KR20190139084A - Lte 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법에 관한 것으로서, 기준국이 이동 통신 기지국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제1 단계; 이동 통신 기지국이 LTE 통신 모듈을 구비하는 이동국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제2 단계; 및 이동국이 위치 보정 정보에 기초하여 위치 정보를 보정하는 제3 단계를 구비하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법을 제공한다.

Description

LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법{METHODN FOR POSITION CORRECTION FOR ROVER USING BASE STATION BASED ON LTE}

본 발명은 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LTE 이동 통신 기지국을 이용하여 이동국으로 위치 보정 정보를 전송할 수 있는 위치 보정 방법에 관한 것이다.

위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)은 인공 위성에 기반을 둔 전 지구적 무선 항법 시스템으로서, 위성에서 송출된 신호를 수신할 수 있는 모듈을 지닌 사용자가 언제 어디서나 자신의 위치를 결정할 수 있는 시스템이다. 본래 GNSS는 군사 목적으로 개발되었지만, 현대에 들어서는 항공, 육상, 해양, 농업, 교통 등 다양한 민간 분야에서 널리 사용되고 있다. 미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 GLONASS(Global Navigation Satellite System), 유럽의 Galileo, 중국의 BDS(Beidou Navigation Satellite System) 등 국가별, 대륙별로 GNSS를 구축하고 있다.

위성 항법 시스템(GNSS)에서 이동국은 여러 개(최소 4개 이상)의 GNSS 위성에서 제공하는 위성 신호를 이용하여 자신의 위치 정보를 획득한다. 현대에 들어 GNSS 시스템은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나, 이동국과 GNSS 위성 사이에는 위치 측정시 오차를 발생 시키는 많은 요인들이 존재한다. 위성 시간 오차, 궤도 오차, 전리층/대류층 굴절, 수신기 오차, 다중 경로, 고의 잡음 등의 원인으로 이동국은 정밀한 위치 정보 획득이 불가능하다. 이러한 오차 발생 요인을 줄이기 위한 보정 기법인 DGNSS와 RTK가 개발되었다. DGNSS 기법은 코드 기반 의사 거리(Pseudo-range)로 오차를 보정하여 정밀도를 향상하시키고, RTK 기법은 반송파 위상(Carrier phase)을 이용하여 실시간으로 1-2cm 정확도의 측위가 가능한 기법이다.

기준국(Base)은 DGNSS와 RTK 기법을 이용하여 위성으로부터 수신한 위성 신호에 의해 자신의 위치를 계산하고 사전에 알고 있는 자신의 정확한 위치와 비교하여 보정치(보정 정보)를 계산한다. 기준국은 보정 정보를 이동국으로 전송하고, 이동국은 기준국으로부터 전송된 보정 정보를 이용하여 이동국 자신의 정확한 위치를 계산할 수 있다.

DGNSS와 RTK 기법은 GNSS 수신기 1대를 사용하는 단독 기법에서 오차 요인을 줄이고, 측위 정밀도를 향상시키기 위해 개발되었다. DGNSS와 RTK 기법은 2대의 GNSS 수신기를 사용하여, 1대는 위치가 정확하게 알려진 장소에 설치하고, 이 GNSS 수신기를 기준국(reference station)이라 한다. 기준국은 위성으로부터 수신한 위성 신호로부터 자신의 위치를 계산하여 사전에 알고 있는 위치와 비교하여, 보정치(보정 정보)를 계산한다. 기준국은 이 보정 정보를 다른 GNSS 수신기인 이동국에게 전송하고, 이동국은 보정 정보를 이용하여 정밀한 위치 정보를 얻을 수 있도록 한다. DGNSS는 코드 기반 의사거리로 보정치를 계산한다. RTK는 코드 기반 의사거리로 보정치를 계산하지 않고, 반송파 위상을 이용하여 보정치를 계산한다는 차이 빼고는 DGNSS와 RTK 기법은 거의 유사하다. DGNSS 기법의 위치 정확도는 1~5m이며, RTK는 1~2cm급 위치 정확도를 갖는다.

기준국은 보정 정보를 생성하고, 국제 표준 포맷(RTCM SC-104) 형식에 따라 중파, DMB 방송망을 이용한 매체와 이동 통신망인 셀룰러, 인터넷망, 정지위성궤도 등을 이용하여 보정 정보를 이동국으로 전송할 수 있다. 보정 정보 송신 시, Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committee-103(RTCM SC-104) 포맷을 사용한다. 국내에는 8개 기관 GNSS 상시관측소(국토지리정보원, 국립해양측위정보원, 국가기상위성센터, 공간정보연구원, 우주전파센터, 서울시, 한국천문연구원, 한국지질자원연구원)가 인터넷망을 통해 GNSS 보정 정보를 전송(NTRIP, Network Transport of RTCM via Internet Protocol)하고 있다.

이동국이 실시간으로 정밀한 위치 정보를 획득하기 위해서는 보정 정보를 이용한 측위 기법인 DGPS 혹은 RTK를 사용해야 하는데, 이를 위해 전술한 바와 같이 기준국은 보정 정보를 이동국으로 전송해야 주어야 한다. 기준국이 보정 정보를 이동국으로 전송하는 방법은 중파 방송, DMB 방송, 인터넷망을 통한 방법이 알려져 있다.

도 1은 기준국에서 이동국으로 보정 정보를 전송하는 종래의 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 기준국은 보정 정보를 생성하고 이를 중파 방송, DMB 방송, 인터넷망 등을 통해 이동국으로 보정 정보를 전송한다.

중파를 이용한 보정 정보 송신 방법은 중파 방송(283.5~325kHz)을 이용해 보정 정보를 전송하는 서비스로서, 항법용 라디오 비콘 신호(Maritime Radio beacon Signal)를 방송하는 중파의 반송파에 보정 정보를 변조하여 이동국에게 방송하고, 이동국은 수신한 보정 정보를 위치 정밀도 향상에 사용한다. 그러나, 중파를 이용하는 방법은, 이동국이 중파 방송을 수신하기 위해서는 고가의 수신 장비인 비콘을 내장하고 있어야 하는 단점이 있다.

DMB 방송망을 통한 보정 정보를 전송하는 방법은, 지상파 DMB 방송망을 이용하여 보정정보를 제공하는 서비스로서, 국립해양측위정보원의 광역 지역 보정 시스템을 통해 기상 기준국의 보정 정보를 생성하여 방송사에 송신한다. 방송 4사(KBS, MBC, SBS, YTN)는 보정 정보를 수신하여 DMB 포맷으로 이동국에게 전송하고, 이동국은 이 보정 정보를 수신하여 정밀한 위치 정보 획득에 사용한다. DMB 방송 기반 보정 정보 서비스 경우, 이동국은 통신 비용에 대한 부담없이 보정 정보를 수신 할 수 있다는 장점이 있지만, DMB 방송 음영 지역에서는 서비스 활용이 제한되는 단점이 있다.

또한, 인터넷망을 통해 보정 정보를 전송하는 방법(NTRIP 시스템 기반 보정정보 송신 서비스)는 실시간 정밀 측위를 원하는 사용자가 이동 통신망 혹은 인터넷망을 통해서 NTRIP 서버에 접속하여, 실시간으로 보정 정보를 제공받을 수 있는 서비스이다. 현재 국내에서는 8개 기관(국토지리정보원, 국립해양측위정보원, 국가기상위성센터, 공간정보연구원, 우주전파센터, 서울시, 한국천문연구원, 한국지질자원연구원)의 GNSS 상시관측소에서 보정 정보를 제공하고 있다. 단점으로는 제공 기관의 사정(접속자 제한 등)에 따라 보정 정보 제공이 제한 될 수 있다. 또한, 사용자가 직접 NTRIP 시스템에 접속하여 기준국 선택, 보정 정보 포맷 설정 등을 직접 해야 하기 때문에 번거로움이 있을 뿐만 아니라, NTRIP 시스템 서버에 동시 접속자 수가 급증하게 된다면 사용자에게 보정 정보 전송을 보장할 수 없다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서 NTRIP 시스템의 서버 증설이 필수적이지만, 많은 구축, 운용, 관리 등의 비용이 발생하여, GNSS 상시관측소를 운영하는 기관에 많은 부담감을 줄 수 있다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이동 통신 기지국을 이용하여 위치 보정 정보를 이동국에게 제공할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전술한 종래의 위치 보정 정보 송신 기법에서 발생하는 한계점을 극복하기 위해서 중파 방송, DMB 방송망, 인터넷망 등으로 위치 보정 정보를 제공하지 않고, 전국에 설치된 LTE 기반 이동 통신 기지국을 활용하여 위치 보정 정보를 이동국에게 전송할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 이동 통신 기지국을 통해 위치 보정 정보를 이동국으로 전송함으로써 저렴하고 음영 지역이 거의 없으며 기준국의 시스템의 부하를 현저하게 줄일 수 있는 위치 정보 전송 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법으로서, 기준국이 이동 통신 기지국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제1 단계; 이동 통신 기지국이 LTE 통신 모듈을 구비하는 이동국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제2 단계; 및 이동국이 위치 보정 정보에 기초하여 위치 정보를 보정하는 제3 단계를 구비하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법을 제공한다.

여기에서, 상기 제2 단계는, CBS(Cell Broadcasting Service)를 통해 이동 통신 기지국이 관리하는 망 내의 모든 이동국으로 동시에 전송될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법으로서, 기준국이 이동 통신 기지국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제1 단계; 이동 통신 기지국이 LTE 통신 모듈을 구비하는 스마트 기기로 위치 보정 정보를 전송하는 제2 단계; 스마트 기기가 근거리 통신 방식에 기초하여 결합되어 있는 이동국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제3 단계; 및 이동국이 위치 보정 정보에 기초하여 위치 정보를 보정하는 제4 단계를 구비하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법을 제공한다.

또한, 상기 제2 단계는, CBS(Cell Broadcasting Service)를 통해 이동 통신 기지국이 관리하는 망 내의 모든 이동국으로 동시에 전송될 수 있다.

또한, 상기 제3 단계는, 블루투스 통신에 의해 위치 보정 정보가 전송되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 이동 통신 기지국을 이용하여 위치 보정 정보를 이동국에게 제공할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 종래의 위치 보정 정보 송신 기법에서 발생하는 한계점을 극복하기 위해서 중파 방송, DMB 방송망, 인터넷망 등으로 위치 보정 정보를 제공하지 않고, 전국에 설치된 LTE 기반 이동 통신 기지국을 활용하여 위치 보정 정보를 이동국에게 전송할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 이동 통신 기지국을 통해 위치 보정 정보를 이동국으로 전송함으로써 저렴하고 음영 지역이 거의 없으며 기준국의 시스템의 부하를 현저하게 줄일 수 있는 위치 정보 전송 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 기준국에서 이동국으로 보정 정보를 전송하는 종래의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 의한 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국(300,400,500)의 위치 보정 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 실시예에 의한 위치 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 기준국(100)은 LTE 기반 이동 통신 기지국(200, 이하 간단히 "기지국(200)"이라 한다)과 결합하여 기지국(200)으로 위치 보정 정보를 전송한다.

앞서 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 기준국(100, Reference station)은, 위성으로부터 수신한 위성 신호로부터 자신의 위치를 계산하고 사전에 알고 있는 자신의 위치와 비교하여 위치 보정 정보를 계산한다. 기준국(100)은 계산된 위치 보정 정보를 기지국(200)으로 전송한다.

기지국(200)은 LTE 이동 통신망에 포함되어 있는 종래 알려져 있는 자원을 의미하며, 기지국(200)은 자신이 관리하는 망에 속해 있는 이동국(300,400,500)에 대해 통신 서비스를 제공한다.

기지국(200)은 기준국(100)으로부터 위치 보정 정보를 수신하면 이를 망 내에 속해 있는 모든 이동국(300,400,500)으로 전송한다(Broadcastion). 이 때, 보정 정보는 CBS(Cell Broadcasting Service)를 이용하여 브로드캐스팅됨으로써 망 내의 모든 이동국(300,400,500)으로 전송될 수 있다.

여기에서, 이동국(300,400,500, Rover)은 예컨대 스마트폰과 같은 이동 통신 단말기, 네비게이션 장치 등과 같이 위치 정보에 기반한 서비스를 제공하기 위한 단말기를 의미한다.

도 2의 실시예에서는 이동국(300,400,500)은 LTE 서비스를 수행할 수 있는 LTE 통신 모듈과 GPS(Global Positioning System) 등과 같은 인공 위성에 기반을 둔 위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)을 이용하여 위성 신호를 수신할 수 있는 GNSS 모듈을 구비하는 종래 알려진 이동 통신 단말기인 것으로 한다.

이동국(300,400,500)은 기지국(200)으로부터 위치 보정 정보를 예컨대 CBS(Cell Broadcasting Service)를 통해 수신하고 수신된 위치 보정 정보에 기초하여 GNSS 모듈을 통해 수신한 위성 신호에 의한 위치 정보를 보정하여 정밀한 위치 정보를 계산한다.

도 3은 도 2의 실시예에 따른 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 우선 기준국(100)은 위성으로부터 수신한 위성 신호로부터 자신의 위치를 계산하고 사전에 알고 있는 자신의 위치와 비교하여 위치 보정 정보를 계산한다(S100).

위치 보정 정보가 계산되면, 기준국(100)은 기지국(200)으로 계산된 위치 보정 정보를 전송한다(S200).

기지국(200)은 위치 보정 정보를 수신하면, 수신된 위치 보정 정보를 망 내의 모든 이동국(300,400,500)으로 전송한다(S120,S130,S140). 이 때, 위치 보정 정보의 전송은 CBS(Cell Broadcasting Service)를 통해 모든 이동국(300,400,500)으로 동시에 전송될 수 있다.

위치 보정 정보를 수신한 이동국(300,400,500)은 이 위치 보정 정보에 기초하여 각각 자신이 수신한 위성 신호에 기초한 위치 정보를 보정하여 정밀한 위치 정보를 계산한다(S150,S160,S170).

도 4는 본 발명에 의한 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국(300,400,500)의 위치 보정 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4의 실시예는, 이동국(300,400,500)에 LTE 통신 모듈이 구비되어 있지 않은 경우에 대한 것으로서, 이러한 경우는 기지국(200)이 이동국(300,400,500)으로 직접 위치 보정 정보를 전송할 수 없다. 따라서, 기지국(200)은 LTE 통신 모듈을 구비하는 스마트 기기(600,700,800)로 위치 보정 정보를 전송하고, 스마트 기기(600,700,800)는 예컨대 블루투스(Bluetooth) 통신과 같은 근거리 통신 방식에 의해 위치 보정 정보를 이동국(300,400,500)으로 전송하는 방식을 사용한다.

따라서, 도 4의 실시예에서의 이동국(200,300,400)은 도 2의 실시예의 이동국(200,300,400)과 비교해 볼 때, LTE 통신 모듈이 구비되어 있지 않고 블루투스 통신 모듈과 같은 근거리 통신 모듈을 구비한다는 점에서 차이가 있다.

한편, 도 4의 실시예에서 스마트 기기(600,700,800)는 LTE 통신 모듈과 블루투스 통신 모듈과 같은 근거리 통신 모듈을 구비하는 스마트폰이나 태블릿 PC 등과 같은 종래 알려진 장치를 의미하는 것으로 한다.

도 5는 도 4의 실시예에 의한 위치 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 우선 기준국(100)은 위성으로부터 수신한 위성 신호로부터 자신의 위치를 계산하고 사전에 알고 있는 자신의 위치와 비교하여 위치 보정 정보를 계산한다(S200).

위치 보정 정보가 계산되면, 기준국(100)은 기지국(200)으로 계산된 위치 보정 정보를 전송한다(S210).

기지국(200)은 위치 보정 정보를 수신하면, 수신된 위치 보정 정보를 망 내의 모든 스마트 기기(600,700,800)으로 전송한다(S220). 도 5에서는 설명의 편의를 위해 스마트 기기(600)와 이동국(300)을 하나씩만 나타내었다.

이 때, 위치 보정 정보의 전송은 CBS(Cell Broadcasting Service)를 통해 모든 스마트 기기(600,700,800)으로 동시에 전송될 수 있다.

위치 보정 정보를 수신한 스마트 기기(600,700,800)은 각각 결합되어 있는 이동국(200,300,400)으로 위치 보정 정보를 전송한다(S230). 이 때 위치 보정 정보는 예컨대 블루투스 통신에 의해 전송될 수 있다.

이동국(200,300,400)은 위치 보정 정보를 수신하면, 수신된 위치 보정 정보에 기초하여 각각 자신이 수신한 위성 신호에 기초한 위치 정보를 보정하여 정밀한 위치 정보를 계산한다(S240).

한편, 상기 실시예에서 이동국(200,300,400)은 위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)으로부터 위성 신호를 수신할 수 있는 GNSS 모듈을 구비하는 것으로 하였으나, 이러한 GNSS 모듈이 없는 이동국(200,300,400)에 본 발명을 적용할 수 있다. 다만, 이 경우의 이동국(200,300,400)은 운영 시스템을 통해 직접 위성 신호에 준하는 코드 관측 정보와 반송파 위상 관측 정보를 제공받을 수 있는 기능을 구비해야 한다. 예컨대, 최근의 안드로이드 운영 체제에서는 이러한 기능이 내장되어 있다.

이러한 이동국(200,300,400)의 경우에는 GNSS 모듈 없이도 위치 정보를 획득할 수 있으며, 기지국(200)으로부터 직접 또는 스마트 기기(600,700,800)를 통해 위치 보정 정보를 수신할 수 있다.

이상에서 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며 다양한 형태의 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.

예컨대, 상기 실시예에서 스마트 기기(600,700,800)와 이동국(200,300,400)은 블루투스 방식에 의해 위치 정보를 송수신하였으나, 기타 다른 근거리 통신 방식을 사용할 수도 있을 것이다.

연구과제명: 정밀 위치 기반 응용서비스를 위한 DGPS내장 IoT 디바이스 개발 (중소벤처기업부)

본 연구는 2018년도 중소벤처기업부의 기술개발사업 지원에 의한 연구임[S2543654]

This work was supported by the Technology development Program(S2543654) funded by the Ministry of SMEs and Startups(MSS, Korea)

100...기준국
200...기지국
300,400,500...이동국
600,700,800...스마트 기기

Claims (5)

1. LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법으로서,
   기준국이 이동 통신 기지국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제1 단계;
   이동 통신 기지국이 LTE 통신 모듈을 구비하는 이동국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제2 단계; 및
   이동국이 위치 보정 정보에 기초하여 위치 정보를 보정하는 제3 단계
   를 구비하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 단계는, CBS(Cell Broadcasting Service)를 통해 이동 통신 기지국이 관리하는 망 내의 모든 이동국으로 동시에 전송되는 것을 특징으로 하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법.
   
3. LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법으로서,
   기준국이 이동 통신 기지국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제1 단계;
   이동 통신 기지국이 LTE 통신 모듈을 구비하는 스마트 기기로로 위치 보정 정보를 전송하는 제2 단계;
   스마트 기기가 근거리 통신 방식에 기초하여 결합되어 있는 이동국으로 위치 보정 정보를 전송하는 제3 단계; 및
   이동국이 위치 보정 정보에 기초하여 위치 정보를 보정하는 제4 단계
   를 구비하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2 단계는, CBS(Cell Broadcasting Service)를 통해 이동 통신 기지국이 관리하는 망 내의 모든 이동국으로 동시에 전송되는 것을 특징으로 하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 제3 단계는, 블루투스 통신에 의해 위치 보정 정보가 전송되는 것을 특징으로 하는 LTE 기반 이동 통신 기지국을 이용한 이동국의 위치 보정 방법.

Images