KR20060005723A - 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안과 에이지피에스 기능을 갖는 이동통신 단말기에 대한 활용 방안 - Google Patents

복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안과 에이지피에스 기능을 갖는 이동통신 단말기에 대한 활용 방안 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기 장치는 지피에스 위성 신호가 도달하지 않거나 수신이 되지 않는 실내 또는 지하 공간에 설치하여 에이지피에스 기능을 가진 단말기에 특정하게 조합된 지피에스 위성 비콘 신호를 제공하는 장치로써 본 발명은 상기 복합적 의사위성 신호 발생기가 내부적으로 생성한 다수 개의 특정 의사위성 신호들을 특정한 방식으로 혼합함으로써 고유한 식별자(Unique Identity Element)를 갖는 고유 식별 신호(Unique Identity Signal)를 발생시킨다. 상기 고유 식별 신호를 발생시키는 상기의 특정한 신호 혼합 방식은 상기 복합적 의사위성 신호 발생기마다 고유(Unique)하여 복합적 의사의성 신호 발생기마다 서로 다른 고유한 식별 신호를 발생시킨다. 상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 위치와 고유 식별자 정보는 이동통신 시스템 내부의 데이터 베이스에 저장 및 관리된다. 따라서, 상기 에이지피에스 기능을 가진 이동통신 단말기가 상기 복합적 의사위성 신호 발생기에 의하여 발생된 신호를 탐색하고 그 탐색 된 결과를 기지국에 보고하게 되면 이동통신 시스템은 상기 단말기가 보고한 탐색 결과로부터 고유 식별자를 추출하고 추출된 고유 식별자를 가진 복합적 의사위성 신호 발생기의 설치 위치를 내부의 데이터 베이스에서 찾아내어 단말기의 위치를 파악한다. 본 발명은 위와 같은 방식으로 실내 또는 지하 지역에 이동통신 단말기의 위치를 파악하도록 하는 에이지피에스 기능의 장치 및 방법을 제시한다.
이동통신 시스템(Mobile Communication System), 의사위성(Pseudolite), 실내(Indoor)

Description

복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안과 에이지피에스 기능을 갖는 이동통신 단말기에 대한 활용 방안 {APPARATUS AND METHOD FOR A DEVICE TRANSMITS COMPLEXED C/A CODE SIGNALS OF PSEUDOLITES AND ITS APPLICATION TO AGPS IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEMS}
도 1은 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기의 구현 방안을 도시하는 도면
도 2는 본 발명에 따른 이동통신 모뎀의 기능을 이용한 복합적 의사위성 신호 발생기의 구현 방안을 도시하는 도면
도 3은 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기의 다른 구현 방안을 도시하는 도면
도 4는 본 발명에 따른 이동통신 모뎀의 기능을 이용한 복합적 의사위성 신호 발생기의 다른 구현 방안을 도시하는 도면
도 5는 본 발명에 따른 지피에스 수신기를 이용한 복합적 의사위성 신호 발생기의 구현 방안을 도시하는 도면
도 6은 본 발명에 따른 지피에스 수신기를 이용한 복합적 의사위성 신호 발생기의 다른 구현 방안을 도시하는 도면
도 7은 본 발명에 따른 임의의 복합적 의사위성 신호 발생기에서 임의의 시점에 발 생하는 고유 식별 신호에 섞여있는 C/A 코드들 각각의 위상을 나타내는 도면
도 8은 본 발명에 따른 임의의 복합적 의사위성 신호 발생기에서 발생하는 신호를 탐색하기 위하여 에이지피에스 기능의 단말기에서 수행한 C/A 코드의 신호 상관(Correlation) 결과를 나타내는 도면
도 9는 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기의 실시 예로써 기지국의 기준 고유 식별자와 셀 내에 설치된 임의의 복합적 의사위성 신호 발생기들의 고유 식별자를 도시하는 도면
도 10은 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기를 활용하기 위하여 이동통신 단말기와 이동통신 시스템 간의 처리 흐름도를 도시하는 도면
도 11은 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기를 활용하여 이동통신 단말기의 위치를 파악하는 위치 측정 서버에서 단말기가 전송한 복합적 의사위성 신호 탐색 결과로부터 단말기의 위치를 파악하는 단계별 기능을 도시하는 도면
미국의 연방통신위원회(FCC)는 지난 1997년 이동통신 단말기에 대한 응급구조911 요구 조건 (Requirement for Emergency 911)을 만들고 2001년부터 점차적으로 이동통신 단말기의 위치 파악이 50미터의 정확도와 67%의 측정 신뢰도를 만족하도록 규 정하고 있다. 이에 대하여 미국의 퀄컴(Qualcomm)은 미국의 스냅트랙(Snaptrak)이 개발한 에이지피에스(AGPS: Assisted GPS) 기술을 이동통신 단말기에 적용시켜 이동통신 단말기의 핵심 칩(MSM: Mobile Station Modem)에 통합 구현하였다.
퀄컴이 원천 기술을 취득한 에이지피에스 기술은 현재 국내외로 상용화되어 이동통신 사용자의 위치 측정 및 관련 서비스에 활용되고 있으나 지피에스 위성(GPS Satellites) 신호가 잘 수신되지 않는 콘크리트 건물의 실내 또는 지하와 같은 지역에서는 위성으로부터 도달하는 신호가 매우 약해져서 위치 측정을 원활하게 수행하지 못하는 한계를 가지고 있다.
현재까지 지피에스(GPS: Global Positioning System)를 이용한 실내 또는 지하 공간에서의 위치 파악을 위해서는 지피에스 중계기를 설치하여 실외에서 수신한 지피에스 위성 신호를 실내로 끌어들이는 방안과 실내에 4개 이상의 지피에스 의사위성(GPS Pseudolite, 이하 Pseudolite라 칭함)을 설치하여 실내에서 의사위성을 이용한 삼각측정을 수행함으로써 지피에스 수신기의 위치를 파악하는 방안이 있다. 그러나, 이상의 두 가지 방안은 에이지피에스를 활용하여 이동통신 단말기의 위치를 파악하는 시스템과 연동하는데 문제를 가지고 있다. 먼저, 지피에스 중계기가 설치된 환경에서 지피에스 수신기를 가지고 있는 사용자의 위치는 실내의 실제 위치가 아닌 지피에스 중계기의 실외 수신 안테나(Outdoor Rx. Antenna)가 설치된 실외(옥상 등) 지점으로 나타나게 된다.
다른 방안으로 실내에서 다수 개의 의사위성을 이용하여 지피에스 수신기의 위치를 측정하기 위해서는 실내에 4개 이상의 의사위성을 설치해야 하며 지피에스 수신기가 실내에 설치된 의사위성 신호에 대한 기본 정보(PRN ID 등)가 지피에스 수신기로 전달되어야 한다. 즉, 각 의사위성은 자신의 위치와 시각 오차를 담은 항법 메시지를 발신함으로써 의사위성의 신호를 수신한 지피에스 단말기가 자신의 위치를 계산할 수 있도록 한다. 이와 같은 구현 방식은 실제 활용 가능한 의사위성의 수가 4~6개로 제한되어 있기 때문에 실제 환경에서의 실용성이 매우 떨어진다. (실제 지피에스 위성 신호가 잘 수신되지 않는 실내 공간이 무수히 많기 때문이다.)
본 발명은 이동통신 단말기의 위치 측정을 위하여 최근 활용되고 있는 에이지피에스(AGPS : Assisted GPS) 기술과 지피에스 위성 신호에 대한 대체 또는 보완 방법으로써 사용되는 지피에스 의사위성(GPS Pseudolite)관련 기술을 이용하여 실내 이동통신 단말기의 위치 파악이 가능하게 만드는 새로운 위치 파악 방식과 그 장치에 관한 것이다. 본 발명은 위에서 언급한 의사위성을 사용하는 에이지피에스 단말기의 실내 위치 측정에 있어서 의사위성의 수적 부족함을 극복하는 방안임과 동시에 다수개의 의사위성을 설치하는 구현 상의 번거로움이 없는 방안과 그 장치 구현을 소개한다.
본 발명은 에이지피에스 방식을 사용하여 단말기의 위치를 측정하는 모든 종류의 이동통신 시스템(GSM, CDMA, WCDMA 등)에 있어서 실내에 위치한 단말기 위치 파악이 가능하도록 하기 위하여 다수 개의 의사위성 신호를 다양한 방식으로 혼합(서로 다른 혼합 방식에 따라서 서로 다른 고유 식별자(Unique Identity)가 발생한다)하는 복합적인 의사위성 신호를 만들고 에이지피에스 단말기가 상기 복합적 의사위성 신호를 탐색하여 고유 식별자(Unique Identity)를 추출하고 그 결과로부터 상기 에이지피에스 단말기의 위치를 얻는 방안이다. 따라서, 본 발명은 몇 개의 의사위성만으로 다양한 고유 식별자를 만들어냄으로써 의사위성의 수에 대한 한계를 극복하는 동시에 실내 공간에 다수개의 의사위성을 서로 다른 위치에 설치하는 설치의 번거로움을 해결하는 방안을 제시하고자 한다.
따라서, 본 발명의 첫번째 목적은 상기 설명한 바와 같이 소수의 의사위성 신호를 이용하여 매우 많은 경우의 수의 고유 식별자를 만드는 복합적 의사위성 신호 발생 방안을 제시하는데 있다.
본 발명의 두 번째 목적은 본 발명에서 제시된 복합적 의사위성 신호를 발생하는 장치의 구현 방안을 제시하며 각 블록별 상세 기능을 설명하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 본 발명에서 제시하는 복합적 의사위성 신호 발생 장치를 활용하는 이동통신 시스템에서 상기 복합적 의사위성 신호 발생 장치의 신호를 이동통신 단말기가 탐색할 수 있도록 기지국에서 상기 이동통신 단말기로 전달하는 정보와 형식을 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 본 발명에서 제시한 복합적 의사위성 신호 발생기를 활용하기 위하여 이동통신 시스템과 이동통신 단말기 간의 위치 측정 표준 규격에 따른 메시지 흐름도를 제시하는 것이다.
본 발명의 다섯 번째 목적은 본 발명에서 제시하는 복합적 의사위성 신호 발생 장치를 활용하는 이동통신 시스템에서 이동통신 단말기가 탐색한 상기 복합적 의사위성 신호 측정 결과로부터 단말기의 위치를 파악하는 위치 측정 서버의 기능과 기본적 알고리즘(Algorithm)을 제시하는데 있다.
본 발명의 여섯 번째 목적은 이동통신 시스템의 방식과는 상관없이 활용될 수 있는 실내 또는 지하 공간에 위치한 이동통신 단말기의 위치 측정 장치와 방안을 제공하기 위한 것이다.
이하 본 발명에서 제시하는 장치에 대한 구성과 기능 및 그 실시 예를 도면과 함께 설명한다. 이에 앞서 본 발명의 핵심적 설명에 불필요하거나 이미 알려진 이론이거나 이미 구현된 장치 또는 시스템이 있는 기술에 대해서는 간략한 설명이나 소개로 대신한다. 또한, 본 발명에서 제시하는 기술 및 장치에 대한 설명과 실시 예를 설명하는데 있어서도 핵심적 기능 외에 직접적 연관이 없는 부분에 대한 설명은 최소화하여 설명한다. 또한 본 발명에서 제시하는 특별한 기능을 동일하게 수행하는 본 발명의 실시 예 이외의 다른 방식의 장치 구현에 대해서는 본 발명의 원리적 설명에 대한 또 다른 구현 예가 될 뿐이므로 중복된 실시 예로 간주하여 그 소개를 생략하고자 한다.
도 1에서는 본 발명에서 제시하는 복합적 의사위성 신호 발생기의 기본적인 핵심 기능에 대한 구현 방안을 도시하고 있다. 지피에스 위성이 발신하는 신호는 1msec 주기에 1023칩(chip)의 코드 길이를 가지며 1.023Mcps의 칩레이트(Chip Rate)를 갖는 골드코드(Gold Code)로 만들어진 C/A(Coarse Acquisition) 코드 신호와 1주일을 주기로하며 10.23Mcps의 칩레이트(Chip Rate)를 갖는 P 코드(군사용 신호) 등 2가지 이며 C/A 코드 신호와 P 코드 신호는 각각 L1 주파수 대역(L1 Frequency Band)에서 In-Phase 및 Quadrature Phase Component으로 구성되어 발신된다. 상기 C/A 코드는 민간용(Civilian)으로 허용되어 위치 측정에 널리 사용되는 신호로써 본 발명은 이와 같은 민간용 C/A 코드를 활용하는 방안에 대한 실시 예를 주로 소개한다. 각 위성의 C/A 코드는 각 위성 또는 의사위성(Pseudolite)의 ID를 나타내는 지피에스 피알엔 신호 번호(GPS PRN Signal Number, 이하 'PRN 번호'라 칭하며 'PRN #'로 표시함)를 입력 받아 발생시키며 상기 PRN 번호는 위성의 ID와도 동일하게 인식될 수 있는 값으로 GPS-ICD-200 표준에 위성의 ID와 PRN 번호간의 매칭 테이블(Matching Table)이 정의되어 있다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 각 C/A 코드 발생기(C/A Code Generator, 101~104)는 내부적으로 발생된 동일한 1.023Mhz의 클록(Clock) 신호를 입력 받는 동시에 제어기(Controller, 171)로부터 각각의 PRN 번호를 입력 받아 각 입력 값에 해당하는 C/A 코드(예를 들어, CAj(t), 여기서 j=1,2,3,4이며 CAj는 GPS PRN Signal Number=j를 입력 받아 발생시킨 CA 코드임)를 발생시킨다. 참고로, 본 발명에서는 4개의 C/A 코드들 만을 발생시키는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 기본적인 실시 예로 하고 있으며 상기 C/A 코드 발생기의 수는 4개 이외의 수가 될 수도 있다(참고로, 2개 이상의 C/A 코드 발생기만으로도 본 발명에서 소개하는 기능을 구현할 수 있다). 또한 상기 각 C/A 코드 발생기로 입력되는 PRN 번호는 실제 지피에스 위성의 것을 사용할 수도 있으나 본 발명에서는 GPS-ICD-200에서 지상 발신기 등과 같은 위성 외에 다른 용도(의사위성)로 예비(reserved)해둔 PRN 번호(특히, 33, 34, 35, 36번 등)를 사용하는 실시 예를 바람직한 실시 예로써 설명한다. 각 C/A 코드 발생기에서 발생된 각 의사위성 C/A 코드는 제어기(171)의 시각 제어에 의하여 각각의 C/A 코드 위상을 변화시키는(각각 지정된 시간만큼 신호를 지연시키는) 각 시간 지연기(Time Delay Element, 111~114)로 입력된다. 상기 각 시간 지연기(111~114)를 통과한 각 의사위성 신호(예를 들어, CAj(t-tj), 여기서 j=1,2,3,4이며 tj는 j번 CA 코드에 대한 시간 지연 값으로)는 다시 신호 혼합기(121)로 입력되어 혼합된 최종 신호(예를 들어, SUM{CAj(t-tj)})가 된 이후 펄스형태필터(Pulse Shaping Filter, 131)로 입력된다. 상기 펄스형태필터(131)는 안테나로 발신되는 최종 신호가 L1(또는 L2) 주파수 대역(Band-width) 이내에서 신호 스펙트럼이 집중되도록 하는 필터로써 기존 지피에스 위성에서 발신 신호에 사용하는 대역제한(Band Limited) 필터와 동일한 기능을 갖는다. 상기 펄스형태필터(131)의 출력은 다시 디지털-아날로그 변환기와 주파수 상향 변환기(DAC and Frequency Up Converter, 141)로 입력되어 아날로그 신호로 변환된 후 L1 주파수 (1575.42Mhz)를 중심 주파수(Center Frequency)로 갖는 고주파 신호로 전환되어 출력된다(민간용 주파수가 L1 주파수임을 가정함). 상기 블록 141의 출력은 상기 제어기(171)의 제어에 따라 증폭이득(Amplitude Gain)이 조정되는 증폭기(151, Power Amplifier)로 입력되며 의도된 레벨로 전력 증폭된 후 출력안테나(161, Tx Antenna)를 거쳐 무선으로 전파된다. 도 1에 도시한 본 발명에 대한 동작 및 활용 방법에 대해서는 도 7 ~ 도 11에 대한 설명에서 설명한다.
상기 설명한 본 발명의 기본적 핵심 기능이 되는 고유 식별자(Unique Identity)는 C/A 코드(예, 의사위성의 C/A 코드) 신호들을 발생시키는데 사용된 특정한 PRN 번호들과 상기 C/A 코드들이 상기 시간 지연기(위상 변환기)를 거치면서 발생된 특정한 동기오차(tj, 위상 차와 동일한 의미)에 의하여 발생한다. 따라서, 상기 도 1에서 소개한 본 발명에 의한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 고유 식별자(Unique Identity)는 다음과 같이 표현 될 수 있다.
[도 1의 고유 식별자]
= {PRN #j, tj}, 여기서 j=1,2,3,4 (1)
= {PRN #j, tj-t1}, 여기서 j=1,2,3,4 (2)
상기 [도 1의 고유 식별자]-(1)은 도 1에서 도시한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 지피에스 위성과 동기화(Synchronized)된 클록을 사용하는 경우 적합한 표 현이다. 즉, 상기 복합적 의사위성 신호 발생기가 지피에스 위성과 동기화 된 클록을 사용한다면 상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 발신 신호에 담겨있는 각 C/A 코드들의 절대적 시간 지연 값(Absolute Time Delay, 또는 절대적 위상 지연 값)을 최종 혼합 신호에 대한 식별 성분으로 사용될 수 있기 때문이다. 그러나, 상기 도 1에서 도시한 복합적 의사위성 신호 발생기가 지피에스 위성과 동기화된 클록을 사용하지 않는다면 상기 발신 신호에 담겨있는 각 C/A 코드들의 절대적 시간 지연 값을 측정하기 어려워지기 때문에 상기 발신 신호에 담겨있는 각 C/A 코드들 간의 상대적 시간차(Relative Time Difference, 또는 상대적 위상차) 값이 보다 쉽게 상기 발신 신호에 대한 식별 성분으로 인식될 수 있다. 따라서, 상기 't1'은 다른 C/A 코드들의 위상(tj, j=2,3,4)들에 대한 기준 시각으로 사용되어 [도 1의 고유 식별자]-(2)과 같이 t1을 기준으로 하는 타 의사위성 신호들의 동기 오차(위상 차, tj-t1, j=2,3,4) 값들이 도 1에 의한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 최종 출력 신호를 특징짓는 고유 식별자가 된다.
도 1의 구현 방안에 의하여 발생되는 고유 식별자의 경우의 수는 다음과 같다. 상기 [도 1의 고유 식별자]-(1)의 경우 도 1의 결과로 상기 최종 출력되는 혼합 신호가 가질 수 있는 고유 식별자의 가지 수(Total Number of Unique Identities)는 4개의 PRN 번호만을 사용하는 경우 1개의 C/A 코드가 1023칩의 주기를 가지므로 1023x1023x1023x1023 = 약 1조 개의 경우의 수를 가질 수 있다. 그러나 상기 [도 1의 고유 식별자]-(2)의 경우에 상기 고유 식별자의 가지 수는 1023x1023x1023=약10억 개로 감소된다(도7~도11에 걸친 본 발명에 대한 설명 참조).
도 2에는 도 1에서의 기본적인 구현 방안에 이동통신모뎀(281)을 이용하여 본 발명 장치에 대한 원격 제어가 가능하도록 하는 구현 방안과 이동통신 모뎀(281)으로부터 클록 신호를 추출하여 본 발명 장치에서 이를 이용하는 구현 방안을 통합하여 도시하고 있다. 이동통신 모뎀(281)을 이용하여 본 발명 장치에 대한 제어의 구현은 이동통신 시스템에서 상기 이동통신 모뎀(281)을 통하여 제어 정보를 전달함으로써 구현 할 수 있다. 또한, 이동통신 모뎀으로부터 클록 신호를 추출하여 이를 본 발명 장치에 이용하는 것은 이동통신 모뎀이 기지국으로부터 수신하는 하향 링크(Down Link) 신호에 대한 수신과정에서 수신 신호에 대한 시각 동기(timing synchronization on receiving signals) 또는 하향 링크에 대한 시각 동기(timing synchronization on down link) 등과 같은 기능에 의하여 이동통신 모뎀이 발생시키는 클록(Clock) 신호를 활용하는 것이다. 이와 같은 이동통신 모뎀의 기능은 이동통신 모뎀이 상향 링크(Up Link) 신호를 발생시킬 때 모뎀 내부에서 활용되는 것으로 이에 대한 자세한 설명은 본 발명의 핵심 설명에서 벋어나므로 생략한다. (상기와 같은 기능을 이동통신 모뎀(281)의 일부만을 구현하여 상기 이동통신 모뎀(281)을 대체하는 것도 가능하다.) 도 2에서 도시한 이동통신 모뎀(281)으로부터 추출된 클록 신호를 이용하는 방안은 이동통신 모뎀(281)으로부터 안정적인 클록을 추출할 수 있거나 이동통신 모뎀으로부터 절대 시각(UTC or GPS time) 정보를 추출할 수 있는 경우에 대한 선택적인 이용 방안이다. 참고로, 상기 이동통신 모뎀(281)이 기지국 하향 링크(Down Link) 신호로부터 절대 시각(UTC or GPS Time)에 가까운 정확도로 시각 정보(또는 클록)를 출력하는 경우에 에이지피에스 방식의 이동통신 단말기가 더욱 빠르게 상기 도 2의 구현에 의한 복합적 의사위성 신호를 검출할 수 있도록 만들 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 7 이하에 대한 설명에서 진행한다.
각 기능 블록별로 동작을 살펴보면, 먼저 도 2에서 도시하는 구현 방안의 많은 블록들은 도 1의 블록들과 동일한 기능을 가진 경우가 많다. 각 C/A 코드 발생기(C/A Code Generator, 201~204)는 도 1의 각 C/A 코드 발생기(101~104)와 동일한 기능을 수행하며, 각 시간 지연기(Time Delay Element, 211~214)는 도 1의 각 시간 지연기(블록 111~114)와 동일한 기능을 나타내는 블록이고 도 2의 신호 혼합기(Signal Combiner, 221), 펄스형태필터(Pulse Shaping Filter, 231), 디지털-아날로그 변환기와 주파수 상향 변환기(Digital-Analogue Converter and Frequency Up Converter, 241), 증폭기(Power Amplifier, 251) 및 출력안테나(Tx. Antenna, 261)는 각각 도 1의 신호 혼합기(121), 펄스형태필터(131), 디지털-아날로그 변환기와 주파수 상향 변환기(141), 증폭기(151) 및 출력안테나(161)와 각각 동일한 기능을 가지므로 이들에 대한 반복되는 동작 설명은 생략한다.
이동통신 모뎀(Wireless Modem, 281)은 이동통신 기지국과 무선 연결되므로 원격 기지국의 제어 정보를 수신할 수 있다. 상기 이동통신 모뎀(281)은 이동통신 시스템으로부터 제어기(Controller, 271)가 다른 블록 들을 제어하는데 필요로 하는 정보들을 수신하여 제어기(271)로 전달한다. 도 2에서 도시하는 도면에 있어서 상기 이동통신 모뎀(281)이 기지국으로부터 수신하는 각종 정보는 각 C/A 코드 발생기에 입력되는 PRN 번호들(도면에는 'PRN Set'으로 표시함), 각 C/A 코드들에 대한 시간 지연 값들(Time Delay Values 또는 위상 변환 값들 : 도면에는 'Delay Set'으로 표시함) 그리고 증폭기(251)의 출력 레벨 조절을 위한 전력 이득 제어(Gain Control) 정보 등이 될 수 있다. 상기 이동통신 모뎀(281)은 이동통신 모뎀 내부에서 발생되는 클록 신호를 상기 C/A 코드 발생기(201~204)로 출력하여 상기 C/A 코드 발생기의 클록 신호 입력으로 사용하는 구현 방안도 가능하다.
도 3에서는 본 발명에서 제시하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 기본적인 핵심 기능에 대한 또 다른 구현 방안으로써 칩 단위 이하의 시간 지연을 갖는 구현 방안의 대표적 실례를 도시하고 있다. 도 3에서 제시하는 본 발명의 또 다른 실시 예는 도 1의 도면과 많은 블록들이 동일한 기능을 구현하고 있다. 각 C/A 코드 발생기(301~304)는 도 1의 각 C/A 코드 발생기(101~104)와 동일한 기능을 수행하며, 각 펄스형태필터(311~314)와 펄스형태필터(131), 각 시간 지연기(321~324)와 각 시간 지연기(111~114), 신호 혼합기(331)와 신호 혼합기(121), 디지털-아날로그 변환기 및 주파수 상향 변환기(341)와 디지털-아날로그 변환기 및 주파수 상향 변환기(141), 증폭기(351)와 증폭기(151) 그리고 출력 안테나(361)와 출력 안테나(161)는 각각 동일한 기능을 갖는 블록이므로 중복된 설명을 생략한다.
도 3에서는 1칩(chip) 이하의 단위로 시간 지연기(321~324)에 대한 시간 지연 제어(Time Delay Control)가 가능한 구조를 나타내고 있다. 즉, 발생된 각 C/A 코드 신호(블록 301~304의 출력)는 칩(chip) 단위의 코드 열(sequence)로써 펄스형태필 터(Pulse Shaping Filter, 311~314)를 통과하면서 칩(chip) 보다 더욱 작은 시간 단위로 표현된 신호가 된다. 일반적으로, 펄스형태필터(311~314)를 통과한 신호의 시간적 표현 단위는 펄스형태필터(FIR 필터임)의 탭(Tap) 수에 반 비례하여 달라지기 때문이다. 펄스형태필터가 N개의 탭(Tap)을 사용하는 경우를 실시 예로 하고 1칩의 시간적 길이를 1x10-6로 가정한다면, 상기 펄스형태필터의 출력 신호가 갖는 시간적 표현 단위는 약 (1x10-6)/N 초까지 작아질 수 있게 된다. 따라서, 도 3의 실시 예에서는 펄스형태필터(311~314)의 각 출력 신호를 제어기(371)의 시간 지연 제어에 따라 입력 신호에 대한 시간 지연(위상 변화)을 발생시키는 각 시간 지연기(321~324)에 입력하고 있다. 제어기(371)는 1/M (M>1)칩 단위의 시간 지연 제어 신호를 각 시간 지연기(321~324)로 출력할 수 있다. 참고로, 일반적인 지피에스 수신기가 약 1/10 칩 내외의 신호 탐색 정밀도(Search Resolution)를 가지므로 상기 제어기의 시간 제어 신호는 일반적인 지피에스 수신기가 갖는 신호 탐색 정밀도와 동일한 1/10칩 내외 단위의 시간 지연 값을 사용할 수 있다. 신호 혼합기(331)는 입력되는 시간 지연된 신호(블록 321~324의 각 출력 신호)를 실시간 혼합(Summation)하여 블록 341, 351, 361을 거쳐 무선 전파되도록 한다.
이와 같은 도 3의 구현 방안은 최종 출력되는 혼합 신호가 더욱 많은 경우의 식별 인자를 갖도록 한다. 만일 1/M (M>1)칩 단위의 시간 지연 값을 사용하여 복합적 의사위성 신호 발생기가 가질 수 있는 최종 혼합 신호의 경우의 수를 늘린다면, 4 개의 의사위성 PRN 번호를 사용한다는 가정에서 상기 전체 경우의 수는 최대 (Mx1023) x (Mx1023) x (Mx1023) x (Mx1023)=약 M4 조 개까지 늘어나게 된다. 또한, C/A1 신호를 시간 기준으로 활용하는 경우 상기 전체 경우의 수는, (Mx1023) x (Mx1023) x (Mx1023) = 약 M4 x 10억 개가 된다.
도 4는 상기 설명한 도 3의 기본적 구현 방안에 도 2에서 소개한 방안과 같은 이동통신 모뎀(281)을 활용하는 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시하고 있다. 따라서, 각 펄스형태필터(411~414)와 각 펄스형태필터(311~314), 각 시간 지연기(421~424)와 각 시간 지연기(321~324), 신호 혼합기(431)와 신호 혼합기(331), 디지털-아날로그 변환기 및 주파수 상향 변환기(441)와 디지털-아날로그 변환기 및 주파수 상향 변환기(341), 증폭기(451)와 증폭기(351) 그리고 출력 안테나(461)와 출력 안테나(361)는 모두 동일한 기능을 수행하는 쌍을 이룬다. 또한, 각 C/A 코드 발생기(401~404)와 각 C/A 코드 발생기(201~204) 그리고 이동통신 모뎀(481)과 이동통신 모뎀(281)도 동일한 기능을 수행하는 블록들의 쌍을 이룬다. 제어기(471)는 제어기(271)와 동일한 기능을 수행하지만 시간 지연기(421~424)에 대한 제어 신호로 전달되는 시간 지연 값이 도 3에서의 경우와 같이 1/M칩(chip) 단위를 갖는 다는 것만 다르다.
도 5에는 도 1에서의 기본적인 구현 방안에 지피에스 위성과 동기화된 클록 신호를 입력하기 위하여 지피에스 수신기(581)를 사용하는 구현 방안을 도시하고 있다. 지피에스 수신기(581)는 외부에 설치된 수신 안테나(Outdoor Receiver Antenna)를 통하여 지피에스 위성 신호를 직접 수신하면서 실시간으로 수신되는 지피에스 위성 신호에 동기화된 클록을 발생시켜 이를 본 발명 장치에 공급하는 기능을 갖는다.
먼저, 도 5에서 도시하는 구현 방안의 많은 블록들은 도 1의 블록들과 동일한 기능을 가진 경우가 많다. 각 C/A 코드 발생기(C/A Code Generator, 501~504)는 도 1의 각 C/A 코드 발생기(101~104)와 동일한 기능을 수행하며, 각 시간 지연기(Time Delay Element, 511~514)는 도 1의 각 시간 지연기(블록 111~114)와 동일한 기능을 나타내는 블록이고 도 5의 신호 혼합기(Signal Combiner, 521), 펄스형태필터(Pulse Shaping Filter, 531), 디지털-아날로그 변환기와 주파수 상향 변환기(Digital-Analogue Converter and Frequency Up Converter, 541), 증폭기(Power Amplifier, 551), 출력안테나(Tx. Antenna, 561) 및 제어기(Controller, 571)은 각각 도 1의 신호 혼합기(121), 펄스형태필터(131), 디지털-아날로그 변환기와 주파수 상향 변환기(141), 증폭기(151), 출력안테나(161) 및 제어기(171)와 각각 동일한 기능을 가지므로 반복되는 상세한 동작 설명은 생략한다. 일반적으로 지피에스 수신기(581)는 1PPS(pulse per second)의 절대 시각 신호와 10Mhz 의 주기적 클록 신호를 출력하며, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6은 도 4에서의 구현 방안에서 이동통신 모뎀(481) 대신 상기 도 5의 구현 방안에서 활용된 지피에스 수신기(581)를 사용하는 방안이다. 따라서, 지피에스 수신 기(681)와 지피에스 수신기(581)는 동일한 기능을 수행하며 각 C/A 코드 발생기(C/A Code Generator, 601~604)와 각 C/A 코드 발생기(401~404), 각 펄스형태필터(Pulse Shaping Filter, 611~614)와 각 펄스형태필터(411~414), 각 시간 지연기(Time Delay Element, 621~624)와 각 시간 지연기(421~424), 신호 혼합기(Signal Combiner, 631)와 신호 혼합기(431), 디지털-아날로그 변환기와 주파수 상향 변환기(Digital-Analogue Converter and Frequency Up Converter, 641)와 디지털-아날로그 변환기와 주파수 상향 변환기(441), 증폭기(Power Amplifier, 651)와 증폭기(451), 출력안테나(Tx. Antenna, 661)와 출력 안테나(461)는 모두 동일한 기능을 수행하는 블록 쌍이다. 또한 제어기(Controller, 671)는 도 3에서 도시한 제어기(371)와 동일한 기능을 수행하므로 도 6에 대한 추가적인 설명을 생략한다.
본 발명에 따라 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 발신하는 고유 식별자의 물리적 의미를 도 7 및 도 8에 도시한 도면과 함께 설명한다. 먼저 도 7에 도시하는 그래프는 임의의 시점에 임의의 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 발신 안테나(Tx. Antenna)로 발신하는 혼합 신호(Combined Signal)에 담겨져 있는 각 의사위성 신호(의사위성 j의 C/A 코드 신호 = CAj(t-Tj), j=1,2,3,4)의 위상들을 나타낸 것이다. 도 7에서 도시하는 T1, T2, T3, T4는 임의의 기준 시각에 대한 각 CA코드의 시간 지연 값들을 나타내고 있으므로 각 의사위성 C/A 코드 신호(CAj(t), j=1,2,3,4)의 절대 시간 지연 값(ttj, j=1,2,3,4)은 절대 시각(GPS time)을 기준으로 하여 다음과 같이 계산되어 진다.
ttj = Tj + t0, 여기서 j=1,2,3,4
ttj는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 안테나로 출력되는 C/A 코드의 절대 시간 지연 값
Tj는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 생성되는 j번째 C/A 코드의 의도된 시간(위상) 지연 값
t0는 절대 시각(GPS time)과 복합적 의사위성 신호 발생기 장치 간의 발생한 시각 동기 오차(Clock Synchronization Error)로써 1msec 이하의 시간을 갖는다.
따라서, 도 7에 도시한 복합적 의사위성 신호 발생기가 갖는 고유 식별 인자는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[도 7의 고유 식별자]
= {PRN #j, Tj}, 여기서 j=1,2,3,4 (1)
= {PRN #j, (Tj-T1)}, 여기서 j=1,2,3,4 (2)
앞서 [도 1의 고유 식별자]에서 설명한 바와 같이, 상기 [도 7의 고유 식별자]에서 (1)번 및 (2)번 항의 표현은 상기 복합적 의사위성 신호 발생기가 절대 시각(GPS Time)과 동기를 이루어 신호를 발생하는 경우에 유효한 고유 식별자로 볼 수 있으 며 (2)번 항의 표현은 절대 시각과의 불특정한 시각 동기 오차가 있는 대부분의 경우에 유효하다. 따라서, 상기 [도 7의 고유 식별자]의 (2)번 항목과 같은 고유 식별자의 표현이 보다 일반적인 표현으로써 이하의 본 발명에 대한 설명으로 사용한다.
상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 발신 신호를 주변에 위치한 임의의 지피에스 수신기가 탐색하는 경우, 지피에스 수신기 내부에 있는 신호 상관기(Signal Correlator)에 의한 신호 상관 결과는 도 8과 같은 형태를 가질 수 있다. 즉, 신호 상관기는 C/A 코드 신호를 탐지하기 위하여 넓은 시간 영역의 시간(위상)적 가설(Hypothesis) 구간을 만들고 각 가설에 대하여 신호 상관을 수행한 값을 출력한다. 도 8에 도시한 4개의 그래프는 각각 칩(chip) 단위로 위상 가설 구간(Search Hypothesis Window)의 각 가설에 대하여 신호 상관을 수행한 결과를 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 신호 상관 결과로 수신되는 각 C/A 코드 신호가 갖는 위상과 신호 상관기가 내부적으로 발생시킨 C/A 코드의 위상이 일치하는 지점에서 신호 관 값이 상관 최고점(correlation peak)에 이른다. 본 발명에서 제시하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치는 각 C/A 코드 신호에 대해서 동일한 출력 이득을 갖는 방안을 바람직한 실시 예(도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6)로 제시하고 있으므로 도 8에서 나타내는 각 C/A 코드 신호에 대한 신호 상관 최고점은 모두 같은 높이를 가지며 위상이 일치하지 않는 기타의 가설 구간에서는 평균적으로 일정한 잡음 레벨(Noise Level) 값을 갖게 된다. 즉, R1=R2=R3=R4가 된다. 또한 상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 시각과 상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 발신 신호를 탐지하는 지피에스 단말기의 내부 시각이 정확히 동일하지 않는 경우 신호 상관 최고점이 나타나는 시점은 각각 다음과 같다.
tj = Tj + te
te = t0 + t0'
tj는 단말기가 자체 시각으로 측정한 복합적 의사위성 신호 발생기의 j번 C/A 코드의 시간(위상) 지연 값. 그리고, j=1,2,3,4이며 t0'은 지피에스 단말기의 내부 시각과 절대 시각(GPS Time)간의 시각 동기 오차로써 1msec 이하의 시간이다. (Tj와 t0는 [수학식 1]을 참조)
상기 측정에 따라 에이지피에스 단말기는 다음과 같은 탐색 결과를 기지국으로 전달한다.
[고유 식별자 탐색 결과]
{PRN #j, tj}, 여기서 j=1,2,3,4.
또는,
{ PRN #j, tj-t1}, 여기서 j=1,2,3,4
실제 에이지피에스 단말기가 기지국으로 전달하는 지피에스 신호에 대한 측정 결과에는 위 [고유 식별자 탐색 결과]에 나열한 측정 요소들 외에 다른 여러 가지 측정 값들도 있으나, 본 발명의 핵심에 대한 설명에 필요하지 않으므로 그 설명을 생략한다.
상기 에이지피에스 단말기가 기지국으로 전달하는 상기 측정 결과로부터 이동통신 시스템 내부의 위치 측정 서버(PDE: Position Determination Element)는 다음과 같은 결과를 도출한다.
[PDE에서의 고유 식별자 추출 결과]
{PRN #j, Tj}, j=1,2,3,4 (1)
또는,
{PRN #j, tj-t1}, j=1,2,3,4 (2)
={PRN #j, Tj-T1}, j=1,2,3,4
상기 [PDE에서의 고유 식별자 추출 결과]-(1)은 상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 절대 시각 오차(t0)가 없으며(t0=0) 상기 에이지피에스 단말기의 내부 시계가 갖는 절대 시각 오차를 위치 측정 서버가 제거하는 경우에 얻어지는 결과이다. 또한, 상기 [PDE에서의 고유 식별자 추출 결과]-(2)는 상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치 자체에 있는 절대 시각 오차(t0)나 상기 에이지피에스 단말기의 내부 시계가 갖는 절대 시각 오차(t0')를 위치 측정 서버가 제거하지 못하는 경우를 나타낸다. 이와 같은 위치 측정 서버(PDE)의 절대 시각 오차(t0')의 제거는 에이지피에스 기술에 해당하는 것으로 본 발명의 핵심적 설명에 불필요하므로 그 설명은 생략한다. 위와 같이 위치 측정 서버(PDE)가 최종 추출한 정보는 상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 고유 식별자와 일치하게 되고 상기 위치 측정 서버(PDE)는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에 대한 데이터 베이스로부터 상기 추출된 고유 식별자와 동일한 고유 식별자를 갖는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 찾아내고 상기 찾아낸 복합적 의사위성 발생기 장치의 설치 위치를 상기 에이지피에스 단말기의 위치 값으로 인식한다.
도 9에는 본 발명의 바람직한 실시 예로써 실제 이동통신 기지국의 서비스 영역(Cell)에 다수 개(그림의 편의상 3개만 도시함)의 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 설치된 경우, 상기 기지국 기준의 고유 식별자와 상기 기지국의 셀(Cell) 영역에 실제 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들의 고유 식별자들을 도시하고 있다. 도시하는 바와 같이, 기지국(BTS)에는 기준이 되는 복합적 의사위성 신호의 고유 식별자(이하 '기준 고유 식별자'라 칭함)가 지정되어 있으며 상기 고유 식별자를 기준으로 일정 범위 내(dt)의 상대적 위상차(시간차)를 갖는 다수 개(그림에는 3개)의 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들이 기지국 셀 영역 내부의 임의의 실내 지점(@1, @2, @3)에 설치 되어 있다. 도 9에서 tkj는 셀 영역 내부의 k번 지점(@)에 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 j번 C/A 신호가 기준 고유 식별자 사이에 갖는 j번 C/A 코드 위상차(Phase Difference between jth C/A Codes)가 된다.
|tkj|<dt,
여기서, j는 C/A 코드의 순번을 나타내는 값으로써 j=1,2,3,4이며
k는 지점(@)의 번호
만일 @1 지점에서 임의의 에이지피에스 단말기가 기지국으로부터 기준 고유 식별자{PRN #1, PRN #2, PRN #3, PRN #4, T1, T2, T3, T4}를 전달 받고 주변에 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기의 출력 신호를 탐색하면, 단말기는 {PRN #1, PRN #2, PRN #3, PRN #4, T1+tk1+te, T2+tk2+te, T3+te, T4+tk4+te}와 같은 탐색 결과를 얻는다. (여기서 te=t0+t0'. [수학식 2] 참조). 상기 탐색 결과로부터 복합적 의사위성 신호 발생기의 실제 고유 식별자를 찾아내고 단말기의 위치를 파악하는 절차는 상기 도 8에서의 실시 예와 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
상기 실시 예와는 달리, @1 지점에서 상기 임의의 에이지피에스 단말기가 기지국으로부터 다른 형태의 기준 고유 식별자{PRN #1, PRN #j, Tj-T1, j=2,3,4}를 전달 받고 주변에 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기의 출력 신호를 탐색하면, 단말기는 {PRN #1, PRN #2, PRN #3, PRN #4, 0, T2-T1+tk2, T3-T1, T4-T1+tk4}와 같은 탐색 결과를 얻는다. (그러나, 앞에서 설명한 바와 같이 PDE는 동일한 고유 식별자를 추출할 수 있다.)
도 9의 실시 예에 있어서, 상기 서비스 기지국(BTS(0))의 영역(Cell) 내에 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들이 지피에스 위성들과 동기를 이루어 신호를 발생하는 경우(즉 동기화된 복합적 의사위성 신호 발생기들의 경우로써 te=t0') 서비스 영역 내에 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들의 고유 식별자가 기준 고유 식별자와 작은 차이 이내의 범위를 갖게 함으로써 에이지피에스 단말기가 보다 빨리 상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 고유 식별 인자를 추출할 수 있게 만들 수 있다. 즉, 동기화 된 복합적 의사위성 신호 발생기의 경우
|dt|<<0.5msec, 여기서 j=1,2,3,4
가 되고 기지국은 기준 고유 식별자와 함께 단말기에게 |dt|+margin 값을 탐색이 요구되는 가설 탐색 구간(Hypothesis Search Window) 값으로 상기 에이지피에스 단말기로 전달할 수 있다(IS-801의 SV_CODE_PH_WIN 값으로 전달할 수 있다). 또한, 상기 가설 탐색 구간을 전달 받은 에이지피에스 단말기는 기준 고유 식별자를 기준으로 +/- (|dt|+margin)의 범위 이내에서만 신호 상관(Signal Correlation)을 수행함으로써 상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 고유 식별자를 추출할 수 있다. ( 즉, 더 좁혀진 시간적 위상 가설 탐색 범위 내에서만 신호 상관을 수행함으로써 보다 빨리 결과를 추출하게 되는 방법으로써 기존 에이지피에스 기술은 이와 같은 탐색 성능 향상 효과를 만드는 기능을 가지고 있다).
도 10에는 본 발명에서 제시된 복합적 의사위성 신호 발생기가 설치된 실내 공간에서 에이지피에스 기능을 가진 이동통신 단말기와 이동통신 시스템이 연동하여 상기 복합적 의사위성 신호 발생기가 발신한 신호에 대한 탐색 결과를 상기 이동통신 시스템에 전달하고 최종적으로 상기 이동통신 단말기의 위치를 파악하는 전체 시스템의 연동 방안을 도시하고 있다. 구체적인 설명에 앞서서 도 10에 대한 설명은 부호분할다중접속(CDMA) 이동통신 망에서 에이지피에스 단말기에 대한 프로토콜 및 인터페이스(Protocols & Interface) 규격인 IS-801의 기본 규격을 본 발명에 대한 바람직한 실시 예로 설명한다. 본 발명에서 제시한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치는 모두 IS-801의 위치 측정 방식의 하나인 단말기 협조 방식(Mobile Assisted Mode)을 이용하는 방식에서 활용되는 것으로써 단말기는 단지 수신되는 지피에스 또는 의사위성 신호를 측정하여 의사거리(Pseudo-Range)를 측정하고 이를 이동통신 시스템에 전달하여 최종 단말기의 위치 계산이 상기 이동통신 시스템 내부의 위치 측정 서버(PDE)에서 이루어지는 방식을 기본 토대로 하고 있다.
과정 1001은 이동통신 시스템(망)에서 이동통신 단말기로 의사위성 탐색 보조 정보를 전달하는 것을 도시한다. 상기 과정 1001에서 전달되는 의사위성 탐색 보조 정 보는 IS-801을 사용하는 에이지피에스 방식에 따른 것으로써 이동통신 단말기가 지피에스 위성 신호를 빠르게 탐색할 수 있도록 제공되는 획득 보조(Acquisition Assistance) 정보와 이동통신 단말기에서 지피에스 위성 신호에 대한 탐지 능력을 높일 수 있도록 제공되는 감도 보조(Sensitivity Assistance) 정보의 두 가지 정보이다.
먼저, 감도 보조 정보는 현재 수신되는 지피에스 위성 신호에 실려있는 항법 데이터 정보('0' 또는 '1'로 표현되는 데이터 비트 값) 등의 정보로써 에이지피에스 단말기가 상관길이(Correlation Length)를 더욱 늘릴 수 있도록 보조하는 정보이다. 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기(도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6의 구현 실시 예)는 항법 데이터 비트가 삽입되지 않는 구조를 가지고 있는데 이는 모두 '0'값(logically all zeros)을 갖거나 모두 '1'값(logically all ones)을 갖는 경우와 마찬가지 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기(도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6의 구현 실시 예 등)를 에이지피에스 단말기가 탐지할 수 있도록 하기 위하여 기지국이 전송하는 감도 보조 정보(상기 의사위성 탐색 보조 정보의 일부)에 실리는 항법 데이터 비트는 모두 '0'값 또는 모두 '1'값을 갖도록 설정한다.
획득 보조 정보는 에이지피에스 단말기에서 수신되는 지피에스 위성 신호의 도플러 주파수 오차(Doppler Frequency Offset) 및 수신되는 지피에스 위성 C/A 코드가 갖는 현재 시점에서의 코드 위상(C/A Code Phase) 정보이다. 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기(도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6의 구현 실시 예 등) 는 고정 위치에 설치되어 움직임이 없으므로 고속으로 이동하는 지피에스 위성으로부터 수신되는 신호처럼 도플러 주파수 오차가 발생하지 않는다. 따라서, 상기 의사위성 탐색 보조 정보의 일부로 전달되는 획득 보조 정보에 도플러 주파수 오차 값은 '0'이 된다. 또 다른 획득 보조 정보로써 기지국이 에이지피에스 단말기로 전달하는 C/A 코드의 위상 정보는 본 발명에서 제시하는 복합적 의사위성 신호 발생기가 갖는 절대 시각(GPS time)과의 시각 동기 오차가 예측 가능할 때, 에이지피에스 단말기의 가설 탐색 구간(Code Phase Search Window)을 축소하는데 효과적이며 기지국 주변의 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들은 기지국이 에이지피에스 단말기로 전달하는 자신의 의사위성 신호 위상과 일정 범위 이내의 위상 오차 허용 범위를 갖도록 설정한다.
만일 상기 서술한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 갖는 절대 시각(GPS time)과의 시각 동기 오차가 예측 가능하지 않는 경우, 기지국이 에이지피에스 단말기에게 전달하는 의사위성(들)의 위상 정보는 상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 발신된 의사위성(들)의 위상 정보와 큰 폭의 위상차를 가질 수 있으며 이로 인하여 상기 에이지피에스 단말기에서의 상기 의사위성 신호 발생기에 대한 가설 탐색 구간이 커지는 동시에 탐색 수행 시간이 길어지게 된다. 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시한 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기의 실시 예는 자체적으로 만들어진 클록 입력(Clock Input)을 가지고 있는데, 만일 상기 자체적으로 만들어진 클록이 모르는(unknown) 절대 시각 오차(difference from absolute time)를 갖는 경우 기지국이 에이지피에스 단말기로 전달하는 의사위성 신호들에 대한 위상 정보는 최대의 위상 오차 허용 범위(maximum phase search window length)를 갖도록 설정된다.
과정 1011에서 에이지피에스 단말기는 수신되는 의사위성 신호에 대한 탐색 결과를 기지국으로 전달한다. 과정 1001과 마찬가지로 과정 1011도 IS-801을 이용한 프로토콜 및 메시지 형식을 그대로 활용할 수 있다. 상기 기지국은 상기 단말기(에이지피에스 기능을 갖는 이동통신 단말기)가 전달한 탐색 결과를 이동통신 망 내부에 설치된 위치 측정 서버(PDE)로 전달(과정 1201)하고 PDE는 앞서 설명한 바와 같이 입력된 탐색결과로부터 고유 식별자(Unique Identity)를 추출함과 동시에 상기 고유 식별자를 갖는 복합적 의사위성 신호 발생기의 설치 위치('GLE 위치'로 표기함)를 데이터 베이스(DB)로부터 파악하여 그 결과를 상기 기지국으로 전달(과정 1031, 1032)한다. 상기 기지국은 다시 상기 단말기에게 필요한 경우 상기 단말기의 위치 정보를 전달(과정 1041)할 수 있다.
[도 11]에는 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기의 위치를 찾는 위치 측정 서버(PDE) 내에서 단말기가 전달한 탐색 결과로부터 단말기의 위치를 찾아내는 기본적인 알고리즘(Algorithm)의 흐름도를 나타내고 있다. 먼저, 과정 1101에서 상기 위치 측정 서버는 단말기로부터 송신된 단말기 탐색 결과를 수신하는 동시에 단말기의 위치를 찾기 위하여 복합적 의사위성 데이터 베이스(DB) 탐색을 시작한 다. 다음 과정(1102)에서 상기 위치 측정 서버는 단말기가 속해있는 Cell-ID 정보로부터 서비스 기지국과 주변 기지국을 파악하고 상기 파악된 서비스 기지국과 주변 기지국 영역 내에 설치되어 있는 복합적 의사위성 신호 발생기 리스트를 추출한다. 위치 측정 서버는 다음 과정인 1111에서 상기 단말기가 측정한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치로부터 추출한 고유 식별자(Unique Identity)와 유사한 패턴의 고유 식별자를 갖는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 존재하는지 상기 1102과정에서 추출된 복합적 의사위성 신호 발생기 리스트를 탐색한다. 만일, 상기 과정 1111에서 전혀 유사한 패턴의 고유 식별자를 갖는 복합적 의사위성 신호 발생기가 탐색되지 않는다면 상기 위치 측정 서버는 과정 1112로 진행하여 위치 파악이 실패 하였음을 알리고 위치 파악 절차를 종료하거나 단말기에게 다시 복합적 의사위성 신호를 탐색할 것을 요구할 수 있다. 만일, 상기 과정 1111에서 유사한 패턴의 고유 식별자를 갖는 복합적 의사위성 신호 발생기가 존재하는 경우 탐색된 가장 유사한 패턴의 고유 식별자와 단말기가 측정한 고유 식별자의 값이 단말기의 측정 오차 범위 이내의 것인지를 판별한다. 예를 들어, 실제 설치된 복합적 의사위성신호 발생기의 고유 식별자가 {PRN 1, PRN 2, PRN 3, PRN 4, 0, 101.25, 18.0, 101.5}이고 단말기가 측정한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 고유 식별자가 {PRN 1, PRN 2, PRN 3, PRN 4, 0, 101.5, 18.0, 101.5}인 경우에 단말기의 측정 정밀도(Search Resolution)가 0.25보다 높은 경우(즉, 더 세밀한 단위의 측정이 가능한 단말기의 경우) 상기 결과는 허용 오차 범위를 넘는 것으로 판단한다. 상기 과정 1121로부터 오차 허용 범위 이내의 것이 아닌 경우, 상기 위치 측정 서버는 상기 1112의 과 정으로 진행하며 반대로 오차 허용 범위 이내의 것으로 판단되는 경우 상기 위치 측정 서버는 과정 1131로 진행하여 상기 탐색된 가장 유사한 패턴의 고유 식별자를 갖는 복합적 의사위성 신호 발생기의 위치를 출력한다. 따라서, 보다 정확한 판별을 위하여 동일 기지국 및 주변 기지국 서비스 영역에 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들의 고유 식별자들이 단말기의 측정 정밀도의 몇 배 이상으로 분별 가능하도록 설정되도록 한다.
본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기는 기존의 이동통신에서 단말기 위치 측정 기술로써 활용되고 있는 에이지피에스(A-GPS)의 한계인 실내 위치 측정 문제를 해결하는 보완적 기술이다. 지금까지 많은 위치 측정 기술들이 개발되어 왔지만, 에이지피에스 기술을 그대로 활용하면서 실내 단말기 위치 측정을 가능하게 함으로써 본 발명이 제시하는 기술은 불완전한 위치 측정 서비스만을 제공하고 있는 기존의 에이지피에스 기술에 쉽게 적용되어 완성도 높은 기술과 서비스를 제공하는데 필수적인 역할을 할 것이다. 또한 기존의 기술들이 갖지 못하는 기술적 영역인 단말기의 실내 층별/사무실 별 위치 파악이 가능하게 되어 더욱 다양한 위치 정보 또는 위치 관련 서비스로의 확장이 가능할 것으로 예상한다.
무엇보다 본 발명에 따른 복합적 의사위성 신호 발생기는 그 구현에 있어서 매우 낮은 출력의 신호 발생과 단순한 기저대역 신호 발생 기능(Signal Generation Function in Baseband)만을 필요로 하므로 제품의 가격이 상당히 낮아질 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점은 본 복합적 의사위성 신호 발생기의 확산을 더욱 빠르게 할 수 있어 관련 서비스의 창출을 앞당길 것이다.

Claims (22)

  1. 이동통신 기지국의 서비스 영역 내 특정 공간에 위치되며, 상기 특정 공간의 인식을 위한 복합적 지피에스(GPS) 의사위성 신호를 이동국으로 송신하기 위한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호를 구성하는 Y(Y>1)개의 의사위성 신호의 PRN 번호를 지정하고 각 의사위성 신호에 대한 위상 변화(시간 지연) 제어 및 신호 출력 레벨을 제어하기 위한 제어기와,
    상기 제어기의 제어 신호에 따라 Y(Y>1)개의 PRN 번호에 해당하는 Y개의 의사위성 신호를 발생하는 Y개의 C/A 코드 발생기와,
    상기 발생된 Y개의 의사위성 신호들 간에 특정한 위상차(Phase Difference)를 갖도록 상기 Y개의 의사위성 신호들 각각에 특정한 위상 변화(시간 지연)를 발생시키는 시간지연필터와,
    상기 각 시간지연필터의 출력 신호를 모두 혼합하는 신호 혼합기와,
    상기 신호 혼합기의 출력 신호를 안테나로 출력하기 위하여 펄스형태필터, 디지털아날로그변환기, 주파수 변환기 및 신호 증폭기 등의 신호 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Y(Y>1)개의 각 C/A 코드 발생기마다 PRN 번호를 지정하고 발생된 의사위성 신호(C/A 코드)에 특정한 위상 변화(시간 지연) 값을 지정하는 제어기의 고유 식별자 지정 방식에 있어서,
    상기 PRN번호의 지정과 Y개의 의사위성 신호들 간에 특정한 위상차(즉, 특정한 1개의 의사위성 신호를 기준으로 다른 의사위성 신호들이 갖는 특정한 위상차)는 최소한 동일 기지국의 서비스 영역(Cell) 내에서는 동일한 PRN번호와 동일한 위상차를 동시에 갖는 다른 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 없도록 분별하여 지정하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기의 신호 발생 방식.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Y(Y>1)개의 각 C/A 코드 발생기마다 PRN 번호를 지정하고 발생된 의사위성 신호(C/A 코드)에 특정한 위상 변화(시간 지연) 값을 지정하는 제어기의 고유 식별자 지정 방식에 있어서,
    상기 서비스 기지국에 지정되거나 기지국이 기준으로 하는 고유 식별자(기지국 고유 식별자)가 있는 경우에 상기 제어기의 고유 식별자 지정은 기지국 고유 식별자와 동일한 PRN 번호를 지정하며 특정한 위상차 범위 이내에서 기지국 고유 식별자와 다른 위상 변화 값을 지정하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기의 신호 발생 방식.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 출력되는 복합적 의사위성 신호의 각 의사위성 신호는 동일한 출력 레벨을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 발생되는 각 의사위성 신호는 '0'시퀀스(또는 '1'시퀀스)로 구성된 널(NULL) 항법 메시지 데이터를 C/A 코드 확산시켜 이루어짐을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 상기 기지국과의 통신을 위하여 이동통신 모뎀 장치를 구비하는 경우에 있어서,
    상기 제어기가 복합적 의사위성 신호 발생기 장치 내부에 지정하는 고유 식별자 정보, 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 출력 이득 정보 등을 구비된 이동통신 모뎀 장치를 통하여 기지국으로부터 제공받는 방안을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 내부적으로 사용하는 안정된 클록을 공급 받기 위하여 이동통신 모뎀 장치를 구비하는 경우에 있어서,
    상기 이동통신 모뎀 장치가 상기 기지국의 하향 링크 신호에 동기를 이루어 발생시키는 시스템 동기 신호를 이용하여 상기 의사위성 신호 발생기의 입력 클록을 발생시키는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 내부적으로 사용하는 안정된 클록을 공급 받기 위하여 지피에스 수신기 장치를 구비하는 경우에 있어서,
    상기 구비된 지피에스 수신기 장치의 수신 안테나를 실외에 설치하고 지피에스 수신기 장치로부터 상기 의사위성 신호 발생기의 입력 클록을 발생시키는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방법.
  9. 이동통신 기지국의 서비스 영역 내 특정 공간에 위치되며, 상기 특정 공간의 인식을 위한 복합적 지피에스(GPS) 의사위성 신호를 이동국으로 송신하기 위한 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호를 구성하는 Y(Y>1)개의 의사위성 신호의 PRN 번호를 지정하고 각 의사위성 신호에 대한 시간 지연 제어 및 신호 출력 레벨을 제어하기 위한 제어기와,
    상기 제어기의 제어를 따라 Y(Y>1)개의 PRN 번호에 해당하는 Y개의 의사위성 신호를 발생하는 Y개의 C/A 코드 발생기와,
    상기 발생된 Y개의 각 의사위성 신호의 주파수 대역폭을 제한하는 펄스형태필터와,
    상기 펄스형태필터를 통과한 Y개의 의사위성 신호들 간에 특정한 위상차(Phase Difference)를 갖도록 상기 Y개의 의사위성 신호들 각각에 특정한 위상 변화(시간 지연)를 발생시키는 시간지연필터와,
    상기 각 시간지연필터의 출력 신호를 모두 혼합하는 신호 혼합기와,
    상기 신호 혼합기의 출력 신호를 안테나로 출력하기 위하여 디지털아날로그변환기, 주파수 변환기 및 신호 증폭기 등의 신호 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 Y(Y>1)개의 각 C/A 코드 발생기마다 PRN 번호를 지정하고 발생된 의사 위성 신호(C/A 코드)에 특정한 위상 변화(시간 지연) 값을 지정하는 제어기의 고유 식별자 지정 방식에 있어서,
    상기 PRN번호의 지정과 Y개의 의사위성 신호들 간에 특정한 위상차(즉, 특정한 1개의 의사위성 신호를 기준으로 다른 의사위성 신호들이 갖는 특정한 위상차)는 최소한 동일 기지국의 서비스 영역(Cell) 내에서는 동일한 PRN번호와 동일한 위상차를 동시에 갖는 다른 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 없도록 분별하여 지정하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기의 신호 발생 방식.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 Y(Y>1)개의 각 C/A 코드 발생기마다 PRN 번호를 지정하고 발생된 의사위성 신호(C/A 코드)에 특정한 위상 변화(시간 지연) 값을 지정하는 제어기의 고유 식별자 지정 방식에 있어서,
    상기 서비스 기지국에 지정되거나 기지국이 기준으로 하는 고유 식별자(기지국 고유 식별자)가 있는 경우에 상기 제어기의 고유 식별자 지정은 기지국 고유 식별자와 동일한 PRN 번호를 지정하며 특정한 위상차 범위 이내에서 기지국 고유 식별자와 다른 위상 변화 값을 지정하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기의 신호 발생 방식.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 출력되는 복합적 의사위성 신호의 각 의사위성 신호는 동일한 출력 레벨을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 제어기의 제어에 의하여 상기 Y개의 의사위성 신호들 간에 지정되는 특정한 위상차는 1칩 이하의 단위로 지정되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 발생되는 각 의사위성 신호는 '0'시퀀스(또는 '1'시퀀스)로 구성된 널(NULL) 항법 메시지 데이터를 C/A 코드 확산시켜 이루어짐을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안
  15. 제9항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 상기 기지국과의 통신을 위하여 이동통신 모뎀 장치를 구비하는 경우에 있어서,
    상기 제어기가 복합적 의사위성 신호 발생기 장치 내부에 지정하는 고유 식별자 정보, 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 출력 이득 정보 등을 구비된 이동통신 모뎀 장치를 통하여 기지국으로부터 제공받는 방안을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 내부적으로 사용하는 안정된 클록을 공급 받기 위하여 이동통신 모뎀 장치를 구비하는 경우에 있어서,
    상기 이동통신 모뎀 장치가 상기 기지국의 하향 링크 신호에 동기를 이루어 발생시키는 시스템 동기 신호를 이용하여 상기 의사위성 신호 발생기의 입력 클록을 발생시키는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 내부적으로 사용하는 안정된 클록을 공급 받기 위하여 지피에스 수신기 장치를 구비하는 경우에 있어서,
    상기 구비된 지피에스 수신기 장치의 수신 안테나를 실외에 설치하고 지피에스 수신기 장치로부터 상기 의사위성 신호 발생기의 입력 클록을 발생시키는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방법.
  18. Y(Y>1)개의 서로 다른 의사위성 신호를 생성하고, 상기 Y개의 의사위성 신호들 간에 특정한 위상차(특정한 의사위성 신호를 기준으로 다른 의사위성 신호들이 갖는 특정한 위상차)를 갖도록 상기 Y개의 의사위성 신호들 각각 위상 조정하고, 상기 위상 조정된 Y개의 의사위성 신호를 혼합하여 고유한 의사위성 신호 조합을 갖는 복합적 의사위성 신호를 발생하고, 상기 복합적 의사위성 신호를 특정 공간에 위치한 출력 안테나를 통하여 출력하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 포함하는 이동통신 시스템에서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 설치된 영역을 서비스 영역으로 포함하는 기지국(서비스 기지국)이 상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 출력 안테나가 설치된 근접 공간에 위치한 단말기의 위치를 파악하는 방법에 있어서,
    상기 기지국이 상기 단말기로 복합적 의사위성 신호 발생기 장치에서 발신되는 의사위성 신호들에 대한 탐색 보조 정보를 전달하는 과정과,
    상기 탐색 보조 정보를 수신한 단말기가 상기 복합적 의사위성 신호를 탐색하여 각 의사위성 신호에 대한 탐색 결과를 기지국에 전달하는 과정과,
    상기 단말기의 의사위성 탐색 결과로부터 상기 복합적 의사위성 신호의 고유 식별자를 추출하는 과정과,
    상기 추출된 고유 식별자에 해당하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 데이터베이스로부터 검색하여 그 설치 위치를 추출하는 과정과,
    상기 추출된 설치 위치를 상기 단말기의 위치로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 의사위성 신호들에 대한 탐색 보조 정보는 각 의사위성 신호의 PRN 번호와, 상기 기지국 서비스 영역 내에 설치된 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들이 상기 기지국과 일정한 범위 이내의 위상차이를 갖도록 지정된 경우 상기 기지국의 고유 식별자와 상기 일정한 위상차이 범위 값을 필수 구성요소로 하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 이용한 단말기 위치 추정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 단말기가 탐색하는 상기 복합적 의사위성 신호는 상기 복합적 의사위성 신호를 이루는 Y개의 의사위성 신호의 PRN 번호와 특정한 의사위성 신호를 기준으로 각 의사위성 신호들의 상대적인 위상차 정보로 구성됨을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 이용한 단말기 위치 추정 방법.
  21. Y(Y>1)개의 서로 다른 의사위성 신호를 생성하고, 상기 Y개의 의사위성 신호들 간에 특정한 위상차(특정한 의사위성 신호를 기준으로 다른 의사위성 신호들이 갖는 특정한 위상차)를 갖도록 상기 Y개의 의사위성 신호들 각각 위상 조정하고, 상기 위상 조정된 Y개의 의사위성 신호를 혼합하여 고유한 의사위성 신호 조합을 갖는 복합적 의사위성 신호를 발생하고, 상기 복합적 의사위성 신호를 특정 공간에 위치한 출력 안테나를 통하여 출력하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 포함하는 이동통신 시스템에서,
    상기 복합적 의사위성 신호 발생기 장치가 설치된 영역을 서비스 영역으로 포함하는 기지국(서비스 기지국)이 상기 복합적 의사위성 신호 발생기의 출력 안테나가 설치된 근접 공간에 위치한 단말기의 위치를 파악하기 위하여, 상기 단말기로부터 전달받은 상기 복합적 의사위성 신호 측정 결과로부터 상기 단말기의 위치를 추정하기 위한 이동통신시스템 내의 서버에 있어서,
    상기 서버가 모든 복합적 의사위성 신호 발생기 장치들의 고유 식별자, 복합 적 의사위성 신호 발생기의 설치 위치 또는 그 출력 안테나의 위치 또는 그 안테나 출력 신호가 전달되는 공간의 위치, 상기 위치를 서비스 영역에 포함하는 기지국 정보를 데이터베이스로 구비하는 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 이용한 단말기 위치 추정 시스템의 구현 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 서버의 단말기 위치 추정 방법에 있어서,
    상기 단말기가 전달한 복합적 의사위성 신호 측정 결과로부터 고유 식별자를 추출하는 과정과,
    상기 추출된 고유 식별자 정보와 동일하거나 측정 정밀도에 기인한 오차 범위 내에서 동일한 고유 식별자로 판정되는 고유 식별자를 갖는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 상기 데이터베이스로부터 탐색하는 과정과,
    탐색된 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 설치 위치 또는 그 출력 안테나의 위치 또는 그 안테나 출력 신호가 전달되는 공간의 위치를 단말기 위치로 결정하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합적 의사위성 신호 발생기 장치를 이용한 이동통신 단말기 위치 추정 시스템의 서버 알고리즘.
KR1020040054647A 2004-07-14 2004-07-14 복합적 의사위성 신호 발생기 장치의 구현 방안과 에이지피에스 기능을 갖는 이동통신 단말기에 대한 활용 방안 KR20060005723A (ko)

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US20130142272A1 (en) * 2010-07-01 2013-06-06 Institut-Telecom/Telecom Sudparis Method of reducing the glare of a receiver within a system, in particular a geolocation system
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