KR20040087071A - 방송위성과 지상 중계기를 이용한 단말기 위치 추적 방법및 단말기 위치 추적만을 위한 더미 파일럿 중계기 - Google Patents

방송위성과 지상 중계기를 이용한 단말기 위치 추적 방법및 단말기 위치 추적만을 위한 더미 파일럿 중계기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방송위성 시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 방송위성 시스템에서 적어도 1개 이상의 방송위성과 적어도 2개 이상의 지상중계기를 이용하거나 적어도 3개 이상의 지상중계기를 이용하거나 적어도 2개 이상의 방송위성과 적어도 1개 이상의 지상중계기를 이용해서 단말기의 위치를 추적하는 방법을 구현하고 있다. 하나의 방법으로 지상중계기에 GPS 수신기를 별도로 설치하여 단말기로 하여금 수신하는 방송신호의 동기화를 시켜서 단말기로부터 각 지점간의 상대적 거리를 이용해 단말기의 위치를 구한다. 또하나의 방법은 지상중계기에 별도의 GPS 수신기를 설치하지 않고 단말기로부터 각 지점간의 상대적 거리를 이용해 단말기의 위치를 구한다.
또한 본 발명은 방송채널중 필롯 채널과 데이터 수신을 위한 한 개의 방송채널만으로 구성된 더미 파일럿(Dummy Pilot)중계기에 대한 것이다.
본 발명에 따르면 방송위성과 지상중계기를 이용해 단말기의 위치를 측정할 경우 피엔 코드(PN code)로 거리 측정하기 때문에 그 오차가 아주 작은 결과를 얻을 수 있다. 또한, 제2실시예에서와 같이 CDM신호를 이용해 지상중계기를 동기화 시키기 때문에 지상중계기에 GPS수신기를 설치할 필요가 없기 때문에 비용이 절감된다. 그리고 더미 파일럿 중계기를 사용할 경우 하드웨어 가격 절감 및 신호간섭을 최소화 할 수 있다.

Description

방송위성과 지상 중계기를 이용한 단말기 위치 추적 방법 및 단말기 위치 추적만을 위한 더미 파일럿 중계기{Method for searching user terminal position using broadcasting satellite, gap filler And Dummy pilot gap filler for only searching user terminal position}
본 발명은 방송 시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방송위성과 지상 중계기를 이용하여 단말기의 위치를 추적하기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근, 세계적으로 이동통신이 보급됨에 따라 단말기의 위치를 추적하는 서비스를 제공하는 것이 법제화되고 있다. 미국을 보면 연방통신위원회(FFC)에서 일정 정도의 정확도를 보장하는 위치 정보 서비스를 규정하고 있으며, 조만간 국내에서도 이러한 사항의 법제화가 예상된다.
이동 통신 시스템에서 단말기의 위치를 추적을 추적하는 방법으로는, 단말기에 전세계 측위 시스템(Global Positioning System, 이하 'GPS'이라 함) 수신기를 내장시켜 위성에서 수신한 정보를 이용하여 위치를 파악하는 방법이 있다. 그러나 GPS를 이용한 위치 추적 방법은 단말기에 별도의 수신기를 내장시켜야 한다는 문제점, 단방향 통신을 이용하여 위치를 추적하기 때문에 적어도 3개 위상의 위성을 이용하여야 하며 각 위성 사이의 시각 차이를 이용하여 단말기의 위치를 추적하기 때문에 각 위성 사이의 시각 정보가 정밀하게 조정되어 있어야 하는 문제점이 있다. 또한, GPS망은 글로벌 서비스를 목적으로 하기 때문에 위성과 단말기 사이의 앙각이 낮고 다수의 위성 신호를 수신하여야 하기 때문에 도심의 빌딩사이 또는 도로의 폭이 아주 좁은 이면도로 등의 지역에서는 위성 신호의 세기가 약하여 위치추적이 불가능할 수도 있다.
또한, 이동통신 시스템에서 기지국과 단말기 사이의 신호의 송수신 시에 신호 도달 시간차이를 계산하여 단말기의 위치를 추적하는 방법이 사용되고 있다. 이동통신 시스템에서와 같은 양방향 통신 시스템의 경우는 기지국의 위치와 시각이 동기가 이루어진 상태에서 위치를 측정하기 때문에 수신각도 데이터등을 이용하여 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능하기 때문에 GPS에 비하여 거리측정 등은 유리하다. 그러나 도심 지역의 경우는 기지국의 통화량을 고려하여 기지국이 매우 밀집되어 피엔(PN) 혼신이 심하고, 광 중계기 등과 같은 시간 지연을 발생시키는 장비를 설치한 경우에는 시스템의 측정오류가 발생하는 문제점이 있다. 또한 정확한 측정을 위해서는 측정 가능한 적정한 수의 기지국과 신호 세기가 유지되어야 하며 도심 외곽 지역의 경우에는 다수의 기지국이 존재하지 않기 때문에 기지국과 거리측정이 어려워지는 문제점이 있다.
종전의 지상중계기는 64개의 월시 코드(Walsh code)를 사용할 수 있다. 그러나 통상적으로 코드간의 간섭을 고려하여 32개의 월시 코드(Walsh code)를 사용하며 방송채널은 1개의 파일럿 채널과 31개의 방송용채널로 구성된다. 이동통신 시스템의 경우는 소프트 핸드오프(soft handoff)를 수행하기 위해 각각의 핑거(finger)가 실제의 실효 데이터를 포함하여야 하지만 방송시스템에서는 핸드오프가 없으므로 1개의 주도적인(dominant) 신호만으로 신호의 복원이 가능하다. 따라서, 방송 채널의 수신을 위하여 1개의 주도적인 송신기만을 필요로 하지만 위치 서비스의 경우는 다수의 신호를 제공을 위하여 불필요한 지상중계기를 설치하여야 한다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 단방향 방송 위성 시스템과 지상중계기를 이용하여 단말기의 위치를 추적하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단방향 방송시스템에서 지상중계기를 동기화 시키는데 있어서 지상중계기가 GPS시스템을 통해 동기를 부여 받는 것이 아니라 위성으로부터 송신되는 신호를 이용하여 지상중계기를 동기화 시키는 방법을 제공하여 단말기의 위치를 추적하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 위치서비스만을 제공하기 위해서 파일럿 채널과 한 개의 방송채널만으로 구성된 더미 파일럿(dummy pilot )중계기를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용되는 방송 시스템의 개략적 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방송 위성과 동기화 된 지상 중계기를 이용한 단말기 위치를 추적 방법에 관한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 대한 구체적인 거리측정 방법과 위치를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지상단말기 추적방법에 관한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5a, 도 5b는 단말기(430)가 방송위성(400)으로부터 송신된 CDM신호와 각각의 지상중계기(410,420)로부터 송신된 CDM신호사이의 시간 옵셋(offset)을 나타내는 도면이다.
도 6은 지상 중계기의 방송용 CDM의 방송채널을 나타내는 도면이다
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 방송시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법은
지구국, 방송위성, 지상중계기, 단말기를 포함하는 단방향 방송위성시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법에 있어서,
(a) 상기 방송위성이 상기 지상중계기 및 단말기로 신호와 제1기준시각을 제공하며 사전에 설정된 방송위성의 좌표를 채널을 통해 단말기에 제공하는 단계;
(b) 상기 지상중계기가 별도의 수신기를 이용하여 상기 방송위성으로부터 받은 신호를 통해 제2기준시각을 설정하는 단계;
(c) 상기 지상중계기가 사전에 설정된 자기 좌표와 상기 제2기준시각을 유휴의 채널을 이용하여 단말기에 제공하는 단계;
(d) 상기 단말기가 지상중계기와 방송위성으로 받은 제1,제2기준시각을 이용하여 지상중계기로부터 송신된 신호를 보상해주어 지상중계기와 방송위성으로 받은 신호간의 시간 옵셋(offset)을 구하는 단계;
(e) 상기 단말기가 상기 시간 옵셋(offset) 이용해 단말기로부터 방송위성 및 각각의 지상중계기까지의 상대적인 거리차이를 구하는 단계;
(f) 상기 상대적 거리차이와 각 좌표를 이용해 단말기의 위치를 추적하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 다른 특징에 따른 방송시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법은
지구국, 방송위성, 방송위성에서 지상중계기까지의 거리를 사전에 알고 있는 지상중계기, 단말기를 포함하는 단방향 방송위성시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법에 있어서,
(a) 상기 방송위성이 상기 지상중계기와 단말기로 신호를 제공하며 사전에 설정된 방송위성의 좌표를 채널을 통해 단말기에 제공하는 단계;
(b) 상기 지상중계기가 방송위성에서 지상중계기까지의 거리와 상기 방송위성으로부터 받은 신호를 이용하여 방송위성으로부터 송신된 신호와 지상중계기가 단말기로 송신하는 신호간의 제1시간 옵셋을 구하는 단계;
(c) 상기 지상중계기가 사전에 설정된 자기 좌표와 상기 제1시간 옵셋을 유휴의 채널을 이용하여 단말기에 제공하는 단계;
(d) 상기 단말기가 지상중계기로부터 받은 제1시간 옵셋을 이용하여 지상중계기로부터 받은 신호를 보상해 주어 방송위성으로부터 송신된 신호와 지상중계기로부터 송신된 신호간 제2시간 옵셋을 구하는 단계;
(f) 상기 단말기가 상기 제2시간 옵셋(offset)을 이용해 단말기로부터 방송위성 및 각각의 지상중계기까지의 상대적인 거리차이를 구하는 단계;
(g) 상기 상대적 거리차이와 각 좌표를 이용해 단말기의 위치를 추적하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 또 다른 특징에 따른 더미 파일럿(Dummy pilot) 중계기는
방송위성으로부터 송신된 시분할다중방식(TDM)신호를 처리하는 디지털신호처리부, 디지털신호처리부로부터 송신된 신호인 시분할다중방식(TDM)신호를 여러 개의 채널로 분할하는 채널역다중화기, 각각의 채널을 다시 2개의 신호로 나누는 시리얼-투-패러랠 컨버터(S/P converter), 시리얼-투-패러랠 컨버터의 출력를 변조한 신호를 필터하는 디지털 필터, 필터의 출력을 증폭하는 증폭기, 증폭된 신호를 합산하는 애더트리, 디지털 신호를 아나로그 신호로 전환하는 D/A 컨버터를 포함하며 상기의 채널중 동기화 획득을 위한 파이롯 채널과 데이터 수신을 위한 1 개의 방송용 채널만을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용되는 방송 시스템의 개략적 흐름을 나타내는 도면이다.
도 1은, 인공위성을 이용해 다수 채널의 오디오(Audio), 비데오(Video)방송을 차량용이나 휴대형 단말기로 수신하여 언제 어디서나 시청할 수 있게 하는 새로운 개념의 방송서비스인 '위성DAB'의 다른 명칭인 개인 모바일 위성 방송(personal mobile satellite Broadcasting, 이하 'PMSB'이라 함) 시스템을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이 PMSB 시스템은 컨텐츠 제공기(content provider)(10), 지구국(Earth station)(20), 방송 위성(Broadcating satellite)(30), 지상 중계기(Gap filler)(40), 사용자 단말기(50)로 구성되어 있다.
컨텐츠 제공기(10)는 방송 내용물을 지구국(20)으로 보낸다. 지구국(20)은 상기 내용물을 11/14 GHz 대역의 코드 분할 다중 방식(code division multiplex, 이하'CDM'이라 함) 또는 시분할 다중 방식(time division multiplex, 이하'TDM'이라 함) 형태로 적도상의 정지 방송 위성(30)에 공급한다. 방송 위성(30)은 공급된 CDM, TDM신호를 2.6GHz 대역의 CDM신호로 변환하여 지상에 공급함과 동시에 지상중계기(40)용으로 11GHz 대역의 TDM신호도 송출한다. 지상 중계기(40)는 방송위성으로부터 공급된 TDM신호를 2.6GHz대역의 CDM신호로 전환하여 서비스 지역으로 방송한다.
이때 사용자 단말기(50)가 존재하는 서비스 지역 내에는 방송위성(30)으로부터 방송된 2.6GHz CDM 신호와 지상 중계기(40)로부터 방송된 2.6GHz CDM 신호가 공존하는데, 사용자 단말기(50)는 CDM 신호의 특성상 동일주파수가 혼재하는 경우에는 수신 세기가 강한 신호를 이용하여 방송을 복조할 수 있다. 이하에서는 도1의 기본적인 방송시스템 내에서 단말기의 위치를 추적하는 방법에 대해서 설명한다.
도2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방송 위성과 동기화 된 지상 중계기를 이용한 단말기 위치를 추적 방법을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 단말기 위치 추적 방법은 방송 위성(200)에 시각 동기화 되어 있는 지상 중계기1(210), 지상중계기2(220), 방송위성(200) 및 사용자 단말기(230) 을 포함한다.
단방향의 방송 시스템을 이용하여 단말기의 위치를 추적하기 위해서는 각각의 지상 중계기(210, 220)의 절대위치(위도와 경도) 값과 신호 도달 시간을 측정하기 위한 기준 시각이 필요하다. 이때 절대위치(위치와 경도)는 지상 중계기와 방송위성을 설치할 때 미리 설정해둔다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 경우, 방송위성(200)은 도 1에 도시된 바와 같이 지구국(20)으로부터 제공되는 클락(CLOCK)을 제공받으므로 기준 시각을 측정할 수 있으나 각각의 지상중계기(210, 220)는 동기화 되어 있지 않기 때문에 GPS시스템으로부터 수신된 기준시각을 이용하여 각각의 신호에 대한 기준시각을 설정할 수 있는데 이는 각각의 지상 중계기(210, 220) 에 GPS 수신기를 설치함으로 해결할 수 있다.
GPS수신기를 설치한 지상중계기(210,220)는 방송위성(200)으로부터 송신된 제1기준시각을 이용해 지상중계기(210,220)가 사용자단말기(230)로 송신한 신호의 제2기준시각을 설정한다. 각각의 지상 중계기(210, 220)는 절대위치와 제2기준시각을 유휴(reserved)의 채널인 방송채널을 이용하여 사용자 단말기(230)에 제공한다. 그리고 방송위성(200)도 절대위치와 제1기준시각을 방송채널을 통해 지상단말기(230)로 제공한다. 이때 사용자 단말기(230)는 각각의 지상 중계기(210, 220)로부터 공급받은 절대위치(위도와 경도)와 제2기준시각, 방송위성(200)으로부터 공급받은 절대위치와 제1기준시각을 이용하여 단말기의 위치를 측정한다. 이때 지상 단말기(200)는 상기의 제1,제2기준시각과 방송위성(200)과 각각의 지상중계기(210,220)로부터 송신된 방송신호를 이용해 지상중계기로부터 송신된 신호를 보상해주어 각 방송신호들간의 시간 옵셋(offset)을 구할 수 있다. 상기의 시간 옵셋(offset)을 거리 = 속도 * 시간의 관계를 이용해 거리를 구하면 이 값이 지상단말기(230)로부터 각 지점(200,210,220)간의 거리의 상대적 거리를 측정할 수 있다. 상기의 상대적 거리와 각 지점(200,210,220)의 절대위치를 이용하여 지상 단말기(230)의 좌표를 구할 수 있다. 이때 각각의 지상 중계기는 TDM 신호의 디먹싱(Demuxing) 과정과 CDM 신호로의 코드별 먹싱(muxing) 구조를 갖고 있기 때문에 버퍼(buffer)를 이용하여 CDM 채널에 대한 시간을 조절 할 수 있다.
또한 3개의 지상중계기를 이용하여 지상 단말기의 위치를 추적하는 방법도 본 발명 제2실시예와 같은 방법으로 할 수 있으나, 3개의 지상중계기로부터 받은 기준시각과 절대위치를 이용하여 지상 단말기로부터 각 지점간의 상대적 거리를 구한다. 그리고, 2개의 위성과 1개의 방송위성을 이용하여 지상 단말기의 위치를 추적하는데 있어서도 상기의 방법으로 수행하여 지상 단말기로부터 각 지점간의 상대적 거리를 구한다.
아래에서는 본 발명의 제1실시예에 대한 구체적 계산 방법을 알아본다.
도3 은 본 발명의 제1 실시예에 대한 구체적인 거리측정 방법과 위치를 측정하는 방법을 나태내는 도면이다.
도3 에 도시되어 있는 G1(1,5) (300), G2(2.1) (310), G3(7,4)(320) 는 각각 도2에 도시된 각각의 지상 중계기(200, 210)의 절대위치(위도와 경도)와 방송위성(120)의 절대위치를 좌표를 나타낸 것이다. 또한, G1(1,5) (300), G2(2.1) (310), G3(7,4)(320)은 3개의 지상 중계기 또는 2개의 방송위성과 1개의 지상 중계기를 나타내는 좌표로 대체될 수 있다. T(x,y)는 도2에 도시된 지상 단말기(230)와 이의 절대위치를 좌표로 나타낸 것이다.
각각의 G1(1,5) (300), G2(2.1) (310), G3(7,4)(320)과 T(x,y) 사이의 거리측정은 T(x,y) 에서 절대적인 거리측정에 대한 기준이 없으므로 절대거리는 측정할 수 없다. 그러나 각 지상 단말기 사이의 상대적인 거리를 이용하여 T(x,y)의 실제적인 위치를 측정할 수 있다. G1(1,5) (300), G2(2.1) (310), G3(7,4)(320)와 T(x,y) 사이의 상대적인 거리인 │A-B│, │B-C│, │A-C│를 구할 수 있다. 여기서 A, B, C는 G1(1,5) (300), G2(2.1) (310), G3(7,4)(320)와 T(x,y) 사이의 절대적인 거리를 나타낸다. 상대적인 거리는 상기에서 설명하였듯이 각각의 지상 중계기(200, 210)로부터 지상단말기(220)로 별도의 채널 통해 받은 각 지상 중계기의 기준시각과 방송위성의 기준시각을 이용하여 양 신호간의 시간 옵셋(offset)을 측정한다. 상기 시간 옵셋(offset)을 거리 = 속도 * 시간의 관계를 이용하여 상대적 거리를 측정할 수 있다. 상기에서 설명한 내용을 수식을 이용하여 T(x,y)의 좌표를 구해보면 다음과 같다.
여기서│A-B│ , │B-C│, │A-C│의 값은 계산의 편의를 위해 임으로 정해진 값이다. 즉, │A-B│, │B-C│, │A-C│는 상기에서 설명한 상대적 거리이므로 이는 지상 단말기에서 시각차이를 이용해서 구할 수 있는 값이다.
위의 세 가지 식을 풀면 x, y를 구할 수 있다.
따라서 T(x,y)는 T(5,2)로 구해진다.
도2에서 설명한 지상 단말기 추적 방법은 상기에서 설명하였듯이 지상중계기에 GPS 수신기를 따로 설치해야 하며, 지상국(Earth Station)과 방송 위성과의 클락(Clock) 신호 또한 정확하게 알아야 하는 단점이 있다.
도 4는 방송위성으로부터 송신된 신호를 통해 각각의 지상 중계기를 동기화 시키는 방법을 가지는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지상단말기 추적방법에 관한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5a와 도5b는 단말기(430)가 방송위성(400)으로부터 송신된 CDM신호와 각각의 지상중계기(410,420)로부터 송신된 CDM신호사이의 시간 옵셋(offset)을 나타내는 도면이다. 도 5a와 도5b에 각각 도시된 Δt1,Δt2는 시간 옵셋을 나타낸 것으로 이를 이용해서 단말기로부터 방송위성까지의 거리와 단말기로부터 지상중계기까지의 거리의 차이를 계산하다. 이하에서는 도 4와 도 5a, 도 5b를 참고로 하여 본 발명의 제2실시예를 설명한다.
도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템은 1개의 방송위성(400)과 두 개의 지상 중계기(410, 420), 지상단말기(430)를 포함한다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 방송위성(400)은 각각의 지상 중계기(410, 420)로 TDM신호(440)와 CDM신호(450)를 송신하고 또한 지상 단말기(430)로 CDM신호(450)을 송신한다. 그리고 각각의 지상중계기는 방송 위성(400)으로부터 송신된 TDM(440)신호를 복조하여 CDM(460)를 지상 단말기(430)에 재전송 된다. 도 4에서, 방송위성(400)과 각각의 지상중계기(410,420)사이의 거리(이하에서는 각각 'L1, L2'라 함)는 사전에 지상 중계기를 설치할 때 알 수 있는 값으로 이는 각각의지상중계기에 기억되어 있다.
도 4에서, 각각의 지상중계기(410,420)는 방송위성(400)으로부터 받은 CDM(450)신호와 각각의 지상중계기(410, 420)에 기억되어 있는 L1, L2를 이용해서 방송위성(400)으로부터 송신된 CDM신호(450)와 각각의 지상중계기(410, 420)가 TDM신호를 CDM신호로 복조하여 지상단말기(430)로 송신한 CDM신호(460) 사이의 오프셋(offset) 알 수 있다.
지상중계기는 L1, L2를 사전에 알고 있기 때문에 방송위성으로부터 송신된 CDM신호(450)와 각각의 지상중계기(410,420)가 단말기(430)에 송신하는 CDM신호(460)사이의 오프셋(offset)시간(이하 각각'Δt1a,Δt2a'라함)을 알 수 있다. 이때, 지상중계기(410,420)는 상기의 방송위성(400)으로부터 받은 CDM 신호(450)와 지상중계기(410,420)가 지상단말기로 송신하는 CDM신호(460) 사이의 오프셋(offset)값 즉,Δt1a,Δt2a와 지상중계기(410,420)의 좌표 값을 유휴의 채널(reserved channel)을 통해 지상단말기(430)로 송신한다.
지상단말기는 각각의 지상중계기로부터 유휴의 채널(reserved channel)을 통해 송신된 오프셋 값(Δt1a,Δt2a)을 이용해서 방송위성(400)으로부터 송신된 CDM신호(450)와 각각의 지상중계기(410,420)로부터 송신된 CDM신호(460) 사이의 시간 차이(Δt1,Δt2)를 구할 수 있다. 이 값이 지상단말기(430)와 방송위성(430)사이의 거리에 대한 지상단말기(430)와 지상중계기(410,420) 사이의 거리의 차이가 된다. 즉, 단말기는 오프셋 값(Δt1a,Δt2a)을 이용해서 지상중계기로부터 송신된 CDM신호를 방송위성으로부터 단말기로 송신된 CDM신호와 동기화 시키기 위해 보상해 준다. 도5a와 도5b에 나타나있는 Δt1, Δt2는 각각 동기화 된 기준 시각을 이용해 방송위성(400)으로부터 송신된 CDM신호(450)와 각각의 지상중계기로부터 송신된 CDM신호 사이의 시간차이를 나타낸다.
그리고, 단말기는 지상중계기1(410)로부터 단말기에 보내어지는 CDM신호와 지상중계기2(420)로부터 단말기에 보내어지는 CDM신호의 시간 옵셋(offset)을 동기화 된 기준시각(즉, Δt1a,Δt2a을 이용해 보상해서 기준시각을 동기화 시킨다.)을 이용해서 계산할 수 있다. 이 값을 임으로 Δt3라고 하자.
상기의 Δt1, Δt2, Δt3과 방송위성 및 지상중계기의 좌표 값을 이용해서 도3에서 나타나 있는 방법을 통해 사용자 단말기의 좌표를 구할 수 있다. 도 3에 나타나 있는 G1(200), G2(210), G3(220)을 각각 방송위성(400), 지상중계기2(420), 지상중계기1(410)이라고 가정하면 다음의 관계가 성립한다.
│A-C│= Δt1 * 속도(constant)
│A-B│= Δt2 * 속도(constant)
│B-C│= Δt3 * 속도(constant)
여기서, 거리=시간*속도의 관계를 이용한다. 속도는 빛의 속도인 3.0 * E8 m/sec²인 상수이고 수학식2의 우변은 Δt1, Δt2, Δt3를 알고 있으므로 상수가 된다. 그리고, 수학식1에서와 같이 단말기의 위치를 T(x,y)라고 하여 수학식2를 전개하면 수학식1과 같은 식이 된다. 따라서, 세식을 풀면 사용자 단말기의 위치인 T(x,y) 좌표점을 구할 수 있다. 이 값이 바로 사용자 단말기의 위치가 된다.
도 4에서, 신호중 CDM 신호는 지상 중계기로 하여금 GPS 시각 동기 없이 방송위성의 동기획득을 위한 CDM 파일럿 피엔(Pilot PN) 신호이다. 파일럿 피엔(PN) 채널(channel)은 수신기로 하여금 동기 획득을 위해 파일럿 신호를 제공하고 시스템의 각종 컨트롤 데이터(control data)를 전송한다. 디지털 시스템에서 파일럿 채널은 3가지의 기능을 하는 데 다음과 같다. 첫째, 프레임(frame) 동기를 위해 유닉 워드(unique word)와 프레임 카운터(frame counter)값을 전송한다. 둘째, 동기획득과 페이즈(phase) 보상을 위해 파일럿 심벌(pilot symbol)을 전송한다. 마지막으로 수신기의 기능 제공을 위해 컨트롤 데이터(control data)를 전송한다. 상기의 파일럿 심벌(pilot symbol)은 모두 '1'인 32-비트(bit)길이를 갖는 데이터로 구성되고 수신기로 하여금 패스 서칭(path searching)과 채널 평가(channel estimation)기능 할 수 있게 하며 정확성을 높이기 위해 방송 채널보다 많은 파워(power)로 전송해야 하는데 방송 채널보다 2배의 파워(power)로 전송하는 것이 적합하다.
이상과 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 단말기 위치 추적 방법은 각각의 지상중계기가 GPS 시각 동기 없이 방송위성으로부터 송신된 2.6GHz CDM 신호를 기준으로 하여 시간 옵셋(offset) 구하므로 별도의 시각 동기 지원 없이 서비스 커버리지(coverage)내의 단말기에 대한 위치 값을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 제2실시예에 따른 사용자단말기 위치 추적 방법에 있어서 한 개의 위성과 두 개의 지상중계기를 이용해서 사용자단말기 위치를 추적하는 방법을 설명하였으나, 본 발명의 제2실시예에서도 제1실시예와 같이 상기 3개의 지상중계기로 사용자단말기 위치를 추적할 수 있고, 2개의 위성과 한 개의 지상중계기로 사용자단말기 위치를 추적할 수 있다. 3개의 지상중계기로 사용자단말기의 위치를 추적하는데 있어서, 본 발명의 제2실시예의 방법과 같이 사용자단말기는 시각을 동기화 시키기 위해 3개의 지상중계기로부터 각각 Δt1a,Δt2a,Δt3a(여기서 Δt3a는 세 번째 지상중계기에서 시간 옵셋을 구한 값을 말함)를 이용해 각각의 지상중계기로부터 송신된 방송신호를 동기화 시키기 위해 보상해 준다. 사용자단말기는 동기화 된 시각기준을 이용해서 사용자단말기로부터 각각의 지상중계기간의 상대적 거리를 구할 수 있다. 2개의 방송위성과 1개의 지상중계기의 경우도 1개 지상중계기로부터 송신된 Δt1a를 이용해서 사용자단말기로부터 2개의 방송위성 및 지상중계기 사이의 상대적 거리를 본 발명의 제2실시예와 같이 구할 수 있다.
본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 의한 단말기 위치추적 방법에 있어서, 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 의해 구해진 단말기의 위치 좌표에 해당하는 지도를 단말기의 메모리에서 불러 들여 당해 지도를 단말기에 표시하는 장치를 설치하여 위치를 더욱더 알기 쉽게 표시할 수 있다. 이때 단말기는 사전에 지도를 메모리에 저장하고 있거나 방송시스템을 통해 받을 수도 있다.
본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 의한 단말기 위치추적 방법에서는 PMSB에서 사용하는 피엔 코드(PN code) 의 칩 속도(chip rate)는 16.384MHz 이고 실제로 데이터를 처리하는 클락(clock) 속도는 65.536MHz이다. 따라서 지상 중계기(Gap Filler)를 이용한 거리측정은 그 분해능(resolution)이 약 4.6m 정도이다. 이는 지상 단말기의 위치를 측정하는데 있어서 아주 작은 오차라 할 수 있다.
도6은 지상 중계기의 방송용 CDM의 방송채널을 나타내는 도면이다. 도6에서 방송용 CDM의 방송채널은 TDM디지털 신호처리부(610), 채널 역다중화기(620), 시리얼 투 패러렐 컨버터(serial two parallel converter)(630), 루트 레이즈드 코사인필터(root raised cosine filter, 이하'RRC'라함)(640), 이득부(650), 애더 트리(adder tree)(660), D/A 컨버터(Digital-to-Analog converter)(670)를 포함한다. TDM디지털 신호처리부(610)는 방송위성으로부터 송신된 TDM신호를 처리하는 부분이고, 채널 역다중화기(620)는 TDM디지털 신호를 여러 개의 채널로 분할하고, 시리얼 투 패러렐(630)은 다시 각각의 채널을 두 개의 채널로 나눈다. 도6에서 RRC(640)은 디지털 필터이며 이득부(650)는 신호를 증폭한다. 증폭된 신호는 애더트리(adder tree)(660)로 합산하여 D/A 컨버터(670)를 이용하여 아날로그 신호를 만든다. 방송용 CDM에서는 64개의 월시 코드(Walsh code)를 사용할 수 있으나 통상적으로 도6에서 나타난 바와 같이 코드(code)간의 간섭을 고려하여 32개의 월시 코드(Walsh code)를 사용하며, 방송 채널은 1개의 파일럿 채널(pilot channel)과 31개의 방송용 채널로 구성된다. 파일럿 채널은 동기 획득과정 등에 관여하기 때문에 일반 방송 채널에 비하여 높은 전력으로 송신한다. 각각의 채널에 대한 출력은 RRC필터(디지털 필터) 다음단의 이득블록의 설정 값에 따라 결정된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 위치정보 서비스용 더미 파일럿 중계기(Dummy Pilot 중계기)는 도6에서 도시된 방송채널 중 파일럿 채널(pilot channel)과 1개의 방송용 채널만으로 구성된다. 그리고, 단말기의 오동작을 방지하기 위하여 방송용 채널에 더미 데이터(Dummy data)임을 표시하는 테그(tag)를 포함한다. 방송용 단말기는 단순히 파일럿 신호의 Ec/lo만을 비교하기 때문에 더미 파일럿(Dummy pilot) 중계기 신호를 주신호로 방송채널을 복원할 경우에 시스템의 수신 성능의 저하가 발생될 수 있기 때문에 중계기의 별도의(reserve 된)채널에 더미 파일럿 중계기임을 표시하는 테그(tag)를 삽입하여 단말기가 더미 파일럿(Dummy Pilot) 중계기에 의한 오동작을 방지할 수 있다. 단말기의 복조된 데이터에 더미 파일럿 중계기로부터 송신된 신호임을 나타내는 테그(tag)가 포함된 경우 프로세서는 이 더미 파일럿 신호에 대해서는 Ec/lo가 양호한 경우에도 기준신호 또는 패이딩(fading)개선을 위한 컴바이너(combiner)신호로는 사용하지 않고 그 외의 기준신호에 대한 거리 계산용만으로 사용한다.
본 발명의 제1 및 제2실시예에서 나타난 바와 같이 방송위성과 지상중계기를 이용하여 단말기의 취치를 추적하기 위해서는 3개 이상의 신호를 필요로 한다. 이동통신 시스템의 경우는 소프트 핸드오프(Soft handoff)를 수행하기 위해서 여러 중계기로부터 송신된 신호의 각각의 핑커(finger)가 실제의 실효 데이터를 포함하여야 하지만 방송시스템에서는 핸드오프(handoff)기능이 없으므로 1개의 주도적인(dominant) 신호만으로 신호의 복원이 가능하다. 방송 채널의 수신을 위해서는 1개의 주도적인(dominant) 송신기만을 필요하지만 위치 서비스를 위하여서는 다수의 신호 제공을 위하여 불필요한 지상중계기 장비를 설치하여야 한다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 더미 파일럿 중계기을 사용할 경우 하드웨어 구성비용이 절감되며, 일반 방송 채널을 송출하지 않기 때문에 위성 신호 및 다른 지상중계기에 대한 신호간의 섭양이 감소된다. 또한 각각의 방송채널에 대한 전력이 필요없으므로 적은 출력의 종단 증폭기를 이용함으로써 상대적으로 큰 출력의 신호를 송출할 수 있기 때문에 저가의 장비로 넓은 커버리지를 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
예를 들면, 앞에서 언급하였듯이 본 발명의 제1과 제2 실시예에서 단말기의 위치를 측정하기 위해서 좌표값을 알고 있는 3점 이상의 기준점은 1개의 방송위성 과 2개의 지상중계기, 3개의 지상중계기, 2개의 위성과 1개의 지상중계기로 각각 대체될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 방송위성과 지상중계기를 이용해 단말기의 위치를 측정할 경우 피엔 코드(PN code)로 거리 측정하기 때문에 그 오차가 아주 작은 결과를 얻을 수 있다. 또한, 제2실시예에서와 같이 CDM신호를 이용해 지상중계기를 동기화 시키기 때문에 지상중계기에 GPS수신기를 설치할 필요가 없기 때문에 비용이 절감된다.
또한, 더미 파일럿(dummy pilot)중계기를 이용하는 경우에는 출력 파워(power)를 증가시킬 수 있어서 채널의 잡음을 줄일 수 있으며 하드웨어 구성비용이 절감된다. 또한 일방 방송채널을 송출하지 않기 때문에 위성 신호 및 타 지상중계기에 대하여 신호간섭 양이 감소된다.

Claims (21)

  1. 지구국, 방송위성, 지상중계기, 단말기를 포함하는 단방향 방송위성시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 방송위성이 상기 지상중계기 및 단말기로 신호와 제1기준시각을 제공하며 사전에 설정된 방송위성의 좌표를 채널을 통해 단말기에 제공하는 단계;
    (b) 상기 지상중계기가 별도의 수신기를 이용해 상기 방송위성으로부터 받은 신호를 통해 제2기준시각을 설정하는 단계;
    (c) 상기 지상중계기가 사전에 설정된 자기 좌표와 상기 제2기준시각을 유휴의 채널을 이용하여 단말기에 제공하는 단계;
    (d) 상기 단말기가 지상중계기와 방송위성으로 받은 제1,제2기준시각을 이용하여 지상중계기로부터 송신된 신호를 보상해주어 지상중계기와 방송위성으로 받은 신호간의 시간 옵셋(offset)을 구하는 단계;
    (e) 상기 단말기가 상기 시간 옵셋(offset) 이용해 단말기로부터 방송위성 및 각각의 지상중계기까지의 상대적인 거리차이를 구하는 단계; 및
    (f) 상기의 상대적 거리차이와 각 좌표를 이용해 단말기의 위치를 추적하는 단계를 포함하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기의 별도의 수신기가 위성 수신기인 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기의 신호는 방송신호 중 파일럿 신호인 것을 특징으로 하는 방송위성시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기의 채널이 방송채널인 것을 특징으로 하는 방송위성시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  5. 제1항 있어서,
    상기 단계 (d)의 상기 단말기가 적어도 2개의 지상중계기와 적어도 1개의 방송위성으로부터 받은 제1,제2기준시각과 신호를 이용하여 적어도 3개의 신호간의 시간 옵셋을 구하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)의 상기 단말기가 적어도 3개의 지상중계기로부터 받은 제1,제2기준시각과 신호를 이용하여 적어도 3개의 신호간의 시간 옵셋을 구하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)의 상기 단말기가 적어도 2개의 위성과 적어도 1개의 지상중계기로부터 받은 제1,제2기준시각과 신호를 이용하여 적어도 3개의 신호간의 시간 옵셋을 구하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (e)는
    상기 시간 옵셋(offset)을 이용하여 양 신호간의 시간차이를 구하는 단계;
    상기 단계에서 구한 시간차이를 거리 = 속도 * 시간 의 관계식을 이용하여 상기의 상대적 거리를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (f)의 상기 단말기는 상기 상대적 거리 및 좌표를 3개 이상 구해서 3개의 연립방정식을 이용해 단말기의 위치를 추적하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단말기의 위치를 구해서 상기 위치에 해당하는 지도를 단말기에 내장되어 있는 메모리에서 불러들여 상기 지도에 단말기의 위치를 표시하는 단계를 더 포함하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  11. 지구국, 방송위성, 방송위성에서 지상중계기까지의 거리를 사전에 알고 있는 지상중계기, 단말기를 포함하는 단방향 방송위성시스템에서 단말기의 위치를 추적하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 방송위성이 상기 지상중계기와 단말기로 신호를 제공하며 사전에 설정된 방송위성의 좌표를 채널을 통해 단말기에 제공하는 단계;
    (b) 상기 지상중계기가 방송위성에서 지상중계기까지의 거리와 상기 방송위성으로부터 받은 신호를 이용하여 방송위성으로부터 송신된 신호와 지상중계기가 단말기로 송신하는 신호간의 제1시간 옵셋을 구하는 단계;
    (c) 상기 지상중계기가 사전에 설정된 자기 좌표와 상기 제1시간 옵셋을 유휴의 채널을 이용하여 단말기에 제공하는 단계;
    (d) 상기 단말기가 지상중계기로부터 받은 제1시간 옵셋을 이용하여 지상중계기로부터 받은 신호를 보상해 주어 방송위성으로부터 송신된 신호와 지상중계기로부터 송신된 신호간 제2시간 옵셋을 구하는 단계;
    (e) 상기 단말기가 상기 제2 시간옵셋(offset)을 이용해 단말기로부터 방송위성 및 각각의 지상중계기까지의 상대적인 거리차이를 구하는 단계; 및
    (f) 상기 상대적 거리차이와 각 좌표를 이용해 단말기의 위치를 추적하는 단계를 포함하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기의 신호는 방송신호 중 파이럿 신호인 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기의 채널은 방송채널인 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  14. 제11항 있어서,
    상기 단계 (d)의 상기 단말기가 적어도 2개의 지상중계기로부터 받은 적어도 2개의 제1시간 옵셋을 이용하여 지상중계기로부터 단말기에 송신된 신호를 보상해 주어 적어도 1개의 방송위성으로부터 송신된 신호와 지상중계기부터 송신된 신호간의 제 2시간 옵셋을 적어도 3개 구하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (d)의 상기 단말기가 적어도 3개의 지상중계기로부터 받은 적어도 3개의 제1시간 옵셋을 이용하여 지상중계기로부터 단말기에 송신된 신호를 보상해주어 적어도 3개의 지상중계기로부터 송신된 신호간의 제2시간 옵셋을 적어도 3개 구하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (d)의 상기 단말기가 적어도 1개의 지상중계기로부터 받은 적어도 1개의 제1시간 옵셋을 이용하여 지상중계기로부터 단말기에 송신된 신호를 보상해 주어 적어도 1개의 지상중계기로부터 송신된 신호와 적어도 2개의 위성으로부터 송신된 신호간의 제2시간 옵셋을 적어도 3개 구하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (e)는
    상기 제2시간 옵셋(offset)을 이용하여 양 신호간의 시간차이를 구하는 단계;
    상기 단계에서 구한 시간차이를 거리 = 속도 * 시간 의 관계식을 이용하여 상기의 상대적 거리를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  18. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (f)의 상기 단말기는 상기 상대적 거리 및 좌표를 3개 이상 구해서 3개의 연립방정식을 이용해 단말기의 위치를 추적하는 것을 특징으로 하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 단말기의 위치를 구해서 상기 위치에 해당하는 지도를 단말기에 내장되어 있는 메모리에서 불러들여 상기 지도에 단말기의 위치를 표시하는 단계를 더 포함하는 방송위성 시스템에서 단말기 위치를 추적하는 방법.
  20. 방송위성으로부터 송신된 시분할다중방식(TDM)신호를 처리하는 디지털신호처리부, 디지털신호처리부로부터 송신된 신호인 시분할다중방식(TDM)신호를 여러 개의 채널로 분할하는 채널역다중화기, 각각의 채널을 다시 2개의 신호로 나누는 시리얼-투-패러랠 컨버터(S/P converter), 시리얼-투-패러랠 컨버터의 출력를 변조한 신호를 필터하는 디지털 필터, 필터의 출력을 증폭하는 증폭기, 증폭된 신호를 합산하는 애더트리, 디지털 신호를 아나로그 신호로 전환하는 D/A 컨버터를 포함하며 상기의 채널중 동기화 획득을 위한 파이롯 채널과 데이터 수신을 위한 1 개의 방송용 채널만을 포함하는 것을 특징으로 하는 더미 파일롯 중계기.
  21. 제 20항에 있어서,
    단말기의 오동작을 방지하기 위하여 상기 방송용 채널에 더미 데이터 신호임을 표시하는 테그(tag)를 포함하는 것을 특징으로 하는 더미 파일럿 중계기.
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