KR100639500B1 - 무선통신시스템에서의 위치 측정 방법 - Google Patents

무선통신시스템에서의 위치 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 수신된 신호 중에서 비가시선(NLOS : Non Line Of Site) 신호와 가시선(LOS : Line Of Site) 신호를 구별하고 비가시선 신호에 의한 오차를 보정해줌으로써, 정확도를 향상시키기 위한 위치 측정 방법에 관한 것으로,
본 발명은, 무선통신시스템에 적용되는 위치 측정 방법에 있어서, 과거 측정값의 표준편차를 계산하고, 상기 과거 측정값의 표준편차와 비가시선 성분을 구별하는데 기준이 되는 표준편차의 문턱값을 비교하여 비가시선을 구별하는 제 1 단계; 상기 구별된 비가시선 성분의 측정 거리에 대하여 칼만 필터를 이용해 비가시선에 의한 위치 오차를 보정하는 제 2 단계; 및 상기 비가시선 신호의 보정된 값과 가시선 신호의 측정값에 따라 무선 단말기의 위치를 추정하는 제 3 단계를 포함한다.
위치 추정, 비가시선 신호(NLOS), 가시선 신호(LOS), 측정값, 오차보정

Description

무선통신시스템에서의 위치 측정 방법{METHOD FOR LOCATING POSITION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1 은 본 발명이 적용되는 이동통신시스템의 구성 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 위치 측정 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 3 은 본 발명에 따른 위치 측정 방법 중 비가시선 신호를 구별하는 과정에 대한 일실시예 흐름도.
도 4 는 본 발명에 따른 위치 측정 방법 중 단말기의 위치 추정 과정에 대한 설명도.
도 5 는 본 발명에 이용되는 셀/섹터 정보를 이용하여 비가시선 성분을 구별하는 방식에 대한 설명도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 이동국(MS) 12 : 기지국(BTS)
13 : 제어국(BSC) 14 : 교환국(MSC)
15 : 홈위치등록기(HLR) 16 : 방문자위치등록기(VLR)
본 발명은 무선통신시스템에서의 위치 측정 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 비가시선(NLOS : Non Line Of Site)에 의해 발생되는 측정거리오차에 의한 영향을 줄인 위치 측정 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
일반적으로 전파를 이용한 측위방식에는 전파의 도래각(AOA : Angle Of Arrival)을 이용하는 방법과 전파 전달시간(TOA : Time Of Arrival)을 이용하는 방법으로 크게 분류할 수 있다. 여기서, 전파의 도래각을 이용하려면 기지국에 어레이 안테나를 추가해야 하므로 비용이 많이 드는 단점이 있지만, 전파의 전달 시간을 이용하면 다른 추가적인 장비없이 측위를 구현할 수 있는 장점이 있다.
현재의 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 시스템에서는 단말기가 위치한 셀과 섹터의 정보로만 단말기의 위치를 알 수 있는 정도인데, 이것은 셀이나 섹터의 반경에 따라(좁게는 수백미터, 넓게는 수킬러미터) 위치 정확도가 결정되므로, 정확한 위치를 알아내는 데에는 한계가 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수신된 신호 중 에서 비가시선(NLOS : Non Line Of Site) 신호와 가시선(LOS : Line Of Site) 신호를 구별하고 비가시선 신호에 의한 오차를 보정해줌으로써, 정확도를 향상시키기 위한 위치 측정 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선통신시스템에 적용되는 위치 측정 방법에 있어서, 과거 측정값의 표준편차를 계산하고, 상기 과거 측정값의 표준편차와 비가시선 성분을 구별하는데 기준이 되는 표준편차의 문턱값을 비교하여 비가시선을 구별하는 제 1 단계; 상기 구별된 비가시선 성분의 측정 거리에 대하여 칼만 필터를 이용해 비가시선에 의한 위치 오차를 보정하는 제 2 단계; 및 상기 비가시선 신호의 보정된 값과 가시선 신호의 측정값에 따라 무선 단말기의 위치를 추정하는 제 3 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 무선통신시스템에, 과거 측정값의 표준편차를 계산하고, 상기 과거 측정값의 표준편차와 비가시선 성분을 구별하는데 기준이 되는 표준편차의 문턱값을 비교하여 비가시선을 구별하는 제 1 단계; 상기 구별된 비가시선 성분의 측정 거리에 대하여 칼만 필터를 이용해 비가시선에 의한 위치 오차를 보정하는 제 2 단계; 및 상기 비가시선 신호의 보정된 값과 가시선 신호의 측정값에 따라 무선 단말기의 위치를 추정하는 제 3 단계를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명은 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 이동통신망에서 측정되는 이동단말기의 신호 가운데 비가시선 신호 성분을 구별하고, 비가시선에 의한 측정거리 오차를 보정하는 것과 측위 가능 조건을 만족하지 않는 여러 상황에서도 연속적으로 가입자의 위치를 제공하기 위한 것이다.
기본적으로 기지국과 이동 단말기 사이에서 전파전달 시간(TOA) 측정값을 얻고, 전파 속도를 곱하여 기지국과 이동 단말기 사이의 거리를 구하게 된다. M개의 기지국과 이동 단말기 사이의 측정 거리는 다음의 [수학식1]과 같이 모델링할 수 있다.
Figure 111999017485690-pat00001
여기서, m과 i는 각각 기지국의 수와 측정 데이터의 수를 나타내고, 가시선 측정거리 Lm은 실제 거리가 된다. nm(ti)은 측정 잡음이고, NLOSm(ti)는 비가시선에 의한 오차가 된다. 여기서, 비가시선 오차는 항상 실제 거리보다 큰 값을 가지므로, 이에 의해 위치 오차가 커지고, 결국 측위 시스템의 성능을 크게 저하시킨다.
따라서, 본 발명에서는 수신된 신호에서 비가시선을 구별하고 구별된 신호로부터 NLOSm(ti)를 제거하는 방법과 전파도달 시간 측정값이 3개 미만으로 측위가 불가능한 상황에서도 이동 단말기의 운동 모델에 의해 일정시간 연속적으로 이동 단말기의 위치를 제공하는 방법을 제안한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 이동통신시스템의 구성 예시도로서, 코드분할다 중접속(CDMA) 이동통신시스템의 구성을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 코드분할다중접속(CDMA) 이동통신시스템은, 이동국(MS : Mobile Station)(11), 기지국(BTS : Base station Transceiver Subsystem)(12), 제어국(BSC : Base Station Controller)(13), 교환국(MSC : Mobile Switching Center)(14), 방문자위치등록기(VLR : Vistor Location Register)(15), 홈위치등록기(HLR : Home Location Register)(16)로 구성된다.
도 2 는 본 발명에 따른 위치 측정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 전파전달 시간 측정값의 확률적 특성에 따라 신호의 성분을 구별한다(201).
상기 구별된 신호가 비가시선 신호의 측정값을 가지면 비가시선 신호를 보정한 후(202) 단말기의 위치를 추정하여(203), 단말기 위치를 파악하고(204), 가시선 신호의 측정값을 가지면 바로 단말기의 위치를 추정하여(203) 단말기의 위치를 파악한다(204). 여기서, 비가시선 신호의 구별은 비가시선 신호에 의한 위치 오차가 큰 양의 값을 갖고, 가시선 신호의 측정거리 표준 편차보다 비가시선 신호의 측정거리 표준편차가 상당히 크기 때문에 확률적 특성에 의해 구별할 수 있다. 이때, 확률적 특성에 의해 구별을 하려면 수신된 신호의 과거 전파전달 시간 측정값이 존재해야 한다.
본 발명에 따른 위치 측정 방법에 대해 좀 더 상세히 살펴보면, 수신된 신호를 처리하는 과정은 크게 세가지로 나누어진다.
첫번째, 수신된 신호 중에서 비가시선 신호 성분을 구별한다. 이는 비가시선 거리오차가 큰 양의 값을 갖기 때문에 비가시선 신호 성분의 오차 특성과 가시선의 오차 특성이 명확하게 구별된다. 이러한 결과를 정리하면 다음의 [수학식2] 및 [수학식3]과 같다.
Figure 111999017485690-pat00002
Figure 111999017485690-pat00003
여기서,
Figure 111999017485690-pat00004
NLOS,
Figure 111999017485690-pat00005
LOS는 각각 비가시선 신호의 측정거리 표준편차와 가시선 신호의 측정거리 표준 편차를 나타낸다. 즉, 하나의 기지국에서 과거에 측정된 거리의 표준편차로 비가시선 성분을 구별할 수 있다. 또한, 기지국의 기하학적인 배치와 셀/섹터 정보를 이용하여 비가시선을 구별할 수도 있다. 도 5와 같은 상황에서 서비스 기지국의 섹터를 벗어나는 전파전달 시간 측정값은 비가시선 신호 성분으로 볼 수 있다.
두번째, 비가시선 신호 성분의 측정 거리에 대하여 비가시선 오차를 보정하게 된다. 이때, 비가시선 오차를 추정하는데 칼만 필터를 사용한다. 칼만 필터는 비가시선 오차의 확률적인 특성이 알려져 있을 때, 측정 데이터의 오차 성분을 효과적으로 제거할 수 있다.
세번째, 위의 두 과정을 거쳐 들어온 측정 거리와 기지국의 위치를 가지고 이동 단말기의 위치를 추정하게 된다. 기본적으로 수신된 신호로부터 측정값의 개수가 3개 이상이 되어야 위치 계산이 가능하다. 그러나, 실제로 이러한 측위 가능 조건을 만족하지 않는 경우가 존재한다. 이러한 경우 셀/섹터 정보를 이용하여 이동 단말기의 위치를 결정하게 된다. 예를들어, 수신된 신호가 1개일 경우는 기하학적으로 섹터 정보와 전파 전달시간 측정값에 의해 이루는 부채꼴 모양의 영역에서 이동 단말기의 위치가 결정된다. 이때, 이 영역과 과거의 이동 단말기의 위치를 고려하여 한 점을 결정하게 된다. 수신된 신호가 2개일 경우에는 수학적으로 두 개의 위치해가 계산되는데, 이 두개의 위치해 중에서 기지국 섹터에 속하는 한 점이 이동 단말기의 위치해가 된다. 그리고 3개 이상일 경우는 정상적인 방법으로 위치해를 구할 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 위치 측정 방법 중 비가시선 신호를 구별하는 과정에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비가시선의 구별은 한 기지국에 대한 과거 측정값의 표준편차를 이용하므로, 메모리에 과거의 측정값이 없으면 비가시선을 구별하기가 어려워진다.
따라서, 비가시선을 구별하기 위해서는, 먼저 과거 측정값이 있는 메모리를 검색한 후(301), 과거 측정값이 존재하는지를 확인한다(302).
확인결과, 존재하지 않으면 비가시선의 구별이 불가능하므로 측정값을 저장한 후(303), 측정값의 표준편차(
Figure 111999017485690-pat00006
m)를 계산하고(304), 있으면 바로 측정값의 표준 편차(
Figure 111999017485690-pat00007
m)를 계산하는 과정(304)으로 넘어간다.
이어서, 과거 측정값의 표준편차(
Figure 111999017485690-pat00008
m)가 비가시선 성분을 구별하는데 기준이 되는 표준편차의 문턱값(
Figure 111999017485690-pat00009
LOS)보다 큰지를 비교한다(305).
비교결과, 문턱값(
Figure 111999017485690-pat00010
LOS)보다 크면 비가시선으로 구별되어 오차를 보정한 후(306) 위치를 추정하고(307), 크지 않으면 바로 위치를 추정하는 과정(307)으로 넘어간다.
도 4 는 본 발명에 따른 위치 측정 방법 중 단말기의 위치 추정 과정에 대한 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가시선 신호는 단말기의 위치를 추정하기 위해 직접 위치 계산에 이용되고, 비가시선 신호는 비가시선 신호를 보정하는 칼만필터로 입력되어 비가시선에 의한 위치 오차를 보정한다. 그러면, 비가시선 신호의 보정된 값과 가시선 신호의 값을 이용하여 위치를 추정하게 된다. 또한, 현재 이동통신에서는 기지국이 셀과 섹터 정보를 알고 있기 때문에 단말의 위치를 계산하는데 이용할 수 있다. 어느 신호의 전파전달 시간을 측정했는데 현재 서비스하고 있는 셀의 섹터를 벗어난 신호는 비가시선 신호로 생각할 수 있으므로 앞의 비가시선 신호의 오차 보정에 의해 위치 오차를 줄일 수 있다.
한편, 기본적으로 측위를 하기 위해서는 기지국의 좌표와 측정거리 외에 중요한 세 가지 정보를 이용하게 된다. 셀/섹터 정보와 이동 단말기의 동적인 특성 그리고 과거의 위치 정보이다. 측정값이 부족하여 측위할 수 없는 상황에서도 이 세 가지 정보를 이용하여 일정시간 연속적인 위치 정보를 제공한다.
도 5 는 본 발명에 이용되는 셀/섹터 정보를 이용하여 비가시선 성분을 구별하는 방식에 대한 설명도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이동 단말기가 기지국(BS)2의 섹터 안에 있고, 기지국(BS) 1로부터 측정된 거리가 서비스 기지국의 섹터를 크게 벗어날 때, 기지국(BS) 1로부터 측정된 신호를 비가시선 성분으로 결정한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 이동통신망을 이용한 무선측위 서비스에도 활용할 수 있으며, 또한 광역측위시스템(GPS : global positioning system) 유료화시 이에 대한 대체 시스템으로 활용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 무선통신시스템에 적용되는 위치 측정 방법에 있어서,
    과거 측정값의 표준편차를 계산하고, 상기 과거 측정값의 표준편차와 비가시선 성분을 구별하는데 기준이 되는 표준편차의 문턱값을 비교하여 비가시선을 구별하는 제 1 단계;
    상기 구별된 비가시선 성분의 측정 거리에 대하여 칼만 필터를 이용해 비가시선에 의한 위치 오차를 보정하는 제 2 단계; 및
    상기 비가시선 신호의 보정된 값과 가시선 신호의 측정값에 따라 무선 단말기의 위치를 추정하는 제 3 단계
    를 포함하는 무선통신시스템에서의 위치 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는,
    셀/섹터 정보와 이동 단말기의 운동 모델을 이용하여 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 위치 측정 방법.
  5. 프로세서를 구비한 무선통신시스템에서,
    과거 측정값의 표준편차를 계산하고, 상기 과거 측정값의 표준편차와 비가시선 성분을 구별하는데 기준이 되는 표준편차의 문턱값을 비교하여 비가시선을 구별하는 제 1 단계;
    상기 구별된 비가시선 성분의 측정 거리에 대하여 칼만 필터를 이용해 비가시선에 의한 위치 오차를 보정하는 제 2 단계; 및
    상기 비가시선 신호의 보정된 값과 가시선 신호의 측정값에 따라 무선 단말기의 위치를 추정하는 제 3 단계
    를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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KR100775284B1 (ko) * 2001-06-13 2007-11-08 주식회사 케이티 무선 측위 시스템을 위한 비가시경로 오차 보정 방법

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