KR20010031328A - 디지털 전화망용 위치결정 시스템 - Google Patents

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KR20010031328A
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피터 제임스 듀펫-스미스
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Abstract

본 발명은 디지털 전화망 위치결정 시스템에서의 이동수신기(4)의 위치결정에 관한 것이다. 제1수신기(3)는 알려진 위치에 있고, 다른 수신기는 이동가능하다. 방법은 복수의 소스(1)로부터의 신호를 전송하는 단계를 구비하고, 이 송신신호는 적어도 일부가 소정의 값을 갖거나 일부가 반복되는 포맷을 갖는다. 각 수신기의 기준클럭에 관련된 전송소스(1)로부터 각 수신기(4, 5)에서 수신된 송신신호의 시간오프셋은 기준클럭에 로크되는 기준신호를 발생시킴으로써 결정된다. 기준신호는 송신신호와 유사한 포맷을 갖추고, 수신신호의 소정의 값이나 반복된 부분과 동일한 부분을 포함하며, 수신된 송신신호와 기준신호를 비교한다. 수신기(4, 5)에서 수신된 각 신호간의 시간지연은 그들의 상대적 시간오프셋으로부터 결정되고, 이에 따라 다른 수신기(4)의 위치를 결정하게 된다.

Description

디지털 전화망용 위치결정 시스템 {POSITIONING SYSTEM FOR DIGITAL TELEPHO NE NETWORKS}
여기에 레퍼런스로서 혼합된 문헌 EP-A-0 303 371에는 다른 목적을 위해 설치된 독립 무선송신기를 이용하는 무선항법 및 추적시스템이 개시되어 있다. 개별적으로 획득되는 각 송신기로부터의 신호는 2개의 수신국, 즉 고정되고 알려진 위치에서의 수신국과 위치가 결정될 이동대상에 장착된 다른 수신국에 의해 수신된다. 하나의 수신국에서 수신된 신호는 링크를 매개로 다른 수신국의 프로세서로 보내지는데, 이 경우 수신신호는 신호의 위상차나 시간지연을 알기 위해 비교된다. 3개의 특설 독립 송신기에서 행해지는 이러한 3개의 측정은 이동수신기의 위치, 즉 지상에서의 그 위치를 2차원으로 결정하기에 충분하다. 또, 2개의 수신기에서의 주발진기간의 위상이나 시간 오프셋이 결정된다.
WO-A-94-28432에는 이 동일 시스템이 터널과 지하주차장 또는 다른 차폐공간 내부의 무선위치결정에 적용될 수 있는 방법이 개시되어 있다.
여전히 여기에 레퍼런스로서 혼합된 다른 특허명세서 WO-A-97-11384에 있어서는, 이들 아이디어는 더 확장되고 GSM과 다른 디지털 전화망, 예컨대 CDMA, UMTS 또는 위성에 기초를 둔 시스템에 보다 명확히 적용된다(지상에서의 위치뿐만 아니라 높이를 측정할 가능성을 제공함). CURSOR로 알려진 시스템은 위치결정 목적을 위해 네트워크 송신기로부터의 신호를 이용한다(도 1 참조). 이러한 하나의 송신기(BTS(Base Transceiver Station)로 알려짐)로부터의 짧은 버스트(burst)의 신호는 위치가 결정되는 이동핸드셋(CRU(CURSOR Rover Unit)로 알려짐)에 의해 수신되는데, 이 경우 이 신호는 베이스밴드로 변환되고 계수화되며 메모리에 기록된다. 또, 동일 버스트는 고정되고 알려진 위치에서 다른 수신기(CBU(CURSOR Base Unit)에 의해 수신되고, 마찬가지로 베이스밴드로 변환되며, 계수화되고 기록된다. 이 프로세스는 적어도 3개의 특설 BTS로부터의 신호에 대해 양쪽 수신기에서 동일의 빠른 순서로 실행되는데, 그 후에 기록신호는 링크(L1, L2)를 매개로 중앙처리기로 전송된다. 여기에서 대응 세트는 세트간의 시간지연을 알기 위해, 예컨대 상호상관 프로시저(cross-correlation procedure)를 이용하여 비교된다. 기록신호의 3개 세트는 CRU의 위치는 BTSs의 (알려진) 위치와 CBU의 알려진 위치에 관하여 발견될 수 있는 3개의 시간지연을 일으킨다.
GSM 등의 디지털 전화망에 대한 상기 시스템의 실용적인 응용에 있어서, BCCH(Broadcast Control Channel)상의 신호는 위치결정에 이용된다. 이것은 신호가 항상 보증되기 때문에 네트워크상의 다른 트래픽의 어떠한 레벨이라도 존재하게 된다.
WO-A-97-11384에 개시된 시스템에 있어서, 실질적인 양의 데이터는 모든 위치계산을 위해 각 수신기로부터 CPP로 전송되야만 한다. 일반적으로, CRU로부터의 전송은 네트워크 자체, 예컨대 데이터 전송특성을 이용함으로써 달성된다. 전형적인 GSM 응용에 있어서, 전송될 약 800바이트의 데이터를 발생시키면서, 감시되는 3개의 각 BTS에 대해 256바이트를 기록할 필요가 있다. 이것은 데이터 전송호출을 일으킴으로써, 음성호출에 의한 데이터를 이용함으로써, 또는 서로 연관된 몇개의 SMS(Short Message Service)패킷을 이용함으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 이들 솔루션 각각은 상업상의 불리한 점을 가지고 있다. 예컨대, 비상 오퍼레이터를 호출하는 사용자는 데이터호출이 처음 설정되는 동안에 오퍼레이터에게 말할 수 있기 전에 전송된 후에 제거되는 데이터를 기다릴 수 없을 것이다.
본 발명은 GSM 등의 디지털 전화망에 이용하기 위한 위치결정 시스템에 관한 것이다.
도 1은 CURSOR 네트워크를 나타낸 도면이고,
도 2는 CURSOR 네트워크를 기하학적으로 나타낸 도면,
도 3은 GSM신호부와 상관관계 목적을 위한 핸드셋에 의해 발생되는 템플릿을 나타낸 도면,
도 4는 다경로 전파의 영향을 감소시키기 위한 다중 템플릿의 이용을 설명하기 위한 이상화된 신호의 프로파일을 나타낸 도면,
도 5는 핸드셋에 의해 전송되는 SMS 패킷을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 시스템에서 이용되는 CBU의 네트워크의 부분을 나타낸 도면,
도 7은 일례에서 실행되는 측정 프로시저부의 플로우차트,
도 8은 다경로 전파의 영향을 감소시키는데 이용되는 시스템에서의 신호의 추정되고 측정된 상호상관 함수와 자기상관함수를 나타낸 도면,
도 9는 전형적인 GSM 네트워크 위치결정 시스템의 구성요소를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 시스템과 방법에 이용하기 위한 이용핸드셋을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 다른 방식으로 기록하고, 디지털 전화신호의 특정의 특성을 활용함으로써 이 불리한 점을 극복할 작정이다. 전송될 필요가 있는 데이터의 양은, 예컨대 하나의 SMS패킷과 쉽게 조화를 이루면서 극적으로 감소될 수 있다. 게다가, CRU에 의한 측정은 수신신호의 더 긴 평균화에 의한 보다 나은 위치 솔루션을 주면서, 핸드셋의 유휴시간(idle time)동안 완전히 이루어질 수 있기 때문에, 사용자가 방문하길 원할 때 지연은 없다.
본 발명의 동작의 원리는 WO-A-97-11384에 설명된 CURSOR시스템을 통제하는 방정식을 먼저 고려함으로써, 가장 잘 이해될 수 있다. 도 2는 2차원 CURSOR 시스템의 기하학적 구조를 나타낸다. 데카르트 좌표(x, y)의 원점은 O에서 위치결정되는 CBU에 중심을 두게 된다. 축의 방향은 중요하지 않지만, y축이 북-남 로컬 맵 그리드(north-south local map grid)를 따라 위치하도록 편리하게 배치될 수 있다. 이동유닛(CRU) R은 CBU위치 O에 대해 벡터위치 r에 있다. BTS(A)는 벡터위치 a로 나타낸다.
먼저 BTS(A)로부터의 신호를 고려하자. O와 R에서 수신된 신호간의 측정된 시간차(Δta)는 다음과 같이 주어진다.
여기에서, ν는 전파속도이고, ε은 O와 R에서의 수신기의 클럭간의 클럭 시간오프셋(clock time offset)이다. 마찬가지로, 벡터위치 b와 c에서의 2개의 다른 BTS(B＆C를 말함)를 위해 다음과 같이 쓸 수 있다(도 2에 도시하지 않음).
(1)
Δta, Δtb, Δtc는 WO-A-97-11384에 개시된 방법에 의해 측정되고, a, b, c 및 ν값은 공지되어 있으며, 그러므로 방정식은 핸드셋의 위치 r을 찾기 위해 해결될 수 있다.
이제 CRU에 의해 수신된 어떤 2개의 BTS(A와 B를 말함)로부터의 신호간의 관계를 고려하자. 먼저, CRU는 2개의 채널, 즉 A로부터 BCCH에 동조된 하나의 채널과 B로부터 BCCH에 동조된 다른 하나의 채널로 동시에 수신할 수 있다는 것을 가정한다. A와 B가 인코히어런트(incoherent) 송신기에 실로 독립적이면, 그들의 신호간의 관계는 안정적이지 않을 것이고, 핸드셋에서 실행되는 상호상관(cross correlation)은 현저한 피크(peak)를 드러내지 않을 것이다. 그러나, GSM이나 다른 디지털 전화망에 있어서, BTS(A와 B)로부터의 신호는 현저한 코히어런스 (coherence)를 갖는다. 예컨대, 그들 각각은 공통 프레이밍(framing) 구조를 갖고, 우량의 기준 발진기에 로크(lock)되고, 상당한 양의 공통데이터를 전달한다. 그러므로, 피크는 그들간의 상호상관에서 발견될 수 있다. 네트워크가 동기화되면, 즉 프레이밍 구조가 서로 로크되면, 피크의 시간오프셋은 ν에 의해 나누어진 A부터 CRU까지 거리와 B부터 CRU까지 거리의 차이일 것이다. 또, 실제문제로서, 알려지지 않고 천천히 변화하는 시간오프셋(εab)이 있는데, 때로는 전송시간 오프셋이나 상대적 전송오프셋 또는 상대적 전송지연으로 알려진다. 그러므로, 다음과 같이 쓸 수 있다.
여기에서, Δtab1은 상호상관으로부터 결정되는 BTS(A＆B)로부터 수신된 신호의 시간오프셋이다. 또, BTS(B와 C)로부터 동시에 수신된 신호에 대해 같은 분석을 실행할 수 있고, 다음과 같이 주어진다.
(2)
또, 같은 쌍의 신호는 다음과 같은 대응하는 시간오프셋(Δtab2와 Δtbc2)이 주어지면서, CBU에 의해 수신될 수 있다.
(3)
방정식 2에서 방정식 3을 빼면 다음과 같이 주어진다.
(4)
Δtab1과 Δtbc1의 값은 상술한 바와 같이 CRU에서 측정되었고, Δtab2와 Δtbc2의 값은 CBU에서 측정되었다. a, b, c 및 ν의 값은 알려져 있으므로, CRU의 위치 r은 표준 수학적 방법을 이용하여 추론될 수 있다.
여기에서 ε, εab및 εbc는 모두 방정식 (4)로부터 사라졌다. 이것은 CRU와 CBU에 의한 측정이 동시에 실행되거나 측정간의 현저한 드리프트가 없도록 충분히 접근한다는 가정을 했기 때문이다. 실제문제로서, 2개의 수신기에서의 기록을 동기화하기 위해 BTS 신호의 특성을 이용할 수 있다. 예컨대, GSM 시스템에 있어서, BTS에 의해 방사되는 신호는 복합적이다. 데이터는 4.615ms 지속하는 소위 TDMA(Time Division Multiple Access) 프레임에 프로그램되고, 게다가 8타임슬롯으로 세분된다. 각 타임슬롯은 약 271kbits s-1의 속도로 156.25비트 전송하고, 예컨대 데이터와 트레이닝 비트(training bit)의 ″노멀 버스트(normal burst)″, 고정패턴의 FCB(Frequency Correction Burst), 데이터와 트레이닝 비트의 SCH(Synchroni zation burst) 또는 억세스 버스트(access burst)를 동기화 순서와 데이터로 나타낸다. 또, 이들 버스트 각각은 헤더, 테일, 보호비트를 전달한다.얼마나 많은 타임슬롯이 주어진 프레임에서 언제나 이용되고 있는지는 시스템이 설치되는 방법과 그 순간에서의 통신량에 의존한다. 그러나, 단조로운 조건에서조차 BCCH 논리채널은 프레임마다 하나의 억세스 버스트를 제공하게 될 것이다. 게다가, 이들 프레임은 몇시간의 반복주기에 따라 번호가 붙여진다. 그러므로, CRU와 CBU에 의해 이루어진 기록의 시작을 동기화하기 위해 주어진 프레임 번호의 출현을 이용할 수 있다.
또, BTS전송을 제어하는 발진기간의 시간오프셋과 2개의 수신기의 발진기간의 시간오프셋은 시간이 흐름에 따라 천천히 변화한다는 것을 가정할 수 있기 때문에, 짧은 주기에 걸쳐 선형피트(linear fit)나 낮은 차수의 다항식에 의해 설계될 수 있다. 대부분의 수정발진기는 짧은 주기에 걸쳐 106의 한 부분의 안정성을 나타낸다. 그러므로, 각 밀리세컨드(millisecond)의 미스동기화(mis-synchronizati on)에 의해 도입되는 위치에러는 겨우 1미터, 예컨대 겨우 10-6x10-3xν=0.3m(ν는 3×108ms-1)가 될 것 같다.
그러므로, 본 발명은 디지털 전화망 위치결정 시스템의 적어도 2개의 수신기를 제공하고, 제1수신기는 알려진 위치에 있으며, 제2수신기는 위치가 결정될 이동유닛에 위치하고 있고, 이 시스템은 적어도 소정의 값을 갖는 적어도 한부분의 포맷을 갖춘 송신신호를 이용하며, 복수의 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 송신신호의 상대적 시간오프셋은 그들의 상대적 시간오프셋을 결정하기 위해 다른 전송소스로부터 수신된 송신신호를 서로 비교함으로써, 예컨대 상호상관에 의해 서로에 비례하여 측정되고, 이에 따라 양쪽 수신국에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 제2수신기의 위치를 결정하게 된다. 본 발명은 시스템과 위치결정방법 모두를 포함한다.
상술한 설명을 통해, CRU와 CBU 모두는 동시에 2개의 채널을 수신할 수 있다. 이것이 CBU에 대해 이루어지는 동안, 그것은 이동핸드셋에 대해 드물게 이루어진다. 그러므로, 본 발명은 실제 시스템에서 응용은 거의 갖지 않는다. 그러나, 디지털 전화시스템의 특정의 특징은 다시 한번 우리를 원조하러 온다. 신호의 특징은 반복적이고, 현저한 정도의 상관관계는 전체 복수의 프레임 주기에 의해 변위될 때 같은 BTS로부터의 신호 사이에 존재한다. 예컨대, 단조로운 조건에의 BCCH의 경우에 있어서는, 프레임마다 정송되는 억세스 버스트가 있다는 것을 상술했다. 또, 그것은 10이나 11 프레임 간격으로 주파수 보정버스트와 동기화 버스트를 전송하기 위해 흔히 있는 것이다. 같은 시간에 다른 BTS로부터의 신호 사이에 존재하는 상관관계는 이미 설명되었다. 이제, 다른 시간에 다른 BTS로부터의 신호 사이에서 상관관계를 발견하게 된다. 예컨대, BTS(A)로부터의 BCCH신호와 BTS(B)로부터의 BCCH신호 사이에서 현저한 상호상관을 발견할 수 있고, 기록되고 있는 후자는 엄밀하게는 A로부터의 신호 다음의 1프레임 주기를 말한다. 이것은 A로부터의 신호를 기록한 후에 채널 B로 재조정하기 위해 핸드셋의 단일채널 수신기에 많은 시간을 준다. 그러나, 지금 2개의 기록 사이의 더 긴 시간오프셋을 측정할 필요가 있고, 이 시간오프셋은 전송된 신호의 반복주기에 의해 증가되었다. 이것은 핸드셋에서 수정발진기를 이용하여 이루어질 수 있고, 각 밀리세컨드의 전체 오프셋에 대한 1미터보다 더 적은 에러를 다시 도입한다.
그러므로, 본 발명의 다른 실시형태는 위치결정 시스템의 적어도 2개의 수신기를 제공하고, 제1수신기는 알려진 위치에 있으며, 제2수신기는 위치가 결정될 이동유닛에 위치하고 있고, 이 시스템은 적어도 순차적으로 반복되는 적어도 한부분의 포맷을 갖춘 송신신호를 이용하며, 복수의 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 송신신호의 상대적 시간오프셋은 그들의 상대적 시간오프셋을 결정하기 위해 다른 전송소스로부터 순차적으로 수신된 송신신호를 서로 비교함으로써, 예컨대 상호상관에 의해 서로에 비례하여 측정되고, 이에 따라 양쪽 수신국에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 제2수신기의 위치를 결정하게 된다. 본 발명은 시스템과 위치결정방법 모두를 포함한다.
상술한 바는 다른 물리적 채널상의 인접하는 BTS로부터의 신호의 부분적인 코히어런스가 시간오프셋을 측정하는데 어떻게 이용될 수 있는지를 나타낸다. 본 발명은 이들 아이디어를 연장한다.
본 발명의 다른 실시태양은 복수의 전송소스를 갖춘 디지털 전화망의 적어도 2개의 수신기를 구비하는 위치결정 시스템을 제공하고, 제1수신기는 알려진 위치에 있고, 제2수신기는 위치가 결정될 이동수신기이며, 상기 시스템은 소정의 값이나 부분을 갖는 적어도 한부분의 포맷을 갖춘 송신신호를 이용한다.
각 수신기는 기준클럭과, 각 수신기에서 기준클럭에 로크되는 기준신호를 발생시키기 위한 수단 및, 제2수신기의 위치가 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 결정될 수 있도록 그들의 상대적 시간오프셋을 결정하기 위해 수신된 송신신호와 기준신호를, 예컨대 상호상관에 의해 각 수신기에서 비교하기 위한 수단을 포함하고, 기준신호는 송신신호와 유사한 포맷을 갖추고 있으므로 소정의 값을 갖거나 반복되는 수신신호의 부분과 동일한 부분을 갖는다.
디지털 전화망에 있어서, 예컨대 GSM시스템과 전송소스는 오히려 베이스 송수신국이고, 이동수신기는 디지털 핸드셋일 수 있다.
기준신호는 사실상 송신신호와 정합될 수 있는 템플릿(template)을 제공한다. 신호가 같은 방법으로 포맷된다는 사실을 이용하면, 신호가 정합되는 것을 가능하게 하는 동일한 부분을 갖게 되고, 하나의 기록이 정합하기 위해 다른 기록에 관련되어 이동되야만 하는 시간의 양은 시간오프셋의 추정을 제공한다.
시간오프셋은 다른 전송소스신호간의 상대적인 수신 시간오프셋이 계산되는 것을 가능하게 하기 때문에, 이동유닛의 위치는 아래에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 결정된다.
시간오프셋은 GSM 전화시스템에서, 예컨대 다음의 방법으로 국부적으로 생성되는 템플릿을 이용하여 측정될 수 있다. 예컨대, CRU에는 BTS(A)로부터의 신호의 짧은 버스트가 기록되었다고 가정하자. 그 기록내에 포함된 것은 프레이밍 구조와 그들 전송의 일정한 특징으로 상술한 다른 '주어진' 데이터(또는 소정의 값)이다. CRU내의 프로세서는 네트워크 신호의 주지의 구조에 기초하여 정합 템플릿을 생성할 수 있고, 수신데이터의 정확한 형태가 알려지지 않은 그들 부분을 무시할 수 있다. 이러한 템플릿은 도 3의 일례로서 나타낸다. 도 3의 (a)에 나타낸 송신된 신호의 음영부(shaded portion)는 네트워크 프로토콜(프레임구조 등)에 의해 정확히 명기된다. 이들은 도 3의 (b)에 나타낸 국부적으로 발생된 템플릿에 의해 정합될 수 있다. 도 3의 (a)의 비음영부(unshaded portion)는 미리 예측될 수 없기 때문에, 이들 부분은 상관관계에 이용되지 않는다. 도 3의 (a)의 수신신호와 도 3의 (b)의 국부적으로 발생된 템플릿간의 상관관계 프로세스에 있어서, 음영부만이 상관관계 피크(correlation peak)에 조직적으로 기여하고, 비음영부는 무시될 수 있다. 템플릿이 기록에 정합될 때, 상관관계 피크는 시간오프셋, 즉 CRU내의 수신신호와 로컬클럭간의 시간오프셋에 대응한다. 이 시간오프셋 Δta1은 다음과 같이 주어진다.
여기에서, εa는 BTS전송의 시간오프셋이고, ε1은 CRU의 내부클럭의 시간오프셋이며, 양쪽 모두 가공의 유니버설 '절대'클럭에 관련한다. 또, B와 C로부터의 신호는 다음과 같이 주어지는 같은 방법으로 측정될 수 있다.
(5)
또, 다음과 같이 주어지는 같은 측정은 CBU에서 이루어질 수 있다.
(6)
식 (5)에서 식 (6)을 빼면 다음과 같이 주어진다.
(7)
여기에서, ε=ε1-ε2이다. 식 7은 단지 식 1과 비슷하기 때문에 CRU의 위치 r을 찾기 위해 같은 방법으로 해결될 수 있다. 그러므로, 정밀도와 속도 등의 같은 특징에 따라 WO-A-97-11384에 개시되어 있는 방법과 정확하게 같은 방법으로 동작하는 CURSOR 시스템이 고안된다. 차이점은 측정이 이루어지는 방법과 링크를 매개로 CPP에 보내지는 데이터의 내용에 있다. WO-A-97-11384에 개시되어 있는 CURSOR 시스템에 있어서, 시간오프셋은 CRU와 CBU 모두에 의해 기록되는 원데이터(raw data)로부터 CPP에 의해 결정된다. 본 응용의 발명에 따르면, 보내질 데이터를 훨씬 덜 요구하면서, 시간오프셋은 국부적으로 결정된다. 이 시스템에서 다른 BTS로부터 전송된 신호의 상대적 전송지연은 측정되지 않고, 계산에 결코 이용되지 않는다는 점에도 주의해야 한다. 기하학의 계산은 BTS의 위치에 중심을 둔 원의 교차에 기초를 두고 있다. 이것은, 등가의 CBU가 상대적 전송지연을 측정하고 그들을 쌍곡선의 교차에 의한 표준계산을 실행하는 프로세싱 유닛에 전달하는 다른 시스템과 매우 다르다.
상기 설명은 단일 국부적으로 발생된 템플릿의 이용이 어떻게 시간오프셋을 추정하는데 이용될 수 있는지를 나타낸다. 상술한 바와 같이 템플릿은 네트워크 신호의 주지의 특징으로부터 발생될 수 있거나, 다른 채널과 서로 관련시키기 위한 템플릿과 같이 말하자면 제1수신채널로부터의 신호를 이용하여 측정될 수 있다. 그것은 특히 수신신호가, 예컨대 다경로 전파의 영향에 의해 왜곡될 때, 추정 프로세스에서의 하나 이상의 템플릿을 이용하는데 때때로 유익할 수 있다. 상관관계를 최대화하는 가장 좋은 템플릿은 수신신호를 정확하게 정합하는 것이다. 그러나, 그렇게 획득된 시간오프셋의 추정은 다른 템플릿을 이용함으로써 나타날 수 있는 계통적 바이어스(systematic bias)를 포함한다. 이것을 도 4에 나타내는데, 전송 프로파일(transmitted profile)은 도 4의 (a)에 나타내고, 수신 프로파일(received profile; 약간 이상적으로 됨)은 도 4의 (b)에 나타낸다. 도 4의 (c1)과 도 4의 (c2) 등에 나타낸 다른 양의 다경로에 대응하는 템플릿의 범위는 수신데이터에 정합될 수 있고, 가장 밀접한 정합을 주는 템플릿은 다경로 지연의 추정을 제공한다.
그 후, 본 발명에 따른 GSM CURSOR 위치결정 시스템은 주위의 BTS로부터 BCCH까지 끊임없이 순환하고 그들간의 시간오프셋을 측정하는 고정된 CBU와 내부클럭에 로크되는 템플릿을 갖추고 있다. 그것의 로컬 프로세서는 시간오프셋에 대해 낮은 차수의 다항식 피트를 유지하여, 값은 보간(interpolation)에 의해 어떤 특정순간동안 획득될 수 있다. 다항계수나 보간된 시간오프셋은 모두 요청하면 CPP에 보내질 필요가 있는 것이다. 또, 셀내의 CURSOR 이네이블드(enabled) 핸드셋은 다항 피트의 유사한 세트를 유지한다. 이것은 그것의 유휴시간동안, 즉 호출이 진행중이지 않고 프로세서가 그다지 수행하고 있지 않을 때, 범위내에서 모든 BCCH 둘레를 순환함으로써 이루어질 수 있다. 위치측정이 요청되자마자, 다항계수와 보간된 시간오프셋이나 상호상관의 피크 둘레의 포인트는 상술한 측정 수간의 정의(def inition)와 함께 SMS 패킷, 예컨대 주어진 채널상의 특정 프레임 번호의 도달에 의해 CPP로 보내진다. 이러한 메시지는 도 5에 나타낸다. ms로의 번호의 4바이트 표시는 위치에러의 약 2㎝에 상당하는 분해능을 갖는 ±128ms 범위를 나타낸다. 그러므로, SMS 패킷의 용량은 최소 3보다 더 많은 BTS가 각 위치결정에 이용되는 것을 가능하게 하기 때문에, 측정의 견고성과 신뢰성을 증가시키게 된다.
또, 본 발명은 전화망 오퍼레이터에게 상술한 CURSOR 위치결정외에 두번째 이익을 줄 수 있다. 비록 상술한 바와 같이 CRU의 위치를 결정하기 위해 BTS 네트워크의 상대적 전송지연을 측정할 필요가 없을지라도, 그럼에도 불구하고 그들은 그렇게 할 수 있다. 이 정보는 BTS의 네크워크를 동기화하는데 이용되도록 국부적인 제어기로 돌려질 수 있다.
그러므로, 본 발명은, 본 발명에 따라 상술한 어떤 방법에 따라 알려진 위치에서 고정수신기에 의해 측정되는 시간오프셋을 이용함으로써, GSM이나 유사한 디지털 전화망을 동기화하고, 네트워크를 동기화하기 위해 결정된 시간오프셋을 이용하는 시스템을 포함하고 있다.
일반적으로 오프셋을 0으로 감소시키기 위해 물리적인 변경을 할 필요는 없지만, 네트워크 운영시스템이 그 프로시저에서 그들을 참작할 수 있게 하면서, 단지 오프셋의 맵(map)을 유지하기에 충분하다. '동기화된' 네트워크이 갖는 이익은 진행중인 호출이 그들 사이에서 이주하는 바와 같이 인접하는 셀간에서 더 빠르고 더 신뢰할 수 있는 핸드-오버(hand overs)를 포함한다는 것이다.
본 발명에 따른 시스템의 국부적이나 국가적인 실행에는, GSM이나 다른 이동 디지털 전화시스템의 영역내에서 배치되는 CBU의 네트워크가 있을 것이다. 인접한 쌍의 CBU는 도 6에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 공통 BTS로부터 송신신호를 수신할 수 있을 것이다. BTS중 하나로부터 특정 프레임 번호의 도달 등의 소정의 시간에서, 양 CBU는 상술한 바와 같이 그들의 내부클럭에 비례하는 신호의 도달의 시간오프셋을 측정한다. CBU와 BTS의 위치가 모두 알려져 있기 때문에, 식 7의 첫번째식은 2개의 CBU의 내부클럭간의 시간오프셋을 나타내는 ε의 값을 계산하는데 이용될 수 있다. 네트워크에서 모든 인접한 쌍의 CBU간에서 유사한 측정을 함으로써, 그들의 내부클럭의 상대적 시간오프셋의 맵을 설정할 수 있기 때문에, CBU의 네트워크를 동기화하게 된다.
이 방식으로 CBU의 네트워크를 동기화하면 이하에 포함하는 몇개의 이익을 초래할 수 있다. 첫번째로, 네트워크내에서 최근에 설립된 BTS의 위치는 사실상 CRU로 간주될 수 있지만 알려진 위치에서 고정될 수 있는 CBU의 쌍을 이용함으로써 CBU의 알려진 위치에 관하여 지금 측정될 수 있다. 예컨대, 식 7의 첫번째 식에서 a를 제외한 모든 변수는 알려져 있기 때문에, 새로운 BTS로부터의 신호에 대한 2개의 측정은 그것의 위치를 설립하기에 충분하다. 이것은 BTS 네트워크 오퍼레이터로부터 CURSOR 오퍼레이터에서 독립성을 제공한다. 두번째로, 각 BTS의 위치에러나 인접한 CBU의 동기화 에러는 인접한 CBU 쌍과 공통 BTS의 모든 가능한 조합을 매개로 앞단락에서 설명된 측정을 반복함으로써 검출될 수 있다. 세번째로, CBU의 동기화된 네트워크는BTS의 전송 시간오프셋의 맵을 설정하는 다른 수단을 제공하지만, 이 시간은 단지 서로에 관하여라기 보다는 공통 CBU-시스템 시간에 관한 것이다. 네트워크에서 CBU중 하나는 수소 메이저(maser)나 세슘 빔장치 등의 우량의 원자클럭이 설치될 수 있고, 전네트워크에 대한 시간표준으로서 이용될 수 있다.
또, 동기화되거나 그렇지 않은 CBU의 네트워크는 새로운 BTS 유닛의 출현에 대해 전체 할당된 주파수대의 주기적인 스캐닝을 실행할 수 있고, 선재하는 유닛에 의해 이용되는 주파수 채널로 변경한다. 그러므로, CURSOR 오퍼레이터는 일단 CBU의 그의 국부적인 네트워크가 설립되어 있다면, BTS 네트워크 오퍼레이터로부터 큰 독립성을 갖춘 그의 비지니스를 경영할 수 있게 된다.
EP-A-0 303 371에는 여기에 설명된 시간측정기술을 이용하여 달성될 수 있는 것보다 더 큰 정밀도의 대응하는 이점을 갖춘 이동수신기의 위치가 위상의 측정을 이용하여 어떻게 추적될 수 있는지가 개시되어 있다. 때때로 본 발명의 실제적인 실현으로 위상과 시간 모두를 측정하는 이점을 가질 수 있다. 수신신호의 동상과 직각위상부는 시간오프셋의 측정동안 획득될 수 있다. 이들은 수신신호의 위상을 추정하는데 이용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 위상측정은 시간오프셋 측정보다 더 큰 정밀도를 갖는다. 그러므로, CRU의 위치의 계산에서의 위상과 시간오프셋 측정이나 위치의 변화를 결합하는데 유리할 수 있다.
일례로서, GSM 디지털 전화망을 고찰하자. 위치계산 프로세스의 시작에서 시간과 위상차는 WO-A-97-11384와 상기에 나타낸 바와 같이 계산된다. 이 때, 측정은 반복된다. 두번째 위상측정은 첫번째 위상측정 + 첫번째 측정과 두번째 측정간의 위상변화로 이루어져 있다. 위상과 시간차는 같은 알려지지 않은 양의 다른 추정으로 볼 수 있다. 그러므로, 위상과 시간차 측정 모두가 2개의 다른 역기점에서 이루어지고, 이들 측정의 변화는 이동유닛의 움직임을 반영한다. 위상과 시간차는 같은 알려지지 않은 양을 측정함에 따라, 적절하게 스케일될 때 위상측정의 2개 세트간의 차이는 시간차 측정의 2개 세트간의 차이와 같아질 것이다. 이들 2개의 세트간의 어떤 어긋남은 주로 다경로의 영향과 측정잡음에 의해 야기된다. 일반적으로, 측정되는 신호의 파장의 1퍼센트의 정밀도로 측정을 획득하는 것이 가능하다. 이것은 시간차 관찰에 대한 약 10미터의 정밀도에 비해 위상관찰에 대한 서브센티미터 정밀도와 같다. 양쪽 모두는 다경로와 측정잡음에 영향을 받기 쉽지만, 최종에러는 위상데이터에 대해 더 작다.
첫번째 측정으로부터 두번째 측정 역기점까지의 (적당히 스케일된) 위상측정의 변화와 첫번째 시간차 측정의 합으로 두번째 시간차측정을 계산하는데 이점이 있을 수 있다. 또, 향상된 첫번째 역기점 시간차 측정을 계산하기 위해 위상 데이터를 이용할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 시스템은 각각의 상기 수신기에서 신호의 도달간의 위상차와 시간지연 모두를 측정할 수 있고, 위상측정은 시간지연의 향상된 추정과 제2수신기의 위치를 결정하기 위해 시간측정에 더하여 이용된다.
또, 본 발명은 기준클럭과, 기준클럭에 로크되는 기준신호를 발생시키기 위한 수단, 그들의 상대적 시간오프셋을 결정하기 위해 수신된 송신신호와 기준신호를, 예컨대 상호상관에 의해 비교하기 위한 수단 및, 핸드셋의 위치가 결정될 수 있도록 상기 상대적 시간오프셋을 나타내는 데이터를 전송하기 위한 수단을 갖춘 핸드셋을 포함하고, 기준신호는 송신신호와 유사한 포맷을 갖추고 있으므로 소정의 값을 갖거나 반복되는 수신신호의 부분과 동일한 부분을 갖는다.
실제문제로서, 상술한 바와 같은 에러는 신호가 수신기에 도달하는 경로의 정확한 이해를 갖지 않음으로써, 다경로 전파 때문에 초래된다. 다경로 전파는 피크의 위치를 추정하기 위해 그것을 더 견고하게 하면서, 상호상관을 퍼뜨린다. 또, 다른 피크보다 더 낮은 진폭을 갖는 원하는 피크로 다중피크된 상호상관을 초래한다. 모든 신호가 간접적인 루트에 의해 도달하면, 가시 전파경로에 모든 대응하는 것에서 피크가 없을 수 있다. 그러나, 다경로는 직접적인 경로에 비해 신호의 지연을 항상 초래한다는 점에 주의해야 한다. 기지국 안테나가 가장 직접적인 신호만을 수신하도록 주위의 클러터(clutter)를 제거하여 위에 설치되고, 이 때 로버(rover)에서 지연되는 신호는 상호상관의 피크의 배면에 나타난다.
비록 다경로 전파의 영향이 많은 상황에서 상대적으로 작고, 상술한 다중 템플릿에 의해 극복될 수 있을지라도, 종종 간단한 방법으로 그 영향을 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
다경로 전파의 영향은, 상기 수신신호의 측정된 부분을 자기상관하는 단계와, 상기 수신신호의 측정된 부분의 일부의 자기상관의 부분과 상기 수신신호의 기대부분의 자기상관의 부분을 구비하는 템플릿을 제조하는 단계, 상기 수신신호의 측정된 부분과 함께 상기 수신신호의 기대부분을 상호상관하는 단계 및, 템플릿이 상기 기준신호에 따라 전송소스에 의해 신호방송의 도달시간으로 상호상관을 가장 잘 맞추는 오프셋을 측정하는 단계에 의해, 시간이나 등가 변환된 공간내에서 내부 기준클럭에 로크된 기준신호에 따라 전송소스로부터 수신된 신호의 도달시간을 식별하여 측정함으로써 최소화될 수 있다.
그러므로, 본 발명은 상기 방법으로 실행하기 위한 수단을 구비하는 이동수신기, 예컨대 전화 핸드셋을 포함하고 있다.
자기상관함수가 전력스펙트럼이 되고 상호상관함수가 크로스(cross) 전력스펙트럼이 되는 경우에, 이 프로세스를, 예컨대 푸리에 변환 도메인에서 동등하게 실행하는 것이 가능하다.
GSM 시스템의 경우에 있어서, 쉽게 식별할 수 있어 미리 알려져 있는 신호부는, 예컨대 확장된 트레이닝 시퀀스일 수 있다. CDMA 시스템의 경우에 있어서, 신호부는 파일럿 확산코드일 수 있다.
템플릿을 제작하기 위한 수단은 중심피크의 그것 다음의 시간오프셋과 대응하는 상기 수신신호의 측정된 부분의 자기상관의 부분과 상기 수신신호의 중심피크의 그것 전의 시간오프셋에 대응하는 상기 수신신호의 기대부의 자기상관의 부분을 결합하기 위한 수단을 구비하고 있다.
일례로서, GSM 디지털 이동전화 시스템에 적용되는 본 발명에 따른 특정 실현은 이제 설명될 것이다. 상술하고, 도 9에 나타낸 바와 같이, GSM CURSOR 시스템은 다음의 소자, 즉 (a) 신호, 특히 BCCH신호를 전송하는 1A, 1B, 1C 등의 BTS 유닛의 네트워크와, (b) BCCH 신호를 수신하는 BTS 네트워크에 의해 제공되는 영역내에 설치되고, 알려진 위치에서 고정되는 2A, 2B 등의 CBU의 네트워크, (c) 이동핸드셋의 위치가 계산되는 CPP 유닛(3) 및, (d) 위치가 결정될 복수의 CURSOR-이네이블드 핸드셋(4; CRU)을 구비한다.
CURSOR-이네이블드 핸드셋(4; CRU)은 유휴시간동안 그 작업을 가장 잘 한다(약간 증가된 배터리 드레인의 비용으로). 그러므로, CURSOR 측정은 사용자가 통상의 방법으로 호출하는 시간에 의해 이미 이루어졌다.
도 10은 본 발명에 따라 작동하도록 적용된 종래의 디지털 셀룰러 무선핸드셋을 구비하는 핸드셋을 간단히 나타낸 도면이다. 핸드셋(4)은 수신기(42)에 신호를 제공하는 안테나(41)를 포함하고, 수신신호는 디지털 신호 프로세서(43; DSP)로 통과된다. 디지털 신호 프로세서(43)는 DSP(43)에 의해 이용되는 소프트웨어를 포함하기 위한 관련 RAM(44)과 ROM(45) 또는 그와 유사한 것을 갖추고 있다. 종래 마이크로프로세서나 중앙제어기(46; CPU)는 DSP에 의해 처리된 신호를 수신하고, 운영소프트웨어를 포함하기 위한 관련 RAM(47)과 ROM 또는 그와 유사한 것(48)을 갖추고 있다. 배터리, 키패드, LCD 스크린 등의 셀룰러 전화 핸드셋의 다른 전형적인 구성요소는 본 발명에 적절하기 않기 때문에 도시하지 않았다. 본 발명에 따른 이용에 있어서, ROM(45)에 저장된 변형 프로그램의 제어하에서 동작하는 DSP(43)와 관련 RAM(44)은 요청된 신호측정을 실행하기 위해 동작하고, 관련 RAM(47)은 ROM(48)에 저장된 변형 프로그램의 제어하에서 타이밍 오프셋을 측정하기 위해 동작한다.
GSM CURSOR 측정은 아날로그로부터 디지털 변환기로 동상(I)과 직각위상(Q) 원데이터 샘플로 이루어진다. 약 140 I와 Q샘플은 초당 약 541,000샘플의 샘플링 속도로 핸드셋에서 기록된다. 이 데이터는 프로세싱에 의해 삽입된 시간지연이 정확히 알려지지 않기 때문에, 채널 등화(equalisation) 등의 어떤 DSP 프로세싱전에 추출된다.
I와 Q샘플은 DSP(43)에서 다음과 같이 취급된다. 주파수보정 버스트 등의 마커(marker) 신호의 검출에 대해서는(이하의 정의를 참조), tan-1(Q/I)의 연속하는 값간의 차이로 이루어지면서, I와 Q출력은 표준 FM복조기 출력을 제공하기 위해 먼저 결합되고, 0부터 360도 전범위에서 계산된다. 이 때, FCB는 연속적인 '0' 이나 '1' 샘플세트로 나타나고, 그와 같이 인지될 수 있다. 기대코드신호와 기록코드신호(이하의 정의를 참조)간의 상호상관은 이 동일 복조된 시리즈로 실행되거나, 복합 상호상관 오퍼레이션에서 실제와 가상의 구성요소로서 I와 Q값 자신을 이용하여 실행될 수 있다.
비록 5개나 6개의 기록이 실제로 이루어지더라도,적어도 3개의 이러한 기록은 기하학적으로 다른 BCCH 캐리어상에서 이루어져야만 한다. 이것에 대한 저레벨의 데이터 메모리 요구는 채널당 약 140×2=280바이트이다. 주위의 BCCH 6개까지의 이웃 리스트를 유지하는 것은 핸드셋에 대해 전형적인 것이다. 이것은 CURSOR 오퍼레이션에 이용되는 리스트이다. 서빙셀(serving cell)상의 BCCH의 프레임 번호는 디코드되고, 각 CURSOR 측정세트에 대해 시간스탬프(time-stamp)로서 이용된다. 말하자면 6채널로 이루어진 기록의 완전한 세트는 내부 수정 제어발진기와 동시에 이루어진다. 모든 기록된 데이터는 제2프로세싱을 위해 제어기 램에 복사된다.
핸드셋(CRU; 4)의 경우에 있어서, GSM CURSOR 측정 프로시저는 핸드셋의 유휴시간동안 10초와 60초간에 규칙적인 간격을 두고 DSP(43; 도 10 참조)에서 실행되고, 도 7을 참조하여 이하에 설명된다. 각 프로시저는 1초보다 덜 걸린다. BCC H 전송의 2개의 반복성 특징은 쉽게 식별된다. 이들중 첫번째는 마커신호를 호출하고, 두번째는 마커 다음에 알려진 시간에 도달하는 코드신호를 호출한다. 마커신호는, 예컨대 FCB일 수 있고, 코드신호는 SCH일 수 있다. 거기에는 많은 다른 가능성이 있다. 핸드셋은 마커신호의 도달을 기다리고, 코드신호를 기록한다(도 7 참조). 프로세스는 단계 701에서 시작하고, n채널의 리스트와 그들 주파수는 핸드셋의 이웃 리스트(702)로부터 검색된다. 핸드셋의 기준 발질기에 로크되는 카운터는 단계 703에서 리셋(reset)되고, 인덱스 i는 0으로 설정된다. 주프로세싱 루프 704~713에 있어서, 인덱스는 단계 704에서 먼저 증가되고, 핸드셋은 단계 705에서 리스트의 첫번째 BCCH에 동조시키며, 단계 706의 다음 마커신호의 도달을 기다린다. 클럭 틱 카운트가 단계 708에서의 코드신호의 도달에 대응하는 번호에 도달되었을 때, 약 2×140바이드의 기록은 그 다음에 단계 709에서 이루어지고, 프레임 번호는 단계 711에서 기록된다. 그 다음, 클럭 틱 카운터는 n보다 작은 채널번호에 따라(단계 713), 단계 712에서 기록되고, 프로세스는 단계 704로 되돌아가며, 그 다음 핸드셋은 다음 BCCH에 재동조시키고, 이 채널상의 다음 마커신호의 도달을 기다린다. 마커신호가 검출되면, 클럭 틱 카운터의 값은 적당한 코드신호를 기다린 후에 기록되고, 또 다른 2×140바이트도 기록된다. 이 프로세스는 단계 713으로 갈 때까지 프로세스에서 루프의 둘레를 순환함으로써 리스트의 모든 채널에 대해 반복되고, 기록이 모든 n채널에 대해 이루어졌다는 것이 결정된다. 기록된 데이터는 RAM(48)에 저장하기 위해 CPU 제어기(46)로 전달된다.
핸드셋 CPU 제어기, 마이크로프로세서(46)는 가장 오래된 값이 가장 최근의 값으로 대체되는 RAM(48)의 순환버퍼에 결과를 저장하면서, 데이터의 몇몇 정수에 기초를 둔 분석을 실행한다. 이 분석은 기대 코드신호에 기초하는 템플릿과 상호상관하는 각각의 기록을 포함한다(상술한 바와 같은 SCH). 상호상관의 피크 둘레의 값은 식별되고, 아래에 설명되는 압축된 형태로 RAM(48)에 저장된다. 사용자가 이용될 CURSOR 기능성을 요구하는 호출을 시작할 때, 대응하는 클럭 틱값을 포함하는 순환 최종버퍼에 상주하는 값은 하나의 SMS 패키지에 넣어진 후에, 핸드셋의 위치가 결정되는 CPP로 보내진다.
CPP에 보내지는 데이터는, 서빙셀에 대한 풀(full) BTS 식별과, 위치가 요청된 서비스에 대응하는 다이얼드 번호(dialled number), 서빙셀로부터 기록되는 동기화 버스트의 프레임 번호, 각 채널에 대한 클럭 틱 카운터, 데이터표현 및, 측정된 BTS 짧은 ID로 이루어질 수 있다.
CBU는 CRU와 같은 많은 방법으로 동작한다. 주요 차이점은 (a) CBU가 더 큰 세트의 주위의 BCCH 전송을 감시하고(전형적으로 15~20), (b) 측정은 더 자주, 말하자면 5초마다 하며, (c) 데이터는 어떤 적당한 수단, 예컨대 ISDN 커넥션을 이용하여 CPP로 되돌려지고, (d) 오퍼레이션의 몇몇 모드에서 그것이 검출될 때 충분히 긴 시간 드리프트가 발생되는 CPP에 호출하며, (e) CBU는 상술한 바와 같이 네트워크 감시와 동기화 모드에서 동작할 수 있다는데 있다.
전형적으로, CPP는 CRU 활성모드에서 작동한다. 도입하는 CURSOR SMS 패킷은 CRU 측정시간에 대응하는 기록된 데이터를 추출하기 위해 적당한 CBU나 CBUs의 의문을 자극한다. 이 때, CPP는 위의 식 7을 이용하여 CRU의 위치를 계산하기 위해, 위에 언급한 이전의 특허명세서에 개시되어 있는 바와 같은 표준 프로시저를 이용한다. CPP는 어떤 CBU로부터 새 데이터를 요청하기 전에 요구된 CBU가 이미 획득되었는지를 판단하기 위해 먼저 최근의 CBU 측정의 내부 데이터베이스를 고려한다.
위에 언급된 압축의 프로세스는 복수의 상호상관 벡터 각각에 대해서는 다음과 같다.
식별되는 값은 상호상관의 피크값(c)과, 바로 가까이에 인접하는 2개 값, 각 사이드상에서의 피크값, 즉 각각 b, a, d, e이므로, a, b, c, d, e 순으로 된다.
a의 값은 0, b-a, c-a, d-a, e-a의 값을 나타내기 위해 다른 값에서 빼게 된다.
이들 값중 가장 큰 것은 c-a이고, 이것은 인자 x에 의한 증가에 의해 32개의 0에 의해 추종되는 1로 이루어지는 33비트 값을 갖기 위해 스케일된다.
그 후, 이들 값의 아래쪽의 24비트는 각 경우에서 8비트 표현을 남기기 위해 제거된다.
원래 값의 첫번째와 세번째는 각각 알려진 0과 256을 구비하고, 두번째와 네번째 및 다섯번째 번호는 단지 CPP에 보내질 필요가 있으며, 3개의 최종번호 각각은 8비트 표현으로 나타낼 수 있기 때문에, 첫번째 2개는 양의 8비트 정수이고 세번째 부호화된 8비트 정수 각각은 싱글 바이트이고, 전상관관계 곡선의 형상은 SMS 메시지의 단지 3바이트 데이터에 의해 표현될 수 있다.
다경로 전파의 영향을 최소화하는 방법의 예는, 이하에 설명되는 바와 같이 시스템에서의 신호의 추정되고 측정된 상호상관함수와 자기상관함수를 나타내는 첨부하는 도 8과 관련하여 아래에 설명된다.
상술한 바와 같이, 이동수신기의 내부 기준신호에 따라 이러한 다경로 혼합신호의 복사의 도달에 대해 가장 빠른 도달시간을 측정하는 것은 이 에러가 최소화되는 것을 가능하게 한다. 본 발며의 이 예는 GSM 디지털 셀룰러 네트워크에서 양호한 자기상관 특성을 갖도록 설계된 쉽게 식별가능한 신호구조, 예컨대 확장된 트레이닝 시퀀스를 이용하고, 도 8에 나타낸다. GSM 신호에서 확장된 트레이닝 시퀀스의 자기상관함수(도 8의 (a))는 잘 알려져 있다. 이것의 좌측(음의 시간축에 대응함)은 수신신호의 추정된 상호상관함수(도 8의 (c))와 기대되고 확장된 트레이닝 시퀀스의 좌측으로서 이용된다. 측정되고 확장된 트레이닝 시퀀스의 자기상관함수의 우측(도 8의 (b), 양의 시간축에 대응함)은 추정된 상호상관함수(도 8의 (c))의 우측으로서 이용된다. 수신신호는 기대되고 확장된 트레이닝 시퀀스와 상호상관되고, 최종 측정된 상호상관함수(도 8의 (d))는 타이밍 오프셋을 발견하기 위해 추정된 상호상관함수(도 8의 (c))와 비교된다.

Claims (41)

  1. 복수의 전송소스를 갖춘 디지털 전화망의 알려진 위치에 있는 제1수신기 및 위치가 결정될 이동수신기인 제2수신기의 적어도 2개의 수신기를 구비하는 위치결정 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 적어도 일부가 소정의 값을 갖거나 일부가 반복되는 포맷을 갖는 송신신호를 이용하고,
    상기 각 수신기는 기준클럭과,
    상기 각 수신기에서 상기 기준클럭에 로크되는 기준신호를 발생시키기 위한 수단 및,
    그들의 상대적 시간오프셋이 이네이블되도록 결정하기 위해 수신된 송신신호와 기준신호를 각 수신기에서 비교하기 위한 수단을 포함하고, 이에 따라 상기 제2수신기의 위치는 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 결정될 수 있으며, 상기 기준신호는 송신신호와 유사한 포맷을 갖고 있으므로 소정의 값을 갖거나 반복되는 상기 수신신호의 일부와 동일한 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준신호는 상기 송신신호의 알려진 특징으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기준신호는 첫번째 수신된 송신신호로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  4. 복수의 전송소스를 갖춘 디지털 전화망의 알려진 위치에 있는 제1수신기 및 위치가 결정될 이동수신기인 제2수신기의 적어도 2개의 수신기를 구비하는 위치결정 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 적어도 일부가 소정의 값을 갖거나 일부가 반복되는 포맷을 갖는 송신신호를 이용하고, 상기 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 송신신호의 상대적 시간오프셋은 그들의 상대적 시간오프셋을 결정하기 위해 다른 전송소스로부터 수신된 송신신호끼리를 비교하기 위한 수단에 의해 상기 수신기에서 서로에 관련하여 측정되며, 이에 따라 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 제2수신기의 위치를 결정하게 되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  5. 복수의 전송소스를 갖춘 디지털 전화망의 알려진 위치에 있는 제1수신기 및 위치가 결정될 이동수신기인 제2수신기의 적어도 2개의 수신기를 구비하는 위치결정 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 순차적으로 반복되는 적어도 일부분의 포맷을 갖춘 송신신호를 이용하고, 상기 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 송신신호의 상대적 시간오프셋은 그들의 상대적 시간오프셋을 결정하기 위해 다른 전송소스로부터 순차적으로 수신된 송신신호끼리를 비교하기 위한 수단에 의해 상기 수신기에서 서로에 관련하여 측정되며, 이에 따라 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 제2수신기의 위치를 결정하게 되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 상기 송신신호의 상기 상대적 시간오프셋을 나타내는 상기 수신기로부터 데이터를 수신하고, 상기 상대적 시간오프셋으로부터 양쪽 수신기에서 수신된 상기 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 제2수신기의 위치를 결정하는 중앙 프로세서를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 중앙 프로세서는 GSM 네트워크에서 데이터 서비스의 하나 이상의 패킷을 매개로 상기 수신기로부터 상기 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 이동수신기의 위치를 나타내는 데이터는 상기 중앙 프로세서로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이동수신기의 위치를 나타내는 데이터는 상기 중앙 프로세서로부터 상기 이동수신기로 전송되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신신호는 채널신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 송신신호는 GSM 네트워크의 BCCH 신호를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  12. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신신호는 소정의 간격을 두고 반복되는 번호가 붙여진 TDMA 프레임을 구비하고, 상기 수신기는 주어진 번호가 붙여진 프레임의 도달시간에 관련된 상기 전송소스로부터의 상기 송신신호를 기록하기 위해 배열되어 있고, 이에 따라 상기 기록의 시작을 동기화하게 되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동수신기가 다른 방법으로 관여되지 않을 때, 이러한 시간에 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 상기 시간지연을 결정하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기는 다중채널 수신기인 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기 각각에서 상기 신호의 도달간의 위상차와 시간지연 모두의 측정은 상기 제2수신기의 위치를 결정하기 위해 결정되고, 위상측정은 시간지연의 향상된 추정을 하기 위해 시간측정에 더하여 이용되는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항중 어느 한 항에 있어서, 다경로 전파의 영향을 최소화하기 위한 수단을 포함하고, 시간이나 등가 변형된 공간에서 내부 기준클럭에 로크되는 기준신호에 따라 전송소스로부터 수신된 신호의 도달시간을 측정하며,
    상기 수단은 상기 수신신호의 측정된 부분을 자기상관하고, 상기 수신신호의 측정된 부분의 일부의 상기 자기상관의 부분과 상기 수신신호의 기대부분의 자기상관의 부분을 구비하는 템플릿을 제조하며, 상기 수신신호의 측정된 부분과 상기 수신신호의 기대부분을 상호상관하고, 템플릿이 상기 기준신호에 따라 전송소스에 의해 신호방송의 도달시간으로 상호상관을 가장 잘 맞추는 오프셋을 측정하는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 템플릿을 제작하기 위한 수단은, 중심피크의 오프셋 시간후의 오프셋 시간에 대응하는 상기 수신신호의 측정된 부분의 일부의 자기상관의 일부분과 상기 수신신호의 중심피크의 오프셋 시간전의 오프셋 시간에 대응하는 상기 수신신호의 기대부의 자기상관의 일부분을 결합하기 위한 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 위치결정 시스템.
  18. 제1항 내지 제17항중 어느 한 항에 따른 위치결정 시스템을 짜넣은 디지털 전화망.
  19. 제18항에 있어서, 알려진 위치에서 고정된 복수의 수신기와, 상기 고정된 복수의 수신기에 의해 측정된 시간오프셋을 설정함으로써 상기 네트워크를 동기화하기 위한 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디지털 전화망.
  20. 제18항에 있어서, 알려진 위치에서 고정된 복수의 수신기를 더 포함하고, 상기 수신기 각각은 내부클럭과, 그들의 각 내부클럭의 시간오프셋을 설정함으로써 상기 고정 수신기를 동기화하기 위한 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 디지털 전화망.
  21. 제20항에 있어서, 상기 고정 수신기로부터 상기 전송소스의 전송 시간오프셋을 설정함으로써 상기 네트워크를 동기화하기 위한 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디지털 전화망.
  22. 제20항에 있어서, 상기 고정 수신기로부터 상기 전송소스의 위치를 설정하기 위한 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디지털 전화망.
  23. 제4항 또는 제5항 또는 제6항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 위치결정 시스템을 짜넣은 디지털 전화망용 핸드셋은, 다른 전송소스로부터 수신된 송신신호끼리 비교함으로써 복수의 전송소스로부터 샌드셋에서 수신된 송신신호의 상대적 시간오프셋을 측정하기 위한 수단과, 상기 핸드셋의 위치의 결정을 위해 상기 상대적 시간오프셋을 나타내는 데이터를 전송하기 위한 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 핸드셋.
  24. 제1항 내지 제3항 또는 제6항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 위치결정 시스템을 짜넣은 디지털 전화망용 핸드셋은,
    기준클럭과,
    상기 기준클럭에 로크되는 기준신호를 발생시키기 위한 수단,
    그들의 상대적 시간오프셋을 결정하기 위해 수신된 송신신호와 기준신호를 비교하기 위한 수단 및,
    상기 상대적 시간오프셋을 나타내는 데이터가 이네이블되도록 전송하기 위한 수단을 포함하고, 이에 따라 상기 핸드셋의 위치는 결정될 수 있으며, 상기 기준신호는 송신신호와 유사한 포맷을 갖추고 있으므로 소정의 값을 갖거나 반복되는 상기 수신신호의 부분과 동일한 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 핸드셋.
  25. 알려진 위치에 있는 제1수신기 및 이동가능한 제2수신기의 적어도 2개의 수신기를 갖춘 디지털 전화망 위치결정 시스템에서의 이동수신기의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
    복수의 소스로부터 적어도 일부가 소정의 값을 갖거나 일부가 반복되는 포맷을 갖는 송신신호를 전송하는 단계와,
    기준클럭에 로크되는 기준신호를 발생시킴으로써 각 수신기의 기준클럭에 관련된 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 송신신호의 시간오프셋을 결정하는 단계,
    그들의 상대적 시간오프셋을 결정함으로써 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정하는 단계를 구비하고, 이에 따라 제2수신기의 위치를 결정하게 되며, 상기 기준신호는 송신신호와 유사한 포맷을 갖추고, 소정의 값과 동일한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 기준신호는 상기 송신신호의 알려진 특징으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 기준신호는 첫번째 수신된 송신신호로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  28. 알려진 위치에 있는 제1수신기 및 이동가능한 제2수신기의 적어도 2개의 수신기를 갖춘 디지털 전화망 위치결정 시스템에서의 이동수신기의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
    복수의 소스로부터 적어도 일부가 소정의 값을 갖는 포맷을 갖춘 송신신호를 전송하는 단계와,
    다른 전송소스로부터 수신된 송신신호끼리 비교함으로써 서로에 관련된 복수의 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 송신신호의 시간오프셋을 측정하는 단계 및,
    상기 이동수신기의 위치를 결정하기 위해 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정하는 단계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  29. 알려진 위치에 있는 제1수신기 및 이동가능한 제2수신기의 적어도 2개의 수신기를 갖춘 디지털 전화망 위치결정 시스템에서의 이동수신기의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
    복수의 소스로부터 적어도 순차적으로 반복되는 부분의 포맷을 갖춘 송신신호를 전송하는 단계와,
    다른 전송소스로부터 순차적으로 수신된 송신신호끼리 비교함으로써 서로에 관련된 복수의 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 송신신호의 시간오프셋을 측정하는 단계 및,
    상기 이동수신기의 위치를 결정하기 위해 양쪽 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연을 결정하는 단계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  30. 제25항 내지 제29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송소스로부터 각 수신기에서 수신된 상기 송신신호의 상기 상대적 시간오프셋을 나타내는 신호는,상기 수신기로부터 중앙 프로세서에 의해 수신되고, 상기 제2수신기의 위치는 상기 상대적 시간오프셋으로부터 양쪽 수신기에서 수신된 상기 각 신호간의 시간지연을 결정함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 수신기로부터의 상기 데이터는 GSM 네트워크에서의 데이터 서비스의 하나 이상의 패킷의 상기 중앙 프로세서에서 수신되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 이동수신기의 위치를 나타내는 데이터는 상기 중앙 프로세서로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 이동수신기의 위치를 나타내는 데이터는 상기 중앙 프로세서로부터 상기 이동수신기로 전송되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  34. 제25항 내지 제33항중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신신호는 채널신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 송신신호는 GSM 네트워크의 BCCH 신호를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  36. 제25항 내지 제33항중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신신호는 소정의 간격을 두고 반복되는 번호가 붙여진 TDMA 프레임을 구비하고, 상기 수신기는 주어진 번호가 붙여진 프레임의 도달시간에 관련된 상기 전송소스로부터의 상기 송신신호를 기록하고, 이에 따라 상기 기록의 시작을 동기화하게 되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  37. 제25항 내지 제36항중 어느 한 항에 있어서, 각 수신기에서 수신된 각 신호간의 시간지연은 상기 이동수신기가 음성데이터를 전송하지 않을 때의 이러한 시간에 결정되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  38. 제25항 내지 제37항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기 각각에서 상기 신호의 도달간의 위상차와 시간지연 모두의 측정은 상기 제2수신기의 위치를 결정하기 위해 결정되고, 위상측정은 시간지연의 향상된 추정을 하기 위해 시간측정에 더하여 이용되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  39. 제25항 내지 제38항중 어느 한 항에 있어서, 다경로 전파의 영향은,
    상기 수신신호의 측정된 부분을 자기상관하는 단계와,
    상기 수신신호의 측정된 부분의 일부의 상기 자기상관의 부분과 상기 수신신호의 기대부분의 자기상관의 부분을 구비하는 템플릿을 제조하는 단계,
    상기 수신신호의 측정된 부분과 상기 수신신호의 기대부분을 상호상관하는 단계 및,
    템플릿이 상기 기준신호에 따라 전송소스에 의해 신호방송의 도달시간으로 상호상관을 가장 잘 맞추는 오프셋을 측정하는 단계에 의해,
    시간이나 등가 변환된 공간내에서 내부 기준클럭에 로크된 기준신호에 따라 전송소스로부터 수신된 신호의 도달시간을 식별하여 측정함으로써 최소화되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 템플릿은, 중심피크의 오프셋 시간후의 오프셋 시간에 대응하는 상기 수신신호의 측정된 부분의 일부의 자기상관의 일부분과 상기 수신신호의 중심피크의 오프셋 시간전의 오프셋 시간에 대응하는 상기 수신신호의 기대부의 자기상관의 일부분을 결합함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
  41. 제25항 내지 제40항중 어느 한 항에 있어서, 비교로부터 생기는 값은,
    가장 큰 값과 가장 큰 값의 각 사이드의 값 및 바로 가까이에 인접한 값이 식별되고,
    한쪽 사이드의 가장 작은 값은 최종값 세트를 제공하기 위해 다른 값에서 빼게 되며,
    가장 큰 최종값은 알려진 값을 갖기 위해 선택된 인자에 의해 스케일되고,
    다른 최종값은 같은 인자에 의해 스케일되며,
    각 경우에서의 가장 작은 유효비트는 각 경우에서의 표현으로서 가장 큰 유효비트를 남겨두기 위해 제거되고,
    가장 작과 가장 큰 표현은 그것들이 알려져 있기 때문에 버려지며,
    나머지 표현은 단지 비교의 결과를 나타내기 위해 이용되는 방법에 의해 압축되는 것을 특징으로 하는 이동수신기의 위치결정방법.
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