KR20210144375A - 단말 위치 결정 방법 - Google Patents

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KR20210144375A
KR20210144375A KR1020200061653A KR20200061653A KR20210144375A KR 20210144375 A KR20210144375 A KR 20210144375A KR 1020200061653 A KR1020200061653 A KR 1020200061653A KR 20200061653 A KR20200061653 A KR 20200061653A KR 20210144375 A KR20210144375 A KR 20210144375A
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양세훈
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주식회사 케이티
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Abstract

단말 위치 결정 방법이 제공된다. 이 방법은 상기 단말이 상기 단말과 인접한 적어도 하나의 기지국으로부터 수신한 적어도 하나의 기지국 정보를 상기 단말로부터 수신하는 단계, 상기 적어도 하나의 기지국 정보로부터 기지국 식별자, 기지국 주파수 및 수신 신호 세기를 각각 검출하고, 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 기지국 데이터베이스로부터 확인하는 단계, 그리고 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 각각 적어도 하나의 기지국 식별자가 검출되면, 서로 다른 주파수를 사용하는 기지국들간 경로 손실(Path-loss) 모델, 상기 기지국들의 위치 좌표와 수신 신호 세기를 이용하여 생성한 아폴로니우스의 원 및 상기 기지국들의 수신 신호 세기에 기초한 전송 거리 비 중 적어도 하나를 상기 기지국 위치에 적용하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.

Description

단말 위치 결정 방법{METHOD FOR POSITIONING OF MOBILE TERMINAL}
본 발명은 단말 위치 결정 방법에 관한 것으로서, 단말이 적어도 하나의 기지국으로부터 수신한 기지국 정보를 기초로 단말의 위치를 결정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
개별 기지국마다 기준시를 확인할 수 있는 GPS(Global Positioning System) 모듈이 설치되어 있을 경우, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식을 활용하여 측위 정확도를 개선하는 것이 일반적이다.
그러나, 망 구성의 특성상 중계기를 활용하거나, 기지국마다 기준시를 확인하기 위한 GPS 모듈이 부착되어 있지 않은 경우, 서빙 셀(serving cell)을 제외한 기지국으로부터의 소요 시간을 측정할 수 없다. 따라서, TDoA 방식을 활용하는 것이 불가능하다.
이런 경우, 현재 ECID(Enhanced Cell-ID) 기반 측위 방식의 경우, 수신 신호 세기, 예를들어, RSRP(Reference Signal Received Power), RSSI(Received Signal Strength Indicator) 등을 활용하여 단일 기지국의 위치를 이용하여 단말의 위치를 추정하는 것이 아니라 적어도 3개의 기지국 위치로부터 전송 거리에 따른 손실을 반영하여 단말의 위치를 추정하는 방식을 선택하고 있다.
그런데, 통신 사업자 마다 사용하는 주파수 대역이 다르며, 각 통신 사업자가 설치하는 기지국의 주파수 대역 역시 서로 상이하다.
주파수 대역 별로 중심 주파수와 대역폭이 상이하기 때문에 동일 채널 환경에서도 단말이 각 기지국으로부터 수신하는 신호는 전송 거리에 따른 손실이 서로 다르게 나타난다.
통신 성능 최적화를 위해 사전에 설정한 안테나의 지향성, 틸팅(tilting) 각도 등을 전혀 반영하지 않으므로, 도심지에서도 100m 가량의 오차를 나타낸다. 따라서, 실생활에 활용하기 위해서는 측위 정확도를 개선해야 할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기지국 주파수에 따른 상이한 전송 거리 손실을 고려하여 단말의 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 측위 장치가 단말의 위치를 결정하는 방법으로서, 상기 단말이 상기 단말과 인접한 복수의 기지국으로부터 수신한 복수의 기지국 정보를 상기 단말로부터 수신하는 단계, 상기 복수의 기지국 정보로부터 기지국 식별자, 기지국 주파수 및 수신 신호 세기를 각각 검출하고, 각각의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 기지국 데이터베이스로부터 확인하는 단계, 그리고 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 각각 검출된 기지국 식별자들에 대응하는 기지국 위치들 및 검출된 수신 신호 세기들을 이용하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하고, 상기 추정하는 단계는, 서로 다른 주파수를 사용하는 기지국들간 경로 손실(Path-loss) 모델, 또는 상기 기지국들 각각의 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비율을 상기 기지국들 각각의 위치에 적용하여 상기 단말의 위치를 추정한다.
상기 추정하는 단계 이후, 상기 단말의 위치 추정시 사용된 기지국들 각각의 안테나 이득값을 반영하여 상기 추정한 단말의 위치를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보정하는 단계는, 상기 기지국들 각각의 안테나 이득값을 확인하고, 안테나 이득값에 기초하여 기준이 되는 제1 기지국을 선정하는 단계, 상기 제1 기지국과 안테나 이득값의 차이를 기초로 제2 기지국 및 제3 기지국을 선정하는 단계, 상기 제2 기지국의 안테나 이득값 및 수신 신호 세기를 이용하여 상기 추정한 단말의 위치와 상기 제2 기지국 간의 전송 거리를 추정하고, 상기 제2 기지국의 안테나 설치 방향을 확인하며, 상기 전송 거리와 상기 설치 방향으로 구성된 제1 벡터를 산출하는 단계, 상기 제3 기지국의 안테나 이득값 및 수신 신호 세기를 이용하여 상기 추정한 단말의 위치와 상기 제3 기지국 간의 전송 거리를 추정하고, 상기 제3 기지국의 안테나 설치 방향을 확인하며, 상기 전송 거리와 상기 설치 방향으로 구성된 제2벡터를 산출하는 단계, 그리고 상기 제1 벡터와 상기 제2 벡터가 합산된 지점으로 상기 추정한 단말의 위치를 이동시키고, 이동된 위치를 단말 위치로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보정하는 단계 이후, 이동된 위치에서 발생한 각 기지국의 변경된 안테나 이득값을 이용하여 상기 보정하는 단계를 반복하는 단계, 그리고 반복을 통해 산출된 보정된 위치의 변화량이 없거나 또는 변화량이 임계 영역 내에서 수렴하는 경우, 현재까지 산출된 보정 위치들의 산술 평균값을 단말의 최종 위치로 확정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계는, 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 하나의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 각 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치에 경로 손실(Path-loss) 모델을 적용하여 단말의 위치를 추정할 수 있다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계는, 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 두개의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 각 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각각 생성한 아폴로니우스 원들 간의 교점 또는 최근접 지점을 이용하여 단말의 위치를 추정할 수 있다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계는, 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되고 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 적어도 두개의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 각각의 기지국 위치를 이용하여 산출한 제1 위치와 상기 적어도 두개의 기지국 식별자에 대응하는 각각의 위치를 이용하여 산출한 제2 위치의 산술 평균값을 단말 위치로 추정하고, 상기 제1 위치는, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비를 이용하여 추정되고, 상기 제2 위치는, 상기 적어도 두개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각각 생성한 아폴로니우스 원들 간의 교점 또는 최근접 지점일 수 있다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계는, 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되고 서로 다른 적어도 하나의 기지국 주파수에서 최대 하나의 기지국 식별자가 검출되며 서로 다른 적어도 하나의 기지국 주파수에서 최대 두개의 기지국 식별자가 검출되는 제1 케이스, 또는 서로 다른 적어도 세개의 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되는 제2 케이스에서, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비를 이용할 수 있다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계는, 제1 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되고, 상기 제1 기지국 주파수와 다른 적어도 하나의 제2 기지국 주파수에서 최대 2개의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치로부터 추정된 제1 위치와 상기 제2 기지국 주파수에서 검출된 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치로부터 추정된 제2 위치 간의 산술 평균값을 이용하고, 상기 제1 위치는, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비를 이용하고, 상기 제2 위치는, 상기 전송 거리 비 또는 경로 손실 모델을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 측위 장치가 단말의 위치를 결정하는 방법으로서, 상기 단말로부터 상기 단말과 인접한 기지국에 관한 정보를 수신하는 단계, 상기 수신한 정보에 기초하여, 상기 단말과 인접한 기지국이 적어도 두개이고 각각의 기지국이 서로 다른 주파수를 사용하는지 판단하는 단계, 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수를 사용하는 하나의 기지국이 검출되는 경우, 검출된 기지국 위치에 경로 손실(Path-loss) 모델을 적용하여 단말의 위치를 추정하는 단계, 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수를 사용하는 두개의 기지국이 각각 검출되는 경우, 각 기지국 위치를 중심으로 수신 신호 세기에 기초하여 각각 생성한 아폴로니우스 원들 간의 교점 또는 최근접 지점을 이용하여 단말의 위치를 추정하는 단계, 그리고 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수를 사용하는 기지국 개수가 각 기지국 주파수에서 서로 다르게 검출되는 경우, 적어도 하나의 제1 기지국 주파수에서 검출된 기지국 위치로부터 추정된 제1 위치와 적어도 하나의 제2 기지국 주파수에서 검출된 기지국 위치로부터 추정된 제2 위치 간의 산술 평균값을 이용하여 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계 이후, 상기 단말 위치 결정시 사용된 기지국이 적어도 세개이면, 상기 추정한 단말의 위치 및, 상기 단말의 위치 추정시 사용된 각 기지국의 위치를 이용하여 각 기지국의 방위각과 벡터를 확인하고, 상기 방위각을 이용하여 확인한 기지국 별 안테나 이득에 기초하여 상기 추정한 단말의 위치를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 위치 및 상기 제2 위치는, 상기 경로 손실 모델, 상기 아폴로니우스 원들간의 교점 또는 최근접 지점, 각 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비 및 기지국을 잇는 선분의 내분점 중 적어도 하나를 이용하여 추정될 수 있다.
실시예에 따르면, 기존의 서빙 셀(serving cell)의 위치를 표시해주는 ECID(enhanced Cell ID) 기반 측위 방식 대비 측위 정확도를 개선할 수 있다.
또한, 단말로부터 부가 정보를 요청하지 않고 위치를 보다 정확하게 추정하는 기술을 구현할 수 있다. 따라서, 단기적으로는 방송통신위원회 품질 평가 성능 개선을 통해 경쟁사 대비 비교 우위를 선점할 수 있고, 장기적으로는 측위 정확도 개선을 통한 인구 이동 예측, 라스트 마일 이동 기기의 위치 추정 등과 같이 사업화에 직접 적용하여 신규 사업 창출이 가능할 수 있다.
또한, 측위 솔루션에 대한 측위 정확도를 개선함으로써 위치 기반 서비스 활성화를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 측위 네트워크의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 단말 위치 결정 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단일 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말위치를 추정하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3의 S209 단계를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 3의 S211 단계를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 3의 S215 단계를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 단말 위치 보정 방식을 설명하는 도면이다.
도 12는 도 11의 방식을 설명하는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말 위치 보정 방식을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.
본 명세서에서 "전송 또는 제공"은 직접적인 전송 또는 제공하는 것 뿐만 아니라 다른 장치를 통해 또는 우회 경로를 이용하여 간접적으로 전송 또는 제공도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 도면에 관계없이 동일한 도면번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는" 은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
본 명세서에서 단말은 통신에서의 사용자 단말을 의미하는 포괄적 개념으로서, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), SS(Subscriber Station), PSS(Portable Subscriber Station), AT(Access Terminal), 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 접근 단말, 무선 기기 등의 용어로 불릴 수도 있고, UE, MS, MT, SS, PSS, AT, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 접근 단말, 무선 기기 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
단말은 기지국(base station, BS), 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB, eNodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등과 같은 네트워크 장치에 접속하여 원격의 서버에 연결될 수 있다.
기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 명세서의 단말은 스마트폰과 같은 모바일 단말, 스마트 패드와 태블릿 PC와 같은 태블릿 단말, 컴퓨터, 텔레비전 등 다양한 형태의 통신 단말로서, 복수의 통신 인터페이스를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution), LTE-A, 3GPP2, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 시스템, FS_NextGen(Study on Architecture for Next Generation System)과 같은 3GPP 5G 시스템 중 적어도 하나와 관련된 표준 문서에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
LTE Release 9이나 LTE-A(Release 10)에서 위치 포지션 프로토콜(Location Position Protocol, 이하, 'LPP'라 통칭함)이라는 것이 소개되고 있다. LPP는 크게 3가지의 기능으로 나누어지는데 A-GNSS(Assisted Global Navigation Satellite System)이고, OTDOA(Observed Time Differential Of Arrival), E-CID(Enhanced Cell ID) 방식이다. 본 발명의 실시예에서는 E-CID 기술을 사용한다.
이제, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 단말 위치 결정 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 측위 네트워크의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 단말(100)은 복수의 기지국(C1, C2, C3)과 고유 식별 정보를 주고 받으면서 통신한다.
복수의 기지국(C1, C2, C3)은 자신이 관리하는 셀 단위의 서비스 영역 내에 있는 단말(100)에 대해 이동통신 서비스를 제공하기 위한 RF(Radio Frequency) 신호를 송출한다.
복수의 기지국(C1, C2, C3)은 간섭 최소화를 위하여 서로 다른 주파수 대역을 가진다. 각각의 주파수 대역은 서로 다른 중심 주파수와 대역폭을 가지므로, 동일 채널 환경에서도 단말(100)이 수신하는 신호의 세기는 상이하다. 통신 사업자의 경우, 지역에 따라 주로 사용하는 대역이 상이하다.
측위 장치(200)는 복수의 기지국(C1, C2, C3)과의 관계에서 단말(100)의 위치를 결정한다.
단말(100)은 안정적인 통신 품질을 유지하기 위해 접속해 있는 기지국(C1) 이외에 단말(100)과 인접한 다른 기지국(C2, C3)에 대한 기지국 정보 역시 주기적으로 스캔하여 측위 장치(200)에게 송신한다.
단말(100)은 각 기지국(C1, C2, C3)으로부터 수신한 기지국 정보를 측위 장치(200)로 주기적으로 전송하거나 사용자의 요청 또는 제3자의 요청이 있을 경우 기지국 정보를 측위 장치(200)로 전송한다.
LPP 모델에서는, 단말(100)이 측위를 위해 기지국(C1, C2, C3) 및 위성의 기준 신호(Reference Signal)(파일럿 신호 또는 프리앰블 등 다양하게 지칭될 수 있음)를 이용한다.
단말(100)은 기지국(C1, C2, C3)으로부터 수신되는 기준 신호로부터 측정 정보(measurement) 또는 측위 정보(location information)를 생성하여 이를 측위 장치(200)로 전송하고, 최종적인 위치 결정은 측위 장치(200)에서 이루어진다.
LPP 모델에 따르면, 기지국 정보는 측정 정보 또는 측위 정보라 지칭할 수 있으나, 본 발명의 상세 설명에서는 기지국 정보로 기술한다.
여기서, 기지국 정보는 각 기지국(C1, C2, C3)의 주파수 대역, 기지국 식별자, 수신 신호 세기 등을 포함할 수 있다.
주파수 대역은 무선 주파수 채널 정보를 지시하는 파라미터인 EARFCN(E-UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number)을 포함할 수 있다.
기지국 식별자는 셀 ID(Cell ID, CID), RU(Radio Unit)-ID, PCI(Physical Cell Identity), TA(Tracking Area) 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 PCI를 이용하는 것으로 설명한다.
수신 신호 세기는 RSRP(reference signal received power)를 포함할 수 있다.
측위 장치(200)는 단말(100)로부터 수신한 기지국 정보를 기초로, 단말(100)의 위치를 결정하고, 결정된 위치 정보를 단말(100)로 전송한다.
기지국이 밀집하여 배치되어 있는 도심지에서는 상대적으로 많은 인접셀(neighbor cell) 정보를 제공하고 있으며, 비 도심지의 경우 기지국 간의 물리적인 거리가 멀기 때문에 단말에서 확인 가능한 인접 셀 정보가 상대적으로 적다.
도심지의 경우 간섭 등을 최소화하기 위해 서로 다른 주파수를 가지는 기지국을 설치하는 것이 일반적이며, 일반적으로 채널 정보를 통해 주파수를 구분한다. 각각의 주파수는 서로 다른 중심 주파수와 대역폭을 가지고 있으므로 동일한 채널 환경에서도 단말(100)에서 수신하는 신호의 세기가 상이하게 나타난다. 이를 반영하여 측위를 수행하여야 측위 정확도를 개선할 수 있다. 통신 사업자의 주파수 대역 별로 중심 주파수와 통신에 활용하는 대역폭이 다르기 때문에, 동일한 특성을 가지는 장비를 동일한 환경에서 사용하더라도 전송 거리에 따른 손실이 다르게 나타난다. 따라서, RSRP를 기반으로 전송 거리 또는 송신 거리 비를 추정하기 위해서는 서로 다른 모델을 적용해야 하는데, 현재까지는 EARFCN의 구분 없이 수신한 기지국 정보를 기반으로 위치를 추정하였다.
이에, 본 발명의 실시예에서 측위 장치(200)는 단말(100)이 수신한 기지국 신호를 EARFCN을 이용하여 통신 사업자가 사용하는 복수개(n)의 대역으로 구분한다. 그리고 각 주파수별로 수신되는 PCI의 개수를 확인하여 단말(100)의 위치를 추정하는데, 이에 대하여 설명하면, 도 2와 같다.
이하, 본 명세서에서 기지국 식별자는 설명의 편의를 위해 PCI로 설명하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 단말 위치 결정 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 측위 장치(200)는 단말(100)로부터 단말(100)이 접속하고 단말(100)과 인접한 기지국에 관한 정보를 적어도 하나 수신한다(S101).
측위 장치(200)는 S101 단계에서 수신한 적어도 하나의 기지국 정보로부터 기지국 식별자(PCI), 기지국 주파수(EARFCN) 및 수신 신호 세기(RSRP)를 각각 획득한다(S103).
측위 장치(200)는 S103 단계에서 서로 다른 적어도 두개의 주파수가 획득되었는지 판단한다(S105). 즉, 단말(100)이 접속한 기지국과 단말(100)과 인접한 기지국이 서로 다른 적어도 두개의 주파수를 사용하는지 판단한다(S105).
S105 단계에서 동일한 주파수만 사용하는 것으로 판단되면, 즉, 동일 주파수에서만 PCI가 수집된 경우, 측위 장치(200)는 S103 단계에서 획득한 PCI의 개수를 확인하고, PCI의 개수 별로 정의된 측위 방식으로 단말 위치를 추정한다(S107).
S105 단계에서 서로 다른 적어도 두개의 주파수에서 PCI가 수집된 경우로 판단되면(S105), 측위 장치(200)는 각 주파수 별로 수집된 PCI 개수를 고려해서 산출된 위치값들을 통합하여 단말(100)의 위치를 추정한다(S109). 즉, 적어도 하나의 PCI가 검출된 주파수 대역이 적어도 2개 이상인 경우, 측위 장치(200)는 검출된 PCI 개수와 검출된 주파수 대역을 조합하여 정의된 방식으로 측위를 수행한다(S109). 측위 장치(200)는 기지국 식별자의 개수에 정의된 측의 방식에 경로 손실(Path-loss) 모델, 수신 신호 세기 정보에 기초한 기지국 간 거리 비율 및 산술 평균 중 적어도 하나를 적용하여 단말 위치를 추정한다(S109).
S107 단계 및/또는 S109 단계 이후, 측위 장치(200)는 단말 위치 결정시 적어도 세개의 기지국 정보가 반영되었는지 판단한다(S111).
측위 장치(200)는 단말 위치 결정시 적어도 세개의 기지국 정보가 반영된 경우, 각 기지국의 안테나 이득을 이용하여 S107 단계 및/또는 S109 단계에서 결정한 단말 위치를 보정하고, 보정된 단말 위치를 최종 단말 위치로 결정한다(S113).
측위 장치(200)는 단말(100)의 위치 및 단말(100)의 위치 결정시 사용된 각 기지국의 위치를 이용하여 각 기지국의 방위각과 벡터를 확인한다. 그리고 측위 장치(200)는 기지국 별 안테나 패턴으로부터 계산한 안테나 이득을 이용하여 단말의 위치를 보정할 수 있다. 이때, 기지국 별로 안테나 패턴/안테나 이득에 관한 정보, 기지국 위치 좌표는 사전에 DB화 되어 있다.
한편, S111 단계에서 두개 이하의 기지국 정보가 사용된 경우로 판단되면, S107 단계 또는 S109 단계에서 추정한 단말 위치를 최종 단말 위치로 결정한다(S115).
S107 단계 및 S109 단계에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단일 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말위치를 추정하는 과정을 나타낸 순서도이고, 도 4는 도 3의 S209 단계를 설명하는 도면이고, 도 5는 도 3의 S211 단계를 설명하는 도면이며, 도 6은 도 3의 S215 단계를 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이고, 도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 주파수에서 PCI를 검출한 경우, 단말 위치를 추정하는 방식을 설명하는 도면이다.
먼저, 단말(100)이 네개의 서로 다른 주파수를 가지는 기지국들로부터 기지국 정보를 수신하는 경우를 예시로 하여, S107 단계 및 S109 단계에서 단말(100)의 위치를 추정하는 방식을 설명하면, 다음 표 1과 같이 정리할 수 있다.
Case 주파수 별 PCI 개수 1차 단말 위치 추정 방법
주파수 1 주파수 2 주파수 3 주파수 4
1 1 0 0 0 주파수 1에서 수집한 PCI에 대응하는 기지국의 위치 정보(CID 이용 방식과 동일함)
2 2 0 0 0 RSRP 기반 기지국 사이 내분점
3 3+ 0 0 0 단위원 반지름 증가에 따른 최초 중첩 영역또는 거리 비를 활용한 위치 추정
4 1 1 0 0 경로 손실(path-loss) 모델 기반
기지국 사이 내분점
5 1 1 A B (단, A≤1, B≤2, A+B >1)
경로 손실(path-loss) 모델 기반 위치 추정
6 2 2 A B (단, A≤2, B≤2)
아폴로니우스 원 간의 교점 또는 최근접 지점
7 3+ 3+ A B (단, A≤1, B≤2)
3개 이상의 PCI로 추정된 지점 간의 산술 평균
8 3+ 3+ 2 2 3개 이상의 PCI로 추정된 지점과 [2, 2]의 아폴로니우스 원 set으로 추정된 지점 사이의 산술 평균
9 3+ 3+ 3+ A 또는 3+ (단, A≤2)
3개 이상의 PCI로 추정된 지점 간의 산술 평균
10 3+ A B C (단, A≤2, B≤2, C≤2 이고 A+B+C≥2인 경우)
3개 이상의 PCI로 추정된 지점과 [A, B, C] 조합으로 추정된 지점 간의 산술 평균
표 1을 참조하면, Case 1, 2, 3은 단일 주파수 내에서만 PCI가 검출된 경우로서, 도 3, 도 4 및 도 5를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3을 참조하면, 측위 장치(200)는 동일 주파수 내에서 수집된 PCI 개수(i)를 확인한다(S201).
i≥3인 경우로 판단(S203)되면, 측위 장치(200)는 각각의 PCI에 대응하는 기지국의 위치들과 RSRP에 따른 거리비를 이용하여 원들을 생성한다(S205).
측위 장치(200)는 원들의 중첩 지역이 존재하는지 판단한다(S207).
S207 단계에서 원들의 중첩 지역이 존재하는 것으로 판단되면, 측위 장치(200)는 원들의 최초 중첩 영역의 중심 좌표를 계산하고, 중심 좌표를 단말(100)의 위치로 추정한다(S209).
도 4를 참조하면, 측위 장치(200)는 수집된 PCI에 대응하는 각각의 기지국이 C1, C2, C3라고 할때, 각 기지국의 위치 좌표를 중심으로 원을 생성한다. 이때, 각 기지국에서 수신된 RSRP를 이용하여 각 원의 반경을 설정한다.
구체적으로, 측위 장치(200)는 가장 높은 RSRP(dBm)를 기준으로 6dBm 당 거리 증가 계수를 2배로 설정한다. 예를들어, 측위 장치(200)는 C1의 RSRP가 -60dBm, C2의 RSRP가 -66dBm, C3의 RSRP가 -78 dBm인 경우, C1을 기준으로 C1과 -6dBm차이가 나는 C2는 계수를 2(=21)로 설정하고, C1과 -18dBm 차이가 나는 기지국은 계수를 8(=23)로 설정한다.
측위 장치(200)는 C1의 위치 좌표를 중심으로 기준 반경(r1)을 가진 원을 생성한다. 여기서, 기준 거리는 C1, C2, C3의 위치 좌표를 포함하는 영역에서 기지국의 밀집도 또는 기지국들(C1, C2, C3) 간의 거리를 기반으로 사전에 정해진 방식에 의하여 산출될 수 있다. 예를들어, 측위 장치(200)는 기지국이 밀집하여 배치되어 있는 도심지의 경우에는 기준 거리를 1m로 설정하고, 도심에서 버엇난 외곽 지역의 경우에는 기준 거리를 10m로 설정하는 등 기준 거리를 가변적으로 설정할 수 있다.
측위 장치(200)는 C2의 위치 좌표를 중심으로 기준 반경(r2)을 가진 원을 생성한다. 측위 장치(200)는 C3의 위치 좌표를 중심으로 기준 반경(r3)을 가진 원을 생성한다. 이때, r2는 r1의 2배, r3는 r1의 8배로 설정된다.
이처럼, 측위 장치(200)는 각각의 기지국 위치 좌표를 중심으로, 기준 거리를 순차적으로 증가시켜가면서 계수가 반영된 거리를 반지름으로 하는 RSRP 기반의 원을 각각 생성한다.
서로 다른 세 개의 원이 최초로 모두 중첩되는 영역(빗금 표시)에서는 세개의 중첩 좌표(i1, i2, i3)가 검출되고, 중첩 좌표(i1, i2, i3)들의 산술 평균값이 중심 좌표가 단말 위치(u)로 추정된다(S209).
그런데, 세개의 원이 중첩되지 않을 수가 있다. 즉, S207 단계에서 중첩 영역이 존재하지 않는 경우로 판단되면, RSRP에 기초한 전송 거리 비를 이용하여 단말 위치를 추정한다(S211). 예를들어, 만약 세 개 이상의 원이 최초로 모두 중첩되는 영역이 기지국을 잇는 일직선상에 존재하는 경우, 측위 장치(200)는 RSRP를 기반으로 거리 비를 추정한 후 수식을 활용하여 위치를 추정한다.
도 5를 참조하면, C1, C2, C3 총 세개의 PCI가 검출되고, C1의 RSRP가 -70dBm, C2의 RSRP가 -76dBm, C3의 RSRP가 -82dBm인 경우, RSRP에 기초한 거리 비가 α:β:γ이라고 가정한다. 이때, 단말 위치(u)는 아래 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, C1의 위치 좌표=(X1, Y1), C2의 위치 좌표=(X2, Y2), C3의 위치 좌표=(X3, Y3)이다. A, B, C는 각각의 거리 비인 α, β, γ를 기초로 산출된 거리비 계수로서, 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure pat00002
다시, 도 3을 참조하면, i=2인 경우로 판단(S213)되면, 측위 장치(200)는 도 6에 보인 바와 같이, PCI에 대응하는 각각의 기지국에 대한 좌표 및 신호 세기(RSRP)의 비를 근거로 내분점을 생성하고, 내분점을 단말(100)의 위치로 추정한다(S215). 즉, 측위 장치(200)는 RSRP를 기준으로 거리비를 산정하고, 해당 조건을 만족하는 아폴로니우스의 원을 생성한다.
또한, i=1인 경우로 판단(S217)되면, 측위 장치(200)는 기존 CID와 동일하게 유일하게 수집된 기지국의 위치를 단말의 위치로 추정한다(S219).
또한, 측위 장치(200)는 PCI가 검출되지 않으면, 단말 위치 추정 실패로 처리한다.
표 1을 참조하면, Case 4와 같이 PCI가 3개 이상 검출된 주파수가 존재하지 않는 경우, 3GPP의 경로 손실 모델(path-loss model)을 적용한 기지국 간의 내분점이 단말 위치로 결정된다.
도 7을 참조하면, C1과 C2는 주파수가 서로 다르지만 RSRP가 = -70dBm로 동일하다. 측위 장치(200)는 C1과 C2 각각의 중심 주파수 및 대역폭에 따른 경로 손실 모델을 적용하면 거리비(α≠β)가 서로 다른 내분점을 단말 위치(u)로 결정한다. 경로 손실 모델은 통신 신호가 발생 지점으로부터 거리가 멀어질수록 감쇄하는 것을 의미하는 것으로서, 자유 공간(free space)에서와는 달리 도심의 경로 손실은 건물과 지형 지물 등등의 요인에 의해 영향을 받게 된다. 경로 손실 모델은 기지국을 설치하기 전 전파의 특성을 파악하기 위하여 특정한 지역의 GIS 정보, 주파수 등의 정보를 활용하여 구해진 것으로서, 미리 저장되어 있는 정보이다.
측위 장치(200)가 두개의 기지국 위치 좌표, 각 기지국에서 수신한 RSRP, 경로 손실 모델을 이용하여 단말 위치를 추정하는 방식은 공지된 경로 손실 모델의 위치 추정 기술을 사용하며, 자세한 설명은 생략한다.
Case 5의 경우, 서로 다른 적어도 네 개의 주파수가 검출된 경우로서, 주파수 1, 주파수 2에서는 PCI가 각각 1개씩 검출되고, 주파수 3, 주파수 4에서는 각 주파수에서 검출된 PCI의 합이 1보다 큰 경우에 해당된다. 측위 장치(200)는 각 PCI에 대응하는 기지국에서 수집된 RSRP를 기준으로 추정한 거리 비를 수학식 1 및 수학식 2에 적용하여 단말 위치를 추정한다.
도 8을 참조하면, Case 5는 Case 3과 Case 4를 결합한 방식으로서, 측위 장치(200)는 거리 비를 추정할 때에는 경로 손실 모델을 적용하고, 이렇게 추정한 거리 비를 Case 3에 적용하여 단말 위치(u)를 추정한다. 이를 수식으로 나타내면, 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
여기서, C1의 위치 좌표=(X1, Y1), C2의 위치 좌표=(X2, Y2), C3의 위치 좌표=(X3, Y3), C4의 위치 좌표=(X4, Y4)이다. 거리 비는 C1:C2:C3:C4=α:β:γ:δ이다.
Case 6의 경우, PCI가 2개 검출된 주파수가 적어도 두개인 경우로서, 측위 장치(200)는 아폴로니우스 원 간의 교점을 이용하여 좌표를 도출한다.
설명의 편의를 위하여, 주파수 1과 주파수 2에서 각각 2개의 PCI가 검출된 경우를 예시로 설명한다. 이때, 주파수 1의 PCI에 대응하는 기지국은 각각 C1, C2이고, 주파수 2의 PCI에 대응하는 기지국은 각각 C3, C4이다.
도 9를 참조하면, 측위 장치(200)는 C1과 C2의 내분점과 외분점을 잇는 선분을 지름으로 하는 아폴로니우스원(P1)을 생성하고, C3과 C4의 내분점과 외분점을 잇는 선분을 지름으로 하는 아폴로니우스원(P3)을 생성한다. 이때, 각 아폴로니우스 원(P1, P3)의 내분점 및 외분점은 각 기지국(C1, C2, C3, C4)의 RSRP에 따른 경로 손실 모델을 적용한 거리 비를 적용하여 설정된다.
측위 장치(200)는 아폴로니우스 원들(P1, P3)이 중첩된 영역(점 표시)의 중심 좌표를 단말 위치(u)로 추정한다. 측위 장치(200)는 중첩 영역의 교점(i1, i2)의 산술 평균을 통해 중심 좌표를 계산한다.
만약, 중첩된 영역이 존재하지 않으면, 측위 장치(200)는 아폴로니우스 원들(P1, P3) 사이의 최단 거리를 잇는 직선의 중점을 단말 위치(u)로 추정한다.
또한, 주파수 1과 주파수 2에서 각각 2개의 PCI가 검출되고 이들과 다른 적어도 하나의 주파수에서 적어도 하나의 PCI가 검출된 경우, 측위 장치(200)는 주파수 1과 2를 제외한 다른 적어도 하나의 주파수에 대해서 Case 4 또는 Case 5를 적용하여 단말 위치를 추정한다. 그리고 이렇게 추정한 단말 위치와 가장 근접한 중첩 영역의 교점(i1 또는 i2)을 단말 위치로 추정한다.
Case 7과 Case 9의 경우, 측위 장치(200)는 적어도 3개의 PCI가 검출된 주파수 별로 Case 3과 같은 방식으로 각각의 단말 위치를 추정하고, 추정한 단말 위치의 산술 평균값을 단말 위치(u)로 결정한다.
이때, 설명의 편의를 위하여 주파수 1과 주파수 2에서 적어도 3개의 PCI가 검출된 경우를 설명하면 도 10과 같다.
도 10을 참조하면, 주파수 1에서 PCI들에 대응하는 각각의 기지국은 C1, C2, C3이고, 주파수 2에서 PCI들에 대응하는 각각의 기지국은 C4, C5, C6이다.
주파수 1에 대하여 Case 3의 방식을 적용하여 산출한 단말의 위치가 uA이고 주파수 2에 대하여 Case 3의 방식을 적용하여 산출한 단말의 위치가 uB라면, 측위 장치(200)는 uA와 uB의 산술 평균값을 단말 위치로 결정한다.
Case 8의 경우, 아폴로니우스의 원을 생성할 수 있는 경우에 해당한다. 이때, 측위 장치(200)는 PCI가 적어도 3개 검출된 주파수들에 대하여 Case 3을 이용하여 2개의 후보 단말 위치(uA, uB)를 추정한다. 그리고 측위 장치(200)는 각각 2개의 PCI가 검출된 주파수들에 대하여 Case 6을 이용하여 1개의 후보 단말 위치(uc)를 추정한다. 측위 장치(200)는 후보 단말 위치들(uA, uB, uc)의 산술 평균값을 단말 위치(u)로 추정한다.
Case 10의 경우, PCI가 적어도 3개 검출된 주파수가 단 하나일 경우로서, Case 8과 달리 아폴로니우스의 원을 생성할 수 없는 경우에 해당한다. Case 10의 경우, Case 3과 Case 5를 결합한 방식으로 단말 위치가 추정된다.
측위 장치(200)는 PCI가 적어도 3개 검출된 주파수에 대하여 Case 3을 이용하여 후보 단말 위치(uA)를 추정한다. 그리고 PCI가 적어도 3개 검출된 주파수를 제외한 나머지 주파수들에서 검출된 PCI에 대응하는 기지국 좌표를 이용하고 경로 손실 모델에 따른 RSRP의 거리 비를 이용하여 후보 단말 위치(uB)를 추정한다. 측위 장치(200)는 후보 단말 위치들(uA, uB)의 산술 평균값을 단말 위치(u)로 추정한다.
측위 장치(200)는 3개 미만의 PCI로 구성된 다수의 주파수가 존재하는 경우에는, 해당 주파수 간의 조합을 통해 단일 추정값을 확보 가능시(내분점 제외), 3개 이상의 PCI로 추정된 단일 주파수와 동일한 가중치를 부여하여 산술 평균값으로 단말 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 케이스들 중에서 각 주파수 별로 i(PCI 개수)=2인 경우가 포함된 경우, 측위 장치(200)는 내분점을 단말 위치로 한정하지 않고 주변 환경에 따라 후보 단말 위치의 영역을 설정할 수 있다. 예를들어, 도심지 환경인 경우, 인근 지역 내 다른 기지국 정보가 수신될 가능성이 상대적으로 높으므로, 두 기지국의 위치를 이용하여 생성한 아폴로니우스 원의 전체 영역 중에서 두 기지국 사이의 영역인 아폴로니우스의 반원 영역으로 후보 단말 위치의 영역을 한정하여 설정할 수 있다. 반면, 외곽 지역인 경우에는 기지국 자체가 많지 않으므로, 아폴로니우스 원 전체를 후보 단말 위치의 영역으로 추정할 수 있다. 이는 도심지라면, 아폴로니우스 원의 바깥쪽에 추가로 기지국이 존재할 가능성이 상대적으로 높기 때문에 두 기지국 사이의 내분점에 우선 순위를 부여한다. 외곽 지역인 경우, 기지국 자체가 많지 않기 때문에 내분점에 추가 가중치를 주지는 않는다.
이와 같이, 추정된 단말의 위치는 기지국의 특성을 반영하지 않고, 오로지 RSRP와 기지국의 위치만을 가지고 추정한 값이 된다. 그러나, RSRP는 신호를 송신한 안테나의 특성에 영향을 받게 되므로, 안테나 각도에 따른 이득값을 반영하여 단말 위치는 보정될 수 있다.
Case 1, 2, 4가 아닌 경우, 최소한 3개 이상의 기지국 정보가 단말 위치 추정시 반영되었다. 이중 실제 측위 또는 보정에 사용된 PCI의 RSRP 값은 안테나 패턴에 의해 특정 방향으로의 송신 신호 세기 자체가 다르게 나타난 경우이다. 따라서, 단말 위치와 기지국 위치 간의 방위각과 벡터가 확인될 수 있다.
측위 장치(200)는 단말 위치 추정시 적어도 3개의 기지국 위치가 사용된 경우, 각 기지국의 위치를 이용해서 각 기지국의 방위각과 벡터를 확인하고, 기지국 별 안테나 패턴으로부터 추정한 안테나 이득을 이용하여 단말의 위치를 보정한다.
추정된 방향각으로부터 단말 위치를 이동시켜야 할 필요가 있으면, 이동 크기는 다음 과정을 통해 결정된다. 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 단말 위치 보정 방식을 설명하는 도면이고, 도 12는 도 11의 방식을 설명하는 순서도이다. 이 때, 설명의 편의를 위하여 세개의 기지국이 사용된 경우로 가정한다. 측위 장치(200)는 기준 기지국의 방향으로 단말 위치를 보정한다.
도 11을 참조하면, A는 단말의 위치 좌표를 나타낸다. 단말의 위치 좌표를 1차 추정하는데 사용된 각각의 기지국은 총 세개, 즉, C1, C2, C3가 있다.
만약, 단말의 위치 좌표를 추정하는데 사용된 기지국이 4개일 경우에도, 기준 기지국을 하나 선정하여 전술한 바와 같은 동일한 방식으로, 나머지 기지국에 대한 벡터들을 구하고, 이들 벡터들의 합으로 최종 보정 위치가 산출된다.
측위 장치(200)는 1차 추정 위치와 기지국의 위치, 기지국 안테나의 좌-우 방향각과 상-하 방향각 정보를 확보할 수 있다. 기지국 안테나의 각도에 따른 이득 정보를 활용하여 1차 추정 위치에서의 기지국 안테나 별 dBi를 확보한다.
도 12를 참조하면, 측위 장치(200)는 단말의 위치 좌표(A), 각 기지국의 위치 좌표(C1, C2, C3)를 기초로 방위각을 산출한다(S301). 이때, 측위 장치(200)는 각 기지국의 위치 좌표(C1, C2, C3)를 영점으로 하여 영점으로부터 단말(100)의 위치 좌표(A)까지의 각도를 단말과 해당 기지국 간의 방위각으로 산출할 수 있다.
측위 장치(200)가 구비한 기지국 데이터베이스에는 기지국 식별자 마다 기지국의 안테나 이득 정보가 저장되어 있다. 안테나 이득 정보는 각 기지국이 구비한 안테나 별로 안테나의 설치 각도에 따른 이득값으로 구성된다. 이때, 안테나의 이득값 단위는 dBi이다.
측위 장치(200)는 기지국 데이터베이스에 저장된 기지국 안테나들 각각의 설치 각도를 기초로, 산출한 방위각이 포함되는 설치 각도를 가진 안테나의 이득값을 기지국 데이터베이스로부터 확인한다(S303). 예를들어, 방위각이 40도라면, 안테나 설치 각도가 0~ 50도로 설정된 안테나의 이득값을 확인할 수 있다. 이때, 측위 장치(200)는 안테나의 설치 각도에 매핑된 설치 방향도 함께 확인할 수 있다.
즉, 측위 장치(200)는 방위각을 통하여 기지국 데이터베이스로부터 해당 기지국에 설치된 안테나의 패턴을 확인하고, 1차 추정된 단말의 위치와 기지국의 위치로부터 기대되는 안테나의 dBi를 확인할 수 있다. dBi는 안테나에서 확보 가능한 추가 이득을 의미하므로, 값이 작을수록 송신 신호 세기가 기대보다 작았을 것으로 추정 가능하다. 따라서, 측위 장치(200)는 dBi값이 가장 작은 기지국의 위치를 기준으로 다른 기지국의 추가 이득값을 dB로 환산하여 벡터의 방향과 크기를 예상할 수 있다. 측위 장치(200)는 안테나 추가 이득값의 차이가 가장 작은 기지국으로부터 얻어지는 벡터를 단위 벡터로 선정하고, 나머지 기지국으로부터 얻을 수 있는 벡터의 크기를 단위 벡터를 기준으로 설정하여, 방향을 추정한다. 추정된 방향으로부터 1차 단말 추정 위치를 이동시킴으로써, 보정이 이루어진다.
측위 장치(200)는 이러한 방식으로 세개의 기지국 각각에 대한 안테나 이득값을 확인한다(S303). 여기서, 안테나 이득은 송신 안테나 이득을 말한다.
측위 장치(200)는 확인한 안테나 이득값이 가장 작은 제1 기지국을 기준 기지국으로 설정한다(S305).
측위 장치(200)는 안테나의 이득값을 dB 단위로 변환한다(S307). 구체적으로, 측위 장치(200)는 기준 기지국의 안테나 이득값을 0dB로 설정하고, 다른 기지국들과 기준 기지국과의 각각의 안테나 이득 차이를 dB로 표현한 값을 해당 기지국의 안테나 이득값으로 설정한다(S307).
측위 장치(200)는 단말이 수신한 RSRP를 기준으로 도심, 부도심, 외곽 지역에 따른 전송 손실 모델로부터 예상되는 단말과 기지국간 전송 거리를 추정할 수 있다. 이때, 전송 손실 모델로부터 전송 거리를 추정하는 방식은 3GPP에 정의된 지역에 따른 전송 손실 모델을 이용(3GPP 표준 문서 TR38.901)할 수 있다. 도심, 부도심, 외곽 지역을 구분하는 기준은 단위 영역 당 존재하는 건물의 수로 추정하는 것이 일반적이다.
측위 장치(200)는 단말 위치 결정시 적어도 세개의 기지국 정보가 반영되지 않았다면, S107 단계 및/또는 S109 단계에서 결정한 단말 위치를 최종 위치로 결정한다(S115).
측위 장치(200)는 dB로 변환된 안테나 이득값이 두번째로 작은 제2 기지국의 RSRP에 신호감쇄모델을 적용하여 제1 전송 거리, 즉, 단말 추정 위치(A)와 제2 기지국 간의 제1 전송 거리를 산출한다(S309).
측위 장치(200)는 dB로 변환된 안테나 이득값을 제2 기지국의 RSRP에 적용하여 단말 추정 위치(A)와 제2 기지국 간의 제2 전송 거리를 산출한다(S311).
측위 장치(200)는 기준 기지국과 안테나 이득값의 차이가 최소인 기지국을 선정하고, 안테나 이득값을 반영하기 전의 RSRP에 해당하는 제1 전송 거리와 안테나 이득값을 반영한 후의 RSRP에 해당하는 제2 전송 거리를 구하고, 이들 전송 거리의 차이를 단위 거리로 설정한다(S313). 그리고 측위 장치(200)는 단위 거리와 제2 기지국의 안테나 설치 방향을 기초로 제2 기지국의 벡터를 산출한다(S313).
측위 장치(200)는 dB로 변환된 안테나 이득값이 세번째로 작은 제3 기지국의 RSRP에 신호감쇄모델을 적용하여 제1 전송 거리, 즉, 단말 추정 위치(A)와 제3 기지국 간의 제1 전송 거리를 산출한다(S315).
측위 장치(200)는 dB로 변환된 안테나 이득값을 제2 기지국의 RSRP에 적용하여 단말 추정 위치(A)와 제2 기지국 간의 제2 전송 거리를 산출한다(S317).
측위 장치(200)는 제1 전송 거리와 제2 전송 거리의 차이를 단위 거리로 설정하고 단위 거리와 제3 기지국의 안테나 설치 방향을 기초로 제3 기지국의 벡터를 산출한다(S319).
측위 장치(200)는 제2 기지국의 벡터와 제3 기지국의 벡터의 합을 통해 단말 추정 위치를 보정한다(S321).
도 11을 참조하면, 예를들어, C1의 안테나 이득값이 -3dBi이고, C2의 안테나 이득값이 0dBi이며, C3의 안테나 이득값이 3dBi라고 가정하면, 기준 기지국은 C1이 된다. 만약, C1, C2, C3의 안테나 이득이 각각 -3dBi, -3dBi, -2dBi 일 경우, 최소가 두개로 존재하므로 세번째 값인 -2dBi를 C3를 기준 기지국으로 설정될 수 있다.
이때, 단말의 위치는 A로 칭한다.
측위 장치(200)는 C1의 안테나 이득값을 0dB로 설정한다. C1과 C2 간의 안테나 이득값의 차이가 3dBi이므로, 측위 장치(200)는 C2의 안테나 이득값을 3dB로 설정한다. C1과 C3 간의 안테나 이득값의 차이가 6dBi이므로, 측위 장치(200)는 C3의 안테나 이득값을 6dB로 설정한다.
측위 장치(200)는 두번째로 dBi가 작았던 C2를 이용하여 단위 거리를 추출한다. 즉, 측위 장치(200)는 A가 C2로부터 수신한 RSRP를 신호감쇄모델에 적용하여 단말과 C2간의 제1 전송 거리(d2)를 산출할 수 있다. 이처럼, 전송 거리를 산출하는 방식은 공지된 기술을 이용하므로, 자세한 설명은 생략한다.
측위 장치(200)는 C2의 안테나 이득값을 반영하여 A가 C2로부터 수신한 RSRP를 보정한다. 측위 장치(200)는 안테나 이득값이 3dB(C1과 C2의 안테나 이득 차이)이므로, RSRP에서 3dB를 뺀다. 이처럼, 측위 장치(200)는 보정된 RSRP를 신호감쇄모델에 적용하여 A와 C2간의 제2 전송 거리(d2')를 산출한다. 측위 장치(200)는 RSRP를 보정하기 전에 산출된 제1 전송 거리(d2)와 보정된 RSRP를 이용하여 산출된 제2 전송 거리(d2')의 차이를 계산하고 RSRP의 'a' dB당 전송 거리가 'b' meter가 된다는 근거를 산출한다.
예컨대, C2의 RSRP가 -70dBm일 경우, 산출된 전송 거리가 130m이고 C2의 RSRP에서 3dB(C1과 C2의 안테나 이득 차이)를 뺀 보정된 RSRP가 -73dBm일 경우, 산출된 전송 거리가 150m라면, 3dB 감소에 따른 증가된 전송 거리는 20m이다. 따라서, 20m가 단위 거리가 된다. C3의 RSRP는 C2의 RSRP와 3dB 차이가 나므로, C3의 전송 거리는 C2의 전송 거리(20m)보다 3dB에
Figure pat00004
를 취한 만큼 증가한다. 즉, C3의 전송 거리는 약 28m가 된다. 이처럼, 측위 장치(200)는 C2에 대한 증가된 전송 거리를 크기로 가지고 C2의 안테나 설치 방향을 가지는 C2 벡터(
Figure pat00005
)를 산출한다. 그리고 측위 장치(200)는 C3에 대한 증가된 전송 거리를 크기로 가지고 C3의 안테나 설치 방향을 가지는 C3 벡터(
Figure pat00006
)를 산출한다.
측위 장치(200)는 A를 기준점으로 하여 A로부터 C2 벡터(
Figure pat00007
)와 C3 벡터(
Figure pat00008
)의 대각선 방향에 위치하는 보정된 단말 위치를 산출할 수 있다.
여기서, 단말 위치를 보정하기 위해서는 각 기지국 별로 벡터를 구하여 연산해야 하므로 최소한 3개 이상의 PCI가 검출된 상황이여야 한다. 그리고 안테나의 이득을 활용하므로 주파수 특성에 상대적으로 둔감하므로 다른 대역(band)에 대해서도 일괄 적용 가능하다.
측위 장치(200)는 적어도 3개의 PCI가 검출된 주파수를 대상으로 도 11 및 도 12의 과정을 수행할 수 있다.
또한, 측위 장치(200)는 모든 주파수에 대해 통합으로 적용하는 경우, 검출된 PCI 수에 비례한 가중치를 단말 위치 보정에 활용할 수 있다. 정확도 개선을 위해서는 n-1차 보정 위치와 n차 보정 위치가 수렴하거나 특정 범위 내에서 지속적으로 존재하는 경우, 특정 범위에 존재하는 위치값의 산술 평균값을 최종 단말 위치로 도출할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말 위치 보정 방식을 설명하는 도면으로서, 도 12의 단계 이후에 추가로 수행된다.
도 13을 참조하면, 측위 장치(200)는 도 12의 과정을 통해 보정된 단말 위치, 단말 위치 추정에 사용된 각 기지국의 위치를 기초로 기지국 별 방위각을 산출한다(S401). 측위 장치(200)는 산출된 각 방위각을 이용하여 기지국 데이터베이스로부터 안테나 설치 각도를 각각 확인하고, 각각의 안테나 설치 각도에 매핑된 안테나 이득값을 확인한다(S403). 여기서, S401 단계와 S403 단계는 각각 도 12의 S301 단계 및 S303 단계와 동일하고, 다만, 도 12를 통해 보정된 단말 위치를 사용하는 점에서 다르다.
측위 장치(200)는 가장 작은 안테나 이득값이 보정전과 보정후에 변화량이 발생하였는지 판단한다(S405). 즉, 도 12에서 가장 작은 안테나 이득값과 도 13에서 확인된 가장 작은 안테나 이득값이 서로 다른지 판단(S405)하고, 다르면, 도 12의 S307 단계 ~ S321 단계를 수행한다. 이때, S307 단계 ~ S321 단계에서 사용되는 단말 위치는 도 12를 통해 보정된 단말 위치이고, 방위각, 안테나 이득값, 안테나 설치 방향은 S401 단계 및 S403 단계에서 도출된 정보들이 사용된다.
측위 장치(200)는 이전 시점에 보정된 단말 위치와 현재 시점에 보정된 단말 위치 간의 변화량을 산출한다(S411). 즉, 도 12를 통해 산출한 보정된 단말 위치와 S409 단계 이후 산출한 보정된 단말 위치 간의 변화량을 산출한다.
측위 장치(200)는 S411 단계에서 산출한 변화량이 없거나(=0), 또는 특정 임계량(5m 범위 이내)으로 수렴하는지 판단하고(S413), 해당하지 않으면, S409 단계에서 산출한 보정된 단말 위치를 이용하여 S401 단계 ~ S413 단계를 반복한다.
S413 단계의 조건을 충족하면, 측위 장치(200)는 지금까지 산출된 보정된 단말 위치들의 산술 평균값을 최종 단말 위치로 결정한다(S415).
측위를 수행하는 과정에서는 단말 위치를 알 수 없기 때문에 이득값을 반영하는 것이 불가능하다. 그러므로, 단말 위치를 기준으로 안테나 이득을 반영할 경우, 이득이 큰 기지국에 대해서는 전송 거리가 더 멀었을 것으로 가정하여 위치를 추가 보정하여 정확도를 개선할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 이미 EARFCN을 기준으로 동일한 중심 주파수와 대역을 가지는 기지국들의 좌표를 이용하여 단말 위치를 추정하고, 추정한 단말 위치에 대하여 안테나 특성을 고려하여 보정을 수행하므로 무선 전파의 특성 차이에 의한 성능 열화를 최소화 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 측위 장치가 단말의 위치를 결정하는 방법으로서,
    상기 단말이 상기 단말과 인접한 복수의 기지국으로부터 수신한 복수의 기지국 정보를 상기 단말로부터 수신하는 단계,
    상기 복수의 기지국 정보로부터 기지국 식별자, 기지국 주파수 및 수신 신호 세기를 각각 검출하고, 각각의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 기지국 데이터베이스로부터 확인하는 단계, 그리고
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 각각 검출된 기지국 식별자들에 대응하는 기지국 위치들 및 검출된 수신 신호 세기들을 이용하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 추정하는 단계는,
    서로 다른 주파수를 사용하는 기지국들간 경로 손실(Path-loss) 모델, 또는 상기 기지국들 각각의 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비율을 상기 기지국들 각각의 위치에 적용하여 상기 단말의 위치를 추정하는, 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 추정하는 단계 이후,
    상기 단말의 위치 추정시 사용된 기지국들 각각의 안테나 이득값을 반영하여 상기 추정한 단말의 위치를 보정하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 보정하는 단계는,
    상기 기지국들 각각의 안테나 이득값을 확인하고, 안테나 이득값에 기초하여 기준이 되는 제1 기지국을 선정하는 단계,
    상기 제1 기지국과 안테나 이득값의 차이를 기초로 제2 기지국 및 제3 기지국을 선정하는 단계,
    상기 제2 기지국의 안테나 이득값 및 수신 신호 세기를 이용하여 상기 추정한 단말의 위치와 상기 제2 기지국 간의 전송 거리를 추정하고, 상기 제2 기지국의 안테나 설치 방향을 확인하며, 상기 전송 거리와 상기 설치 방향으로 구성된 제1 벡터를 산출하는 단계,
    상기 제3 기지국의 안테나 이득값 및 수신 신호 세기를 이용하여 상기 추정한 단말의 위치와 상기 제3 기지국 간의 전송 거리를 추정하고, 상기 제3 기지국의 안테나 설치 방향을 확인하며, 상기 전송 거리와 상기 설치 방향으로 구성된 제2벡터를 산출하는 단계, 그리고
    상기 제1 벡터와 상기 제2 벡터가 합산된 지점으로 상기 추정한 단말의 위치를 이동시키고, 이동된 위치를 단말 위치로 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 보정하는 단계 이후,
    이동된 위치에서 발생한 각 기지국의 변경된 안테나 이득값을 이용하여 상기 보정하는 단계를 반복하는 단계, 그리고
    반복을 통해 산출된 보정된 위치의 변화량이 없거나 또는 변화량이 임계 영역 내에서 수렴하는 경우, 현재까지 산출된 보정 위치들의 산술 평균값을 단말의 최종 위치로 확정하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  5. 제2항에서,
    상기 단말의 위치를 추정하는 단계는,
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 하나의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 각 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치에 경로 손실(Path-loss) 모델을 적용하여 단말의 위치를 추정하는, 방법.
  6. 제2항에서,
    상기 단말의 위치를 추정하는 단계는,
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 두개의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 각 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각각 생성한 아폴로니우스 원들 간의 교점 또는 최근접 지점을 이용하여 단말의 위치를 추정하는, 방법.
  7. 제2항에서,
    상기 단말의 위치를 추정하는 단계는,
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되고 서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 적어도 두개의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 각각의 기지국 위치를 이용하여 산출한 제1 위치와 상기 적어도 두개의 기지국 식별자에 대응하는 각각의 위치를 이용하여 산출한 제2 위치의 산술 평균값을 단말 위치로 추정하고,
    상기 제1 위치는,
    상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비를 이용하여 추정되고,
    상기 제2 위치는,
    상기 적어도 두개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각각 생성한 아폴로니우스 원들 간의 교점 또는 최근접 지점인, 방법.
  8. 제2항에서,
    상기 단말의 위치를 추정하는 단계는,
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되고 서로 다른 적어도 하나의 기지국 주파수에서 최대 하나의 기지국 식별자가 검출되며 서로 다른 적어도 하나의 기지국 주파수에서 최대 두개의 기지국 식별자가 검출되는 제1 케이스, 또는 서로 다른 적어도 세개의 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되는 제2 케이스에서, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비를 이용하는, 방법.
  9. 제2항에서,
    상기 단말의 위치를 추정하는 단계는,
    제1 기지국 주파수에서 적어도 세개의 기지국 식별자가 검출되고, 상기 제1 기지국 주파수와 다른 적어도 하나의 제2 기지국 주파수에서 최대 2개의 기지국 식별자가 검출되는 경우, 상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치로부터 추정된 제1 위치와 상기 제2 기지국 주파수에서 검출된 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치로부터 추정된 제2 위치 간의 산술 평균값을 이용하고,
    상기 제1 위치는,
    상기 적어도 세개의 기지국 식별자에 대응하는 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비를 이용하고,
    상기 제2 위치는,
    상기 전송 거리 비 또는 경로 손실 모델을 이용하는, 방법.
  10. 측위 장치가 단말의 위치를 결정하는 방법으로서,
    상기 단말로부터 상기 단말과 인접한 기지국에 관한 정보를 수신하는 단계,
    상기 수신한 정보에 기초하여, 상기 단말과 인접한 기지국이 적어도 두개이고 각각의 기지국이 서로 다른 주파수를 사용하는지 판단하는 단계,
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수를 사용하는 하나의 기지국이 검출되는 경우, 검출된 기지국 위치에 경로 손실(Path-loss) 모델을 적용하여 단말의 위치를 추정하는 단계,
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수를 사용하는 두개의 기지국이 각각 검출되는 경우, 각 기지국 위치를 중심으로 수신 신호 세기에 기초하여 각각 생성한 아폴로니우스 원들 간의 교점 또는 최근접 지점을 이용하여 단말의 위치를 추정하는 단계, 그리고
    서로 다른 적어도 두개의 기지국 주파수를 사용하는 기지국 개수가 각 기지국 주파수에서 서로 다르게 검출되는 경우, 적어도 하나의 제1 기지국 주파수에서 검출된 기지국 위치로부터 추정된 제1 위치와 적어도 하나의 제2 기지국 주파수에서 검출된 기지국 위치로부터 추정된 제2 위치 간의 산술 평균값을 이용하여 단말의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 단말의 위치를 추정하는 단계 이후,
    상기 단말 위치 결정시 사용된 기지국이 적어도 세개이면, 상기 추정한 단말의 위치 및, 상기 단말의 위치 추정시 사용된 각 기지국의 위치를 이용하여 각 기지국의 방위각과 벡터를 확인하고, 상기 방위각을 이용하여 확인한 기지국 별 안테나 이득에 기초하여 상기 추정한 단말의 위치를 보정하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 위치 및 상기 제2 위치는,
    상기 경로 손실 모델, 상기 아폴로니우스 원들간의 교점 또는 최근접 지점, 각 기지국 위치를 중심으로 각 기지국에서 수신된 수신 신호 세기에 따른 전송 거리 비 및 기지국을 잇는 선분의 내분점 중 적어도 하나를 이용하여 추정되는, 방법.
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