야 한다. 종종, 이것은, 동일한 PN 번호를 갖는 섹터들이 서로 약 8 km 정도 또는 더 가까이 떨어져 있어서 종종 PN 모호성을 발생시키므로, 복잡한 프로세스일 수 있다. 이 간격은 서빙 섹터로부터 기준 섹터, 및 기준 섹터로부터 측정 섹터를 결정하는데 이용된다. 거리 임계값 내의 셀만이 고려된다. 거리 임계값은 BSA 의 최대 안테나 범위 파라미터를 스케일링 (scaling) 함으로써 결정한다.
만약 타깃 PN (target PN) 및 타깃 주파수를 갖는 섹터가 발견되지 않으면, 검색은 실패한다. 이와 유사하게, 만약 타깃 PN 및 타깃 주파수를 갖는 하나 이상의 섹터가 발견되지만 PDE 가 어떤 것이 실제의 것인지를 결정할 수 없으면, 검색은 실패한다. 만약 타깃 PN 을 갖는 일 섹터가 발견되면, 검색은 성공이며, 그 섹터는 관측된 PN 에 속하는 것으로 가정한다. 만약 서빙 섹터로부터 기준 섹터를 결정하려고 시도할 때 검색이 실패하면, 서빙 섹터는 기준 섹터인 것으로 가정한다. 만약 기준 섹터로부터 측정 섹터를 결정하려고 시도할 때 검색이 실패하면, 그 측정 PN 은 이용 불가능하며 무시된다. 만약 섹터 아이덴터티 정보가 BSA 에 전혀 발견되지 않으면, PDE 의 구성 파일 또는 레지스트리 (registry) 에 저장된 디폴트 (default) 초기 위치 추정치 정보를 이용하여 GPS 위치 결정을 시도한다.
또한, 네트워크 ID/시스템 ID 및 커버리지 영역 중심에 기초하여 초기 위치 추정치를 생성할 수도 있다. 커버리지 영역 중심은, 예를 들어, 기지국 섹터 안테나의 커버리지 영역 내에 있는 것으로 결정된 이동국 위치들의 평균값이다. 이 방법에서, PDE 는 BSA 내의 모든 섹터들을 검사함으로써 각각의 고유의 네트워크 ID 및 시스템 ID 를 갖는 모든 셀들의 커버리지 영역에 대한 불확실도 및 위치를 자동으로 결정한다. 이 정보는 여러 목적을 제공한다. 만약 더 양호한 초기 위치 추정치를 이용할 수 없으면, 네트워크 ID/시스템 ID 위치 및 불확실도를 이용할 수 있다. 이것은, 예를 들어, MS 에 의해 관측되는 섹터 아이덴터티 정보가 BSA 내에서 발견되지 않을 때에 발생한다. 이 경우에, 초기 위치 추정치는 훨씬 더 큰 불확실도를 갖으며, 이것은 GPS 정확도 및 수율을 저감시킬 수 있어서 더 큰 MS 프로세싱 시간을 야기한다. 만약 최종 지점 위치를 결정하는, 더 양호한 모든 방법을 이용할 수 없으면, 네트워크 ID/시스템 ID 중심 위치 및 불확실도가 보고된다.
즉, 하이브리드 이동국으로부터의 GPS 및 AFLT 위치 측정 정보가 결합되어 의사범위 오프셋 및 기지국 시간 베이스 오프셋을 생성할 수 있다. 기지국 시간 베이스 오프셋을 기지국 교정용으로 제공하는 것 이외에 다양한 셀 섹터의 경우와 같은 무선 커버리지 영역의 다양한 물리적인 위치에서의 의사범위 오프셋들은, 셀 섹터 근방에 있는 것으로 결정되는 이동국의 위치 지점의 보정용으로 수집 및 이용된다. 예를 들어, 거리 보정값은 순방향 링크 교정값 (FLC) 으로서 측정된다. 특히, FLC 는 이동국에 의해 송신된 데이터에 대한 시간 스탬프와 실제 송신 시간 사이의 시간 차이로서 정의한다.
FLC 에 기여하는 성분은 기지국 GPS 수신 안테나의 케이블 지연, 기지국 송신 하드웨어 타이밍 스트로브 입력에 대한 GPS 수신기 타이밍 스트로브 출력, 및 기지국 송신 안테나이다. 기지국 위성력 데이터베이스 서버는 하이브리드 이동국으로부터의 GPS 및 AFLT 위치 측정 데이터에 기초하여 기지국 위성력 데이터베이스에서의 FLC 필드를 자동으로 조정한다. 섹터에 대한 더 정확한 FLC 값을 이용함으로써, 범위 측정치는 약 0% 로부터 30% 까지 향상시킬 수 있다.
GPS 의사범위가 훨씬 더 정확하기 때문에, 만약 충분한 수의 GPS 위성이 관측되면, 최종 보고된 지점은 거의 전적으로 GPS 에 기초한다. 다행히, 이들 경우에서는, 섹터 안테나에 대한 거리 추정치를 여전히 측정하여, PDE 로그 파일에 저장한다. 따라서, 새로운 교정 FLC 값을 결정하는데 필요한 모든 정보를 이용할 수 있다. 이 정보는 이전의 "디폴트" 또는 "평균" FLC 값; 그리고, GPS 측정치, 기지국 위성력 데이터베이스로부터의 섹터 안테나 위치 및 각각의 셀 섹터 안테나에 대하여 측정된 거리 추정치를 이용하여 결정되고 파일럿 위상 측정을 이용하여 AFLT 기술로 결정되는 지점 위치를 포함한다. 다음의 수학식,
은 이들 입력을 새로운 FLC 값과 관련시킨다.
상술한 수학식은 단위 변환 상수를 생략한 것이다. 예를 들어, 만약 FLC 가, 소위, 의사범위 번호 칩_x_8 단위로 측정되면, 새로운 FLC 값을 위한 공식은,
이며, 여기서, FLCNEW는 새로운 순방향 링크 교정값 (칩_x_8 단위) 이며, FLCOLD는 PDE 를 수집하는 동안 이용되는 순방향 링크 교정값 (칩_x_8 단위) 이며, Residual 은 지상 조사정보 (ground truth) 가 알려지지 않을 경우에 PDE 로부터 나타나는, 특정 섹터의 의사범위 측정치의 나머지 (미터) 이며, 30.52 는 칩_x_8 단위당 미터 수이다.
어떤 지점 위치 에러가 새로운 FLC 값에서의 에러로 전환되기 때문에, FLC 조정에 대한 키 (key) 는 위치 지점이 매우 정확해야 한다는 것이다. 지점 위치는, 각각의 위치 지점의 에러에 대한 PDE 자체의 추정치인 "HEPE (Horizontal Estimated Position Error)" 품질 측정치를 이용하여 매우 신뢰성있게 결정될 수 있다. 따라서, 50 미터 미만의 HEPE 값을 갖는 것과 같은 어떤 품질 임계값을 만족하는 지점만이 이들 계산을 위하여 이용되어야 한다.
파일럿 측정치는, 각 지점에 따라 핸드셋에 의해 청취되는 모든 섹터들에서 계산된다. 상황에 의존하지만, 통상적으로, 이 지점은 적어도 작은 양의 섹터이며, 밀집한 도심 환경에서는 종종 20 개 이상이다. 따라서, 각각의 지점은 다수의 거리 추정치를 산출하며, 이 모든 추정치들이 이 프로세스에서 이용 가능하다.
PDE 가 각각의 관측 섹터의 섹터 아이덴터티를 결정할 수 있도록 초기 기지국 위성력 데이터베이스가 이 프로세스에 존재해야 한다. 그러나, 이들 섹터에 대한 FLC 값의 품질은 중요하지 않다. FLC 의 "디폴트" 값 또는 "평균" 값을 이용할 수 있다. 핸드셋에 의해 관측되는 섹터 아이덴터티가 기지국 위성력 데이터베이스에 존재한다는 것이 중요하다. 안테나 위치가 꽤 정확한 것이 바람직하지만, 그 안테나 위치가 언제나 정확하게 알려질 필요는 없다. 만약 안테나 위치의 인지가 시간에 따라 개선되면, 이것은 안테나 위치를 더 확실하게 획득하게 하는 요인이 될 수 있으며, 순방향 링크 교정 정확도를 향상시키는데 이용될 수도 있다. 또한, 기지국 위성력 데이터베이스 서버는 안테나가 이동했는지 여부를 결정할 수 있으며, 이 경우, 정확하지만 시간이 지난 안테나 위치는 기지국 위성력 데이터베이스로부터 제거하여 업데이트된 위치로 대체할 수 있다.
도 5 및 6 은 PDE 가 이동국의 측정 위치를 결정하도록 프로그램될 수 있는 방법의 일 예를 나타낸 것이다. 도 5 의 첫번째 단계 81 에서, PDE 는 MS 로부터 그 PDE 로 초기에 송신된 AFLT 측정치에 기초하여 초기 위치 추정치를 생성한다. 단계 82 에서, PDE 는 이동국에 의해 관측된 PN 을 기지국 위성력 데이터베이스에 기록된 특정 셀 섹터와 관련시키려 한다. 만약 MS 를 서비스하고 있는 섹터가 고유하게 식별될 수 없으면, 어떤 기지국 안테나 타워로부터 AFLT 범위 측정치가 발생하는지를 PDE 가 결정할 수 없기 때문에, AFLT 가 불가능하다. 따라서, 만약 MS 를 서비스하는 섹터가 고유하게 식별될 수 없으면, 실행은 단계 83 으로부터 단계 84 로 분기한다. 그렇지 않으면, 실행은 단계 83 으로부터 단계 85 로 진행한다.
단계 84 에서는, 네트워크 ID 또는 시스템 ID 중심 또는 디폴트 위치에 기초하여 민감도 지원 (Sensitivity Assist; SA) 및 획득 지원 (AA) 데이터를 생성한다. GPS 획득 및 GPS 의사범위 측정에서 MS 를 지원하기 위하여, SA/AA 데이터를 MS 로 송신한다 (도 6 의 단계 90). 서빙 셀이 발견되지 않았으므로, AFLT 가 불가능하며, GPS 정확도 및 수율이 심각하게 손상될 수도 있다. 실행은 단계 84 로부터 도 6 의 단계 90 으로 진행한다.
도 5 의 단계 85 에서, PDE 는 기준 섹터 및 모든 측정 섹터들을 결정하려 한다. 만약 측정 PN 이 단일의 섹터와 고유하게 관련될 수 없으면, 범위 측정치가 이용되지 않는다. 만약 기준 셀이 고유하게 결정될 수 없으면, 서빙 셀이 적절히 이용된다. 다음으로, 단계 86 에서, PDE 는 오직 AFLT 에 기초하여 "프리픽스" 를 계산한다. 그 후, 단계 87 에서, 만약 단계 86 의 "프리픽스" 계산이 성공적이지 않으면, 실행은 단계 89 로 분기한다. 그렇지 않으면, 실행은 단계 87 로부터 단계 88 로 진행한다.
단계 88 에서는, 셀 섹터 정보에 기초하여 SA/AA 데이터를 생성한다. 실행은 단계 88 로부터 도 6 의 단계 90 으로 진행한다.
도 5 의 단계 89 에서는, 프리픽스 위치 및 불확실도에 기초하여 SA/AA 데이터를 생성한다. 초기 위치 불확실도가 작을수록, AA 데이터는 더 정확해지고, MS 에서의 프로세싱은 더 빨라지며, 최종 지점 정확도 및 수율은 더 좋아진다. 실행은 단계 89 로부터 도 6 의 단계 90 으로 진행한다.
도 6 의 단계 90 에서는, SA/AA 데이터를 MS 로 송신한다. MS 는 GPS 획득 및 GPS 의사범위 측정을 위하여 SA/AA 데이터를 이용한다. MS 는 지원 데이터에 표시되어 있는 GPS 위성을 탐색하고, AFLT 의사범위 탐색의 제 2 라운드를 수행한다. 단계 91 에서, PDE 는 MS 로부터 GPS 및 AFLT 의사범위를 수신한다. 단계 92 에서, PDE 는 다시 모든 PN 을 식별하려 한다. 만약 PN 이 단일 섹터로 고유하게 식별될 수 없으면, 그 범위 측정치는 이용되지 않는다. 단계 93 에서, PDE 는 GPS 및 AFLT 범위 측정치에 기초하여 최종 지점을 생성한다.
단계 94 에서, PDE 는 수개의 방법들을 동시에 이용하여 최종 위치를 계산할 수도 있으며, 최소의 위치를 획득할 가능성이 가장 많은 방법을 이용한다. 정확도는 다른 어떤 방법 보다 훨씬 더 우수하기 때문에, 먼저, GPS 위치결정을 시도한다. 만약 GPS 위치결정을 실패하면, PDE 는 수개의 다른 방법들 중에서 선택하여, 최소의 관련 에러 추정치를 갖는 결과를 이용한다. 이들 다른 방법은 AFLT-단독; RTD 측정치 (이용 가능한 경우) 를 이용하여 섹터 방향 및 근사적인 범위의 인지에 의해 결정되는 위치; 이동국에 의해 관측되는 섹터 및 각 섹터들의 위치 및 방향의 인지를 이용하여 결정되는 "혼합된 셀 섹터" 지점; 현재의 서빙 섹터커버리지 영역 중심 위치 결정 (즉, 현재의 서빙 섹터를 결정할 수 없을 경우, 원래의 서빙 섹터); 현재의 네트워크 ID/시스템 ID 커버리지 영역의 중심 위치; 및 마지막으로 PDE 의 구성 화일에 저장된 디폴트 위치를 포함한다.
섹터 근방의 MS 위치를 보정하기 위하여 각각의 섹터에 대하여 FLC 를 이용하는 것은, 바람직하게는, 섹터 커버리지 영역 내의 다양한 위치로부터, 각 섹터 내의 다양한 이동국들에 대한 다중의 거리 추정치의 누산 및 통계적인 분석에 의해 개선될 수 있다. 샘플 세트를 수집함으로써, 그 세트에 대한 통계적인 프로세싱은 이용하기에 가장 최적의 새로운 FLC 값을 결정하는데 적용시킬 수 있다. 이 데이터를 평균화하고, 각 섹터의 커버리지 영역 내의 다양한 세트의 위치로부터 수집된 데이터를 이용하는 것은 더 정확한 FLC 값을 산출하기 위해 제공되었다.
샘플 세트는 하이브리드 이동국으로/으로부터 통상의 전화 호출 동안 통상의 위치 측정 세션으로부터 및/또는 드라이브-어라운드 필드 수집물 (drive-around field collection) 으로부터 수집될 수 있다. 수집된 데이터의 부가적인 품질에 대하여, 드라이브-어라운드 필드 수집은 외부 PCS 안테나 및 외부 액티브 GPS 안테나에 링크된 하이브리드 이동 핸드셋을 각각 장착한 차량에서 기술적인 필드 인원에 의해 수행될 수 있다. 다중의 CDMA 주파수를 이용하는 영역에서, 각각의 섹터-CDMA-주파수 치환은 별도로 교정되기 때문에, 데이터는 각각의 주파수에 대하여 수집되어야 한다. 예를 들어, 드라이브-어라운드 방법을 이용할 때에는, 충분한 주파수 다이버시티를 보장하기 위하여 다중의 핸드셋을 이용해야 한다.
좀더 자세하게는, 본 발명은 기지국 안테나 위치 정보를 결정하기 위하여 이동국을 이용하는 것에 관한 것이다. 이것은 이동국의 더 정확한 위치 지점을 제공할 뿐 아니라, 기지국 위성력에서의 잘못된 안테나 위치 정보로 인해 손상되었거나 물리적으로 재배치된 기지국들로부터 적절한 셀룰러 커버리지를 보장하도록 수행될 수 있다. 최악의 경우에, 안테나 위치의 변경은, 핸드셋 (즉, 무선 이동국) 에 의해 관측되는 신호가 기지국 위성력 데이터베이스 내의 정보와 적절히 관련될 수 없는 셀 섹터 식별 문제를 야기할 수도 있다.
기지국 위성력 데이터베이스 서버는 핸드셋에 의해 관측되는 아이덴터티가 기지국 위성력 데이터베이스에서 발견되지 않는 경우를 알고 그러한 발생을 시간에 따라 추적한다. 기지국 위성력 데이터베이스 서버는 네트워크에 추가되는 새로운 섹터들을 식별하고 그러한 변경을 시스템 운영자에게 통지한다. 기지국 위성력 데이터베이스 서버는 안테나 위치, 관측된 아이덴터티, 자동으로 계산되는 교정 파라미터 및 불확실도 파라미터, 및 디폴트 값의 결정을 포함하는 기지국 위성력 데이터베이스 엔트리를 생성한다. 또한, 기지국 위성력 데이터베이스 서버는, 핸드셋에 의해 관측되거나 셀룰러 하부구조에 의해 보고되는 아이덴터티가 네트워크의 변경 또는 재구성으로 인해 변경되어서 더 이상 기지국 위성력 데이터베이스와 일치하지 않는 섹터를 식별한다. 기지국 위성력 데이터베이스 서버는 새로운 아이덴터티를 반영하도록 기지국 위성력 데이터베이스를 자동으로 변경한다.
지상 범위 측정의 경우, 안테나 위치는 PDE 가 기준 섹터 및 측정 섹터 아이덴터티를 결정하게 하며, 범위 측정치가 발생하는 위치이다. 안테나 위치 에러는 지상 범위 에러로 전환한다. 또한, 안테나 위치는 GPS 지원 정보를 생성하는데 이용되는 "초기 위치 추정치" 를 생성하는데 필수적이다.
기지국 위성력 데이터베이스 서버는 측정된 위치와 일치하지 않는 기지국 위성력 데이터베이스 섹터 안테나 위치들을 식별한다. 이것은 기지국 위성력 데이터베이스에서의 오타 또는 이동 셀 (COW 및 COLT) 로부터 기인할 수 있다. 기지국 위성력 데이터베이스 서버는 그러한 문제를 시스템 운영자에게 통지하고, 만약 그렇게 구성되면, 기지국 위성력 데이터베이스 서버가 그 문제를 자동으로 보정한다.
섹터 안테나 위치에서의 어떤 명백한 변경을 신속하게 식별하기 위하여, 무선 통신 시스템을 통상적으로 이용하는 동안에 섹터 안테나 위치들을 계속 측정하는 것이 바람직하다. 이것은 인버스 섹터 안테나 위치확인 (inverse sector antenna positioning) 의 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 인버스 섹터 안테나 위치확인은 이동국으로부터의 데이터에서 섹터 안테나의 위치를 결정하는 방법이다.
어떤 경우, 셀 섹터는 그 섹터 신호의 핸드셋 측정에 따라 존재하도록 알려지지만, 섹터 안테나 위치는 알려지지 않는다. 만약 핸드셋 위치가 다른 측정에 따라 결정될 수 있으면, 그 핸드셋의 위치 및 섹터 안테나에 대한 측정 범위는 섹터 안테나의 위치를 결정하기 위한 중요한 입력으로서 제공할 수 있다.
대부분의 경우, 핸드셋 위치는, 예를 들어, 양호한 GPS 지점, 또는 미지 (未知) 의 섹터로부터의 측정치를 이용할 수 없는 AFLT 지점 또는 하이브리드 지점에기초하여, 미지의 섹터에 대한 소스 (source) 를 알지 않고 결정될 수도 있다. 만약 이것이 상이한 위치로부터 여러번 발생하면, 이들 위치-지점 각각은 원래의 지점 (핸드셋 위치) 및 이러한 미지의 섹터의 안테나 위치에 대한 범위로서 제공된다.
이들 위치 및 범위는, 예를 들어, GPS 위성 위치 및 범위가 GPS 수신기의 위치를 계산하는데 이용되는 것과 동일한 방법으로 섹터 안테나 위치를 계산할 수 있는 네비게이션 프로세서로의 입력으로서 제공될 수 있다. 최소-평균-자승 반복 (least-mean-square iteration) 및 Kalman 필터링과 같은 이러한 네비게이션 프로세싱을 수행하기 위하여 다수의 방법들을 이용할 수 있으며, 이들은 당업자에게 널리 공지되어 있다.
또한, 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 기하학적 배열이 섹터 안테나 위치를 정확하게 계산하기에 적절하도록, 섹터 안테나에 대한 범위와 비교하여, 기준점들이 충분히 이격되어 있다는 것이 중요하다. 또한, 핸드셋 위치로부터의 각각의 입력 범위는, 기준 핸드셋 위치에서의 불확실도와, 예를 들어, 과도한 경로 길이 신호 지연에 따른 그 범위에서의 추정된 불확실도를 결합하는 것과 관련된 에러 추정치를 가져야 한다. 이러한 측정 에러 추정치들은 네비게이션-프로세싱 알고리즘에서 결합되어 섹터 안테나 위치 결정에서의 에러를 추정할 수 있다.
또한, 섹터 안테나에 대한 범위 측정치는 섹터 송신기 시간 바이어스로 인하여 매우 일정한 바이어스를 포함할 수도 있다. 이러한 순방향 링크 교정은 섹터 안테나 위치와 동일한 시간에 해결될 수 있다. 따라서, 시간-바이어스는 물론 3 차원 섹터 안테나 위치는 GPS 수신기 위치확인과 유사한 방식으로, 동일한 연산으로 계산할 수 있다.
섹터 안테나의 수직 높이에 대한 해결은 수직 방향에서의 제한된 관측 배열로 인해 종종 어려울 수도 있다. 섹터 안테나 높이는, 핸드셋 기준 위치의 평균 높이 보다 큰 평균 안테나 높이 (즉, 10 미터) 및/또는 지형 높이 데이터베이스의 검색에 기초한 지형의 높이에 기초하여 추정할 수 있다. 섹터 안테나의 차량 높이에서의 에러가 이 방법에 있어서 관측되기는 다소 어렵지만, 다행히, 그 섹터가 기지국 위성력 데이터베이스에 결국 추가되고 핸드셋 위치확인을 위한 기준 위치로서 이용될 경우, 이들 동일한 에러들은 위치 지점에 매우 작게 기여한다.
일단 섹터 안테나 위치가 이 방법에 의해 상당히 결정되었으면, 새로운 섹터는 기지국 위성력 데이터베이스에 추가되고 핸드셋 위치확인을 위해 후속적으로 이용될 수 있거나, 핸드셋에 의해 관측된, 식별되지 않은 신호는 기지국 위성력 데이터베이스 내의 엔트리에 부정확한 아이덴터티 정보로 결합될 수 있으며 이러한 아이덴터티 정보는 보정될 수 있다.
도 7 내지 10 을 참조하면, 도 1 의 무선 통신 네트워크에서 인버스 섹터 안테나 위치확인의 구현에 대한 일 예의 흐름도를 나타낸 것이다. 예를 들어, 그 흐름도는 기지국 위성력 (44) 에서의 기지국 위치 파라미터를 유지 및 개선하기 위한 기지국 위성력 데이터베이스 서버 (도 3 의 43) 에서의 프로그래밍, 및 이동국 위치의 결정 및 기지국 위치의 계산을 위한 위치 결정 엔터티 (도 3 의 41) 에서의 프로그래밍을 나타낸 것이다.
도 7 의 첫번째 단계 101 에서, 이동국은 무선 전화 호출을 하거나 그 호출을 수신한다. 도 4 을 참조하여 상술된 바와 같이, 네트워크와 이동국간의 통신을 확립하는 프로세스 동안, 네트워크는 이동국으로부터 수신된 신호를 갖는 기지국의 표시로부터 이동국과 통신하는 셀 섹터들을 결정하려 한다. 도 7 의 단계 102 에서, 만약 표시된 기지국이 기지국 위성력에서 발견될 수 없으면, 실행은 단계 103 으로 분기하여, 기지국에 대한 새로운 데이터베이스 레코드를 생성하고 그 기지국에 대한 "미지의 위치" 를 기록한다. 단계 103 이후, 실행은 단계 104 로 진행한다. 또한, 만약 그 기지국이 기지국 위성력에서 발견되면 실행은 단계 102 로부터 단계 104 로 진행한다.
단계 104 에서, 네트워크는 이동국과 통신하는 기지국의 위치와 관계없이 이동국의 위치 (값 및 에러 추정치) 를 결정한다. 예를 들어, 만약 이동국이 범지구 위치확인 신호를 수신하기 위하여 범지구 위성 수신기를 구비하면, 이동국의 위치는, 예를 들어, GPS 시스템을 이용하여, 기지국의 위치와 관계없이 결정할 수 있다. 만약 이동국이 알려진 위치를 갖는 다른 기지국의 통신 범위에 있으면, 이동국의 위치는, 예를 들어, AFLT 를 이용하여, 그 이동국과 이들 다른 기지국 사이에 송신되는 신호로부터 결정할 수 있다.
단계 105 에서, 만약 기지국 안테나의 높이를 알지 못하면, 실행은 단계 106 으로 분기하여, 도 10 을 참조하여 상세히 후술되는 바와 같이, 기지국 안테나 높이를 추정한다. 단계 106 이후, 실행은 단계 107 로 진행한다. 또한, 만약 기지국 안테나 높이를 알면, 실행은 단계 105 로부터 단계 107 로 진행한다.
단계 107 에서, 네트워크는, 예를 들어, 순방향 링크 교정에 대하여 상술된 방식으로, 이동국과 기지국 사이에 송신된 신호를 이용하여, 이동국과 기지국 사이의 의사범위 측정치 (값 또는 에러 추정치) 를 획득한다. 단계 108 에서, 만약 기지국 위치가 알려지지 않으면, 실행은 도 8 의 단계 111 로 진행한다. 그렇지 않으면, 실행은 도 9 의 단계 121 로 분기한다.
도 8 의 단계 111 에서, 만약 기지국 위치를 결정하기 위하여 충분한 측정치가 없으면, 실행은 단계 101 로 되돌아 간다. 예를 들어, 기지국 안테나 높이가 알려진 경우에 기지국의 위도 및 경도를 결정하기 위해서는, 삼각측량 (triangulation) 을 위해 이격된 이동국 위치들로부터 2 개 이상의 의사범위 측정치가 있어야 한다. 만약 기지국 안테나 높이를 알지 못하거나 의사범위 측정치가 기지국 타이밍 오프셋에 의존하면, 추가적인 측정치가 필요하다. 일단 충분한 수의 측정치들을 획득하면, 실행은 단계 111 로부터 단계 112 로 진행한다.
단계 112 에서, 네트워크는 이동국 위치 (값 및 에러 추정치), 이동국 타이밍 오프셋 (값 및 에러 추정치), 및 의사범위 (값 및 에러 추정치) 를 이용하여, 기지국 위치 (값 및 에러 추정치) 및 기지국 타이밍 오프셋 (값 및 에러 추정치) 을 계산한다. 예를 들어, 범위 측정의 불확실도는 파일럿 신호의 세기, PN 시퀀스의 분해능 (resolution), 위성 높이 (GPS 범위 측정의 경우), 및 다중-경로 전파 확률 (지상 범위 측정의 경우) 에 의존할 수도 있다. 또한, 범위 측정의 불확실도는 순방향 링크 교정 타이밍 오프셋 (AFLT 범위 결정의 경우) 에서의 불확실도, 역방향 링크 교정 (RTD 범위 측정의 경우) 에서의 불확실도, 및 기지국 안테나위치 및 지형 높이 (AFLT 또는 RTD 범위 측정의 경우) 의 불확실도와 같은 하부 위치 서비스 파라미터의 불확실도에 의존한다. 불확실도는 샘플 모집단이 존재할 경우 통계치에 기초하여, 또는 가우스 분포를 가정하는 추정된 측정 에러 및 알려진 분해능에 기초하여, 예를 들어, 표준 편차의 관점에서 측정한다.
계산 절차는, 네비게이션 (예를 들어, GPS) 업계에 널리 공지되어 있는 바와 같이, 종래의 최소 자승 프로그램, 또는 Kalman 필터를 이용할 수도 있다. 이러한 계산 절차는 다중의 기지국들의 알려진 위치 및 알려진 시간 오프셋으로부터 이동국의 위치 및 시간 오프셋을 계산하는 종래의 계산 절차를 이용하는 것과는 달리, 다중의 이동국들의 알려진 위치 및 알려진 시간 오프셋으로부터 기지국의 위치 및 시간 오프셋을 결정하도록 이용된다. 단계 113 에서, 기지국 위성력은 기지국의 위치가 알려졌음을 나타내도록 업데이트되며, 실행은 도 7 의 단계 101 로 되돌아 간다.
도 9 의 첫번째 단계 121 에서, 네트워크는 알려진 위치로부터 이동국과 기지국 사이의 거리를 계산하고, 그 거리를 의사범위 측정치와 비교한다. 만약 그 거리의 에러 추정치와 의사범위 측정치를 고려하여 그 거리가 의사범위 측정치와 일치하지 않으면, 실행은 단계 123 으로 분기하여, 기지국 위치의 에러 확률을 기록한다. 만약 그러한 불일치가 다수 기록되면, 단계 124 에서, 에러 임계값에 도달하게 되고, 실행은 단계 125 로 진행하여, 기지국 위치를 알지 못함을 기록하고 그 에러를 로그 (log) 에 기록하고, 그 에러를 시스템 운영자에게 보고한다. 기지국 위치를 결정하기 위해 이동국 위치값 및 의사범위 측정치를 이용하기 위하여, 실행은 단계 125 로부터 도 8 의 단계 111 로 진행한다. 만약 에러 임계값에 도달하지 않았으면, 실행은 단계 124 로부터 도 7 의 단계 101 로 되돌아 간다.
단계 122 에서, 만약 이동국과 기지국 사이의 거리가 의사범위 측정치와 일치하면, 실행은 단계 122 로부터 단계 126 으로 진행한다. 단계 126 에서, 이동국 위치 (값 및 에러 추정치), 이동국 타이밍 오프셋 (값 및 에러 추정치), 및 의사범위 측정치 (값 및 에러 추정치) 를 이용하여, 기지국 위치 (값 및 에러 추정치) 및 기지국 타이밍 오프셋 (값 및 에러 추정치) 을 개선시킨다. 단계 126 이후, 실행은 도 7 의 단계 101 로 되돌아 간다.
도 9 의 단계 126 에서, 기지국 위치 및 기지국 타이밍 오프셋을 개선시키는 일 방법은 그 기지국 위치 및 타이밍 오프셋에 적절한 측정치의 로그를 유지하고 그 로그에서의 모든 측정치에 기초하여 기지국 위치를 다시 계산하는 것이다. 그러나, 측정치의 수가 커질 경우, 그 계산 시간 및 저장량이 초과될 수도 있다. 이러한 점에서, 일정한 수의 최신 측정치만을 이용하여 기지국 위치 및 타이밍 오프셋을 계산할 수 있다. 또한, 기지국 위치 및 타이밍 오프셋 값을 계속 개선하기 위하여, Kalman 필터와 같은 필터를 이용할 수도 있다. 간단한 예에서, 최신의 측정치는 추정된 위치 (Pe) 를 산출하고, 새로운 위치 (Pnew) 는,
과 같이, 이전 위치 (Pold) 와 추정된 위치 (Pe) 의 가중 평균으로서 계산되는데, 여기서, α는 1 보다 작은 가중 계수이다. 가중 계수는 이전 값과 추정된 값에기여하는 각각의 측정치의 수 (N) 및 그 측정치의 상대적인 에러 (E) 의 각각의 평균에 기초하여 선택되는데, 예를 들어,
이다.
또한, 필터는 이전 값 및 새로운 추정치로부터 기지국 타이밍 오프셋에 대한 새로운 값을 계산하는 유사한 방식에서 이용할 수도 있지만, 이 경우, 타이밍 오프셋의 시간에 따른 드리프트 (drift) 를 추정하는 것이 바람직하다. 즉, 기지국 타이밍 오프셋 (Toff) 는와 같이 시간 t 에 대한 선형 함수로서 모델링된다. 시간에 따른 일련의 측정치로부터, 파라미터 β및 T0는 최소 자승 방법에 의해 추정된다. 일련의 측정치의 수가 초과하게 되면, 오직 적당한 수의 최신 측정치만이 로그에 잔존하여, β에 대한 추정값 및 T0에 대한 추정값을 산출하는데 이용된다. β에 대한 새로운 값은 β의 추정값 및 β의 이전값으로부터 계산되며, T0에 대한 새로운 값은 T0의 추정값 및 T0의 이전값으로부터 계산된다.
도 10 은 기지국 안테나 높이를 추정하는 루틴의 흐름도를 나타낸 것이다. 첫번째 단계 131 에서, 만약 기지국 안테나 위치 (위도 및 경도) 가 알려지지 않으면, 실행은 단계 132 로 분기한다. 단계 132 에서는, 기지국의 통신 범위 내의 이동국 높이의 평균을 계산함으로써 기지국 위치에서의 지형 높이를 추정한다. 단계 131 에서, 만약 기지국 위치가 알려지면, 실행은 단계 133 으로 진행한다.단계 133 에서는, 지형 높이 데이터베이스에 액세스하여 기지국 위치 (알려지거나 추정됨) 에서의 지형 높이를 획득한다. 단계 134 에서는, 기지국 위치에서의 지형 높이 (알려지거나 추정됨) 이상의 평균 안테나 높이 (예를 들어, 10 피트) 로서 기지국 안테나 높이를 추정한다.
상기 관점에서, 무선 통신 네트워크를 설명하였다. 기지국 안테나 위치 및 기지국 시간 오프셋은 다양한 조건에 따라 가장 신뢰할 수 있는 이동국 위치 지점을 획득하도록 이용되는 다른 정보와 함께 기지국 위성력 데이터베이스에 저장된다. 기지국 위성력 데이터베이스를 생성, 업데이트, 및 유지하기 위하여 자동화 시스템이 제공된다. 일반적으로, 자동화 시스템은 셀룰러 핸드셋에 의해 획득되는 지상 거리측정 정보 및 다른 측정치에 대한 배경을 제공하도록 이동국 위치 지점을 이용한다. 또한, 그 시스템은 위치 지점을 이용하여, 셀룰러 성능을 계속 인식하여 셀룰러 운영자 및 사용자들에게 성능 피드백을 제공한다. 자동화 시스템은 불완전하고 부정확한 정보를 검출한 후, 자동으로 보정하여 시스템 운영자에게 통지한다. 특히, 그 시스템은 이동국의 위치 지점 및 지상 거리측정 정보를 이용하여, 기지국 안테나 위치 및 기지국 타이밍 오프셋을 결정한다. 따라서, 기지국 위치 데이터를 알지 못할 경우, 어떤 추가적인 네트워크 하드웨어 또는 통신 프로토콜에서의 어떤 변경없이도 기지국 위치 데이터를 자동으로 획득할 수 있다. 안테나 위치 데이터를 유지 및 개선시키고 기지국 안테나의 변경 또는 재배치를 보정하기 위하여, 통상의 이동국 위치를 결정하는 동안에, 기지국 안테나 위치를 계속 결정할 수 있다. 이러한 방식으로, 기지국으로부터의 거리측정, 및 범지구 위성 수신기를 갖는 이동국으로부터의 위치 데이터의 신속한 획득에 기초하여, 이동국 위치 결정의 정확도를 보장하고, 기지국 안테나를 재배치하는 동안 셀 섹터 아이덴터티의 손실을 신속하게 복구할 수 있다.

Claims (25)

  1. 무선 통신 네트워크에서, 기지국의 위치를 결정하는 방법으로서,
    (a) 상기 기지국과 통신하는 하나 이상의 이동국의 위치를 결정하는 단계; 및
    (b) 상기 기지국과 상기 이동국(들) 사이에 송신되는 신호, 및 상기 이동국(들) 의 위치로부터 상기 기지국의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동국들은 범지구 위성 수신기를 가지며,
    상기 이동국들의 위치는 범지구 위성으로부터 상기 이동국들에 의해 수신되는 신호로부터 결정되는, 기지국의 위치 결정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동국들의 위치는, 기지 (旣知) 의 위치를 갖는 기지국으로부터 각 이동국의 AFLT (Advanced Forward Link Trilateration) 에 의해 결정되는, 기지국의 위치 결정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국과 상기 이동국들 사이에 송신되는 신호의 경로 지연을 측정하여 상기 기지국과 상기 이동국들 사이의 거리를 결정하는 단계, 및
    상기 이동국들의 위치, 및 상기 기지국과 상기 이동국들 사이의 거리로부터 상기 기지국의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동국들은 범지구 위성 수신기를 구비하는 하이브리드 전화 핸드셋이며,
    상기 이동국들의 위치는 범지구 위성으로부터 상기 이동국들에 의해 수신되는 신호로부터 결정되며, 그리고,
    상기 기지국의 위치는 AFLT 를 이용하여 상기 이동국들의 위치로부터 결정되는, 기지국의 위치 결정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    단일의 이동국은, 상이한 시간에 상이한 위치에 존재하고 상기 기지국 위치를 결정하기 위하여 하나 이상의 측정치를 제공할 수 있는, 기지국의 위치 결정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 이동국의 시간 바이어스를 계산하는 단계, 및
    상기 기지국 위치의 계산에 상기 시간 바이어스를 이용하는 단계를 더 포함하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동국들의 결정된 위치, 상기 이동국들의 시간 바이어스, 및 상기 기지국과 상기 이동국들 사이에 송신되는 신호로부터 상기 기지국 송신기에서의 시간 바이어스를 계산하는 단계를 더 포함하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국의 위치를 결정하기 위하여, 상기 이동국들의 결정된 위치에서의 에러 추정치, 및 상기 이동국들의 시간 바이어스에서의 에러 추정치를 이용하는 단계를 더 포함하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동국들의 평균 높이 이상의 평균 안테나 높이로서 상기 기지국의 안테나 높이를 추정하는 단계를 포함하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국의 추정된 위치에서의 높이에 대한 지형 높이 데이터베이스의 검색으로 획득된 높이 이상의 평균 안테나 높이로서 상기 기지국의 안테나 높이를 추정하는 단계를 포함하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    기지국 위성력 (almanac) 에 부재한 기지국으로부터 기지국 신호를 수신하는 이동국들에 응답하여 수행되는, 기지국의 위치 결정 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동국들의 위치로부터 결정되는 상기 기지국 안테나의 위치는, 기지국 위성력에 포함되어 있는 기지국의 위치를 증명하기 위하여, 상기 기지국 위성력에 포함되어 있는 상기 기지국의 위치와 비교하는, 기지국의 위치 결정 방법.
  14. 이동국들과 통신하는 기지국들, 기지국 위성력, 및 상기 기지국들과 상기 이동국들 사이에 송신되는 신호로부터 상기 이동국들의 위치를 결정하기 위한 위치 결정 엔터티를 갖는 무선 통신 네트워크에서, 상기 기지국 위성력 내에 기지국 위치 정보를 유지하는 방법으로서,
    (a) 상기 이동국의 위치가 상기 이동국의 통신 범위에서의 기지국 위치와 관계없이 상기 위치 결정 엔터티에 의해 결정될 경우, 상기 기지국과 상기 이동국 사이에 송신되는 신호로부터 상기 기지국과 상기 이동국 사이의 거리를 결정하는 단계; 및
    (b) 상기 기지국 위성력 내의 상기 기지국 위치 정보가 부정확하거나 비교적불명확한 것으로 상기 기지국과 상기 이동국 사이의 거리가 나타낼 경우, 상기 기지국에 대한 보정된 기지국 위치 정보를 포함하도록 상기 기지국 위성력을 변경하는 단계를 포함하는, 기지국 위치 정보의 유지 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이동국이 상기 기지국 위성력에 부재한 기지국으로부터 기지국 신호를 수신할 경우, 상기 이동국의 위치가 [상기 이동국의 통신 범위에서의 기지국의 위치와 관계없이] 상기 위치 결정 엔터티에 의해 결정되는, 기지국 위치 정보의 유지 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 기지국과 복수의 이동국 사이에 송신되는 신호, 및 상기 복수의 이동국의 위치로부터 상기 기지국의 위치를 결정하는 단계, 및
    상기 기지국의 결정된 위치를 상기 기지국 위성력에 저장함으로써 상기 기지국 위성력을 변경하는 단계를 포함하는, 기지국 위치 정보의 유지 방법.
  17. 무선 통신 네트워크로서,
    (a) 이동국들과 통신하는 기지국들; 및
    (b) 상기 기지국들과 상기 이동국들 사이에 송신되는 신호, 및 기지국 위성력에 저장된 정보에 기초하여, 상기 이동국들의 위치를 결정하는 적어도 하나의 위치 결정 엔터티를 구비하되,
    상기 무선 통신 네트워크는 상기 기지국과 상기 이동국들 사이에 송신되는 신호, 및 상기 이동국들의 위치로부터 기지국의 위치를 결정하고, 상기 기지국 위성력 내에 기지국 위치 정보를 유지하도록 상기 기지국의 결정된 위치를 이용하기 위하여 프로그램되는, 무선 통신 네트워크.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기지국의 위치는, 이동국이 상기 기지국으로부터 신호를 수신하고 상기 기지국이 상기 기지국 위성력에 부재한 것으로 알려질 경우에 결정되는, 무선 통신 네트워크.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기지국 위성력에서의 기지국 위치 정보가 상기 기지국에 대하여 부정확한 위치를 나타내는 것으로 상기 기지국의 결정된 위치가 나타낼 경우, 상기 기지국 위성력은 상기 기지국의 결정된 위치와 함께 업데이트되는, 무선 통신 네트워크.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 이동국들은 범지구 위성 수신기를 가지며,
    상기 위치 결정 엔터티는 범지구 위성으로부터 상기 이동국들에 의해 수신되는 신호로부터 상기 이동국들의 위치를 결정하는, 무선 통신 네트워크.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 위치 결정 엔터티는 기지 (旣知) 의 위치를 갖는 기지국으로부터 각 이동국의 AFLT 에 의해 상기 이동국들의 위치를 결정하는, 무선 통신 네트워크.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 위치 결정 엔터티는 상기 기지국과 상기 이동국들 사이에 송신되는 신호의 경로 지연을 측정하여 상기 기지국과 상기 이동국들 사이의 거리를 결정하고, 상기 이동국들의 위치, 및 상기 기지국과 상기 이동국들 사이의 거리로부터 상기 기지국의 위치를 결정하는, 무선 통신 네트워크.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 위치 결정 엔터티는 상기 기지국과 상기 이동국들 사이에 송신되는 신호, 및 상기 이동국들의 위치로부터 상기 기지국 송신기에서의 시간 바이어스를 계산하는, 무선 통신 네트워크.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 위치 결정 엔터티는 상기 이동국들의 평균 높이 이상의 평균 안테나 높이로서 상기 기지국의 안테나 높이를 추정하는, 무선 통신 네트워크.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 위치 결정 엔터티는 상기 기지국의 추정된 위치에서의 높이에 대한 지형 높이 데이터베이스의 검색으로 획득된 높이 이상의 평균 안테나 높이로서 상기 기지국의 안테나 높이를 추정하는, 무선 통신 네트워크.
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