KR20040018495A - 모바일 통신 디바이스 및 모바일 통신 디바이스 위치 결정방법 - Google Patents
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Abstract
위치를 결정할 수 있는 모바일 통신 디바이스(MS1)의 부근에 위치된 송신기(BS1)의 위치를 결정하는 방법이 개시된다. 이 방법은 (i) 복수의 기준 위치(pn)로 모바일 통신 디바이스(MS1)를 이동시키는 단계와, (ii) 각각의 기준 위치에서 모바일 통신 디바이스(MS1)의 위치 및 모바일 통신 디바이스부터 송신기(BS1)까지의 거리를 결정하는 단계와, (iii) 단계 (ii)에서 결정된 위치 및 대응하는 거리를 사용해서 송신기(BS1)의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법을 사용하는 모바일 통신 디바이스(MS1)의 위치를 결정하는 방법도 개시된다.
Description
GPS 위치 고정값(position fix)을 제공하기 위해, 종래의 GPS 수신기는 적어도 4개의 GPS 신호를 수신해야 했고, 따라서 시야 내에(in view) 적어도 4개의 GPS 위성을 구비해야 했다. 그러나 불행하게도, 깊은 숲속이나 도시의 건물들 사이에서는, 시야 내에 한번에 4개 미만의 위성이 존재하는 경우가 종종 있다. 따라서, GPS 수신기가 이동 중일 때, 예컨대 소유자가 차량으로 이동 중일 때, 시야 내의 위성의 수 및 어느 위성이 시야 내에 있을 지는 급속히 달라질 수 있다.
적어도 관련된 미국 특허 제 5982324 호, 제 6236359호, 및 6249245 호에는 GPS 수신기를 포함한 모바일 셀룰러 전화를 제공하고, 시야 내에 GPS 위성이 4개미만일 때 위치 고정값을 획득하기 위해 GPS 수신기에 의해 획득되는 가상 거리(pseudorange)를 보충하기 위해 모바일 전화와, 이 모바일 전화가 등록된 셀룰러 네트워크 기지국 사이의 거리 결정을 사용하는 것이 개시되어 있다. 이러한 장치는 기지국의 위치가 알려지고, 모바일 전화의 위치가 전화에서 결정되고, 기지국의 위치가 전화에 전송될 것 등을 요구한다. 그러나, 기지국의 위치가 알려지지 않는 경우, 또는 전화에서 위치가 결정되지 않는 경우, 기지국의 위치는 모바일 전화에 전송되지 않으며, 기지국과 전화 사이의 거리는 의미가 없다.
본 발명은 송신기의 위치를 결정하는 방법 및 대응하는 장치에 관한 것이고, 상세하게는 모바일 통신 디바이스의 위치를 결정하는 방법 및 대응하는 장치에 관한 것이다.
도 1은 셀룰러 전화 네트워크의 지형 레이아웃을 도시하는 도면,
도 2는 모바일 셀룰러 전화(MS1)의 구성을 더 상세하게 도시하는 도면,
도 3은 위치(p1, p2, p3, p4)에서, 고정된 기지국(BS1)과 모바일 전화(MS1) 사이의 거리를 나타내는 도면,
도 4는 모바일 전화(MS1)와 기지국(BS1, BS2, BS3, BS4)사이의 거리를 나타내는 도면.
따라서, 본 발명의 목적은 모바일 통신 디바이스 근방에 위치된 송신기의 위치를 결정하는 방법 및 대응하는 장치를 제공하고, 또한 모바일 통신 디바이스의 위치를 결정하는 방법 및 대응하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 특성에 따라서, 송신기의 위치를 결정하는 방법이 제공되되, 여기서 그 위치를 결정가능한 송신기는 모바일 통신 디바이스의 근방에 위치된다. 이 방법은 (i) 복수의 기준 위치로 모바일 통신 디바이스를 이동시키는 단계와, (ii) 각각의 기준 위치에서 모바일 통신 디바이스의 위치 및 이 모바일 통신 디바이스로부터 상기 송신기까지의 거리를 결정하는 단계와, (iii) 위의 단계(ii)에서 결정된 위치 및 대응하는 거리를 사용해서 송신기의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
모호함을 없애기 위해, "기준 위치"는 이 위치가 고정되거나 미리 정해져 있다는 의미를 전하려는 것이 아니라, 단계 (ii)에서 일단 그 위치가 정해지면, 단계(iii)에서 기준 위치는 송신기 위치가 결정되는 기준이 되는 위치가 기준 위치이다.
이러한 방법은 송신기 위치가 결정되는 것을 가능하게 하며, 이 위치는 후속해서 모바일 통신 디바이스의 추가 위치를 결정하기 위해, 기준 위치로서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 2 특성에 따라서, 모바일 통신 디바이스의 위치를 특정하는 방법이 제공되되, 이 방법은 (a) 본 발명의 제 1 특성에 따른 방법에 의해, 모바일 통신 디바이스 근처에 위치된 적어도 하나의 송신기의 위치를 결정하는 단계와, (b) 모바일 통신 디바이스로부터 각각의 송신기까지의 거리를 결정하는 단계와, (c) 단계 (a)에서 결정된 각각의 송신기의 위치 및 단계 (b)에서 결정된 각각의 거리를 사용해서 모바일 통신 디바이스의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
단계(ii)에서, 모바일 통신 디바이스의 위치는 GPS 수신기를 사용해서 결정될 수 있고, 이 경우, 모바일 통신 디바이스의 위치는 GPS 수신기를 사용해서 얻어진 가상 거리, 단계 (a)에서 결정된 각각의 송신기의 위치 및 단계 (b)에서 결정된 각각의 거리의 조합을 사용해서 단계 (c)에서 결정될 수 있다. 이는 단계 (c)동안, GPS 수신기가 스스로 정확한 위치 고정값을 획득할 수 없는 경우에 편리하다.
본 발명에 따라서 청구항 9 내지 청구항 13에 따른 모바일 통신 디바이스가 제공된다.
종래의 GSM 셀룰러 전화 네트워크(1)의 지형 레이아웃이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이 네트워크는 복수의 기지국(BS)을 포함하며, BS1에서 BS7까지 7개의 기지국이 서로 지리적으로 이격되어 도시되어 있다. 이들 기지국은 각각 어느 한 지역 또는 서비스 영역에 중계 시스템(a trunking system) 컨트롤러에 의해 동작되는 무선 송신기 및 수신기 전체를 포함한다. 이들 기지국의 각각의 서비스 영역(SA1 내지 SA7)은 빗금이 쳐져서 도시된 바와 같이 서로 겹쳐져서, 도시된 전체 영역을 포괄해서 덮고 있다. 시스템은 또한 각각의 기지국(BS1 내지 BS7)에 양방향 통신 링크(CL1 내지 CL7)가 마련된 시스템 컨트롤러(SC)를 더 포함할 수 있다. 이들 통신 링크는 각각 예컨대 전용 지상 라인이 될 수 있다. 시스템 컨트롤러(SC)는 또한 PSTN(public switched telephone network)에 접속되어서 모바일 셀룰러 전화(MS1)와 그 네트워크의 가입자 사이의 통신을 가능하게 한다. 복수의 모바일 전화(MS)가 제공되며, 이들 중 3개(MS1, MS2, MS3)가 도시되고, 각각은 전 영역에 걸쳐서, 필요에 따라서는 이 영역 밖에서 자유롭게 로밍할 수 있다.
도 2는 통신 안테나에 접속되어 있고, 마이크로프로세서(μc)에 의해 제어되어서 자신이 등록된 기지국(BS1)과 통신하는, 통신 송신기와 수신기(Comm Tx/Rx:20)를 포함하는 모바일 전화(MS1)의 구성을 더 상세하게 도시하고 있다. 셀룰러 전화 네트워크 내에서의 양방향 통신을 위한 이러한 전화의 설계 및 제조는 널리 알려져 있으며, 본 발명의 일부를 이루지 않는 부분은 여기서 더 이상 설명되지 않을 것이다.
종래의 모바일 전화의 구성 소자에 더해서, 전화(MS1)는 궤도 GPS 위성으로부터 GPS 확산 스펙트럼 신호를 수신하기 위해, GPS 안테나(24)에 접속되어, 마이크로프로세서(μc)에 의해 제어되는 GPS 수신기(GPS Rx:23)를 더 포함한다. 동작시에, GPS 수신기(24)는 대역 밖 RF 간섭, 사전 증폭, 중간 주파수(IF)로의 다운 컨버젼 및 아날로그 디지털 변환을 최소화하기 위해, GPS 안테나를 통해서 NAVSTAR SPS GPS 신호를 수신해서 전형적으로는 수동 대역 통과 필터링을 통해서 미리 처리할 수 있다. 그 결과 나온 디지털화된 IF 신호는 변조된 채로, 사용가능한 위성으로부터의 모든 정보를 포함해서 유지되며, 이는 마이크로프로세서의 메모리(도시 생략)에 전송된다. 종래의 네비게이션 알고리즘을 사용해서 모바일 전화의 위치가 결정될 수 있는 가상 거리 정보를 획득하기 위해, GPS 신호는 전형적으로는 12개인 다양한 디지털 수신기 채널 중 하나로 획득되어 경로 지정된다. 이러한 GPS 신호 획득 및 경로 추적 방법은 잘 알려져 있으며, GPS Principles and Applications(Editor, Kaplan) ISBN 0-89006-793-7 Artech House의 chapter 4 (GPS satellite signal characteristics) 및 chapter 5 (GPS satellite signal acquisition and tracking)를 참조한다. 도시된 다목적 마이크로프로세서(22)가 기지국 통신 및 GPS 프로세싱을 모두 제어하지만, 예컨대 개별적인 통신 및 GPS IC를 사용하는 아키텍쳐와 같은 다른 처리 아키텍쳐가 사용되어서, 동일한 결과를 획득할 수도 있다.
기지국 위치 결정
도 3을 참조하면, 기지국(BS1)이 알려지지 않은 좌표(xbs1, ybs1, zbs1)에 위치된다. 모바일 전화(MS1)는 GPS 수신기를 포함하고, 좌표(xpn, ypn, zpn)를 가진 n개의 다른 위치(pn)에서 GPS 수신기를 사용해서 위치 고정값을 획득할 수 있다. 이들 위치에서, 모바일 전화(MS1)는 기지국(BS1)까지의 거리 결정값을 획득할 수 있는 방식으로 자신이 등록된 기지국(BS1)과 통신할 수 있다. 3곳의 다른 위치에서, 위치 고정값 및 대응하는 거리 결정값을 가지고, 기지국(BS1)의 위치는 다음의 연립 방정식을 풀어서 결정될 수 있다.
위의 공식이 3개의 위치 고정값 및 대응하는 거리 결정값을 획득하고 있지만, 기지국(BS1)의 위치를 결정하기 위해 위치(p1, p2)에서 취해진 2개의 위치 고정값과 대응하는 거리 결정값만이 요청되는 경우에, 기지국(BS1)과 위치(p1, p2)의 고도는 같다고 가정할 수 있다. 유사하게, 서로 다른 위치의 4개 이상의 위치 고정값 및 대응하는 거리 결정값을 택해서 가장 적합한 타입의 방법을 사용해서 풀 수 있는 미리 정해진 방정식의 세트를 제공할 수 있다.
송신기 위치 결정
위의 방법을 사용해서, 임의의 셀룰러 전화 네트워크 기지국의 위치가 결정될 수 있으며, 이로부터 후속해서 모바일 유닛의 위치를 결정하는데 거리 특정이 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 모바일 전화(MS1)는 좌표(xbsn, ybsn, zbsn)를 가진 인근 기지국(BS1, BS2, BS3)의 위치를 결정한 알려지지 않은 좌표(xms, yms, zms)에 위치되어 있다. 이들 기지국으로부터, 모바일 전화(MS1)는, 이들 기지국까지의 거리 결정값(rms-bsn)을 획득하고, 이로써 모바일 전화(MS1)의 위치를 결정할 수 있는 방식으로 기지국과 통신할 수 있다.
다시, 기지국의 위치 및 거리 결정값을 결정해야 하는 횟수를 감소시키기 위한 가정이 이루어진다. 또한, 최적의 방법을 사용해서 해결될 수 있는 미리 정해진 방정식의 세트를 제공하기 위해 추가적인 결정이 행해질 수 있다. 다른 방안으로서, 종래의 도달 시간차(TDOA) 위치 결정 기술이 모바일 유닛(MS1)의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
위의 실시예는 GPS 위치 결정을 위한 완전한 다른 방안으로서 미리 알려져 있지 않은 위치의 기지국까지의 거리를 사용하지만, 이것이 일예가 될 필요는 없다. 예컨대, MS1의 GPS 수신기가 3곳의 개별적인 위치에서 4개의 GPS 위성을 볼 수 있다면, 모바일 전화(MS1)가 미리 등록된 하나의 기지국의 위치가 결정될 수 있다. 이는 예컨대 빌딩들 사이에 들어가서, GPS 위성 신호들 중 하나를 상실한 경우에, 새로운 위치 고정값을 획득하기 위해 하나의 기지국까지의 거리가 나머지 시야 내의 GPS 신호들로부터의 가상 거리를 보충하는데 사용될 수 있다.
GPS 수신기 대신에, 기지국의 위치를 결정하는 데 사용되는 위치(pn)를 제공하기 위해 종래의 육상 기반(terrestrial based) 위치 추적 시스템이 사용될 수 있다. 예컨대, 자신의 정보를 브로드캐스트하는 단거리 정보 비컨의 네트워크에서 모바일 전화(MS1)가 사용될 수 있다. 특정 비컨의 범위 내에 있을 때, 브로드캐스트되는 위치가 모바일 전화(MS1)의 위치(pn)를 추정치로 사용될 수 있다.
본 발명이 기본적으로 위치 추적 모바일 전화의 상업적인 응용 분야에 대해서 설명했지만, 전용 위치 추적 유닛을 포함하는 다른 디바이스가 이러한 위치 추적 방법을 사용할 수도 있다.
본 개시물을 읽음으로써, 다른 수정이 있을 수 있다는 것이 당업자에게는 자명하고, 다른 수정은 GPS 수신기 및 모바일 통신 디바이스, 및 그 조합 모두의 설계, 제조 및 사용 분야에 이미 알려진 다른 특성을 포함하며, 이는 여기서 설명되는 특정에 추가적으로, 또는 대신에 사용될 수 있다.
Claims (13)
- 위치를 결정할 수 있는 모바일 통신 디바이스 부근에 위치하는 송신기의 위치를 결정하는 방법에 있어서,(i) 복수의 기준 위치로 상기 모바일 통신 디바이스를 이동시키는 단계와,(ii) 각각의 기준 위치에서 상기 모바일 통신 디바이스의 위치 및 상기 모바일 통신 디바이스부터 상기 송신기까지의 거리를 결정하는 단계와,(iii) 상기 단계 (ii)에서 결정된 상기 위치 및 대응하는 거리를 사용해서 상기 송신기의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 송신기 위치 결정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 모바일 통신 디바이스의 위치는 GPS 수신기를 사용해서 상기 단계 (ii)에서 결정되는송신기 위치 결정 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 송신기는 셀룰러 전화 네트워크 기지국이고, 상기 모바일 통신 디바이스는 이 기지국에 등록된 모바일 셀룰러 전화인송신기 위치 결정 방법.
- 모바일 통신 디바이스의 위치를 결정하는 방법에 있어서,(a) (i) 복수의 기준 위치로 상기 모바일 통신 디바이스를 이동시키는 단계,(ii) 각각의 기준 위치에서 상기 모바일 통신 디바이스의 위치 및 상기 모바일 통신 디바이스로부터 상기 송신기까지의 거리를 결정하는 단계,(iii) 상기 단계 (ii)에서 결정된 상기 위치 및 대응하는 거리를 사용해서 상기 송신기의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 방법에 의해, 상기 모바일 통신 디바이스 부근에 위치된 적어도 하나의 송신기의 위치를 각각 결정하는 단계와,(b) 상기 모바일 통신 디바이스부터 상기 또는 각각의 송신기까지의 거리를 결정하는 단계와,(c) 상기 단계 (a)에서 결정된 상기 또는 각각의 송신기의 위치 및 단계 (b)에서 결정된 상기 또는 각각의 상기 거리를 사용해서 상기 모바일 통신 디바이스의 다른 위치를 결정하는 단계를 포함하는 모바일 통신 디바이스 위치 결정 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 모바일 통신 디바이스의 위치는 GPS 수신기를 사용해서 상기 단계 (a)(ii)에서 결정되는모바일 통신 디바이스 위치 결정 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 모바일 통신 디바이스의 위치는 상기 GPS 수신기를 사용해서 획득된 가상 거리, 상기 단계 (a)에서 결정된 상기 또는 각각의 상기 송신기의 위치 및 상기 단계 (b)에서 결정된 상기 또는 각각의 거리의 조합을 사용해서 상기 단계 (c)에서 결정되는모바일 통신 디바이스 위치 결정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 단계(c)에서 상기 모바일 통신 디바이스의 위치는 상기 GPS 수신기가 스스로 불분명한 위치 고정값을 획득할 수 없을 때 결정되는모바일 통신 디바이스 위치 결정 방법.
- 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,적어도 하나의 송신기는 셀룰러 네트워크 기지국이고, 상기 모바일 통신 디바이스는 이 기지국에 등록된 모바일 전화인모바일 통신 디바이스 위치 결정 방법.
- 모바일 통신 디바이스의 위치를 결정하는 위치 결정 수단(positioning means)과,상기 모바일 통신 디바이스부터 부근에 위치된 송신기까지의 거리를 결정하는 거리 결정 수단(ranging means)과,상기 위치 결정 수단에 의해 결정된 상기 모바일 통신 디바이스의 위치와 상기 거리 결정 수단에 의해 결정된 대응하는 거리를 사용해서 상기 송신기의 상기 위치를 결정하도록 구성된 처리 수단(processing means)을 포함하는 모바일 통신 디바이스.
- 제 9 항에 있어서,상기 위치 결정 수단은 GPS 수신기를 포함하는모바일 통신 디바이스.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 처리 수단은 상기 처리 수단에 의해 결정된 적어도 하나의 상기 송신기의 위치 및 상기 거리 결정 수단에 의해 결정된 대응하는 거리를 사용해서 상기 모바일 통신 디바이스의 다른 위치를 결정하도록 더 구성된모바일 통신 디바이스.
- 제 11 항에 있어서,상기 위치 결정 수단은 GPS 수신기를 포함하며,상기 처리 수단은 상기 GPS 수신기를 사용해서 획득된 가상 거리, 상기 처리 수단에 의해 결정된 적어도 하나의 상기 송신기의 위치 및 상기 거리 결정 수단에 의해 결정된 대응하는 거리의 조합을 사용해서 상기 모바일 통신 디바이스의 다른 위치를 결정하도록 더 구성되는모바일 통신 디바이스.
- 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 모바일 통신 디바이스는 모바일 셀룰러 전화의 형태이며,상기 거리 결정 수단은 상기 모바일 전화가 등록되는 셀룰러 전화 네트워크기지국의 형태인 상기 송신기까지의 거리를 결정할 수 있는모바일 통신 디바이스.
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