KR20060041888A - 격자 패턴 매칭을 기반으로 하는 이동 통신 단말기의 위치결정 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20060041888A
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강성일
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Abstract

본 발명은 이동 통신망에서 이동 통신 단말기의 위치를 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 이동 통신망 영역을 분할하는 복수의 격자별로 유지되는 신호별 특성값과 이동 통신 단말기로부터의 수신 신호 정보를 비교하여 해당 단말기의 위치를 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법은 상기 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자로 분할하고, 상기 분할된 각각의 격자에 대하여 제1 기지국 신호 정보를 수집하는 단계, 상기 수집된 제1 기지국 신호 정보를 상기 격자의 위치 정보와 연관하여 데이터베이스에 저장하고 유지하는 단계, 상기 이동 통신 단말기가 수신한 제2 기지국 신호 정보를 측정하는 단계, 상기 제1 기지국 신호 정보 및 상기 제2 기지국 신호 정보를 비교하여 상기 제2 기지국 신호 정보에 상응하는 위치 정보를 상기 데이터베이스로부터 검색하는 단계, 및 상기 검색된 위치 정보에 기초하여 상기 이동 통신 단말기의 최종 위치 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 이동 통신 단말기의 위치 결정에 있어서, 2차원 및 3차원의 보다 정확한 위치 정보를 제공할 수 있게 된다.
위치 결정 방법, GPM, 이동 통신 단말기, GPS, 기지국 신호, 자기 학습법

Description

격자 패턴 매칭을 기반으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법 및 시스템{SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING POSITION OF MOBILE COMMUNICATION DEVICE BY GRID-BASED PATTERN MATCHING ALGORITHM}
도 1은 본 발명에 따른 위치 결정 시스템과 기존의 이동 통신망을 포함하는 네트워크 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자(Grid)로 분할하고, 각 격자에서의 위치 정보를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위치 결정 방법의 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 데이터베이스의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 데이터베이스의 또다른 일례로서, 제1 기지국 신호 정보에 PN 상대 위상차를 포함한 경우를 도시한 도면이다.
도 6은 단말기의 수신 신호로부터 해당 격자를 결정하는 방식을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라, 제2 기지국 신호 정보를 데이터베이스와 패턴 매칭시켜 단말기의 최종 위치 정보를 생성하는 과정을 도식화한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 위치 결정을 적용하기 위한 환경 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따라 건물 내외를 구분하여 위치 결정 방법을 설명하기 위한 또다른 실시예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 위치 결정 방법을 건물의 층간 구분에 적용하기 위한 또다른 실시예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 위치 결정 방법을 GPS 위치 결정 방법과 연동하여 실시하기 위한 일례를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위치 결정 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명은 이동 통신망에서 이동 통신 단말기의 위치를 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 이동 통신망을 분할하는 복수의 격자별로 유지되는 신호별 특성값과 이동 통신 단말기로부터의 수신 신호 정보를 비교하여 해당 단말기의 위치를 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이동 통신 단말기의 위치를 이용하는 이동 통신 서비스 중의 하나로 위치기반 서비스(LBS: Location Based Service)가 있다. 이는 이동 중인 사용자에게 유선 및 무선 통신을 통해 쉽고 빠르게 사용자의 위치와 관련된 다양한 정보를 제공하는 서비스를 의미한다. 위치기반 서비스는 긴급 상황이 발생했을 때 사고나 재 난에 대응하기 위해 위치를 확인 및 추적하고 교통 정보나 주변지역 정보를 신속히 제공하거나 관광지 등 레저와 관련된 다양한 정보를 제공하는데 이용된다. 한층 더 나아가 지역 특산품이나 기념품 쇼핑, 현장 티켓팅 등 위치기반 모바일 커머스(mobile commerce)나 물류관제(화물 및 차량 추적) 서비스에 이르기까지 그 영역이 다양하다.
기존의 이동 통신망 기반의 위치 결정 방법은 전파 지연 시간을 이용하는 방법, 셀 반경에 의존하는 방법, RF Fingerprint와 같은 특정 구획 단위별 위치 결정 방법이 있었다.
전파 지연 시간을 이용하여 이동 통신망 기반의 위치 결정 방법은 상대적인 시간차이를 '거리'라는 개념으로 환산하고, 삼각 측량법에 대입하는 방식인 TDOA(Time Difference of Arrival), AFLT(Advanced Forward Link Triangulation), E-OTD(Enhanced Observed Time Difference), OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival) 등을 사용하였다. 그러나 상기의 위치 결정 방법들은 기지국(또는 중계기)으로부터 수신되는 직접적인 기지국 신호 정보 이외에 반사되거나 산란되어 간접 경로를 통해 수신되는 기지국 신호 정보에 의한 문제가 발생한다. 상기 간접 경로에 의한 문제는 잡음보다 더 심각한 것이며 이에 대한 해결책이 시급한 실정이다. 또한, 기지국으로부터 수신되는 기지국 신호 정보에 있어서, 기지국의 시계가 부정확하거나, 중계기의 시스템 특성이 각각 상이하여, 중계기 자체 지연 시간의 가변성 문제가 발생할 가능성이 크다. 이동 통신 단말기가 수신한 기지국 신호 정보가 기지국으로부터 수신하였는가 중계기를 통하여 수신하였는가에 대한 여부도 이동 통신 단말기의 위치 결정에 있어서 중요한 변수로 작용할 수 있다.
셀 반경에 의존하는 방식인 Cell ID, Enhanced Cell ID(Ex,CITA+RXLEV)가 존재하며, 이러한 위치 결정 방법은 셀 반경에 크게 의존함으로써 도심 외곽 지역 및 음영 지역과 같이 셀 반경이 넓은 지역에서는 이동 통신 단말기의 위치 정보에 있어서 과도한 오차를 발생시킨다. 또한, 각 기지국으로부터 수신되는 기지국 신호 정보의 수신 신호 세기가 가변적이기 때문에 처음 의도하는 정확도를 충분히 만족시키지 못하는 문제점이 있다.
RF Fingerprint를 응용한 기존 방법으로 몇 가지가 있다. 일례로서, WLAN의 AP를 기반으로 실내 측위에 이용되는 마이크로소프트사의 Radar가 있으며, GSM 핸드셋 기반의 DCM 방식을 들 수 있다. 상기 기술들은 수신 신호 세기를 사용자 위치 정보로 저장하고 측위 요청 시에 이들 저장된 자료와 비교하여 가장 적합하다고 판단되는 위치를 결과치로 선택한다. 또다른 일례로서, US Wireless사의 RadioCamera라는 기술로서, 하나의 Array Antenna를 이용하여 들어오는 수신 세기의 각도별 정보를 유지하여 측위시 이용하는 기술이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 기존 기지국 신호 정보를 그대로 활용하여 이동 통신 단말기의 위치를 결정함으로써, 시스템 구성 및 비용 추가를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 기지국 등의 주변 환경 변화의 변화를 반영하여 정확한 단말기 위치 정보를 지속적으로 제공할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대규모 건물내에서도 단말기의 위치를 결정할 수 있으며, 건물의 내외를 구분하고 더 나아가 건물 내 층간 구분을 할 수 있도록 함으로써, 보다 정확도가 높은 단말기 위치 결정 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일면에 따르면, 복수의 기지국을 포함하는 이동 통신망에서 이동 통신 단말기의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서, 상기 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자로 분할하고, 상기 분할된 각각의 격자에 대하여 제1 기지국 신호 정보를 수집하는 단계, 상기 수집된 제1 기지국 신호 정보를 상기 격자의 위치 정보와 연관하여 데이터베이스에 저장하고 유지하는 단계, 상기 이동 통신 단말기가 수신한 제2 기지국 신호 정보를 측정하는 단계, 상기 제1 기지국 신호 정보 및 상기 제2 기지국 신호 정보를 비교하여 상기 제2 기지국 신호 정보에 상응하는 위치 정보를 상기 데이터베이스로부터 검색하는 단계, 및 상기 검색된 위치 정보에 기초하여 상기 이동 통신 단말기의 최종 위치 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 위치 결정 방법 및 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 위치 결정 시스템과 기존의 이동 통신망을 포함하는 네트워크 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 이동 통신망은 복수의 기지국을 포함하고, 사용자 의 이동 통신 단말기는 복수의 기지국으로부터 각각의 기지국 신호 정보를 수신한다. 상기 "복수의 기지국"이라 함은 이동 통신 단말기가 현재 통신하고 있는 참조 기지국 및 주변 기지국을 포함하는 것으로, 이동 통신 단말기는 현재 위치하고 있는 셀 내의 기지국뿐만 아니라, 주위 셀 내의 기지국들로부터 복수의 기지국 신호 정보를 지속적으로 수신하게 된다. 이동 통신 단말기는 수신된 기지국 신호 정보를 본 발명에 따른 위치 결정 시스템으로 송신하며, 상기 위치 결정 시스템은 데이터베이스에 저장되어 있는 기지국 신호 정보와 상기 이동 통신 단말기로부터의 기지국 신호 정보를 비교함으로써 이동 통신 단말기의 위치를 결정한다. 또한, 본 발명에서 "이동 통신 단말기가 수신한 기지국 신호 정보를 측정한다"라는 의미는 위치 결정 시스템이 단말기로부터 직접 기지국 신호 정보를 수신하는 경우는 물론, 이동 통신 단말기로부터 수신한 기지국 신호 정보를 통신망의 특정 시스템(또는 장소)에 저장해 놓고 위치 결정 시스템이 상기 특정 시스템을 액세스하여 기지국 신호 정보를 획득하는 경우를 모두 포함하는 것으로 해석된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자(Grid)로 분할하고, 각 격자에서의 위치 정보를 도시한 도면이다. 격자는 2차원 지리 정보(경도, 위도)를 기준 길이로 나눈 단위이며, 이 때 기준 길이는 수십 미터에서 수백 미터의 길이가 가능하다. 또달리, 격자는 3차원 지리 정보(경도, 위도, 고도)를 기준 길이로 나눈 단위가 될 수도 있다. 위치 정보는 격자 내에 위치한 대표값 또는 특정값으로 각 격자 별로 적절히 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위치 결정 방법의 과정을 나타 내는 흐름도이다. 이하에서는, 도 3을 참조하여 각 단계별로 수행되는 과정들을 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 단계(S310)에서는 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자로 분할하고, 상기 분할된 각각의 격자에 대하여 제1 기지국 신호 정보를 수집하게 된다.
본 발명에 따르면, 복수의 기지국들에 의하여 커버되는 이동 통신망 지역을 복수의 격자로 분할하되, 상기 격자는 2차원 또는 3차원적으로 분할될 수 있다. 즉, 하나의 건물에 대해서 건물 전면, 후면, 사면(측면)에 따라 서로 상이한 격자로 분할될 수 있으며, 동일 건물 내에서도 층별로 서로 상이한 격자를 가질 수도 있고, 동일 층 내에서도 그 위치에 따라 상이한 격자로 분할될 수 있음은 물론이다. 격자 분할에 대한 다양한 실시예들에 대해서는 후술하기로 한다.
본 단계에서는 분할된 각 격자에 대하여 제1 기지국 신호 정보를 수집하게 된다. 각 격자 내의 특정 위치에서는 적어도 하나 이상의 기지국으로부터 기지국 신호를 수신할 수 있으며, 이렇게 수신된 정보는 기지국 신호 정보로서 각 기지국을 식별하기 위한 정보로서 수집된다.
제1 기지국 신호 정보의 일례로서, PN 페이즈, PN 오프셋, PN 지연 시간, 신호 세기 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
단계(S320)에서는 앞서의 단계에서 수집된 제1 기지국 신호 정보를 각 격자의 위치 정보와 연관시켜 데이터베이스에 저장하고 유지하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 데이터베이스의 일례를 도시한 도면이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 각 격자의 위치 정보별로 적어도 하나 이상의 기지국 신호 정보를 저장할 수 있다. 상기 제1 기지국 신호 정보는 소수의 기지국(예를 들어, 가장 수신 신호 세기가 강한 몇 개의 기지국) 또는 중계기를 거쳐온 기지국 신호 정보를 선정하여 저장할 수 있고, 또달리 모든 기지국 신호 정보를 저장할 수도 있다. 저장하고자 하는 기지국 신호의 개수는 각 격자를 구분할 수 있는 정도이면 충분하므로, 격자마다 상이하게 결정될 수 있으며 또한 구현예에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 도 4에서는 (X11, Y11)의 위치 정보를 가진 격자 #1에 대하여 4개의 기지국으로부터 수신한 기지국 신호 정보, (X11, Y12)의 위치 정보를 가진 격자 #2에 대하여 2개의 기지국으로부터 수신한 기지국 신호 정보를 각각 저장하고 있음을 도시하고 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 게1 기지국 신호 정보를 복수의 격자별로 유지되는 신호별 특성값으로 저장하고 유지하게 된다.
도 3의 단계(S330)에서는 이동 통신 단말기가 수신한 제2 기지국 신호 정보를 측정하게 된다. 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법은, 현재 이동 통신망 내에 위치한 이동 통신 단말기의 위치를 결정함에 있어, 이동 통신 단말기가 수신한 기지국 신호 정보를 이용하게 된다. 제2 기지국 신호 정보의 일례로서, PN 페이즈, PN 오프셋, PN 지연 시간, 신호 세기 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
단계(S340)에서는 데이터베이스에 저장된 제1 기지국 신호 정보를 상기 측정된 제2 기지국 신호 정보와 비교함으로써, 제2 기지국 신호 정보에 상응하는 위치 정보를 데이터베이스로부터 검색하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 이동 통신 단말기가 수신한 정보들과 가장 유사한 정보를 갖고 있는 격자의 위치를 패턴 매칭 (pattern matching) 등의 방법을 써서, 데이터베이스로부터 검색함으로써 각 격자의 식별 정보를 얻을 수 있게 된다.
단계(S350)에서는 상기 검색된 위치 정보에 기초하여 단말기의 최종 위치 정보를 생성하게 된다. 최종 위치 정보를 생성함에 있어, 본 발명에 따른 위치 결정 방법 이외에도 다른 방법을 사용하여 얻은 제2 위치 정보가 있다면, 상기 위치 정보 및 제2 위치 정보의 평균치를 구하여 이를 최종 위치 정보로 결정하거나 또는 각 위치 정보에 소정의 가중치를 곱하고 그 결과값을 최종 위치 정보로 결정할 수도 있다.
본 발명에 따른 일례로서, 단계(S310) 및 단계(S320)는 본 발명에 따른 위치 결정 시스템이 직접 수행하지 아니할 수도 있으며, 따라서 제1 기지국 신호 정보를 저장하고 있는 데이터베이스가 이미 구축되어 있는 경우 위치 결정 시스템이 상기 데이터베이스를 검색 및 조회함으로써 단계(S330) 이하의 단계들만 수행할 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 데이터베이스의 또다른 일례로서, 제1 기지국 신호 정보에 PN 상대 위상차를 포함한 경우를 도시하고 있다.
도 5에서는 28457 (항목 ①) 과 44796 (항목 ⑤)이라는 2개의 PN Phase를 예로 들어 이들간의 상대 위상차 45 (항목 ④)을 구하는 방법을 나타내고 있다. PN 위상(Phase) 및 PN 위상 지연(Phase Delay)과 같은 패러미터는 시간적으로 가변적인 반면에, "상대 위상차"라는 수치는 시간과 무관하게 거의 일정하게 유지되므로, 각 격자를 구별할 수 있는 키 패러미터(key parameter)로 이용될 수 있다.
도 6은 단말기의 수신 신호(제2 기지국 신호 정보)로부터 해당 격자를 결정하는 방식을 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 데이터베이스는 모두 9개의 격자에 대한 제1 기지국 신호 정보를 격자 지도(Grip Map) 형태로 저장하고 있다.
제1행의 제1열의 격자를 예로 들어 그 내용을 살펴보면 다음과 같다. (72, 208, -12), (44, 244, 46), (54, 72, 22) 데이터들로부터 해당 격자에 72, 208, 44, 244, 54, 72의 PN 오프셋(offset)이 수신되었으며 이들 간의 상대 위상차가 각각 -12, 46, 22라는 수치를 가지고 저장되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 단말기로부터 상기 제1 기지국 신호 정보에 상응하는 제2 기지국 신호 정보가 수신되면, 이로부터 단말기는 제1행의 제1열의 격자에 위치해 있음을 판단하게 되고, 따라서 상기 격자의 위치 정보인 (X11, Y11)이 단말기의 최종 위치 정보로 결정된다.
도 7은 본 발명에 따라, 단말기 수신 신호(제2 기지국 신호 정보)를 데이터베이스와 패턴 매칭시켜 단말기의 최종 위치 정보를 생성하는 과정을 도식화한 것이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 일단 단말기의 수신 신호가 데이터 수집부를 통해서 입력이 되면 데이터 수집부는 수신 신호로부터 기지국 신호 정보에 대한 일련의 패턴 셋(Pj1, Pj2, … , Pjn)을 구성하게 된다. 이렇게 구성된 패턴 셋(pattern set)은 기지국 신호 정보들로부터 위치 정보를 대응시키기 위한 조건으로서, 유일한 키 값으로 작용할 수 있어야 하는 특징을 가진다. 이러한 특징을 만족시키기 위한 일례로서, PN delay의 상대 위상차 및 기지국으로부터 수신되는 신호 세기를 집합으로 관리함으로써 일련의 패턴을 형성시킨다. 데이터 수집부에서 구성된 패턴은 시스템 내부의 위치 정보를 관리하고 있는 데이터베이스와 패턴 매칭 알고리즘을 이용하여 비교함으로써, 가장 유사한 기지국 신호 정보에 해당하는 위치 정보를 결과값으로 산출한다.
도 8은 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 위치 결정을 적용하기 위한 환경 구성의 일례를 도시한 도면이다. 고대역의 주파수를 사용하는 이동 통신 환경하에서는 건물 등의 지형물이 존재하는 경우, 기지국으로 단말기로 수신되는 기지국 신호는 큰 차이를 보이게 된다. 따라서, 도 8에 도시한 바와 같이, 단말기 위치 결정은 단말기가 건물 내부 또는 외부에 위치하는지, 건물 외부 중에서도 전면/후면/사면 중 어느 곳에 위치하는지에 따라 달리 정해질 수 있으며, 건물 내부 중에서도 결정 방식이 층간 구분을 달리하여 적용할 수 있게 된다. 도 8에서는 건물을 중심으로 기지국(BTS: Base Transceiver Station)은 (A), (B), (C), (D), (E), (F) 위치에 분산되어 위치하고 있고, 단말기(MS: Mobile Station)는 MS1, MS2, MS3, MS4가 건물의 사면으로 위치하고, 건물의 4층에 MS5, 건물의 6층에 MS6가 각각 위치한다. 일례로서, 건물의 각 층은 50m x 50m로 구획이 나뉘어져 있다.
도 9는 본 발명에 따라 건물 내외를 구분하여 위치 결정 방법을 설명하기 위한 또다른 실시예를 도시한 것이다. 도 9에 도시한 바와 같이, MS1에서는 BTS (A)와 (B)를 송수신 가능한 기지국으로 잡고 MS1에서 측정된 수신 정보로부터 격자를 구분하는 패턴 셋(set)인 (A, B)를 형성한다. 마찬가지로 MS2에서는 패턴 셋 (A, C, E)를 형성한다. 마찬가지로, MS3에서는 (B, D, F)를, MS4에서는 (D, E, F)를, MS5에서는 (A, B, C)를 패턴 셋으로 각각 형성한다. 이렇게 형성된 여러 개의 패턴 셋은 서로 상이한 격자를 식별하는 제1 기지국 신호 정보로서 격자 지도(Grid Map)를 구성하기 위한 데이터베이스에 저장이 된다. 실제 위치 결정 서비스를 요청한 단말기의 위치가 MS1이라면 패턴 셋은 (A, B)와 같이 형성될 것이므로, 패턴 매칭 알고리즘을 이용하여 일치하는 격자의 위도 및 경도(lat, long)를 해당 위치의 결과값으로 반환할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 위치 결정 방법을 건물의 층간 구분에 적용하기 위한 또다른 실시예를 도시한 것이다. 동일 건물 내에서도 서로 다른 층에 위치한 MS5와 MS6은 BTS (A), (C), (E)를 송수신 가능한 기지국으로서 통신하고 있다. 따라서, 격자를 구분하는 패턴 셋으로 모두 (A, C, E)를 형성하게 된다. 하지만, 층간에 존재하는 물리적인 거리차로 인하여 PN Phase의 상대 위상차는 D5, D6로 구분이 되므로 격자를 구분하는 패턴 set은 각각 (A, C, E, D5), (A, C, E, D6)와 같이 상이하게 형성될 수 있다. 따라서, 상이한 패턴 셋으로 인하여 패턴 매칭 알고리즘을 사용하여 데이터베이스로부터 검색되는 격자의 위치 정보 역시 위도 및 경도 이외에도 고도 정보(lat, long, floor)를 추가로 포함할 수 있게 된다. 이를 위하여, 데이터베이스는 상기 고도 정보에 따라서 서로 상이한 기지국 신호 정보를 저장함으로써, 격자를 구별할 수 있도록 한다.
도 8 내지 도 10에서 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 위치 결정 방법은 이동 통신망 영역을 복수의 격자로 분할함에 있어, 상기 격자는 건물 내외 및 건물의 층에 따라 별개로 분할할 수 있다. 따라서, 위도 및 경도로 구분하는 2차원인 격자 분할에 비하여, 3차원 격자 분할은 고도 정보를 추가로 사용자에게 위치 정보로서 제공할 수 있게 됨으로써 보다 정확한 위치를 제공할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
앞서의 실시예들에서 설명한 격자 기반 방식(GPM: Grid Pattern Mapping)에 기초한 위치 결정 방법은 통신망의 변화에 빠르게 대응하지 못한다는 단점을 안고 있다. 예를 들어, 이동 통신망에 새로이 기지국 또는 중계기가 설치되거나, 기지국의 전파 방사 방향, 설치(configuration)가 변화하거나, 또는 새로이 건물 등의 지형지물의 변동이 발생했을 때 그 주위의 격자들에 해당하는 기지국 신호 정보들도 변하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 위치 결정 방법은 자기 학습법(SLM: Self Learning Methodology)을 이용함으로써, 통신망의 변화를 데이터베이스에 반영하여 지속적으로 정확한 위치 정보를 제공할 수 있도록 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 또다른 실시예로서 가중 평균 방식을 이용해 격자 내의 기지국 신호 정보를 업데이트 하는 단계들을 이하에서 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 위치 결정 방법은 소정의 제2 위치 결정 방법에 의한 단말기의 제2 위치 정보를 결정하는 단계를 포함한다. "제2 위치 결정 방법"이라 함은 앞서 설명한 GPM 방식이 아닌 다른 위치 결정 방법을 의미하며, 일례로서 GPS 수신 장치를 이용하여 제2 위치 정보를 결정할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 위치 정보에 대하여 제2 이동 통신 단말기가 수신한 제3 기지국 신호 정보를 측정하는 단계를 포함한다. 즉, 상기 제2 위치 결정 방법에 의하여 결정된 각 위치에 대하여 기지국 신호를 측정하고, 이를 제3 기지국 신호 정보로 저장한다.
이어서, 상기 측정된 제3 기지국 신호 정보에 기초하여 상기 데이터베이스에 저장된 제1 기지국 신호 정보를 업데이트하는 단계를 포함한다. 업데이트를 위해서는 앞서의 제2 위치 정보에 상응하는 제1 위치 정보를 식별하고, 상기 제1 위치 정보와 연관되어 저장되어 있는 제1 기지국 신호 정보를 찾아서 이를 제3 기지국 정보로써 업데이트한다.
아래 수식 (1)은 본 발명에 따른 가중 평균 방식에서의 제3 기지국 신호 정보에 기초하여, 앞서 제1 데이터베이스에 저장된 제1 기지국 신호 정보를 제2 위치 정보에 상응하는 제1 위치 정보와 연관하여 업데이트하는 방식이다.
이때, 업데이트 되어 새로이 저장되는 제1 기지국 신호 정보(a')는 종래의 제1 기지국 신호 정보(a)와 새로이 보고된 제3 기지국 신호 정보(b)에 소정의 가중치를 적용하여 수식 (1)과 같이 계산될 수 있다.
a' = w * a + (1 - w) * b (단, 0 < w < 1) ----- 수식 (1)
a' : 업데이트되어 저장되는 제1 기지국 신호 정보
w: 가중치
a: 제1 기지국 신호 정보
b: 제3 기지국 신호 정보
이와 같이, 본 발명에 따르면 통신망의 변화에 따라 변하는 기지국 신호 정보를 지속적으로 데이터베이스에 업데이트 시킴으로써, 격자 기반의 자기 학습법에 의한 단말기 위치 결정의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 위치 결정 방법을 GPS 위치 결정 방법과 연동하여 실시하기 위한 일례를 도시한 것이다.
먼저, 단말기로부터 위치 결정 요청이 들어오면 해당 수신 정보 내에 GPS 기반 위치 정보가 존재하는지를 먼저 판단한다(S1110). 만약 존재한다면 GPS 기반 위치 정보를 결과값으로 산출하고(S1120), GPS 위치 정보가 속한 격자를 제2 위치 정보로서 결정한다(S1130). 상기와 같이 결정된 격자에 대하여 단말기가 수신한 정보로부터 패턴 셋을 추출하여(S1140) 제1 기지국 신호 정보로서 저장하게 되고 계속 수정 유지된다(S1150).
만약, GPS 기반 위치 정보가 존재하지 않는다면, 해당 단말기의 수신 정보로부터 패턴 셋을 추출하여(S1160, S1170) 격자 지도(Grid Map) 데이터베이스와 비교함으로써 서로 일치하는 격자를 검색한다(S1180). 일치하는 격자가 있다면 위치 정보를 산출하게 되고(S1200), 일치하는 격자가 없다면, Cell-ID 혹은 기타 가능한 위치 정보로부터 결과값을 산출하게 된다(S1210).
도 12는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위치 결정 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다. 본 발명에 따른 위치 결정 시스템(1200)은 데이터 수집부(1210), 격자 지도 데이터베이스(1220), 신호 측정부(1230), 위치 정보 검색부(1240), 및 위치 결정부(1250)를 포함한다. 이하에서는, 각 구성 요소별로 그 기 능을 상술하기로 한다.
먼저, 데이터 수집부(1210)는 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자로 분할하고, 상기 분할된 격자에 대한 제1 기지국 신호 정보를 수집한다. 본 발명에 따르면, 격자는 2차원 또는 3차원으로 분할될 수 있고, 건물 내외 및 건물의 층에 따라 서로 상이한 격자로 분할될 수 있다.
격자 지도 데이터베이스(1220)는 상기 수집된 제1 기지국 신호 정보를 상기 격자의 위치 정보와 연관하여 저장하고 유지한다. 데이터베이스의 일례로서, 도 4 내지 도 6와 같은 구성을 가질 수 있으며, 만약 2차원 격자인 경우에는 위치 정보로서 위도 및 경도가 제공되고, 3차원 격자인 경우에는 위치 정보로서 위도 및 경도 이외에도 고도 정보가 추가될 수 있다.
신호 측정부(1230)는 이동 통신 단말기가 수신한 제2 기지국 신호 정보를 측정한다. 제2 기지국 신호 정보의 일례로서, 제1 기지국 신호 정보와 유사하게, PN 페이즈, PN 오프셋, PN 지연 시간, 신호 세기 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
위치 정보 검색부(1240)는 제1 기지국 신호 정보 및 제2 기지국 신호 정보를 비교하여 상기 제2 기지국 신호 정보에 상응하는 위치 정보를 상기 데이터베이스로부터 검색하게 된다. 위치 정보의 검색을 위하여 소정의 패턴 매칭 알고리즘이 사용될 수 있다.
위치 결정부(1250)는 상기 검색된 위치 정보에 기초하여 상기 이동 통신 단말기의 최종 위치 정보를 생성하게 된다. 최종 위치 정보를 생성함에 있어, 본 발 명에 따른 위치 정보 및 기타 다른 위치 결정 방법에 따른 위치 정보를 서로 평균하거나 또는 가중치 연산을 통하여 최적의 위치 정보를 생성할 수도 있다.
지금까지 본 발명에 따른 위치 결정 시스템의 구성을 설명하였고, 앞서 위치 결정 방법에서 설명한 기술적 내용들이 시스템의 구성에도 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다. 본 발명에 따른 위치 결정 시스템은 기지국, 기지국 제어기, 또는 기지국 교환기 등에 측위 서버의 형태로 위치할 수 있으며, 기지국 신호 정보를 수신할 수 있는 곳이라면 그 설치 장소는 한정되지 아니한다. 일례로서, 본 발명에 따른 위치 결정 시스템은 관리 및 투자 효율 등의 사항을 고려할 때 기존의 코어망(또는 통신망의 서브 시스템)에 독립적으로 연결되어 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 또다른 실시예로서, 오늘날 이동 통신 단말기의 프로세서, 메모리, RF 모듈 등의 리소스 환경이 급격히 향상됨을 고려하여, 도 12에 도시한 위치 결정 시스템의 구성을 이동 통신 단말기에 탑재하여 이동 통신 단말기내에서 동작시킴으로써, 이동 통신 단말기가 이동 통신망을 통한 측위 서버의 도움 없이 각 기지국으로부터 수신하는 기지국 신호 정보를 이용하여 단말기의 위치 결정을 직접 수행하도록 할 수 있다. 즉, 위치 결정 시스템을 이동 통신망 내에서 별도의 플랫폼(platform) 형태로 구축하는 것이 아닌 이동 통신 단말기 내부에 탑재함으로써, 이동 통신 단말기의 위치를 결정할 때 이동 통신 단말기와 측위 서버간에 서로 주고 받는 메시지로 인하여 발생할 수 있는 시스템의 부하를 줄이고, 별도의 플랫폼 구축시에 소요되는 비용을 절감하여 이동 통신 사업자로 하여금 위치 기반 서비 스(LBS)를 빠른 시간에 도입 및 활성화 시킬 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야한다.
본 발명에 따르면, 이동 통신 단말기가 기지국으로부터 수신하는 기지국 신호 정보에 기초하여 단말기의 위치를 결정하므로, GPS 수신 장치가 내장되지 않은 이동 통신 단말기나 이동 통신망에 별도의 하드웨어적인 추가 장비의 설치 없이도, 단말기 위치를 결정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기지국 또는 중계기 추가 설치, 이동, 지형지물의 변경 등에 따른 통신망의 변화를 지속적, 자동적으로 반영하여 적은 비용으로 정확한 위치 정보를 지속적으로 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 위도, 경도를 포함하는 2차원 위치 정보뿐만 아니라 고도 정보를 포함하는 3차원 위치 정보를 제공함으로써, 단말기 위치 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 기지국을 포함하는 이동 통신망에서 이동 통신 단말기의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자로 분할하고, 상기 분할된 각각의 격자에 대하여 제1 기지국 신호 정보를 수집하는 단계;
    상기 수집된 제1 기지국 신호 정보를 상기 격자의 위치 정보와 연관하여 데이터베이스에 저장하고 유지하는 단계;
    상기 이동 통신 단말기가 수신한 제2 기지국 신호 정보를 측정하는 단계;
    상기 제1 기지국 신호 정보 및 상기 제2 기지국 신호 정보를 비교하여 상기 제2 기지국 신호 정보에 상응하는 위치 정보를 상기 데이터베이스로부터 검색하는 단계; 및
    상기 검색된 위치 정보에 기초하여 상기 이동 통신 단말기의 최종 위치 정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기지국 신호 정보는 PN 페이즈, PN 오프셋, PN 지연 시간, 신호 세기 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 격자는 3차원으로 분할되고, 상기 위치 정보는 고도 정보를 포함하고, 상기 제1 기지국 신호 정보는 상기 고도 정보에 따라서 상이한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고도 정보는 복수의 기지국에 대한 상기 PN 오프셋의 상대적 위상차에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    소정의 제2 위치 결정 방법에 의하여 제2 위치 정보를 결정하는 단계;
    상기 제2 위치 정보에 대하여 제2 이동 통신 단말기가 수신한 제3 기지국 신호 정보를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 제3 기지국 신호 정보에 기초하여 상기 데이터베이스에 저장된 제1 기지국 신호 정보를 업데이트하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 위치 결정 방법은 GPS 수신 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 업데이트된 제1 기지국 정보(a')는
    a' = w * a + (1 - w) * b (단, a: 제1 기지국 정보, b: 제3 기지국 정보, 0 < w < 1)
    로 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격자는 건물 내외 및 상기 건물의 층에 따라 별개로 분할되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  9. 복수의 기지국을 포함하는 이동 통신망에서 격자 지도 데이터베이스에 기초하여 이동 통신 단말기의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서, - 상기 격자 지도 데이터베이스는 상기 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자로 분할하고, 상기 분할된 각각의 격자에 대하여 제1 기지국 신호 정보를 상기 격자의 위치 정보와 연관하여 데이터베이스에 저장하고 유지함 -
    상기 이동 통신 단말기가 수신한 제2 기지국 신호 정보를 측정하는 단계;
    상기 제1 기지국 신호 정보 및 상기 제2 기지국 신호 정보를 비교하여 상기 제2 기지국 신호 정보에 상응하는 위치 정보를 상기 데이터베이스로부터 검색하는 단계; 및
    상기 검색된 위치 정보에 기초하여 상기 이동 통신 단말기의 최종 위치 정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 방법.
  10. 복수의 기지국을 포함하는 이동 통신망에서 이동 통신 단말기의 위치를 결정하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 이동 통신망이 커버하는 지역을 복수의 격자로 분할하고, 상기 분할된 격자에 대한 제1 기지국 신호 정보를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 수집된 제1 기지국 신호 정보를 상기 격자의 위치 정보와 연관하여 저장하고 유지하는 격자 지도 데이터베이스;
    상기 이동 통신 단말기가 수신한 제2 기지국 신호 정보를 측정하는 신호 측정부;
    상기 제1 기지국 신호 정보 및 상기 제2 기지국 신호 정보를 비교하여 상기 제2 기지국 신호 정보에 상응하는 위치 정보를 상기 데이터베이스로부터 검색하는 위치 정보 검색부; 및
    상기 검색된 위치 정보에 기초하여 상기 이동 통신 단말기의 최종 위치 정보를 생성하는 위치 결정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위치 결정 시스템은 상기 이동 통신 단말기에 탑재되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 위치 결정 시스템.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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