WO2013048210A2 - 셀룰러 이동통신 시스템에서 단말기의 위치 결정 방법 - Google Patents

셀룰러 이동통신 시스템에서 단말기의 위치 결정 방법 Download PDF

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김재흥
고영조
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한국전자통신연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a positioning method of a terminal, and more particularly, to a positioning method of a terminal in a heterogeneous network environment and a positioning method that enables three-dimensional positioning of the terminal. will be.
  • 3GPP which is continuously being standardized in the mobile communication field, various terminal positioning methods are considered.
  • Typical positioning methods include an Observed Time Difference of Arrival (OTDOA) method, which determines the position of a terminal using a difference in arrival times of signals received from neighboring base stations, and an AOA (Angle of Arrival) of a signal received from one base station.
  • OTDOA Observed Time Difference of Arrival
  • A-GNSS Assisted GNSS
  • enhanced Cell ID positioning methods are defined.
  • UTDOA Uplink Time Difference of Arrival
  • RF pattern matching methods are to be adopted.
  • Scenarios of cooperative multi-point transmission for 3GPP LTE include high power nodes (HPNs), such as macro base stations, and multiple low power nodes (LPNs) within the coverage of the high power nodes (e.g., pico cells connected to macro base stations or
  • HPNs high power nodes
  • LPNs low power nodes
  • the scenario includes a heterogeneous network environment in which all transmission points including RRHs (Remote Radio Heads) are all configured to have the same physical cell ID (PCI).
  • RRHs Remote Radio Heads
  • the terminal receives a signal transmitted from the base station and the RRHs (for example, a reference signal for positioning (PRS); a positioning reference signal or other reference signal) It may be difficult to determine the location of the. That is, since the terminal cannot distinguish from which base station or RRH the received signal originates, there may be a problem in applying the OTDOA type positioning method.
  • the smaller the radius of the cell the better the accuracy.
  • the radius of the cell is inferior to that of the macro cell.
  • the location determination method does not consider the altitude of the base station, and in many cases, it is assumed that the altitude of the terminal is the same as the base station. There is a problem that increases.
  • An object of the present invention is to provide a method for determining a location of a terminal that enables high accuracy positioning in an overlapping network environment in which a plurality of transmission points have the same cell ID.
  • Another object of the present invention is to provide a positioning method of a terminal that enables three-dimensional positioning.
  • a method for determining a location of a terminal is an operation method of a terminal for determining a location of a terminal belonging to an overlapping network environment. And receiving location assistance information including a virtual cell ID assigned to neighboring transmission points of the terminal from the positioning server.
  • the overlapping network environment may be an environment in which a plurality of transmission points with overlapped coverage have the same cell ID.
  • the location determination request may be transmitted from the terminal to the positioning server via a mobility management entity (MME).
  • MME mobility management entity
  • the mobility management entity may be configured to deliver at least one of an ID of the terminal and an ID of a transmission point including the terminal in coverage to the positioning server.
  • the positioning method includes a step of notifying, by the terminal, a result of measuring a positioning reference signal (PRS) of the neighboring transmission points to the positioning server, and receiving the position information of the terminal from the positioning server. It may further include.
  • PRS positioning reference signal
  • a method for determining a location of a terminal is an operation method of a terminal for positioning of a terminal belonging to an overlapping network environment.
  • Requesting location assistance information including at least one of an ID of the terminal and a virtual cell ID of a peripheral transmission point of the terminal, together with a serving cell ID, and the terminal transmitting a peripheral transmission point of the terminal from the positioning server.
  • Receiving location assistance information including the virtual cell ID assigned to them.
  • the overlapping network environment may be an environment in which a plurality of transmission points with overlapped coverage have the same cell ID.
  • the positioning method may be configured to notify the positioning server of a result of measuring a positioning reference signal (PRS) of the neighboring transmission points by the terminal, and to receive the position information of the terminal from the positioning server. It may further comprise a step.
  • PRS positioning reference signal
  • a method for determining a location of a terminal includes a mobility management entity (MME) and a positioning server for determining a location of a terminal belonging to an overlapping network environment.
  • a method of operation comprising: receiving, by a mobility management entity, a location request from the terminal, positioning the location request including at least one of an ID of the terminal and an ID of a transmission point including the terminal in coverage; Transmitting to a server and providing, by the positioning server, the terminal with information including virtual cell IDs assigned to neighboring transmission points of the terminal, in response to the location determination request.
  • the overlapping network environment may be an environment in which a plurality of transmission points with overlapped coverage have the same cell ID.
  • the positioning method may include receiving, by the positioning server, a result of measuring a positioning reference signal (PRS) of the neighboring transmission points from the terminal, and transmitting the position information of the terminal to the terminal. It may further comprise a step.
  • PRS positioning reference signal
  • the positioning method may further include providing, by the positioning server, an ID of the terminal to a serving cell base station to which the terminal belongs, and receiving information on neighboring points of the terminal from the base station. Can be.
  • Positioning method of a terminal for achieving the above described object of the present invention, the method and timing advance (TA) with the base station to measure the vertical AOA (AOA elevation) of the respective base station And measuring the value.
  • TA timing advance
  • the positioning method may further include determining a location (x UE , y UE , z UE ) of the terminal.
  • the horizontal direction AOA (AOA azimuth ) with the base station having the highest reliability of AOA measurement for the corresponding terminal among the base stations is further measured, and the horizontal direction AOA (AOA azimuth ) and the vertical direction AOA (AOA) of the base station.
  • the present invention is applicable to both terminals complying with the 3GPP LTE release 10 or less and the terminals conforming to the release 11 or more.
  • the present invention improves the positioning method of the terminal, which was possible only in the conventional two-dimensional positioning, and provides a method capable of even three-dimensional positioning of the terminal.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an overlapping network environment in which a plurality of points have different cell IDs.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an overlapping network environment in which a plurality of points have the same cell ID.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a terminal location determination method according to the present invention.
  • FIG. 4 is a message flow chart illustrating an example of a method for determining a terminal location according to the present invention.
  • 5 is a message flow chart illustrating an LPPa procedure between an eNB and a positioning server.
  • FIG. 6 is a message flow diagram illustrating an example of a procedure for delivering positioning assistance information to a terminal by a positioning server according to the present invention.
  • FIG. 7 is a message flow diagram illustrating another example of a procedure for delivering positioning assistance information to a terminal by a positioning server according to the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a method for determining a location of a terminal according to the AOA + TA method.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a method for determining a location of a terminal according to a 3D AOA + TA method according to the present invention.
  • the term 'terminal' includes a mobile station (MS), a user equipment (UE), a user terminal (UT), a wireless terminal, an access terminal (AT), a terminal, a subscriber unit, A subscriber station (SS), wireless device, wireless communication device, wireless transmit / receive unit (WTRU), mobile node, mobile or other terms may be referred to.
  • Various embodiments of the terminal may be photographed such as a cellular telephone, a smart phone having a wireless communication function, a personal digital assistant (PDA) having a wireless communication function, a wireless modem, a portable computer having a wireless communication function, or a digital camera having a wireless communication function.
  • PDA personal digital assistant
  • the present invention is not limited thereto.
  • the term 'base station' generally refers to a fixed or mobile point of communication with a terminal, and includes a base station, a Node-B, an eNode-B, and a BTS.
  • base transceiver system “access point”, relay, and femto-cell may be used collectively.
  • the present invention assumes a 3GPP LTE cellular mobile communication system as an embodiment for explaining the present invention, for all cellular mobile communication systems including the 3GPP LTE cellular mobile communication system without impairing the basic idea of the present invention described below It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be applied.
  • a scenario of cooperative multi-point transmission for 3GPP LTE may include a plurality of low power nodes (LPNs) within the coverage of a high power node (HPN), such as a macro base station (LPN).
  • LPN low power node
  • HPN high power node
  • RRHs remote radio heads
  • PCIs physical cell IDs
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an overlapping network environment in which a plurality of points have different cell IDs.
  • a high power node HPN (which may generally mean a conventional conventional macro base station; 110) and a low power node LPN including an RRH, 120, 130, 140, 150,
  • HPN high power node
  • LPN low power node
  • An overlapping network environment in which 160 and 170 exist in a form in which respective coverages 111, 121, 131, 141, 151, 161, and 171 overlap each other is illustrated.
  • each node has its own different cell ID (eg, PCI; PCI A , PCI B , PCI C , PCI D , PCI E , PCI F , PCI G ).
  • PCI PCI
  • PCI A PCI
  • PCI B PCI C
  • PCI D PCI D
  • PCI E PCI E
  • PCI F PCI G
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an overlapping network environment in which a plurality of points have the same cell ID, and based on scenario 4 described above, the plurality of points have one cell ID (eg, PCI; PCI A ). It is a conceptual diagram for demonstrating a structure.
  • a high power node generally a macro base station; 210) and a plurality of low power nodes 220 to 270 in the coverage 211 of the high power node all have one cell ID ( For example, an environment with PCI; PCI A ) is illustrated.
  • PCI A an environment with PCI
  • nodes (RRHs) 281 ⁇ 284 having similar outputs and the same cell ID are connected to the base-band processing unit (BU) 290. It illustrates a distributed antenna network environment that is connected (eg, connected via an optical cable).
  • the configuration of such a distributed network environment may be variously configured.
  • the distributed network environment may be defined as an environment in which a plurality of transmission points share the same PCI and form a cell as a whole, and various configurations may be possible as long as the definition is satisfied.
  • Low power nodes e.g., Remote Radio Head (RRH)
  • RRH Remote Radio Head
  • FIGS. 2A and 2B illustrate low power nodes having the same PCI value as the base station (high power node) or multiple points having the same PCI value. That is, the plurality of points have the same PCI (PCI A ) value and may be a single cell as a whole.
  • PCI A PCI
  • one transmitting device having at least one antenna capable of transmitting and receiving data may be referred to as a "transmission point" or point, which is a conventional base station, picocell, femtocell. , RRH and so on.
  • the terminal receives a signal transmitted from the base station and the RRHs (eg, a reference signal for positioning-PRS; Positioning Reference Signal or other reference signal).
  • a signal transmitted from the base station and the RRHs eg, a reference signal for positioning-PRS; Positioning Reference Signal or other reference signal.
  • OTDOA the smaller the radius of the cell, the better the accuracy.
  • the radius of the cell is inferior to that of the macro cell.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a terminal location determination method according to the present invention.
  • V-PCI Virtual PCI
  • V-PCI C1 virtual PCIs
  • V-PCI C2 V-PCI C3
  • V-PCI C4 V-PCI C5, etc.
  • the terminal receives the V-PCIs of the neighboring points and the V-PCIs of the points belonging to the neighboring base station (PCI, for example, when the base station is composed of only one point) from the positioning server, It may be configured to report a positioning reference signal (PRS) measurement result value of points and other base stations in the vicinity.
  • PCI positioning reference signal
  • the neighboring points should also be configured to generate and transmit a PRS corresponding to the V-PCI assigned to the neighboring points.
  • a reference point or a base station for estimating a reference signal time difference (RSTD) may be configured so that the positioning server notifies the terminal.
  • the method that can implement the positioning method of the present invention without changing the conventional terminal and the terminal newly defined in the standard should be considered together.
  • FIG. 4 is a message flow chart illustrating an example of a method for determining a terminal location according to the present invention.
  • LTE positioning target terminal
  • TS36.455 the base station supports to support downlink OTDOA positioning. It defines a procedure for providing data to a positioning server (LPPa: LTE Positioning Protocol A).
  • the UE 410 or EPC (Evolved Packet Core) Location Service (LCS) Location Service (LCS) entity 420 which wants to position itself, may request a location request request of itself or a specific UE from a mobility management entity (MME). 401a or 401b, and the MME generates a location service request 401c and sends the generated request to the positioning server 440 (402). .
  • the EPC LCS entity may be collectively referred to as a terminal for determining a location.
  • the positioning server may be an E-SMLC (Enhanced Serving Mobile Location Center) or SLP (Secure User Plane Location Platform) in 3GPP LTE, hereinafter referred to as a positioning server in the sense of providing a server location information of the positioning target terminal Collectively.
  • E-SMLC Enhanced Serving Mobile Location Center
  • SLP Secure User Plane Location Platform
  • the positioning server 440 exchanges information with the base station (eNB) 450 according to the procedure defined in LPPa in the procedure 403a to collect information about the neighboring points of the terminals 410 and 420 that have requested positioning.
  • eNB base station
  • 5 is a message flow chart illustrating an LPPa procedure between an eNB and a positioning server.
  • the positioning server 440 transmits the "OTODA INFORMATION REQUEST" 501 to the eNB 450 and requests information, and the eNB 450 sends a request for positioning through the "OTODA INFORMATION RESPONSE” 502. Collect information about the surrounding points and send them to the positioning server.
  • the procedure of FIG. 5 is included in the base station procedure 403b in FIG.
  • the terminal requests the positioning server information (AssistanceData) about the reference point and the neighboring point, which is a PRS measurement target, and the positioning server provides the requested information to the terminal.
  • the terminal transmits the measurement result of the positioning reference signal for the neighboring point to the positioning server. That is, the above-described procedure between the positioning server and the terminal is performed according to the procedure defined by the LPP (403b in FIG. 4).
  • the positioning server performs positioning of the terminal based on the measurement result collected in the procedure (403b of FIG. 4) and transmits the result to the MME (404 of FIG. 4), and the MME transmits the result of the performed positioning to the subject who requested the positioning ( 405a, 405b of FIG. 4).
  • each point should transmit a PRS corresponding to a virtual PCI for positioning, and the positioning server must grasp such a situation.
  • a base station is instructed to allocate a V-PCI to points belonging to its cell (for example, through an OA & M-Operation Administration Management protocol), and the positioning server can know this. Is possible through the following procedure.
  • the positioning method according to the present invention instead of modifying the LPP protocol in which the terminal is involved, it is necessary to modify the LPPa protocol that the terminal is not involved.
  • the MME may know the identification ID of the corresponding UE and whether the UE is in the coverage of which eNB.
  • the positioning server provides the identification ID of the UE when the UE requests the "OTODA INFORMATION REQUEST" to the eNB to which the UE belongs, so that the eNB can determine information about which point the UE is close to and neighboring points (V-PCI). , PCI, etc.) to the positioning server (ie, modification of the LPPa procedure).
  • the positioning server may also be provided with necessary information (V-PCI of the corresponding base station points, PCI if the base station consists of only one point, etc.) to neighbor eNBs of the corresponding eNB, if necessary, and in this case, the corresponding terminal when requesting information. There is no need to send an id. If the positioning server knows which point / base station is located around a particular point through OA & M, it may not be necessary to provide information from the neighbor eNB.
  • necessary information V-PCI of the corresponding base station points, PCI if the base station consists of only one point, etc.
  • the positioning server transmits positioning support information (assistance data), which is necessary for V-PCI / PCI and PRS measurement of neighboring points / base stations to which the reference point and the RSTD should be reported, to the corresponding UE. No change to the LPP procedure is required).
  • the "RequestAssistanceData" sent when the UE requests positioning to the positioning server is only defined to include PCI (ECGI, if necessary) of the serving base station of the UE, so that the positioning server cannot request from any UE. I don't know if I'm on. That is, since the "RequestAssistanceData" of the current LPP procedure is configured to make a request using the PCI of the serving base station of the terminal, when the terminal makes a request and delivers assistance data to the terminal in response thereto, the positioning server determines which point the terminal is. It is difficult to respond appropriately without knowing whether it is closest to.
  • PCI ECGI, if necessary
  • the positioning server since the positioning server already knows the ID of the terminal that has requested the positioning service by the improved LPPa procedure described above, even if the request is not received from the terminal (or, even if it receives a "RequestAssistanceData" request), It may be configured to deliver the assistance data using the ID of the terminal that is already known (not required) (unsolicited assistance data transmission).
  • FIG. 6 is a message flow diagram illustrating an example of a procedure for delivering positioning assistance information to a terminal by a positioning server according to the present invention.
  • the positioning server delivers location assistance information (assistance data) using an ID of a terminal that is already known through a "ProvideAssistanceData" message 601 without receiving a "RequestAssistanceData” message from the terminal.
  • the procedure is illustrated (compare with the procedure of FIG. 7 described below).
  • rel-1x terminal the terminal (hereinafter, referred to as rel-1x terminal) after 3GPP LTE release 11, and the following new methods may be applied.
  • the following new methods apply the same procedure as the legacy terminal mentioned above until the procedure 403a of FIG. 4 (that is, the content of defining a new message in the LPPa is applied as it is), and newly improve the procedure of providing assistance data in the LPP. (Ie, modification of the LPP protocol).
  • FIG. 7 is a message flow diagram illustrating another example of a procedure for delivering positioning assistance information to a terminal by a positioning server according to the present invention.
  • the information included in the "RequestAssistanceData" 701 transferred from the terminal 410 illustrated in FIG. 7 to the positioning server 440 may be configured differently.
  • the first method is a method in which the Rel-1x terminal includes a V-PCI for the nearest point (serving point) together with its serving cell PCI when transmitting a "RequestAssistanceData" message to the positioning server.
  • the positioning server since the positioning server already knows the neighboring points centering on these points through the aforementioned process 3a (or through OA & M), the positioning server may appropriately provide the terminal with information about the neighboring points (PCI or V-PCI). It will be possible.
  • the second method is a method in which the Rel-1x terminal includes its own ID (UE ID) together with its serving cell PCI when transmitting a "RequestAssistanceData" message to the positioning server.
  • the positioning server since the positioning server already knows the neighboring points centering on the terminal through the aforementioned process 3a (or through OA & M), the positioning server may appropriately provide the terminal with information about the neighboring points (PCI or V-PCI).
  • PCI neighboring points
  • the positioning server transmits location assistance information (assistance data) to the terminal using the "ProvideAssistantData" messages 702 and 703. .
  • the location assistance information includes setting information necessary for V-PCI / PCI and PRS measurement for the reference point and the neighboring point / base station to which the RSTD is to be reported.
  • the location determination method does not consider the altitude of the base station, and in many cases, it is assumed that the altitude of the terminal is the same as the base station. have.
  • the present invention measures the vertical AOA of the terminal and uses it for three-dimensional positioning of the terminal.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a method for determining a location of a terminal according to a conventional AOA + TA method.
  • the horizontal direction AOA measurement (AOA) of the terminal the TA measurement (TA) of the terminal, and the geographic location (x BS , y BS ) of the terminal for positioning of the UE.
  • Altitude z BS of the base station is input.
  • the position (x UE , y UE ) of the terminal may be calculated by Equation 1 below.
  • T ADV a measurement method of TA
  • T ADV (eNB Rx-Tx time difference) + (UE Rx-Tx time difference)
  • (eNB Rx-Tx time difference) corresponds to the same terminal as the terminal reporting (UE Rx-Tx time difference).
  • T ADV (eNB Rx-Tx time difference)
  • (eNB Rx-Tx time difference) corresponds to the received uplink radio frame including the PRACH from the corresponding UE.
  • the eNB measures (eNB Rx-Tx time difference) for PRACH. Since the resolution of the TA command that the eNB gives to the UE is 16Ts (Ts is a sample duration), the error of type2 is increased by +/ ⁇ 8Ts compared to type1.
  • T eNB-RX is an eNB reception timing of an uplink radio frame #i defined by a first detected path
  • a reference point of T eNB-RX is an Rx antenna connector
  • T eNB-TX is an eNB transmission timing of downlink radio frame #i
  • a reference point of T eNB-TX is a Tx antenna connector.
  • T UE-RX- T UE-TX (UE Rx-Tx time difference) is defined as T UE-RX- T UE-TX .
  • T UE-RX is UE reception timing of downlink radio frame #i from the serving cell defined by the first detected path
  • T UE-TX is UE transmission timing of uplink radio frame #i.
  • the positioning of the terminal is calculated using only the TA between the terminal and three or more base stations.
  • the vertical angle AOA elevation of the terminal with respect to the base station is separately measured and used, the altitude (z UE ) of the terminal may be measured. It is also possible to reduce the positioning error.
  • AOA elevation is the user's vertical direction estimation angle (or elevation) with respect to the reference plane.
  • the reference plane for this measurement is a horizontal plane, which is 0 o if the terminal and the base station are at the same altitude, negative if the terminal is at a lower position than the base station, and positive if it is at a high position.
  • AOA elevation is determined in a base station antenna for an uplink (UL) channel for a corresponding UE.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a method for determining a location of a terminal according to a 3D AOA + TA method according to the present invention.
  • a horizontal AOA (AOA azimuth ) and a vertical AOA (with a base station having the highest reliability of AOA measurement for the terminal) are determined.
  • AOA elevation ) is measured and the position of the terminal (x UE , y UE ) is measured using the TA measurement (TA) of the terminal, the geographic position of the base station (x BS , y BS ), and the altitude (z BS ) of the base station.
  • z UE may be calculated by Equation 2 below.
  • the reliability of the AOA measurement may be said to be higher as the channel between the terminal and the base station is closer to the lining of sight (LOS).
  • the vertical AOA measurement (AOA elevation ) of the terminal with respect to the base station can be combined with the OTDOA method to measure the altitude (z UE ) of the terminal and can also reduce the positioning error.
  • the OTDOA method by applying the OTDOA method to calculate the geographic location (x UE , y UE ) of the terminal, and separately from the base station capable of measuring the vertical direction AOA (AOA elevation ) of the terminal AOA measurement for the corresponding terminal, select one of these AOA elevations and calculate the altitude (z UE ) of the terminal according to Equation 3 below.
  • the AOA elevation is vertically AOA (AOA elevation) measurement of the base stations, the reliability of the measurements for the terminal using a measurement of the highest base station and, AOA elevation measurement reliability is the channel between the subscriber station and the base station LOS (linf Of the The closer to Sight, the higher. Such reliability can be known by measuring delay spread of a received signal.
  • the materials were measured in a vertical direction AOA (AOA elevation) of the angle of vertical direction AOA (AOA elevation) measurement base stations form the surface, or a space to a terminal location, consider the reliability and error of the measurements, the two By searching for an optimal intersection of the terminal and the like, the position of the terminal (x UE , y UE , z UE ) can be finally determined.
  • TA timing advance

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Abstract

단말의 위치 결정 방법이 개시된다. 중첩 네트워크 환경에 속한 단말의 위치 결정 방법은 단말이 위치 결정 요청을 포지셔닝 서버에게 전송하는 단계와 단말이 포지셔닝 서버로부터 단말의 주변 전송 포인트들에게 할당된 가상 셀 아이디를 포함한 위치 결정 지원 정보를 수신하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 단말 위치 결정 방법을 이용하면 다수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지도록 구성된 중첩 네트워크 환경에서도 높은 정확도의 위치 결정이 가능해진다.

Description

셀룰러 이동통신 시스템에서 단말기의 위치 결정 방법
본 발명은 단말기의 위치 결정(positioning) 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중첩 네트워크(heterogeneous network) 환경에 놓여 있는 단말기의 위치 결정 방법 및 단말기의 3차원적인 포지셔닝을 가능하게 하는 위치 결정 방법에 관한 것이다.
이동통신분야의 지속적인 표준화가 진행 중인 3GPP에서는 다양한 단말 위치 결정(positioning) 방법이 고려되고 있다.
대표적인 포지셔닝 방법으로는 인접한 기지국들로부터 수신한 신호의 도달 시간 차이를 이용하여 단말의 위치를 결정하는 OTDOA(Observed Time Difference of Arrival) 방식과 하나의 기지국으로부터 도달된 신호의 AOA(Angle of Arrival)와 TA(Timing Advance)를 이용해서 위치를 결정하는 AOA+TA 방법 등이 있다. 기타의 방법으로는 A-GNSS(Assisted GNSS)와 enhanced Cell ID 포지셔닝 방법 등이 정의되어 있고, UTDOA(Uplink Time Difference of Arrival) 및 RF pattern 매칭 방법 등이 채택될 예정에 있다.
먼저, OTDOA 방식의 경우는 협력 멀티포인트 전송(CoMP; Coordinated Multi-Point transmission)에 있어서 문제가 있을 수 있다. 3GPP LTE를 위한 협력 멀티 포인트 전송의 시나리오에는 고출력 노드(HPN; High Power Node; 예컨대 매크로 기지국)와 고출력 노드의 커버리지 내에 있는 다수의 저출력 노드(LPN; Low Power Node; 예컨대 매크로 기지국과 연결된 피코 셀 또는 RRH:Remote Radio Head) 들을 포함한 모든 전송 포인트(transmission point)들이 모두 동일한 PCI(physical cell ID)를 가지도록 구성되는 중첩 네트워크(heterogeneous network) 환경을 상정한 시나리오가 포함되어 있다.
모든 전송 포인트들이 동일한 PCI를 가지도록 구성되는 중첩 네트워크 환경에서는 단말이 기지국 및 RRH들로부터 전송되는 신호(예컨대, 위치결정을 위한 레퍼런스 신호-PRS; Positioning Reference Signal 또는 기타 레퍼런스 신호 등)를 수신하여 자신의 위치를 결정하는데 어려움이 있을 수 있다. 즉, 단말은 수신한 신호가 어떠한 기지국 또는 RRH로부터 발신된 것인지를 구별할 수가 없으므로 OTDOA 방식의 위치결정 방법을 적용함에 있어 문제가 있을 수 있다. OTDOA는 셀의 반경이 작아질수록 정밀도가 향상되지만 커버리지 내의 모든 노드들이 동일 PCI를 이용하므로 셀의 반경이 매크로 셀과 동일하게 정밀도가 떨어지게 된다.
다음으로, 현행 셀룰러 이동 통신 시스템에서의 위치 결정 방법은 기지국의 고도를 고려하지 않고 있으며, 또한 많은 경우 단말의 고도가 기지국과 같다는 것을 가정하고 있어, 단말의 고도를 결정하지 못하거나 위치 결정에 오차가 증가하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 다수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지도록 구성된 중첩 네트워크 환경에 있어서 높은 정확도의 위치 결정을 가능하게 하는 단말의 위치 결정 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 3차원적인 위치 결정을 가능하게 하는 단말의 위치 결정 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 단말의 위치 결정 방법은, 중첩 네트워크 환경에 속한 단말의 위치 결정을 위한 단말의 동작 방법으로서, 상기 단말이 위치 결정 요청을 포지셔닝 서버에게 전송하는 단계 및 상기 단말이 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 주변 전송 포인트들에게 할당된 가상 셀 아이디를 포함한 위치 결정 지원 정보를 수신하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 중첩 네트워크 환경은 커버리지가 중첩된 복수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지는 환경일 수 있다.
여기에서, 상기 위치 결정 요청은 상기 단말로부터 이동성 관리 주체(MME:Mobility Management Entity)를 거쳐서 상기 포지셔닝 서버로 전송될 수 있다. 이때, 상기 이동성 관리 주체는 상기 단말의 아이디 및 상기 단말을 커버리지 내에 포함한 전송 포인트의 아이디 중 적어도 하나를 상기 포지셔닝 서버에게 전달하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 위치 결정 방법은 단말이 상기 주변 전송 포인트들의 포지셔닝 참조 신호(PRS: Positioning Reference Signal)를 측정한 결과를 상기 포지셔닝 서버에 통보하고, 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 위치 정보를 수신하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 단말의 위치 결정 방법은, 중첩 네트워크 환경에 속한 단말의 위치 결정을 위한 단말의 동작 방법으로서, 상기 단말이 포지셔닝 서버에게 상기 단말의 서빙 셀 아이디와 함께, 상기 단말의 아이디 및 상기 단말의 주변 전송 포인트의 가상 셀 아이디 중 적어도 하나를 포함하여, 위치 결정 지원 정보를 요청하는 단계 및 상기 단말이 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 주변 전송 포인트들에게 할당된 가상 셀 아이디를 포함한 위치 결정 지원 정보를 수신하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 중첩 네트워크 환경은 커버리지가 중첩된 복수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지는 환경일 수 있다.
여기에서, 상기 위치 결정 방법은 상기 단말이 상기 주변 전송 포인트들의 포지셔닝 참조 신호(PRS: Positioning Reference Signal)를 측정한 결과를 상기 포지셔닝 서버에 통보하고, 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 위치 정보를 수신하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 단말의 위치 결정 방법은, 중첩 네트워크 환경에 속한 단말의 위치 결정을 위한 이동성 관리 주체(MME:Mobility Management Entity)와 포지셔닝 서버의 동작 방법으로서, 상기 이동성 관리 주체가 상기 단말로부터 위치 결정 요청을 수신하는 단계, 상기 이동성 관리 주체가 상기 단말의 아이디 및 상기 단말을 커버리지 내에 포함한 전송 포인트의 아이디 중 적어도 하나를 포함한 위치 결정 요청을 포지셔닝 서버에게 전송하는 단계 및 상기 포지셔닝 서버가 상기 위치 결정 요청에 대응하여, 상기 단말의 주변 전송 포인트들에게 할당된 가상 셀 아이디를 포함한 정보를 상기 단말에게 제공하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 중첩 네트워크 환경은 커버리지가 중첩된 복수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지는 환경일 수 있다.
여기에서, 상기 위치 결정 방법은 상기 포지셔닝 서버가 상기 단말로부터 상기 주변 전송 포인트들의 포지셔닝 참조 신호(PRS: Positioning Reference Signal)를 측정한 결과를 수신하고, 상기 상기 단말의 위치 정보를 상기 단말에게 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 위치 결정 방법은 상기 포지셔닝 서버가 상기 단말이 속한 서빙 셀 기지국에게 상기 단말의 아이디를 함께 제공하고, 해당 기지국으로부터 상기 단말의 주변 포인트들에 대한 정보를 수신하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 단말의 위치 결정 방법은, 각 기지국과의 수직 방향 AOA(AOAelevation)를 측정하는 단계 및 상기 기지국과의 타이밍 어드밴스(TA) 값을 측정하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 위치 결정 방법은 상기 각 기지국과의 수직 방향 AOA(AOAelevation) 및 타이밍 어드밴스 값(TA)과 함께, 상기 각 기지국의 3차원적 지리적 위치(xBS, yBS, zBS)를 토대로, 상기 단말의 위치(xUE, yUE, zUE)를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 기지국들 중 해당 단말에 대한 AOA 측정의 신뢰도가 가장 높은 기지국과의 수평 방향 AOA(AOAazimuth)를 추가로 측정하고, 해당 기지국의 수평 방향 AOA(AOAazimuth), 수직 방향 AOA(AOAelevation) 및 타이밍 어드밴스 값(TA)과 함께, 상기 기지국의 3차원적 지리적 위치(xBS, yBS, zBS)를 토대로, 상기 단말의 위치(xUE, yUE, zUE)를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 단말의 위치 결정 방법을 이용하면, 다수의 전송 포인트가 동일한 셀 아이디를 가지는 중첩 네트워크 환경에 있어서 단말 위치 결정의 정확성을 높일 수 있다. 본 발명은 3GPP LTE release 10 이하의 규격을 따르는 단말들과 release 11 이상의 규격을 따른 단말들에게 모두 적용 가능하다.
또한, 본 발명은 종래의 2차원적 위치 결정만이 가능하였던 단말의 위치 결정 방법을 개선하여, 단말의 3차원적 위치 결정까지도 가능한 방법을 제공한다.
도 1은 다수 개의 포인트가 서로 다른 셀 아이디를 가지는 중첩 네트워크 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 다수 개의 포인트가 동일한 셀 아이디를 가지는 중첩 네트워크 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 단말 위치 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 단말 위치 결정 방법의 일 예를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
도 5는 eNB와 포지셔닝 서버와의 LPPa 절차를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따라 포지셔닝 서버가 단말에게 위치 결정 지원 정보를 전달하는 절차의 일 예를 예시하는 메시지 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따라 포지셔닝 서버가 단말에게 위치 결정 지원 정보를 전달하는 절차의 다른 예를 예시하는 메시지 순서도이다.
도 8은 AOA+TA 방법에 따른 단말의 위치 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 AOA+TA 방법에 따른 단말의 위치 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용하는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정되거나 이동하는 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 릴레이(relay) 및 펨토셀(femto-cell) 등을 통칭하는 용어일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 명세서에서 본 발명을 설명하기 위한 실시예로서 3GPP LTE 셀룰러 이동통신 시스템을 상정하고 있으나, 이하에 설명되는 본 발명의 기본적 사상을 해치지 않고 3GPP LTE 셀룰러 이동통신 시스템을 포함한 모든 셀룰러 이동통신 시스템에 대해서 본 발명이 적용될 수 있음은 당업자에게 있어서 자명하다.
셀룰러 이동통신 시스템의 일 예로서 3GPP LTE를 위한 협력 멀티 포인트 전송의 시나리오에는 고출력 노드(HPN; High Power Node; 예컨대 매크로 기지국)의 커버리지 내에 있는 다수의 저출력 노드(LPN; Low Power Node; 예컨대 매크로 기지국과 연결된 피코 셀 또는 RRH:Remote Radio Head) 들이 모두 다른 PCI(physical cell ID)를 가지도록 구성되는 중첩 네트워크(heterogeneous network) 환경을 상정한 시나리오 3과, 시나리오 3에서의 모든 전송 포인트(transmission point)들(HPN 및 LPN)이 모두 동일한 PCI를 가지도록 구성되는 중첩 네트워크 환경을 상정한 시나리오 4가 포함되어 있다.
도 1은 다수 개의 포인트가 서로 다른 셀 아이디를 가지는 중첩 네트워크 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로는 고출력 노드(HPN; 일반적으로 종래의 종래의 매크로 기지국을 의미할 수 있음; 110)와 RRH 등을 포함하는 저출력 노드들(LPN; 120, 130, 140, 150, 160, 170)이 각각의 커버리지(111, 121, 131, 141, 151, 161, 171)가 중첩된 형태로 존재하는 중첩 네트워크 환경이 예시되어 있다.
여기에서, 각자의 노드들은 각자의 서로 다른 셀 아이디(예컨대, PCI; PCIA, PCIB, PCIC, PCID, PCIE, PCIF, PCIG)를 가진다.
반면에, 도 2는 다수 개의 포인트가 동일한 셀 아이디를 가지는 중첩 네트워크 환경을 설명하기 위한 개념도로서, 상술된 시나리오 4에 기반하여 다수개의 포인트들이 하나의 셀 아이디(예컨대, PCI; PCIA)를 가지는 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, (a)의 경우는 고출력 노드(일반적으로는 매크로 기지국; 210)와 그 고출력 노드의 커버리지(211) 내의 다수 개의 저출력 노드들(220~270)이 모두 하나의 셀 아이디(예컨대, PCI; PCIA)를 가지는 환경을 예시하고 있다.
한편, (b)의 경우는 비슷한 출력과 동일한 셀 아이디(예컨대, PCI; PCIA)를 가지는 노드(RRH)들(281~284)이 베이스밴드(base-band) 처리 유닛(BU; 290)에 연결(예컨대, 광 케이블을 통하여 연결)되어 있는 분산 안테나 네트워크 환경을 예시하고 있다.
도 2를 통한 예시와 같이, 또한 이러한 예시의 범주를 넘어서 이러한 분산 네트워크 환경의 구성은 다양하게 구성될 수 있다. 즉, 분산 네트워크 환경은 다수의 전송 포인트들이 동일한 PCI를 공유하면서 전체적으로는 하나의 셀(cell)을 형성하는 환경을 의미하는 것으로 정의할 수 있으며, 이러한 정의를 만족하는 한 다양한 구성이 가능할 수 있다.
도 2의 (a)와 (b)를 참조하면, 현행 협력 멀티 포인트 전송의 시나리오 중, OTDOA 방식의 단말 위치 결정에 있어서의 문제점이 설명될 수 있다.
도 2의 (a)와 (b)에서는 기지국(eNB)의 커버리지 내에 다수의 저출력 노드들이 존재하는 중첩 네트워크(heterogeneous network)가 도시되어 있다. 저출력 노드들(예컨대, RRH(Remote Radio Head)은 매크로 기지국과 함께 커버리지 내에 존재하는 단말들에 대한 협력 멀티 포인트 전송을 수행하도록 구성된다.
도 2의 (a)와 (b)에서는 저출력 노드들이 기지국(고출력 노드)과 동일한 PCI값을 갖거나 다수 개의 포인트들이 동일한 PCI값을 가지는 것을 예시하고 있다. 즉, 다수 개의 포인트들이 동일한 PCI(PCIA) 값을 가지며, 전체적으로 하나의 셀(cell)이 될 수 있다.
여기에서, 데이터를 송신하고 수신할 수 있는 능력을 가진 적어도 하나의 안테나를 보유한 하나의 전송 장치를 "전송 포인트(transmission point)" 또는 포인트라 명칭할 수 있으며, 이는 종래의 기지국, 피코셀, 펨토셀, RRH 등을 포괄한 개념이다.
CoMP 시나리오 4를 포함하여 다수개의 포인트들이 동일한 PCI를 갖는 경우에는, 단말이 기지국 및 RRH들로부터 전송되는 신호(예컨대, 위치결정을 위한 레퍼런스 신호-PRS; Positioning Reference Signal 또는 기타 레퍼런스 신호 등)를 수신하여 자신의 위치를 결정하는데 어려움이 있을 수 있다. 즉, 단말은 수신한 신호가 어떠한 기지국 또는 RRH로부터 발신된 것인지를 구별할 수가 없으므로 OTDOA 방식의 위치결정 방법을 적용함에 있어 문제가 있을 수 있다. OTDOA는 셀의 반경이 작아질수록 정밀도가 향상되지만 커버리지 내의 모든 노드들이 동일 PCI를 이용하므로 셀의 반경이 매크로 셀과 동일하게 정밀도가 떨어지게 된다.
중첩 네트워크 환경에서의 단말의 위치 결정 방법
도 3은 본 발명에 따른 단말 위치 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명에 따른 단말 포지셔닝 방법은 다수 개의 포인트들(310~370, 381~384)이 동일한 PCI를 가질지라도 포지셔닝을 수행하기 위한 서로 다른 가상 PCI(이하, V-PCI; Virtual PCI; V-PCIC1, V-PCIC2, V-PCIC3, V-PCIC4, V-PCIC5 등)를 각 포인트들에 할당하여 포지셔닝 정밀도를 개선시키기 위한 방법이다.
즉, 단말은 주변 포인트들의 V-PCI들과 주변 기지국에 속한 포인트들의 V-PCI들(기지국이 하나의 포인트로만 구성된 경우 등에는 PCI)을 포지셔닝 서버(positioning server)로부터 수신하고, 이를 이용하여 주변 포인트들과 주변에 있는 다른 기지국들의 위치결정 레퍼런스 신호(PRS; Positioning Reference Signal) 측정 결과값을 보고하도록 구성될 수 있다.
이때, 주변 포인트들 또한 자신에게 할당된 V-PCI에 대응되는 PRS를 생성하여 송신하도록 구성되어야 한다. 이때, RSTD(Referecne Signal Time Difference)의 추정을 위한 기준 포인트(reference point) 또는 기지국은 포지셔닝 서버가 단말에게 통지하도록 구성될 수 있다.
이를 통하여, CoMP 시나리오 3에서와 동일한 정밀도의 포지셔닝이 CoMP 시나리오 4에서도 가능해진다.
한편, 상술된 중첩 네트워크 환경의 단말 위치 결정 방법을 구현하기 위해서, 종래 단말과의 호환성을 고려하여 종래 단말의 변경없이 본 발명의 위치 결정 방법을 구현할 수 있는 방법과 새롭게 표준에서 정의되는 단말에 대하여 본 발명의 위치 결정 방법을 구현할 수 있는 방법이 함께 고려되어야 한다.
먼저, 상술된 본 발명에 따른 협력 멀티포인트 전송 시나리오에서의 단말 포지셔닝 방법을 legacy 단말기(즉, 3GPP LTE release 9 또는 10 단말)를 포함한 단말기에 적용하기 위한 개념을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 단말 위치 결정 방법의 일 예를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
현재 3GPP LTE의 표준 문서 표준 문서 TS36.355에서는 포지셔닝을 위한 포지셔닝 서버와 포지셔닝 대상 단말간의 절차(LPP: LTE Positioning Protocol)를 규정하고 있고, 또한 TS36.455에서는 하향링크 OTDOA 포지셔닝을 지원하기 위해 기지국이 포지셔닝 서버에 데이터를 제공하는 절차(LPPa: LTE Positioning Protocol A)를 규정하고 있다.
도 4를 참조하면, 포지셔닝을 원하는 단말(410) 또는 EPC(Evolved Packet Core) LCS(Location Service) entity(420)는 자기 자신 또는 특정 단말의 포지셔닝 요청(request)을 이동성 관리 주체(MME: Mobility Management Entity; 430)에게 전달하며(401a 또는 401b), MME가 location service request(401c)를 생성하여, 생성된 요청(request)을 포지셔닝 서버(440)로 전송하는 것(402)에 의해 포지셔닝이 개시된다. 한편, EPC LCS entity는 위치 결정을 위하는 대상으로서 단말로 통칭될 수 있다.
한편, 포지셔닝 서버는 3GPP LTE에서는 E-SMLC(Enhanced Serving Mobile Location Center) 또는 SLP(Secure User Plane Location Platform)가 될 수 있는데, 이하에서는 포지셔닝 대상 단말의 위치정보를 제공하는 서버라는 의미에서 포지셔닝 서버로 통칭하기로 한다.
즉, 포지셔닝 서버(440)는 절차(403a)에서 LPPa에 규정된 절차에 따라 기지국(eNB; 450)과 정보를 교환하여 포지셔닝을 요청한 단말(410, 420)의 주변 포인트에 대한 정보를 수집한다.
도 5는 eNB와 포지셔닝 서버와의 LPPa 절차를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
즉, 포지셔닝 서버(440)는 eNB(450)에게 "OTODA INFORMATION REQUEST"(501)를 전송하여 정보를 요청하며, 해당 eNB(450)는 "OTODA INFORMATION RESPONSE"(502)를 통하여 포지셔닝을 요청한 단말의 주변 포인트에 대한 정보를 수집하여 포지셔닝 서버에게 전송한다. 도 5의 절차는 도 4에서 기지국 절차(403b)에 포함된다.
다음으로, 단말은 포지셔닝 서버에게 PRS 측정 대상이 되는 기준 포인트와 주변 포인트에 대한 정보(AssistanceData)를 요청하며, 포지셔닝 서버는 요청된 정보를 단말에게 제공한다. 단말은 주변 포인트에 대한 위치결정 레퍼런스 신호를 측정한 결과를 포지셔닝 서버로 전송한다. 즉, 이상의 포지셔닝 서버와 단말간의 절차는 LPP에서 규정한 절차(도 4의 403b)에 따라서 수행된다. 포지셔닝 서버는 절차(도 4의 403b)에서 취합된 측정 결과를 토대로 단말의 포지셔닝을 수행하여 MME로 전송하며(도 4의 404), MME는 수행된 포지셔닝의 결과를 포지셔닝을 요청한 대상에게 송부한다(도 4의 405a, 405b).
먼저, 본 발명에 따른 포지셔닝 방법에 있어서 각 포인트는 포지셔닝을 위한 가상 PCI에 해당되는 PRS를 송신하여야 하고, 또한 이러한 상황을 포지셔닝 서버가 파악하고 있어야 한다. 이를 위하여, 기지국이 자기의 셀에 속해 있는 포인트들에 대해 V-PCI의 할당을 지시받는 방법(예컨대, OA&M-Operation Administration Management -프로토콜을 통해서 가능)이 필요하며, 포지셔닝 서버가 이를 알 수 있는 방법은, 다음의 절차를 통해서 가능하다. 즉, legacy 단말들에 대해서도 본 발명에 따른 포지셔닝 방법을 적용 가능하도록 하기 위해서 단말이 개입되는 LPP 포로토콜을 수정하는 대신, 단말이 개입되지 않는 LPPa 프로토콜을 수정하여야 한다.
MME가 포지셔닝 서버에게 "Location Service Request"를 보낼 때(도 4의 절차 402) 해당 단말의 식별 아이디와 해당 단말이 어떤 기지국(eNB)의 커버리지에 있는지를 알게 할 수 있다.
따라서, 포지셔닝 서버는 단말이 속한 eNB에게 "OTODA INFORMATION REQUEST"를 요청할 때에 해당 단말의 식별 아이디를 함께 제공하여, 해당 eNB는 해당 단말이 어떤 포인트에 가까이 있는지와 주변 포인트들에 대한 정보(V-PCI, PCI 등)를 포지셔닝 서버에 제공하도록 한다(즉, LPPa 절차의 수정임).
포지셔닝 서버는 또한 필요한 경우 해당 eNB의 주변 eNB들에게도 필요한 정보(해당 기지국 포인트들의 V-PCI, 기지국이 하나의 포인트로만 구성된 경우 등에는 PCI)를 제공받을 수 있으며, 이 경우에는 정보 요청 시 해당 단말의 ID를 보낼 필요가 없다. 만약 포지셔닝 서버가 OA&M 등을 통해 특정 포인트를 중심으로 주변에 어떤 포인트/기지국이 있는지 알고 있다면 주변 eNB로부터의 정보 제공은 불필요할 수 있다.
포지셔닝 서버는 이를 바탕으로 해당 단말에게 위치 결정 지원 정보(assistance data; 기준 포인트와 RSTD를 보고해야 할 주변 포인트/기지국에 대한 V-PCI/PCI 및 PRS 측정을 위해 필요한 설정 정보)를 전달한다(이 경우 LPP 절차의 변경은 필요가 없음).
그러나, 현행 표준에 따르면 단말이 포지셔닝 서버에 포지셔닝을 요청할때에 보내는 "RequestAssistanceData"는 단말의 서빙 기지국의 PCI(필요시 ECGI)를 포함시켜 보내도록 규정되어 있을뿐이므로 포지셔닝 서버는 어떤 단말로부터 요청이 온 것인지를 알지 못한다. 즉, 현행 LPP 절차의 "RequestAssistanceData"는 해당 단말의 서빙 기지국의 PCI를 이용해 요청하도록 구성되므로 단말이 요청하고 이에 대한 응답으로 assistance data를 단말에게 전달하는 절차를 거치는 경우 포지셔닝 서버는 해당 단말이 어떤 포인트에 가장 가까이 있는지 알지 못해 적절한 응답을 하기가 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 포지셔닝 서버가 이미 앞서 설명된 개선된 LPPa 절차에 의해서 포지셔닝 서비스를 요청한 단말의 ID를 이미 알고 있으므로, 단말로부터 "RequestAssistanceData"를 요청받지 않더라도(또는, "RequestAssistanceData" 요청을 받았다해도 이를 활용할 필요는 없이) 이미 알고 있는 단말의 ID를 이용하여 assistance data를 전달하도록 구성될 수 있다(unsolicited assistance data 전달).
도 6은 본 발명에 따라 포지셔닝 서버가 단말에게 위치 결정 지원 정보를 전달하는 절차의 일 예를 예시하는 메시지 순서도이다.
도 6를 참조하면, 본 발명에 따라 포지셔닝 서버가 단말로부터의 "RequestAssistanceData" 메시지 수신 없이 "ProvideAssistanceData" 메시지(601)를 통해 이미 알고 있는 단말의 ID를 이용하여 위치 결정 지원 정보(assistance data)를 전달하는 과정이 예시되어 있다(후술되는 도 7의 절차와 비교).
한편, 이하에서는, 상술된 본 발명에 따른 협력 멀티포인트 전송 시나리오에서의 단말 포지셔닝 방법을 3GPP LTE release 11이후의 단말에 적용하기 위한 개념을 설명한다.
3GPP LTE release 11이후의 단말(이하, rel-1x 단말)에 대해서는 상술된 legacy 단말에 적용된 방법과 동일한 방법이 적용될 수도 있고, 아래와 같은 새로운 방법들을 적용할 수도 있을 것이다.
아래의 새로운 방법들은 도 4의 절차 403a까지는 앞서 언급된 legacy 단말과 동일한 절차를 적용하고(즉, LPPa에 새로운 메시지를 정의하는 내용이 그대로 적용됨), LPP에서 assistance data를 제공하는 절차를 새롭게 개선하는 것이다(즉, LPP 프로토콜의 수정).
도 7은 본 발명에 따라 포지셔닝 서버가 단말에게 위치 결정 지원 정보를 전달하는 절차의 다른 예를 예시하는 메시지 순서도이다.
후술된 방법들에 따라서 도 7에 도시된 단말(410)로부터 포지셔닝 서버(440)로 전달되는 "RequestAssistanceData"(701)에 포함되는 정보가 다르게 구성될 수 있다.
첫번째 방법은, Rel-1x 단말이 "RequestAssistanceData" 메시지를 포지셔닝 서버로 송신할 때에 자신의 서빙 셀 PCI와 함께 가장 가까이 있는 포인트(서빙 포인트)에 대한 V-PCI를 포함시켜 보내는 방법이다. 이때, 포지셔닝 서버는 앞서 언급된 3a 과정을 통해(또는 OA&M을 통해) 이 포인트들을 중심으로 한 주변 포인트들을 이미 알고 있으므로 주변 포인트들에 대한 정보(PCI 또는 V-PCI)를 해당 단말에게 적절히 제공할 수 잇을 것이다.
두번째 방법은, Rel-1x 단말이 "RequestAssistanceData" 메시지를 포지셔닝 서버로 송신할 때에 자신의 서빙 셀 PCI와 함께 자신의 ID(UE ID)를 포함시켜 보내는 방법이다. 이때, 포지셔닝 서버는 앞서 언급된 3a 과정을 통해(또는 OA&M을 통해) 해당 단말을 중심으로 한 주변 포인트들을 이미 알고 있으므로 주변 포인트들에 대한 정보(PCI 또는 V-PCI)를 해당 단말에게 적절히 제공할 수 있을 것이다.
상술된 두가지 방법 중 적어도 하나에 의한 단말의 위치 결정 지원 정보 요청(701)에 대응하여 포지셔닝 서버는 위치 결정 지원 정보(assistance data)를 "ProvideAssistantData" 메시지(702, 703)를 이용하여 단말에게 전송한다.
이때, 위치 결정 지원 정보(assistance data)에는 기준 포인트와 RSTD를 보고해야 할 주변 포인트/기지국에 대한 V-PCI/PCI 및 PRS 측정을 위해 필요한 설정 정보가 포함됨은 앞서 언급된 바와 같다.
한편, 상술된 실시예들에서 단말, MME, 포지셔닝 서버간에 주고 받은 메시지의 구체적 명칭들을 현행 3GPP LTE 표준에 사용된 명칭들로서 설명하였으나, 각각의 메시지들은 포함된 정보의 역할과 기능에 의해서 특정되는 것이며 구체적인 명칭에 종속되는 것은 아님에 유의하여야 한다. 예컨대, 향후의 표준에서는 동일한 기능을 유지하면서 메시지의 명칭이 변경될 수도 있고, 하나의 메시지가 유사한 기능을 가진 다른 메시지로 통합될 수도 있을 것이다.
단말의 3차원 포지셔닝 방법
현행 셀룰러 이동통신 시스템에서의 위치 결정 방법은 기지국의 고도를 고려하지 않으며, 또한 많은 경우 단말의 고도가 기지국과 같다는 것을 가정하고 있어 단말의 고도를 결정하지 못하거나 위치 결정에 오차가 증가하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 단말의 수직 방향 AOA를 측정하여 이를 단말의 3차원 포지셔닝에 이용한다.
도 8은 종래의 AOA+TA 방법에 따른 단말의 위치 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 종래의 방법에서는 단말(UE)의 포지셔닝을 위해서 단말의 수평 방향 AOA 측정치(AOA)와 단말의 TA 측정치(TA), 기지국(BS)의 지리적 위치(xBS, yBS), 기지국의 고도(zBS)가 입력된다.
이때, 단말의 위치(xUE, yUE)는 아래의 수학식 1에 의해서 계산될 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2012007957-appb-M000001
한편, 현행 AOA+TA 포지셔닝 방법에 있어서 TA(TADV)의 측정 방법은 3GPP LTE TS36.314에 정의되어 있으며, 아래와 같이 정의된다.
1) Release 9 단말의 경우(type 1)
TADV=(eNB Rx-Tx time difference)+(UE Rx-Tx time difference)
여기에서, (eNB Rx-Tx time difference)는 (UE Rx-Tx time difference)를 보고하는 단말과 동일한 단말에 대응된 것이다.
2) Release 8 단말의 경우(type 2)
TADV=(eNB Rx-Tx time difference)
여기에서, (eNB Rx-Tx time difference)는 해당 UE로부터의 PRACH를 포함한 수신된 상향링크 라디오 프레임에 대응된 것이다.
즉, Release 8 단말의 경우는 (UE Rx-Tx time difference)의 보고가 정의되어 있지 않으므로 eNB에서 PRACH에 대한 (eNB Rx-Tx time difference)를 측정하도록 하는 것이다. eNB가 단말에게 주는 TA 커맨드의 해상도(resolution)는 16Ts(Ts는 sample duration)이므로 type2의 오차는 type 1에 비하여 +/- 8Ts만큼 증가하게 된다.
한편, (eNB Rx-Tx time difference)는 TeNB-RX-TeNB-TX로 정의된다. 이때, TeNB-RX는 첫번째로 검출된 경로에 의해 정의되는 상향링크 라디오 프레임#i의 eNB 수신 타이밍이며, TeNB-RX의 기준 포인트는 Rx 안테나 커넥터가 된다. TeNB-TX는 하향링크 라디오 프레임#i의 eNB 송신 타이밍이며, TeNB-TX의 기준 포인트는 Tx 안테나 커넥터가 된다.
다음으로, (UE Rx-Tx time difference)는 TUE-RX-TUE-TX로 정의된다. 이때, TUE-RX는 첫번째로 검출된 경로에 의해 정의되는 서빙 셀로부터의 하향링크 라디오 프레임#i의 UE 수신 타이밍이며, TUE-TX는 상향링크 라디오 프레임#i의 UE 송신 타이밍이다.
도 8을 참조하면 종래의 AOA+TA 포지셔닝 방법에서는 단말의 고도를 기지국의 고도와 동일하게 가정을 하고 있으므로, 이에 따른 오차가 발생될 수밖에 없다는 문제점이 있다.
또한 종래의 OTDOA 방법에서는 단말과 3개 이상의 기지국 간의 TA만을 이용해 단말의 포지셔닝을 계산하였으나, 만약 기지국에 대한 단말의 수직 방향 각도 AOAelevation을 별도로 측정하여 이용한다면 단말의 고도(zUE)를 측정할 수 있고, 또한 포지셔닝 오차를 줄일 수도 있다.
따라서, 본 발명에서는 기지국에 대한 단말의 수직 방향 각도(또는 앙각) AOAelevation을 별도로 측정하여 단말의 포지셔닝을 3차원적으로 수행함으로써 단말의 고도를 포함한 3차원 위치를 결정하고, 포지셔닝의 오차를 줄일 수도 있는 방법을 이용한다. 여기서 AOAelevation은 기준 평면에 대한 사용자의 수직 방향 추정 각(또는 앙각)이다. 이 측정을 위한 기준 평면은 수평면(horizontal plane)이며, 단말과 기지국이 동일 고도에 있으면 0o, 단말이 기지국보다 낮은 위치에 있으면 음(-), 높은 위치에 있으면 양(+)의 값을 갖는다. AOAelevation은 해당 단말(UE)에 대한 상향링크 (UL) 채널을 위한 기지국 안테나에서 결정된다.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 AOA+TA 방법에 따른 단말의 위치 결정 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 AOA+TA 포지셔닝 방법에서는 단말의 위치 결정을 위해서 해당 단말에 대한 AOA 측정의 신뢰도가 가장 높은 기지국과의 수평 방향 AOA(AOAazimuth)와 수직 방향 AOA(AOAelevation)를 측정하고, 이 측정치와 함께 단말의 TA 측정치(TA), 기지국의 지리적 위치(xBS, yBS), 기지국의 고도(zBS)를 이용하여 단말의 위치(xUE, yUE, zUE)를 아래의 수학식 2에 의해서 계산할 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2012007957-appb-M000002
AOA 측정의 신뢰도는 단말과 기지국 간 채널이 LOS(linf Of Sight)에 가까울수록 높다고 할 수 있다.
또한 기지국에 대한 단말의 수직 방향 AOA 측정치(AOAelevation)만을 OTDOA 방법과 결합하여 단말의 고도(zUE)를 측정할 수 있고, 또한 포지셔닝 오차를 줄일 수도 있다.
이를 위한 하나의 실시예로, OTDOA 방법을 적용해 단말의 지리적 위치(xUE, yUE)를 계산하고, 이와 별도로 단말의 수직 방향 AOA(AOAelevation) 측정이 가능한 기지국 중 해당 단말에 대한 AOA 측정의 신뢰도가 가장 높은 기지국과의 AOAelevation를 측정한 후 이들 AOAelevation 중 하나를 선택하여 아래의 수학식 3에 의해서 단말의 고도 (zUE)를 계산한다.
수학식 3
Figure PCTKR2012007957-appb-M000003
여기서 AOAelevation는 수직 방향 AOA(AOAelevation) 측정이 가능한 기지국 중 해당 단말에 대한 측정의 신뢰도가 가장 높은 기지국과의 측정치를 이용하며, AOAelevation의 측정 신뢰도는 단말과 기지국 간 채널이 LOS(linf Of Sight)에 가까울수록 높다고 할 수 있다. 이러한 신뢰도는 수신 신호의 지연 분산(delay spread) 측정 등을 통해 알 수 있다.
이를 위한 또 다른 실시예로, 각 기지국과의 타이밍 어드밴스(TA) 값을 토대로 단말의 위치를 1차적으로 계산한 후 그 오차를 고려해 단말이 위치할 수 있는 선, 면, 또는 공간을 형성하고, 또한 수직 방향 AOA(AOAelevation)측정이 가능한 각 기지국과의 수직 방향 AOA(AOAelevation)을 측정하여 그 측정의 신뢰도와 오차를 고려해 단말이 위치할 수 있는 면, 또는 공간을 형성한 후, 이 둘의 최적 교점을 찾는 등의 방법으로, 상기 단말의 위치(xUE, yUE, zUE)를 최종적으로 결정할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 중첩 네트워크 환경에 속한 단말의 위치 결정을 위한 단말의 동작 방법으로서,
    상기 단말이 위치 결정 요청을 포지셔닝 서버에게 전송하는 단계; 및
    상기 단말이 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 주변 전송 포인트들에게 할당된 가상 셀 아이디를 포함한 위치 결정 지원 정보를 수신하는 단계를 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중첩 네트워크 환경은 커버리지가 중첩된 복수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지는 환경인 것을 특징으로 하는 단말의 위치 결정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치 결정 요청은 상기 단말로부터 이동성 관리 주체(MME:Mobility Management Entity)를 거쳐서 상기 포지셔닝 서버로 전송되는 것을 특징으로 하는 단말의 위치 결정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이동성 관리 주체는 상기 단말의 아이디 및 상기 단말을 커버리지 내에 포함한 전송 포인트의 아이디 중 적어도 하나를 상기 포지셔닝 서버에게 전달하는 것을 특징으로 하는 단말의 위치 결정 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말이 상기 주변 전송 포인트들의 포지셔닝 참조 신호(PRS: Positioning Reference Signal)를 측정한 결과를 상기 포지셔닝 서버에 통보하고, 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 위치 정보를 수신하는 단계를 추가로 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  6. 중첩 네트워크 환경에 속한 단말의 위치 결정을 위한 단말의 동작 방법으로서,
    상기 단말이 포지셔닝 서버에게 상기 단말의 서빙 셀 아이디와 함께, 상기 단말의 아이디 및 상기 단말의 주변 전송 포인트의 가상 셀 아이디 중 적어도 하나를 포함하여, 위치 결정 지원 정보를 요청하는 단계; 및
    상기 단말이 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 주변 전송 포인트들에게 할당된 가상 셀 아이디를 포함한 위치 결정 지원 정보를 수신하는 단계를 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중첩 네트워크 환경은 커버리지가 중첩된 복수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지는 환경인 것을 특징으로 하는 단말의 위치 결정 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 단말이 상기 주변 전송 포인트들의 포지셔닝 참조 신호(PRS: Positioning Reference Signal)를 측정한 결과를 상기 포지셔닝 서버에 통보하고, 상기 포지셔닝 서버로부터 상기 단말의 위치 정보를 수신하는 단계를 추가로 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  9. 중첩 네트워크 환경에 속한 단말의 위치 결정을 위한 이동성 관리 주체(MME:Mobility Management Entity)와 포지셔닝 서버의 동작 방법으로서,
    상기 이동성 관리 주체가 상기 단말로부터 위치 결정 요청을 수신하는 단계;
    상기 이동성 관리 주체가 상기 단말의 아이디 및 상기 단말을 커버리지 내에 포함한 전송 포인트의 아이디 중 적어도 하나를 포함한 위치 결정 요청을 포지셔닝 서버에게 전송하는 단계; 및
    상기 포지셔닝 서버가 상기 위치 결정 요청에 대응하여, 상기 단말의 주변 전송 포인트들에게 할당된 가상 셀 아이디를 포함한 정보를 상기 단말에게 제공하는 단계를 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 중첩 네트워크 환경은 커버리지가 중첩된 복수의 전송 포인트들이 동일한 셀 아이디를 가지는 환경인 것을 특징으로 하는 단말의 위치 결정 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 포지셔닝 서버가 상기 단말이 속한 서빙 셀 기지국에게 상기 단말의 아이디를 함께 제공하고, 해당 기지국으로부터 상기 단말의 주변 포인트들에 대한 정보를 수신하는 단계를 추가로 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 포지셔닝 서버가 상기 단말로부터 상기 주변 전송 포인트들의 포지셔닝 참조 신호(PRS: Positioning Reference Signal)를 측정한 결과를 수신하고, 상기 상기 단말의 위치 정보를 상기 단말에게 전송하는 단계를 추가로 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  13. 단말의 위치 결정 방법으로서,
    각 기지국과의 수직 방향 AOA(AOAelevation)를 측정하는 단계; 및
    상기 각 기지국과의 타이밍 어드밴스(TA) 값을 측정하는 단계를 포함한 단말의 위치 결정 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 각 기지국과의 수직 방향 AOA(AOAelevation) 및 타이밍 어드밴스 값(TA)과 함께, 상기 각 기지국의 3차원적 지리적 위치(xBS, yBS, zBS)를 토대로, 상기 단말의 위치(xUE, yUE, zUE)를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 단말의 위치 결정 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 기지국들 중 해당 단말에 대한 AOA 측정의 신뢰도가 가장 높은 기지국과의 수평 방향 AOA(AOAazimuth)를 추가로 측정하고, 해당 기지국의 수평 방향 AOA(AOAazimuth), 수직 방향 AOA(AOAelevation) 및 타이밍 어드밴스 값(TA)과 함께, 상기 기지국의 3차원적 지리적 위치(xBS, yBS, zBS)를 토대로, 상기 단말의 위치(xUE, yUE, zUE)를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 단말의 위치 결정 방법.
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