KR20070017201A

KR20070017201A - 이동단말 위치 결정

Info

Publication number: KR20070017201A
Application number: KR1020067026154A
Authority: KR
Inventors: 에로 실라스토; 마우리지오 에이. 스피리토
Original assignee: 노키아 코포레이션
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US7680501B2; GB0410609D0; US20050255854A1; EP1757138A1; ATE495645T1; KR100939027B1; DE602005025873D1; WO2005112501A1; CN1985538A; EP1757138B1; CN1985538B; ES2357446T3

Abstract

무선통신망에서 이동국에 관한 위치추정치를 제공하는 방법이다. 위치추정치를 제공하는 이 방법은 각각의 위치추정치 생성방법이 위치추정치를 생성하는 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들을 나란히 이행하는 단계를 포함한다. 위치추정치를 제공하는 이 방법은 기설정된 규준들에 기초하여 위치추정치들 중의 하나를 선택하는 단계를 포함한다.

Description

이동단말 위치 결정{Locating mobile terminals}

본 발명은 특히 다수의 정보원들을 이용하지만 그것에 한정되지는 않는 상황에서 이동단말의 통신망에서의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동단말의 위치를 정확하게 나타내는 능력은 이동전화망의 바람직한 특징이다. 이것은 고객 서비스들의 사용자들의 소재를 아는 것에 의존하여 그 서비스들을 제공할 필요가 있기 때문이다. 예를 들면, 최신의 국소 트래픽 정보는 사용자가 근처의 트래픽 정체(jam)를 피할 수 있도록 제공될 수 있다. 사용자는 예를 들면 그들의 현재 위치로부터 가장 가까운 여관이나 레스토랑에 어떻게 가야할지를 알고 싶어할 수도 있다. 분명히 사용자의 위치는 운행하는 이 유형의 서비스들에 대해 수 미터 내까지도 확인되어야만 한다.

이동단말의 위치를 알고 있고 싶어하는 다른 이유는 정확한 개인 위치를 제공할 수 없는 발신자를 응급서비스가 위치 추적을 할 수 있도록 하는 것이다.

이동전화기의 위치를 그 전화기가 위치하는 네트워크의 셀에 관해서 제공하는 것은 GSM이동통신망에서 알려져 있다. 각 셀은 하나의 기지국을 포함하고 전화기는 주어진 시간에 하나의 기지국과만 트래픽 통신하고 있다. 그래서 셀 영역 정확도까지의 전화기의 위치는 전화기가 어느 기지국과 통신하고 있는가를 단순히 확 인하는 것에 의해 결정될 수 있다. 그런 방법들은 셀기반 위치결정 방법들로서 알려져 있다. 다른 방법들은 셀 신원(cell identity; CI), 이를테면 삼각측량방식(triangulation system)과 조합될 수 있는데, 삼각측량방식에서는 특정 이동전화기의 위치가 그것에 가장 가까운 적어도 3개의 기지국들(그것들 중의 2개는 이동전화기기 위치된 셀에 인접한 셀들에 위치됨)로부터의 제어신호들을 이용하여 계산된다. 이 방식은 전화기의 기지국으로부터의 거리가 기지국이 전화기로부터 수신하는 신호의 강도 또는 전화기와 개별 기지국 사이를 이동하는 신호가 걸린 시간에 비례한다는 가정을 이용한다. 그래서 전화기의 위치는 3개의 기지국들 사이의 수신된 신호들의 상대강도들 또는 이동시간들을 비교하여 사용자의 각 기지국으로부터의 거리를 평가함으로써 결정될 수 있다. 그러면 기지국들의 위치가 알려지고 정해지므로 사용자의 실제 위치는 기하학적으로 얻어질 수 있게 된다.

광대역 부호분할 다중접속(W-CDMA) 시그널링 시스템을 이용하는 3세대 파터너십 프로젝트(3GPP) 네트워크에서, 이동단말이 임의의 한 때에 하나를 넘는 기지국들과 능동 통신하는 것이 가능하다. 이 상황은 "소프트 핸드오버(soft handover)"로서 알려져 있고, 그것은 이동단말이 네트워크의 셀들 사이를 이동할 때 그 이동단말이 하나의 기지국에서부터 다른 기지국으로 핸드오버되는 GSM시스템의 하드 핸드오버와는 다르다. 소프트 핸드오버의 성질 때문에, GSM에 적합한 전술한 셀기반 모바일 위치결정 절차들은 W-CDMA형 시그널링 시스템에서 항상 사용될 수는 없다. 그러므로, 이 유형의 시그널링 시스템에서 이동단말의 위치를 결정하는 더 믿을만한 방법들을 개발하는 것이 필요하게 되었다.

W-CDMA에서 "소프터 핸드오버"도 정의되어 있다. "소프터 핸드오버"의 경우에 이동국이 통신하고 있는 기지국들의 안테나들은 함께 위치된다(예컨대 그것들은 동일한 물리적 위치 또는 사이트에 설치된다). 이 문서의 나머지부문에서, 용어 "소프트 핸드오버"는 "소프터(softer) 핸드오버"의 경우도 포괄하도록 사용되기도 할 것이고, 이 기술분야의 당업자에 의해서는 이 발명과 그것의 설명되는 실시예들이 소프트 핸드오버뿐 아니라 소프터 핸드오버에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

위치 추정치의 계산 및 사용자장비(User Equipment; UE)의 위치 추정치에 연관된 "신뢰 영역(confidence region)"을 지향하는 위치결정 기법들이 알려져 있다.

하나의 그러한 기법은 셀 신원 및 왕복소요시간(Cell Identity and Round Trip Time; CI+RTT) 위치결정 방법이다.

UMTS에서의 CI+RTT 위치결정 방법은 왕복소요시간(RTT) 및 Rx-Tx시간차(RxTxTD) 측정치들의 가용성에 의지한다. RTT 및 RxTxTD 측정치들은 UMTS FDD(Frequency division duplex)에 도입되어 CI+RTT 위치결정 방법의 구현을 허용한다.

RTT는 RTT = T_Rx ^UL - T_Tx ^DL로서 정의되고 여기서 T_Tx ^DL은 사용자장비(UE)로의 다운링크 전용 물리채널(DPCH) 프레임의 처음의 전송시간이고 T_Rx ^UL은 사용자장비(UE)로부터의 상응하는 업링크 DPCCH(Dedicated Physical Control Channel)/DPDCH(Dedicated Physical Data Channel) 프레임의 처음(시간상 처음 검출된 경로)의 수신시간이다.

RTxTxTD = T_Tx ^UL - T_Rx ^DL은 UE 업링크 DPCCH/DPDCH 프레임 전송(T_Tx ^UL)과 측정된 무선링크로부터의 다운링크 DPCH의 (시간상) 처음 검출된 경로(T_Rx ^DL) 사이의 시간상의 차이이다.

RTT들은 기지국들에 의해 측정되며, RxTxTD들은 UE에 의해 측정된다.

동일한 기지국에 의지하는 한 쌍의 RTT 및 RxTxTD 측정치들을 조합하는 것에 의해, 사용자장비(UE)와 기지국 사이의 거리는 추정될 수 있다. 그러한 거리추정치는 GSM에서 하나의 시간선행치(Timing Advance; TA)로부터 얻어질 수 있는 거리추정치와 유사하다. 이 의미에서, CI+RTT 위치결정 방법은 GSM에서의 셀 신원＋시간선행(CI+TA) 위치결정 방법에 상응한다. 그러나, UMTS FDD의 다음 2가지의 특정 특징들은 CI+RTT 방법을 GSM의 CI+TA 방법보다 잠재적으로 더 정확해지게 만든다:

1. GSM 비트 주기에 비해 훨씬 짧은 UMTS 칩 주기는 GSM의 시간선행치(TA)로부터 또는 UMTS의 (RTT, RxTxTD)쌍으로부터 거리추정치가 결정될 수 있게 하는 분해능에 영향을 미친다. 하나의 GSM 비트 주기는 대략 1100미터에 맞먹지만 하나의 UMTS 칩 주기는 대략 80미터에 맞먹고, 그래서 UMTS의 거리측정치 분해능은 GSM에서보다 양호하다.

2. UMTS에서 사용자장비(UE)는 소프트 핸드오브될 수 있다. UMTS 표준들은 각 활동성 무선링크에 대해 RTT들 및 RxTxTD들이 측정되는 것을 필요로 하며 그래서 다수의 거리추정치들이 UMTS에서 하나의 UE를 위치 결정하는데 잠재적으로 이용가능하게 될 수 있다. GSM에서는 TA가 고유한 서빙 셀에 대해서만 이용가능하므로 이것은 가능하지 않다.

CI+RTT 위치결정 방법에서 위치가 결정되는 것이 소망되는 사용자단말(UE)의 미지의 지리좌표들은 활동집합(active set)에서 UE 및 기지국들 간의 절대거리 측정치들을 조합하는 것에 의해 추정된다. 각 절대거리 측정치는 각 (RTT, RxTxTD)쌍으로부터 계산된다.

현존하는 CI+RTT 위치결정 방법들은 넓게는 2개의 일반 범주들인 단일-사이트 위치결정 방법들 및 다수-사이트 위치결정 방법들에 속한다고 여겨진다. 사용자단말(UE)이 3곳 이상의 사이트들에 위치되는 셀들과 활동성 무선링크들을 가질 때 다수-사이트 위치결정 방법들을 구현하기 위한 다수의 양호하고 알맞게 정확한 알고리즘들이 있다. 그러나, 그런 방법들은 둘 이하의 사이트들이 위치 계산을 위해 이용 가능할 때 자주 실패한다.

현존하는 위치결정 시스템들이 가지는 어려움들 중의 하나는 하나 이상의 이유로 실패할 수도 있는 위치추정치를 생성하는 위치결정시스템의 방법이 선택된다는 것이다. 그래서, 처음의 위치결정 방법이 실행되지 않았던 사이트에서 이행가능할 수 있거나 이행가능하지 않을 수 있는 다른 방법을 시도하는 것이 필요하게 된다.

본 발명의 목적은 이 어려움을 없애거나 적어도 완화하는 것이다.

본 발명의 하나의 양태는 무선통신망에서 이동국에 관한 특정 위치추정치를 제공하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 각각의 위치추정치 생성방법이 위치추정치를 생성하는 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들을 나란히 이행하는 단계; 및 기설정된 규준들에 기초하여 위치추정치들 중의 하나를 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태는 셀룰러 통신 네트워크에서 네트워크의 이동국에 관해 위치추정치를 제공하기에 적합한 네트워크 엔티티를 제공하며, 이 네트워크 엔티티는, 각각의 위치추정치 생성방법이 위치추정치를 생성하는 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들을 나란히 이행하기 위한 수단; 및 기설정된 규준들에 기초하여 위치추정치들 중의 하나를 선택하기 위한 수단을 포함한다.

제1위치추정치 생성방법은 이동국과의 무선통신에 개별 사이트들을 위한 위치데이터를 이용하는 가중된 질량중심(weighted mass centre; WMC)방법이다.

제2 및 제3 방법들은 WSC 및 WSS 방법들인데, 그것들은, 다음을 포함한다: 이동국 및 제1사이트 사이의 적어도 하나의 무선링크에 관련한 제1측정데이터를 제1사이트의 무선 네트워크 데이터와 함께 위치계산방법에서 이용하여 제1예비위치추정치를 제공하는 단계; 이동국 및 제2사이트 사이의 적어도 하나의 무선링크에 관련한 제2측정데이터를 제2사이트의 무선 네트워크 데이터와 함께 위치계산방법에서 이용하여 제2예비위치추정치를 제공하는 단계; 및 제1 및 제2 예비위치추정치들의 가중된 질량중심으로서 위치추정치를 생성하는 단계.

바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 예비위치추정치들을 제공하는 단계들은 제1 및 제2 사이트들 각각으로부터 이동국과의 거리의 개별 제1 및 제2 거리추정치들을 생성하는 단계를 포함한다.

제2방법에 의하면, 제1사이트가 복수 개의 셀을 지원하는 경우, 제1측정데이터는 상기 셀들 중의 적어도 2개의 셀의 무선링크들에 관련되고 단일 제1거리추정치가 2개의 무선링크의 제1측정데이터를 이용하여 생성된다.

제3방법에서, 제1사이트가 적어도 제1 및 제2 위치의 셀들을 지원하는 경우, 제1측정데이터는 제1셀로부터의 제1무선링크에 관련되고, 제2셀로부터의 제2링크에 관련되는 추가 측정데이터가 수신된다. 그 경우에, 추가 예비위치추정치는 생성되며 그것은 이동국의 위치추정치의 가중된 질량중심을 생성하기 위해 제1 및 제2 예비위치추정치들과 함께 이용된다. 이 경우에, 개별 제1, 제2 및 추가 거리추정치들은 바람직하게는 제1, 제2 및 추가 예비위치추정치들을 각각 제공하는 단계에서 생성된다.

기설정된 규준들(criteria)은 각각의 사이트 및 위치추정치들 사이에서 결정되는 거리들에 기초할 수 있다. 거리추정치들이 위치추정치 생성방법들의 일부로서 얻어지는 경우, 거리추정치들은 오류함수를 최소화하기 위해 이 거리들과 조합하여 사용될 수 있고, 그것에 기초하여 이용될 위치추정치는 선택된다.

본 발명의 양호한 이해를 위해 그리고 본 발명이 이행될 방법을 보이기 위해, 첨부 도면들에 대해 참조될 것이다.

도 1은 거리 추정 장비의 개념 블록도이며;

도 2는 RTT 및 TD를 도시하는 도면이며;

도 3은 셀룰러 통신망의 부분의 스케치이며;

도 3a는 SELM방법의 원리를 도시하는 개요도이며;

도 3b는 SELM방법을 이행하는 회로의 기능 블록도이며;

도 4는 WSS 위치결정 방법의 개요도이며;

도 5는 WSC 위치결정 방법의 개요도이며;

도 6은 CI+RTT 위치결정 방법을 이행하기 위한 장치의 개념 블록도이며;

도 7은 아크(원호) 형상의 신뢰영역을 보이며; 그리고

도 8은 네트워크의 구조의 개요도이다.

본 발명의 실시예들에 따른 방법들을 설명하기 전에, 거리추정치를 계산하기 위한 하나의 가능성의 상세한 설명이 도 1을 참조하여 먼저 설명될 것인데, 이것이 다음에 논의된 위치결정 방법들의 중요한 구성요소이기 때문이다. 그러나 다른 거리추정기법들이 이용될 수 있다는 것이 인정될 것이다.

도 1은 왕복소요시간(RTT) 및 Rx-Tx시간차(TD)로 된 측정치 쌍들의 집합으로부터 얻어지는 거리추정계산에 연루된 블록들을 도시하는 개념 블록도이다. 도 2는 이 거리들이 이동통신망에서 무엇을 나타내는지를 도시한다. 도 2는 이동전화기 또는 다른 이동단말의 형태일 수 있는 사용자장비(UE)와, 범용 전기통신 무선접속망(UTRAN) 시스템에서의 기지국을 나타내는 노드 B를 도시한다. 노드 B로부터 디스패치되는 도 2의 DL DPCH로 표시된 다운링크 전용 물리채널 신호는 사용자장비(UE) 에 도달하기 위해 일정량의 시간을 요한다. 다운링크 신호에 대한 업링크 응답이 사용자장비로부터 노드 B에 되돌아가기 전에 사용자장비에서 시간지연(TD)이 있다. 이 응답은 도 2에서 UL DP(C/D)CH라고 표시된다. 다운링크 신호의 디스패치부터 상응하는 업링크 신호의 수신까지 측정된 총 회선시간은 왕복소요시간(RTT)이다. 즉, 그것은 다운링크 전용 물리채널(DPCH) 프레임의 사용자장비(UE)로의 처음의 전송시간과 상응하는 업링크(UL) 전용 물리제어채널(DPCCH)/전용 물리데이터 채널(DPDCH) 프레임의 사용자장비로부터의 처음의 수신시간 사이의 차를 나타낸다.

시간차 TD는 설명된 것처럼 업링크 UL DPCCH/DPDCH 프레임 전송과 다운링크 DPCH 프레임의 처음 검출된 부분 사이의 시간상의 차이이다. 이 지연(TD)은 전형적인 경우에는 1024개의 칩 주기들과 명목상 동일하다. RTTi, TDi 값들의 측정치 쌍이 이동통신망에서 각 i번째 활동성 무선링크로부터 거리추정장비에 공급된다. 함께 위치되는 셀들을 위한 측정들이 다루어지는 방식은 이행되어야 할 위치결정 방법에 의존하여 달라지는데 그것은 다음에서 명료하게 될 것이다. 도 1을 설명할 목적으로, 하나의 거리추정치는 함께 위치되는 셀들에 의해 공급되는 활동성 무선링크들로부터 측정된 RTT, TD 측정치 쌍들의 집합으로부터 얻어진다고 가정된다.

측정치 쌍들은 도 1에서 화살표 2에 의해 표시되는데, 각 쌍은 개별 확률함수결정 블록(4)에 공급되고 있다. 각 확률결정 블록(4)은 각 RTT 및 TD 측정치 쌍으로부터 이중통달거리(double range distance) 추정치(d_DR)를 계산하는 이중통달거리 추정계산기(6)를 포함한다. d_DR은 사용자장비 및 서빙 셀의 사이트에 있는 노드 B의 위치 사이의 거리의 미터로 표현되는 추정치이다. 그것은 RTT로부터 TD값 기여분을 제함으로써 얻어지는 이른바 이중통달거리(DR)를 미터 단위의 정수로 변환하는 것에 의해 계산된다. 통계데이터 블록(8)은 이중통달거리 추정에서 있음직한 측정오차의 추정치를 제공하는 모아져 있는 선험적 통계데이터를 유지한다. 즉, 사용자장비(UE) 및 서빙 셀 사이의 정확한 거리(d)가 주어지면, 이중통달거리 측정오차인 x = d - d_DR이 계산될 수 있다. 그러한 오차는 다중경로와 비가시선 전파, 측정 알고리즘 부정확성, 측정 유한 분해능에 의해 도입된 입도(granularity) 등의 몇몇 요인들의 결과로서 일어날 수 있다. 이 종류의 데이터를 미리 측정하는 것에 의해, 이중통달거리 측정오차의 확률밀도함수는 결정될 수 있고 이것은 확률밀도함수(probability density function; PDF)결정 블록(10)에 공급되며, PDF결정 블록은 DR 측정오차의 PDF인 f_X _|DR(x|DR)를 DR거리추정치(d_DR)와 조합하여, 각각의 함께 위치되는 서빙 셀로부터의 UE거리의 PDF인 f_d _| _DR(d|DR)=f_x _| _DR(x=d-d_DR|DR)을 얻는다.

그 다음 모든 함께 위치되는 서빙 셀들로부터의 거리들의 확률밀도함수들이 하나의 확률밀도함수인 f_d(d)로 조합(combine)되는데 그것은 모든 서빙 셀들의 안테나들이 설치되는 사이트로부터의 사용자장비(UE)의 거리의 확률밀도함수를 나타낸다. 이것은 PDF조합 블록(12)에서 행해진다. 일단 조합된 PDF가 이용가능하면, 거리추정은 거리추정 블록(14)에서 수행된다. 거리추정의 결과는 다음 3개의 값들로 표현된다:

거리추정치 d_ESTμ0

내부 반경 0[R₁[d_EST

불확실성 반경 R₂μ0

거리추정치(d_EST)는 PDF들로부터의 조합된 거리분포의 중앙값으로서 계산된다. 내부 반경 및 불확실성 반경은 신뢰구간 [R₁, R₁+R₂]을 정의하는데 이 신뢰구간 내에서 사용자장비(UE)의 정확한 거리(d)가 미리 정해진 신뢰계수(

)와 부합되도록 추정된다. 이 신뢰계수의 값은 위치결정 알고리즘의 사용자에 의해 요구된 목표(target) 신뢰레벨에 의존하고, 도 1에 보인 바와 같은 거리추정 블록(14)에 입력된다.

본 발명의 실시예에 따라서 사용자장비(UE)의 위치를 추정하기 위한 기법의 설명이 이제 기술될 것이다. 도 3은 이 방법이 사용될 수 있는 물리적 상황을 도시한다.

도 3은 사이트 A의 제1기지국과 사이트 B의 제2기지국을 도시하는 셀룰러 통신시스템의 부분을 나타낸다. 각 기지국은 적절히 지향된 안테나들로 3개의 셀에 서비스한다. 셀들은 C₁, C₂ 등으로 표시되고 안테나들은 a₁, a₂ 등으로 표시된다. 각 사이트에서의 안테나의 배향(orientation)은 알려져 있고, 셀 신원(CI)은 예를 들면 안테나 배향 데이터를 포함한 네트워크 데이터를 제공한다고 가정된다. 사용자장비(UE)는 사이트 A에서는 소프터 핸드오버로 보이고 있고, 즉 안테나(a₁)로 확립 된 제1무선링크(RL₁)와 안테나(a₃)로 확립된 제2무선링크(RL₃)를 가진다. 사용자장비(UE)는 또한 사이트 B에서는 기지국의 안테나(a₅)와의 확립된 무선링크(RL₅)를 가진다.

도 3a는 위치결정 방법들을 위한 선택방법(SELM)이 도 3에 도시된 바와 같은 네트워크들에서 이행될 수 있는 방법을 보이는 개요도이다. 도 3a는 사이트 A 및 사이트 B로 표시된 2개의 기지국들을 보이며 그것들의 개별 안테나들은 안테나 방향들을 대략적으로 화살표에 의해 도식적으로 나타내고 있다. SELM방법에 의하면, 복수 개의 다른 위치추정치들이 다수의 다른 위치추정치 생성방법들을 나란히 이행하는 것에 의해 생성된다. 3개의 그런 방법들에 의해 생성완료된 추정치들은 도 3a에서 Est WMC, Est WSS 및 Est WCS로 표시된다. Est WSS는 가중된 단일 사이트(weighted single site; WSS) 방법에 의해 생성되는 위치추정치이다. Est WCS는 가중된 단일 셀(weighted single cell; WSC) 방법에 의해 생성되는 위치추정치이다. Est WMC는 가중된 질량중심(weighted mass centre; WMC) 방법에 의해 생성되는 위치추정치이다. WSS 및 WCS 방법들이 다음에서 더 상세히 설명될 것이다. WMC 방법은 출원인의 공개특허공보(노키아 참조번호 NC19511)에 기재되어 있다. 가중된 질량중심 방법은 사이트의 좌표들의 가중된 평균을 이용한다. 각 사이트 위치에 적용되는 가중치는 이동국 및 그 사이트 사이의 추정된 거리의 역수에 비례한다. 그 거리는 도 1에 관련하여 위에서 설명된 기법을 이용하여 또는 임의의 다른 방식을 이용하여 추정될 수 있다.

그 다음 사이트들로부터 생성된 위치추정치들까지의 거리들이 계산된다. 이것들은 여기서는 r_mn이라고 하며, 여기서 m은 사용되고 있는 방법을 (정수 1, 2, ..., m, ..., M으로) 나타내고 n은 사이트를 나타낸다. 예로서, 도 3a의 r1A와 r1B는 WSC추정치로부터 사이트 A 및 사이트 B 각각까지의 거리들이다.

추정치의 "양호도(goodness)"의 측정치는 e_mn=d_EST _,n-r_mn이라고 간주될 수 있고, 여기서 d_EST _,n은 위치결정방법 자체로부터 예를 들면 도 1에 관련하여 위에서 설명된 기법에 의해 얻어진 위치추정치이다. 도 3a의 개요도에서, 사이트 A는 그것에 연관되는 2개의 거리추정치를 가지고(사이트 A에 중심을 둔 원들의 내부 반경 및 외부 반경), 사이트 B는 그것에 연관된 단일 거리추정치를 가지는데 그것은 사이트 B에 중심을 둔 원의 반경이다.

최종 선택되는 추정치는 비용함수인 f_m=sum_n{e_mn ²}, 또는 f_m=sum_n{|e_mn|}을 최소화하는 추정치에 기초한다.

도 3b는 위에서 기술된 SELM 방법을 이행하기 위한 기능 블록들의 견지에서의 회로의 개요 블록도이다.

WSS 및 WSC 방법들은 이제 도 4 및 도 5를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

도 4는 이 상황에서 위치추정치를 WSS방법을 이용하여 얻을 수 있는 방법을 도시하는 개략도이다. 도 4에서 Est 4로 표시된 제1추정위치는 다음의 방식으로 얻 어진다. 무선링크들(RL₁ 및 RL₃) 각각으로부터의 (RTT, TD)쌍들은 도 1에 도시된 거리추정장비에서 조합되고, 도 4에서 전부 보이고 20으로 표시된 원의 반경을 나타내는 추정된 거리(d_EST)가 생성된다. 원(20) 바로 안과 밖의 점선 원들은 추정된 거리를 위한 다른 측정들을 나타내는데, 그것은 아래에 논의되는 WSS방법에 관련하여 더 충분히 논의될 것이라는 점에 주의한다.

예비 단일 사이트 CI+RTT 위치추정치는, 도 1에 관해서 위에서 설명된 기법을 이용하여 얻어진 거리추정치와, CI로부터 네트워크 데이터에 기초하여 단일 사이트 CI+RTT 로케이션을 이용하여 도달된 각도추정치를 이용하여 얻어진다. 무선링크들을 생성하는 2개의 안테나, 이 경우 a₁ 및 a₃의 "평균된" 배향이 생성된다. 각 예비위치추정치는, 나중에 논의되는 단일 사이트 CI+RTT 방법을 이용하여, 각 셀의 사이트에 중심을 둔 극 기준계(polar reference system)로 계산된다. 그래서 제1위치추정치(Est 4)는 안테나들(a₁, a₃)의 평균화된 배향을 따라 거리 d_EST4에 놓이는 것으로 보일 수 있다. 2개의 안테나의 배향의 평균에 기초한 것인 사용되는 배향값은 단순하지만 기본인 측정치라는 것이 쉽사리 인식될 것이다. 사용자장비(UE)에 관련한 더 정확한 배향 정보가 이용가능하다면, 그것은 제1위치추정치(Est 4)를 결정하는데 이용될 수도 있다.

제2위치추정치가 사이트 B에 대해 얻어지며, 이 경우에 단일 RTT, TD 측정치 쌍을 도 1의 위치추정장비에 인가하고 이 경우에 도 4에서 24로 표시된 원의 반경 을 나타내는 추정된 거리(d_EST1)를 생성한다. 단일 RTT, TD 쌍이 도 1의 거리추정장비에 입력될 때, 블록(12)의 PDF조합단계를 수행할 필요가 없는데, 거리추정 블록(14)에 직접 공급되는 단일 PDF만이 결정되기 때문이라는 것에 주의한다. 이 경우에, 단일 무선링크(RL₅)가 있고 그래서 도 4에서 Est 1로 표시되며 추정된 거리(D_EST1)를 그 안테나(a₅)의 배향으로 획득함으로써 생성되는 위치추정이 가장 단순한 경우이다. 다시, 안테나 배향을 위한 각도 추정치는 단일 사이트 CI+RTT 위치결정 방법을 사용하여 생성될 수 있다.

Est WSS라고 표시된 최종 위치추정치는 예비 위치추정치들(Est 1, Est 4)의 가중된 질량중심으로서 얻어진다. 즉, 예비 위치추정치의 좌표들은 (극 또는 데카르트 기준 프레임에 대해) 취해지며, 가중된 다음 평균 된다.

데카르트 기준계(Cartesian reference system)에서, 본 발명의 실시예들에서 이용될 수 있는 알고리즘은 그것의 신호가 MS에 의해 수신되는 UE의 추정된 x (및 개별적으로 y)의 좌표들을 다음에 주어지는 x (및 개별적으로 y) 사이트 좌표들의 가중된 평균으로서 얻으며:

여기서 w¹,...,w^N 은 N개 추정치들 중의 관련된 각 하나에 할당된 적당한 가중치들 이며,

,

는 최종 추정치들의 좌표들이고 xiⁱ, yⁱ는 각각의 예비 위치추정치의 좌표들이다.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 i-번째 가중치를 위한 하나의 적당한 정의는 각각의 예비 위치추정치에 연관되는 다음의 추정된 거리(d_ESTi)의 역수를 이용하는 것이다:

대체예는 모든 셀들에 대해 일정한 가중치들을 적용하는 것이다. 추가적인 대체예는 예비적인 단일 사이트 CI+RTT 위치 계산(나중에 논의됨)의 부산물로서 결정되는 원호 형상의 신뢰영역의 면적의 역수와 동일한 가중치를 이용하는 것이다. 가중치들을 결정하기 위한 다른 가능한 규준(criterion)은 더 정확한 거리측정치들로부터 비롯된다고 믿어지는 예비 위치추정치들에 더 높은 가중들을 할당하는 것이다.

가중 단일 셀(Weighted Single Cell; WSC) 방법이 지금 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 이 방법은 WSS방법과 유사한데 함께 위치되는 셀들로부터의 측정들이 다루어지는 방식에서 둘 간의 주요한 차이가 있다. 이 실시예가 이용될 수 있는 물리적 상황은 WSS방법을 위한 것과 즉 도 3의 상황과 유사하다는 점에 주의한다. WSC 방법에서 각 셀은 다른 셀들과 별개로 고려된다. 그래서, 예비 위치추정치들의 수는 RTT, TD 측정치 쌍들의 수와 동일하다. 이 방법은 다음과 같이 이행된다.

첫째로, 서빙 셀들의 각각을 위한 거리추정치는 도 1의 거리추정장비를 사용하여 3개의 활동성 무선링크들(RL1, RL2, RL3)의 각각에 형성된 RTT, TD 측정치 쌍들을 이용하여 얻어진다. 이 거리추정치들은 21, 23 및 24로 (앞에서처럼) 표시된 원들의 개별 반경들이다. 원들(21 및 23)은 도 4의 실시예에서 점선으로 도시되었던 그것들이다.

그러면 별도의 예비 단일 사이트 CI+RTT 위치추정치가 각 셀 사이트에 중심을 둔 극 기준계에서 계산되는 각각의 거리추정치를 위해 획득된다. 각 예비 위치추정치는 거리추정치와 동일한 셀 사이트로부터의 거리와, 그 무선링크를 위한 특정 안테나의 배향에 기초한 배향(더 정확한 방향정보가 이용가능하지 않는 한)을 가진다. 예비 위치추정치는 도 5에서 Est 1, Est 2 및 Est 3로 표시된다. 안테나 배향들은 단일 사이트 CI+RTT 위치결정 방법을 사용하여 설정될 수 있다.

EST WSC라고 표시된 최종 위치추정치는 예비 위치추정치들(Est 1, Est 2, Est 3)의 가중된 질량중심이다. 가중된 질량중심이 얻어지고 가중치들은 위에 기술된 WSS 방법에 관한 것과 동일하다.

위의 방법들에서, CI+RTT 위치결정 방법이 참조된다. 그러한 위치결정 방법의 일 예가 지금 도 6에 관해서 기술될 것이다. 이 방법의 목적은 UE의 지리적 좌표들과 진정한 UE 위치가 주어진 신뢰도(⑤)로 아마도 위치되는 신뢰영역을 추정하는 것이다. 추정된 UE 좌표들은 극 기준계에서 표현되는 서빙 사이트로부터 UE의 거리(⑧) 및 방위(

)이다. 도 6의 ⑧은 도 1의 d_EST에 상응한다는 것에 주의한다. 다음에서, 위에서 이미 논의된 거리추정에 관련한 일부 중복 설명이 있지만, 이 경우에 다수의 사이트를 다루는 방법의 논의는 없다. 도 6에서의 유사한 번호들은 도 1에서의 유사한 부분들을 나타낸다는 것도 주의한다.

추정치들은 UE 지리적 위치의 확률분포로부터 얻어지는데, 이 확률분포는 관측들 및 선험적 통계 정보를 조합하는 것에 의해 결정된다. 선험적 통계 정보는 DR의 정확도에 관한 통계정보를 셀들의 경계 내의 UE 배향의 거리 측정치 및 분포로서 포함한다.

도 6을 참조하면, 위치결정 절차는 다음에서 간단히 기술되는 다른 처리단계들의 조합으로서 볼 수 있다. UMTS 기술 규격들에서의 RTT 및 Rx-Tx 시간차이의 정의를 기초로 한 양자화규칙들은 블록 6에서 각 {RTT, TD} 쌍으로부터 이중통달거리(DR), 및 이중통달거리 추정치(d_DR)를 계산하는데 이용된다. 이중통달거리는 차이 RTT-TD와 동일하게 표시되는 정수이며; 그래서 그것은 활동성 무선링크를 제공하는 (함께 위치하는) 셀들 및 타겟 UE 사이의 절대거리의 2배의 추정치를 나타낸다.

공칭 거리추정의 결과로서 관측치 a=[RI,DR](블록 7)이 이용가능하다. RI는 무선링크 식별자, 예를 들면 셀 식별자 CI이며 네트워크 데이터를 제공한다.

예를 들면, 관심 있는 사용자장비와는 활동성 무선링크를 가지는 모든 셀들을 위한 무선네트워크 데이터는, 다음을 포함할 수 있다:

안테나 좌표들

x-축부터 시계방향으로 부채꼴로 측정된 노드 B의 안테나의 방 위(bearing)

노드 B의 안테나의 반분 출력빔 폭(HPBW)

서비스 셀에 대한 최대 전방 반경 R_F

서비스 셀에 대한 최대 후방 반경 R_B

이중통달거리 추정치는 거리추정치에서 UMTS 네트워크 요소들로부터 보고된 RTT 및 TD의 가공하지 않은 변환치이다. 이 변환치는 UE 및 노드 B 사이의 정확한 거리(⑧)와 이중통달거리 추정치(d_DR) 사이의 차이로서 정의되는 이른바 이중통달거리 측정오차(

=⑧-d_DR)를 결정하는데 기여하는 측정프로세스 손상들(이동 무선채널 상의 다중경로 및 비 가시선 전파, 측정오차들, 양자화오차들 등)의 영향들을 고려하지 않는다. 이중통달거리 측정오차를 고려하며 GSM애플리케이션들에서 매우 성공적이라고 증명된 하나의 방법은, 블록 8에서와 같은 이중통달거리 측정오차(

)의 통계적 행동을 기술하는 선험적 정보를 위치결정 알고리즘에 공급하는 것이다.

의 행동은 많은 요인들에 의존하며 그 중에서 UE 및 노드 B 사이의 환경 및 거리에 의존한다. 이 이유로, 관측에 의해 조정되는

의 PDF인 f(

|a)는 서빙 사이트로부터 UE거리의 통계적 행동이 도출되게 하는 선험적 PDF로서 이용된다. 일단 PDF( f(

|a))가 이용가능하면, DR거리 추정치(d_DR)는 활동성 무선링크를 제공하는 셀 내에서 UE거리의 확률밀도함수(PDF)인 f(⑧|a)를 얻는데 이용된다(블록 10).

유사하지만 더 단순한 절차가 활동성 무선링크를 제공하는 셀에서 UE배향의 PDF(f(

|a))를 결정하는데 이용된다. 부가적인 단순함은 배향 측정이 이용가능하지 않다는 사실 때문이고, 그래서 UE 각도 기여분의 통계 분포는 셀 배향, 폭 등과 같은 선험적 셀 기반 배향정보를 이용하는 것에 의해서만 정의될 수 있다(블록 9).

그러면 관측에 의해 조정되는 거리의 그리고 관측들에 의해 조정되는 배향의 PDF들은 각각의 활동성 무선링크를 제공하는 셀 내의 UE거리 및 배향의 결합된 PDF인 f(⑧,

a)를 결정하기 위해 서로 조합될 수 있다(블록 11). 이 단계에서 이용가능한 PDF들은 각 활동성 무선링크를 제공하는 노드 B에 의해 서비스되는 각각의 단일 셀의 경계들 내의 사용자들의 지리적 분포를 기술한다.

일단 활동성 무선링크를 제공하는 모든 셀들 내의 거리 및 배향의 결합된 PDF들이 이용가능하게 되면(블록 4'), 그것들은 거리 및 배향의 최종 결합 PDF인 f(⑧,

)를 결정하기 위해 조합된다(블록 12'). 그런 분포는 관측들(무선링크 식별자들 및 측정들)과 선험적 통계로부터 모아진 모든 정보를 포함하며; 그래서 그것은 UE 좌표들(

,

)과 신뢰영역(R)을 추정하기 위해 최종 이용될 수 있다(블록 14'). 블록들(4', 12', 14')의 프라이밍(priming)은 그 블록들이 도 1의 블록들인 4, 12 및 14와 동등하지만 더 복잡한 기능을 제공함을 나타낸다.

그래서, CI+RTT 위치결정 알고리즘은 출력들로서 다음을 제공한다:

위치추정치의 좌표들을 식별하는 매개변수들 및 특정 신뢰영역(정확한 UE 위치가 일정한 확률을 가진다고 추정되는 지리적 영역)의 매개변수들의 집합인 위치계산결과들

위치계산결과들이 서비스 매개변수들의 입력 품질에서 설정된 정확성 요 건을만족하는지의 표시인 QoS데이터

CI+RTT 위치결정 방법은 다음 2개의 주요한 단계들을 포함한다:

1. x-y 좌표들에 관해서 UE의 위치를 추정하는 단계와

2. 이 위치추정치를 위해 신뢰영역을 계산하는 단계.

신뢰영역은 정확한 UE 위치가 신뢰계수(0 < ξ ≤ 1)라고 하는 주어진 확률을 가진다고 추정되는 지리적 영역이다.

위치계산방법은 위치계산 알고리즘들에 의해 이행된다. 다음 두 부류의 위치계산 알고리즘들이 사용된다:

단계 1을 이행하는 위치추정치 계산 알고리즘들

단계 2를 이행하는 신뢰영역 계산 알고리즘들

위치추정치 및 신뢰영역 매개변수들의 조합은 "형상(shape)"이라고 한다. 위에서 기술된 위치 계산 알고리즘들에 의해 지원되는 형상 정의들은 다음과 같다:

(ⅰ) 점 형상(즉, 위치추정치만을 포함)

(ⅱ) 불확실성 타원을 가지는 점 형상(신뢰영역이 타원임)

(ⅲ) 불확실성 다각형을 가지는 점 형상(신뢰영역이 다각형임)

(ⅳ) 불확실성 아크(arc)를 가지는 점 형상(신뢰영역이 원호임)

여기에서 설명될 유일한 신뢰영역은 도 7에 보인 원호 형상이다.

이것은 다음 특징들을 가진다:

위치추정치의 좌표들인 (

,

)

원점의 좌표들인 x₀ 및 y₀

내부 반경(R₁) 및 불확실성 반경(R₂)

오프셋(배향)각(α) 및 끼인각(β)

신뢰계수값(ξ)

단일 사이트 CI+RTT 방법의 맥락에서, 극좌표들은 다음의 R의 형식적 정의를 도입하는데 이용될 수 있다:

아크는 단일 사이트 CI+RTT 신뢰영역을 위한 "자연의" 형상이다. 아크의 원점은 위치된 UE에 활동성 무선링크를 제공하는 모든 셀들에 공통인 안테나 좌표들에 있다:

내부 반경(R₁), 불확실성 반경(R₂), 오프셋각(

) 및 끼인각(

)(도 7 참조)은 위의 수식에 의해 계산되고, 그것은 신뢰영역이 아크 형상이고 관심 있는 PDF들이 관측들에 의해 조정되지 않을 때 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다:

전체 확률 정리(total probability theorem)가 f(ρ,θ)를 다음과 같이 쓰도 록 호출될 수 있다:

그래서

신뢰영역 매개변수들인 R₁, R₂,

, 및

는 특정한 이행의 요건들에 따른 적당한 부가적인 구속들이 도입된다면 고유하게 결정된다.

도 8은 위에서 기술된 위치결정 방법들이 이행되는 곳을 도시하는 네트워크의 구조의 개략도이다. 단일 기지국(BTS)이 보이는데, 그것은 예를 들면 사이트 A 또는 사이트 B에서의 기지국일 수 있다. 사실, 사이트 A 및 사이트 B 둘 다에서의 기지국들은 도 8에서 단일 기지국에 대해 도시된 바와 같은 무선통신망 제어기(RNC)와 통신할 것이다. 무선통신망 제어기는 이동교환센터(MSC)와 통신하며 그 MSC는 게이트웨이 이동위치결정 센터(gateway mobile location center; GMLC)와 통신한다. 게이트웨이 이동위치결정 센터는 이 통신망에서 이행되는 상업용 애플리케이션들로부터 LIF(Location Interoperability Forum) 요구를 수신할 수 있다. 게이트웨이 이동위치결정 센터는 위치결정 요구를 이동교환센터에 디스패치하고 이동교환센터는 무선통신망 제어기에 접촉하여 필요한 네트워크 데이터를 얻고 그것을 이동교환센터에 반환한다. 그래서 응답이 게이트웨이 이동위치결정 센터에 반환되면 게이트웨이 이동위치결정 센터는 CI+RTT, TD 쌍들을 서빙 이동위치결정 센 터(serving mobile location center; SMLC)에 공급한다. 위에서 설명된 위치결정 방법들은 서빙 이동위치결정 센터에서 이행되고 선택된 추정치의 x, y 데이터는 게이트웨이 이동위치결정 센터에 반환된다. 게이트웨이 이동위치결정 센터는 위치결정 데이터를 요구했던 상업용 애플리케이션에 이 x, y 데이터를 신뢰영역과 함께 반환한다.

다르게는, 위치결정 방법들은 RNC에서 또는 네트워크의 어느 딴 곳의 독립형 모듈에서 실행될 수 있다.

Claims

무선통신망에서 이동국에 관한 특정 위치추정치를 제공하는 방법에 있어서,

각각의 위치추정치 생성방법이 위치추정치를 생성하는 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들을 나란히 이행하는 단계; 및

기설정된 규준들에 기초하여 위치추정치들 중의 하나를 선택하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 이동국은 사이트들의 집합과의 무선링크를 가지며, 상기 방법은,

사이트들의 집합에서의 각 사이트 및 위치추정치들 사이의 개별 거리들을 결정하는 단계로서, 기설정된 규준들이 이 거리들을 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 각각의 위치추정치 생성방법은,

거리추정치를 생성하는 단계로서, 거리추정치는 각 사이트로부터 이동국의 거리의 추정치를 포함하고, 기설정된 규준들은 에러함수를 최소화하기 위해 이 거리추정치들을 상기 거리들과 조합하여 이용하는 단계를 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들 중의 제1 위치 추정치 생성방법에서 상기 사이트들의 위치데이터를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 위치추정치 생성방법은 그것의 위치추정치를 상기 사이트들의 가중된 질량중심으로서 생성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들 중의 제2 위치추정치 생성방법은,

이동국 및 제1사이트 사이의 적어도 하나의 무선링크에 관련한 제1측정데이터를 제1사이트의 무선 네트워크 데이터와 함께 위치계산방법에서 이용하여 제1예비위치추정치를 제공하는 단계;

이동국 및 제2사이트 사이의 적어도 하나의 무선링크에 관련한 제2측정데이터를 제2사이트의 무선 네트워크 데이터와 함께 위치계산방법에서 이용하여 제2예비위치추정치를 제공하는 단계; 및

특정 위치추정치를 제1 및 제2 예비위치추정치들의 가중된 질량중심으로서 생성하는 단계를 포함하는 방법.
제6항에 있어서,

복수 개의 셀을 제1사이트로 지원하는 단계; 및

제1측정데이터를 상기 복수 개의 셀 중의 적어도 2개의 셀의 무선링크들에 관련시키는 단계를 더 포함하며,

제1예비위치추정치를 제공하는 단계는 적어도 2개의 무선링크의 제1측정데이터를 이용하여 단일의 제1거리추정치를 생성하는 단계를 포함하고, 제2예비위치추정치를 제공하는 단계는 제2측정데이터를 이용하여 제2거리추정치를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
제6항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 위치의 셀들을 제1사이트로 지원하는 단계로서, 제1측정데이터는 제1 위치의 셀로부터의 제1무선링크에 관련되는 단계;

제2무선링크에 관련되는 추가 측정데이터를 제2 위치의 셀로부터 수신하는 단계; 및

이동국의 특정 위치추정치의 가중된 질량중심을 생성하기 위해 위치계산방법에서 추가 측정데이터를 무선 네트워크 데이터와 함께 이용하여 제1 및 제2 예비위치추정치들과 함께 이용되는 추가 예비위치추정치를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
셀룰러 통신 네트워크에서의 네트워크 엔티티로서, 네트워크의 이동국에 관해 특정 위치추정치를 제공하도록 구성되는 네트워크 엔티티에 있어서,

각각의 위치추정치 생성방법이 위치추정치를 생성하는 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들을 나란히 이행하기 위한 제1이행수단; 및

기설정된 규준들에 기초하여 위치추정치들 중의 하나를 선택하기 위한 선택 수단을 포함하는 네트워크 엔티티.
제9항에 있어서,

이동국과 개별 제1 및 제2 사이트들 사이의 무선링크들에 관련한 측정데이터와, 무선 네트워크 데이터를 이용하여 위치계산방법을 이행하여 개별 제1 및 제2 예비위치추정치들을 제공하기 위한 제2이행수단; 및

제1 및 제2 예비위치추정치들의 가중된 질량중심으로서 특정 위치추정치를 결정하기 위한 제1결정수단을 포함하는 네트워크 엔티티.
제10항에 있어서, 제1이행수단, 선택수단, 제2이행수단, 및 제1결정수단 중의 적어도 하나에 동작적으로 연결된 무선 네트워크 제어기를 더 포함하는 네트워크 엔티티.
제10항에 있어서, 각각의 사이트 및 위치추정치들 사이의 개별 거리들을 결정하기 위한 제2결정수단으로서, 기설정된 규준들이 이들 개별 거리들을 이용하는 제2결정수단을 더 포함하는 네트워크 엔티티.
제12항에 있어서, 각각의 거리추정치가 각 사이트로부터 이동국의 거리의 추정치를 포함하는 거리추정치들을 생성하기 위한 생성수단으로서, 기설정된 규준들이 이 거리추정치들을 오류함수를 최소화하기 위해 상기 거리들과 조합하여 이용하 는 생성수단을 더 포함하는 네트워크 엔티티.
셀룰러 통신 네트워크에서의 네트워크 엔티티로서, 네트워크에서 이동국을 위해 특정 위치추정치를 제공하도록 구성되는 네트워크 엔티티에 있어서,

각각의 위치추정치 생성방법이 위치추정치를 생성하는 복수 개의 다른 위치추정치 생성방법들을 나란히 이행하도록 구성된 프로세서; 및

기설정된 규준들에 기초하여 위치추정치들 중의 하나를 선택하도록 구성된 제어기를 포함하는 네트워크 엔티티.