KR20080092390A - 이동국 위치 추정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

이동국의 위치를 추정할 수 있는 방법 및 장치는 이동국로부터 보고된 신호 강도 또는 다른 부착 표지값들을 수신하는 단계를 포함한다. 수신 신호 강도들은 이동 통신 네트워크의 통신 가능 영역 내에 있는 특성 수신 신호 강도 값들과 비교된다. 이동 전화 교환 센터는 위치 추적 기능이 요청되는지 결정하고 이동 전화 위치 추적 모듈에 의한 위치 추정 과정을 개시한다. 이동 전화 위치 추적 모듈은 부착점들에 관련된 보고된 신호 강도 컨투어들을 수신한다. 보고된 부착 표지값들 및 특성 값들과의 비교에 근거하여 이동 전화 위치 추적 모듈은 이동 전화 위치 추정치를 제공한다.

Description

이동국 위치 추정을 위한 방법 및 장치{Methods and apparatus for mobile station location estimation}

본 출원은 2001년 4월 3일 출원된 미국 가출원 번호 제 60/281,147호를 기초로 우선권을 주장한다.

본 발명은 무선 네트워크에서, 이동국의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관련된 것이다.

무선 전화 시스템들은 셀룰러 전화 시스템으로 불리기도 하는데, 점점 보편화되고 있다. 무선 전화 시스템들은 셀(cell)이라고 불리는 관련된 통신 가능 영역(associated coverage area)에 서비스를 제공하도록 구성되는 셀 사이트들(cell sites)을 포함한다. 셀 사이트라 함은 안테나 및 무선 기지국들과 같은 통신 하드웨어들이 설치되어 있는 셀 내의 위치들을 나타낸다. 시스템 내의 특정 셀 내에서 동작하는 이동국는 관련된 셀 사이트를 통하여 이동 전화 시스템과 통신한다. 셀 사이트들은 이동 전화 시스템을 지상의 전화 네트워크에 연결해주는 이동 전화 교환 센터(mobile switching center)와 통신한다.

셀룰러 전화기가 인기를 얻는 이유 중의 하나는 긴급 상황에 사용될 수 있다 는 것이 있다. 예를 들어, 모터 사이클을 운행하던 사람은 기계 고장이 발생하였을 경우 도움을 요청할 수 있다. 많은 지역들이 특정한 긴급 이동 전화 번호를 제공한다. 다른 지역에서는, 사용자들은 지상의 전화 네트워크에서 하듯이 119에 전화하여 도움을 요청할 수 있다.

긴급 상황에 이동 전화를 사용하는 경우에 발생될 수 있는 문제점 중의 하나는 전화기의 이동성으로부터 기인된다. 경찰과 같은 공공 서비스 제공자들은 긴급 번호로 전화를 걸어온 이동 전화 사용자의 위치를 알 수 없다. 이에 덧붙여, 긴급 번호로 전화를 건 사용자들도 공공 서비스 제공자들로 하여금 구조 요청자의 위치를 찾아낼 수 있을 만큼의 충분한 위치 정보를 제공할 수 없다. 그러므로, 이동 전화의 위치를 결정하고 그 정보를 공공 서비스 제공자들에게 제공할 수 있는 이동 전화 시스템을 제공하는 것이 필요하다.

긴급 상황에 대한 필요성 이외에도 전술한 바와 같은 이동 전화 위치 추적 서비스는 다른 점에서도 바람직할 것이다. 예를 들어, 길을 잃은 이동 전화 사용자는 이동 전화 시스템 제공자로부터 자신의 위치 정보를 요청할 수 있을 것이다. 이동 전화 사용자의 위치 정보는 시스템으로부터 사용자에게 전달될 수 있다. 또는, 이러한 시스템의 사용자에는 운송 차량들을 운행하는 회사가 포함될 수 있다. 회사의 본사 사령부는 자기 회사의 차량들의 위치를 이동 전화 위치 추적 서비스를 이용하여 지속적으로 확인할 수 있을 것이다. 물론, 이러한 위치 추적 서비스를 사용할 수 있는 다른 응용 분야가 많이 존재한다.

공지된 이동 전화 위치 추적 기술에서는, 이동 전화 및 셀 사이트 내에 있는 이동 전화 시스템 안테나 간의 거리는 셀 사이트 안테나 및 이동국 간의 통신 신호의 신호 강도(signal strength)를 분석함으로써 결정될 수 있다. 만일 이동국 및 복수 개의 셀 사이트 안테나들 간의 거리가 계산된다면, 삼각법(triangulation)와 같은 기하학적 방법에 의하여 이동국의 대략적인 위치가 결정될 수 있다.

미국 특허 번호 제 4,891,650호는 셀룰러 전화 시스템을 이용하여 차량의 대략적 위치(approximate location)를 결정하는 차량 위치 추적 시스템을 개시한다. 위치 추적 기능은 차량이 알람 신호(alarm signal)를 인근 셀 사이트들에 송신할 때 개시된다. 송신된 알람 신호를 수신한 셀 사이트들은 수신된 알람 신호를 분석하여 그 신호 강도를 결정한다. 그러면, 셀 사이트들은 신호 강도 정보를 이동 전화 시스템을 통하여 알람 중앙 기지(alarm central station)로 전송한다. 그러면, 알람 중앙 기지는 다양한 셀들로부터 수신 신호 강도들을 이용하여 차량의 대략적 위치를 결정한다. 더욱 정확한 위치는 알람 중앙 기지에 의하여 계산된 대략적 위치에 실제 추적 차량(actual tracking vehicles)들을 파견함으로써 얻어진다. 미국 특허 번호 제 4,891,650호에 의하여 개시된 시스템의 단점은 셀 사이트들 각각이 추가적인 구성 요소들을 요구하며, 이 구성 요소들이 대략적 신호 강도 메시지를 발생하고 발생된 메시지를 이동 전화 통신 교환소(mobile telecommunications switching office)로 전송한다는 점이다. 또한, 이동 전화 통신 교환소 역시 대략적 정보를 신호 강도들을 이용하여 차량의 대략적 위치를 결정하는 중앙 추적 기지(central tracking station)에 전송하기 위한 특별한 기능적 구성 요소를 더 요구한다는 단점도 가진다.

미국 특허번호 제 5,218,367호는 인근 셀들로부터 수신된 신호들의 강도들을 이용하여 대략적 차량 위치를 계산하는 차량 위치 추적 시스템을 개시한다. 미국 특허번호 제 5,218,367호에 개시된 시스템에서, 특수 목적의 이동 전화기가 인근 셀로부터 수신 신호 강도들을 결정하고, 신호 강도 정보를 포함한 대략적 알람 메시지를 발생하여 이동 전화 시스템을 통해 중앙 기지국으로 전송한다. 그러면, 중앙 기지국은 이 정보를 이용하여 차량의 대략적 위치를 결정한다. 미국 특허번호 제 5,218,367호에 개시된 시스템은, 셀들이 섹터 단위로 분할되고 각 섹터 내의 안테나들에 대한 특별한 정보가 사용된다면 대략적 위치의 정확성이 향상된다. 대략적 위치가 결정되면, 실제 추적 차량을 중앙 기지국에 의하여 계산된 대략적 위치에 파견함으로써 더 정확한 위치 정보가 얻어진다.

미국 특허 번호 제 4,891,650호에 개시된 기술은 적합한 신호 강도 보고 메시지들을 발생하고 전송하기 위하여 추가적인 구성 요소들을 셀 사이트들 각각 내부에 요구한다. 이동 전화 시스템 내에 이러한 셀들이 다수 존재하므로 이와 같이 구성 요소들이 추가적으로 요구되는 바람직하지 않다. 그러므로, 각 셀 사이트 내에 추가적인 구성 요소들을 요구하지 않는 이동 전화 위치 추적 시스템이 요구된다. 다른 방법들은 미국 특허 번호 제 5,724,660호 및 미국 특허 번호 제 5,732,354호에 개시된다. 전술된 바와 같은 미국 특허들에 개시된 위치 추적 기술들 중 일부는 이동국의 정확한 위치를 계산하지 않는다. 이동국의 위치의 정확도는 실제 추적 차량들을 파견함으로써 향상된다. 그러나, 실제 추적 차량들을 파견하여야 하는 것은 이러한 위치 추적 기술들을 고가의 기술로 만드는 원인이 된다. 그러 므로, 이동국의 위치 추적 추정을 위한 개선된 방법 및 장치가 요구된다.

이동국의 위치 추적 추정을 위한 개선된 방법 및 장치가 요구된다.

이동국 위치 추적 방법은 이동국에 의하여 보고된 수신 신호 강도(reported RSS, reported received signal strength) 값들에 기반하여 지리적 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 수신 신호 강도(RSS) 값들은, 예를 들어 신호 강도 계산기 또는 신호 강도 계산기에 의하여 획득되고 메모리 내에 저장된 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합들과 비교된다. 본 발명의 대표적인 실시예들에서, 이동국 위치 추적 방법은 이동국와 관련된 위성 위치 추적 시스템 프로세서로써 위도 또는 경도 축들을 설정하는 단계를 포함한다. 수신 신호 강도(RSS) 값들은 설정된 위도 및 경도 축들과 관련된 소정의 수신 신호 강도(RSS) 값들과 비교된다. 추가적인 실시예에서, 수신 신호 강도(RSS) 값들의 소정 집합들은 이동국에 의하여 보고되는 위성 위치 추적 축들에 기반하여 개정된다.

본 발명의 실시예에 의한 이동국 위치 추적 프로세서들은 이동국의 적어도 두 개의 부착점(points of attachment)에 관련된 부착 표지(標識)들(attachment indicators)을 수신하도록 구성된 입력부를 포함한다. 메모리는 적어도 두 개의 부착점에 관련된 소정의 부착 표지들의 집합들을 저장하도록 구성되며, 추정 유니트(estimation unit)는 수신된 부착 표지들 및 적어도 두 개의 소정 부착 표지들의 적어도 하나의 집합을 비교한 것에 기반하여 이동국의 위치의 추정치를 제공하도록 구성된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 수신된 부착 표지값들은 이동국에 의하여 보고되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 부착 표지값들은 하나 또는 그 이상의 부착점들에 이하여 보고된다. 본 발명의 대표적인 실시예에서, 부착 표지값들은 이동국에 의하여 보고된 수신 신호 강도값들(signal strength values)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 이동국 위치 추적 모듈은 적어도 두 개의 보고된 수신 신호 강도값들을 무선 네트워크 내의 적어도 두 개의 지리적 장소(geographical location)에 관련된 적어도 두 개의 소정 수신 신호 강도값들과 비교하도록 구성되는 프로세서를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 이동국 위치 추적 모듈은 비교에 기반하여 이동국 위치 추정치를 제공하도록 구성된 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 대표적인 실시예들에 포함되는 프로세서는, 보고된 수신 신호 강도값들을 소정의 수신 신호 강도값들과 비교한 것에 관련된 점수를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 보고된 수신 신호 강도값들은 이동 통신 핸드오프(mobile-assisted handoff)에 관련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예 의한 이동국의 지리적 위치를 추정하기 위한 위치 추적 유니트(location unit)는 이동국에 관련된 부착 표지값 들을 수신하도록 구성된 입력부 및 네트워크 부착점들(network attachment points)에 관련된 소정의 부착 표지 컨투어들(attachment indicator contours)에 기반하여 이동국 위치의 추정치 를 제공하도록 구성되는 프로세서를 포함한다. 본 발명의 대표적인 실시예들에 따르면, 부착 표지값들은 이동국에 의하여 보고된 수신 신호 강도값들이며, 부착 표지 컨투어들은 수신 신호 강도 컨투어들인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 이동국의 위치를 추적하기 위한 방법은 이동국에 관련된 수신 신호 강도들의 집합을 획득하는 단계 및 수신 신호 강도들을 특성 신호 강도들과 비교한 것에 기반하여 이동국 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 대표적인 실시예에서, 이동국 위치는 선택된 오차 점수와 관련된 특성 신호 강도값들에 관련된 위치를 선택함으로써 결정되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 이동국 위치 추적 방법은 특성 신호 강도값들을 메모리에 저장하고 저장된 특성 값들을 메모리로부터 검색하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 지리 정보 서비스 영역(geographic service area) 내에서 이동국의 위치를 추적하기 위한 방법은 이동국들을 위한 부착 표지값들을 획득하는 단계를 포함한다. 이동국 부착 표지값들을 일련의 부착점들과 관련되며 이러한 일련의 부착점들과 관련된 특성 부착 표지값들과 비교되어 이동국 위치 추정치가 획득된다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 이동국 위치 추적 방법들은 추정된 이동국의 위치를 보고하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 이동국를 위한 부착 표지값들은 상응하는 무선 기지국들(radio base stations)에 관련된 수신 신호 강도값들인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 대표적인 실시예들에서, 이동국 부착 표지값들 및 특성 부착 표지값들은, 점수를 결정함에 의하여 비교되며, 추정된 이동국 위치는 관련된 점수에 기반하여 선택되는 것을 특징으로 한 다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 이동국의 위치를 추적하기 위한 방법은 위성 위치 확인 시스템에 기반하여 위도 및 경도 위치 추정치 중 적어도 하나를 획득하는 단계를 포함한다. 위도 및 경도 추정치들에 관련된 지역 내에서, 이동국 부착 지시값들을 특성 부착 지시값들과 비교한 것에 기반하여 이동국의 위치 추정치가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 이동국의 위치를 추적하기 위한 방법은 복수 개의 안테나들로부터 한 이동국에 의하여 수신된 신호들과 관련된 신호 강도값들을 수신하는 단계를 포함한다. 이동국의 제1 위치 영역(location area)은 서비스 셀 사이트(serving cell site)의 지리적 통신 가능 영역(geographical coverage area)으로서 계산되며, 이동국의 제2 위치 영역은 수신 신호 강도값들을 통신 가능 구역 내의 적어도 하나의 위치에 관련된 소정의 신호 강도값들과 비교한 것에 기반하여 계산된다. 본 발명의 대표적인 실시예들에서, 소정 신호 강도값들은 신호 강도 컨투어들(contours)로서 표시되며, 이동국의 위치 추정치는 하나 또는 그 이상의 신호 강도 컨투어들을 보고된 수신 신호 강도값들에 관련하는 것에 기반하여 계산된다.

특성 부착 표지값들(characteristic attachment indicator values)은 지리적 위치 및 부착점 간의 전파 특성(propagation characteristic)에 기반하여 결정될 수 있다. 본 발명의 대표적인 실시예들에서, 전파 특성은 전파 경로 경사 및 안테나 패턴 롤오프(roll-off) 또는 다른 값들일 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 네트워크는 이동국의 위치 추정치를 제공하도록 구성되며, 부착점들에 관련된 부착 표지값들을 수신하는 이동국 위치 추적 모듈을 포함한다. 본 발명에 의한 네트워크는 네트워크 서비스 영역 내의 지리적 위치들을 위한 특성 부착 표지값들을 포함한다. 이동국 위치 추정치는 수신된 부착 표지값들 및 특성 부착 표지값들의 비교에 근거하여 제공된다. 몇가지 실시예에서, 수신된 부착 표지값들은 이동국에 의하여 보고된 수신 신호 강도값들이다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 비교 동작은 특성 부착 표지값들 및 수신된 부착 표지값들에 관련되어 계산된 점수에 기반하여 수행된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 특성 부착 표지값들은 부착 표지값 컨투어들로서 구성되며, 이동국 위치 추정치는 이러한 컨투어들에 기반한다.

이동국 위치 추정치를 결정하기 위하여 컴퓨터에 의하여 실행될 수 있는 명령들을 포함하는 컴퓨터에 의하여 독출될 수 있는 매체가 제공된다. 컴퓨터에 의하여 독출될 수 있는 매체는 보고된 부착 표지값들을 상응하는 지리적 위치들에 관련된 특성 부착 표지값들과 비교하도록 구성된 컴퓨터에 의하여 실행될 수 있는 명령들을 포함한다. 본 발명의 어떤 실시예에서는, 특성 값들을 결정하기 위한 명령들이 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 이동국 위치 정보를 제공하기 위한 방법은, 보고된 부착 표지값들을 각 지리적 위치들에 관련된 특성 부착 표지값들과 비교한 결과에 근거하여 이동국의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 어떤 실시예에서, 이동국 위치는 서비스 제공자에게 보고되며, 다른 실시예에서는 이동국 위 치 결정 단계는 갱신되어 보고된 부착 표지값들에 기반하여 반복됨으로써 서비스 제공자에게 보고된 이동국의 갱신된 위치를 획득한다.

전술된 바와 같은 본 발명의 특징들 및 언급되지 않은 본 발명의 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 후술된다.

이동국의 위치 추적 추정을 위한 개선된 방법 및 장치가 제공된다.

도 1은 이동 전화 시스템의 지리적 서비스 영역(geographic serving area, 100)을 나타내는 도면이다. 서비스 영역(100)은 1 내지 7로 명명된 6각형 셀 7개를 포함하는 것으로 도시된다. 셀(7)이 중앙에 위치되며, 인접하는 셀들 1내지 6에 의하여 둘러싸여있다. 그러나, 이동국 시스템의 서비스 영역(100)은 전형적으로 7개 이상의 셀들을 포함할 것이나, 참조의 편의를 위하여 도 1에는 오직 7 개의 셀들만이 도시된다. 셀들(1-7) 각각은 이동국에 신호를 송신하고 이동국로부터 신호를 수신하기 위하여 사용되는 안테나(101-107)를 포함하는데, 이동국로는 이동 전화 시스템 서비스 영역(100) 내에 있는 이동 전화기(120)가 있다.

이동 전화 시스템(200)이 도 2에 도시된다. 셀(7)은 무선 기지국(RBS, radio base station)(214)에 연결되는 안테나(107)를 포함하는 것으로 도시된다. 셀(7)내에 도시된 이동 전화기(120)는 공중 인터페이스(air interface, 202)를 통하여 이동 전화 시스템(200)과 통신한다. 예를 들어, 이동 전화기(120)는 IS-55 표준에 따른 북미 시분할 다중 접속(TDMA, time division multiple access) 시스템에 따라 동작하는 디지털 이동 전화기일 수 있으며, 공중 인터페이스는 IS-54 또는 IS-136 표준에 의한 것일 수 있다. 예를 들어, TIA/EIA Interim Standard IS-55-A "800메가 헤르쯔 모드의 이동국의 추천되는 최소 동작 표준(Recommended Minimum Performance Standard of 800 MHz Mode Mobile Stations, 1993년 9월)"; EIA/TIA Interim Standard IS-54-B "셀룰러 시스템 듀얼-모드 이동국-기지국 지원 표준(Cellular System Dual-Mode Mobile Station-Basestation Compatibility Standard, 1992년 4월)"; EIA/TIA Interim Standard IS-136 "셀룰러 시스템 듀얼-모드 이동국-기지국: 디지털 제어 채널 지원 표준(Cellular System Dual-Mode Mobile Station-Bas4station: Digital Control Channel Compatibility Standard, 1995년 4월)" 등의 자료들을 참조할 수 있는데, 전술된 자료들은 본 명세서에 원용되어 통합된다. 뿐만 아니라, 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서 유니트(125)가 위치가 추적될 이동 전화기(120) 내에 제공되거나 또는 이동 전화기(120)와 관련되어 제공될 수 있다. 이동 전화기(120) 내에 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)를 사용하는 기술은 본 명세서에서 상세히 후술된다. 셀들(1 내지 7)은 이동 통신 교환 센터(MSC, mobile switching center)(220)와 통신하는 관련된 무선 기지국(RBS)에 연결된 안테나를 각각 포함한다.

셀들(1 내지 7)은 음성 신호들을 송신 및 수신하기 위한 복수 개의 음성 채널들 및 제어 데이터 신호들을 송신 및 수신하기 위한 개별적인 제어 채널들을 할당받는다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 셀(7) 내에서 동작하는 이동 전화기(120)를 고려한다. 이동 전화기(120)는 공중 인터페이스(202)를 통하여 안테나(107) 및 무 선 기지국(RBS)(214)을 거쳐 이동 전화 시스템(200)과 통신한다. 음성 신호들은 셀의 음성 채널들 중 하나를 통하여 이동 전화기(120) 및 안테나(107) 간에 전달되며, 제어 데이터 신호들은 셀의 제어 채널을 통하여 이동 전화기(120) 및 안테나(107) 간에 전달된다. 이러한 상황에서, 셀(7)이 서비스를 제공하는 셀인데, 그 이유는 음성 데이터가 이 셀(7)을 통하여 전달되기 때문이다. 서비스를 제공하는 셀과의 통신에 덧붙여서, 이동 전화기(120)는 인근 셀들의 제어 채널들을 모니터링 한다. IS-54 및 IS-136 표준들에 따른 이동 통신 핸드오프를 위하여, 이동 전화기(120)는 인근 셀들의 제어 채널들의 신호 강도를 측정한다. 이러한 제어 채널 신호 강도 측정치가 이동 통신 교환 센터(MSC)(220)에 전송되는데, 이 부분은 본 명세서의 해당 부분에서 상세히 후술된다. 또한, 이동 전화기(120)는 자신이 서비스를 제공하는 셀 사이트의 안테나로부터 수신하고 있는 음성 신호의 신호 강도를 측정한다. 이러한 음성 채널 신호 강도 측정치는 이동 전화기(120)에 의하여 서비스를 제공하는 셀의 역방향 음성 채널(reverser voice channel)을 통하여 주기적으로 이동 통신 교환 센터(MSC)(220)에 전송된다.

이동 전화기(120)가 지리적 서비스를 제공하는 영역(100) 내에서 이동하는 동안, 안테나(107) 및 이동 전화기(120) 간의 음성 채널 신호의 신호 강도는 변한다. 이동 전화기(120)가 예를 들어 인접하는 셀(5)과 같은 다른 셀에 진입할 때, 안테나(105)로부터의 제어 채널 신호의 신호 강도는 안테나(107)로부터의 음성 채널 신호의 신호 강도보다 커진다. 이 지점에서, 이동 전화기(120)가 셀(7)의 음성 채널을 통한 통신을 종료하고 셀(5)의 음성 채널을 통한 통신을 개시하는 것이 바 람직하다. 이러한 동작이 핸드-오프(hand-off)라는 동작이며, 이 동작은 이동 전화기(120)가 지리적 서비스 제공 영역(100) 내를 여행할 때 서비스를 제공하는 셀을 변경함으로써 이동 전화기(120)가 가장 강한 신호를 제공하는 안테나를 통한 음성 채널 통신을 유지할 수 있도록 한다.

IS-54 및 IS-136 프로토콜에 기반한 이동 전화기들에서, 이러한 핸드-오프 동작은 이동 전화기 자체에서 지원된다. 이러한 기능은 이동 통신 핸드오프(MAHO)라고 불린다. 이동 전화기(120)는 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록을 유지하는데, 이 목록은 이동 전화기(120)가 인근 셀들의 제어 채널들로부터 수신한 신호들의 신호 강도들을 포함한다. 각 셀 사이트들마다 소정의 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록을 포함한다. 이동 통신 교환 센터(MSC)(220)는 각 셀 사이트를 위한 이러한 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록들을 저장하며, 서비스를 제공하는 셀 사이트에 근거하여 적합한 목록을 이동 전화기(120)에 전송한다. 일반적으로, 이렇게 정의된 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록은 서비스를 제공하는 셀에 인접하는 셀들을 포함한다. 예를 들어, 셀(7)이 서비스를 제공하는 셀이라고 가정하였을 때의 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록의 일 예(300)가 도 3에 도시된다. 측정되고 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록에 포함되어야 하는 채널들의 목록이 이동 통신 교환 센터(MSC)(220)에 의하여 이동 전화기(120)에 전달된다. 목록(300)은 본 예시의 인접하는 셀들(1 내지 6) 각각을 위한 항목 및 그 항목에 상응하는 신호 강도(RSSI)를 포함하는데, 신호 강도(RSSI)는 셀들(1 내지 6)에 의하여 방송되며 전화기(120)에 의하여 수신 된 제어 채널들의 신호 강도를 나타낸다. 그러므로, RSSI₁은 셀(1)의 안테나(101)로부터 이동 전화기(120)에 수신된 제어 채널 신호 강도를 나타내며, RSSI₂는 셀(2)의 안테나(102)로부터 이동 전화기(120)에 수신된 제어 채널 신호 강도를 나타낸다. 다른 것들도 동일하다.

이동 통신 핸드오프(MAHO) 측정치들은 서비스를 제공하는 셀의 역방향 음성 채널을 통하여 이동 전화기(120)로부터 이동 통신 교환 센터(MSC)(220)로 주기적으로 전송된다. 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록의 구성 요소들은 IS-54 표준에 의하여 결정되며, 그러므로 IS-54 표준을 따르는 모든 디지털 이동 전화기들 및 무선 프로토콜(air protocol)은 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록을 유지한다.

빈번하게, 이동 전화기(120)와 같은 이동 전화기의 특정한 지리적 위치를 지리적 서비스를 제공하는 영역(100) 내에서 결정하는 것이 바람직하다. 이동국 위치 추적 모듈(MLM) mobile location module)(230)이 이동 전화 시스템에 포함되어 이동국의 위치를 제공할 수 있다. 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 프로세서(232) 및 메모리(234)를 포함한다. 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)에 연결되며, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)의 위치 추적 기능은 후술되는 바와 같이 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)에 의하여 개시된다.

이동 전화기(120)에 의한 전화 통화가 개시되면서, 무선 기지국(RBS, 214)은 이동국의 전화 번호(A 번호) 및 이동 전화기에 의하여 전화가 걸리는 대상 전화 번호(B 번호)를 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)에 전송한다. 이동 통신 교환 센 터(MSC, 220)는 A/B 번호 분석을 수행하여 위치 추적 기능이 수행되어야 하는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)는 이동 전화기가 119에 전화를 걸 때마다 위치 추적 기능을 개시할 수 있다. 뿐만 아니라, 이동 전화 시스템 제공자는 이러한 위치 추적 기능을 고객들에게 서비스로서 제공할 수 있다. 이러한 상황에서, 만일 이동 전화기(120)의 사용자가 특정 번호를 다이얼 한다면, 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)는 위치 추적 기능을 개시할 수 있고 이동 전화기의 위치가 이동 전화기 사용자에게 통신될 수 있다. 더 나아가, 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)는 이동 통신 교환 센터(MSC, 220) 내에 저장된 사용자 프로필을 참조함으로써 위치 추적 기능이 요청되었는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 운송 사업을 영위하는 회사는 회사의 이동 전화기들 중 어떤 것으로부터의 전화 통화가 개시될 때마다 위치 추적 기능이 수행되기를 바랄 수 있다. 이러한 예시들에서 볼 수 있는 바와 같이, A/B 번호 분석을 수행함으로써 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)는 다양한 기준에 기반한 위치 추적 기능을 개시할 수 있다. 당업자는 다양한 다른 A/B 번호 분석 방법이 수행되어 위치 추적 기능이 개시될 것이 요청되었는지를 결정할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 만일 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)가 위치 추적 기능이 요청되었다고 결정하면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230) 내의 위치 추적 기능이 요청된다. 위치 추적 기능이 개시되는지 여부에 관계없이, 신호의 음성 부분은 적합한 목적지로 전송될 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기(120)가 지상망 유선 전화기에 전화를 걸었다면, 음성 신호는 공중 스위치 전화망(PSTN, public switch telephone network)으로 전송될 수 있다. 그러므로, 위치 추적 기능을 개시하는 전화들은 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)에서 종결될 필요가 없다. 다이얼된 번호에 기반하여 적합한 위치로 음성 정보가 송신될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 지리적 서비스 영역(100) 내의 이동 전화기(120)의 위치는 후술되는 바와 같이 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)에 의하여 결정될 수 있다. 이동 통신 교환 센터(MSC, 220)는 후속 정보를 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)에 전달한다. RSSI_{1 -6}를 포함하는 이동 통신 핸드오프(MAHO) 목록(300)은 이동 전화기(120)에 의해 전달된다. 그러면, 현재 이동 전화기(120)에 서비스를 제공하는 셀 사이트가 식별된다. RSSI_v로 표시된 서비스를 제공하는 셀 사이트로부터의 음성 채널 신호의 신호 강도가 이동 전화기(120)에 의하여 측정되고 전송된다.

그러면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM) 프로세서(232)가 메모리(234)내에 저장된 컴퓨터 프로그램 코드(238)를 실행한다. 컴퓨터 프로그램 코드(238)는 프로세서(232)에 의하여 수행될 위치 추적 알고리즘을 나타낸다. 이 알고리즘은 도 10의 흐름도에 의하여 도시된다. 제1 단계(1002)는 구역(1) 및 구역(2)의 두 위치 구역들을 계산한다. 구역(1)은 현재 서이동 전화기(120)에 서비스를 제공하는 셀의 지리적 통신 가능 영역(geographic coverage area)에 의하여 정의된다. 예를 들어, 서비스를 제공하는 셀이 셀(7)이라면(도 1참조), 구역(1)은 셀(7) 내에 포함되는 지리적 통신 가능 영역이 된다. 구역(2)은 도 4 내지 도 8과 관련되어 후술되는 바와 같이 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)에 의하여 계산된다.

구역(2)을 계산하는 첫 번째 단계는 RSSI_v 및 RSSI_{1 -6}을 평가하여 가장 큰 세 개의 신호 강도를 결정하는 것이다. 본 실시예에서, 셀(7)이 서비스를 제공하는 셀이며 가장 강한 신호 강도는 안테나(107)를 통해 통신되는 음성 채널 신호 강도(RSSI_v), 안테나(102)를 통해 통신되는 셀(2)의 제어 채널에 관련된 신호 강도(RSSI₂) 및 안테나(104)를 통해 통신되는 셀(4)의 제어 채널에 관련된 신호 강도들인 것으로 가정한다. 이러한 신호 강도들을 이용하여 각 안테나(102, 104, 107)로부터의 이동 전화기(120)의 거리를 다음 [수학식 1]을 이용하여 추정하는 것이 가능하다.

수학식 1에서, RSSI는 특정 안테나로부터 이동 전화기에 의해 수신된 알려진 신호 강도이다. EIRP는 안테나의 실효 등방성 방사 전력(effective isotropic radiated power)을 나타내며, 이것은 송신기의 전력(TxPower) 및 안테나의 이득(Antenna Gain)에 의존한다. 즉, EIRP(dBm)=TxPower(dBm)+Antenna Gain(dBi) 같은 식이 성립한다. 각 안테나(102, 104, 107)에 대하여, TxPower(dBm) 및 Antenna Gain(dBi)들은 고정된 상수들이므로 각 안테나를 위한 EIRP는 알려진 값이다. 예를 들어, 1982년에 John Wiley & Sons, New York에서 발행된 C.A. Belanis의 "안테나 이론: 분석 및 설계(Antenna Theory: Analysis and Design)"을 참조한다.

수학식 1의 제2항인 Propagation Loss는 하타 모델에 기반하여 모델링되는 데, 이에 대한 예시가 도 4에 도시된다. 이 모델은 다음과 같은 형태를 갖는다.

Propagation Loss(dB)=A+Blogd

여기서 A는 안테나의 높이 및 송신되는 주파수에 의존하는 1 km 절점(intercept point)이며 지표면 상의 안테나 높이에 기인하는 요소를 포함한다. B는 전파 경로 경사이며, d는 안테나로부터의 이동 전화기의 거리(킬로미터 단위)를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, EIRP(dBm)-A 는 d=1km에서의 선(402)의 RSSI 값이며, B는 402에서의 선의 경사이다. 하타 모델에 대한 더욱 상세한 정보를 얻고 싶으면, M. Hata의 "지상 이동 라디오 서비스에서의 전파 손실의 경험 공식(Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services)", IEEE Trans. Vehicular Tech. Vol. VT-29(1980년 8월)를 참조한다. 그러므로, 수학식 1은 다음 수학식 2가 된다.

거리 d에 대하여 풀면, [수학식 3]을 얻는다.

수학식 3에서, EIRP는 각 셀 사이트 안테나에 대해 알려진 상수이며, RSSI 값은 이동 전화기(120)에 의하여 수행된 측정에 기초하여 알려지며 1km 절점 A는 안테나의 높이 및 송신되는 주파수에 의존하는 알려진 상수이다. 그러므로, 수학식 3에서 유일한 미지수는 전파 경로 경사B 뿐이다. B가 환경에 의존하며 일반적으로 다음의 한계를 가짐이 알려진다.

20dB/dec (한적한 곳)≤B≤45dB(번화한 도시).

전형적으로, 전파 경로 경사는 지형(terrain) 및 건물 밀도의 함수로 구해진다. 전형적인 범주들에 따르면, 시외(Suburban)에서 B=30, 도시(Urban)에서 B=35, 번화가(Downtown)에서 B=40이다. 그러므로, 각 안테나를 위한 B 값을 추정함으로써, 안테나(102, 104, 107) 각각으로부터의 이동 전화기(120)의 거리 d₂, d₄ 및 d₇가 다음과 수학식 4, 수학식 5 및 수학식 6에서와 같이 계산될 수 있다.

여기서, EIRP_n은 셀(n) 내에 있는 안테나의 실효 등방성 방사 전력(effective isotropic radiated power)이며, A_n은 이동 전화기(120) 및 셀(n) 간의 1km 절점이며, B는 셀(n) 내의 환경의 추정된 전파 경로 경사이다.

거리 d₂, d₄ 및 d₇이 계산된 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 다음과 같은 원들을 작도함으로써 위치 영역이 결정된다.

반지름이 d₂인 원(502)은 안테나(102)에 중심이 있다.

반지름이 d₄인 원(504)은 안테나(104)에 중심이 있다.

반지름이 d₇인 원(507)은 안테나(107)에 중심이 있다.

세 원들(502, 504, 507)이 겹치는 영역(510)은 지리적 서비스 영역(100) 내의 이동 전화기(120)의 위치를 대략적으로 추정한다. B₂, B₄ 및 B₇들은 추정치이기 때문에, 결과적으로 얻어지는 거리들 d₂, d₄ 및 d₇은 추정치 B에 근거한 일정 오차 성분을 가지게 된다. 계산된 거리 d₂는 다른 오차 성분들도 포함하게 되는데, 전파 경로 경사이외의 다른 셀 특성에 기반된 오차 성분들을 포함한다. 이러한 셀 특성의 예를 들면, 각 셀 사이트 안테나에 대한 이동 전화기의 상대적인 높이 및 안테나 패턴 롤오프(pattern rolloff)에 기인한 이득 감소 등이 있다. 본 명세서에서 설명된 알고리즘은 이러한 다른 오차 성분들은 고려 대상에 넣지 않는다. 도 5에서, d₂, d₄ 및 d₇는 안테나들(102, 104 및 107) 각각으로부터의 이동 전화기(120)의 거리의 추정치들이며, 그러므로 결과적으로 얻어지는 위치 역시 영역(510) 내에 존재하는 것으로 결정될 수 있다.

또한, 결과적으로 얻어지는 거리(d₂, d₄ 및 d₇)가 안테나들(102, 104 및 107) 각각으로부터의 이동 전화기(120)의 거리의 과소 추정치(underestimates)일 수도 있다. 이러한 경우가 도 6에 예시되어 있는데, 도 6에서 추정된 위치는 영역(602) 내에 존재한다. 영역(602)은 세 선분(606, 607 및 608)을 작도함으로써 구분되며, 세 선분(606, 607 및 608)은 원(616, 617 및 618) 각각의 접선들이다. 이 세 선분(606, 607 및 608)들이 감소된 영역의 삼각형을 정의하도록 조절된다. 이러한 삼각형에 의하여 정의되는 영역이 영역(602)으로서 도 6에 표시된 위치 추정 영역이다.

결과적으로 얻어지는 거리(d₂, d₄ 및 d₇)가 안테나들(102, 104 및 107) 각각으로부터의 이동 전화기(120)의 거리의 정확한 추정치라면, 작도된 원들은 한 점에서 만나게 된다. 이러한 경우가 도 7에 예시되는데, 도 7에서 위치 추정치는 점(702)으로서 도시된다.

거리 방정식에서의 단 하나의 변수는 전파 경로 경사(B)이므로, 추정치(B₂, B₄ 및 B₇)을 변화시킴으로써 위치 추정치의 정확성을 향상시키고 그리하여 계산된 거리(d₂, d₄ 및 d₇)의 오차 성분을 감소시킬 수 있다.

오차 성분을 감소시키는 기술의 기본이 도 8에 예시된다. 안테나들(102, 104 및 107) 간의 거리를 나타내는 선분들이 작도된다. 선분(L_{2 -7})는 안테나(102) 및 안테나(104) 간의 거리를 나타낸다. 선분(L_{4 -7})는 안테나(104) 및 안테나(104) 간의 거리를 나타낸다. 셀 사이트 안테나들의 위치(위도 및 경도 좌표에서의 위치)가 알 려져 있으므로 각 선분들(L_{2 -4}, L_{2 -7}, L_{4 -7})의 길이가 알려진다. 전술된 바와 같이, 선분들(d₂, d₄ 및 d₇)은 안테나들(102, 104 및 107) 각각으로부터의 이동 전화기(120)의 계산된 거리를 나타낸다. 각도(m, n 및 o)가 수학식 7에서와 같이 코사인 법칙을 이용하여 거리들(d₂, d₄ 및 d₇)의 함수로서 주어진다.

다시 도 8을 참조하면, 각도(m,n 및 o)의 합은 360도이므로 360-(∠m + ∠n + ∠o)=0의 관계가 성립한다.

거리들(d₂, d₄ 및 d₇)을 계산하는 과정은, 각각의 각도들이 모두 양의 값이며 각 각들의 합이 360도가 될 경우 가장 정확해진다. 거리들(d₂, d₄ 및 d₇)을 계산하는 데 있어, 단 하나의 변수는 각각의 전파 경로 경사들(B₂, B₄ 및 B₇)뿐이며, 이 전파 경로 경사들은 일반적으로 약 20dB/dec 및 45dB/dec 사이의 값을 갖는다. 그러므로, d₂, d₄ 및 d₇의 값들은 수학식 4, 5 및 6을 이용하며 전파 경로 경사들(B₂, B₄ 및 B₇)의 값을 20dB/dec 에서 45dB/dec 으로 바꾸면서 계산된다. 결과적으로 얻어지는 거리들(d₂, d₄ 및 d₇)을 이용하여 각도(m, n 및 o)의 합을 계산할 수 있다. 계산된 각도가 모두 양의 값이며 그 합이 가장 360도에 가깝도록 하는 d₂, d₄ 및 d₇의 값들이 감소된 오차 성분들을 제공하는 d₂, d₄ 및 d₇의 값들을 제공한다.

감소된 오차 성분을 가지는 거리들(d₂, d₄ 및 d₇)이 구해지면, 이동 전화기(120)의 위치 영역은 전술된 바와 같이 적합한 원들을 작도함으로써 결정될 수 있다. 지리적 서비스 영역(100) 내의 안테나들(102, 104 및 107)의 지리적 위치(즉, 위도 및 경도)가 알려져 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)의 메모리(234) 내에 셀 사이트 정보(236)으로서 저장된다. 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 이러한 알려진 셀 사이트 위치들을 이용하여 추정된 위치 영역의 지리적 위치를 결정하는데, 그 방법의 예를 들면 지도 상에 추정된 위치 영역을 도시하는 것과 같은 것이다. 이렇게 계산된 위치 영역이 구역(2) 영역이다. 또한, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 네트워크의 지리적 서비스 영역 내의 이동국 위치에 상응하는 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합을 제공하도록 구성되는 데이터베이스(250)를 포함한다.

전술된 바와 같이, 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서 유니트(125)가 위치 추적될 이동 전화기(120) 내에 구성 부분으로서 사용될 수도 있다. 당업계에 널리 알려진 바와 같이, 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서는 지구 상을 공전하는 위성들로부터 신호를 수신하고, 수신된 신호들을 해석하여 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서의 위치를 나타내는 위도 및 경도축을 얻어낸다. 전형적인 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서는 50피트 내의 오차를 가질 만큼 정확하다. 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 이동 전화기(120) 내에 제공된 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기에 의하여 제공된 정보를 이용하여 지리적 위치 추정치의 정확성을 향상시킨다.

위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기를 사용하는 기술의 알려진 문제점은, 위치를 정확하기 얻어내려면 다수의 위성들과 통신하는 조망 선분(line of sight)을 요구하며, 위성 수신기로의 조망 선분이 차단(block)된다면 정확한 위도 및 경도 축들을 반환하지 못한다는 점이다. 이러한 한계는 선결된 신뢰수준(confidence) 레벨 내에 있는 이전 위성 위치 추적 시스템(GPS) 축 위치를 이용함으로써 보상될 수 있다. 이 기술은 후술되는 바와 같이 위도 및 경도 오차와 함께 계산된 평균 위도 및 경도 위치를 이용함으로써 달성될 수 있다.

도 9는 시간 간격(t_{1 -15}) 동안 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)에 의하여 계산된 위도 및 경도 축의 그래프를 나타낸다. 각 시각(t_n)에서, 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)는 이동 전화기(120)의 현 위치 축들을 계산한다. 시각(t_n)에서, 위도 축은 Lat(t_n)으로 표시되며, 경도 축은 Long(t_n)으로 표시된다. 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)에 의하여 계산되는 위도축 Lat(t_n) 및 경도축 Long(t_n)은 일반적으로 시간이 변함에 따라 연속적으로 변화한다. 그러나, 위성까지의 조망 선분이 봉쇄되는 경우에는, 계산된 축 값들은 정확하지 않을 것이다. 조망 선분이 봉쇄되는 경우의 예를 들면, 이동 전화기(120)가 건물 내로 진입하는 경우 등이 있다. 이러한 경우가 도 9에서 시간 간격 t_{8 -12}에서 예시된다.

위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)는 소정의 시간 윈도(time window)가 진행함에 따라 위도 및 경도축들의 평균을 계산하도록 구성되는데, 시각(t_n)에서 종결되는 시간 윈도의 평균 위도 및 경도는 각각 Lat_Avg(t_n) 및 Long_Avg(t_n)으로 표시된다. 진행하는 시간 윈도의 길이는 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125) 내에 프로그램 되며, 예를 들어 원하는 정확도 및/또는 특정 응용 분야에 의존하여 변화될 수 있다. 만일, 진행하는 시간 윈도가 N 개의 시간 간격들인 것으로 정의되면, 시각(t_n)에서 종결되는 시간 윈도 동안의 평균 위도 및 경도축들 Lat_Avg(t_n) 및 Long_Avg(t_n) 각각은 시각 t_{n -N+1}, ..., t_n에 관련된 N 개의 위도축들 및 N 개의 경도축들의 평균에 해당한다.

Lat_Avg(t_n) 및 Long_Avg(t_n)의 값들은 연속되는 시간 간격들에서 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)에 의하여 연속적으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 진행하는 시간 윈도의 시간 간격(N)이 5 개의 시간 간격들로 세팅된다면, 시각(t₈)에서 종결되는 시간 윈도는 도 9에서 905로서 표시된다. 그러면, 시각 t₄, ..., t₈에 관련된 5 개의 값들의 평균치가 시각 t₈에서 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)에 의하여 구해짐으로써 Lat_Avg(t₈) 및 Long_Avg(t₈) 의 값들이 계산된다.

평균 축 값들에 추가하여, 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)는 시간 윈도 동안의 위도 및 경도축들의 최대 오차(peak error) 역시 계산한다. 시각(t_n)에서 종결되는 시간 윈도 동안의 위도축의 최대 오차는 Error_Lat(t_n)으로서 표시되며, 시각(t_n)에서 종결되는 시간 윈도 동안의 경도축의 최대 오차는 Error_Long(t_n)으로서 표시된다. 이러한 최대 오차들은 시간 위도 동안의 위도 및 경도 축 값들의 순시치를 시간 윈도의 평균 축 값들과 비교함으로써 계산되는데, 이는 다음 수학식 8 및 수학식 9와 같다.

예를 들어, 시각 t₈에서 종결되는 시간 윈도의 최대 오차를 계산하기 위한 계산은 다음 수학식 10 및 수학식 11과 같다.

그러므로, 위도축들의 순시치 들인 Lat(t₄), Lat(t₅), Lat(t₆), Lat(t₇) 및 Lat(t₈)들이 Lat_Avg(t₈)과 비교되며, 평균 위도치로부터 가장 많이 어긋나는 값이 최대 위도 오차에 해당한다. 동일한 방법으로, 경도축들의 순시치 들인 Long(t₄), Long(t₅), Long(t₆), Long(t₇) 및 Long(t₈)들이 Long_Avg(t₈)과 비교되며, 평균 경도치로부터 가장 많이 어긋나는 값이 최대 경도 오차에 해당한다. 예를 들어, 도 9에서 시각(t₁₂)에서 종결되는 시간 윈도(916)를 고려한다. 선분(910)으로부터 가장 많이 어긋나는 값은 점(914)으로 표시된 위도 순시치 Lat(t₁₀)이다. 그러므로, 시간 윈도(916) 동안의 최대 오차인 Error_Lat(t₁₂)은 Lat(t₁₀)인 914 및 Lat_Avg(t₁₂)인 910 간의 거리로서 표시된다.

위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)는 오차값들 Error_Lat(t_n) 및 Error_Long(t_n)을 이용하여 신뢰성 있는 축들의 최종 값들을 저장 레지스터 내에 저장하는데, 이 과정은 다음과 같다. 저장 레지스터들은 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서 내의 메모리 위치일 수 있다. 또는, 이러한 저장 레지스터들은 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)에 의하여 접근될 수 있는 개별적인 메모리 유니트 내의 메모리 위치일 수도 있다. 각 시각(t_n)에서, 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서(125)는 최대 오차값들인 Error_Lat(t_n) 및 Error_Long(t_n)를 프로그램된 오차 한계치들인 Err_Thresh_Lat 및 Err_Thresh_Long 과 비교한다. 프로그램될 수 있는 진행 시간 윈도의 경우에, 이러한 한계치들은 원하는 정확성 및/또는 특정 응용분야에 의존하여 변화될 수 있다. 만일 최대 오차값들인 Error_Lat(t_n) 및 Error_Long(t_n)가 각각 한계치들인 Err_Thresh_Lat 및 Err_Thresh_Long 내에 존재한다면, 축 값들의 순시치인 Lat(t_n) 및 Long(t_n)이 허용되는 신뢰 한계 내에 존재한다는 것으로 가정될 수 있도록 이러한 한계치들이 정의된다. 각 시간 간격(t_n)에서, 만일 경도 및 위도의 최대 오차값들이 모두 한계치 내에 포함된다면, 위도 및 경도의 순시치들이 각각 메모리 레지스터 Lat_reg 및 Long_reg 내에 저장된다. 만일, 위도 및 경도 중 어느 하나의 최대 오차가 한계치 내에 존재하지 않는다면, 위도 및 경도의 순시치들 Lat(t_n) 및 Long(t_n)은 각각 메모리 레지스터 Lat_reg 및 Long_reg 내에 저장되지 않는다. 이러한 기술은 메모리 레지스터 Lat_reg 및 Long_reg가 최근의 신뢰성 있는 위도 및 경도 축값들을 포함하도록 보장한다.

전술된 바와 같이 이동 전화기(120)에 의하여 전송된 정보에 덧붙여서, GPS 정보가 공중 인터페이스(202)를 통하여 각 시간 간격(t_n) 동안에 이동 전화 시스템(200)으로 전송된다. 전송되는 GPS 정보는 다음과 같다.

Lat(t_n) 및 Long(t_n);

Lat_reg 및 Long_reg;

Error_Lat(t_n) 및 Error_Long(t_n); 및

Err_Thresh_Lat 및 Err_Thresh_Long.

이동 통신 교환 센터(MSC, 220)는 전술된 바와 같이 동작하여 특정 조건 하에서 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)의 위치 추적 기능을 개시한다. 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)의 메모리(234) 내에 저장된 알고리즘(238)은 프로세서(232)로 하여금 도 10과 더불어 후술되는 바와 같이 동작하도록 명령한다. 그러므로, 위치 추적 기능이 개시됨과 함께, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)이 도 10에 도시된 바와 같은 흐름도에 따라 동작하여 이동 전화기(120)의 위치를 계산한다.

전술된 바와 같이, 구역(1)은 이동 전화기(120)를 현재 서비스하고 있는 셀의 지리적 통신 가능 영역에 의하여 정의되고, 구역(2)은 도 4 내지 도8과 관련하여 전술된 바와 같은 방법으로 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)에 의하여 계산된 위치 영역이다. 일반적으로, 구역(1)은 구역(2)보다 큰 영역을 정의한다. 도 10을 참조하면, 단계(1004)에서 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)이 현재 시간 윈도 동안의 최대 위도 및 경도 오차 값들이 소정의 한계 오차 내에 존재하는지를 결정한다. 만일, 최대 위도 및 경도 오차 값들이 소정의 한계 오차 내에 존재하는 것으로 판단되면, 위도 및 경도축의 순시치들 Lat(t_n) 및 Long(t_n)은 허용되는 정확성을 가지고 있는 것으로 판단되고 단계(1012)에서의 후속 처리를 위하여 사용된다. 단계(1012)에서는, GPS 축들의 순시치가 구역(1) 내에 존재하는 위치를 정의하는지 여부가 결정된다. 만일 GPS 축들의 순시치가 구역(1) 내에 존재하지 않는 위치를 정의하는 것으로 결정되면, 단계(1010)에서 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)이 적당한(moderate) 신뢰 수준 레벨을 가지고 구역(2) 위치 추정치를 반환한다. 만일 단계(1012)에서 GPS 축들의 순시치가 구역(1) 내에 존재하는 위치를 정의하는 것으로 결정되면, 단계(1020)에서 GPS 축들의 순시치가 구역(2) 내의 위치를 정의하는지 여부가 판단된다. 만일 GPS 축들의 순시치가 구역(2) 내의 위치를 정의하는 것으로 결정되면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 단계(1024)에서 축값의 순시치를 고레벨의 신뢰 레벨을 가진 위치 추정치로서 반환한다. 만일 GPS 축들의 순시치가 구역(2) 내의 위치를 정의하지 않는 것으로 결정된다면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 단계(1018)에서 축값의 순시치를 적당한 신뢰 레벨을 가진 위치 추정치로서 반환한다.

만일 단계(1004)에서 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)이 현재 시간 윈도의 최대 위도 및 경도 오차 값들이 소정의 한계 오차값들에 포함되지 않는 것으로 결정하면, 위도 및 경도축의 순시치들 Lat(t_n) 및 Long(t_n)은 허용되는 정확성을 가지고 있지 않는 것으로 판단되고 메모리 레지스터들 Lat_reg 및 Long_reg 내에 저장된 위도 및 경도값들이 단계(1006)에서의 후속 처리를 위하여 사용된다. 단계(1006)에서는, 메모리 레지스터 내에 저장된 GPS 축들의 순시치가 구역(1) 내에 존재하는 위치를 정의하는지 여부가 결정된다. 만일 GPS 축들의 순시치가 구역(1) 내에 존재하지 않는 위치를 정의하는 것으로 결정되면, 단계(1008)에서 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)이 낮은 신뢰 수준 레벨을 가지고 구역(2) 위치 추정치를 반환한다. 만일 메모리 레지스터에 저장된 GPS 축들의 순시치가 구역(1) 내에 존재하는 위치를 정의하는 것으로 결정되면, 단계(1014)에서 메모리 레지스터에 저장된 GPS 축들의 순시치가 구역(2) 내의 위치를 정의하는지 여부가 판단된다. 만일 GPS 축들의 순시치가 구역(2) 내의 위치를 정의하지 않는 것으로 결정되면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 단계(1016)에서 메모리 레지스터에 저장된 축값을 적당한 신뢰 레벨을 가진 위치 추정치로서 반환한다. 만일 메모리 레지스터 내에 저장된 GPS 축들이 구역(2) 내의 위치를 정의하는 것으로 결정된다면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 단계(1022)에서 메모리 레지스터에 저장된 축값을 높은 신뢰 레벨을 가진 위치 추정치로서 반환한다.

지리적 위치 영역이 결정되면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 그 정보를 적당한 말단 사용자 목적지(end user destination)로 라우팅한다. 본 발명의 일 실시예에서, 적당한 라우팅 정보(routing information, 240)는 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)의 메모리(234) 내에 저장된다. 예를 들어, 만일 위치 추적 기능이 이동 전화기(120)으로부터 119로 전화를 걸었기 때문에 개시되었다면, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 230)은 위치 정보를 적합한 공공 서비스 제공자에게 라우팅 한다. 만일 위치 추적 기능이 이동 통신 교환 센터(MSC)가 그 셀루러 전화기 번호가 운송 회사에 속한다고 결정하였기 때문에 개시된 것이라면, 위치 정보는 그에 해당하는 운송 회사에 전송될 것이다. 더 나아가, 위치 정보를 요구하는 명령이 이동 전화기(120)의 사용자 스스로부터 발생된 것이라면 위치 정보는 이동 전화기(120) 자체로 통신될 수도 있다.

이동 통신 핸드오프(MAHO)에 사용되는 이동국에 의하여 획득되는 전력 레벨, 또는 수신 신호 강도들, 전력 레벨들, 또는 통신 파라미터들과 같은 다른 집합들이 사용되어 셀들의 정렬에 관련된 전력 컨투어 또는 다른 소정 전력 레벨들에 기반하여 이동국의 위치를 추적할 수 있다. 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이, 이동국(1102)는 도 2에 예시된 바와 같은 수신 신호 강도(RSS)의 집합을, 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들을 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 1106)에 전달하도록 구성된 네트워크(1104)로 송신한다. 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 1106)은 수신 신호 강도(RSS)의 집합을 수신하고 통신 가능 영역 내의 복수 개의 위치들과 관련된 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합들에 기반하여 이동국의 위치를 식별하도록 구성된 프로세서(1108)를 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합은 데이터베이스(1110) 내에 저장된다. 전형적으로, 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 1106)은 기지국과 관련되며, 데이터베이스(1110)는 특성값들의 집합 또는 특정한 기지국에 의하여 서비스되는 지리적 영역에 관련된 소정의 수신 신호 강도(RSS) 값들을 포함한다. 도 1에서, 셀들은 연속되며 상호 중첩되지 않는 것으로 도시되었지만, 네트워크에 포함되는 셀들은 상호 중첩될 수 있으며, 상호간에 간격이 존재할 수도 있다. 수 개의 셀들에 관련된 데이터베이스들이 유사한 소정 수신 신호 강도(RSS) 값들을 포함할 수 있다.

본 발명의 대표적인 실시예에서, 네트워크 서비스 영역(1200) 또는 단일 셀과 같은 네트워크 서비스 영역의 일부분은 도 12에 도시된 바와 같은 서비스 격 자(1202)로 나뉘어진다. 서비스 격자(1202)는 축 (X_I, Y_J)에 각각 상응하는 구역(Z_IJ)의 직사각형 어레이에 관련되는데, 여기서 I 및 J는 각각 행 번호 및 열 번호에 관련된 정수이다. 이해의 편의를 위하여, 도 12에서는 16개의 직사각형 구역으로 구분된 분할이 예시되었으나, 서비스 영역은 더 적은 수 또는 더 많은 수의 구역으로 분할될 수 있다. 구역은 하나 또는 그 이상의 셀들의 서비스 영역과 관련될 수 있으며, 또는 네트워크 서비스 영역 전부가 구역의 단일 집합으로 구분될 수도 있다. 또한, 구역들은 삼각형, 사각형, 6각형, 곡선 또는 다른 격자 등과 같은 직사각형이 아닌 격자들에 기반하여 설정될 수도 있다. 첨부하여, 이러한 분할은 다양한 정규 또는 비정규의 모양을 포함할 수 있다. 또한, 서비스 영역 분할 역시 상이한 영역들을 가질 수 있다.

이동국의 위치 추정치는 수신 신호 강도(RSS)의 소정 집합{RSS}에 기반하여 보고된 수신 신호 강도(RSS)값들이 어느 구역에 관련된 수신 신호 강도(RSS) 값의 일 집합과 정합되는 구역을 식별함으로써 획득될 수 있다. 정합 계산의 예를 들면, 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들(또는 이 값들의 일부분) 및 소정의 저장된 구역의 수신 신호 강도(RSS) 값들 간의 제곱차의 평균합(sum of mean square difference)을 수행하여 정합 여부가 결정될 수 있다. 이동국가 전형적으로 수 개의 수신 신호 강도(RSS) 값들을 보고하지만, 선택된 수신 신호 강도(RSS) 값들만을 이용한 계산에 기반하여 정합이 계산될 수 있다. 구역이 선택되면, 그 구역에 관련된 축값들이 이동국의 위치의 추정치로서 제공된다. 구역의 크기가 위치 오차 추정 치를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.

네트워크 서비스 영역 또는 셀 서비스 영역의 예시적인 다른 분할이 도 13에 도시된다. 구역들(1301 내지 1312)은 도 13의 예시 내의 구역 구석들에 상응하는 주변 축들(perimeter coordinates)(X, Y)에 관련된다. 예를 들어, 구역(1301)은 각각 수신 신호 강도값들의 집합들인 {RSS(1, 1)}, {RSS(2, 1)}, {RSS(1, 2)} 및 {RSS(2, 2)}에 상응하는 주변 축들(X1, Y1), (X2, Y1), (X1, Y2) 및 (X2, Y2)에 관련된다. 이동국의 위치 추정치는 이동국에 의하여 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값(보고된 수신 신호 강도(RSS)값들, 또는 RSS(mobile)로 표시)들에 기반하여 식별될 수 있다. 만일 어떤 구역 영역이 이동국의 위치 추정치의 소정의 위치 정확도를 얻기에 너무 크다면, 이동국의 위치는 하나 또는 그 이상의 구역들에 관련된 소정의 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합들 {RSS}을 이용하여 보간(interpolation)을 수행하는 것에 기반하여 구해질 수 있다.

이동국 위치 추적 모듈(1106)은 보고된 수신 신호 강도 값들의 집합 {RSS(mobile)}을 처리하여, 집합 {RSS(mobile)}을 데이터베이스(1110) 내의 수신 신호 강도들의 하나 또는 그 이상의 집합들{RSS}와 관련시킴으로써 이동국의 위치를 제공한다. 이동국의 위치 추정치는 저장된 RSS 값들 중 선택된 집합에 관련된 축들에 상응한다.

본 발명의 일 실시예에서, 이동국의 위치는 전술된 바와 같이 추정되는데, 예를 들어 세 개의 수신 신호 강도(RSS) 값들을 이용한 삼각법을 이용하여 추정된다. 전술된 바와 같은 추가적인 오차 정정 기법을 동원하거나 동원하지 않은 삼각 함수 이용 방법이 이용되어 최초의 이동국 추정 위치(Xest, Yest)를 구할 수 있다. 그러면, 이동국 위치 추적 모듈(1106)이 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값을, 격자(1200, 1300)와 같은 격자에 관련된 수신 신호 강도(RSS)r 값들 또는 이동국의 최초 추정 위치(Xest, Yest) 인근의 지역적 영역 내의 하나 또는 그 이상의 위치들에서의 수신 신호 강도(RSS) 값들과 비교한다. 전형적으로, 이러한 수신 신호 강도(RSS) 값들은 도 11의 데이터베이스(1110)와 같은 데이터베이스 내에 저장된다. 소정 집합 {RSS}에 기반하여, 제2 이동국 위치 추정치가 얻어진다.

도 14를 참조하면, 이동국 위치 추적 모듈(1400)은 격자 위치들(1402₁, ..., 1402_G)와 관련된 수신 신호 강도(RSS) 값의 집합들을 저장하도록 구성되는 데이터베이스(1401)를 포함한다. 프로세서(1404)는 데이터베이스(1401)와 통신하며, 이동 통신 핸드오프 데이터베이스와 같은 데이터를 수신하도록 구성되는데, 수신되는 전형적인 데이터는 이동국에 의하여 보고되는 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합이다. 프로세서(1404)는 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들에 기반하여 데이터베이스(1401)로부터 수신된 수신 신호 강도(RSS) 집합들의 전부 또는 선택된 집합을 위한 점수(score)를 계산한다. 점수 값은 높은 값들이 선택된 위치와 상응하지 않는 수신 신호 강도(RSS) 값들과 관련되고, 낮은 점수들은 보고된 수신 신호 강도(RSS)가 선택된 지점의 값들과 유사하도록 하는 방법으로 구성될 수도 있고, 또는 점수 값들은 반대 경우에 맞도록 구성될 수도 있다. 특정한 실시예에서, 선호되는 점수 값들과 관련된 네 개의 격자 위치들이 선택되고 메모리(1406)에 저장되며, 이 격자 값들이 출력부(1412)에 보간된 위치 값들을 제공하는 보간기(1410)로 통신된다. 전형적으로, 보간 및 점수 계산과 같은 동작들은 마이크로 프로세서, 워크 스테이션, 내장형 프로세서, 또는 특정 기능을 수행하는 하드웨어 및 소프트웨어에 의하여 수행되어, 프로세서(1404) 및 보간기(1410)는 동일한 하드웨어 내에 제공될 수도 있다.

어떤 실시예에서, 제1 이동국 위치 추정치는 수신 신호 강도(RSS)의 저장된 집합들에 근거하며, 삼각법에 기반한 추정이 사용되지 않거나, 삼각법에 기반한 추정이 수신 신호 강도(RSS) 값들과 결합되어 사용된다. 또는, 이동국와 관련된 위성 위치 추적 시스템(GPS)이 사용되어 제1 이동국 위치 추정치(Xest, Yest)를 구하고, 저장된 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합은 제2 이동국 위치 추정치를 생성하기 위하여 사용된다.

다른 실시예들에서, 이동국 위치 추정치는 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합을 기반으로 하고, 위성 위치 추적 시스템(GPS), 삼각법, 또는 다른 방법들이 사용되어 제1 추정치에 기반하여 제2 추정치를 생성한다. 전술된 바와 같이, 집합들 {RSS}는 두 개 또는 그 이상의 전력 레벨들을 포함할 수 있으며, 전형적으로는 6개 또는 그 이상의 수신 신호 강도(RSS) 값들을 포함하고, 이동국의 위치 추정치는 어떤 수신 신호 강도(RSS) 값들은 이용되지 않는 반면에 하나 또는 그 이상의 수신 신호 강도(RSS) 값들에 기반할 수 있다.

보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들을 데이터베이스에 저장된 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합과 비교하는 과정은, 예를 들면 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들 및 하나 또는 그 이상의 지리적 위치들과 관련된 저장된 수신 신호 강도(RSS) 값들 간의 차이의 제곱의 합을 계산함과 같은 방법을 기반으로 수행될 수 있다. 전형적으로, 최저 또는 상대적으로 작은 제곱의 합에 관련된 하나 또는 그 이상의 지리적 위치들(X, Y)이 이동국 위치 추정치로서 선택된다. 만일, 하나 이상의 위치가 선택된다면, 삼각법에 기반한 방법들과 같은 추가적인 방법들이 사용되어, 다수의 위치 추정치들 중 하나를 선택할 수 있다. 또는, 위성 위치 추적 시스템(GPS)에 기반한 위치 추적 시스템들이 사용되어 이동국의 대략적 위치를 선택할 수도 있다. 비록, 단일 추정치가 다수 개의 위치 추정치들로부터 추출될 수는 없다는 것이 확실한 것은 아니지만, 하나 이상의 이동국 위치 추정치들이 긴급 상황 응답자 또는 다른 수신자들에게 보고될 수 있다.

어떤 실시예들에 따르면, 이동국 위치는, 예를 들어 수신 신호 강도의 측정치들 또는 계산된 수신 신호 강도에 의하여 얻어지는 수신 신호 강도(RSS) 컨투어의 하나 또는 그 이상의 시리즈(series)에 기반하여 이동 전화 네트워크 위치 추적 모듈에 의하여 추적될 수 있다. 도 15를 참조하면, 무선 통신 시스템(1500)은, 공중 인터페이스(1503)를 통하여 이동 통신 교환 센터(MSC, 1504)와 통신하는 이동국(1502)를 포함하는데, 이동국(1502)의 예로는 휴대용 디지털 어시스턴트(PDA) 또는 다른 이동 장치들이 가능하다. 이동 통신 교환 센터(MSC, 1504)는, 무선 기지국(radio base station)에 관련된 수신 신호 강도(RSS) 컨투어들에 기반하여 이동국의 위치를 추정하도록 구성된 이동국 위치 추적 모듈(MLM, 1506)과 통신한다. 컨투어들은 개별적인 무선 기지국에 상응하도록 RSB(1)...RSB(N)이라는 값으로 데이 터베이스(1508) 내에 저장될 수 있는데, 여기서 N은 무선 기지국의 번호이다.

도 16은 대표 셀들(1602, 1604, 1606) 및 관련된 무선 기지국들(RBS, 1610, 1612, 1614)을 각각 예시한다. 예시적으로, 셀(1602, 1604)에 관련된 수신 신호 강도(RSS) 컨투어들(1620-1623 및 1630-1633)이 도시된다. 일반적으로, 다른 수신 신호 강도(RSS) 값들(즉, 추가적인 무선 기지국들)에 상응하는 추가적인 컨투어들이 사용되지만, 이러한 추가적인 컨투어들은 도 16에는 도시되지 않는다. 컨투어들(1620-1623 및 1630-1633)은 개별적인 무선 기지국으로부터 수신된 수신 전력 레벨이 거의 동일하도록 하는 위치들에 관련된다. 일 실시예에서, 이동국는 셀(1602)(RBS 1610)을 통하여 통신하며 컨투어(1623)와 관련된 무선 기지국(RBS, 1610)으로부터 수신 신호 강도를 보고한다. 이동국 위치 추적 모듈은 컨투어(1623)와 관련된 지리적 위치들을 이동국의 예상 위치인 것으로 선택한다. 이동국(1604)가 수신 신호 강도(RSS) 값들의 일 집합을 보고하므로, 추가적인 무선 기지국에 관련된 추가적인 전력 컨투어들이 이용되어 이동국의 위치를 추적할 수 있다. 예를 들어, 이동국는 무선 기지국(1612)과 관련된 수신 신호 강도(RSS) 값을 보고한다. 예시적으로, 이 수신 신호 강도(RSS) 값이 컨투어(1630)와 관련될 수 있다면, 이동국의 위치 추정치는 향상되고 추정된 위치가 범위(1650, 1652)와 관련될 수 있다. 이러한 과정은 추가적인 수신 신호 강도(RSS) 값들에 대하여도 반복될 수 있으며, 추정된 이동국의 위치가 식별된 컨투어에 기반하여 보고될 수 있다.

컨투어 간격(contour spacing)은, 하나 또는 그 이상의 컨투어들을 관련된 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들과 관련하면 이동국 위치 추정치가 소정의 공간 해상도(spatial resolution)를 가지도록 하기 위하여 허용되는 공간 해상도에 기반하여 설정될 수 있다. 또는, 보간법 또는 다른 방법이 사용되어, 공간 해상도를 높이고 컨투어들 간에 이동국 위치를 구할 수 있다.

수신 신호 강도 컨투어들에 기반한 이동국 위치 추적은 삼각법에 기반한 방법, 위성 위치 추적 시스템(GPS)에 기반한 방법, 또는 수신 신호 강도(RSS) 패턴에 기반한 방법들을 이용하여 더 향상되거나 검증될 수 있다. 전형적으로, 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합은 6개 또는 그 이상의 수신 신호 강도 값들을 포함하지만, 이 값들 중 하나 또는 그 이상의 것들 만이 사용되어 이동국의 위치를 구한다. 이러한 실시예에서, 제1 수신 신호 강도(RSS) 값에 기반한 컨투어의 식별이 사용되어 위치의 범위를 설정한다. 또한, 수신된 음성 전력 레벨(RSS_v)가 이동국에 의하여 보고될 수 있으며, 이 방법 또는 다른 방법들에서 이동국의 위치 추정치를 구하는 준비 단계에서 사용될 수 있다.

보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들을 측정되거나 계산된 수신 신호 강도(RSS) 값들의 소정 집합과 비교하는 것에 관련된 오차 점수의 계산이 이동국 위치를 추정하는데 사용될 수 있는 반면, 이러한 추정치들은 신호 강도 패턴들에 기반하여 준비될 수도 있다. 예를 들어, 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들의 비(ratios)가 소정의 수신 신호 강도(RSS) 값들의 비와 비교될 수 있다. 또는, 소정의 수신 신호 강도(RSS) 값들 및 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들의 집합이 상관되어(correlated), 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들과 유사한 소정의 수신 신호 강 도(RSS) 값들의 집합을 식별하고, 이동국의 위치 추정치로서 제공된 관련된 위치를 식별할 수 있다. 다른 패턴 식별 방법들 또한 사용될 수 있다.

도 17은 이동국 위치를 보고하도록 구성된 무선 네트워크에 의하여 제공되는 긴급 서비스들을 예시한다. 셀룰러 전화, PDA, 또는 다른 이동 장치 또는 휴대용 장치, 음성 장치, 데이터 장치 또는 음성/데이터 장치와 같은 이동국(1702)는 하나 또는 그 이상의 수신 신호 강도 값들을 공중 인터페이스(1704)를 이용하여 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706)로 보고한다. 이동 통신 교환 센터(MSC, 1704)는 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들을, 위치 결정 프로세서(PDP, position determining processor, 1710)와 통신하는 이동 전화 위치 추적 센터(MPC, mobile positioning center, 1708)에 전달한다. 이동 전화 위치 추적 센터(MPC, 1708)는 또한 긴급 서비스(119-선택) 라우터(1714)와 통신하도록 구성된 공중-안전 응답 지점(PSAP, public-safety answering point, 1712)과 통신한다. 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706) 역시 119-선택 라우터(1714)와 통신한다.

동작 상태에서, 이동국(1702)가 공중 인터페이스(1704)를 통하여 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706)와 통신하는 긴급 서비스(119) 요청을 개시한다. 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706)는 119 전화가 걸려왔다는 것 및 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706)가 이동 위치 추적 서비스를 제공하도록 구성된다는 점을 알려주는 메시지를 이동 전화 위치 추적 센터(MPC, 1708)에 전송한다. 이동 전화 위치 추적 센터(MPC, 1708)는 라우팅 명령을 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706)로 반환하여, 그 전화가 119 선택 라우터를 통해 공중-안전 응답 지점(PSAP, 1712)으로 라우팅 되도록 한 다. 이동 전화 위치 추적 센터(MPC, 1708)는 수신 신호 강도(RSS) 값들을 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706)에 질의(query)하며 이동국가 수신 신호 강도(RSS) 값들을 보고하도록 요청한다. 이동 통신 교환 센터(MSC, 1706)는 보고된 수신 신호 강도(RSS) 값들을 이동 전화 위치 추적 센터(MPC, 1708)에 포워딩하고, 위치 결정 프로세서(1710)가 이동국 위치 추정치를 이동 전화 위치 추적 센터(MSC, 1708)에 전달한다. 긴급 서비스 요청이 계속되면, 이동 전화의 위치에 대한 추가적인 요청이 계속 제공되어, 요청자의 이동 경로가 지속적으로 추적될 수 있다. 이러한 추가적인 위치 추정치들을 기반으로 하여, 여행 방향과 같은 다른 정보들도 구해질 수 있다.

무선 네트워크 내의 셀룰러 전화의 위치를 결정하는 것이 119와 같은 긴급 서비스 번호에 기반된 긴급 서비스들을 제공하기 위하여 중요할 뿐만 아니라, 이동국의 위치 추정치는 이동 네트워크의 다른 사용자들에 대한 특정 이동국의 위치의 식별을 위하여 또는 외식 서비스, 쇼핑 서비스, 숙박 서비스, 오락 서비스, 교통 서비스, 또는 다른 서비스들과 같은 서비스들에 대한 사용자의 위치 결정과 같은 다른 응용 분야에도 포함될 수 있다. 이러한 이동국의 위치는 위성 위치 추적 시스템(GPS) 및 위성 위치 추적 시스템(GPS) 하드웨어와 같은 전용 위치 추적 시스템을 참조하지 않고 구해질 수 있다. 위성 위치 추적 시스템(GPS) 신호들이 상대적으로 약하기 때문에, 이동 통신 핸드오프(MAHO) 파라미터에 기반한 위치 결정 방법은, 실내에서 또는 위성 위치 추적 시스템(GPS) 신호 수신이 어렵거나 불가능한 통신 가능 영역에서 조차도 위치 결정을 가능하게 한다. 그러나, 이동 통신 핸드오 프(MAHO)에 기반한 방법들과 관련하여 위성 위치 추적 시스템(GPS) 역시 사용될 수 있다.

뿐만 아니라, 위치 결정 기술은 이동 통신 핸드오프를 포함하는 다른 네트워크 내에도 유사한 방법으로 실장될 수 있다. 예를 들어, 소위 블루투스(BLUETOOTH)라 불리는 기술, 또는 IEEE 802.11에 기반한 무선 네트워크들도 이동 장치들이 수신 신호 강도를 보고하도록 구성될 수 있다. 부가하여, TDMA, CDMA, FDMA, 또는 다른 프로토콜들을 이용하는 무선 네트워크들도 이동 통신 위치 추적 서비스를 실장하도록 구성될 수 있다. 이러한 네트워크들은 제어 채널들, 음성 채널들, 데이터 채널들 또는 다른 통신 채널들을 포함할 수 있으며, 이러한 채널들의 보고된 전력 레벨이 이동 통신 위치 추적을 위하여 사용될 수 있다.

본 명세서에서 전술된 이동국 위치 추적 방법 및 장치는 선택된 통신 표준들을 참조하여 설명되었으나, 다른 실시예에서는 다른 시스템들도 사용된다. 예를 들어, 이동 통신을 위한 광역 시스템(GSM, Global System for Mobile Communication), IS-95, IS-54, 범용 패킷 무선 서비스(GPRS, General Packet Radio Service), 디지털 무선 유럽 통신(DECT, Digital Cordless European Telecommunication) 서비스, 또는 셀룰러 디지털 패킷 데이터(CDPD, Cellular Digital Packet Data) 서비스, GERAN(GSM/EDGE) 서비스, 또는 이러한 서비스들의 결합 등에 기반한 시스템들이 제공될 수 있다. 위치 추적 방법 및 장치는 광역 음성 통신 가능 영역(wide area voice coverage), 지역 음성 통신 가능 구역, 광역 데이터 서비스, 지역 데이터 서비스, 또는 이러한 것들의 결합을 제공하는 시스템 을 위하여 구성될 수 있다.

본 명세서에서, 핸드오프의 대표적 실시예는 기지국에 기반한 음성 네트워크 내의 핸드오프를 참조하여 설명된다. 일반적으로, 이동 장치 또는 휴대용 장치 및 네트워크 간의 접속은 소위 부착점(points of attachment)이라고 불리는 곳에서 이루어진다. 셀룰러 전화 네트워크에서, 기지국이 일반적으로 부착점으로서 동작하나, 무선 지역 네트워크(WLAN, wireless local area network)에서는, 소위 억세스 포인트(access point)라는 것이 부착점으로서 동작한다. 어떤 실시예들에서, 이동 장치는 기지국을 통하거나 억세스 포인트를 통하여 네트워크에 접속한다. 수신 신호 강도(RSS) 값들이 네트워크 부착점들과 관련될 수 있으나, 경로 손실, 심벌 오차율, 비트 오차율, 신호-간섭 비(signal-to-interference ratio), 반송자-간섭 비(carrier-to-interference ratio), 차단 오차율(block error rate), 또는 다른 파라미터들과 같은 파라미터들이 사용될 수도 있다. 편의를 위하여, 이러한 파라미터들은 부착 표지들(attachment indicators)이라고 참조된다.

이동국가 주기적으로 전력 레벨을 보고하는 무선 네트워크에서, 이동국의 위치는 음성 또는 데이터 통신이 진행중인 경우에도, 통신을 방해하지 않은 채 갱신되거나 추적될 수 있다. 이에 상응하여, 이동국의 이동이 추적되는데, 이러한 기술은 긴급 서비스들을 제공하는 데 특별히 중요할 수 있다. 어떤 TDMA 시스템에서, 전술한 바와 같은 수신 전력 레벨들은 매초 한번씩의 주기를 가지고 보고된다.

신호 강도 컨투어들 및/또는 격자들은 몇 가지 방법들을 이용하여 얻어질 수 있다. 복잡한 무선 주파수(RF, radio frequency) 설계 소프트웨어가 사용 가능하므 로, 수신 신호 강도(RSS) 또는 다른 특성 부착 표지값(characteristic attachment indicator values)이 50m 또는 그 이하의 크기를 갖는 공간 격자들을 가지는 위치의 함수로서 계산될 수 있다. 안테나 높이, 안테나 종류, 다운-틸트(down-tile), 빔 폭(beam width), 실효 방사 전력(effective radiated power) 및 그라운드 클러터(ground clutter)들을 포함하는 계산에 수 개의 RF 인자들(RF factors)이 사용될 수 있다. 이러한 계산은 지표면 토포그래피(surface topography) 및 다른 요소들과 같은 지리적 요소들도 고려할 수 있다. 이렇게 계산된 수신 신호 강도(RSS) 값들은 현장 측정을 통하여 확인될 수 있으며, 현장 측정을 통하여 예측된 값들에 존재하는 결손이 정정되거나 보상될 수 있다. 또는, 수신 신호 강도(RSS) 값들은 일련의 측정값들에 기반할 수 있는데, 이러한 측정값들은 예를 들어 지리적 서비스 영역에 차량을 운행하면서 수신 신호 강도(RSS) 값들을 기록함에 의하여 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 어떤 값들은 측정되는 데 비하여, 어떤 값들은 무선 주파수 설계 소프트웨어를 이용하여 예측된다. 뿐만 아니라, 수신 신호 강도(RSS) 값들은 실제 위성 위치 추적 시스템(GPS) 값들에 관련되어 보고되므로, 전용 하드웨어 또는 추가적인 지원 인력의 도움 없이 컨투어값 또는 격자 값들은 네트워크를 사용하는 동안에 측정된 값들에 기반하여 갱신될 수 있다.

전술된 바와 같은 방법 또는 장치는 네트워크의 적어도 하나 또는 그 이상의 부착점들에 관련된 수신 신호 강도를 참조하여 설명된다. 다른 실시예에서, 오차율, 전파 지연, 또는 다른 파라미터들이 부착점에 관련될 수 있으며, 위치 추정에 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 전형적으로 추정치들은 세 개 또는 그 이상의 부착 점들에 관련된 신호 강도와의 비교를 기반으로 할 수 있으나, 어떤 실시예에서는, 두 개의 부착점에 관련된 신호 강도들이 사용될 수도 있다. 어떠한 실시예에서, 부착점들에 관련된 부착 표지값들은 계산되거나 측정되어 데이터베이스 내에 저장된다. 다른 실시예에서, 예를 들어 전파 특성 또는 저장된 값들에 기반한 보간법에 기반한 계산에 의하여 요구되는 바에 따라 적당한 부착 표지값이 구해진다. 지리적 위치에 관련된 부착 표지값들은 특성 부착 표지값들이라고 명명될 수 있으며, 이러한 값들은 저장되거나, 계산되거나, 또는 측정될 수 있다.

이동국의 위치 추적 기술이 일반 네트워크 동작 동안에 보고되는 수신 신호 강도(RSS) 값들에 기반할 수 있기 때문에, 이러한 위치 추적 방법은 신뢰성을 가진다. 뿐만 아니라, 이동국의 위치 추적 기능을 방해하는 어떠한 네트워크 오류도 일상 적인 네트워크 사용중의 다른 네트워크 오차에 관련되므로 네트워크 오류는 즉시 감지될 수 있다. 수신 신호 강도(RSS) 레벨에 기반한 이동 전화 위치 결정 방법의 다른 장점에는 이동국가 네트워크 가입자일 필요가 없다는 점인데, 그 이유는 수신 신호 강도(RSS) 보고 동작이 비가입자에 의하여도 수행될 수 있기 때문이다. 그러므로, 119 서비스와 같은 긴급 서비스가 비가입자들 또는 초기화되지 않아 관련된 전화 번호를 가지지 못하는 이동국에도 가능해진다.

네트워크 전체 또는 일부에 관련된 특성값들이 메모리 내에 저장될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 메모리에는 임의 접근 메모리(RAM, random access memory), 독출 전용 메모리(ROM, read-only memory), 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 테이프 및 다른 저장 매체가 포함된다.

본 명세서에서, 실시예들은 대표적인 이동 통신 장치 및 무선 네트워크를 참조하여 설명되었다. 이러한 실시예들은 예시적인 것이며, 이러한 실시예들은 다른 장치 또는 세부적인 사항에서 변경될 수 있다. 첨부된 청구의 범위에 의하여 포함되는 기술적 범위가 모두 본원 발명으로서 청구된다.

본원 발명은 셀룰러 전화 시스템으로 불리기도 하는 무선 전화 시스템으로서, 셀이라고 불리는 관련된 통신 가능 영역에 서비스를 제공하도록 구성되는 셀 사이트들을 포함하는 무선 전화 시스템에서 이동국의 위치를 추적하기 위하여 사용될 수 있다.

도 1은 무선 네트워크의 지리적 서비스 영역을 예시하는 도면이다.

도 2는 이동국를 예시하는 블록도이다.

도 3은 수신 신호 강도를 포함하는 이동 통신 핸드오프(MAHO), mobile-assisted hand-off)의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 4는 하타 전파 손실 모델(Hata propagation loss model)을 예시하는 도면이다.

도 5는 원들의 교차점으로 표시된 위치 영역(location area)을 예시하는 도면으로서 각 원들의 반지름은 이동국 거리의 어림값(overestimates) 들이다.

도 6은 원들의 교차점으로 표시된 위치 영역을 예시하는 도면으로서 각 원들의 반지름은 이동국 거리의 어림값들이다.

도 7은 원들의 교차점으로 표시된 위치점(location point)을 예시하는 도면으로서 각 원들의 반지름은 정확한 추정치들이다.

도 8은 계산된 거리들에서 오차 요소들을 감소시키기 위한 방법을 예시하는 도면이다.

도 9는 특정 시간 간격동안 위성 위치 추적 시스템(GPS) 수신기/프로세서에 의하여 계산된 위도 및 경도축들을 나타내는 도면이다.

도 10은 이동국의 위치를 계산하기 위한 방법을 나타내는 블록도이다.

도 11은 무선 통신 시스템의 개략적인 블록도이다.

도 12는 지리적 서비스 영역을 구역(zone)으로 분할한 개략적인 도면이다.

도 13은 지리적 서비스 영역을 구역으로 달리 분할한 개략적인 도면이다.

도 14는 이동국 위치 추적 모듈의 개략적인 블록도이다.

도 15는 이동국 위치 추적 모듈을 포함하는 무선 네트워크의 개략적인 블록도이다.

도 16은 무선 네트워크의 셀들에 관련된 수신 신호 강도값들에 기반하여 수신 신호 강도 컨투어들을 예시하는 개략적인 도면이다.

도 17은 이동국 위치를 긴급 서비스 제공자에게 제공하도록 구성된 무선 네트워크를 예시하는 개략적인 블록도이다.

Claims (10)

1. 이동국(mobile station)의 위치 추적 프로세서(location processor)에 있어서,

   상기 이동국의 적어도 두 개의 부착점(points of attachment)에 관련되며 상기 이동국에 의하여 보고되는 부착 표지들(attachment indicators)을 수신하도록 구성된 입력부;

   상기 적어도 두 개의 부착점에 관련된 소정의 부착 표지들의 집합들을 저장하도록 구성된 메모리; 및

   상기 수신된 부착 표지들 및 상기 적어도 두 개의 소정 부착 표지들의 적어도 하나의 집합을 비교한 것에 기반하여 상기 이동국의 위치의 추정치를 제공하도록 구성된 추정 유니트(estimation unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치 추적 프로세서.
2. 제1항에 있어서, 상기 추정 유니트는,

   상기 수신된 부착 표지의 값들(attachment indicator values) 및 상기 적어도 두 개의 부착점들에 관련된 부착 표지값들의 집합들을 비교한 것에 기반하여 상기 이동국의 위치의 추정치를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이동국의 위치 추적 프로세서.
3. 제2항에 있어서,

   상기 부착 표지값들은 수신 신호 강도값들(received signal strength values)인 것을 특징으로 하는 이동국의 위치 추적 프로세서.
4. 이동국의 위치를 추정하기 위한 위치 추적 유니트에 있어서,

   상기 이동국에 관련되고 상기 이동국에 의하여 보고된 부착 표지값들을 수신하도록 구성된 입력부; 및

   네트워크 부착점들(network attachment points)에 관련된 소정의 부착 표지 컨투어들(attachment indicator contours)에 기반하여 이동국 위치의 추정치를 제공하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 추적 유니트.
5. 제4항에 있어서,

   상기 부착 표지값들은 수신 신호 강도값들이며, 상기 부착 표지 컨투어들은 수신 신호 강도 컨투어들인 것을 특징으로 하는 이동국 위치 추적 유니트.
6. 이동국의 위치를 추적하기 위한 방법에 있어서,

   적어도 하나의 전파 특성(propagation characteristic)에 기반하여 소정의 신호 강도값들을 계산하는 단계;

   복수 개의 안테나들로부터 한 이동국에 의하여 수신된 신호들과 관련된 신호 강도값들을 수신하는 단계;

   서비스 셀 사이트(serving cell site)의 지리적 통신 가능 영역(geographical coverage area)으로서 상기 이동국의 제1 위치 영역(location area)을 계산하는 단계; 및

   상기 수신된 신호 강도값들을 상기 지리적 통신 가능 영역 내의 적어도 하나의 위치에 관련된 소정의 신호 강도값들과 비교한 것에 기반하여 상기 이동국의 제2 위치 영역을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치 추적 방법.
7. 이동국의 위치 추정치를 제공하도록 구성된 네트워크에 있어서,

   상기 네트워크의 특성 부착 표지값들 및 상기 이동국에 관련된 보고 부착 표지값들에 기반하여 위치 추정치를 생성하도록 구성된 프로세서; 및

   상기 위치 추정치를 제공하도록 구성된 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치 추정치를 제공하도록 구성된 네트워크.
8. 제7항에 있어서, 상기 네트워크는,

   상기 특성 부착 표지값들을 포함하는 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치 추정치를 제공하도록 구성된 네트워크.
9. 제7항에 있어서, 상기 프로세서는,

   적어도 하나의 전파 특성에 기반하여 특성 부착 표지값들을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 이동국의 위치 추정치를 제공하도록 구성된 네트워크.
10. 네트워크 내의 서비스를 신청하지 않는 이동국(non-subscribing mobile station)의 위치 추정치를 제공하기 위한 방법에 있어서,

    상기 이동국로부터 일련의 부착 표지값들을 수신하는 단계; 및

    상기 네트워크와 관련된 특성 부착 표지값들에 기반하여 이동국 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 추정치 제공 방법.

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