KR20050099635A - 이동 유닛의 속도 및 거리를 측정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

구획된 셀(100)의 특정한 서비스 지역에 대하여 공통 채널(비콘 채널과 같은, 24)이 스위프되는 방법 및 시스템이 개시된다. 유휴 WTRU(16)는 수신 전력 및 공통 채널의 마지막 몇몇의 판독을 수신하는 시간과 수신 전력과 같은 적합한 정보를 저장한다. WTRU의 다음 액세스에서, WTRU의 다음 액세스를 측정하기 위하여, 이 정보는 네트워크로 전송되는데, 운동 방향과 속도 측정은 무선 자원 관리에 중요한 것이다.

Description

이동 유닛의 속도 및 거리를 측정하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING THE SPEED AND DISTANCE OF A MOBILE UNIT}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 무선 송수신기(WTRU)의 속도 및 거리를 측정하기 위하여 복수의 스마트 안테나를 사용하는 셀룰러 시스템에 관한 것이다.
현재 무선 시스템의 개발 단계에 있어서, WTRU(wireless transmit receive unit)들의 속도 및 위치는 다수의 상이한 방법들을 사용하여 측정된다. 예컨대, GPS(global positioning system)는 GPS 성능을 구비한 WTRU들을 대하여 사용된다. 또한, 네트워크는 삼각측량법을 사용하여 속도와 위치를 측정할 수 있다. 이러한 기법들 각각은 일반적으로 이해할만한 단점들을 지니고 있다. 예컨대, GPS는 과다한 비용과 복잡도를 WTRU에 부과한다. GPS를 구비한 WTRU는 기본적으로 두개의 수신기들, 즉 셀룰러 시스템과 인터페이스하는 제1 수신기와, 위치 파악 위성의 수신을 위한 제2 수신기를 구비한 장치이다. 추가적인 수신기는 배터리 소모를 증가시키고, 중요한 WTRU 자원들을 소모한다.
WTRU 위치 측정을 위한 다른 방법은 추가적인 주 스테이션들(primary station) 및/또는 각각의 주 스테이션 내의 추가적인 하드웨어의 사용이 필요한 삼각측량법을 사용한다.
따라서, 주 스테이션과 통신하는 경우, 효과적으로 WTRU를 배치할 수 있는 향상된 WTRU 추적 메카니즘을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 구획화된 셀의 특정한 서비스 지역에 대하여 공통 채널(비콘 채널과 같은)이 스위프되는 방법 및 시스템을 포함한다. 유휴(idle) WTRU는 마지막 몇몇의 공통 채널에 대한 판독의 수신 전력 및 수신 시간과 같은 적합한 정보를 저장한다. WTRU의 다음 번의 액세스에서, 무선 자원 관리를 위하여 중요한 WTRU의 위치, 그 운동 방향 및 속도 측정을 결정하기 위하여 그 정보가 네트워크로 전송된다.
본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 이 도면들 중 동일한 번호들은 동일한 요소들을 나타낼 것이다. 도 1a에 있어서, 통신 네트워크(10)는 일반적으로 하나 이상의 주 스테이션들(14)을 포함하고, 이 주 스테이션들 각각은 복수의 WTRU들(16)과의 무선 통신이 가능하다. 각각의 WTRU(16)는 가장 가까운 주 스테이션(14) 또는, 가장 강한 통신 신호를 제공하는 주 스테이션(14) 중 어느 하나와 통신한다. WTRU들은 일반적으로 공지된 것이고, 차량 전화나 휴대용 셀 폰들로써 사용된다. 일반적으로 그러한 WTRU들은 또한 이동 유닛으로 알려져 있다. 주 스테이션들은 기지국들로 알려져 있는 것이다.
각각의 주 스테이션(14)은 주 스테이션의 안테나(21)를 통하여 서비스 영역(100)을 걸쳐 신호를 방송하고 수신한다. 안테나(21)는 그 안테나 어레이를 통하여, 안테나의 방사 패턴을 빔(24)의 형태로 형성한다. 빔(24)은 도 1b에 도시된 바와 같이 서비스 영역(100)을 통하여 스위프(sweep)된다. 서비스 영역(100)은 복수의 섹터들 S1...SN 을 포함한다. 기지국 제어기(20)는 유선(land line) 또는 무선 링크일 수 있는 네트워크 경로(26)에 의하여 복수의 주 스테이션들(14) 사이의 통신을 조정한다. 통신 네트워크(10)는 PSTN(공중 전화망, public switched telephone network) 네트워크 경로(28)를 통하여 공중 교환된 전화 네트워크(PSTN)(22)로 선택적으로 접속될 수 있다. 무선 통신 시스템(10)이 네트워크(26)와 주 스테이션(14)에 대한 분리된 유닛들을 사용하는 것으로 나타나지만, 이러한 기능들은 "마스터 주 스테이션"을 형성하기 위하여 기지국(14)과 물리적으로 결합할 수 있다.
도 1a 와 도 2를 참조하면, WTRU(16)는 주 스테이션들(14)의 서비스 영역(100)의 하나 이상의 섹터들을 통하여 횡단하고(단계 301), 빔(24)에 의하여 스위프된다. WTRU(16)는 유휴 상태에 있는 동안 하나 이상의 공통 채널들[예컨대, 서비스 영역(100)을 통하여 주 스테이션(14)에 의하여 방송되는 비콘 채널]을 모니터하도록 구성된다. 설계에 의한 공통 채널들은 서비스 영역 내의 모든 WTRU들에 의하여 수신될 수 있다는 것을 의미한다. 유휴(idle)(턴-온되지만, 사용자 정보 교환에서는 활성화되지 않은) WTRU(16)는 정지하여 있거나, 서비스 영역 주변을 이동하기 때문에, 비콘 채널에 관한 정보를 비콘 채널로부터 저장할 것이다(단계 320). 이러한 정보는 시간, 신호 경로 손실, 섹터 아이디, 비콘 전송 전력, 수신된 전력과 수신된 간섭 레벨을 포함할 수 있다. WTRU(16)는 이후에 공통 채널로부터 수집한 정보를 주 스테이션(14)으로 업링크한다(단계 330). 그 정보는 속도, 거리 그리고 이동의 방향을 측정하기 위하여 네트워크에 의하여 사용된다(단계 340).
WTRU(16)가 공통 채널을 획득한 경우, 공통 채널은 또한 네트워크(10)가 WTRU의 위치를 측정하는 것을 보조하는 주 스테이션(14)로부터의 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 네트워크(10)는 주 스테이션들(14)에 섹터들을 분할하기 위하여 서비스 영역을 통하여 결정론적인 형식으로 빔(24)을 조직적으로 스위프하도록 명령할 것이다(도 1b 참조). 네트워크(10)는 섹터 아이디 또는 빔 넘버를 사용하여 공통 채널들에 추가할 수 있는데, 이것들은 빔이 전송되고 있는 섹터를 나타낸다. WTRU(16)는 이후에 네트워크(10)로 시간 스탬프된 정보를 업링크한다. 네트워크(10)는 그 뒤 주 스테이션(14)에 대한 WTRU(16)의 위치를 계산하기 위하여, 계산된 경로 손실에 따라서 WTRU(16)에 의해 수신된 빔 넘버 또는 섹터 아이디를 사용할 수 있다. 경로 손실은 주 스테이션(14)의 전송 전력과 WTRU(16)의 수신된 전력에 기반한다. 적합한 환경 모델이 지형의 영향을 보상하기 위하여 적용된다. 예컨대, 만약 환경이 도시라면, 네트워크는 그 계산을 위하여 도시 환경 모델을 사용할 것이다.
주 스테이션의 위치는 공지된 것이고, 네트워크는 상대적인 위치를 절대적인 위치로 변환할 수 있다. 주 스테이션의 위치가 절대적인 위치가 아니라, X, Y 그리드 또는 직교 좌표 시스템을 사용하여 알려진 참조 지점에 대한 상대적인 값이라는데 주목해야 한다. X 축은 동쪽과 서쪽 방향을 나타내고 Y 축은 북쪽과 남쪽 방향을 나타낸다. 그리드 값들은 보통 미터 또는 킬로미터 단위이다. 서비스 영역에 대한 WTRU 직교 좌표 표시의 예시는 도 3에 도시되어 있다.
WTRU의 위치(WTRU_X, WTRU_Y)를 정하기 위하여, △X 와 △Y 거리는 주 스테이션과 WTRU로부터 X 와 Y 거리로써 우선 측정된다. WTRU의 위치 중 WTRU_X는 수식 1에서 발견될 수 있다 :
[수식 1]
여기서, △X는 WTRU로부터 PS 까지의 X 거리이고, PS_position_X 는 PS의 X 좌표이다. WTRU 위치 중 WTRU_Y는 수식 2 에서 발견될 수 있다 :
[수식 2]
여기서 △Y 는 WTRU로부터 PS까지의 Y 거리이고, PS_position_Y 는 PS 의 Y 좌표이다.
주 스테이션으로부터 WTRU 까지의 거리는 수식 3으로부터 발견될 수 있다.
[수식 3]
(Distance_To_WTRU : WTRU 까지의 거리)
여기서 △X 와 △Y 는 상기 수식들로부터의 값들이다. PS 로부터 WTRU 까지의 방위각은 수식 4에서 발견될 수 있다.
[수식 4]
(Azimuth : 방위각)
여기서 방위는 방위각도이다.
도 3 에서, 예시적인 서비스 영역(30)은 원점(0, 0)에 배치된 참조 지점(RP)(32)을 사용하여 직교 좌표 시스템에 의하여 참조된다. PS(14)는 좌표 (-5, 2)에 배치되고, WTRU(16)는 (-1, 5)에 배치된다. 방위각 Φ(38)은 PS(14) 로부터 WTRU(16) 까지의 각도이다. PS(14)로부터 WTRU(16)까지의 거리를 계산하기 위하여, △X 와 △Y 값들이 획득되어야 한다. △X 와 △Y 값들은 각각 PS(14)로부터 WTRU(16)까지의 X 와 Y 의 거리이고, 이들은 경로 손실과 알고 있는 PS 전송 전력 및 WTRU(16)에서 수신된 전력을 사용한 계산으로부터 획득되었다. △X 는 4 와 같고, △Y 는 3 과 같다. 수식 3은 PS 로부터 WTRU(16)까지의 거리를 측정하도록 사용되는데, 이 거리는 5 미터이다. 방위각 Φ(38)은 수식 4로부터 측정되는데, 대략 39 도이다.
거리 계산은 경로 손실 계산과, 대기 조건과 같은 환경 변수들에 달려 있다. 경로 손실과 환경에 기반하여 거리를 측정하기 위한 자유 공간 모델에서의 전형적인 전파는 수식 5에서 보여진다.
[수식 5]
(Distance : 거리, Pathloss : 경로손실)
여기서 f 는 MHz 단위의 중앙 반송 주파수(center carrier frequency)이고 ; 거리는 Km 단위이며, 경로 손실은 dB 단위이다. 거리를 계산하기 위한 다른 방법은 플레인 어스 전파 모델(plane earth propagation model)인데, 이것은 수식 6에서 설명된다.
[수식 6]
여기서 Hb 는 기지국 안테나의 높이(미터)이고, Hm 은 이동국 안테나의 높이(미터)이며, 거리는 미터 단위이다. 거리를 계산하기 위한 다른 방법은 경로 손실 계산을 위한 코스트-231 하타 모델(cost-231 Hata model)이며, 이것은 수식 7 에 의하여 설명된다 :
[수식 7]
그리고, 거리에 대하여는 아래의 수식 8 에서 설명된다 :
[수식 8]
여기서 Hb 와 Hm 은 기지국과 WTRU 의 안테나 높이(미터)이고 ; f 는 MHz 단위의 중심 주파수(center frequency)이며 ; 거리는 Km 단위이고 ; a 는 중소 도시를 위한 모바일(mobile)의 안테나 높이를 위한 dB 단위의 보정 팩터이며, 수식 9에서 설명된다 :
[수식 9]
여기서 Cm 값은 교외 또는 도시 환경에 의존하여 변한다. 교외 환경 모델에 대하여, Cm 값은 0 dB 이고 대도시 환경 모델에 대하여는, 3 dB 값이 사용된다.
WTRU 는 서비스 영역 주변을 이동하기 때문에, 네트워크(10)는 WTRU의 빔 획득 측정값들을 비교함으로써 WTRU(16)의 속도 및 방향을 계산할 수 있다. 예컨대, 대략적인 속도 측정을 위하여, 시간의 변화에 의하여 구분되는 위치의 변화와 같은 간단한 수식이 수식 10 에 나타난다 :
[수식 10]
(speed : 속도, position : 위치, time : 시간)
여기서 △위치는 위치상의 변화이고, △시간은 시간상의 변화이다.
수식 1을 더 분해하면, 수식 11이 나타난다 :
[수식 11]
여기서 Pn 과 Tn 은 WTRU(16) 의 현재 위치 및 현재 시간을 나타내며, Pn -1 과 Tn-1 는 이전 위치와 그 관련 시간을 나타낸다.
속도의 측정은 그 위치 측정의 정확도에 달려있다. 만약 서비스 영역(100)이 넓거나 또는 WTRU(10)가 셀의 거의 가장 먼 주변에 존재한다면, 위치 측정은 부정확해질 수 있다. 그러나, 만약 서비스 영역(100)이 상대적으로 좁고 WTRU(16)가 셀의 중심부에 가깝다면, 측정은 매우 정확해질 것이다. 섹터의 크기가 또한 위치 측정에 영향을 줄 것이다 ; 더 많은 섹터들이 서비스 영역을 더 많은 위치 측정 가능 위치들로 분할할 것이다.
WTRU의 방향을 획득하기 위하여, 시스템은 WTRU 의 현재와 이전의 위치들을 간단하게 사용할 수 있다. 우선, 거리는 위의 수식과 새로운 숫자들을 사용하여 계산된다.
자원의 가장 효율적인 할당을 달성하기 위하여, 처음으로 서비스 영역(100) 내로 들어오는 경우, WTRU(16)의 위치 및 속도의 측정을 공급하는 것이 매우 바람직하다. 이것은 통신 네트워크(10)로 하여금 수락 알고리즘을 사용하고 통신 자원들을 효과적으로 할당하도록 한다.
다른 실시예에서, 통신 시스템은 WTRU(16)의 위치를 보다 정확하게 측정하기 위하여 이웃 주 스테이션들 또는 이웃 셀들을 이용할 수 있다. WTRU(16)이 주 스테이션(14)에 액세스하는 경우, 통신은 적응형 안테나 수신기들을 또한 사용하는 이웃 주 스테이션들에 의하여 모니터링될 수 있다. 링크된 수신 주 스테이션들은 그 뒤 WTRU의 위치를 보다 정확하게 측정하기 위하여 간단한 삼각측정법을 이용하여 WTRU(16)의 위치를 측정할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 3 개 이상의 WTRU 비콘 측정이 WTRU에 의해서 수행되고, 통신 시스템으로 보고된다. 이것은 WTRU의 속도와 방향의 향상된 측정을 가능하게 한다.
본 발명이 바람직한 실시예에 의하여 기술되었지만 첨부된 청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 개조와 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
본 발명은 구획화된 셀의 특정한 서비스 지역에 대하여 공통 채널(비콘 채널과 같은)이 스위프되는 방법 및 시스템을 포함한다. 유휴(idle) WTRU는 마지막 몇몇의 공통 채널에 대한 판독의 수신 전력 및 수신 시간과 같은 적합한 정보를 저장한다. WTRU의 다음 번의 액세스에서, 무선 자원 관리를 위하여 중요한 WTRU의 위치, 그 운동 방향 및 속도 측정을 결정하기 위하여 그 정보가 네트워크로 전송된다.
도 1a는 본 발명을 통합하는 기술에 따른 통신 시스템의 다이어그램이다.
도 1b는 도 1a에 설명된 시스템의 주 스테이션의 수렴 영역의 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 기법들에 따라서 WTRU의 속도 및 거리를 측정하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 서비스 영역의 WTRU의 직교 좌표를 나타내는 예이다.

Claims (11)

  1. 기지국(BS)을 포함하는 무선 통신 시스템에서 무선 송수신기(WTRU)의 속도, 거리와 방향을 계산하는 시스템에 있어서,
    상기 무선 송수신기가 유휴 상태에 있는 동안 단일한 기지국(BS)으로부터의 선택된 채널을 모니터하도록 구성된 수신기와;
    상기 선택된 채널에 관한 정보를 저장하는 메모리와;
    상기 저장된 정보를 상기 기지국으로 전송하는 송신기;
    를 포함하는 WTRU와;
    상기 기지국으로 전송된 상기 정보에 기반하여 상기 WTRU의 상기 속도, 거리와 방향을 계산하는 계산 수단;
    을 포함하는 무선 송수신기(WTRU)의 속도, 거리와 방향을 계산하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장된 정보는 이전의 3 개의 WTRU 액세스로부터의 정보를 포함하는 것인 무선 송수신기(WTRU)의 속도, 거리와 방향을 계산하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 선택된 채널에 관하여 저장된 상기 정보는 경로 손실, 섹터 식별, 전력, 및 획득 시간 중 적어도 하나를 포함하는 것인 무선 송수신기(WTRU)의 속도, 거리와 방향을 계산하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 선택된 채널은 고유한 섹터 식별자를 포함하는 것인 무선 송수신기(WTRU)의 속도, 거리와 방향을 계산하는 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 경로 손실은 도시(urban) 또는 교외(suburban) 환경 팩터로부터 결정되는 것인 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 거리는 코스트-231 하타 모델(cost-231 Hata model)에 따라서 계산되는 것인 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 거리는 플레인 어스 전파 모델(plane earth propagation model)에 따라서 계산되는 것인 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 거리는 자유 공간 모델에 따라서 계산되는 것인 시스템.
  9. 적어도 하나의 공통 채널을 각각 가지고 단일한 기지국(BS)에 의해서 서비스되는 하나 이상의 섹터들을 횡단하는 무선 송수신기(WTRU)의 속도, 방향 및 거리를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 WTRU가 유휴 상태에 있는 동안, 상기 WTRU에 의하여 각각의 횡단된 섹터의 상기 적어도 하나의 채널을 모니터하는 단계와;
    상기 WTRU에서 공통 채널 각각에 관한 정보를 저장하는 단계와;
    상기 WTRU로부터 상기 BS로 상기 저장된 정보를 전송하는 단계와;
    상기 BS에서 상기 WTRU의 상기 속도, 방향 및 거리를 계산하기 위하여 상기 BS로 전송된 상기 정보 및 삼각측량법을 사용하는 단계;
    를 포함하는 WTRU의 속도, 방향 및 거리를 측정하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전송은 적어도 3 개의 이전 WTRU 액세스들로부터의 정보 전송을 더 포함하는 것인 WTRU의 속도, 방향 및 거리를 측정하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 정보는 경로 손실, 섹터 식별, 전력, 및 획득 시간 중 적어도 하나를 포함하는 것인 WTRU의 속도, 방향 및 거리를 측정하는 방법.
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