KR20060070279A - 비동기식 광대역부호분할다중접속방식의 이동통신시스템에서 위치 파악을 위한 다중 하향링크 tdoa조합신호 발생장치의 구현 방안 및 활용 방법 - Google Patents

비동기식 광대역부호분할다중접속방식의 이동통신시스템에서 위치 파악을 위한 다중 하향링크 tdoa조합신호 발생장치의 구현 방안 및 활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른, 광대역부호분할다중접속(WCDMA) 이동통신 기지국 서비스 영역의 특정 공간에 위치되며, 상기 특정 공간에 위치한 단말기의 위치 파악을 위하여 장치마다 고유하고 분별 가능한 광대역부호분할다중접속 방식의 복합적 신호를 발생하는 다중 하향링크TDOA조합신호 발생장치(Multiple Down Link TDOA Set Signal Generator)가, 상기 기지국과 통신을 하기 위한 통신부(Communication Block)와, 상기 다중 하향링크 TDOA 조합신호를 구성하는 복수개의 Cell ID 채널 발생기(Cell ID Channel은 공통파일럿채널(Common Pilot Channel) 및 각 공통파일럿채널에 대응하는 주동기 채널(Primary Synchronization Channel) 및 부동기 채널(Secondary Synchronization Channel) 등의 3가지 채널로 구성됨)와 발생된 Cell ID 채널에 대하여 소정의 상기 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치 마다 고유한 규칙에 따라 시간 지연을 발생시키는 시간 지연기(Delay Element)와 상기 소정의 규칙에 의하여 시간 지연된 Cell ID 채널들을 혼합하는 신호 혼합기(Signal Combiner)와 상기 신호 혼합기의 출력을 소정의 주파수채널로 주파수 상향 변환하여 출력하는 주파수상향변환기(Frequency Up Converter)와, 상기 주파수 상향 변환된 신호를 소정 증폭레벨로 증폭하여 안테나를 통해 송신하는 전력증폭기(Power Amplifier) 및 상기 열거한 모든 기능과 동작을 제어하는 제어기(Controller)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이동 통신 시스템, 중계기 시스템, 실내 위치

Description

비동기식 광대역부호분할다중접속방식의 이동통신시스템에서 위치 파악을 위한 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 구현 방안 및 활용 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING MULTIPLE DOWN LINK CELL ID CHANNELS HAVING UNIQUE TDOA SETS FOR RECOGNIZING LOCATION IN ASYNCHRONOUS WCDMA MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호를 구성하는 Cell ID 채널 발생기를 도시하는 도면
도 2는 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 핵심 기능의 구현 방안을 도시하는 도면
도 3은 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 구현에 GPS 수신기의 시각 신호 출력을 이용하는 구현 방안을 도시하는 도면
도 4는 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 구현에 WCDMA수신기(모뎀) 장치를 이용하여 시각 신호를 얻는 다른 구현 방안을 도시하는 도면
도 5는 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 실용 예로써 중계기에 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치를 결합하는 구현 방안을 도시 하는 도면
도 6는 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 실용 예로써 중계기에 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치를 결합하는 또 다른 구현 방안을 도시하는 도면
도 7은 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 활용되는 경우의 예로써 WCDMA 시스템 내에서 단말기의 위치 파악을 수행하게 되는 기지국과 단말기간의 메시지 및 동작 흐름도를 도시하는 도면
본 발명은 비동기식 광대역부호분할다중접속(이하 'WCDMA'라 칭함) 방식의 이동통신시스템에 관한 것으로, 특히 실내 공간에 위치한 단말기 위치 파악을 위한 다중 하향링크에 의한 장치마다 고유한TDOA 조합을 갖는 복합적인 WCDMA 신호를 송신하기 위한 발생 장치 및 동작 방법에 관한 것으로 "이동통신시스템에서 공간인식을 위한 공용채널신호 전송장치 및 방법"(출원번호 10-2002-0008785, 이하 '2G 장치'라 칭함) 및 이와 관련되어 후속 출원 중인 3편의 특허(출원번호: 10-2004-006749: 부호분할 다중접속 방식의 이동통신 기지국의 파일럿 채널을 이용한 삼각 측정 방식의 단말기 위치 측정에 있어서 중계기로 기인하는 오류를 개선하기 위한 중계기와 무선 공용채널 전송기 장치의 효과적 결합 방안 및 방법, 출원번호: 10- 2003-0099294: 이동통신 시스템에서 무선공용채널 전송기의 식별신호 탐색과 탐색 결과 및 추출을 위한 이동통신 단말기 및 시스템의 연동 방안, 출원번호: 10-2004-0006777: 이동통신 시스템에서 공간인식을 위한 공용채널신호 전송 장치의 개선된 구현방안 및 방법) 등이 기존의 동기식 CDMA 시스템에서 적용되는 것과는 달리 비동기식 WCDMA 시스템을 적용 망(Network)으로 한다.   또한, 상기 '2G장치'의 경우에 수신되는 서비스 기지국의 파일럿 채널과 상기 '2G장치'가 발생시키는 파일럿 채널간의 시각적 동기가 필수조건 사항이지만 본 발명에서 제시하는 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치는 WCDMA 신호의 활용으로 이와 같은 까다롭고 구현의 난이도가 높은 요구조건이 없다. 즉, 수신되는 무선 신호는 일반적으로 다중 경로 및 간섭 등에 의하여 불안정한 위상을 갖고 있으므로 이로부터 안정된 시각 동기 신호를 얻는 것은 매우 어렵다. 따라서, 수신되는 무선 신호에 맞추어 자체적으로 발신하는 신호의 채널 동기를 이루는 것은 비용과 활용을 제한하는 심각한 요소가 된다. 따라서, 본 발명은 '2G장치'가 갖는 쉽지 않은 핵심기능 요구사항이 필요하지 않으므로 더 우수한 성능을 가지면서 보다 작고 간단한 구현이 가능하게 한다.
상기 '2G 장치'는 IS-95를 따르는 동기식 CDMA에서만 동작 가능한 장치로써 내부에서 사용하는 공용채널신호는 1개의 PN 코드(Pseudo-Noise Code)를 특정한 PN 코드 위상 지연(PN Code Offset)에 의하여 구별 가능한 신호로 만들고 이러한 복수개의 코드를 특정한 위상차 조합을 갖도록 다수개의 공용채널신호를 특정한 방식으로 위상 지연시켜 복합적이고 고유한 PN 코드 위상 지연 및 상호 위상차 조합(TDOA 조합)을 갖는 최종 신호를 만든다. 이러한 방식은 IS-95를 따르는 단말기가 인식할 수 있는 신호를 만들기 위한 것으로 비동기식 WCDMA에서는 코드의 사용에서부터 활용될 수 없는 방식이다. 이는 비동기식 WCDMA에서 사용되는 스크램블링 코드(Scrambling Code)가 PN 코드 계열이 아닌 PN 코드를 혼합하여 발생하는 골드코드(Gold Code)로써 완전히 다른 방식의 코드와 구별 방식을 가지고 있으며 WCDMA 시스템에서 셀 탐색(Cell Search)은 부가되는 다른 기본 채널을 필요로 하기 때문이다. 따라서, 상기 '2G 장치'와는 달리 WCDMA에서는 WCDMA 무선접속규격에 적합한 새로운 방식의 신호 발생과 그에 맞는 동작이 필수적이므로 그 구현 방안과 기능도 달라진다.
상기 서술한 바와 마찬가지로 본 발명은 비동기 방식의 WCDMA 이동통신시스템에서 실내에 위치한 단말기의 위치 파악을 목적으로 하는 장치에 대한 것이다. 이는 기존에 소개된 동기식 CDMA 이동통신시스템에서 동일한 목적으로 발명된 '2G 장치'와 비교할 때 그 핵심이 되는 신호의 발생 방식과 적용되는 망의 무선접속규격이 새로운 방식임에 따라서 달라진 구현 방안과 변화된 요구사항을 제시하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 목적은 '2G 장치'와 비교할 때 보다 개선된 기능 요구 사항 및 축소된 제약 사항을 가지면서 우수한 성능을 갖는 기술을 제시하기 위한 것이다. 그러나 상기 본 발명의 핵심적인 세부적 신호 발생 방식과 구성 및WCDMA 표준에 따른 실제적 구현 방안의 차이 외에 본 발명의 바람직한 활용 예와 전체적 동작 방안은 상기 동기식 CDMA 이동통신시스템을 대상으로 하는 '2G 장치'와 매우 흡사하다. 따라서, 본 발명에서 제시하는 장치의 활용 예는 상기 '2G 장치'와 관련되어 그 개선 및 활용 예에 대하여 출원 중인 특허들(출원번호 10-2002-0008785, 10-2004-006749, 10-2003-0099294, 10-2004-0006777 등)의 것과 동일하므로 본 발명에서는 그 대표적인 활용 예만을 본 발명의 활용 예로써 제시하고 기타 다양한 활용 예는 상기 '2G 장치'에 관련되어 출원 중인 특허들에 이미 예시된 것으로 간주하고 반복적인 활용 예의 설명은 축약한다.
따라서, 본 발명의 목적은 WCDMA 이동통신시스템에서 실내 또는 실내 중계기의 서비스 영역에 위치한 단말기의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공하고 중계기와 본 발명에서 제시하는 장치의 결합 구현 방안을 제시함에 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 기본적 소개에 불필요하며 기존의 이동 통신 시스템에서 구현되어 있는 기술적 내용과 그 동작 사항은 그 설명을 생략한다. 본 발명의 설명에 필요한 기존의 기술과 이론적 분석에 대하여는 최소한의 간단한 설명으로 대신한다.
이하 본 발명은 단말기의 위치 파악을 위해 WCDMA의 다중 하향링크에 의한 TDOA 조합을 갖는 복합적인 WCDMA 신호를 송신하기 위한 발생 장치 및 동작 방법에 대하여 설명한다.  또한, 본 발명은 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치의 사용 을 위한 기지국과 단말기간의 연동 방안과 함께, 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치와 이동통신 시스템의 중계기와의 통합 구현 방안에 대하여 제시한다. 
도 1은 본 발명의 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치의 출력 신호를 이루는 기본 채널 신호 단위이며WCDMA 이동통신 시스템에서의 Cell ID 인식을 위한 기본 채널 발생기를 도시하고 있다. 도 1에서 도시하는 기본 채널은 WCDMA 단말기의 셀 탐색(cell search)에 필요로 하는 기본적 채널인 공통파일럿채널(Common Pilot Channel), 주동기 채널(Primary Synchronization Channel) 및 부동기 채널(Secondary Synchronization Channel)의 3가지 채널로 이루어져 있으며 본 발명에서는 상기 3가지의 채널을 'Cell ID 채널'로 지칭하여 설명한다.
상기 도 1의 구조는 WCDMA 표준(3GPP 참조)에 따른 하향링크(Down Link) 채널 구조를 도시하는 것으로 이에 대한 설명은 다음과 같이 간략히 한다. 먼저 블록101에서는 직렬(serial) +1(bipolar value) 신호열(symbol sequence) 신호를 입력 받아 병렬(parallel) 신호로 전환하여 출력한다. 블록101에서 출력된 2개 path의 병렬 신호열은 각 심볼(symbol) 마다 256칩 길이의 채널부호(OVSF Code, Cch,256,0)와 곱해져 확산(Spread, 블록 110)되고 그 중 1개의 확산된 신호열은 허수 j와 곱해진다(111). 상기 최종 출력된 실수 및 허수의 병렬 신호열은 다시 신호 혼합기(Signal Summation, 블록 112)에서 혼합신호가 되고 다시 상기 혼합신호는 하향링크 스크램블링 코드(Scrambling Code)가 곱해진다(120). (여기서 사용되는 스크램블링 코드의 선택은 제어기의 선택 제어에 의하여 이루어지며 제어기의 스크램블링 코드 선택은 기지국의 명령이나 본 발명에서 소개하는 장치의 설치 과정에서 지정될 수 있다) 상기 스크램블링 코드는 3GPP 표준에 따라 공통파일럿채널(CPICH)을 이루는 신호이며 3GPP 표준에서 규정하는 스크램블링 코드 중에서 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치가 속한 서비스 기지국과 그 주변 기지국에서 사용하지 않는 스크램블링 코드를 사용한다. (따라서, 서비스 기지국 영역 내에 위치한 모든 단말기는 상기 스크램블링 코드로 만들어진 공통파일럿채널을 오직 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치로부터 만 수신 가능하다.) 상기 최종 신호는 새로운 공통파일럿채널(CPICH)이 되며 다른 하향링크 채널들과 신호 혼합(140)되기 이전에 공통파일럿채널에 대한 전력이득(Power Gain)이 곱해(130)지게 된다. (여기서의 전력이득 Gcpi는 외부 제어기(Controller)에 의하여 제어된다) WCDMA는 하향링크 공통파일럿채널에 대한 단말기에서의 셀 탐색을 신속화 하기 위하여 2개의 변조되지 않은(Un-modulated) 동기채널(Synchronization Channel)을 하향링크에 추가하고 있다. 도 1의 121 및 122는 각각 주동기 채널(Primary SCH) 및 부동기 채널(Secondary SCH)의 발생기로써 확산되지 않으며 특정한 시간에 DTX(Discontinuous Transmission) 방식으로 전송되는 신호열을 출력한다. (상세한 설명은 3GPP 표준을 참조) 도시하는 바와 같이, 상기 DTX 방식의 동작을 위하여 블록 121과 블록 122에는 프레임마다16개 슬롯의 시작점을 나타내는 클록(Clock) 신호가 입력되며 블록122에는 프레임 시작 시점을 나타내는 클록 신호가 추가적으로 입력된다. 또한, 주동기 채널 및 부동기 채널은 블록 131 및 132에서 설정된 전력이득(각각 Gp, Gs)만큼 출력이 조정되어 채널 혼합기(140)로 출력된다. (여기서의 전력이득 Gp 및 Gs도 Gcpi와 마찬가지로 외부 제어기에 의하여 제어된다) 상기 채널 혼합기(140)의 최종 출력 신호는 본 발명에서 가장 기본적인 요소 신호(Element Signal)로 활용하고 있는 하향링크의 'Cell ID 채널'이 된다.
도 2에는 상기 도 1에서 소개한 'Cell ID 채널 발생기'로 이루어져 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치의 핵심 기능에 대한 구현 방안을 도시하고 있다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호의 발생으로 다른 다수개의 'Cell ID 채널 발생기'(블록 201, 202, 203)에서 제어기(261)의 스크램블링 코드 선택 제어 및 클록(Clock) 입력으로 발생된 'Cell ID 채널' 신호들 각각에 대하여 제어기(261)의 제어 신호에 따라 특정한 시간동안 지연(블록 211, 212, 213)시키고 각각 특정한 만큼 시간 지연된 'Cell ID 채널' 신호들을 신호 혼합기(211)에서 기저대역(Base-Band)에서의 다중 하향링크 TDOA조합신호(A)를 만든다. 여기까지의 과정에서 제어기(261)는 각 'Cell ID 채널'에 대하여 상기 도 1에서 설명한 여러 가지 제어 동작(스크램블링 코드의 선택, Gcpi, Gp, Gs의 선택, 그리고 chip rate clock 및 각 Slot의 시작을 나타내는 클록 신호와 각 프레임의 시작을 나타내는 클록 신호의 제공 등. 그러나, 클록 신호의 제어 또는 제공에 관련된 동작은 제어기(261)에서 구현되지 않고 외부의 클록 신호를 이용하여 구현할 수 있다.)을 수행한다. 또한, 상기 제어기(261)는 상기 각 'Cell ID 채널' 신호들 간에 특정하고 고유한 프레임 시작 시간차(Frame Start Time Difference) 조합을 갖도록 시간 지연을 통한 제어 동작을 수행한다. 즉, 제어기(261)는 상기 스크램블링 코드의 선택과 상기 각 'Cell ID 채널' 신호들 간에 특정하고 고유한 프레임 시작 시간차 조합은 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치 주변의 단말기가 3GPP의 규격에 따라 OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival) 측정을 수행할 경우, 상기 다중 하향링크 TDOA 채널 조합 발생기 마다 고유한 측정값(고유한 TDOA 조합)이 나오도록 특정한 조합을 갖도록 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치를 제어한다. 부연 설명하면, 상기 'Cell ID 채널'의 선택과 시간 지연 값들의 선택으로 상기 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치의 최종 출력은 각 다중하향링크TDOA조합신호발생장치 마다 다른 특징을 갖도록 제어하는 것이다. 상기 기저대역 다중 하향링크 TDOA 조합신호(A)는 다시 실수와 허수신호로 구별되고(블록 222) 실수 신호와 허수 신호가 각각 펄스 형태 필터(Pulse Shaping Filter, 블록 231 및 232)로 입력된다. 상기 블록 231 및 232의 출력은 주파수 상향 변환을 위하여 각각 cos(Wt)와 -sin(Wt)가 곱해진 후(여기서 W는 중심 주파수), 최종적으로 신호 혼합기(251)에서 혼합되어 최종 RF 출력 신호(B)가 된 이후 전력 증폭기(252)로 입력된다. 제어기(261)는 상기 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치에서 송출되는 전체 신호의 전력레벨을 조절하기 위하여 상기 전력 증폭기(252)의 전력 이득(Power Gain)을 제어한다. 상기 전력 증폭기(252)의 출력은 다시 송신 안테나(253)를 통해 송출된다. 참고로, 상기 도 2에 대한 설명에서 'Cell ID 채널 발생기'의 개수는 본 발명의 설명에 편리하다고 판단되는 3개로 국한하였으나 3개 이상 또는 그 이하의 개수로도 본 발명이 의도하는 기능을 구현할 수 있 다. 또한, 블록 222에서 블록 251까지의 과정은 3GPP에 소개된 하향링크의 신호 발생 절차를 따라 소개한 것이므로 이하 본 발명에 대한 상세한 기술적 설명은 직접적인 관련이 있는 혼합신호(A)의 생성 시점까지 초점을 맞추어 진행한다.
이하, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6의 구현 예는 상기 설명한 기존의 '2G 장치'와 관련된 개선 기술 및 '2G 장치'에 대한 활용 예와 유사한 것으로 대표적인 구현 기술 및 활용 예에 대해서만 설명하는 것으로 축약한다.
도 3 및 도 4는 도 2의 구현에서 클록 신호원(Clock Signal Source)에 대한 두 가지 구현 방안을 도시하고 있다. 먼저, 도 3의 경우에서는 외부 GPS(Global Positioning System) 수신기를 장착하여 클록 신호원으로 사용하는 구현 예를 도시하고 있다. 상기 GPS 수신기(371)는 그 수신 안테나(370)에서 수신된 GPS 위성 신호를 입력 받아 위성 신호에 동기화(Synchronized)된 클록을 발생하고 발생된 클록은 'Cell ID 채널 발생기' 1,2,3 (각각 블록 301, 블록 302, 블록 303)으로 입력된다. 또한 도시하는 바와 같이, GPS 클록 출력은 제어기(361)로 전달되어 다시 시간 지연기(311, 312, 313)로 입력되며 제어기(361)가 시간 제어를 수행하는 것을 가능하게 한다. 상기 제어기(361)가 시간 지연기(311, 312, 313) 등에 전달하는 시간 지연 제어 단위(Unit of Time Delay Control)는 1 chip 단위(chip rate = 3.84Mhz)가 적합하지만, 단말기가 측정할 수 있는 최소의 단위까지도 가능하다. 상기 도 3에 대한 설명 이외의 내용은 상기 도 2에 대한 설명의 내용과 동일하므로 축약한다. 즉, 도 3의 최종 출력은 신호 혼합기(321)의 출력신호(A)로써 이후의 과정은 상기 도 2의 신호 혼합기(221)의 출력신호(A)가 가졌던 과정과 동일하다. 도 3의 구현 방안이 기존의 '2G 장치'에서 제시되었던 GPS 수신기를 이용한 클록 신호의 이용과 다른 점은 'Cell ID 채널'의 발생이 GPS 수신기가 제공하는 절대 시각(Absolute Time)에 맞추어야 하는 필요가 없다는 것이다. 동기식 CDMA의 경우 절대시각을 기준으로 PN 코드의 시간적 위상차가 파일럿 채널을 구분하는 중요한 방식이므로 '2G 장치'에서는 파일럿 채널의 발생에 있어서 절대시각에 맞추거나 수신되는 기지국 파일럿 채널의 위상에 맞추어야 하는 필수 조건이 있다. 그러나, 본 발명에서 제시하는 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치에서는 상기와 같은 'Cell ID 채널'이 GPS가 제공하는 절대시각(Absolute Time)에 맞추어 발생(Synchronized)되어야 하거나 수신되는 서비스 셀(기지국)의 공통파일럿채널(CPICH)에 맞추어 발생되어야 하는 제약조건(도 4의 구현 예에 해당됨)이 없다.
도 4는 도 3의 구현 방안과 비슷한 또 다른 구현 방안으로써 GPS 수신기(371)를 대신하여 WCDMA 수신 모뎀(Modem, 블록 471)을 활용하는 방안을 제시하고 있다. WCDMA 수신 모뎀(471)은 자체 안테나(470)를 통하여 수신되는 서비스 기지국의 파일럿 채널과 동기를 이루는 내부 클록(Clock)을 발생한다. 이는 WCDMA 수신 모뎀 칩(chip)이 주변 회로들과 연동하기 위하여 동일 클록으로 작동되어야 하기 때문에 내부적으로 생산한 클록을 외부 회로로 출력하기 때문이다. 도 4의 구현 방안은 이러한 3.84Mhz(또는 그 배수)의 클록 신호를 상기 도 3의 구현 예에서 사용한 GPS 수신기의 클록 신호 대신 사용하는 구현 예를 도시하는 것이다. 이외의 모든 기능은 도 3의 것과 동일하므로 반복되는 설명은 축약한다.
그러나, 도 4의 구현 예는 도 3의 구현 예 보다 몇 가지 추가되는 기능을 가질 수 있다. 먼저, WCDMA 수신 모뎀으로부터 서비스 기지국의 제어 메시지(Control Message)를 수신하여 제어기(461)로 전달하거나 제어기(461)에서 WCDMA 모뎀(471)을 통하여 서비스 기지국으로 상태 보고(Status Reporting)가 가능하다는 것이다. 상기 제어 메시지는 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치가 갖는 스크램블링 코드의 선택 (그에 따른 주동기 채널 및 부동기 채널에 전송할 코드의 선택), 공통파일럿 채널과 주동기 채널 및 부동기 채널의 전력 비 설정 그리고 최종 출력 이득 조절(블록 252) 등의 파라미터(Parameter)와 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 시동이나 동작 정지등에 대한 원격조정(Remote Control) 기능이 해당될 수 있다. 도 4의 구현 예가 갖는 또 다른 추가 기능의 하나는 자체적인 모니터링(Monitoring) 기능이다. 즉, 상기 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치는 자체 WCDMA 수신기 안테나(470)를 통하여 서비스 셀(Cell) 신호와 자체 송출한 다중 하향링크 TDOA조합신호를 동시에 수신하여 수신되는 서비스 셀(Cell)의 공통파일럿 채널의 수신 신호세기(Ec/Io)와 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치에서 송출한 공통파일럿채널의 수신 신호세기(Ec/Io) 값을 상기 WCDMA 모뎀(471)의 수신부(Receiver)를 통하여 얻고 이를 제어기(461)로 출력하여 제어기(461)가 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호의 최종 전력이득(도 2의 블록 252)을 주기적으로 관측(Monitoring)하고 조절하여 의도하는 상대적 출력레벨(수신되는 다른 셀의 공통파일럿채널에 대한 다중 하향링크 TDOA 조합신호 발생장치의 상대적 신호 세기)을 유지하도록 할 수 있다. (상기 셀 신호 탐색 기능은 WCDMA 모뎀이 갖는 Cell Search 및 관리 기능이므로 이에 대한 기술적 설명은 축약한다)
도 5 및 도 6에는 상기 설명한 도 4(또는 도 3)에서의 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 구현 방안(도면에서는 'Repeater ID Module'로 표현됨)을 WCDMA 이동통신 망에서 활용되는 중계기 시스템(Repeater System)과 결합하는 구현 예를 도시하고 있다. 설명상의 편의를 위하여 상기 도면에서 중계기는 상향링크와 하향링크를 분리하여 취급하고 있지만, 실제 시스템에서는 듀플렉서(Duplexer)를 사용하여 물리적으로1개의 동일 링크이다. 본 발명에서 제시하는 다중 하향링크 TDOA 조합 발생 장치의 실용 예로써 중계기 시스템을 소개하는 가장 큰 이유는 본 발명에 의한 장치가 기존의 WCDMA 하향링크에 최소한의 작은 간섭 레벨을 유지하기 위한 것이다. 즉, 중계기로부터 송출되는 서비스 기지국의 하향링크 신호와 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 출력 신호가 동일한 안테나를 통하여 송출됨으로써 중계기 서비스 안테나의 실질적인 서비스 영역 내의 모든 위치에서 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치에서 전송된 공통파일럿채널의 수신 세기(Ec/Io)가 서비스 셀의 공통파일럿채널의 수신 세기(Ec/Io) 대비 일정한 비율(dB 단위로 환산 시 일정한 차이 값)을 갖도록 만드는 것이 가능하기 때문이다. 또 다른 이유는 실내 또는 건물 내부의 통화 품질 보장을 위하여 설치된 중계기에의 결합은 본 발명에서 제시하는 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 발명 목적인 실내 또는 건물 내 단말기 위치 확인을 가능하게 하기 때문이다.
먼저 도 5에서는 중계기의 출력부에 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치를 결합하는 방안을 도시하고 있다. 도 5에서 도시하는 중계기는 다수 개의 서비스 출력부를 가지고 있는 경우의 중계기를 대표적인 활용 예로써 소개되었다. 상기 중계기에서 중계하는 신호의 잡음 제거 및 신호 증폭 등을 수행하는 기능 블록을 중심 블록(511)이라고 할 때, 상기 중심 블록(511)은 기지국으로부터 하향링크(502)를 수신하고 이를 처리(Processing, 구체적인 중심 블록에서의 동작 내용은 본 발명의 요지에서 벋어나므로 설명을 생략함)한 후 각 서비스 출력부(각 서비스 출력부는 서로 다른 위치에 설치된 각 서비스 안테나(53k, k=1,2,3...)와 연결되어 있다)로 출력한다. 또한 중심 블록(511)은 각 서비스 안테나에서 수신된 단말기들의 상향링크 신호를 신호 혼합기(520)에서 혼합하여 이를 처리(Processing)한 후 서비스 기지국으로 상향 전송(501)한다. 상향링크의 경우, 기존의 중계기 시스템과 모두 동일하며 도 5에서는 각 서비스 안테나(53k, k=1,2,3,...)로부터 수신된 단말기들의 신호를 듀플렉서(52k, k=1,2,3,...)를 통하여 수신부 신호 혼합기(520)에서 혼합하여 중심 블록(511)으로 전달하여 기지국으로 전송(501)된다. 하향링크(502)는 블록 511을 거친 후, 각 서비스 출력부로 분산된다. 각 서비스 출력부로 출력된 하향링크는 신호 혼합기(56k, k=1,2,3,...)에서 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(55k, k=1,2,3,...)의 출력 신호와 혼합되며 상기 신호 혼합기(56k, k=1,2,3,...)의 출력은 다시 중계기 서비스 출력부의 최종 출력 증폭기(Power Amplifier, 54k, k=1,2,3,...)에서 최종 증폭된 후 각 서비스 안테나(53k, k=1,2,3,...)로 출력되어 송출된다. 상기 신호 혼합기(56k, k=1,2,3,...)의 출력은 동시에 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(55k, k=1,2,3,...)에 입력되어 상기 도 4의 구현 예와 같은 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치가 모든 하향링크 공통파일럿채널들에 대한 모니터링 기능을 갖는 경우, 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(55k, k=1,2,3,...)가 발생한 Cell ID 채널 신호 및 서비스 셀(Cell)의 공통파일럿채널의 수신 세기(Ec/Io)를 관측할 수 있도록 한다. (상기 도 4에 대한 기능 설명 참조)
도 6은 도 5와 비슷한 구현 예로써, 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치와 중계기 시스템의 결합 위치를 상기 중심 블록(511)으로 입력되는 기지국 하향링크 부분에서 구현한 것이다. (도 6에서는 편의상 하향링크 중심으로 중계기 시스템을 나타내었다) 따라서, 기지국으로부터 상기 중계기 중심 블록(611)으로 전달되는 하향링크 신호는 먼저 신호 혼합기(661)에서 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(651)의 출력 신호와 혼합된 후 중심 블록(611)으로 전달된다. 또한 상기 신호 혼합기(661)의 출력은 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(651)로 입력되어 상기 도 4에서 설명한 바 있는 모니터링 기능(하향링크 공통파일럿채널들에 대한 셀 탐색 기능)을 수행할 수 있게 된다. 상기 중심 블록(611)으로 입력된 기지국 하향링크와 다중 하향링크 TDOA 조합 신호는 잡음 제거 등의 중계기 처리(Processing, 중계기 자체적인 기술과 기능 부분이므로 설명을 생략한다)를 거친 후 다시 최종 증폭기(PA, 641)에서 출력 증폭된 후 서비스 안테나(631)를 통하여 송출된다.
도 7은 본 발명에 따른 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치가 결합된 중계기 서비스 영역 내에 있는 단말기에 대한 위치 확인을 수행하는 흐름도를 도시하고 있다. 먼저 기지국(702)은 서비스 셀 영역(Service Cell Area) 내의 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(703)를 작동시킨다. (과정 711, 그러나 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치를 항상 작동 모드로 설정한 경우에는 이 과정이 필요하지 않다) 이후, 기지국(702)은 단말기(701)에게 OTDOA 위치 측정을 위하여 주변 셀(Cell)들의 공통파일럿 채널 탐색에 필요한 정보를 제공하고 그 공통파일럿채널들과 서비스 셀(Cell)의 공통파일럿채널 간에 OTDOA 값을 전송할 것을 요구(과정 721)한다. 상기 과정에서 기지국(702)은 주변 셀(Cell) 리스트(Neighbor Cell List) 정보에 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(703)에서 송출하는 'Cell ID 채널'에 대한 공통파일럿채널 탐색 정보를 추가한다. 따라서, 상기 주변 셀 리스트 및 주변 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(703)의 공통파일럿채널 탐색 정보를 담은 메시지와 OTDOA 측정을 요구 받은 단말기(701)는 수신한 정보에 따라 모든 공통파일럿채널 간의OTDOA를 측정하여 이를 기지국(702)으로 전달한다. 서비스 기지국(702)은 단말기(701)가 상기 과정(731)에서 전달한 OTDOA 측정 결과에서 상기 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(703)에서 전송된 Cell ID 채널(공통파일럿채널)들 간의 OTDOA 값이 발견 된 경우, 동일한 Cell ID 채널의 선택 및 동일 한 OTDOA 값을 갖는 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(703)를 데이터 베이스로부터 찾아내고(과정 732) 찾아진 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 설치 위치를 데이터 베이스로부터 추출하여 상기 단말기(701)의 실제 위치로 대신 반환(return)한다. 즉, 단말기(701)의 OTDOA 측정 결과에 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(703)에서 사용하는 공통파일럿채널의 측정 값이 포함되어 있는 경우, 단말기(701)가 어떤 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치가 설치된 영역에 위치하는지 알아내는 방법으로써 단순히 해당되는 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치(701)를 찾아내고 그 설치 위치를 단말기(701)의 위치로 파악하는 것이 실내와 같은 협소한 공간이나 GPS 신호의 수신이 어려운 환경이나 다수의 양호한 OTDOA측정이 불가한 대부분의 실내 및 지하 공간에서 매우 정확한 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 기지국(702)은 과정 741에서 단말기(701)의 위치 정보와 단말기에게 필요한 부가 정보를 제공하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 TDOA 조합 발생기는 기지국과 별도로 할당된 Cell ID 채널 신호를 송출한다. 기존의 TDOA 또는 OTDOA 기반의 삼각측정(Advanced Forward Link Trilateration) 방식에 있어서 단말기는 삼각측정을 위해 적어도 3개 이상의 기지국 신호를 획득해야 된다. 이 방식은 단말기의 성능과 무선 채널 환경에 대한 여러 가지 문제로 그 구현이 쉽지 않으며 그 정확도는 수십 미터 이내의 높은 정확도를 보장하지 못한다. 더구나 단말기가 실내나 건물 내 또는 지하공간에 위치하는 경우에는 AGPS 기술 뿐만 아니라 TDOA/OTDOA 등의 기술도 좋은 위치 측정 결과를 제공하지 못한다. 본 발명에서 제안하는 기술은 단말기에게 보다 많은 파일럿 채널 탐지와 측정을 가능하게 하므로 안정적인 위치 측정이 가능하게 만든다. 본 발명에서 제시하는 기술은 특정한 공간이나 독립된 공간과 같은 곳(실내 중계기가 설치된 공간들)에 설치되어 단말기가 속해있는 공간을 용이하게 인식할 수 있게 만든다. 즉, 실내 또는 폐쇄된 공간에 위치한 단말기가 삼각 측정을 통하여 그 위치를 알아낼 수 없는 경우, 다중 하향링크 TDOA조합신호 발생장치의 신호가 서로 다른 공간에서 유일(Unique)한 신호일 때 단말기가 측정한 OTDOA 결과로부터 단말기가 속한 공간 확인이 쉽게 가능해진다.

Claims (12)

  1. 광대역부호분할다중접속(WCDMA) 방식의 이동통신 기지국의 서비스 영역 내 특정 공간에 위치되며, 상기 특정 공간에 위치한 단말기를 파악하기 위하여 고유한 수신시간차(TDOA)를 갖도록 다중의 하향링크 Cell ID 채널들을 고유한 방식으로 조합하여 이동국으로 송신하기 위한 다중하향링크TDOA조합신호발생장치에 있어서, 
    상기 기지국과 송수신하기 위한 통신부와,
    상기 Cell ID 채널을 구성하기 위하여 각각 공통파일럿채널과 주동기 채널 및 부동기 채널을 발생하는 다수 개의 Cell ID 채널 발생기들과,
    상기 다수 개의 Cell ID 채널들이 고유한 수신시간차를 갖도록 Cell ID 채널에 대한 시간 지연을 수행하는 다수 개의 시간지연기들과,
    상기 고유한 크기 만큼 각각 시간 지연된 Cell ID 채널들을 혼합하는 신호 혼합기와,
    상기 Cell ID 채널들의 혼합 신호를 실수부와 허수부로 분리하여 각각을 펄스형태필터링(Pulse Shaping Filtering)하여 아날로그신호로 변환 출력하는 복수의 디지털아날로그변환기와, 
    상기 복수의 디지털아날로그변환기들로부터의 신호들을 소정 주파수채널로 주파수상향변환하여 출력하는 복수의 주파수상향변환기와, 
    상기 주파수상향변환기들로부터 상기 주파수상향변환된 신호들을 혼합하는 신호 혼합기와,
    상기 혼합된 최종 신호를 상기 소정 증폭레벨로 증폭하는 전력증폭기와
    상기 Cell ID 채널 발생기들에서 스크램블링 코드의 선택(Cell ID 선택)과 시간지연기들에 대한 시간 지연 크기의 선택에 있어서 상기 혼합된 최종 신호가 각 다중하향링크TDOA조합신호발생기 마다 다르고 고유(Unique)하도록 만드는 선택에 대한 모든 제어와, 상기 소정의 출력 주파수를 갖도록 주파수 변환을 제어하고 최종 출력 신호에 대한 전력 증폭을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치. 
  2. 제1항에 있어서, 
    상기 Cell ID 채널들은 상기 기지국 및 상기 기지국의 인접기지국들이 사용하지 않는 스크램블링 코드가 아닌 다른 스크램블링 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 장치. 
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기의 제어에 의한 상기 소정의 Cell ID 채널을 결정하는 스크램블링 코드의 선택과 상기 소정의 Cell ID 채널들이 시간차 조합으로 만들어내는 상기 고유한 수신시간차(TDOA) 값이 동일 셀 영역이나 그 이상의 영역 내에서 서로 다른 다중하향링크 TDOA조합신호발생기마다 동일하지 않게 설정됨을 특징으로 하는 장치
  4. 제1항에 있어서, 
    상기 소정 Cell ID 채널의 선택과 고유한 수신시간차의 선택은 상기 서비스 기지국으로부터 인가 받는 것을 특징으로 하는 장치. 
  5. 제1항에 있어서,  
    상기 소정 증폭레벨에 의한 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생기의 안테나 출력 레벨은 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생기에서 송신된 다수의 공통파일럿채널들이 주변에서 수신되는 서비스 셀의 하향링크 공통파일럿채널의 수신 신호 세기(Ec/Io) 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 장치. 
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 통신부가 광대역부호분할다중접속(WCDMA) 방식의 이동통신 모뎀을 구비하여 서비스 기지국으로부터 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생기에 대한 모든 제어 명령을 수신하여 상기 제어기로 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 통신부가 광대역부호분할다중접속(WCDMA) 방식의 이동통신 모뎀을 구비하여 서비스 기지국 및 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생기에서 발생하는 모든 공통파일럿채널을 탐색하여 그 수신세기 측정값들을 상기 제어기로 전달함으로써 제어기가 상기 전력증폭기의 전력이득을 조절하여 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생기의 주변에서 서비스 기지국으로부터 수신되는 공통파일럿채널의 수신세기 (Ec/Io in dB)와 상기 다중하향링TDOA조합신호발생기에서 송신되는 공통파일럿채널의 수신세기(Ec/Io in dB)가 일정한 차이를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 광대역부호분할다중접속(WCDMA) 이동통신 중계기 시스템에서, 
    상기 중계기 시스템이 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생장치를 구비하여,
    단말기가 수신하는 서비스 셀의 하향링크 신호가 중계기로부터 재 송신되었음을 구분할 수 있도록 만들기 위하여 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생장치의 발생 신호를 서비스 셀 하향링크 신호와 함께 발신하는 것을 특징으로 하는 이동통신 중계기 시스템.  
  9. 제 8항에 있어서, 
    상기 다중하향링크TDOA조합신호발생장치의 출력신호와 상기 중계기의 하향링크 출력 단에서 하향링크 발신 안테나(서비스 안테나)로 출력되는 하향링크 신호를 혼합하여 최종 혼합 신호를 하향링크 발신 안테나(서비스 안테나)로 입력하는 동시에 상기 최종 혼합 신호를 상기 다중하향링크TDOA조합신호발생장치의 이동통신 모뎀 수신부로 입력하는 신호 혼합기(Combiner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역부호분할다중접속 방식의 이동통신 중계기 시스템 
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 중계기 시스템이 서로 다른 위치에 설치된 다수 개의 하향링크 출력 안테나(서비스 안테나)를 구비하는 경우에 대하여, 
    상기 중계기 시스템이 다수 개의 서비스 안테나로 전달되는 하향링크에 첨가하는 상기 서비스 안테나의 개수와 동일한 개수의 다중하향링크TDOA조합신호발생장치와,  
    상기 중계기 하향링크 출력단에서 각 하향링크 발신 안테나(각 서비스 안테나)로 출력되는 상기 각각의 하향링크 신호와 상기 각각의 다중하향링크TDOA조합신호발생장치의 출력신호를 혼합하여 다수 개의 각 최종 혼합신호를 상기 각 하향링크 발신 안테나(각 서비스 안테나)로 출력하는 동시에 상기 각 최종 혼합신호를 상기 각 다중하향링크TDOA 조합신호발생장치의 이동통신 모뎀 수신부로 입력하는 다수 개의 신호혼합기(Combiner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역부호분할다중접속 방식의 이동통신 중계기 시스템 
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 중계기 시스템이 서로 다른 위치에 설치된 다수 개의 하향링크 출력 안테나(서비스 안테나)를 구비하는 경우에 대하여, 
    상기 중계기 시스템이 다수 개의 서비스 안테나로 전달되는 하향링크에 첨가하는 상기 서비스 안테나의 개수와 동일한 개수의 다중하향링크TDOA조합신호발생장치와,  
    상기 중계기 하향링크 출력단에서 각 하향링크 발신 안테나(각 서비스 안테 나)로 출력되는 상기 각각의 하향링크 신호와 상기 각각의 다중하향링크TDOA조합신호발생장치의 출력신호를 혼합하여 다수 개의 각 최종 혼합신호를 상기 각 하향링크 발신 안테나(각 서비스 안테나)로 출력하는 다수 개의 제1 신호 혼합기(Signal Combiner)와,
    동시에 상기 각 다중하향링크TDOA조합신호발생장치의 출력신호와 상기 중계기 하향링크 출력단에서 출력되는 하향링크 신호를 혼합하여 이동통신 모뎀 수신부로 입력하는 제2 신호 혼합기(Signal Combiner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역부호분할 다중접속 방식의 이동통신 중계기 시스템 
  12. 다중하향링크TDOA조합신호발생장치를 사용하는 광대역부호분할다중접속(WCDMA) 방식의 이동통신 시스템에서,
     서비스 기지국의 OTDOA 측정 요구를 수신한 이동통신 단말기가 응답(Response)으로 전송한 서비스 기지국이 요구한 공통파일럿채널들에 대한 OTDOA 탐색결과로부터 단말기의 위치 파악을 하는 방법에 있어서,
    상기 단말기가 전송한 OTDOA 탐색결과로부터 상기 다중하향링크TDOA 조합신호발생장치에서 송신된 공통파일럿채널들에 대한 측정 성분이 포함되어 있는지를 판별하는 제1 과정과,
    상기 제1 과정에서 발견된 상기 다중하향링크TDOA 조합신호발생장치에서 송신된 공통파일럿채널들의 선택과 상기 공통파일럿채널들에 의한 고유한 TDOA 값을 갖는 다중하향링크TDOA조합신호발생기를 다중하향링크TDOA조합신호발생장치에 대한 DB로부터 찾아내고 그 설치위치를 상기 단말기의 위치로 출력하는 제 2과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동통신 내부의 서버 시스템.
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