KR20090066463A - 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기위한 위치추정 방법 및 장치 - Google Patents

이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기위한 위치추정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 방법 및 장치에 관한 것으로, 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 방법에 있어서, 어도 두 개 이상의 기지국으로부터 제 1 프리앰블 신호를 수신하는 과정과, 상기 프리앰블 신호를 이용하여 상기 적어도 두 개 이상의 기지국 중 특정 기지국을 기준으로 정하고 다른 기지국들로부터 송신된 상기 프리앰블 신호의 도착 시간 차(Time Difference Of Arrival: TDOA)를 계산하는 과정과, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 구하는 과정과, 상기 해에 참값 여부에 따라 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 과정을 포함하여, 두 개의 실근인 경우, 위치추정의 모호성을 제거할 수 있고, 두 개의 허근인 경우, 위치추정을 할 수 있는 이점이 있다.
도착 시간 차이(Time Difference Of Arrival: TDOA), 위성 위치 확인 시스템(Global Positioning System: GPS), 프리앰블, 파일롯 신호.

Description

이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SUPPORTING LOCATION BASED SERVICE IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스에 관한 것으로, 특히 도착 시간 차이(Time Difference Of Arrival: 이하 "TDOA"라 칭함)를 이용하여 사용자의 위치를 추정할 시, 위치추정 오차를 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
위치기반 서비스(Location-Based Service: 이하 "LBS"라 칭함)를 위한 위치확인기술(Location Detection Technology: "LDT"라 칭함)에는 셀 ID(Cell ID), 도래각(Angle of Arrival: 이하 "AOA"라 칭함), 도래시간(Time of Arrival: 이하 "TOA"라 칭함), 도착 시간 차이(Time Difference Of Arrival: 이하 "TDOA"라 칭함), 위성 위치 확인 시스템(Global Positioning System: GPS), GPS 지원 측위 (Assisted GPS: 이하 "A-GPS"라 칭함) 등이 있다. 상기 GPS나 상기 A-GPS 기술이 가장 좋은 정확도를 갖기 때문에 LDT 기술로 가장 많이 쓰이고 있다. 하지만, 최소한 네 개의 GPS 위성이 필요하므로 네 개의 위성이 지원되지 않는 음영지역에서는 TDOA나 셀 ID 기술 등을 이용하는 하이브리드 GPS(Hybrid GPS) 기술이 사용되고 있다. 하이브리드 GPS 기술의 경우, 원하는 서비스의 요구(requirement)나 사용자가 확보할 수 있는 기지국의 수 등에 따라서 GPS 이외의 사용 가능한 기술들이 결정된다.
사용자의 위치 추정시, GPS 수신기가 제공되지 않거나 하이브리드 GPS의 경우 GPS 음영지역에서 주로 사용되는 LDT 기술이 TDOA이다. 상기 TDOA를 사용하여 위치추정을 할 때 세 개 이상의 기지국으로부터 신호가 수신되어야 하는데, 기지국과 단말의 동기가 필요한 TOA와는 다르게 기지국끼리의 동기들만이 필요하므로 Non-GPS LDT 기술들 중에 TDOA가 선호되고 있다. 상기 TDOA는 수신된 신호들로부터 두 개 이상의 쌍곡선을 얻게 되고, 이들 곡선들의 교점을 이용하여 사용자의 위치를 추정하게 된다. 이때, 위치를 구하기 위한 식들은 비선형방정식의 집합을 이루게 되는데, 이러한 복잡한 식을 대수적으로 정리한 팡(Fang) 이나 첸(Chan)의 수식을 사용한다. Fang이나 Chan이 제시한 방법들을 이용하여 교점을 구하는 방법은 이차방정식을 푸는 것으로 근들은 중근, 두 개의 실근, 두 개의 허근의 세 가지 경우가 된다. 중근일 경우 단말기의 명확한 위치를 추정할 수 있으나, 두 실근인 경우에는 위치추정 해의 모호성이 존재하고, 두 허근의 경우에는 위치추정 자체가 불가능한 문제점이 있다.
이동통신 시스템에서 TDOA를 이용하여 사용자의 위치추정을 할 시, 두 곡선의 다수개의 교점이 존재하는, 또는 교점이 존재하지 않는 경우에 야기되는 위치추정 오차를 줄이기 위한 방법 및 장치를 제안하여 상기 문제점을 해결하고자 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 방법에 있어서, 적어도 두 개 이상의 기지국으로부터 제 1 프리앰블 신호를 수신하는 과정과, 상기 프리앰블 신호를 이용하여 상기 적어도 두 개 이상의 기지국 중 특정 기지국을 기준으로 정하고 다른 기지국들로부터 송신된 상기 프리앰블 신호의 도착 시간 차(Time Difference Of Arrival: TDOA)를 계산하는 과정과, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 구하는 과정과, 상기 해에 참값 여부에 따라 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 장치에 있어서,적어도 두 개 이상의 기지국으로부터 제 1 프리앰블 신호를 수신하는 수신부와, 상기 프리앰블 신호를 이용하여 상기 적어도 두 개 이상의 기지국 중 특정 기지국을 기준으 로 정하고 다른 기지국들로부터 송신된 상기 프리앰블 신호의 도착 시간 차(Time Difference Of Arrival: TDOA)를 계산하는 시간지연 측정기와, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 구하는 근 판단부와, 상기 해에 참값 여부에 따라 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 위치 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 이동통신 시스템에서 TDOA를 이용하여 사용자의 위치추정을 할 시, 중근, 두 개의 실근, 두 개의 허근이 존재할 경우를 고려함으로써, 두 개의 실근인 경우, 위치추정의 모호성을 제거할 수 있고, 두 개의 허근인 경우, 위치추정을 할 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명은 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 향상된 도착시간 차이(Time Difference of Arrival: TDOA)를 이용한 측위 기술(Location Detection Technology: LDT)을 위한 신호의 프레임 구조의 한 예를 도시하고 있다.
본 발명에서는 주기적으로 프리앰블(100) 또는 파일럿 신호(도시하지 않음)가 전송되고, 상기 프리앰블(100) 다음에 트래픽 데이터(102)가 할당되어 전송되는 프레임구조를 고려한다.
도 2(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 방법을 도시하고 있다.
상기 도 2(a)를 참조하면, 단말은 200 단계에서 서빙 기지국을 포함한 해당 인접 기지국들의 위치좌표를 확인한다. 상기 각 기지국들의 위치좌표는 기설정된 좌표로 상기 단말이 미리 알 수 있거나, 상기 각 기지국으로부터 좌표를 수신할 수 있다.
이후, 상기 단말은 202 단계에서 상기 서빙 기지국을 포함한 해당 인접 기지국들로부터 제 1 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신한다. 여기서, 제 1 프리앰블 혹은 파일럿 신호는 상기 단말이 위치추정을 하기 위해 초기에 수신한 신호로 칭한 다. 이때, 상기 단말은 상기 제 1 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 수신해야 한다.
이후, 상기 단말은 204 단계에서 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착시간 차를 구한다. 여기서, 세 개 이상의 기지국으로부터 주기적으로 수신된 프리앰블이나 파일럿 신호들의 상관(correlation)을 계산하여 TDOA를 구할 수 있다. 예를 들어, 세 개의 기지국을 고려할 시 서빙 기지국(R1)을 기준으로 인접 기지국 R2과 상관을 통해 시간지연 차를 구하고, 서빙 기지국(R1)을 기준으로 인접 기지국 R3과 상관을 통해 시간지연 차를 구한다.
이후, 상기 단말은 206 단계에서 각 기지국들의 좌표와 구해진 시간차 들을 이용하여 단말 위치추정에 대한 근(x,y)을 구하기 위한 두 개 이상의 쌍곡선을 구한 후 근에 따라 위치추정 값을 결정한다. 각 쌍곡선은 하기 <수학식 1>같이 주어진다.
Figure 112007091333820-PAT00001
여기서, Ri ,1은 기준 기지국(예: 서빙 기지국)과 i번째 기지국으로부터의 단말 간 거리 차이고, c는 신호전파속도, di , 1는 기준 기지국과 i번째 기지국 사이의 TDOA이고, Ri는 i번째 기지국과 단말 사이의 거리, R1은 기준 기지국과 단말 사이의 거리, (Xi, Yi)는 i번째 기지국의 좌표이고, (x,y)는 구하고자 하는 단말의 위치좌표이다.
결국, 사용자 단말의 위치는 2개 이상의 쌍곡선들의 교점을 구해서 얻을 수 있다. 상기 <수학식 1>은 비선형 2차 방정식이므로 해를 얻기가 매우 어렵다. 이러한 비선형 문제점은 테일러 시리즈(Taylor-Series) 방식을 이용하여 선형화시킬 수 있지만, 상기 테일러 시리즈를 사용할 경우 선형화에 따른 큰 위치추정 오차가 발생할 수 있다. 이러한 선형화 오차를 줄이기 위해서 Fang이 대수적으로 정리한 식이나, Chan이 정리한 식을 TDOA 위치추정을 위하여 주로 사용한다. Fang이나 Chan이 제안한 식은 이차 방정식을 푸는 것으로, 계산된 해는 하나의 중근, 두 개의 실근, 두 개의 허근, 세 경우 중 해를 갖게 된다. 여기서, 하나의 중근을 갖는 경우는 명확한 위치추정이 가능하다. 하지만 두 개의 실근을 갖는 경우는 두 근에 의한 모호성이 존재하며, 두 개의 허근을 갖는 경우는 위치추정이 불가능하다. 본 발명에서 이러한 문제점을 해결하기 위해 구해진 해에 따라 각 경우에 해당되는 프로세스를 수행한다. 상기 프로세서 수행은 하기 도 2 (b)에서 설명하기로 한다.
도 2 (b)는 본 발명에 따른 상기 도 2(a)에서 구해진 단말의 위치좌표에 대한 해에 따라 위치를 추정하는 절차를 도시하고 있다.
두 개의 측정된 TDOA를 사용하여 계산된 위치추정을 위한 해가 한 개의 중근이 경우, 두 개의 TDOA에 대한 곡선들의 교점은 하나이고, 사용자 단말의 위치추정 이 가능하다(도시하지 않음).
상기 도 2 (b)를 참조하면, 단말은 201 단계에서 두 개의 측정된 TDOA를 사용하여 계산된 위치추정을 위한 해가 두 개의 실근이 경우, 203 단계로 진행하여, 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신한다. 상기 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호는 상기 제 1 프리앰블 혹은 파일럿 신호 다음에 수신되는 신호로 칭한다. 그리고, 상기 단말은 205 단계에서 상기 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 이용하여 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착시간 차를 구한다.
다시 말해, 계산된 위치추정을 위한 해가 두 개의 실근이 경우, 두 개의 TDOA에 의한 교점은 두 개이고, 위치추정을 위한 모호성이 존재하게 된다. 모호성을 제거하기 위하여, 다음 프레임의 프리앰블이나 파일럿의 신호를 수신할 때 까지 위치추정 절차를 중지하고, 다음 프레임의 프리앰블이나 파일럿의 신호로 새로운 두 개의 TDOA 값을 구할 때까지 기다린다.
이후, 상기 단말은 207 단계에서 상기 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호에 의한 도착시간 차를 이용하여 구한 단말 위치추정에 대한 근(x,y)이 중근인 경우 208 단계로 진행하여 새로 구해진 중근을 단말의 위치추정 값으로 결정한다.
만약, 상기 207 단계에서 중근이 아닐 시 상기 209 단계로 진행하여 새로운 근이 두 개의 실근인지를 확인하여, 두 개의 실근인 경우 211 단계로 진행하여 새로 구한 두 개의 실근을 이전에 구한 두 개의 실근들과 각각 비교를 한다.그리고, 213 단계에서 각 대응되는 교점들 사이의 거리가 가까운 경우를 선택하고, 214, 215 단계에서 그 선택된 교점들 중에서 새로 구한 교점을 사용자의 위치로 추정한다.
도 3 (a)은 본 발명에 따른 새로 구해진 해가 두 개 실근이고, 이전 구한 해도 두 개의 실근일 때 단말의 위치추정 예를 도시하고 있다.
예를 들어, 초기에 첫 번째 기지국과 l 번째 기지국에 대한 곡선(
Figure 112007091333820-PAT00002
)(306)을 , 첫 번째 기지국과 k 번째 기지국에 대한 곡선(
Figure 112007091333820-PAT00003
)(306), 다음 프레임의 프리앰블 혹은 파일럿 신호에 의해 구해진 첫 번째 기지국과 l번째 기지국에 대한 곡선(
Figure 112007091333820-PAT00004
)(304), 첫 번째 기지국과 k번째 기지국에 대한 곡선(
Figure 112007091333820-PAT00005
)(304)을 보여주고 있다. 또한,
Figure 112007091333820-PAT00006
과
Figure 112007091333820-PAT00007
에 대한 교점을
Figure 112007091333820-PAT00008
(308)과
Figure 112007091333820-PAT00009
(312)라고 하고,
Figure 112007091333820-PAT00010
과
Figure 112007091333820-PAT00011
에 대한 교점을
Figure 112007091333820-PAT00012
(310)과
Figure 112007091333820-PAT00013
(314)라고 하자. 여기서,
Figure 112007091333820-PAT00014
와
Figure 112007091333820-PAT00015
를 구한 후,
Figure 112007091333820-PAT00016
인 경우
Figure 112007091333820-PAT00017
의 좌표를 단말의 위치로 추정하고,
Figure 112007091333820-PAT00018
인 경우,
Figure 112007091333820-PAT00019
의 좌표를 단말의 위치로 추정한다. 상기 도 3 (a)에서 단말의 위치는
Figure 112007091333820-PAT00020
의 좌표로 선택될 것이다.
만약, 상기 209 단계에서 새로운 근이 두 개의 실근이 아닌 허근일 경우, 223 단계로 진행하여 실근을 갖는 곡선(이전 곡선)과 허근을 갖는 곡선(새로운 곡선)들 사이의 교차점을 구한다. 그리고, 상기 단말은 225 단계에서 각 교차점들과 실근을 갖는 곡선 사이의 거리를 계산한다. 이후, 227 단계에서 계산된 거리들 중 작은 값을 찾아 해당되는
Figure 112007091333820-PAT00021
혹은
Figure 112007091333820-PAT00022
의 좌표를 단말의 위치로 추정한다.
도 3 (b)은 본 발명에 따른 새로 구해진 해가 두 개 실근이고, 이전 구한 해가 두 개의 허근일 때 단말의 위치추정 예를 도시하고 있다.
상기 도 3(b)을 참조하면,
Figure 112007091333820-PAT00023
과
Figure 112007091333820-PAT00024
의 교점들과
Figure 112007091333820-PAT00025
과
Figure 112007091333820-PAT00026
의 교점들(y1(305), y2(307), s1(309), s2(311))을 구한다. 이때 최대 가능한 교점의 수는 네 개이다. 본 발명의 예에서는 네 개의 교점일 경우에 대해 설명을 한다.
Figure 112007091333820-PAT00027
(301)에 대응하는 두 개의 교점을 y1(305)(
Figure 112007091333820-PAT00028
와
Figure 112007091333820-PAT00029
의 두 교점 중 한 교점), y2(307)(
Figure 112007091333820-PAT00030
와
Figure 112007091333820-PAT00031
의 두 교점 중 한 교점)라고 하고,
Figure 112007091333820-PAT00032
에 대응하는 두 개의 교점을 s1(309)(
Figure 112007091333820-PAT00033
와
Figure 112007091333820-PAT00034
의 두 교점 중 한 교점), s2(311)(
Figure 112007091333820-PAT00035
와
Figure 112007091333820-PAT00036
의 두 교점 중 한 교점)라고 하면, 각각에 대한 거리들은
Figure 112007091333820-PAT00037
,
Figure 112007091333820-PAT00038
,
Figure 112007091333820-PAT00039
,
Figure 112007091333820-PAT00040
로 각각 주어진다. 이 거리 중 가장 작은 값을 찾아 거기에 해당되는
Figure 112007091333820-PAT00041
(301)이나
Figure 112007091333820-PAT00042
(303)의 좌표를 사용자의 좌표로 추정한다.
만약, 초기 구해진 두 개의 곡선들과 나중에 구해진 곡선들 사이의 교점들이 존재하지 않을 경우에는 다시 그 다음 프레임의 제 3 프리앰블이나 파일럿신호를 사용하여 구한 TDOA를 이용하여 201 단계 내지 215 단계 또는 223 단계 내지 227 단계의 절차를 반복한다. 즉, 이 단계는 최초에 구한 두 개의 곡선들과의 교점이 존재하는 두 개의 곡선들을 구할 때까지 반복된다(실질적으로는 이러한 경우는 거 의 존재하지 않고, 두 샘플의 프리앰블이나 파일럿 신호를 사용하면 대부분 명확한 단말의 위치를 추정할 수 있음).
반면, 상기 201 단계에서 두 개의 측정된 TDOA를 사용하여 계산된 위치추정을 위한 해가 두 개의 실근이 아닌 경우(허근인 경우), 217 단계로 진행하여 다음 프레임의 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 이용하여 TDOA을 측정한다. 이후, 단말은 219 단계에서 측정한 TDOA에 대해서 쌍곡선들이 교차점이 존재할 때까지 또는 새로운 곡선에 대한 교점이 존재할 때까지 상기 217 단계를 반복한다. 다시 말해, 두 개의 쌍곡선 방정식에 대한 교점이 없는 경우 사용자의 위치추정이 불가능하다. 따라서, 이 경우 상기 217 단계에서 구한 TDOA에 대해서 두 개의 교점을 갖는 두 개의 TDOA에 의한 곡선들을 얻을 때까지(도 4(a) 참조, 혹은 도 4(b) 참조), 또는 초기 TDOA에 의한 곡선과 새로운 TDOA에 의한 곡선과의 교점들이 존재할 때까지 프리앰블이나 파일럿 신호를 이용하여 TDOA를 측정하는 절차를 계속한다(도 4(b) 참조, 혹은 도 4(c) 참조)). 여기서, 새로운 TDOA에 대한 곡선에서 중근이 나오게 되면 새로운 근이 단말의 위치추정 좌표가 된다(도시하지 않음).
이후, 상기 단말은 221 단계에서 새로운 두 개의 TDOA에 의한 곡선들에 대해 두 개의 실근이 존재하고 교점이 존재하지 않을 경우 상기 203 단계 내지 상기 215 단계를 수행한다. 반면, 새로운 두 개의 TDOA에 의한 곡선들에 대해 두 개의 실근이 존재하고 교점이 존재하는 경우, 상기 223 단계 내지 상기 227 단계를 수행한다.
여기서, 여러 경우에 대한 해결방법(도 4(a), (b), (c))은 다음과 같이 정리 할 수 있다.
먼저, 이전 두 개의 TDOA에 대해 허근이 나오고 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 한 개의 중근인 경우, 이 새로운 근이 단말의 위치추정 값이 된다.(도시 하지 않음)
두 번째, 이전 두 개의 TDOA에 대해 허근이 나오고 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개의 실근인 경우, 하지만 이전의 두 개의 TDOA와 새로운 두 개의 TDOA의 교점이 없는 경우(상기 도 4 (a) 참조)에, 이전의 두 개의 TDOA는 무시하고, 새로운 두 개의 TDOA를 구한 것을 기준 시점으로 하여 상기 203 단계 내지 상기 215 단계를 통해 단말의 위치를 추정한다.
이전 두 개의 TDOA에 대해 허근이 나오고 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개의 실근인 경우, 그리고, 이전의 두 개의 TDOA와 새로운 두 개의 TDOA의 교점이 존재하는 경우(상기 도 4 (b) 참조)에, 상기 223 단계 내지 상기 227 단계를 수행한다. 이 경우는 상기 도 3 (b)의 경우와 유사하다. 예를 들어, 각각
Figure 112007091333820-PAT00043
,
Figure 112007091333820-PAT00044
,
Figure 112007091333820-PAT00045
,
Figure 112007091333820-PAT00046
에 대한 거리를 구하여, 이 거리 중 가장 작은 값을 찾아 해당하는 해당되는
Figure 112007091333820-PAT00047
(405)이나
Figure 112007091333820-PAT00048
(407)의 좌표를 사용자의 좌표로 추정한다.
마지막으로, 이전 두 개의 TDOA에 대해 허근이 나오고 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개의 허근인 경우, 하지만 교점이 존재하는 경우(도 4(c) 참조), y1(432)와 s1(434)의 근으로 이루어진 곡선(436)과 상기 203 단계 내지 205 단 계에서 새롭게 생성된 곡선을 이용하여 상기 211 단계 내지 215 단계를 수행한다.(상기 도 2(b)에 도시 하지 않음)
이후, 본 발명의 위치추정 절차를 종료한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 장치를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참조하면, 수신부(501)는 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 1 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신한다. 시간지연 측정기(503)는 상기 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 이용하여 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차(Time Difference Of Arrival: TDOA)를 계산한다. 근 판단부(505)는 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 첫 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 구한다. 위치 판단부(511)는 상기 해에 따라서 상기 단말의 위치좌표를 추정한다.
예를 들어, 상기 해가 상기 중근인 경우, 단말의 위치추정 값은 중근이 된다. 상기 해가 두 개의 실근인 경우, 상기 수신부(501)를 통해 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하고, 상기 시간지연 측정기(503)는 상기 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 이용하여 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차(Time Difference Of Arrival: TDOA)를 계산한다. 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개 실근인 경우 초기 두 개의 실근과 새로운 두 개의 실근들과의 각각의 거리를 비교하여(거리 계산부(509)) 두 근 사이의 거리가 가까운 경우를 선택하고 그 선택된 근을 단말의 위치로 추정한다(도 3(a) 참조). 상기 해가 두 개의 실근인 경우, 다음 프레임에 대한 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하여 TDOA를 계산한 후 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개 허근인 경우, 상기 교차점 확인부(507)는 실근을 갖는 곡선(이전 곡선)과 허근을 갖는 곡선(새로운 곡선)들 사이의 교차점을 구한다. 그리고, 상기 거리 계산부(509)는 각 교차점들과 실근을 갖는 곡선 사이의 거리를 계산한다. 이후, 위치 판단부(511)는 계산된 거리들 중 작은 값을 찾아 해당되는 좌표를 단말의 위치로 추정한다(도 3(b) 참조).
초기 해가 두 개의 허근인 경우, 두 개의 곡선 방정식에 대한 교점이 없는 경우 사용자의 위치추정이 불가능하다. 따라서, 이 경우 새로운 TDOA에 대해서 두 개의 교점을 갖는 두 개의 TDOA에 의한 곡선들을 얻을 때까지(도 4(a) 참조, 혹은 도 4(b) 참조), 또는 초기 TDOA에 의한 곡선과 새로운 TDOA에 의한 곡선과의 교점들이 존재할 때까지 프리앰블이나 파일럿 신호를 이용하여 TDOA를 측정하는 절차를 계속한다(도 4(b) 참조, 혹은 도 4(c) 참조)).
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 향상된 도착시간 차이(Time Difference of Arrival: TDOA)를 이용한 측위 기술(Location Detection Technology: LDT)을 위한 신호의 프레임 구조,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 흐름도,
도 3 (a)은 본 발명에 따른 새로 구해진 해가 두 개 실근이고, 이전 구한 해도 두 개의 실근일 때 단말의 위치추정 예시도,
도 3 (b)은 본 발명에 따른 새로 구해진 해가 두 개 실근이고, 이전 구한 해가 두 개의 허근일 때 단말의 위치추정 예시도,
도 4(a)는 이전 두 개의 TDOA에 대해 허근이 나오고 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개의 실근인 경우, 하지만 이전의 두 개의 TDOA와 새로운 두 개의 TDOA의 교점이 없는 경우의 단말의 위치추정 예시도,
도 4(b)는 이전 두 개의 TDOA에 대해 허근이 나오고 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개의 실근인 경우, 그리고, 이전의 두 개의 TDOA와 새로운 두 개의 TDOA의 교점이 존재하는 경우의 단말의 위치추정 예시도,
도 4(c)는 이전 두 개의 TDOA에 대해 허근이 나오고 새로운 두 개의 TDOA의 교점의 해가 두 개의 허근인 경우, 하지만 교점이 존재하는 경우의 단말의 위치추정 예시도 및,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서 비스를 지원하기 위한 위치추정 장치도.

Claims (24)

  1. 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 방법에 있어서,
    적어도 두 개 이상의 기지국으로부터 제 1 프리앰블 신호를 수신하는 과정과,
    상기 프리앰블 신호를 이용하여 상기 적어도 두 개 이상의 기지국 중 특정 기지국을 기준으로 정하고 다른 기지국들로부터 송신된 상기 프리앰블 신호의 도착 시간 차(Time Difference Of Arrival: TDOA)를 계산하는 과정과,
    상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 구하는 과정과,
    상기 해에 참값 여부에 따라 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단말 위치좌표에 대한 해는 적어도 두 개 이상의 쌍곡선으로 나타나며 하기 <수학식 2>인 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
    Figure 112007091333820-PAT00049
    여기서, Ri ,1은 기준 기지국(예: 서빙 기지국)과 i번째 기지국으로부터의 단말 간 거리 차이고, c는 신호전파속도, di , 1는 기준 기지국과 i번째 기지국 사이의 TDOA이고, Ri는 i번째 기지국과 단말 사이의 거리, R1은 기준 기지국과 단말 사이의 거리, (Xi, Yi)는 i번째 기지국의 좌표이고, (x,y)는 구하고자 하는 단말의 위치좌표임.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 해에 따라서 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 과정은
    상기 해가 중근일 경우, 중근을 단말의 위치추정 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 해에 따라서 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 과정은
    상기 해가 두 개의 실근(λ1, μ1)일 경우, 적어도 세 개 이상의 기지국으로 부터 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하여 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차를 다시 계산하고, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 두 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하는 과정과,
    상기 다시 구한 해가 두 개의 실근(λ2, μ2)일 경우,
    Figure 112007091333820-PAT00050
    이고
    Figure 112007091333820-PAT00051
    일때,
    Figure 112007091333820-PAT00052
    인 경우
    Figure 112007091333820-PAT00053
    를 단말의 위치로 추정하고,
    Figure 112007091333820-PAT00054
    인 경우,
    Figure 112007091333820-PAT00055
    를 단말의 위치로 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다시 구한 해가 중근일 경우, 상기 중근에 해당하는 교점을 단말의 위치추정 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 다시 구한 해가 두 개의 허근일 경우, 첫 번째 관계식으로부터 곡선과 상기 두 번째 관계식으로부터의 곡선이 교차하는 점들을 구하고, 상기 각각의 교차점들과 상기 첫 번째 관계식에서 구한 두 개의 실근(λ1, μ1)과의 거리를 비교하여 가장 작은 거리에 해당하는 λ1 또는 μ1을 단말의 위치추정 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 해에 따라서 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 과정은
    상기 해가 두 개의 허근일 경우, 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하여 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차를 다시 계산하고, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 두 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하되, 상기 첫 번째 관계식에서의 두 개 곡선과 두 번째 관계식에서의 두 개 곡선이 교점이 존재하거나 또는 두 번째 관계식으로부터 해가 중근 혹은 두 개의 실근이 존재하는 경우인 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 두 번째 관계식에서 두 개의 실근이 구해지고 상기 첫 번째 관계식에서의 두 개 곡선과 두 번째 관계식에서의 두 개 곡선이 교점이 없는 경우, 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 3 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하여 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차를 다시 계산하고, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 세 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 두 번째 관계식에서 두 개의 실근이 구해지고 상기 첫 번째 관계식에서의 두 개 곡선과 두 번째 관계식에서의 두 개 곡선이 교점이 있는 경우, 상기 각각의 교차점들과 상기 두 번째 관계식에서 구한 두 개의 실근(λ2, μ2)과의 거리를 비교하여 가장 작은 거리에 해당하는 λ2 또는 μ2을 단말의 위치추정 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 두 번째 관계식에서 두 개의 허근이 구해지고 첫 번째 관계식에서의 곡선과 상기 두 번째 관계식에서의 곡선이 교차할 시, 상기 두 개의 교점으로 하는 제 3 관계식을 구하고,
    적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 3 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하여 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차를 다시 계산 하고, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 네 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 다시 구한 해가 중근일 경우, 상기 중근에 해당하는 교점을 단말의 위치추정 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 프리앰블 신호는 파일롯 신호인 것을 특징으로 하는 상기 위치추정 방법.
  13. 이동통신 시스템에서 단말의 위치기반 서비스를 지원하기 위한 위치추정 장치에 있어서,
    적어도 두 개 이상의 기지국으로부터 제 1 프리앰블 신호를 수신하는 수신부와,
    상기 프리앰블 신호를 이용하여 상기 적어도 두 개 이상의 기지국 중 특정 기지국을 기준으로 정하고 다른 기지국들로부터 송신된 상기 프리앰블 신호의 도착 시간 차(Time Difference Of Arrival: TDOA)를 계산하는 시간지연 측정기와,
    상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 구하는 근 판단부와,
    상기 해에 참값 여부에 따라 상기 단말의 위치좌표를 추정하는 위치 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  14. 제 14항에 있어서,
    상기 단말 위치좌표에 대한 해는 적어도 두 개 이상의 쌍곡선으로 나타나며 하기 <수학식 3>인 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
    Figure 112007091333820-PAT00056
    여기서, Ri ,1은 기준 기지국(예: 서빙 기지국)과 i번째 기지국으로부터의 단말 간 거리 차이고, c는 신호전파속도, di , 1는 기준 기지국과 i번째 기지국 사이의 TDOA이고, Ri는 i번째 기지국과 단말 사이의 거리, R1은 기준 기지국과 단말 사이의 거리, (Xi, Yi)는 i번째 기지국의 좌표이고, (x,y)는 구하고자 하는 단말의 위치좌표임.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 위치 판단부는
    상기 해가 중근일 경우, 적어도 두 개 이상의 곡선들의 교점을 단말의 위치추정 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 해가 두 개의 실근(λ1, μ1)일 경우, 상기 수신부는 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하고,
    상기 시간지연 측정기는 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차를 다시 계산하고,
    상기 근 판단부는 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 두 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하고,
    상기 위치 추정부는 상기 다시 구한 해가 두 개의 실근(λ2, μ2)일 경우,
    Figure 112007091333820-PAT00057
    이고
    Figure 112007091333820-PAT00058
    일때,
    Figure 112007091333820-PAT00059
    인 경우
    Figure 112007091333820-PAT00060
    를 단말의 위치로 추정하고,
    Figure 112007091333820-PAT00061
    인 경우,
    Figure 112007091333820-PAT00062
    를 단말의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 다시 구한 해가 중근일 경우, 상기 위치 추정부는 상기 중근에 해당하는 교점을 단말의 위치추정 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 다시 구한 해가 두 개의 허근일 경우, 첫 번째 관계식으로부터 곡선과 상기 두 번째 관계식으로부터의 곡선이 교차하는 점들을 구하는 교차점 확인부와,
    상기 각각의 교차점들과 상기 첫 번째 관계식에서 구한 두 개의 실근(λ1, μ1)과의 거리를 비교하는 거리 계산부를 더 포함하고,
    상기 위치 추정부는
    가장 작은 거리에 해당하는 λ1 또는 μ1을 단말의 위치추정 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 해가 두 개의 허근일 경우, 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 2 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하고,
    상기 시간지연 측정부는 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도 착 시간 차를 다시 계산하고,
    상기 근 판단부는
    상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 두 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하고,
    상기 위치 판단부는 상기 첫 번째 관계식에서의 두 개 곡선과 두 번째 관계식에서의 두 개 곡선이 교점이 존재하거나 또는 두 번째 관계식으로부터 해가 중근 혹은 두 개의 실근이 존재하는 경우를 확인하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 두 번째 관계식에서 두 개의 실근이 구해지고 상기 첫 번째 관계식에서의 두 개 곡선과 두 번째 관계식에서의 두 개 곡선이 교점이 없는 경우, 적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 3 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하여 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차를 다시 계산하고, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 세 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 두 번째 관계식에서 두 개의 실근이 구해지고 상기 첫 번째 관계식에서의 두 개 곡선과 두 번째 관계식에서의 두 개 곡선이 교점이 있는 경우, 상기 각각의 교차점들과 상기 두 번째 관계식에서 구한 두 개의 실근(λ2, μ2)과의 거리를 비교하여 가장 작은 거리에 해당하는 λ2 또는 μ2을 단말의 위치추정 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 두 번째 관계식에서 두 개의 허근이 구해지고 첫 번째 관계식에서의 곡선과 상기 두 번째 관계식에서의 곡선이 교차할 시, 상기 두 개의 교점으로 하는 제 3 관계식을 구하고,
    적어도 세 개 이상의 기지국으로부터 제 3 프리앰블 혹은 파일럿 신호를 수신하여 상기 특정 기지국을 기준으로 다른 기지국들과의 도착 시간 차를 다시 계산하고, 상기 도착 시간 차와 상기 기지국들의 위치좌표와의 네 번째 관계식으로부터 단말 위치좌표에 대한 해를 다시 구하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 다시 구한 해가 중근일 경우, 상기 중근에 해당하는 교점을 단말의 위 치추정 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 위치추정 장치.
  24. 제 13항에 있어서,
    상기 프리앰블 신호는 파일롯 신호인 것을 특징으로 하는 상기 위치추정 장치.
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