KR20050084085A - 신호 지연 추정 - Google Patents

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KR20050084085A KR20057009908A KR20057009908A KR20050084085A KR 20050084085 A KR20050084085 A KR 20050084085A KR 20057009908 A KR20057009908 A KR 20057009908A KR 20057009908 A KR20057009908 A KR 20057009908A KR 20050084085 A KR20050084085 A KR 20050084085A
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Abstract

본 발명은 이동국의 위치를 결정하기 위하여 네트워크의 특정 네트워크 요소(BS1, BS2)로부터 이동국(MS)에 수신되는 신호의 지연을 추정하는 방법에 관한 것이다. 오경보율을 감소시키고 포착 확률을 증가시키기 위하여, 상기 방법은 검색 윈도우(search window) 내에서 지연을 추정하는 단계를 포함한다는 것이 제안된다. 검색 윈도우는 특정 네트워크 요소(BS1, BS2)에서 이용가능한 위치 정보 및 상기 이동국(MS)에서 적어도 하나의 다른 네트워크 요소(BS0, BS1)까지의 알려진 거리에 기초하여 결정된다. 본 발명은 또한 대응하는 이동국(MS), 대응하는 네트워크 요소(BS0), 및 적어도 하나의 이동국 및 적어도 2개의 네트워크 요소들을 포함하는 통신 시스템에 관한 것이다.

Description

신호 지연 추정{Estimation of a signal delay}
본 발명은 이동국의 위치를 결정하기 위하여 네트워크의 특정 네트워크 요소로부터 이동국에 수신된 신호들의 지연을 추정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이동국, 네트워크의 네트워크 요소, 및 통신 시스템에 관한 것이다.
이동국의 위치는 예를 들어 위치 서비스의 일부인 위치 확인 절차(positioning procedure)와 같은 위치 확인 절차에 의해 결정될 수 있다.
셀룰러 시스템들에서의 위치 서비스들은 그 위치가 결정되는 이동국에 셀룰러 네트워크의 상이한 네트워크 요소들에 의해 전송되는 신호들의 지연을 결정하는 것에 기초한다. 직선(line-of-sight) 전송의 경우에 있어서, 신호들의 지연은 이동국 및 각 전송 네트워크 요소간의 거리에 정비례한다.
위치 서비스는 보통의 통신 서비스와는 다른 신호들의 포착(acquisition)에 대한 요건을 갖는다. 특히 임펄스 응답의 정보를 사용하여 지연 추정을 위한 핑거 검색(finger searching) 프로세스에 대한 요건을 갖는다.
보통의 통신 서비스들에 있어서, 가장 강력한 신호들이 가장 중요하다. 따라서 임펄스 응답들에서의 피크들을 선택함으로써 검색이 수행될 수 있다. 대조하여, 위치 서비스들에 있어서, 이용가능한 경우 제일 먼저 도달한 신호, 바람직하게는 직선 신호를 발견하는 것이 목적이다.
보통의 통신 서비스들에 있어서, 단지 서빙 네트워크 요소로부터 신호들이 획득되어야 하기 때문에, 적용 범위(covering range)는 더 상이하다. 상기 서빙 네트워크 요소는 이동 단말기가 현재 위치하는 셀에 서비스를 제공하는 네트워크 요소이다. 따라서, 보통의 통신 서비스들에 있어서, 지연 프로파일(delay profile)은 주로 네트워크의 셀 크기에 의해 결정된다. 대조하여, 위치 서비스들에 있어서, 복수의 네트워크 요소들로부터의 신호들이 이동국의 정확한 위치를 결정하는데 필요하기 때문에, 적용 범위는 서버 셀 및 이웃하는 셀들의 크기에 의해 결정된다.
예를 들어, 도 1은 6각형 모양을 갖는 서버 셀(10)내의 서빙 네트워크 요소로서 서버 기지국(BSs)을 갖는 셀룰러 네트워크를 도시한다. 현재 위치가 결정되는 이동국(MS)은 상기 서버 셀(10)에 위치한다. 서버 셀(10)은 추가 네트워크 요소들을 구성하는 바로 이웃하는 기지국들(BSn)에 의해 서비스가 제공되는 6개의 추가 6각형 셀들(11)에 의해 둘러싸인다. 이동국(MS)으로부터 훨씬 멀리 있는 추가 기지국들이 추가로 고려될 수 있다.
위치 서비스에 대한 지연된 신호를 검출하기 위한 검색 절차는 일반적으로 상이한 네트워크 요소들로부터 수신되는 신호들의 임펄스 응답에서 수행된다. 상기 검색은 상관 절차를 사용하여, 예를 들어 제로 지연으로부터 시작하는 매칭 필터(matched filter)를 사용하여 수행될 수 있다. 지연은 일치하는 것이 발견될 때까지 증가한다. 지연은 예를 들어 수신된 신호들의 임펄스 응답 프로파일에서의 에지 검출(edge detection)에 의해 추정될 수 있다. 임펄스 응답 프로파일의 길이는 신호 형상(signal shape)의 폭보다 훨씬 더 길다. 따라서, 에지에 대한 검색은 샘플링 데이터의 크기를 미리 정의된 임계값과 비교함으로써 신호의 어떤 위치로부터 시작된다. 한편, 이러한 임계값은 노이즈 피크가 신호 에지로서 검출되는, 그 결과 오경보(false alarm)가 되는 것을 피하기 위하여 충분히 높게 설정되어야 한다. 다른 한편, 임계값은 비록 신호 세기가 다소 약하다 하더라도 신호 에지가 검출되는 것을 보장하도록 충분히 낮게 설정되어야 한다.
대체로, 임펄스 응답의 길이는 가능한 최대 지연을 포함하도록 충분히 길어야 한다. 하지만, 검색 범위의 길이가 일반적으로 신호의 포착시에 오경보율(false-alarm rate)에 영향을 미친다는 것이 지연된 신호들에 대한 검색 절차들로부터 알려진다. 검색 범위가 더 길어지면 질수록, 오경보율이 더 높아질 것이다. 신호들이 부분적으로 훨씬 더 약하고 노이즈가 이웃하는 네트워크 요소들에 대해 더 커지면서 지연이 더 커지기 때문에, 위치 서비스들에 대한 문제가 훨씬 더 심각하다. 이웃하는 네트워크 요소를 포착하는 경우 대부분의 노이즈는 서버 네트워크 요소에 의해 야기되는 간섭이다.
동일한 종류의 문제들이 다른 셀룰러 네트워크 기반 위치 확인 절차들에서 발생할 수 있다.
도 1은 셀룰러 통신 시스템에서의 이동국을 도시한다.
도 2는 셀룰러 통신 시스템에서의 다양한 거리들을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2와 관련하여 본 발명에 따른 방법의 원리를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 4의 흐름도에서의 제1 단계들을 도시한다.
도 6은 상이한 검색 윈도우 크기들에 대한 오경보율 시뮬레이션 결과들을 나타내는 도면이다.
도 7은 상이한 검색 윈도우 크기들에 대한 포착 확률 시뮬레이션 결과들을 나타내는 도면이다.
본 발명의 목적은 이동국의 위치를 결정하는 경우 높은 포착 확률(acquisition probability)을 획득하고 오경보율을 감소시키는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 이동국의 위치를 결정하기 위하여 네트워크의 특정 네트워크 요소로부터 이동국에 수신되는 신호의 지연을 추정하는 방법을 사용하여 달성된다. 상기 방법은 검색 윈도우(search window) 내에서 지연을 추정하는 단계를 포함한다는 것이 제안된다. 검색 윈도우는 특정 네트워크 요소에서 이용가능한 위치 정보 및 이동국에서 적어도 하나의 다른 네트워크 요소까지의 알려진 거리에 기초하여 결정된다. 특정 네트워크 요소로부터의 신호들의 추정된 지연은 상기 특정 네트워크 요소까지의 거리에 대응한다.
본 발명의 목적은 또한 이동국의 위치를 결정하기 위하여 네트워크의 복수의 네트워크 요소들로부터 신호들을 수신하는 수단, 및 각 검색 윈도우를 사용하여 수신된 신호들의 지연을 결정하는 수단을 포함하는 대응하는 이동국을 사용하여 달성된다. 상기 이동국은 또한 네트워크 요소들 각각에 대한 검색 윈도우의 표시(indication)를 수신하는 수단, 또는 상기 제안된 방법에 따른 검색 윈도우 자체를 결정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 목적은 또한 이동국의 위치를 결정하기 위한 신호들을 상기 이동국에 전송하는 수단을 포함하는 네트워크의 대응하는 네트워크 요소를 사용하여 달성된다. 상기 네트워크 요소는 추가로 상기 제안된 방법에 따른 상기 네트워크의 적어도 하나의 추가 네트워크 요소에 대한 검색 윈도우를 결정하는 수단, 및 상기 결정된 검색 윈도우에 대한 정보를 상기 이동국에 전송하는 수단을 포함한다. 또는 상기 네트워크 요소는 추가로 적어도 하나의 추가 네트워크 요소에 대한 위치 정보를 검색하여 이동국에 전송하는 수단을 포함한다. 상기 네트워크 유닛은 예를 들어 무선 액세스 네트워크의 기지국일 수 있다.
최종적으로, 본 발명의 목적은 이동국의 위치를 결정하기 위한 신호들을 전송하는 적어도 2개의 네트워크 요소들, 검색 윈도우에 기초하여 수신된 신호들의 지연을 결정하기 위한 수단을 갖는 적어도 하나의 이동국, 및 상기 제안된 방법에 따른 검색 윈도우를 결정하기 위한 수단을 포함하는 통신 시스템을 사용하여 달성된다. 후자의 수단은 이동국에 또는 네트워크 요소에 포함될 수 있다.
본 발명은 포착(acquisition)에서의 오경보율을 감소시키기 위하여, 검색 윈도우를 임펄스 응답 프로파일에 놓음으로써 검색 범위가 제한될 수 있다는 사상에서부터 진행한다. 적어도 하나의 네트워크 요소까지의 거리가 알려지고 거리가 결정되어야 하는 특정 네트워크 요소에 대한 추가 기하학 정보가 이용가능한 경우, 검색 윈도우는 상기 정보에 기초하여 제한될 수 있다. 기하학 정보는 특정 네트워크 요소의 정확한 위치 또는 알려진 위치에 관련되는 상기 위치에 대한 정보일 수 있다. 이용가능한 정보는 특히 이동국이 특정 네트워크 유닛까지 가질 수 있는 최소 및 최대 거리를 결정하도록 허용하고, 따라서 상기 특정 네트워크 유닛에 의해 전송되는 신호들의 가능한 최소 및 최대 지연을 결정하도록 허용한다. 따라서, 검색 윈도우는 상기 최소 및 최대 지연 사이의 지연을 가지고 도달하는 신호의 검색을 가능하게 하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 장점은 예를 들어 위치 서비스에서 이동국의 위치를 결정하는 경우 포착 확률을 증가시키고 오경보율을 감소시킨다는 것이다. 또한, 노이즈 성분의 양이 예를 들어 반으로 줄어든다.
본 발명은 더욱이 더 약한 신호들의 포착, 및 따라서 더 많은 네트워크 요소들의 포착을 가능하게 한다. 이것은 또한 더 정확한 위치 확인이 되도록 한다.
추가로, 본 발명의 장점은 검색 범위를 감소시켜, 매칭 필터(matched filter)에서의 동작 및 검색 동작이 공지된 해결방안보다 더 빠르다는 것이다. 위치 서비스들을 위한 종래의 신호 포착 절차에 사용된 검색 범위에 비해, 상기 검색 범위는 예를 들어 제안된 검색 윈도우를 사용함으로써 50%까지 감소될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항으로부터 명백하게 된다.
본 발명의 특히 간단한 실시예에 있어서, 이동국에서 하나의 다른 네트워크 요소까지의 단 하나의 알려진 거리가 하나 이상의 특정 네트워크 요소들에 대한 검색 윈도우들을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 알려진 거리는 이동국이 현재 위치하는 셀의 경계의 상기 셀에 서비스를 제공하는 네트워크 요소까지의 최대 거리에 의해 주어질 수 있다. 모든 특정 네트워크 요소들에 대한 검색 윈도우는 따라서 상기 최대 거리의 2배에 대응하는 길이를 가질 수 있다. 이때, 검색 윈도우는 단지 상대적인 위치에 따라 각 특정 네트워크 요소에 대해 이동(shift)되어야 한다.
하지만, 유리하게는, 이용가능한 거리에 대한 더 상세한 지식이 사용된다. 서빙 네트워크 요소가 포착된 경우, 알려진 거리는 이동국에서 상기 서빙 네트워크 요소까지의 결정된 거리일 수 있다. 적어도 2개의 다른 네트워크 요소들까지의 거리가 사전에 추정된 경우, 이들 모두의 네트워크 요소들까지의 거리는 검색 윈도우를 결정하는데 고려될 수 있다. 검색 윈도우는 특히 각각 결정된 거리인 반경을 갖는 포착된 네트워크 요소들 주위의 모든 원들의 교차점들을 포함하도록 선택될 수 있다. 특히 작은 검색 윈도우를 가능하게 하기 위하여, 검색 윈도우는 적어도 2개의 서브-윈도우(sub-window)들로 세분될 수 있고, 각 서브-윈도우는 각 교차점을 포함한다.
제2 접근 방법에서의 신뢰성을 보장하기 위하여, 더 가까운 네트워크 요소들로부터의 또는 더 강한 신호들을 제공하는 네트워크 요소들로부터의 신호들의 지연이 바람직하게는 먼저 결정된다. 제2 객체의 매개변수 값의 추정을 제1 객체에 대해 획득된 매개변수 값의 추정에 기초하고, 상기 제1 객체에 대한 매개변수 값을 신뢰할 수 없는 경우, 상기 방법은 수렴하지 않는다. 제안된 방법에 있어서, 가장 신뢰할 수 있는 객체는 서빙 네트워크 요소이고, 각각의 가장 가까운 네트워크 요소 또는 가장 강력한 신호들을 제공하는 네트워크 요소이어야 한다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 있어서, 신호들을 전송하기 위한 특정 네트워크 요소에 의해 사용되는 파워 레벨(power level) 및 특정 네트워크 요소의 적용 범위(covering range)가 추가로 검색 윈도우를 결정하는데 고려된다.
유리하게는, 검색 윈도우는 수신된 신호의 지연에 대한 검색 범위를 제한하는데 사용될 뿐 아니라, 수신된 신호들의 신호 세기에 대한 임계값을 설정하는데 사용된다. 검색 윈도우가 더 작으면 작을수록, 동일한 오경보율 및 동일한 포착 확률을 획득하기 위한 임계값이 더 낮아질 수 있다.
본 발명은 공중 인터페이스(air interface)를 통해 신호들을 전송하는 어떤 종류의 네트워크, 예를 들어 셀룰러 네트워크, 무선국 네트워크(radio station network) 등을 가지고 사용될 수 있다. 대응하여, 본 발명은 어떤 셀룰러 시스템, 예를 들어, 이동 통신 글로벌 시스템(GSM; global system for mobile communications), 코드 분할 다중 액세스(CDMA; code division multiple access) 및/또는 일반 패킷 무선 시스템(GPRS; general packet radio system)에서 사용될 수 있지만, 동일하게 비-셀룰러 네트워크(non-cellular network)를 사용하는 어떤 시스템에서 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명은 어떤 종류의 위치 확인 서비스를 가지고, 예를 들어 관측 시간차(OTD; Observed Time Difference)를 사용하는 서비스를 가지고 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적들 및 특징들은 첨부한 도면들과 관련하여 고려되는 이하 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 이미 상술하였다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3c는 셀룰러 통신 시스템에서 사용되는 본 발명에 따른 방법의 원리를 예로서 도시한다. 상기 통신 시스템은 이동국 및 복수의 셀들을 갖는 셀룰러 네트워크를 포함한다. 각 셀은 다른 하나의 기지국에 의해 서비스가 제공된다. 통신 시스템은 어떤 위치 서비스들을 가능하게 한다. 일반적으로, 이동국의 위치는 이러한 위치 서비스들을 사용하여 결정된다.
도 2는 통신 시스템에서의 다양한 거리들을 나타낸다. 셀룰러 네트워크의 몇몇 셀들(20, 21, 22)은 한 줄로 배열된다. 이 줄에 병렬로 도시된 직선은 통신 시스템에서의 상이한 위치들에 대해 상이한 문자들(O, A 내지 E, ..., X)을 관련시킨다. 위치들(A 내지 D)은 각 이웃하는 위치들로부터 동일한 거리에 있다.
이동국(MS)은 서버 셀(20)에 있다. 서버 셀(20)은 위치(O)에서 위치(B)까지 미친다. 서버 셀(20)에 서비스를 제공하는 서버 기지국(BS0)은 위치(A)에서 이 셀(20)의 중심에 위치한다. 제1 이웃 셀(21)은 위치(B)에서 위치(D)까지 미친다. 셀(21)에 서비스를 제공하는 서버 기지국(BS1)은 위치(C)에서 이 셀(21)의 중심에 위치한다. 제2 이웃 셀(22)은 위치(D)에서 시작하고 위치(E) 이상으로 연장한다. 셀(22)에 서비스를 제공하는 서버 기지국(BS2)은 위치(E)에서 이 셀(22)의 중심에 위치한다. 추가 기지국들이 그에 따라 뒤따를 수 있고 최대 위치(X)까지 연장한다. 기지국들(BS0, BS1, BS2)에 의해 전송되는 신호들의 임펄스 응답 프로파일의 전체 길이는 위치(O)에서 위치(X)까지의 거리를 포함한다.
이동국(MS)는 이제 상기 이동국(MS)의 현재 위치를 결정하기 위하여 각 기지국(BS0, BS1, BS2)까지의 거리를 결정한다.
위치 서비스에 대한 측정이 시작되기 전에, 서버 기지국(BS0)이 알려져 있다. 상기 서버 기지국(BS0)은 자기 자신의 위치 및 셀 크기를 알고 또한 다른 기지국들(BS1, BS2)의 위치 및 적용 범위를 안다.
이동국(MS) 및 서버 기지국(BS0) 사이에 통신이 수행되고 있는 것으로 가정한다. 이러한 통신 동안, 서버 기지국(BS0)은 기지국들의 셀 크기 및 적용 범위에 대한 정보 및 기하학 정보를 이동국(MS)에 전송한다. 셀 크기 및 적용 범위에 대해, 예를 들어 통신 가능 구역(coverage area) 또는 기지국에서 셀의 경계까지의 각각의 최대 거리의 표시가 제공될 수 있다.
수신된 정보에 기초하여, 이동국(MS)은 신호들을 수신할 수 있는 기지국들(BS0, BS1, BS2) 각각에 대한 전용 검색 윈도우를 결정한다.
결과적인 검색 윈도우들은 도 3a 내지 도 3c에 도시된다. 각 도면은 0 및 |OX| 사이의 임펄스 응답의 지연을 갖는 시간 라인(time line)을 도시한다. |OX|는 위치(O)에서 위치(X)까지의 길이의 전송 경로에서 신호가 받는 지연이다.
서버 기지국(BS0) 자신에 있어서, 이동국(MS)이 서버 셀(20)에 위치하는 것이 알려져 있기 때문에, 검색 범위는 위치(O) 및 위치(A) 사이의 거리인 반경을 갖는 원형의 영역을 포함해야 한다. 따라서, 이동국(MS)은 제로에서 지연 |OA|까지의 지연을 포함하는 검색 윈도우를 결정하고, 지연 |OA|는 O에서 A까지의 거리상의 직선 경로에 대해 요구되는 전달 시간이다. 서버 기지국(BS0)에 대한 검색 윈도우는 도 3a에 도시된다. 임펄스 응답에서의 이 범위 밖의 모든 성분들은 서버 기지국(BS0)에 대한 포착에 있어서 이동국(MS)에 의해 배제될 수 있다.
이동국(MS)이 서버 셀(20)에 위치하기 때문에, 기지국(BS1) 및 이동국(MS)간의 최소 거리는 위치들(B 및 C)간의 거리인 것으로 알려지고, 기지국(BS1) 및 이동국(MS)간의 최대 거리는 위치들(O 및 C)간의 거리인 것으로 알려진다. 따라서, 기지국(BS1)에 대해, 대응하는 지연 |OA| 내지 |OC|를 포함하는 검색 윈도우가 결정되고, 이때, 지연 |OA|는 지연 |BC|와 동일하다. 이 검색 윈도우는 도 3b에 도시된다.
이동국(MS)이 서버 셀(20)에 위치하는 것으로 알려져 있기 때문에, 기지국(BS2) 및 이동국(MS)간의 최소 거리는 위치들(B 및 E)간의 거리인 것으로 알려지고, 기지국(BS2) 및 이동국(MS)간의 최대 거리는 위치들(O 및 E)간의 거리인 것으로 알려진다. 따라서, 기지국(BS2)에 대해, 대응하는 지연 |OC| 내지 |OE|를 포함하는 검색 윈도우가 결정되고, 이때, 지연 |OC|는 지연 |BE|와 동일하다. 이 검색 윈도우는 도 3c에 도시된다.
검색 윈도우는 또한 이웃하는 기지국들(BS1, BS2)의 적용 범위에 대한 이용가능한 정보에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 기지국(BS2)의 적용 범위가 단지 A-E인 반경을 갖는 것으로 이동국(MS)에 알려진 경우, 검색 범위는 추가로 A에서 B까지로 제한될 수 있고, 검색 윈도우는 대응하여 |OC|에서 |OD|까지의 지연으로 제한될 수 있다.
기술한 예에 있어서, 이동국(MS)은 서버 기지국(BS0)으로부터 수신된 정보에 기초하여 검색 윈도우들을 결정한다. 대안적으로, 서버 기지국(BS0)은 기지국들(BS0, BS1, BS2) 각각에 대한 검색 윈도우를 결정할 수 있고 상기 검색 윈도우들에 대한 정보만을 이동국(MS)에 제공할 수 있다.
다른 경우에 있어서, 이동국(MS)은 결정된 검색 윈도우를 수신된 신호들의 임펄스 응답 프로파일에 놓음으로써 그리고 이러한 검색 윈도우내에서 에지 검출을 수행함으로써 상이한 기지국들(BS0, BS1, BS2)로부터 도달하는 신호들의 지연을 추정한다. 추정된 지연들로부터, 이동국(MS)은 기지국들(BS0, BS1, BS2)까지의 각 거리를 계산한다. 이동국(MS)의 현재 위치는 각 결정된 거리를 갖는 기지국들(BS0, BS1, BS2) 주위의 원들의 교차점에 있는 것으로 가정할 수 있다.
제안된 방법에 있어서, 검색 범위는 줄어들고, 따라서 포착에서의 오경보율이 감소된다. 도 2 및 도 3에서 제시된 예에서와 같이, 동일한 크기의 셀들을 가정하는 경우, 검색 범위는 종래의 접근 방법에 비해 기지국(BS1)에 대해서는 대략 1/3까지 그리고 기지국(BS2)에 대해서는 대략 3/5까지 줄어든다.
물론, 실제에 있어서는, 셀 적용 범위들은 서로 중첩되고 셀 크기들 및 형태들이 동일하지 않다. 그럼에도 불구하고, 상기 언급된 것과 유사하게 특정 기지국을 포착하기 위한 가능한 모든 지연들을 포함하도록 검색 윈도우가 이동국에 의해 고려될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 상기 방법은 추가로 셀룰러 통신 시스템에서 위치 서비스를 위해 이웃하는 기지국들을 포착하기 위한 검색 범위를 짧게 한다.
제1 단계에서, 서버 기지국(BS0)은 셀룰러 네트워크의 서버 기지국(BS0) 및 이웃하는 기지국들(BSi)의 위치에 대한 정보, 서버 기지국(BS0)의 최대 셀 반경(R0)의 표시, 및 이웃하는 기지국들(BSi)의 적용 범위들의 표시를 이동국(MS)에 제공한다.
다음 단계에서, 이동국(MS)은 상기 언급된 바와 같이 서버 기지국(BS0)에 대한 검색 윈도우를 결정한다. 서버 기지국(BS0)은 대략 R0인 최대 반경을 갖는 셀을 서비스를 제공한다. 따라서, 결정된 검색 윈도우는 R0인 검색 범위에 대응하는 크기를 갖는다. 서버 기지국(BS0)을 포착한 이후에, 이동국(MS)은 상기 검색 윈도우를 사용하여 서버 기지국(BS0)으로부터 수신된 신호들의 지연을 결정한다. 이동국(MS)은 이 지연으로부터 상기 이동국(MS)이 현재 위치하는 서버 기지국(BS0)까지의 거리(D0)를 계산할 수 있다. 도 5는 예시로서 서버 기지국(BS0), 반경(R0) 및 결정된 거리(D0)를 갖는 셀룰러 환경을 도시한다.
추가 기지국들(BSi)까지의 거리를 추정하기 위하여, 이동국(MS)은 수신된 기하학 정보 및 사전에 포착된 기지국들에 대한 정보를 결합한다.
이동국(MS)은 우선 가장 가까운 이웃하는 기지국(BS1)을 선택한다. 이웃하는 기지국(BS1)은 대략 R1인 최대 반경을 갖는 셀을 서비스를 제공한다. 상기 셀은 서버 기지국(BS0)에 의해 서비스가 제공되는 셀과 부분적으로 중첩한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 제공된 예에서, 기지국(BS1)에 대한 검색 범위는 이제 대략 2R0일 것이다. 하지만, 이동국(MS)은 도 5에서 점선을 가지고 표시된, 서버 기지국(BS0) 주위의 한정된 고리(ring)상에 있다는 것을 이미 알고 있다. 상기 고리는 서버 기지국(BS0)까지의 거리(D0)를 갖는다. 따라서 기지국(BS1)에 대한 검색 범위는 D11 및 D12 사이에 위치할 수 있다. D11은 기지국(BS1) 및 서버 기지국(BS0) 간의 거리에서 D0를 뺀 거리에 대응한다. D12은 이웃하는 기지국(BS1) 및 서버 기지국(BS0) 간의 거리에서 D0를 더한 거리에 대응한다.
따라서, 요구되는 검색 범위의 길이는 2D0이고, 이것은 도 2 및 도 3a 내지 도 3c의 예에서 사용된 2R0의 범위보다 훨씬 더 작을 수 있다.
이동국(MS)은 이웃하는 기지국(BS1)을 포착하고, 수신된 검색 윈도우를 사용하여 상기 기지국(BS1)에 의해 수신되는 신호들의 지연을 결정하며, 상기 지연으로부터 기지국(BS1)까지의 거리(D1)를 결정한다.
추가 기지국(BSi)까지의 거리가 요구되는 경우, 이동국(MS)은 계속해서 각각의 다음 가장 가까운 이웃하는 기지국(BSi)을 선택하고 상기 기지국에 대한 위치 정보 및 이동국(MS)에 대한 사전에 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 기지국(BSi)에 대한 검색 윈도우를 결정한다.
예를 들어, 다음 순환에 있어서, 2개의 기지국들(BS0, BS1)이 이미 포착되었고, 이동국(MS)에서 상기 기지국들(BS0, BS1)까지의 거리(D0, D1)가 결정되었다. 따라서 이동국(MS)은 2개의 고리들의 교차점에 위치해야 한다. 2개의 고리들 중 하나는 반경(D0)을 가지고 기지국(BS0)을 둘러싸고, 2개의 고리들 중 나머지 하나는 반경(D1)을 가지고 기지국(BS1)을 둘러싼다. 다른 기지국들을 검색하는 경우, 이 정보는 매우 작은 검색 범위를 포함하기 위하여 검색 윈도우의 크기를 제한하는데 사용될 수 있다. 검색 윈도우는 특히 2개의 고리들의 2개의 교차 영역들 주위의 2개의 작은 검색 영역들을 포함하는 2개의 서브-윈도우들로 분할될 수 있다. 이웃하는 기지국들(BSi)의 적용 범위의 표시는 각각의 이웃하는 기지국(BSi)으로부터의 신호들이 모두 충분한 신호 세기를 가지고 이동국(MS)에 도달할 수 있는지를 검사하는데 미리 사용될 수 있다.
더 많은 기지국들이 포착되면 될수록, 이동국의 위치에 대한 더 정확한 정보가 획득된다. 상기 위치 정보는 다시 추가의 기지국들을 포착하는데 사용될 수 있다. 따라서 오경보율이 최소로 감소될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 달성될 수 있는 개선들을 나타내는 시뮬레이션 결과들을 제시하는 도면들이다.
도 6은 150m, 500m, 1000m 및 5000m인 검색 범위에 대한 세트 임계값에 대한 오경보율을 도시한다. 검색 범위는 사용되는 검색 윈도우의 크기에 직접 대응한다. 제공되는 곡선은 각 검색 범위에 대한 시뮬레이션 결과들을 대략적으로 연결한다. 임계값은 수신된 신호가 이동국에 의해 검출되기 위해 가져야 하는 세기를 나타내고, 0.5부터 3.5까지의 값들을 가지고 노이즈 평균의 곱으로서 표시된다. 오경보율은 상기 임계값이 너무 낮게 설정되었기 때문에, 신호 에지인 것으로 잘못 검출되는 노이즈 피크(noise peak)들의 비율이다.
특정 노이즈 환경에 있어서, 상기 임계값은 요망되는 오경보율에 따라 세팅된다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 검색 범위가 더 작으면 작을수록, 동일한 오경보율을 달성하는데 요구되는 임계값이 더 낮다. 예를 들어, 오경보율이 0.2보다 더 작도록 요구될 수 있다. 검색 범위가 150 미터까지 제한될 수 있는 경우, 임계값 세팅(threshold setting)은 대략 1.8보다 더 크게 세팅되어야 한다. 대조하여, 검색 범위가 2000 미터인 경우, 임계값은 2.6보다 더 크게 세팅되어야 한다. 이것은 신호 파워가 더 큰 검색 범위에 대해 더 크게 되어야 한다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따라 획득된 더 작은 검색 윈도우를 갖는 더 많은 이웃하는 기지국들이 위치 서비스에서 고려될 수 있다.
도 7은 150m, 500m, 1000m 및 5000m의 검색 범위에 대한 세트 임계값(set threshold)에 대한 백분율 단위를 갖는 포착 확률(acquisition probability)을 도시한다. 또한, 제공되는 곡선은 각 검색 범위에 대한 시뮬레이션 결과들을 대략적으로 연결한다. 9dB인 신호대 잡음 비가 가정된다. 포착 확률은 한편으로 올바른 신호가 검출되는 확률을 고려하고 다른 한편으로 검출된 신호가 노이즈 신호가 아닌 확률을 고려한다. 상기 양 확률은 대조되는 방식으로 선택된 임계값에 의존하기 때문에, 결과적인 곡선들은 최대를 가지며 따라서 최적 임계값을 나타낸다.
도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 검색 범위가 감소되는 경우 신호 포착 확률이 증가한다. 예를 들어, 검색 범위가 150 미터인 경우, 최대 포착 확률은 대략 85%에 도달할 수 있지만, 검색 범위가 2000 미터인 경우, 최대 포착 확률은 단지 대략 67%가 될 것이다. 따라서, 검색 범위를 줄임으로써 획득되는 이득이 분명하다.
기술된 실시예들은 본 발명의 다양한 가능한 실시예들 중 단지 선택된 것들을 구성한다는 것을 유념해야 한다.

Claims (17)

  1. 이동국(MS)의 위치를 결정하기 위하여 네트워크의 특정 네트워크 요소(BS1, BS2)로부터 이동국(MS)에 수신되는 신호의 지연을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 지연을 검색 윈도우(search window) 내에서 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 검색 윈도우는 상기 특정 네트워크 요소(BS1, BS2)에서 이용가능한 위치 정보 및 상기 이동국(MS)에서 적어도 하나의 다른 네트워크 요소(BS0, BS1)까지의 알려진 거리에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 네트워크 요소는 상기 이동국(MS)이 현재 위치하는 서버 셀(20)에 서비스를 제공하는 서빙 네트워크 요소(BS0)를 포함하고, 상기 서버 셀(20)의 경계에서 상기 서빙 네트워크 요소(BS0)까지의 최대 거리는 상기 이동국(MS)에서 상기 서빙 네트워크 요소(BS0)까지의 알려진 거리를 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 네트워크 요소는 상기 이동국(MS)이 현재 위치하는 서버 셀에 서비스를 제공하는 서빙 네트워크 요소(BS0)를 포함하고, 상기 알려진 거리는 상기 이동국(MS)에서 상기 서빙 네트워크 요소(BS0)로부터의 신호들에 대한 지연 측정값들에 기초하여 결정된 상기 서빙 네트워크 요소(BS0)까지의 거리(D0)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 네트워크 요소는 적어도 2개의 네트워크 요소들(BS0, BS1)을 포함하고, 각 거리는 상기 적어도 2개의 네트워크 요소들(BS0, BS1)로부터의 신호들에 대한 지연 측정값들에 기초하여 사전에 결정된 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검색 윈도우는 각각 결정된 거리인 반경을 갖는 상기 적어도 2개의 네트워크 요소들(BS0, BS1) 주위의 모든 원들의 교차점들을 포함하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검색 윈도우는 적어도 2개의 서브-윈도우들로 세분되고, 각 서브-윈도우는 각각의 교차점을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    각 검색 윈도우는 상기 이동국(MS)에 가장 가까이 있는 네트워크 요소(BS1)에서 시작하여, 상기 이동국(MS)까지의 거리 순으로 적어도 2개의 특정 네트워크 요소들(BS1, BS2)에 대해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    검색 윈도우는 가장 강력한 신호를 제공하는 네트워크 요소에서 시작하여, 상기 네트워크 요소들에 의해 전송되는 신호들의 상기 이동국에서의 신호 세기 순으로 적어도 2개의 특정 네트워크 요소들에 대해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정 네트워크 요소(BS1, BS2)의 적용 범위(covering range)는 추가로 상기 검색 윈도우를 제한하도록 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    결정된 검색 윈도우의 크기에 기초하여 임계값을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 임계값은 지연이 추정되는 상기 이동국에서 수신된 신호들의 최소 신호 세기를 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 이동국(MS)에 있어서,
    상기 이동국(MS)의 위치를 결정하기 위하여 네트워크의 복수의 네트워크 요소들(BS0, BS1, BS2)로부터 신호들을 수신하는 수단;
    제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 의한 검색 윈도우를 결정하는 수단; 및
    각각 결정된 검색 윈도우를 사용하여 수신된 신호들의 지연을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국.
  12. 이동국(MS)에 있어서,
    상기 이동국(MS)의 위치를 결정하기 위하여 네트워크의 복수의 네트워크 요소들(BS0, BS1, BS2)로부터 신호들을 수신하고 상기 네트워크 요소들(BS0, BS1, BS2) 각각에 대한 검색 윈도우의 표시(indication)를 수신하는 수단; 및
    각 검색 윈도우를 사용하여 수신된 신호들의 지연을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국.
  13. 네트워크를 위한 네트워크 요소(BS0)에 있어서,
    이동국(MS)의 위치를 결정하기 위한 신호들을 상기 이동국(MS)에 전송하는 수단;
    제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 의한 상기 네트워크의 적어도 하나의 추가 네트워크 요소(BS1, BS2)에 대한 검색 윈도우를 결정하는 수단; 및
    상기 결정된 검색 윈도우에 대한 정보를 상기 이동국(MS)에 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 요소.
  14. 네트워크를 위한 네트워크 요소(BS0)에 있어서,
    이동국(MS)의 위치를 결정하기 위한 신호들을 상기 이동국(MS)에 전송하는 수단; 및
    적어도 하나의 추가 네트워크 요소(BS1, BS2)에 대한 위치 정보를 검색하여 상기 이동국(MS)에 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 요소.
  15. 통신 시스템에 있어서,
    - 이동국(MS)의 위치를 결정하기 위한 신호들을 전송하는 적어도 2개의 네트워크 요소들(BS0, BS1);
    - 검색 윈도우에 기초하여 수신된 신호들의 지연을 결정하기 위한 수단을 갖는 적어도 하나의 이동국(MS); 및
    - 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 따른 검색 윈도우를 결정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 검색 윈도우를 결정하기 위한 수단은 상기 적어도 2개의 네트워크 요소들(BS0, BS1) 중 적어도 하나에 포함되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 검색 윈도우를 결정하기 위한 수단은 상기 적어도 하나의 이동국(MS)에 포함되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
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