KR20170141366A - 열차 위치 추적 방법 - Google Patents

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KR20170141366A
KR20170141366A KR1020160074306A KR20160074306A KR20170141366A KR 20170141366 A KR20170141366 A KR 20170141366A KR 1020160074306 A KR1020160074306 A KR 1020160074306A KR 20160074306 A KR20160074306 A KR 20160074306A KR 20170141366 A KR20170141366 A KR 20170141366A
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고호정
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삼성에스디에스 주식회사
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Abstract

열차에 설치된 차상 단말장치가 기지국 중계기로부터 수신 전계 강도 측정하여 현재 열차의 위치를 높은 정확도에 따라 산정할 수 있는 열차 위치 추적 방법이 제공된다.
일 실시 예에 따르면, 열차에 설치된 차상 단말장치가 상기 열차의 진행방향에 따라 속하게 되는 셀(Cell)에 설치된 기준 기지국 중계기(Radio Unit)의 ID를 수신하는 단계, 상기 차상 단말장치가, 상기 수신한 기준 기지국 중계기의 ID를 기초로 기준 기지국 중계기의 위치(RUposition)를 확인하는 단계, 상기 차상 단말장치가, 상기 확인한 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리(dposition)를 산정하는 단계 및 상기 차상 단말장치가, 하기 수학식
Figure pat00013
에 따라 상기 열차의 현재 위치(Position)를 산정하는 단계를 포함하는 열차 위치 추적 방법이 제공된다.

Description

열차 위치 추적 방법{METHOD FOR TRACKING TRAIN POSITION}
본 발명은 열차 위치 추적 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 열차에 설치된 차상 단말장치가 기지국 중계기(RU, Radio Unit)로부터 수신 전계 강도(RSSI, Received Signal Strength Indication)를 측정하여 현재 열차의 위치를 높은 정확도에 따라 산정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
LTE-R(Long Term Evolution - Railway)는 국제 이동통신 표준단체인 3GPP에서 정의한 4세대 고속 데이터 이동통신 규격인 LTE를 철도 운영에 적합하게 개발한 통신규격이며, 음성통신, 데이터, 영상전송, 열차 신호 제어 및 열차 위치 추적 등에 활용되고 있다. 국내에서는 세계 최초로 2015년부터 부산 지하철 1호선에 지난 30년간 사용하여 노후화된 VHF /TRS 기반 통신망을 LTE-R망으로 교체 구축하고 있으며, 국토교통부에서는 2025년까지 전국 철도 구간을 LTE-R로 교체할 계획을 공표하였고, 유럽 역시 2020년 상용화를 목표로 LTE-R 개발을 추진 중에 있다. 따라서 LTE-R은 이제 시작되는 사업에 해당하며, 향후 국내 및 세계 시장규모는 매우 크다고 할 수 있다.
한편, 종래 VHF /TRS 무선망에서 사용되었던 열차 위치 추적 방법은 선로의 일정 간격마다 설치된 위치 센서를 이용하였으며, 높은 정확도를 위해서는 위치 센서를 좁은 간격으로 촘촘하게 설치해야 하는바, 별도의 H/W구매, 인프라 구축 및 유지보수 비용이 많이 소비되는 문제점이 있었다. 따라서 이러한 단점들을 극복할 수 있는 LTE-R 기반의 열차 위치 추적 방법이 제안되었다.
현재 LTE-R 기반의 열차 위치 추적 방법은 기지국 중계기의 Cell ID 방법과 GPS(Global Positioning System) 방법이 사용되고 있다. 그러나 기지국 중계기의 Cell ID 방법은 셀 반경을 이용하므로 정확도가 매우 떨어지며, GPS 방법은 지하 터널이나 산악 및 계속 등과 같은 지역에서 위성과의 LOS(Line Of Sight) 환경이 확보되지 않을 경우 정상 동작이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 종래 VHF /TRS 무선망의 열차 위치 추적 방법의 문제점을 해결할 수 있음과 동시에 현재 LTE-R 기반의 열차 위치 추적 방법인 기지국 중계기의 Cell ID 방법과 GPS(Global Positioning System) 방법의 문제점을 해결할 수 있는 새롭고 진보적인 열차 위치 추적 방법이 요구된다.
대한민국 공개 특허 제10-2010-0030424호(2010.03.18)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 별도의 H/W구매, 인프라 구축 및 유지보수 비용이 필요 없는 열차 위치 추적 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 열차의 현재 위치에 대하여 오차 범위를 획기적으로 줄일 수 있는 열차 위치 추적 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 지하 터널이나 산악 및 계속 등과 같은 지역에서도 정상 동작이 가능한 열차 위치 추적 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법은, 열차에 설치된 차상 단말장치가 상기 열차의 진행방향에 따라 속하게 되는 셀(Cell)에 설치된 기준 기지국 중계기(Radio Unit)의 ID를 수신하는 단계, 상기 차상 단말장치가, 상기 수신한 기준 기지국 중계기의 ID를 기초로 기준 기지국 중계기의 위치(RUposition)를 확인하는 단계, 상기 차상 단말장치가, 상기 확인한 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리(dposition)를 산정하는 단계 및 상기 차상 단말장치가, 하기 수학식 (1)에 따라 상기 열차의 현재 위치(Position)를 산정하는 단계를 포함한다.
수학식 (1):
Figure pat00001
일 실시 예에 따르면, 상기 기준 기지국 중계기의 ID를 수신하는 단계는, 상기 차상 단말장치가 상기 기준 기지국 중계기에 대한 수신 전계 강도(RSSI, Received Signal Strength Indication)를 측정하는 단계를 더 포함하며, 상기 수평 거리를 산정하는 단계는, 하기 수학식 (2)에 따라 전파경로손실(Radio Transmission Path Loss)을 산정하는 단계를 더 포함하여 상기 수평 거리를 산정할 수 있다.
수학식(2):
Figure pat00002
(여기서, PTx는 송신전력, LossTx는 송신단 케이블 및 커넥터의 손실, GainTx는 송신 안테나의 이득, GainRx는 수신 안테나의 이득, LossRx는 수신단 케이블 및 커넥터의 손실, Fading Margin은 페이딩에 대한 추가 여유값, Interference Margin은 간섭에 대한 추가 여유값)
일 실시 예에 따르면, 상기 수평 거리를 산정하는 단계는, 상기 전파경로손실을 산정하는 단계 이후에, 하기 수학식 (3)에 따라 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 대각선 거리(dPath Loss)를 산정하는 단계를 더 포함하여 상기 수평 거리를 산정할 수 있다.
수학식 (3):
Figure pat00003
(여기서, c는 빛의 속도, f는 무선망의 사용 주파수, σ는 전파경로 손실의 표준 편차, n은 전파경로 손실의 감쇄 지수)
일 실시 예에 따르면, 상기 수평 거리를 산정하는 단계는, 상기 수평 거리를 산정하는 단계는, 상기 대각선 거리를 산정하는 단계 이후에, 하기 수학식 (4)에 따라, 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리(dposition)를 산정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
수학식(4):
Figure pat00004
(여기서, h = h1 - h2, h1은 기준 기지국 중계기의 높이, h2는 열차 높이 + 차상 단말장치의 높이)
일 실시 예에 따르면, 상기 기준 기지국 중계기의 ID를 수신하는 단계는, 상기 열차가 인접하는 두 개의 셀의 중복되는 구역을 지나가게 되는 경우, 상기 두 개의 셀에 설치된 두 개의 기지국 중계기의 ID를 수신하고 수신 전계 강도를 모두 측정하며, 상기 수신한 두 개의 기지국 중계기의 ID 중에, 상기 측정한 수신 전계 강도가 기준값 이상인 어느 하나를 기준 기지국 중계기의 ID로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열차가 상기 기준 기지국 중계기와 멀어지는 경우에는 상기 수학식 (1)이 +dposition이 되고, 상기 열차가 상기 기준 기지국 중계기와 가까워지는 경우에는 상기 수학식 (1)이 -dposition이 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기준 기지국 중계기의 ID를 수신하는 단계는, 상기 차상 단말장치가 상기 기준 기지국 중계기에 대한 수신 전계 강도를 측정하는 단계를 더 포함하며, 상기 열차의 현재 위치를 산정하는 단계는, 상기 차상 단말장치가 상기 수신 전계 강도의 측정 시작 시간 및 측정 종료 시간과 상기 열차의 속도를 이용하여 산정한 상기 열차의 시간 별 이동거리에 따른 위치를 포함하는 열차 위치 추적 테이블을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열차 위치 추적 테이블은, 상기 기준 기지국 중계기의 ID, 위치, 구역, 상기 열차의 시간 별 이동거리에 따른 위치를 이용하여 산정한 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리 및 열차의 현재 위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열차의 현재 위치를 산정하는 단계 이후에, 상기 차상 단말장치가 상기 열차의 현재 위치를 재산정하는 단계를 더 포함하며, 상기 열차의 현재 위치를 재산정하는 단계는, 상기 생성된 열차 위치 추적 테이블에서 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리를 로딩하고, 로딩 된 상기 수평 거리를 이용하여 상기 수학식 (1)에 따라 열차의 현재 위치를 재산정 하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열차의 현재 위치를 산정하는 단계 이후에, 상기 차상 단말장치가, 상기 열차의 진행방향에 따라 상기 차상 단말장치에 적용되는 무선망이 변경되는 절체 중복 지점 진입 개시를 확인하는 단계, 상기 차상 단말장치가, 상기 절체 중복 지점 이후의 무선망에 적용되는 통신장치를 추가적으로 ON하는 단계, 상기 차상 단말장치가, 상기 절체 중복 지점 이전의 무선망에 적용되는 통신장치를 OFF하는 단계 및 상기 차상 단말장치가, 상기 ON한 통신장치를 통해 상기 열차의 현재 위치를 추적하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 열차의 현재 위치에 대한 오차를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 지하 터널이나 산악 및 계속 등과 같은 지역에서 위성과의 LOS(Line Of Sight) 환경이 확보되지 않더라도 정상 동작될 수 있는 효과가 있다.
또한, S/W 알고리즘만으로 동작되므로, 별도의 H/W구매, 인프라 구축 및 유지보수 비용이 필요 없는 효과가 있다.
또한, LTE-R 무선망뿐만 아니라, 종래의 VHF/TRS 무선망에도 적용될 수 있는 효과가 있다.
또한, LTE-R/VHF/TRS등과 같은 이 기종 망에서 서비스 제공을 위한 별도의 망절체 스위치 장치인 ACS(Automatic Change System)가 필요 없는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 LTE-R 무선망, 보다 구체적으로, 기지국 중계기의 Cell ID 방법에 대하여 구축된 인프라를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
도 3은 기지국 중계기 테이블을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서 기준 기지국 중계기로부터 차상 단말장치까지의 수평 거리를 산정하는 구체적인 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 기준 기지국 중계기로부터 차상 단말장치까지의 수평 거리를 산정하는데 요구되는 요소들을 시각적으로 표시한 도면이다.
도 6은 열차가 인접하는 두 개의 셀의 중복되는 구역을 지나갈 때의 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서, 열차가 두 개의 셀의 중복되는 구역을 지나갈 때 하나의 기지국 중계기 ID를 선택하는 순서도를 나타내는 도면이다.
도 8은 거리와 수신 전계 강도의 관계를 인접한 두 개의 셀에 설치된 기지국 중계기를 표시하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 열차와 기준 기지국 중계기의 거리에 따른 수신 전계 강도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서, 열차 위치 추적 테이블을 생성하여 열차의 현재 위치를 재산정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 열차 위치 추적 테이블을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서, 이 기종 망에서 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 차상 단말장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법은 종래의 VHF/TRS 무선망에서도 적용 가능하나, 이하의 설명은 LTE-R 무선망, 보다 구체적으로, 기지국 중계기의 Cell ID 방법에 대하여 구축된 인프라를 통해 수행되는 것을 전제로 한다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 LTE-R 무선망, 보다 구체적으로, 기지국 중계기의 Cell ID 방법에 대하여 구축된 인프라를 나타내는 도면이다.
기지국 중계기는 열차의 선로를 따라 일정 간격으로 설치되며, 각 기지국 중계기마다 커버할 수 있는 범위가 정해져 있다. 예를 들어, 도 1과 같이 하나의 기지국 중계기가 반경 1km 이내를 커버할 수 있으며, 이는 기지국 중계기의 성능에 따라 달라질 수 있다. 한편, 도 1은 LTE-R 무선망에 대하여 구축된 인프라이기 때문에, 기지국 중계기는 LTE-R에 적용되는 주파수를 송수신할 수 있는 기지국 중계기일 것이다.
기지국 중계기가 커버할 수 있는 범위를 셀(Cell)이라 하는바, 구체적으로, 상기 설명한 반경 1km에 포함되는 범위를 셀로 볼 수 있으며, 셀은 개별적인 ID를 갖는다. 예를 들어, 도 1과 같이 Cell ID #1, Cell ID #2 등과 같은 ID를 가질 수 있으며, Cell ID 맨 뒤에 붙는 # 및 숫자는 기지국 중계기의 ID이다. 즉, Cell ID #1은 ID가 #1인 기지국 중계기가 커버하는 셀의 ID로 볼 수 있으며, 이는 나머지 Cell ID에도 동일하게 적용될 수 있다.
기지국 중계기는 열차에 설치된 차상 단말장치(20), 보다 구체적으로 차상 단말 장치(10)의 안테나와 통신할 수 있다. 그러나 도 1에서 확인할 수 있듯이, 인접하는 두 개의 셀은 통신 흐름을 원활하게 하기 위해 서로 중복되는 구역이 존재할 수밖에 없다. 이 경우, 차상 단말장치(20)가 어떤 셀에 설치된 기지국 중계기와 통신할지 문제될 수 있으며, 이는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법의 순서도를 나타내는 도면이다. 본 실시 예는 연산 수단을 구비한 컴퓨팅 장치에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 컴퓨팅 장치는, 예를 들어, 열차에 설치된 차상 단말장치(10)일 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
우선, 열차(10)에 설치된 차상 단말장치(20) 가 열차(10)의 진행방향에 따라 속하게 되는 셀에 설치된 기준 기지국 중계기(30)의 ID를 수신한다(S210). 여기서 기준 기지국 중계기(30)는 열차가 현재 속한 셀에 설치된 기지국 중계기를 의미하며, 이하의 설명에서는 도 1과 같이 열차가 현재 Cell ID #3에 속해 있다는 실시 예를 전제로 설명하기로 하며, 따라서 기준 기지국 중계기(30)는 #3을 ID로 갖는 기지국 중계기이다.
이후, 차상 단말장치(20)는 수신한 기준 기지국 중계기(30)의 ID를 기초로 기준 기지국 중계기(30)의 위치(RUposition)를 확인한다(S220). 여기서 기준 기지국 중계기(30)의 위치는 도 3에 도시된 기지국 중계기 테이블을 통해 확인할 수 있으며, 기준 기지국 중계기(30)와 더불어 선로를 따라 설치된 모든 기지국 중계기의 위치는 인프라 구축자가 기 생성해놓은 기지국 중계기 테이블에 포함된다. 도 3에 따르면, ID가 #3인 기준 기지국 중계기(30)는 선로의 시작지점으로부터 2km지점에 위치(RUPosition)한다.
한편, 기지국 중계기 테이블은 별도의 서버(미도시)에 기 저장되어 차상 단말장치(20)와의 통신을 통해 기지국 중계기 테이블의 확인이 가능할 수도 있으나, 별도의 통신과정이 필요하므로 차상 단말장치(20)에 기 저장되어 있는 것이 바람직하다.
기준 기지국 중계기의 위치를 확인했다면, 차상 단말장치(20)는 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)을 산정한다(S230). 여기서 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)를 산정하는 것은 열차(10)의 현재 위치를 산정하기 위한 선행단계이며, 소정 단계를 포함하는바, 이하 도 4 내지 도 5를 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)을 산정하는 구체적인 단계를 나타내는 순서도이다. 그러나 이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 4에 대한 설명은 이해의 편의를 위해 기준 기지국 중계기(30) 의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)를 산정하는데 요구되는 요소들을 시각적으로 표시한 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 차상 단말장치(20)는 기준 기지국 중계기(30)에 대한 수신 전계 강도(RSSI, Received Signal Strength Indication)를 측정한다(S230-1). 여기서 수신 전계 강도란, 전파신호의 수신 강도를 나타내는 지표인바, [dBm]을 단위로 하며, 수신 강도가 강할수록 큰 값을 갖는다.
한편, 수신 전계 강도의 측정은 본 단계뿐만 아니라 상기 설명한 S210 단계에서 기준 기지국 중계기(30)의 ID를 수신함과 동시에 수행될 수도 있다.
이후, 차상 단말장치(20)는 전파경로손실(Radio Transmission Path Loss)을 산정하며(S230-2), 구체적으로 하기와 같은 수학식 (2)에 따라 산정할 수 있다.
수학식(2):
Figure pat00005
여기서, PTx는 송신전력, LossTx는 송신단 케이블 및 커넥터의 손실, GainTx는 송신 안테나의 이득이며, GainRx는 수신 안테나의 이득, LossRx는 수신단 케이블 및 커넥터의 손실, Fading Margin은 페이딩에 대한 추가 여유값, Interference Margin은 간섭에 대한 추가 여유값을 나타낸다.
구체적으로, PTx - LossTx + GainTx는 송신단인 기준 기지국 중계기(30)와 관련된 것이기 때문에 고정된 값을 갖는 것으로 볼 수 있으며, GainRx + LossRx + Fading Margin + Interference Margin은 수신단인 차상 단말장치(20)의 안테나와 관련된 것이기 때문에 마찬가지로 고정된 값을 갖는 것으로 볼 수 있다. 따라서 전파경로손실은 결국 수신 전계 강도에 따라 결정된다.
한편, 열차 내에서 LTE 휴대폰 등과 같은 사용자 단말 장치를 수신단으로 이용하는 경우, 열차의 창문투과 손실인 Penetration Loss와 인체영향에 대한 손실인 Body Loss가 고려되어야 할 것이나, 수신단이 차상 단말장치(20)인 경우 차상 단말장치(20)의 안테나는 열차 외부에 설치되므로 Penetration Loss와 Body Loss는 고려할 필요가 없다. 그러나 경우에 따라 열차 내에서 사용자 단말 장치를 수신단으로 이용하는 경우 상기 수학식 (2)의 수신단 측 식에서 Penetration Loss 및 Body Loss를 더해주면 될 것이다.
전파경로손실을 산정했다면, 차상 단말장치(20)가 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 대각선 거리(dPath Loss)를 산정한다(S230-3). 구체적으로 하기와 같은 수학식 (3)에 따라 산정할 수 있다.
수학식(3):
Figure pat00006
여기서, c는 빛의 속도, f는 무선망의 사용 주파수, σ는 전파경로 손실의 표준 편차, n은 전파경로 손실의 감쇄 지수를 나타낸다.
구체적으로, c는 고정된 값이며, σ 및 n은 전파경로손실 채널모델에 따라 고정된 값이다. 전파경로손실 채널모델 도 3에 도시된 기지국 중계기 테이블을 통해 확인할 수 있으며, 기준 기지국 중계기(30)와 더불어 선로를 따라 설치된 모든 기지국 중계기에 대한 전파경로손실 채널모델은 인프라 구축자가 기 생성해놓은 기지국 중계기 테이블에 포함된다. 예를 들어, 도 3에 따르면, ID가 #3인 기준 기지국 중계기(30)는 터널의 직선구역에 설치되어 있으므로, 차상 단말장치(20)는 Log normal Model(Straight)을 선택한다.
한편, 전파경로손실 채널모델은 구역에 따라 분류될 수 있으며, 보다 구체적으로 경로가 터널인지 야외(Outdoor)인지, 터널이라면 직선인지 곡선인지, 야외라면 대도시, 중도시, 소도시 및 산악 주변 중 어느 하나인지에 따라 다양한 전파경로손실 채널 모델이 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 터널의 곡선구역은 Log normal Model(Curve)가 적용되며, 야외의 산악 주변은 Rayleigh Model이 적용된다. 한편, 도 3의 기지국 중계기 테이블에 포함된 전파경로손실 채널모델인 Log normal Model(Straight), Log normal Model(Curve), Cost231-Hata Model(Urban), Cost231-Hata Model(Suburban), Cost231-Hata Model(Rural) 및 Rayleigh Model은 모두 공지의 전파경로손실 채널모델이며, 이와 더불어 구역에 따른 다양한 공지의 전파경로손실 채널모델이 기지국 중계기 테이블에 포함될 수 있음은 물론이다.
아울러, f는 도 1을 기준으로 설명하는 본 실시 예에서 LTE-R 무선망을 사용하기 때문에 역시 고정된 값이다. 따라서 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)의 안테나까지의 대각선 거리(dPath Loss)는 결국 전파경로손실에 따라 결정되며, 전파경로손실은 상기 S230-2 단계에서 측정한 값을 이용한다.
한편, 도 5를 참조하면, 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)의 안테나까지의 대각선 거리(dPath Loss)의 시작지점이 기준 기지국 중계기(30)의 안테나에 맞닿아 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나 이는 대부분의 기지국 중계기가 별도의 외장 안테나를 구비하고 있기 때문인 것이며, 기지국 중계기가 별도의 외장 안테나를 구비하고 있지 않고 내장형 안테나를 구비하고 있다면 시작지점은 기지국 중계기가 될 것이다. 이는 차상 단말장치(20) 역시 마찬가지이다.
기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 대각선 거리(dPath Loss)를 산정했다면, 차상 단말장치(20)가 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)를 산정한다(S230). 구체적으로 하기와 같은 수학식 (4)에 따라 산정할 수 있다.
수학식 (4):
Figure pat00007
여기서, h = h1 - h2이며, h1은 기준 기지국 중계기(30)의 높이, h2는 열차(10) 높이 + 차상 단말장치(20)의 높이를 나타낸다. 한편, 정확도를 높이기 위해 안테나의 높이까지 고려할 수 있는바, 이 경우 h1은 기준 기지국 중계기(30)의 안테나의 높이, h2는 열차(10) 높이 + 차상 단말장치(20)의 안테나의 높이가 될 것이다. 그러나 차상 단말장치(20)가 내장형 안테나를 구비하고 있는 경우 안테나의 높이는 고려할 필요가 없을 것이다.
상기 수학식 (4)를 살펴보면, 기준 기지국 중계기(30)로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)는 피타고라스 정리(Pythagorean theorem)를 이용한 것을 확인할 수 있다. 즉, 직각 삼각형에서 빗변의 제곱은 나머지 두 변 각각의 제곱의 합과 동일하기 때문에 도 5를 참조하면, 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 대각선 거리(dPath Loss)와 기준 기지국 중계기(30)의 높이에서 열차(10) 높이 + 차상 단말장치(20)의 높이를 뺀 값을 안다면, 기준 기지국 중계기(30)로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)를 알 수 있는 것이다.
이하, 다시 도 2로 돌아와 설명하도록 한다. 차상 단말장치(20)가 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리(dposition)까지 산정했다면, 차상 단말장치(20)는 열차(10)의 현재 위치(Position)을 산정한다(S240). 구체적으로 하기와 같은 수학식 (1)에 따라 산정할 수 있다.
수학식 (1):
Figure pat00008
여기서, RUposition은 상기 S220 단계에서 확인한 기준 기지국 중계기(30)의 위치이며, dposition은 상기 S230 단계에서 산정한 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리이다.
기준 기지국 중계기(30)의 위치인 RUposition을 수학식 (1)에 포함시키는 이유는 기준 기지국 중계기(30)의 위치가 항상 열차 경로의 시작지점이 아닐 수 있기 때문이다. 즉, 기준 기지국 중계기(30)가 열차 경로의 시작지점이라면 RUposition은 0이 될 것이므로 현재 열차(10)의 위치(Position)는 dposition과 동일할 것이다. 그러나, 기준 기지국 중계기(30)의 위치가 열차(10) 경로의 중간지점이라면, 현재 열차의 위치(Position)는 RUposition에 dposition을 더하거나 빼야 할 것이다. 따라서, 도 1에 도시된 실시 예에 따른다면, 열차(10)의 현재 위치(Position)는 #3을 ID로 갖는 기준 기지국 중계기(30)의 위치에 #3을 ID로 갖는 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리를 더하거나 빼면 산정할 수 있을 것이다.
상기 설명한 S240 단계의 수학식 (1)은 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리인 dposition을 기준 기지국 중계기(30)의 위치인 RUposition에 더하거나 빼는 것으로 나타나 있다. 따라서 어느 경우에 + dposition이 되는지, 어느 경우에 - dposition이 되는지 설명할 필요가 있다. 이는 도 1에 대한 설명에서 언급한 인접하는 두 개의 셀의 중복되는 구역에서 차상 단말장치(20)가 어떤 셀에 설치된 기지국 중계기와 통신할 것인 지에 대한 것이다.
도 6은 열차(10)가 인접하는 두 개의 셀의 중복되는 구역을 지나갈 때의 모습을 나타내는 도면이며, 설명의 편의상, 열차(10)의 진행방향에 따라 속하게 될 셀에 설치된 기지국 중계기의 ID를 #N, 속하지 않게 될 셀에 설치된 기지국 중계기의 ID를 #N-1로 설정하기로 한다. 이하의 설명은 도 6에 도시된 사항을 기준으로 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서, 열차(10)가 두 개의 셀의 중복되는 구역을 지나갈 때 하나의 기지국 중계기 ID를 선택하는 순서도를 나타내는 도면이며, 구체적으로 상기 S210 단계에 포함되거나 S210 단계와 S220 단계 사이에서 수행될 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의상 도 7의 각 단계들이 S210 단계에 포함되는 것을 전제로 설명하도록 한다.
그러나 이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
우선, 차상 단말장치(20)는 두 개의 셀에 설치된 두 개의 기지국 중계기의 ID를 수신하고, 수신 전계 강도를 모두 측정한다(S211-1). 기지국 중계기의 ID 수신 및 수신 전계 강도의 측정 모두 S210 단계 및 S230-1 단계와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 6에 도시된 실시 예에 따르면, 차상 단말장치(20)는 Cell ID #N인 셀에 설치된 기지국 중계기의 ID인 #N을 수신하고, 수신 전계 강도를 측정하며, Cell ID #N-1인 셀에 설치된 기지국 중계기의 ID인 #N-1을 수신하고, 수신 전계 강도를 측정한다. 기지국 중계기의 ID 수신 및 수신 전계 강도의 측정은 어느 하나가 먼저 수행될 수도 있으며 동시에 수행될 수도 있다.
이후, 차상 단말장치(20)는 수신한 두 개의 기지국 중계기의 ID 중에, 수신 전계 강도가 기준값 이상인 어느 하나를 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택한다(S211-2). 이는 도 8을 참조하면 쉽게 이해할 수 있다.
도 8은 거리와 수신 전계 강도의 관계를 인접한 두 개의 셀에 설치된 기지국 중계기를 표시하여 나타낸 그래프이다. 도 6에서 열차(10)의 진행방향에 따라 속하게 될 셀에 설치된 기지국 중계기의 ID를 #N, 속하지 않게 될 셀에 설치된 기지국 중계기의 ID를 #N-1라 설정하였으므로, 열차(10)는 진행함에 따라 ID가 #N인 기지국 중계기의 위치에 가까워지며, ID가 #N-1인 기지국 중계기의 위치와 멀어진다. 한편, 수신 전계 강도는 전파신호의 수신 강도를 나타내므로, 기지국 중계기와 가까워질수록 큰 값을 갖게 된다. 따라서, ID가 #N인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도는 거리가 증가할수록 더 증가하게 되며, ID가 #N-1인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도는 거리가 증가할수록 더 감소하게 된다.
기준값은, ID가 #N인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도와 ID가 #N-1인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도가 같아지는 수신 임계치(Threshold Level)로부터 수신 전계 강도가 일정한 차이(Gap)가 나는 값을 의미하며, 일정한 차이는 열차 주변 환경에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 임야와 같이 수신 전계 강도 측정에 지장을 주는 장애물이 없는 환경의 경우 일정한 차이를 작게 하여 기준값을 수신 임계치와 근사하게 설정할 수 있으며, 숲과 같이 수신 전계 강도 측정에 지장을 주는 장애물이 많은 환경의 경우 일정한 차이를 크게 하여 기준값을 수신 임계치와 차이 나게 설정할 수 있다.
도 8의 경우 Reference Level이 기준값이 된다. 그에 따라, ID가 #N인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도가 기준값 이상인 구간 ①에서는 ID가 #N인 기지국 중계기를 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택하며, ID가 #N-1인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도가 기준값 이상인 구간 ④에서는 ID가 #N-1인 기지국 중계기를 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택한다.
한편, ID가 #N인 기지국 중계기 및 #N-1인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도 모두가 기준값 이하인 구간에서는 어떠한 기지국 중계기의 ID를 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택할 것인지가 문제된다. 이 경우 기준값을 Reference Level이 아닌 수신 임계치로 보고 기준 기지국 중계기(30)를 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 8의 경우, 구간 ②에서는 ID가 #N인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도가 수신 임계치 이상이므로 이를 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택하고, 구간 ③에서는 ID가 #N-1인 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도가 수신 임계치 이상이므로 이를 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택할 수 있다.
상기 설명에 따라, 차상 단말장치(20)가 수신한 두 개의 기지국 중계기의 ID 중 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택되는 기지국 중계기의 ID는 결국 수신 전계 강도가 수신 임계치 이상인 기지국 중계기의 ID로 볼 수 있다. 따라서 수신 전계 강도가 수신 임계치 이상인 기지국 중계기의 ID를 기준 기지국 중계기(30)의 ID로 선택할 수도 있겠으나, 인접한 두 개의 셀에 설치된 기지국 중계기로부터 측정한 수신 전계 강도에 대한 그래프가 언제나 도 8과 같이 중간 지점을 기준으로 좌우 대칭의 모습을 나타내지 않을 수 있다. 예를 들어, 수신 임계치가 좌측 또는 우측으로 치우쳐 있을 수 있으며, 이 경우 기준값이 하나의 해결책이 될 수 있다. 기준값 설정에 의해 열차의 진행방향에 따라 실시간으로 변경되는 수신 전계 강도 및 열차 주변 환경에 따라 발생하는 수신 전계 강도의 측정 오차를 고려하여 기준 기지국 중계기(30)의 ID 선택에 정확도를 기할 수 있다.
도 9는 열차(10)와 기준 기지국 중계기(30)의 거리에 따른 수신 전계 강도를 나타낸 그래프이다.
상기 설명한 바와 같이, 수신 전계 강도는 기준 기지국 중계기(30)와 가까워질수록 큰 값을 갖게 되며, 멀어질수록 작은 값을 갖게 된다. 따라서, 기준 기지국 중계기(30)의 위치를 0으로 했을 때, 그래프의 좌측은 열차(10)가 기준 기지국 중계기(30)와 가까워지는 구간이며, 우측은 열차(10)가 기준 기지국 중계기(30)와 멀어지는 구간이다.
상기 수학식 (1)에서 열차(10)의 현재 위치는 기준 기지국 중계기(30)의 위치인 RUposition에서 기준 기지국 중계기(30)로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리인 dposition을 더하거나 빼서 산정한다고 했던바, 도 9에 따라 dposition을 더하거나 빼는 경우가 분명해질 수 있다. 즉, 수학식 (1)에서 + dposition이 되는 경우는 열차(10)가 기준 기지국 중계기의 위치와 멀어지는 구간이며, - dposition이 되는 경우는 열차(10)가 기준 기지국 중계기의 위치와 가까워지는 구간이다. 열차(10)가 기준 기지국 중계기(30)의 위치를 지나갔다면, 지나간 거리만큼 더한 값이 현재 열차의 위치이며, 열차(10)가 기준 기지국 중계기(30)의 위치에 도달하지 못했다면 남은 거리만큼 뺀 값이 현재 열차의 위치이기 때문이다.
지금까지 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서, 열차(10)의 현재 위치를 산정하는 방법 및 열차(10)가 두 개의 셀의 중복되는 구역을 지나갈 때 하나의 기지국 중계기 ID를 선택하는 방법에 대하여 설명하였으며, 이는 열차(10)가 운행되는 동안 실시간으로 반복되어 수행될 수 있다. 이를 통해 열차(10)의 현재 위치에 대한 오차를 획기적으로 줄일 수 있으며, 지하 터널이나 산악 및 계곡 등과 같은 지역에서 손실이 확보되지 않더라도 정상 동작될 수 있는 효과가 있다.
한편, 차상 단말장치(20)는 열차(10)가 운행되는 동안 필요한 데이터를 차상 단말장치(20) 또는 서버(미도시)에 모두 저장할 수 있는바, 저장된 데이터를 이용하여 이후의 운행에서 열차(10)의 현재 위치를 손쉽게 산정할 수 있다. 이는 열차 위치 추적 테이블에 대한 것인바, 이하 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서, 열차 위치 추적 테이블을 생성하여 열차의 현재 위치를 재산정하는 방법을 나타내는 순서도이다. 그러나 이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
우선, 차상 단말 장치(20)가 열차(10)의 위치를 사전 측정한다(S240'). 구체적으로 열차 전방에 설치된 카메라를 이용할 수 있는바, 카메라가 특정 기지국 중계기에 진입함을 확인함과 동시에 카메라와 연동되고 차상 단말장치(20)에 설치된 DM Tool(수신 전계 강도 측정 프로그램)이 제n(여기서 n은 양의 정수) 기지국 중계기에 대해 측정할 수 있는 수신 전계 강도의 측정 시작 시간 및 측정 종료 시간을 통해 열차(10)의 위치를 사전 측정할 수 있다. 예를 들어, 제n 기지국 중계기에 대한 수신 전계 강도의 측정 시작 시간이 t이고, 측정 종료 시간이 t+이라면, 열차의 속도에 (t+-t)를 곱한다면 열차의 시간별 이동 거리에 따른 위치를 산정할 수 있다.
이후, 사전 측정한 열차(10)의 위치를 이용하여 열차 위치 추적 테이블을 생성한다(S250). 구체적으로 시간별 측정한 수신 전계 강도에 해당 시간에 대해 산정한 열차의 이동 거리에 따른 위치를 매핑하여 열차 위치 추적 테이블을 생성할 수 있다. 여기서 열차 위치 추적 테이블은 도 11과 같이 기준 기지국 중계기(30)의 ID, 위치, 구역, 열차의 시간별 이동거리에 따른 위치를 이용하여 산정한 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리 및 열차(10)의 현재 위치를 더 포함할 수 있으며, 열차(10)의 현재 위치는 위치 자체가 열차 위치 추적 테이블에 포함되지 않고, 수학식 (1)에 대한 알고리즘이 저장되어 실시간으로 산정될 수도 있다.
열차 위치 추적 테이블이 생성된 이후에 차상 단말장치(20)는 불필요한 측정 및 산정의 단계를 거칠 필요가 없어지며, 열차(10)의 경로가 변경되거나 주변 환경이 변경되는 특별한 사정이 발생하는 경우에는 해당 구역에서만 측정을 수행하여 새로운 열차 위치 추적 테이블을 생성하면 될 것이다.
열차 위치 추적 테이블이 생성되었다면, 그 이후의 열차의 현재 위치 산정은 간편하게 수행될 수 있다. 차상 단말장치(20)는 열차 위치 추적 테이블을 생성하는 S250 단계 이후에, 열차(10)의 현재 위치를 재산정하는 단계(S260)를 수행할 수 있으며, 재산정 하는 단계는 구체적으로, 차상 단말장치(20)가 열차 위치 추적 테이블에서 기준 기지국 중계기(30)의 위치로부터 차상 단말장치(20)까지의 수평 거리를 로딩하고, 로딩된 수평 거리를 이용하여 수학식 (1)에 따라 열차(10)의 현재 위치를 재산정하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법은 종래의 VHF/TRS 무선망에도 적용될 수 있다. 이하, 도 12를 참조하여 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법에 있어서, 이 기종 망에서 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 방법을 나타내는 순서도이다. 그러나 이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
우선, 차상 단말장치(20)가 열차(10)의 진행방향에 따라 차상 단말장치(20)에 적용되는 무선망이 변경되는 절체 중복 지점 진입 개시를 확인한다(S270). 예를 들어, LTE-R 무선망에서 VHF 무선망으로 변경되거나, TRS 무선망에서 VHF 무선망으로 변경되는 경우 등을 확인할 수 있으며, 절체 중복 지점에 대한 사항은 차상 단말장치(20) 또는 서버(미도시)에 기 저장되어 있다.
이후, 차상 단말장치(20)는 절체 중복 지점 이후의 무선망에 적용되는 통신장치를 추가적으로 ON한다(S280). 예를 들어, LTE-R 무선망에서 VHF 무선망으로 변경되는 경우, 차상 단말장치(20)는 VHF 무선망에 적용되는 통신장치를 추가적으로 ON할 수 있으며, TRS 무선망에서 VHF 무선망으로 변경되는 경우, 차상 단말장치(20)는 VHF 무선망에 적용되는 통신장치를 추가적으로 ON할 수 있다.
다음으로, 차상 단말장치(20)는 절체 중복 지점 이전의 무선망에 적용되는 통신장치를 OFF한다(S290). 예를 들어, LTE-R 무선망에서 VHF 무선망으로 변경되는 경우, 차상 단말장치(20)는 LTE-R 무선망에 적용되는 통신장치를 OFF할 수 있으며, TRS 무선망에서 VHF 무선망으로 변경되는 경우, 차상 단말장치(20)는 TRS 무선망에 적용되는 통신장치를 OFF할 수 있다.
마지막으로, 차상 단말장치(20)는 상기 S280 단계에서 ON한 통신장치를 통해 열차(10)의 현재 위치를 추적하며(S295). 구체적으로 상기 S210 내지 S240 단계를 반복하여 수행한다.
상기 설명한 바와 같이, 차상 단말장치(20)는 절체 중복 지점에 진입하는 경우 이를 확인하여 절체 중복 지점 이후의 무선망에 적용되는 통신장치를 ON하므로 종래의 VHF/TRS 무선망에도 적용될 수 있으며, 무선망이 변경된다 하더라도 끊김 없는 서비스를 제공할 수 있다. 아울러, 이 기종 망에서 서비스 제공을 위한 별도의 망절체 스위치 장치인 ACS가 필요 없으므로 비용 절감의 효과까지 얻을 수 있다.
지금까지 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 차상 단말장치(20)로 구현될 수 있다. 도 13을 참조하면 이를 확인할 수 있는바, 차상 단말장치(20)는 다양한 연산을 수행하는 프로세서(21), 측정한 수신 전계 강도 및 연산 수행 결과가 저장되는 메모리(22), 기지국 중계기 및 서버(미도시)와 데이터 송수신을 위한 안테나(23) 및 메모리(22)와 연결되어 데이터 이동 통로가 되는 데이터 버스(24)를 포함할 수 있다. 중복 서술을 방지하기 위해 자세히 설명하지는 않았지만 본 발명의 일 실시 예에 따른 열차 위치 추적 방법의 기술적 특징은 차상 단말장치(20)에 모두 동일하게 적용될 수 있다.
본 명세서는 설명의 편의를 위해 모든 단계들이 차상 단말장치(20)에 의해 수행된다 설명하였지만, 보다 구체적으로는 차상 단말장치(20)가 포함하는 구성들에 의해 각 단계가 수행된다고 볼 것이다.
이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 할 것이다.
10: 열차
20: 차상 단말장치
30: 기준 기지국 중계기

Claims (10)

  1. 열차에 설치된 차상 단말장치가 상기 열차의 진행방향에 따라 속하게 되는 셀(Cell)에 설치된 기준 기지국 중계기(Radio Unit)의 ID를 수신하는 단계;
    상기 차상 단말장치가, 상기 수신한 기준 기지국 중계기의 ID를 기초로 기준 기지국 중계기의 위치(RUposition)를 확인하는 단계;
    상기 차상 단말장치가, 상기 확인한 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리(dposition)를 산정하는 단계; 및
    상기 차상 단말장치가, 하기 수학식 (1)에 따라 상기 열차의 현재 위치(Position)를 산정하는 단계;
    를 포함하는 열차 위치 추적 방법.

    수학식 (1):
    Figure pat00009
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 기지국 중계기의 ID를 수신하는 단계는,
    상기 차상 단말장치가 상기 기준 기지국 중계기에 대한 수신 전계 강도(RSSI, Received Signal Strength Indication)를 측정하는 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 수평 거리를 산정하는 단계는,
    하기 수학식 (2)에 따라 전파경로손실(Radio Transmission Path Loss)을 산정하는 단계;
    를 더 포함하여 상기 수평 거리를 산정하는,
    열차 위치 추적 방법.
    수학식 (2):
    Figure pat00010

    (여기서, PTx는 송신전력, LossTx는 송신단 케이블 및 커넥터의 손실, GainTx는 송신 안테나의 이득, GainRx는 수신 안테나의 이득, LossRx는 수신단 케이블 및 커넥터의 손실, Fading Margin은 페이딩에 대한 추가 여유값, Interference Margin은 간섭에 대한 추가 여유값)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수평 거리를 산정하는 단계는,
    상기 전파경로손실을 산정하는 단계 이후에,
    하기 수학식 (3)에 따라 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 대각선 거리(dPath Loss)를 산정하는 단계;
    를 더 포함하여 상기 수평 거리를 산정하는,
    열차 위치 추적 방법.
    수학식 (3):
    Figure pat00011

    (여기서, c는 빛의 속도, f는 무선망의 사용 주파수, σ는 전파경로 손실의 표준 편차, n은 전파경로 손실의 감쇄 지수)
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수평 거리를 산정하는 단계는,
    상기 대각선 거리를 산정하는 단계 이후에,
    하기 수학식 (4)에 따라, 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리(dposition)를 산정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    열차 위치 추적 방법.
    수학식 (4):
    Figure pat00012

    (여기서, h = h1 - h2, h1은 기준 기지국 중계기의 높이, h2는 열차 높이 + 차상 단말장치의 높이)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 기지국 중계기의 ID를 수신하는 단계는,
    상기 열차가 인접하는 두 개의 셀의 중복되는 구역을 지나가게 되는 경우,
    상기 차상 단말장치의 안테나가 상기 두 개의 셀에 설치된 두 개의 기지국 중계기의 ID를 수신하고 수신 전계 강도를 모두 측정하며, 상기 수신한 두 개의 기지국 중계기의 ID 중에, 상기 측정한 수신 전계 강도가 기준값 이상인 어느 하나를 기준 기지국 중계기의 ID로 선택하는 단계;
    를 포함하는,
    열차 위치 추적 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열차가 상기 기준 기지국 중계기의 위치와 멀어지는 경우에는 상기 수학식 (1)이 +dposition이 되고,
    상기 열차가 상기 기준 기지국 중계기의 위치와 가까워지는 경우에는 상기 수학식 (1)이 -dposition이 되는,
    열차 위치 추적 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준 기지국 중계기의 ID를 수신하는 단계는,
    상기 차상 단말장치가 상기 기준 기지국 중계기에 대한 수신 전계 강도를 측정하는 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 열차의 현재 위치를 산정하는 단계는,
    상기 차상 단말장치가
    상기 수신 전계 강도의 측정 시작 시간 및 측정 종료 시간과 상기 열차의 속도를 이용하여 산정한 상기 열차의 시간 별 이동거리에 따른 위치를 포함하는 열차 위치 추적 테이블을 생성하는 단계;
    를 더 포함하는,
    열차 위치 추적 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열차 위치 추적 테이블은,
    상기 기준 기지국 중계기의 ID, 위치, 구역, 상기 열차의 시간 별 이동거리에 따른 위치를 이용하여 산정한 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리 및 열차의 현재 위치를 더 포함하는,
    열차 위치 추적 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열차의 현재 위치를 산정하는 단계 이후에,
    상기 차상 단말장치가 상기 열차의 현재 위치를 재산정하는 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 열차의 현재 위치를 재산정하는 단계는,
    상기 생성된 열차 위치 추적 테이블에서 상기 기준 기지국 중계기의 위치로부터 상기 차상 단말장치까지의 수평 거리를 로딩하고, 로딩 된 상기 수평 거리를 이용하여 상기 수학식 (1)에 따라 열차의 현재 위치를 재산정 하는 단계;
    를 포함하는,
    열차 위치 추적 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열차의 현재 위치를 산정하는 단계 이후에,
    상기 차상 단말장치가, 상기 열차의 진행방향에 따라 상기 차상 단말장치에 적용되는 무선망이 변경되는 절체 중복 지점 진입 개시를 확인하는 단계;
    상기 차상 단말장치가, 상기 절체 중복 지점 이후의 무선망에 적용되는 통신장치를 추가적으로 ON하는 단계;
    상기 차상 단말장치가, 상기 절체 중복 지점 이전의 무선망에 적용되는 통신장치를 OFF하는 단계; 및
    상기 차상 단말장치가, 상기 ON한 통신장치를 통해 상기 열차의 현재 위치를 추적하는 단계;
    를 더 포함하는,
    열차 위치 추적 방법.
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CN113147833A (zh) * 2021-04-28 2021-07-23 西南交通大学 一种单线电气化铁路直供牵引网列车运行方向辨识方法
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