KR20020008201A - 개선된 무선 위치결정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공통기준에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의 전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋의 리스트나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물이 생성되는 이동 전화 네트워크의 무선 위치결정 시스템에 관한 것이다. 위치가 공지되거나 결정된 하나 이상의 수신기로부터 데이터가 획득된다. 상기 데이터는 서로 또는 각각의 수신기의 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋이다. 상기 획득된 데이터는 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하기 위해 조합된다.

Description

개선된 무선 위치결정 시스템{IMPROVEMENTS IN RADIO POSITIONING SYSTEMS}
본 발명에 참조된 EP-A-0 303 371의 기술내용은 각각 다른 목적을 위해 셋업된 각각의 독립된 무선 전송기를 사용하는 무선 네비게이션 및 트랙킹 시스템에 대해 기술하고 있다. 개별적으로 취해진 각 전송기로부터의 신호는, 2개의 수신 스테이션, 즉 하나는 고정 및 공지된 위치의 수신 스테이션, 또 다른 하나는 위치가 결정되는 이동 대상에 설치된 수신 스테이션에 의해 수신된다. 하나의 수신 스테이션에서 수신된 대표신호는 또 다른 스테이션에 프로세서로 링크를 통해 보내지며, 상기 수신된 신호는 그들의 위상차 또는 시간지연을 조사하기 위해 비교된다. 3개의 멀리 떨어진 독립된 전송기에서 행해진 3개의 그와 같은 측정은 2개 범위의 이동 수신기의 위치, 즉 지면상의 위치를 결정하는데 충분하다. 또한, 2개 수신기의 마스터 오실레이터간 위상 또는 시간 오프셋(offset)도 결정된다.
EP-A-0 303 371에 기술된 시스템에 공지된 바와 같이, "CURSOR"는 휴대가능한 수신기의 위치를 알아내기 위한 비동기화 무선 전송기를 갖춤으로써 방출된 신호를 이용할 수 있는 무선 위치결정 시스템이다. 용도-결합 동기화 전송기의 네트워크의 시간적 코히어런스(coherence) 특성을 이용하는 몇몇 다른 시스템과는 달리, CURSOR는 단일의 전송기에 의해 전송된 신호의 공간적 코히어런스를 이용한다. 또 다른 개발에 있어서(EP-A-0 880 712 & WO-A-99/21028 참조), GSM의 이동전화 핸드세트(handset)나 또 다른 디지털 전화시스템의 위치를 찾기 위한 기술이 적용되고, 이들 기술은 전화시스템의 BTS(Base Transceiver Stations)의 네트워크에 의해 방출된 다운-링크 신호를 이용하는 E-OTD(Enhanced Observed Time Difference)방법의 예이다.
본 발명에 참조된 EP-A-0 880 712에 기술된 디지털 이동전화 애플리케이션에 대한 기술내용에 있어서, 핸드세트의 범위내의 각 BTS로부터의 신호는, 자신의 핸드세트와 위치가 정확하게 알려진 고정된 근처의 수신기인 LMU(Location Measurement Unit) 모두에 의해 수신된다.
수신된 대표신호는 그들간 시간차를 조사하기 위해 그들이 비교되는 MLC(Mobile Location Center)로 패스된다. 도 1은 표준 2차원계의 기하학적 구조를 나타낸다. 데카르트의 좌표축 χ와 y의 원점은 O에 위치된 LMU에 중심을 둔다. 축의 방향은 중요하지는 않지만, y축이 북남 궤적의 지도눈금을 따라 놓여지도록 알맞게 설정될 것이다. 핸드세트(R)는 LMU 위치(O)에 대한 벡터위치(r)에 위치된다. BTS(A)는 벡터위치(a)에 위치된다.
우선, BTS(A)로부터의 신호를 고려한다. R과 O에서 수신된 신호간 측정된 시간차(Δta)는 이하의 식에 의해 주어진다.
여기서, υ는 무선파의 속도이고, ε은 R과 O에 수신기들의 클럭간 클럭시간 오프셋이며, 벡터량의 각 양측의 수직 바는 상기 식에 이용된 벡터의 크기를 나타낸다. ε의 값은 2개의 수신기에 의해 행해진 측정간 동기화 에러를 나타낸다. 마찬가지로, 이하와 같이 벡터위치 b 및 c(도시하지 않았슴)에 2개의 또 다른 BTS(B 및 C)에 대해 기록된다:
Δta, Δtb, Δtc의 값은 EP-A-0 880 712에 기술된 방법에 의해 측정되고 a, b, c 및 υ의 값은 공지되어 있다. 따라서, ε의 값과 함께 핸드세트의 위치 r을 찾기 위해 상기 식 (1)이 풀어질 수 있다.
본 발명에 참조된 W0-A-99/21028의 기술내용은, 이들 동일한 시간 오프셋이 이하의 GSM 전화시스템의 로컬적으로 생성된 템플릿(templates)을 이용하여 어떻게 측정될 수 있는지를 기술하고 있다. 핸드세트(R)가 BTS(A)로부터의 GSM신호의 쇼트 버스트(short bursts)를 기록했다고 가정하자. 그 기록 내에 포함된 것은 이들 전송의 일정한 특징인 프레이밍(framing) 구조, 동기화 버스트 및 또 다른 "주어진" 데이터(또는 소정의 값)이다. 핸드세트 내의 프로세서는 네트워크 신호의 공지된 구조에 기초하여 매칭(matching) 템플릿을 생성할 수 있다. 그 후, 수신된 신호는 로컬적으로 생성된 템플릿에 의해 매치(match)될 수 있다. 템플릿이 매치를 발견하면, 최선의 매치 위치에서의 상관성 피크(correlation peak)는 핸드세트 내부의 로컬클럭과 수신된 신호간 시간 오프셋에 대응한다. BTS(A)에 의해 방출된 신호에 있어서, 이러한 측정된 시간 오프셋 Δta1은 이하의 식에 의해 주어진다.
여기서,는 BTS 전송의 시간 오프셋이고, ε1은 핸드세트의 내부클럭의 시간 오프셋이며, 모두 가상의 보편적인 "절대(absolute)"클럭에 비례한다. 또한, BTS(B 및 C)로부터의 신호도 동일한 방식으로 이하의 주어진 식에 의해 측정될 수 있다.
또한, 동일한 측정이 이하의 주어진 식으로 LMU에 의해 행해질 수 있다.
여기서, ε2는 동일한 가상의 보편적인 절대클럭에 비례하는 LMU의 내부클럭의 시간 오프셋이다. 식 (2)에서 식 (3)을 빼면, 이하의 식이 얻어진다.
여기서, ε=ε1-ε2이다. 식 (4)는 식 (1)과 동일하고, 핸드세트의 위치(r)와 ε의 값을 찾기 위한 동일한 방식으로 풀어질 수 있다.
비동기화 전송기로부터의 신호를 이용하는 모든 또 다른 방법과 마찬가지로, 상술한 CURSOR 방법은 전화시스템의 적용범위 내에서 셋업되는 LMU의 네트워크를 필요로 한다. 이들 유닛은, BTS에 의해 방출된 비동기화 신호가 핸드세트에 의해 수신된 그 동일한 신호와의 비교를 위해 측정되는 기준점으로 작용한다. 각각의 위치측정에 있어서는 근처의 다수의 BTS로부터 핸드세트에 의해 수신된 신호와 동일한 BTS 세트로부터 LMU에 의해 수신된 신호간 매치가 이루어질 필요가 있다. 사실상, 특히 LMU 네트워크가 부족하면, 핸드세트가 LMU에 의해 수신되지 않은 BTS로부터의 신호를 수신하기 때문에, 그 반대도 마찬가지이기 때문에, 단 하나의 LMU만을 이용하여 매치를 찾는 것은 종종 곤란하다. 따라서, 2개 이상의 LMU로부터의 측정을 조합할 필요가 있다. 그러나, 계산에 이른 각각의 새로운 LMU는 미지의 클럭시간 오프셋(ε2, ε3등)을 더 추가하고, 따라서 그 각각은 모든 미지의 양을 풀기 위해 필요한 나머지 식을 제공하도록 추가의 BTS 측정을 필요로 한다.
이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방법이 LMU 네트워크가 어떻게 동기화 될 수 있는지를 나타내는 W0-A-99/21028에 기술되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 인접한 LMU쌍(U1및 U2)은 공통 BTS를 볼 수 있다고 가정하자. LMU와 BTS의 위치를 모두 알고 있기 때문에, 각 LMU에 의한 BTS 신호의 단일 측정은 LMU간 클럭시간 오프셋을 결정하는데 충분하다. 예컨대, U1에서 BTS까지의 거리를 S1, U2에서 BTS까지의 거리를 S2라 가정하자. 이하의 식에 의해, U1은 시간 오프셋 Δt1을 측정하고 U2는 Δt2를 측정한다.
여기서,는 BTS 전송의 시간 오프셋이고, ε21및 ε22는 각각 U1및 U2의 LMU 내부클럭의 시간 오프셋이다. 상기 첫번째 식에서 두번째 식을 빼면, U2의 클럭의 시간 오프셋에 대한 U1의 클럭의 상관 시간 오프셋인 이하의 식이 산출된다.
이러한 프로세스는 두번째의 LMU쌍(U2및 U3)과, 이러한 두번째의 LMU쌍의 모든 멤버에 의해 신호가 수신될 수 있는 또 다른 BTS에서 반복될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 마스터 "LMU 네트워크 클럭시간"으로 채용된 그들중 하나와 관련한 모든 LMU 내부클럭의 클럭 오프셋을 제공하는 동기화 맵이 계산된다. 이러한 방식으로 LMU 동기화 맵을 확립하면, 상관 LMU 시간 오프셋이 공지되기 때문에, CURSOR 위치측정은 모든 LMU에 대한 나머지 미지의 시간 오프셋 추가의 패널티 없이 소정 수의 LMU를 포함할 수 있다.
상술한 수신기는 시간 오프셋의 측정을 행한다. 보다 일반적으로, 수신기는 시간 오프셋, 위상 오프셋(모듈로(modulo) 360˚ 앰비규티(ambiguity)의 시간 오프셋으로 변환될 수 있는), 주파수 오프셋 또는 주파수 오프셋의 변화율을 측정할 수 있다. 비록 이들 측정이 다른 양의 측정일 지라도, 본 발명은 두번째 수신기에 의해 행해진 유사한 측정과 조합될 때와 마찬가지로 그들 각각에 유용하게 채용되고, 그들이 위치정보를 독립적으로 제공할 수 있다. 이들 측정에 이용되는 위치결정 시스템은 본 발명과 함께 동시에 출원되는 관련 특허출원서에 기술되어 있다.
본 발명은 실제 LMU의 인터페이스 노드로 작용하는 네트워크의 하나 이상의 "가상 LMU"를 셋업함으로써 (효과적으로)동기화된 LMU 네트워크의 동일한 장점이 어떻게 얻어질 수 있는지를 나타낸다.
본 발명은, 개선된 무선 위치결정 시스템 및 그 동작방법에 관한 것으로, 특히 그와 같은 시스템에서 요구된 데이터의 획득을 단순화 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 일예의 방법 및 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 EP-A-0 880 712에 기술한 바와 같은 CURSOR 시스템의 기하학적 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 공통 BTS의 측정을 행하는 인접한 LMU를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 시스템의 실제 및 가상 LMU의 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 4는 유사한 단순화된 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 5는 실제 네트워크의 LMU 사이트와 BTS 사이트의 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 가상 LMU가 추가된 동일한 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 7은 가상 LMU로 교체된 실제 LMU를 갖춘 동일한 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 8은 LMU 내부에서 일어나는 프로세싱을 순서도의 형태로 나타낸 도면이다.
도 9는 VLMU 내부에서 일어나는 프로세싱을 순서도의 형태로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 5 내지 도 9의 예에 나타낸 바와 같은 실제 시스템에서 발생된 타이밍 오프셋의 리스트를 나타낸 도면이다.
도 11은 이러한 예의 LMU 및 가상 LMU와 관련된 타이밍 에러의 테이블을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제1특징에 의하면, 공통기준에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물(derivatives)의 오프셋의 리스트나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물(equivalents)을 생성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은,
(a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 서로 또는 각 수신기의 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋으로 이루어진 데이터를 획득하는 단계와,
(b) 상기 획득된 데이터를 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하는 단계를 구비하여 이루어진다.
사실상, 리스트로부터의 오프셋은 수신기나 수신기들로부터 직접 얻어진 오프셋 대신에 이용될 수 있다.
다수의 전송원으로부터 제1수신기에 의해 수신된 신호의 서로 또는 기준원에 대한 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 상관 오프셋은 대응하는 오프셋이나 또는 전송원과 제1 또는 제2수신기간 거리의 차로 표현될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 이용하는 장치를 포함한다. 상기 장치는,
(a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 서로 또는 각 수신기의 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋으로 이루어진 데이터를 획득하기 위한 수단과,
(b) 상기 획득된 데이터를 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하기 위한 수단을 구비하여 구성된다.
EP-A-0 880 712에 기술된 바와 같은 또는 유사한 기술을 이용한 방법에 있어서, 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋이나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물 대신에, 수신된 신호의 데이터 표시가 이용될 수 있고, 그로부터 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 신호의 오프셋이 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 공통기준원에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의 전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋 리스트나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물을 생성하는 방법을 포함한다. 상기 방법은,
(a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 수신된 신호의 대표가 되는 데이터를 획득하는 단계와,
(b) 서로 또는 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋을 상기 획득된 데이터로부터 결정하는 단계,
(c) 상기 결정된 오프셋을 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하는 단계를 구비하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 상술한 방법을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 상기 장치는,
(a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 수신된 신호의 대표가 되는 데이터를 획득하기 위한 수단과,
(b) 서로 또는 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋을 상기 획득된 데이터로부터 결정하기 위한 수단 및,
(c) 상기 결정된 오프셋을 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하기 위한 수단을 구비하여 구성된다.
또한, 상술한 방법 및 장치를 포함하는 무선 위치결정 방법 및 시스템은 본 발명의 일부를 형성한다.
또한, 본 발명은 이들 방법중 어느 한쪽 또는 모두를 수행하기 위한 장치("가상 LMU")를 포함한다. 상기 장치는 컴퓨터(사용하기 편리한 위치에 위치된)를 포함하고 요구된 프로세스를 수행하기 위해 프로그램된다. 비록 이하의 본 발명의 특정 애플리케이션의 설명이 디지털 전화 네트워크의 신호에 대해 언급할 지라도, 본 발명은, 이러한 애플리케이션으로 한정되는 것을 의미하는 것은 아니고, 소정 목적을 위해 셋업된 동기 또는 비동기화된, 하나 이상의 전송기를 갖춘 어떠한 네트워크에도 적용될 수 있다.
가상 LMU는 실제 LMU로부터 데이터를 얻을 수 있는 소정 컴퓨터 플랫폼에서 동작하는 컴퓨터 프로세스를 포함한다. 따라서, 본 발명의 또 다른 특징은 공통기준에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의 전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물이나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물을 계산하고 유지하기 위한 방법을 포함한다.
서로의 관계가 알려지지 않거나 일정하지 않은 BTS 신호의 전송시간 오프셋이 운반될 지라도, BTS 오실레이터가 상당히 안정하기 때문에, 그들의 순간 주파수만을 시간에 따라 천천히 변경하는 BTS의 네트워크가 비동기화 된다. 이러한 환경에 있어서, 최근의 기록 데이터로부터 주어진 실제 LMU에 의해 주어진 BTS로부터의 신호의 현재 수신된 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋을 예측할 수 있다. 네트워크의 실제 LMU는 매초당 사이클을 반복하는, 순환방식으로 검출할 수 있는 모든 BTS의 측정을 행한다. 이전의 측정을 가장 최근의 측정으로 바꾸어, 스택(stack)에 이들 측정을 유지한다. 따라서, 그 측정에 맞추기 위한 1차 또는 낮은 차수의 다항식은 가까운 미래의 추정, 또는 최근 과거의 삽입을 위한 예측자를 제공한다. BTS 오실레이터가 충분히 안정되어 10분의 주기동안 확실한 예측이 이루어질 수 있다고 가정하자. 그러면, 매분마다 가상 LMU(VLMU)는 각각의 실제 LMU를 접촉하고 그 측정세트의 모든 BTS로부터의 신호의 수신된 오프셋에 대한 예측자를 수신한다. 다수의 BTS가 하나 이상의 LMU에 의해 측정됨으로써, VLMU는 (a) 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 실제 LMU 내부클럭 오프셋의 최선의 값과, 이후 (b) VLMU의 추정위치에 위치된 실제 LMU에 의해 측정되고 모든 BTS로부터의 신호를 수신할 수 있는 모든 BTS로부터의 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 수신된 오프셋을 결정하기 위한 공지의 방법을 이용하여 모든 실제 LMU로부터 완전한 데이터 세트를 분석한다.
VLMU의 기능을 기술한 상기 설명에 있어서, 어떤 또는 모든 LMU는, 특히 LMU로 셋업되지 않은 공지의 위치에 반드시 고정되지 않은 다른 수신기로 교체될 수 있다. 예컨대, 핸드세트가 고정되면 주파수 오프셋을 결정하기 위해 다수의 핸드세트로부터의 데이터가 이용될 수 있다. 더욱이, 본 발명과 함께 동시에 출원된 관련 특허출원서에는, 어떠한 LMU도 전혀 필요로 하지 않고 어떻게 핸드세트의 위치 및 속도가 결정될 수 있는지가 기술되어 있다.
이하와 같은 네트워크에 VLMU를 이용한 특별한 장점을 포함한다.
(a) 핸드세트의 측정과 단일 (가상)LMU간 풀 매치(full match)가 보장될 수 있다.
(b) VLMU 프로세스는 각각의 LMU 측정의 타이밍 에러를 최소화 한다.
(c) VLMU 리스트는 계산의 속도를 증가시켜, 위치 계산 프로세서에 즉시 이용할 수 있다.
(d) 본 발명과 함께 동시에 출원된 관련 특허출원서에 기술된 사상과 조합될 때, 수신시간 오프셋의 리스트는 실제 LMU가 있다 해도 얼마 안되는 BTS의 네트워크에 생성될 수 있다.
(e) 사실상, VLMU는 BTS 네트워크를 모니터 하기 위해, 특히 새롭게 설치된 BTS의 위치를 결정하기 위해 네트워크가 이용되는 실제 LMU 네트워크의 동기화 맵을 제공한다.
이하, 타이밍 오프셋을 결정하는 가상 LMU의 기능에 대해 예시의 형태로 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 가상 LMU(VLMU)를 포함하는 N 실제 LMU와 M BTS의 네트워크를 고려하자. n번째 LMU(Un)의 위치는 벡터(un)로 표시되고, m번째 BTS(Bm)의 위치는 벡터(bm)로 표시되며, 양 벡터는 동일한 원점을 따른다. BTS에 의해 방출된 신호는 시간지연 후에 LMU에 의해 수신되고, 이러한 시간지연(Δtnm)의 측정은 이하의 식에 의해 주어진다.
여기서, εn은 LMU n의 클럭시간 오프셋이고,은 BTS m의 전송시간 오프셋이고, 상기 양쪽 모두 가상의 보편적인 "절대"클럭에 비례하며,은 Δtnm의 측정에서의 에러의 추정이다. 가상 LMU(V)의 추정된 위치는 벡터(v)로 표시된다. VLMU가 에러없이 BTS m으로부터의 신호를 직접 수신할 수 있으면, 이하의 식에 의해 주어진 가상의 보편적인 절대클럭에 비례한 수신시간 오프셋(βm)을 측정할 수 있다.
식 (8)로부터 추론된 값을 이용하여 식 (7)에서대신 치환하면 이하의 식이 주어진다.
N LMU의 전체 네트워크를 통해, 모든 M BTS가 가시(visible)된다. 그러나, 각각의 개별 LMU는 그들중 몇개만 보일 뿐이고, 현저한 가시성의 오버랩이 있으면, 모든 Δt 값의 세트를 취할 수 있고 εn과 βm의 값을 풀 수 있다. 따라서, VLMU는 LMU의 네트워크가 동기화된 것처럼, 또는 단지 하나의 LMU(VLMU(V))가 전체 BTS 네트워크를 커버할 필요가 있는 것처럼 어떠한 BTS에 대한 타이밍을 계산할 수 있다.
이를 좀더 설명하기 위해, 간단한 문제가 제기되고, 이하 N=2 및 M=4, 즉 단지 2개의 LMU 모니터링 4개의 BTS로 이루어진 네트워크(도 4 참조)를 이용하여 해결된다. 이것은 "절대"클럭시간이 완전히 임의적이고, 예컨대 LMU 번호 1의 내부클럭에 의해 측정됨으로써 허용된다(그러나, 이러한 선택은 BTS 3 및 4와 관련된 에러가 동일하지 않다는 해석으로 불일치를 이끈다는 것에 유의). 제1 LMU(U1)는 BTS 번호 1, 2 및 3으로부터의 신호는 수신할 수 있지만, BTS 번호 4로부터의 신호는 수신할 수 없다. 제2 LMU(U2)는 BTS 번호 1, 2 및 4로부터의 신호는 수신할 수 있지만, BTS 번호 3은볼 수 없다. 그 식은 이하와 같은 매트릭스 형태로 나타낼 수 있다.
또는, 등가적으로 A.x=b+Z로 나타낼 수 있으며, 여기서 Z는 각 측정에서의 실제 에러의 알려지지 않은 벡터이다.
"최소 자승"으로 알려진 표준기술은 Z를 최소화 하는 x에 대한 추정이 이하의 식에 의해 주어질 것을 요구한다.
여기서, 심볼 AT는 매트릭스 A의 이항(移項)을 나타내고, 매트릭스 W는 이하의 식으로 정의된다.
이러한 특정 예는 명확히 해결될 수 있다. 단순화를 위해, 모든의 값은 동일하고,와 동일하다고 가정한다. 이것은 이하와 같은 결과를 이끈다.
이러한 간단한 경우에 있어서도, BTS가 양쪽 LMU에 의해 보여지면, 계산된 오프셋의 에러는 그들 자신의 각각의 측정보다 적다. 이것은 가상 LMU 방법의 중요한 장점이다.
또한, LMU는 또 다른 동기화 수단을 포함한다. 예컨대, 각각의 실제 LMU는 GPS나 또는 공통 타이밍 기준을 제공하기 위해 제공되는 또 다른 타이밍 기준수신기(G)에 연결된다. 이 경우, LMU 네트워크는 이러한 공통 타이밍 기준(GPS 표준시간이라 부르는)에 이미 동기화된 것으로 고려되고, 그 때 VLMU는 이미 알려진 ε의 개별 값을 풀 필요가 없다. 동기화의 또 다른 수단을 이용한 하나의 장점은 인접한 LMU간 BTS의 가시성의 오버랩의 요구가 더이상 없다는 것이다. 각각의 BTS 사이트가 또한 LMU를 수반하면, LMU는 공동 위치된 BTS 전송기로부터의 신호(아주 강한)만을 수신할 필요가 있기 때문에, LMU 안테나의 설치가 간단해진다.
상술한 동작의 VLMU 모드는, 모든 실제 LMU로부터 그 자신에게 전달하는 데이터를 야기하기 위해 VLMU를 필요로 하는 "풀 모드(pull mode)"라 부른다. 또한, VLMU로 최종 보내진 예측자 세트로부터 계산된 값과 실제 측정된 값을 이용하여 모든 BTS로부터 수신시간 오프셋의 그 자신의 예측간 차이를 각각의 실제 LMU가 연속적으로 체크할 수 있다. 이들 차이중 어느 하나라도 주어진 값을 초과하면, LMU는 새로운 예측자 세트를 VLMU로 보낼 수 있다. 이러한 동작의 모드를 "푸쉬 모드(push mode)"라 부른다. 실제 시스템에 이용하는 특정 모드는 그 외의 것들 중에서도 BTS 네트워크의 안정성에 의존한다.
본 발명에 따라 구성된 기본형 시스템의 예에 대해 이제 기술한다. 다수의 LMU에 의해 행해진 타이밍 측정은, 마치 단일 "가상" LMU에 의해 그들이 관찰되는 것과 같이, 영국 캠브릿지 내 및 주변의 모든 GSM BTS에 대한 수신시간 오프셋의 리스트를 생성하기 위해 조합된다.
9개의 LMU(U1~U9; 충만된 원형으로 나타낸)의 위치와 23개의 캠브릿지 지역BTS(B1~B23; 속빈 정사각형으로 나타낸)는 도 5의 OS(Ordinance Survey) 눈금상에 표시된다. 각각의 LMU는 (a) 내부클럭, GSM 라디오, 컴퓨터 및 전화 커넥션을 포함하는 하드웨어와, (b) 수신시간 오프셋의 리스트를 컴파일(compile)하기 위한 프로그램을 포함하는 소프트웨어로 이루어진다.
도 8은 각각의 LMU(U1~U9)에 상주하는 LMU 소프트웨어의 주요 구성요소를 순서도의 형태로 나타낸 도면이다. 매초마다 "스캔 사이클" 프로그램이 단계(A1)에서 입력된다. 단계(A2, A3, A6 및 A7)에서 차례로 각각의 GSM 전송채널에 GSM 라디오를 튠하고 BCCH 신호를 스캔하기 위해 프로그램을 진행한다. 단계(A3)에서 BCCH 신호가 검출되는 이벤트에 있어서, 프로그램은 내부클럭에 대한 신호의 수신시간 오프셋을 계산하고(단계(A4)), 단계(A5)에서 시간 오프셋의 리스트를 갱신한다. 또한, BCCH는 신호가 수신되는 BTS(Bn)의 ID를 생성하기 위해 디코드 된다. 또한, 도 5는 스캔 사이클 루틴의 결과로서 그들에 의해 검출된 LMU와 BTS간 라인을 나타낸다.
도 6은 9개의 LMU와, 이들 LMU에 의해 모니터된 23개의 BTS 및 1개의 가상 LMU(V; 충만되지 않은 원으로 표시한)의 위치를 나타낸다. 가상 LMU(V)는, (a) 컴퓨터와 각각의 실제 LMU의 전화 커넥션을 포함하는 하드웨어와, (b) "가상" 수신시간 오프셋의 리스트를 컴파일하기 위한 프로그램을 포함하는 소프트웨어로 이루어진다.
도 9는 VLMU 소프트웨어의 주요 구성요소를 순서도 형태로 나타낸 도면이다. 매 4분마다 "VLMU 갱신" 프로그램이 단계(V1)에서 입력된다. 단계(V2, V3, V5 및 V6)에서 전화 커넥션을 통해 각각의 실제 LMU에 연결하기 위한 프로그램을 진행한다.주어진 LMU(U1~U9)에 접속이 성공하면, 단계(V4)에서 프로그램은 LMU의 수신시간 오프셋의 리스트를 추출한다. 접속 사이클이 종료하자 마자, 프로그램(단계(V7))은 LMU 네트워크에 의해 모니터된 모든 BTS에 대한 수신시간 오프셋의 리스트를 생성하기 위해 데이터를 조합한다. 이러한 리스트의 예는, VLMU에 의해 발생된 수신시간 오프셋의 테이블의 일부가 재생성되는 도 10에 나타나 있다. 첫번째 열은 BTS 표시자를 나타내고 테이블의 숫자는 1.85마이크로초의 단위이다. 또한, 도 6은 VLMU 소프트웨어가 시간 오프셋의 리스트를 추출할 수 있는 각각의 실제 LMU(U1~U9)와 VLMU간 라인을 나타낸다.
일단 "VLMU 갱신"이 완료되면, 발생된 타이밍의 조합된 리스트는 네트워크의 모든 BTS의 타이밍 측정을 행하는 VLMU의 위치에서 관찰되어 단일(실제) LMU를 갖는 것과 등가가 된다. 도 7은 가상 LMU(VLMU(V)와 BTS(B1~B23)간의 라인으로 나타낸)에 의해 각 BTS의 타이밍 측정의 가상 모니터링을 나타냄으로써 이러한 등가를 설명한다.
각각의 타이밍 측정은, 최상의 경우 각각의 실제 LMU에 의해 행해진 타이밍 측정의 에러보다 작은 관련된 에러를 갖는다. 이것은 동작중 VLMU에 의해 생성된 일부의 리스트를 나타내는 도 11의 테이블에 기술되어 있다. 첫번째 열은 각각의 BTS의 식별자를 나타낸다. 1 내지 9로 표기된 열은 각각 9개의 실제 LMU중 특정한 어느 하나와 관련된다. 테이블의 숫자는 대응하는 BTS로부터의 신호의 실제 LMU에 의해 행해진 타이밍 측정의 에러이다. 비워진 셀은 LMU가 BTS의 신호를 수신할 수 없는 것을 나타낸다. VLMU로 표기된 열은 상술한 방법을 이용하여 측정을 조합하는 결과를 나타낸다.
도 11의 테이블 내의 타이밍은 1.85마이크로초의 단위이다. VLMU 타이밍 에러는 실제 LMU 타이밍에서 추정된 것보다 작아, 에러를 감소시키는 VLMU 방법의 장점을 확실하게 한다.

Claims (15)

  1. 공통기준에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의 전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋의 리스트나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물을 생성하는 방법에 있어서,
    (a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 서로 또는 각 수신기의 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋으로 이루어진 데이터를 획득하는 단계와,
    (b) 상기 획득된 데이터를 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 공통기준원에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의 전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋 리스트나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물을 생성하는 방법에 있어서,
    (a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 수신된 신호의 대표가 되는 데이터를 획득하는 단계와,
    (b) 서로 또는 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋을 상기 획득된 데이터로부터 결정하는 단계,
    (c) 상기 결정된 오프셋을 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항의 방법을 포함하고, 공지되지 않은 하나 이상의 수신기의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공통기준은 외부기준으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공통기준은 GPS 신호로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 방법.
  6. 제3항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서, 상기 하나 이상의 수신기로부터 데이터를 획득하는 단계는 공통 위치로부터 상기 데이터의 획득을 유발하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 방법.
  7. 제3항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서, 상기 하나 이상의 수신기로부터 데이터를 획득하는 단계는 각각의 상기 수신기에 의해 결정된 시간에 각각의 상기 수신기로부터 상기 데이터의 획득을 유발하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 방법.
  8. 공통기준에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의 전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋의 리스트나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물을 생성하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 서로 또는 각 수신기의 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋으로 이루어진 데이터를 획득하기 위한 수단과,
    (b) 상기 획득된 데이터를 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 공통기준에 대한 주어진 위치에서 수신된 다수의 전송원 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋의 리스트나, 거리 또는 그 파생물의 오프셋으로 표현된 그들 동등물을 생성하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 위치가 공지되거나 결정되는 하나 이상의 수신기로부터, 수신된 신호의 대표가 되는 데이터를 획득하기 위한 수단과,
    (b) 서로 또는 기준원에 대한 전송원으로부터 수신된 각 신호의 시간, 위상, 주파수, 또는 그 파생물의 오프셋을 상기 획득된 데이터로부터 결정하기 위한 수단 및,
    (c) 상기 결정된 오프셋을 조합하여 상기 공통기준에 대한 오프셋의 리스트를 계산하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 따른 장치를 포함한 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 공통기준은 상기 수신기에 외부기준으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공통기준은 GPS 신호로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 시스템.
  13. 제10항 내지 제12항중 어느 한항에 있어서, 상기 하나 이상의 수신기로부터 데이터를 획득하기 위한 수단은 상기 컴퓨터 시스템에 의해 결정된 시간에 상기 하나 이상의 수신기로부터 상기 컴퓨터 시스템으로 상기 데이터의 전송을 유발하기 위해 배열된 컴퓨터 시스템을 포함한 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 시스템.
  14. 제10항 내지 제13항중 어느 한항에 있어서, 상기 하나 이상의 수신기로부터 데이터를 획득하기 위한 수단은 컴퓨터 시스템을 포함하고, 각각의 상기 수신기에 의해 결정된 시간에 각각의 상기 수신기로부터 상기 데이터의 획득을 유발하기 위한 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 무선 위치결정 방법.
  15. 제10항 내지 제14항중 어느 한항에 따른 무선 위치결정 방법을 포함한 것을 특징으로 하는 디지털 전화 네트워크.
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