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KR100684085B1 - 위치 탐지를 갖는 이동 통신 시스템 및 그에 기초한 하드핸드오프 - Google Patents

위치 탐지를 갖는 이동 통신 시스템 및 그에 기초한 하드핸드오프 Download PDF

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KR100684085B1
KR100684085B1 KR1020007007489A KR20007007489A KR100684085B1 KR 100684085 B1 KR100684085 B1 KR 100684085B1 KR 1020007007489 A KR1020007007489 A KR 1020007007489A KR 20007007489 A KR20007007489 A KR 20007007489A KR 100684085 B1 KR100684085 B1 KR 100684085B1
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handoff
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mobile unit
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솔리만사미르에스
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

원거리 통신 네트워크 (10) 에서 사용되는 핸드오프를 수행하는 시스템. 이 시스템은 제 1 셀 (22) 및 제 2 셀 (24) 를 포함하는 영역내의 이동 트랜시버 (26) 의 위치를 결정하기 위한 위치 장비를 포함한다. 비교 회로가 상기 위치를 상기 영역내의 소정의 핸드오프 영역과 비교하고 그에 응답하여 제어 신호를 제공한다. 핸드오프 개시 회로가 제어 신호에 응답하여 제 1 셀 (22) 및 제 2 셀 (24) 사이에서 이동 트랜시버 (26) 의 핸드오프를 개시한다. 위치 데이터베이스 (50) 는 제 1 및 제 2 셀들 (22, 24) 그리고 소정의 핸드오프 영역의 유효범위 영역을 묘사하는 지도 정보를 갖는다. 선택기가 소프트웨어를 구동하여 상기 위치를 지도 정보와 비교하고 상기 위치가 소정의 핸드오프 영역내일때 제어 신호를 제공한다. 기지국 (18) 은 제어 신호에 응답하여 하드 핸드오프를 완수하는 지시수단을 포함 및 수행한다.

Description

위치 탐지를 갖는 이동 통신 시스템 및 그에 기초한 하드 핸드오프{MOBILE COMMUNICATION SYSTEM WITH POSITION DETECTION AND HARD HANDOFF BASED THEREON}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 원거리 통신 시스템에 있어서 핸드오프 (handoff) 를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
셀룰러 원거리 통신 시스템은 하나 이상의 기지국들과 통신하는 복수의 이동 유닛들 (예를 들어 셀룰러 전화기들) 로 특징지워진다. 이동 유닛들에 의해 전송되는 신호들은 기지국에 의해 수신되고, 종종 이동 교환 센터 (MSC; Mobile Switching Center) 로 중계된다. 그러면 MSC는 신호를 공중 회선 교환 전화망 (PSTN) 또는 또다른 이동국 (mobile station) 으로 중계한다. 유사하게, 신호는 공중 회선 교환 전화망으로부터 기지국 및 이동 교환 센터를 경유하여 이동 유닛으로 전송된다.
각 기지국은 이동 유닛이 통신할 수 있는 범위인 '셀(cell)' 을 커버 (cover) 한다. 셀은 제한된 지역적인 영역을 커버하고 이동 교환 센터를 경유하여 이동 유닛들과 통신 네트워크 사이에서 호출 (call) 을 중계한다. 전형적인 셀룰러 원거리 통신 시스템의 유효범위 영역 (coverage area) 은 여러개의 셀들로 나뉜다. 주파수와 같은 상이한 통신 자원 (resource) 들이 종종 각 셀에 할당되어 통신 시스템 자원을 최대화시킨다. 이동 유닛이 제 1 셀로부터 제 2 셀로 이동할때, 핸드오프가 수행되어 제 2 셀과 관련되는 새로운 시스템 자원을 할당한다.
핸드오프는 이동 유닛과 하나 이상의 지배 (governing) 기지국들 및/또는 이동 교환 센터들 사이에서의 교섭 명령 (negotiation instruction) 의 세트의 수행과 관련된다. 셀룰러 통신 시스템은 시스템 자원의 활용을 최대화시키기 위하여 일반적으로 적시의 핸드오프 절차를 요구한다. 통신 시스템의 증가된 용량을 위한 요구를 맞추기 위하여 보다 작은 셀들이 전개되기 때문에, 효율적이고 적시의 핸드오프 절차들이 매우 중요해지고 있다. 작은 셀들의 사용은 셀 경계 교차 및 주파수 할당의 수를 증가시킴으로써, 효율적이고 비용절감의 핸드오프 트리거링 (triggering) 메카니즘의 필요성을 증가시킨다.
적시의 핸드오프 메카니즘은 '하드 핸드오프 (hard handoff)' 절차를 사용하는 시스템에서는 특히 중요하다. 하드 핸드오프 절차는 인접한 셀들, 상이한 주파수 할당들 및/또는 상이한 프레임 오프셋 (frame offset) 들 사이의 진행중인 호출을 전송하거나 또는 이동국을 코드분할 다중접속 (CDMA) 순방향 트래픽 채널로부터 아날로그 음성 채널로 향하게 하는데 사용된다. 하드 핸드오프에서는, 제 1 셀을 갖는 제 1 연결이 차단되고 제 2 연결이 수립된다. (소프트 핸드오프에서는, 제 2 연결이 수립될 때까지 제 1 연결이 유지되고, 제 1 연결 및 제 2 연결이 동시에 유지되는 시간이 존재한다.) 하드 핸드오프의 경우에, 제 1 연결의 약화와 제 2 연결의 수립 사이의 긴 지연이 극복불가능한 통신 시스템 서비스 질 악화를 초래할 수 있다.
통신 시스템 용량 및 서비스 질을 향상시키기 위하여, 마이크로셀 (microcell) 들을 덮는 매크로셀 (macrocell) 들을 갖는 다층 (multi-layer) 시스템이 종종 사용된다. 이러한 층들의 현명한 이용은 최종사용자 성능 및 시스템 용량의 증가를 가져온다. 예를 들어, 고정 사용자들은 마이크로셀들에 할당되어 절감된 전력에서 동작하고 매우 적은 간섭을 일으킨다. 마이크로셀룰러 용량이 소진되었을때, 오버플로우 트래픽 (overflow traffic) 이 매크로셀들에 할당된다. 전형적으로, 마이크로셀들은 매크로셀들보다 더 많은 주파수 할당을 가질 것이다. 하드 핸드오프는 이동 유닛이 다층 시스템에서의 두 층 사이를 통과할 때 수행된다.
인접한 셀들 사이의 하드 핸드오프를 수행하기 위하여, 핸드오프 비컨 (beacon) 이 종종 사용된다. 각 셀에서의 비컨은 셀에 대하여 제한된 범위를 갖는 신호를 전파한다. 제 1 셀에서의 이동 유닛이 제 2 셀로부터의 비컨을 탐지할때, 전화는 제 2 셀로 핸드오프된다. 불행하게, 비컨 메카니즘은 시스템 자원의 비효율적인 사용을 가져온다. 현재 그러한 비컨들에 할당된 주파수 대역은 음성 호출들과 같은 트래픽을 지원하지 못한다. 게다가, 비컨들은 부가적으로 값비싼 전파용 하드웨어를 요한다. 이러한 제한점들이 종종 유효범위 및 통신 시스템 셀들의 용량을 제한한다.
다른 방법으로, 트랜지션 셀 (transition cell) 이 두 셀들 사이에서 수행될 수 있다. 트랜지션 셀은 두 셀들에 겹치고 이동 유닛에 의해 탐지가능한 특별한 파일럿 오프셋 (pilot offset) 신호를 유지한다. 이동 유닛이 파일럿 오프셋을 감지할때, 하드 핸드오프는 트리거된다. 트랜지션 셀은 제 1 및 제 2 셀에 실질적으로 겹쳐야한다. 이 겹침은 시스템 자원의 비효율적이고 과잉의 사용을 나타낸다. 게다가, 트랜지션 셀은 시스템 트래픽을 지원하지 않는다.
그러므로, 셀룰러 통신 시스템에서 하드 핸드오프를 트리거하기 위한 빠르고, 효율적이며 비용절감적인 시스템의 존재가 필요하다.
종래 기술에서의 문제점이 본 발명의 통신 시스템에 의해 해결된다. 일반적으로, 본 시스템은 제 1 유효범위 영역을 제공하기 위해 배치되는 제 1 트랜시버 (transceiver), 제 2 유효범위 영역을 제공하기 위해 배치되는 제 2 트랜시버 및 제 1 트랜시버와 통신하기 위해 제공되는 이동 트랜시버를 포함한다. 본 발명의 특별히 신규성있는 면은, 제 1 또는 제 2 유효범위에 대한 이동 트랜시버의 위치에 기초하는 이동 트랜시버와 제 2 트랜시버 사이의 통신 링크를 수립하는 메카니즘의 제공이다.
예시적인 실시예로서, 본 시스템은 제 1 셀 및 제 2 셀을 포함하는 영역내에서 이동 트랜시버의 위치를 결정하기 위한 메카니즘을 구비한다. 비교 회로가 상기 위치를 상기 영역내의 소정의 핸드오프 영역과 비교하고, 그의 응답으로 제어 신호를 제공한다. 핸드오프 개시 회로는 상기 제어 신호에 응답하여 제 1 및 제 2 셀 사이에서 이동 트랜시버의 핸드오프를 개시한다.
예시적인 실시예로서, 상기 핸드오프는 하드 핸드오프이다. 위치 장비는 범용 지구 측위 시스템 (GPS) 장비를 포함한다. GPS 장비는 이동 유닛에 배치되는 GPS 수신기 및 신호 인터페이스를 포함하고, 제 1 셀 및/또는 제 2 셀에 결합되는 기지국에서의 컴퓨터를 포함한다. 구체적인 실행에서, 이 컴퓨터는 이동 유닛에 의한 사용을 위한 1 세트의 최적 GPS 인공위성을 위치시키도록 프로그램 되어있다. 이 컴퓨터는 또한, 기지국과 이동 유닛 사이의 신호 전달 시간에 기초하여 이동국과 기지국 사이의 거리를 근사하기 위한 명령수단을 포함한다.
비교 회로는 소정의 핸드오프 영역에 상응하는 위도 및 경도 정보를 저장하는 위치 데이터베이스를 가지고 동작된다. 이 비교 회로는 또한 코드 분할 다중 접속 선택기를 포함한다. 이 선택기는, 이동 트랜시버의 위치가 소정의 핸드오프 영역의 범위내에 있을때, 그 위치의 트래킹 (tracking) 을 시작하고, 그에 응답하여 트래킹 신호를 제공한다.
핸드오프 개시 회로는, 이동국이 제 1 셀로부터 선택기의 트래킹 신호를 사용하여 핸드오프 개시 회로에 의해 결정되는 소정의 핸드오프 영역으로 이동할때, 제 1 셀로부터 제 2 셀로의 이동국의 핸드오프를 수행하는 제 1 회로를 포함한다. 이 핸드 오프 개시 회로는 또한, 이동국이 제 2 셀로부터 상기 트래킹 신호를 사용하여 핸드오프 개시 회로에 의해 결정되는 소정의 핸드오프 영역으로 이동할때, 제 2 셀로부터 제 1 셀로의 이동국의 핸드오프를 수행하는 제 2 회로를 포함한다.
구체적인 실시예로서, 제 1 또는 제 2 셀을 통하여 송신되고 이동국에 의하여 수신되는 파일럿 오프셋들이 선택기에 의해 이동국의 트래킹을 개시하고, 그러면 선택기는 트래킹 신호를 제공한다. 트래킹 신호는, 이동국이 소정의 핸드오프 영역내에 있을때의 제어 신호이다.
예시적인 실시예로서, 핸드오프 개시 회로는 이동 교환 센터 상에서 운영되는 선택기 뱅크 (bank) 서브시스템을 포함한다. 위치 장비는 이동국의 위치를 결정하기 위한 기지국 위치 탐지 시스템 및 이동국 위치 탐지 시스템을 포함한다. 비교 회로는 선택기 뱅크 서브시스템을 포함하는데, 이 서브시스템은 위치 데이터베이스와 통신한다. 위치 데이터베이스는 제 1 및 제 2 셀들의 유효범위 영역 및 소정의 핸드 오프 영역을 나타내는 지도 정보를 갖는다. 선택기 뱅크 서브시스템은 상기 위치를 상기 지도 정보와 연속적으로 비교하여 상기 위치가 소정의 핸드오프 영역내일때 제어 신호를 제공한다. 기지국은 제어 신호에 응답하여 하드 핸드오프를 완료시키는 명령수단을 실행시킨다.
도 1 은 바람직한 CDMA 셀룰러 전화 시스템의 블록도이다.
도 2 는 본 발명에 따라 구성된 하드 핸드오프를 수행하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 3 은 도 2 의 시스템이 하드 핸드오프를 실행하는 바람직한 실시예를 설명하는 원거리 통신 유효범위 영역의 다이어그램이다.
도 4 는 두개의 IS-95 셀룰러 원거리 통신 시스템 사이의 하드 핸드오프를 완수하기 위한 서비스 교섭 절차를 설명하는 도이다.
도 5 는 IS-95 셀룰러 통신 시스템과 ANSI/EIA/TIA.553 셀룰러 통신 시스템 사이의 하드 핸드오프를 완수하기 위한 서비스 교섭 절차를 설명하는 도이다.
도 6 은 무선 (CDMA) 통신 시스템의 기지국 및 무선 유닛의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 7 은 본 발명에 따라 구성된 기지국의 단순화된 블록도이다.
도 8 은 본 발명의 무선 CDMA 트랜시버의 위치를 결정하기 위한 시스템의 무선 유닛의 블록도이다.
도 9 는 본 발명의 무선 유닛의 수신부, 제어 신호 인터페이스, 디지털 IF 및 무선 복조기 회로의 구현을 도시하는 블록도이다.
도 10 은 무선 유닛의 위치를 결정하기 위한 기능 모델을 나타내는 도이다.
도 11 은 검색 윈도우 사이즈 및 시간 영역의 중심의 계산을 나타내는 도이다.
도 12 는 로컬 클록 바이어스의 수정을 도시한 도이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예의 단순화된 블록도이다.
도 14 는 본 발명의 또다른 실시예의 단순화된 블록도이다.
본 발명이 비록 특별한 응용들에 대한 예시적인 실시예들을 참조로하여 이하에 기재되지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 당업자 또는 여기에 개시된 내용에 접근한 사람들은 본 발명이 매우 중요하게 활용될 수 있는 범위 및 부가적인 분야들내에서 부가적인 수정, 응용 및 실시예들을 인식할 것이다.
도 1 은 바람직한 CDMA 셀룰러 전화 시스템 (10) 의 블록도이다. 시스템 (10) 은 기지국 제어기 (BSC) (14) 를 갖는 이동 교환 센터 (MSC) (12) 를 포함한다. 공중 회선 교환 전화망 (PSTN) (16) 은 전화선들 및 다른 망들 (도시되지 않음) 과 MSC (12) 사이에서 호출 (call) 들을 중계한다. MSC (12) 는 PSTN (16) 과 제 1 셀 (22) 및 제 2 셀 (24) 에 각각 결합된 소스 기지국 (18) 및 목표 기지국 (20) 사이에서 호출들을 중계한다. 게다가, MSC (12) 는 기지국들 (18 및 20) 사이에서의 호출들을 중계한다. 소스 기지국 (18) 은 제 1 셀 (22) 내에서 제 1 통신 링크 (28) 을 통하여 호출들이 제 1 이동 유닛 (26) 으로 향하도록 한다. 통신 링크 (28) 은 순방향 연결 (30) 및 역방향 연결 (32) 을 갖는 2 방향 연결이다. 전형적으로, 기지국 (18) 이 이동 유닛 (26) 과 음성 통신을 수립했을때, 연결 (28) 은 트래픽 채널로서 특징지워진다. 비록 각 기지국 (18 및 20) 이 단지 하나의 셀로 연결되지만, 기지국은 종종 여러개의 셀들을 지배하거나 그들에 결합된다.
이동 유닛 (26) 이 제 1 셀 (22) 로부터 제 2 셀 (24) 로 이동할때, 이동 유닛 (26) 은 목표 기지국 (20) 으로 핸드오프된다. 핸드오프는 전형적으로 제 2 셀 (24) 과 겹치는 제 1 셀 (22) 의 중복 영역 (36) 에서 발생한다.
소프트 핸드오프에서, 이동 유닛 (26) 은, 소스 기지국 (18) 을 갖는 제 1 통신 링크 (28) 에 부가하여, 목표 기지국 (20) 을 갖는 제 2 통신 링크 (34) 를 수립한다. 이동 유닛 (26) 이 제 2 셀 (24) 를 통과한 후에, 제 1 통신 링크 (28) 은 약화된다.
하드 핸드오프에서, 통신 링크 (34) 은 수립되지 않는다. 이동 유닛 (26) 이 제 1 셀 (22) 로부터 제 2 셀 (24) 로 이동할때, 소스 기지국 (18) 으로의 연결 (28) 은 약화되고 새로운 연결이 목표 기지국 (20) 에 형성된다.
본 발명은 인터시스템 (intersystem) 하드 핸드오프 및 인트라시스템 (intrasystem) 하드 핸드오프를 포함하는 여러 유형의 하드 핸드오프에 적용된다. 인터시스템 하드 핸드오프는, 시스템 (10) 과 같은 소정의 셀룰러 통신 시스템의 제어하에 동작하는 이동 유닛이 통신 시스템의 유효범위 영역 밖으로 이동하고 인접한 시스템 (도시되지 않음) 으로 핸드오프 될때 발생한다. 인터시스템 하드 핸드오프는, 두 통신 시스템들이 서로 인접하며, 그 이웃하는 시스템이 현재 서비스중인 시스템 (10) 보다 이동 유닛 (26) 으로써 더 잘 서비스할 수 있을때, 사용된다. 이웃하는 시스템 및 서비스중인 시스템 (10) 은 연속적인 서비스 영역들을 가져야만 한다. 인터시스템 핸드오프는 동일한 에어 인터페이스 (air interface) 를 사용하는 두 시스템들 사이에서 또는 두개의 상이한 에어 인터페이스를 사용하는 두 시스템들 사이에서 발생할 수 있다.
인트라시스템 하드 핸드오프는 어떤 기지국들에 할당되어 다중 주파수를 갖는 시스템에서 사용되어, 스펙트럼 자원들을 효율적으로 활용하고 CDMA망의 용량을 증가시킨다. 다중 주파수들은 종종 셀 분할 (cell spliting) 또는 셀 구역화 (cell sectorization) 와 같은 용량 증가의 목적을 가진 다른 방법들에 비해 장점을 제공한다. 인트라시스템 핸드오프는 또한 두개의 상이한 에어 인터페이스를 사용하는 동일한 시스템의 두 네트워크들 사이에서 발생할 수 있다.
다중 주파수 시스템에서, 하드 핸드오프는 이동 유닛이 다중 주파수를 갖는 영역으로부터 보다 적은 주파수를 갖는 영역으로 이동할때 요구된다. 하드 핸 드오프는 또한, 이동 유닛이 서비스 주파수상의 저 부하를 갖는 영역으로부터 서비스 주파수상의 고 부하를 갖는 영역으로 이동할때 및 부하 균형이 요구될때, 요구된다.
도 2 는 본 발명에 따라 구성된 하드 핸드오프를 수행하기 위한 시스템 (40) 의 블록도이다. 본 구체적인 실시예에서, 시스템 (40) 은 기지국 제어기 (14), 기지국 (18) 및 이동 유닛 (26) 을 포함하는 CDMA 통신 시스템을 포함하는 것에 적용된다. 기지국 제어기 (14) 는 위치 데이터베이스 (50) 및 CDMA 상호연결 서브시스템 (54) 과 통신하는 선택기, 즉 선택기 뱅크 서브시스템 (48) 을 포함한다. 시스템 (40) 은, 기지국 트랜시버 (58) 와 이와 통신하는 기지국 위치 탐지 시스템 (56) 을 갖는 기지국 (18) 을 또한 포함한다. 시스템 (40) 은 이동국 트랜시버 (62) 와 이와 통신하는 이동국 위치 탐지 시스템 (60) 을 갖는 이동 유닛 (26) 을 또한 포함한다.
기지국 위치 탐지 시스템 (56) 은 이하에 보다 완전히 설명되는 범용 지구 측위 시스템 (GPS) 장비를 포함하여 이동국 위치 탐지 시스템 (60) 및 GPS 위성들을 통하는 이동 유닛 (26) 의 타겟 셀을 쉽게 해준다. 본 구체적인 실시예 및 이하의 상술로서, 이동국 위치 탐지 시스템 (60) 은 GPS 수신기 및 연결된 컴퓨터 인터페이스를 포함한다.
당업자라면 본 발명의 목적을 위해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 벗어남이 없이 다른 유형의 위치 탐지 기술, 즉 위치 기술이 GPS 위치 기술에 부가하여 또는 이에 대신으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
최상의 모드에서, 기지국 위치 탐지 시스템 (56) 은 에어 인터페이스 연결 (64) 을 통하는 신호 전달 시간에 기초하여 기지국 (18) 으로부터 이동 유닛 (26) 까지의 거리를 계산한다. 이동 유닛 (26) 의 견지에서의 최적의 GPS 위성들에 관한 정보는 기지국 위치 탐지 시스템 (56) 에 의하여 에어 인터페이스 (64) 를 통하여 이동 유닛 (26) 으로 중계된다. 이 정보는 이동 유닛 (26) 에 의해 사용되어 GPS 위성들의 타겟 셀을 쉽게하고, GPS 위성들로부터 이동 유닛 (26) 까지의 거리에 대응하는 이동 유닛 (25) 또는 기지국 (18) 의 거리 정보를 제공한다. 기지국 (18) 과 이동 유닛 (26) 사이의 거리를 활용함에 의해, 기지국 위치 탐지 시스템 (56) 은 이동 유닛 위치 탐지 시스템 (60) 이 부가적인 위성을 위치시켜야하는 필요를 미연에 방지한다.
당업자라면 단지 2개의 GPS 위성들 및 이동 유닛 (26) 과 기지국 (18) 사이의 거리에 관한 정보가 이동 유닛 (26) 의 위치를 2 차원으로 정확히 고정하기 위해 요구된다는 것을 이해할 것이다.
이동 유닛 (26) 의 위치가 기지국 위치 탐지 시스템 (56) 및 이동 유닛 위치 탐지 시스템 (60) 을 통하여 고정된 후에, 위치 정보가 A-인터페이스 연결 (66) 을 통하여 기지국 제어기 (14) 로 중계된다. 위치 정보는 CDMA 상호연결 서브시스템 (54) 에 의해 수신되어 선택기 뱅크 시스템 (48) 으로 중계된다. 선택기 뱅크 서브시스템 (48) 은 소프트웨어를 구동하여, 이동 유닛 (26) 이 핸드오프 영역에 가까운 영역에 대응하는 파일럿 신호들을 식별할때 이동 유닛 (26) 의 위치를 모니터하고, 이 파일럿 식별 정보를 기지국 (18) 에 의해 기지국 제어기 (14) 로 중계한다.
위치 데이터베이스 (50) 는 통신 시스템 유효범위 영역의 지도 정보를 저장하고, 하드 핸드오프 영역의 타겟 셀을 유지시킨다. 이동 유닛 (26) 이 위치 데이터베이스 (50) 를 경유하여 선택기 뱅크 서브시스템 (48) 에 의한 결정으로서 하드 핸드오프 영역에 들어올때, 선택기 뱅크 서브시스템 (48) 은 CDMA 상호연결 서브시스템 (54) 및/또는 보조 서비스 부가물 (supplementary services adjunct) (47) 로 적절한 명령들을 보냄에 의해 하드 핸드오프 절차를 개시한다. 보조 서비스 부가물 (47) 은, CDMA 상호연결 서브시스템 (54) 과 통신하는 호출 제어 프로세서 (49) 와 연결된다. 호출 제어 프로세서 (49) 및 보조 서비스 부가물 (47) 은 기지국 제어기 (14) 와 PSTN 사이에서의 호출들의 중계를 쉽게 해준다. 보조 서비스 부가물 (47) 및 호출 제어 프로세서 (49) 의 구성은 공지 기술이다. 보조 서비스 부가물 (47) 은 본 발명의 기술적 사상에서 벗어남이 없이 표준 이동 교환기로 대체될 수 있다.
하드 핸드오프 절차를 개시하는데 요구되는 명령들은 잘 알려진 공지 기술이다. 하드 핸드 오프 절차들은 이동 유닛 (26) 을 새로운 셀로, 또는 새로운 주파수의 유효범위로, 또는 CDMA 시스템으로부터 아날로그 시스템으로, 또는 새로운 파일럿 오프셋으로 핸드오프한다. 선택기 뱅크 서브시스템 (48), CDMA 상호연결 서브시스템 (54) 및 기지국 제어기 (14) 는 공지 기술이다.
게다가, 이동 유닛 (26) 의 현재 위치와 위치 데이터베이스 (50) 에서의 소정의 핸드오프 영역들을 비교하기 위한 선택기 뱅크 서브시스템 (48) 상에 운영되 는 소프트웨어는 당업자에 의해 쉽사리 개발되고 사용될 수 있다.
선택기 뱅크 (48) 상에서 운영되는 소프트웨어는 기지국 (18) 으로부터 수신되는 위치 정보를 통해 이동 유닛 (26) 의 위치를 모니터하고, 수신되는 위치 정보와 위치 데이터베이스 (50) 에 저장된 위치 정보의 비교를 통하여 핸드오프가 요구되는 시점을 결정한다.
설명의 목적으로, 호출 상세 접근 (call detail access) (55), 홈 (home) 위치 레지스터 (53) 및 기지국 관리기 (52) 가 기지국 제어기 (14) 에서 CDMA 상호연결 서브시스템 (54) 과 연결된 것이 도시된다. 호출 상세 접근 (55) 은 각 이동 유닛 사용자의 요금 기록을 유지하는 것을 도와준다. 기지국 관리기 (52) 는 시스템 (14) 의 전체적인 동작 상태를 모니터한다. 당업자라면 보조 서비스 부가물 (47), 호출 제어 프로세서 (49), 호출 상세 접근 (55), 홈 위치 레지스터 (53) 및 기지국 관리기 (52) 가 시스템 (40) 으로부터 생략되거나 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 벗어남이 없이 다른 회로들로 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일단 기지국 위치 탐지 시스템 (56) 또는 이동국 위치 탐지 시스템 (62) 이, 이동 유닛 (26) 이 천이 영역 (transition area) 에 있고 핸드오프 되려 한다는 것을 탐지하면, 관련되는 타겟 셀 (도 1 의 24) 을 식별하는 것이 요구된다. 특별한 셀 또는 하드 핸드오프를 수신하는 섹터 (sector) 의 식별은 선택기 뱅크 서브시스템 (48) 에 연결된 위치 데이터베이스 (50) 으로부터 유도된다. 위치 탐지 시스템 (56 및/또는 60) 에 의해 보고되는 위치와, 하드 핸드오프 지향성 메세지에서 이웃하는 시스템 또는 타겟 셀로 식별되는 셀 또는 섹터 사이에는 일대일 대응이 존재한다. 이 정보는 위치 데이터베이스 (50) 에 저장되는 정적인 구성 정보로서 간주 된다. 데이터베이스 (50) 는 일정한 기초 또는 필요로되는 기초상에 갱신될 수 있다.
도 3 은 도 2 의 시스템 (40) 이 하드 핸드오프를 실행하는 바람직한 실시예를 설명하는 원거리 통신 유효범위 영역 (70) 의 다이어그램이다. 유효범위 영역 (70) 은 좌측에서 우측으로 제 1 셀 (72), 제 2 셀 (74), 제 3 셀 (76) 및 제 4 셀 (78) 을 포함한다. 제 2 셀 (74) 및 제 3 셀 (76) 아래에는 제 5 셀 (80) 및 제 6 셀 (82) 이 각각 존재한다. 이동 유닛 (26) 이 다른 셀들 (74, 76, 78, 80 및 82) 과 경로를 이루며 제 1 셀 (72) 상에 도시된다.
제 1 셀 (72), 제 2 셀 (74) 및 제 5 셀 (80) 은 제 1 통신 시스템 유효범위 영역 (84) 의 부분이고, 트래픽 채널 통신을 위한 제 1 주파수 (f1) 를 활용한다. 제 3 셀 (76), 제 4 셀 (78) 및 제 6 셀 (82) 은 제 2 통신 시스템 유효범위 영역 (86) 의 부분이다. 제 3 및 제 6 셀 (76 및 82) 은 각각 트래픽 채널 통신을 위하여 제 2 주파수 (f2) 를 활용하고, 반면에 제 4 셀 (78) 은 트래픽 채널 통신을 위하여 제 3 주파수 (f3) 를 활용한다.
제 2 셀 (74) 및 제 5 셀 (80) 은 제 3 셀 (76) 및 제 6 셀 (82) 과, 제 1 유효범위 영역 (84) 과 제 2 유효범위 영역 (86) 사이의 경계 (88) 에서 각각 겹친다. 제 2 셀 (74) 및 제 3 셀 (76) 사이의 겹치는 부분은 제 1 핸드오프 영역 (90) 을 형성하고, 제 5 셀 (80) 및 제 6 셀 (82) 사이의 겹치는 부분은 제 1 핸드오프 영역 (90) 다음의 제 2 핸드오프 영역 (92) 를 형성한다. 제 3 및 제 4 핸드오프 영역들 (94 및 96) 은 제 1 및 제 2 셀들 (72 및 74) 사이의 겹치는 영역들 및 제 3 및 제 4 셀들 (76 및 78) 사이의 겹치는 영역들에서 각기 발생한다.
이동 유닛 (26) 이 제 1 셀 (72) 로부터 제 1 경계 (98) 를 경유하여 제 2 셀 (74) 로 이동할때, 이동 유닛 (26) 은 제 2 셀 (74) 에 대응하는 파일럿 신호를 탐지한다. 도 2 를 참조로하여, 이동 유닛 (26) 이 파일럿 신호들을 탐지할때, 선택기 (48) 는 에어-인터페이스 연결 (64) 및 A-인터페이스 연결 (66) 에 의해 구동된다. 선택기 (48) 는 이동 유닛 위치 탐지 시스템 (60) 및 기지국 위치 탐지 시스템 (56) 의 도움으로 이동 유닛 (26) 의 위치를 트래킹하는 것을 시작한다. 일단 이동 유닛 (26) 이 제 1 또는 제 2 핸드오프 영역들 (90 및 92) 에 각각 들어가면, 선택기 (48) 는 기지국 제어기 (14) 를 통해 하드 핸드오프를 개시한다.
제 1 및 제 2 유효범위 영역들 (84 및 86) 에 대응하는 통신 시스템이 각기 CDMA 시스템일 때, 이동 유닛 (26) 은 제 1 CDMA 주파수 할당 (f1) 으로부터 제 2 CDMA 주파수 할당 (f2) 로 핸드오프된다. 제 1 유효범위 영역 (84) 에 대응하는 기지국 제어기 (14) 는 이동 유닛 (26) 을 제 2 유효범위 영역 (86) 에 대응하는 다른 기지국 제어기 (도시되지 않음) 로 전달한다.
구동 신호 설정은, 이동 유닛 (26) 이 현재 또는 잠재적으로 복조하는 모든 파일럿 신호들을 포함하는 신호들의 설정이다. 만약 전화 (26) 에 의해 사용되는 구동 신호 설정이 제 2 또는 제 5 셀 (74 또는 80) 을 각각, 또는 모두 포함한다면, 선택기 (48) 는 이동 유닛 (26) 을 트래킹하는 것을 시작할 것이고, 이동 유닛 (26) 이 각각 제 1 또는 제 2 핸드오프 영역들 (90 또는 92) 에 진입할 때 하드 핸드오프를 개시할 것이다. 기지국 제어기 (14) 는, 각각 제 1 또는 제 2 핸드오프 영역들 (90 또는 92) 에 있는 이동 유닛 (26) 에 응답하여 선택기 (48) 에 의해 개시되는 새로운 이동 교환 센터 유효범위 영역으로의 핸드오프를 완수시키는 지시들을 포함한다.
제 1 및 제 2 유효범위 영역들 (84 및 86) 은 각각 동일한 CDMA 시스템에 의해 지배받고, 이동 유닛 (26) 은 제 1 CDMA 주파수 할당 (f1) 으로부터 제 2 CDMA 주파수 할당 (f2) 으로 핸드오프된다. 기지국 (18) 은, 선택기 (48) 및 기지국 제어기 (14) 를 통한 핸드오프 개시에 응답하여, 도 4 에 도시된 통신 표준 IS-95A 의 Chapter 7 에 따라 이동 유닛 (26) 으로 Extended Handoff Direction Message 또는 Handoff Direction Message 를 보내게 함으로써 이동 유닛 (26) 으로 하여금 CDMA-to-CDMA 하드 핸드오프를 수행하게 한다. 이러한 메세지들은 기지국들의 잘못된 설정들, 상이한 주파수 할당들 및 상이한 프레임 오프셋들 사이에서 이동 유닛 (26) 의 천이를 쉽게하도록 설계되었다.
Extended Handoff Direction Message 또는 Handoff Direction Message 에서의 특별한 활동 시간에서, 이동 유닛 (26) 은 그의 송신기를 사용하지 못하게 하고, 그의 페이드 (fade) 타이머를 리셋시키고, 트래픽 채널의 관리를 중지하며 할 당된 순방향 트래픽 채널을 동조시킨다. 그러면 이동 유닛 (26) 은 새로운 활동 설정에서 파일럿들을 획득한다. 트래픽 채널의 이동 유닛 획득을 변경시키면, 이동 유닛 (26) 은 새로운 채널로의 송신을 다시 시작한다.
제 1 및 제 2 유효범위 영역들 (84 및 86) 에 대응하는 통신 시스템들이 각각 CDMA 및 아날로그 시스템들일때, 이동 유닛 (26) 은 제 1 CDMA 주파수 할당 (f1) 으로부터 제 2 주파수 할당 (f2) 로 핸드오프 된다. 기지국 (18) 은, 선택기 뱅크 서브시스템 (48) 및 기지국 제어기 (14) 를 경유하는 핸드오프 개시에 응답하여, Analog Handoff Direction Message 를 보냄으로써 이동 유닛 (26) 으로 하여금 CDMA-to-analog 핸드오프를 수행하게 하도록 한다. 만약 이동 유닛 (26) 이 좁은 아날로그 케이퍼빌러티 (capability) 를 가진다면, 기지국 (44) 은 핸드오프를 좁은 아날로그 채널로 돌릴 것이다. 이동 유닛 (26) 은 통신 표준 IS-95A 의 Chapter 6 에 주어진 단계들을 따라서 도 5 에 도시된 바와 같이 하드 핸드오프를 수행한다.
위치 데이터베이스 (50) 는 현재의 하드 핸드오프 영역들 (90, 92, 94 및 96) 의 위치들에 대응하는 정보를 유지한다. 아래의 표 1 은 위치 데이터베이스 샘플의 표이다. 표 1 의 위치 정보의 정확성 및 해결력은 사용된 위치 장소 기술의 정확성에 의존한다. 표 1 은 필드에서 수집된 데이터에 기초하여 구성될 수 있다. 표 1 의 정보는, 통신 서비스 제공자 또는 택시, UPS와 같은 우편 배달서비스 및/또는 피자 또는 꽃 배달 사업과 같은 배달 서비스에 의해 수집된 데 이타를 사용하는 일정한 기초에 의해 갱신될 수 있다.
하드 핸드오프 영역들
위 도 경 도 시스템 1 시스템 2 유 형
32 25 10 -117 10 12 3555 6555 CDMA-아날로그
32 25 12 -117 10 12 3555 6555 CDMA-아날로그
32 25 14 -117 10 12 3555 6555 CDMA-아날로그
32 25 10 -117 10 14 3555 6555 CDMA-아날로그
32 25 12 -117 10 14 3555 6555 CDMA-아날로그
32 25 14 -117 10 12 3555 6555 CDMA-아날로그

시스템 1 및 시스템 2 의 열(列)의 번호는 시스템 식별 (SID) 번호를 나타낸다. 상기 유형의 열은 그의 위치들이 위도 열 및 경도 열에 서술된 관련되는 핸드오프 영역들에서 요구되는 핸드오프의 유형을 묘사한다.
다음의 서술들은 도 2 의 시스템 (40) 에 의해 사용되는 바람직한 위치 탐지 기술의 이해를 돕기위한 목적의 것이다. 당업자라면 본 발명의 기술적 사상에서 벗어남이 없이 다른 위치 탐지 기술들도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 6 은 무선 (CDMA) 통신 시스템의 기지국 (18) 및 무선 유닛의 (26) 동작을 설명하기 위한 도이다. 통신 시스템이 빌딩들 (140) 및 접지 방해물 (150) 에 의해 둘러싸인다. 기지국 (18) 및 무선 유닛 (26) 이 160, 170, 180 및 190 으로 도시된 것과 같은 여러 GPS 위성들을 갖는 GPS (Global Positioning System) 환경에 배치된다. 이러한 GPS 환경들은 잘 알려진 것들이다. 예를 들어 Hofmann-Wellenhof, B. 등의 Second Edition, New York, NY:Springer-Verlag Wien, 1993 의 "GPS Theory and Practice" 에 개시되어 있다. 당업자라면 본 발명이 본 발명의 기술적 사상들에서 벗어남이 없이 GSM (Global System for Mobile Communications) 과 같은 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전형적인 GPS 애플리케이션에 있어서, GPS 수신기가 그의 위치를 결정하기 위해서는 적어도 4 개의 위성들이 요구된다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 단지 3 개의 GPS 위성들 및 무선 유닛 (26) 으로부터 서비스 기지국 (18) 으로의 라운드 트립 (round trip) 지연을 사용하는 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 기지국 (18) 으로의 직접적인 가시거리 (line-of-sight) 가 있는 경우, 단지 2개의 GPS 위성들, 라운드 트립 지연 및 서비스 기지국 (18) 의 알려진 위치가 무선 유닛 (26) 을 위치시키는데 요구된다.
도 7 은 본 발명에 따라 구성된 기지국 (18) 의 단순화된 블록도이다. 도 7 에 도시된 실시예에 따르면, 기지국 (18) 은 종래의 것이다. 대체적인 실시예로서, 기지국 (18) 은 이하에서 명백히 기재된 것으로서 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는 부가적인 기능을 갖는다. 종래의 기지국 (18) 은 CDMA 신호들을 수신하기 위한 수신 CDMA 안테나 (142) 및 CDMA 신호들을 송신하기 위한 송신 CDMA 안테나 (142) 를 포함한다. 안테나 (142) 에 의해 수신된 신호들은 수신기 (144) 로 중계된다. 실제적으로, 수신기 (144) 는 당업자에 있어 명백한 복조기, 디인터리버 (deinterleaver), 디코더 및 다른 회로들을 포함한다. 수신된 신호는 비율 탐지기 (161; rate detector) 가 연결된 적절한 채널로 할당된다. 제어 프로세서 (162) 는 탐지된 신호의 비율을 음성을 탐지하는데 사용한다. 만약 음성이 수신된 프레임에서 탐지되면, 제어 프로세서 (162) 는 수신된 프레임을 스위치 (163) 를 통하여 베코더 (vecoder) (164) 로 스위칭한다. 베코더 (164) 는 다양한 비율로 부호화된 신호를 해독되고, 그에 응답하는 디지털화된 출력 신호를 제공한다. 디지털화된 해독 신호는 D/A 변환기 (165) 및 스피커와 같은 출력 장치 (도시되지 않음) 에 의해 음성으로 변환된다.
마이크 또는 다른 입력 장치 (도시되지 않음) 로부터의 입력 음성은 A/D 변환기 (166) 에 의해 디지털화되고 보코더 (vocoder) (168) 에 의해 부호화된다. 부호화된 음성은 송신기 (169) 로 입력된다. 실제적으로, 송신기 (169) 는 당업자에 있어 명백한 변조기, 인터리버 및 인코더를 포함한다. 송신기 (169) 의 출력은 송신 안테나 (143) 로 공급된다.
종래의 기지국 (18) 은 또한 GPS 안테나 (176), 트랜시버 (174) 및 시간/주파수 유닛 (172) 를 구비한다. 시간/주파수 유닛은 GPS 수신기의 GPS 엔진으로부터 신호들을 수신하고 그들을 사용하여 CDMA 시스템의 적절한 운영을 위한 시간/주파수 참조를 발생시킨다. 따라서 많은 그러한 CDMA 시스템에서, 각 셀 (cell) 지역은, (파일럿 시퀀스, 프레임 및 왈쉬 (Walsh) 함수를 포함하는) 모든 CDMA 전송 시간 임계값이 분배된 GPS 시간 기준 참조를 사용한다. 그러한 시간/주파수 유닛들 및 GPS 엔진은 CDMA 시스템에서 통상적인 것이고 종래 기술에서 잘 알려진 것이다. 종래의 시간/주파수 유닛들은 주파수 펄스들 및 시간 정보를 제공한다. 이와 반대로, 본 발명의 시간/주파수 유닛 (172) 은 바람직하게는 상승각도 (elevation angle), 의사 거리 (pseudo range), 위성 식별 (satellite identification) (즉, 각 위성과 연관된 의사 잡음 (PN) 오프셋) 및 각 위성과 연관된 도플러 천이를 출력하여 무선 유닛 (26) 이 위성들을 포착하는 것을 돕는다. (즉, 위성을 포착하는데 요구되는 시간의 양을 감소시킨다.) 이 정보는 전형적으로 종래의 시간/주파수 유닛들에서 유용하나, 외부 장치들로는 요구되지도 제공되지도 않는다. 시간/주파수 유닛 (172) 에 의해 제공되는 부가적인 정보는 바람직하게는, 종래의 기지국에서 시간/주파수 정보와 관련하여 수행되었던 방식과 동일한 방식으로, 기지국 제어기 (BSC) (도 1 및 도 2 의 14) 로 통신된다.
도 8 은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 유닛 (26) 의 블록도이다. 무선 유닛 (26) 은 바람직하게는 GPS 신호들 뿐아니라 CDMA 송신들을 수신하는 쌍방향 안테나 (192) 를 포함한다. 본 발명의 대체적인 실시예로서, 별도의 안테나들이 GPS 신호, CDMA 신호 및 대체적인 시스템 신호와 같은 다른 신호들을 수신 및 송신하기 위하여 사용될 수 있다. 안테나 (192) 는 바람직하게는 듀플렉서 (194; duplexer) 를 제공한다. 듀플렉서 (194) 는 바람직하게는 수신기 (100) 를 제공하고 바람직하게는 송신기 (200) 를 제공받는다. 시간/주파수 서브시스템 (102) 은 당업자에 있어 명백한 바와 같이, 수신기 (100), 제어 신호 인터페이스 (300) 및 송신기 (200) 을 제공한다. 이득 제어 회로 (104) 는 CDMA 전력 제어를 제공한다.
본 발명의 일 실시예로서, 제어 신호 인터페이스 (300) 는 디지털 신호 프로세서 (DSP) 이다. 다른 방법으로, 제어 신호 인터페이스는 이득 제어 기능을 수행할 수 있는 또다른 회로일 수 있다. 제어 신호 인터페이스 (300) 는 무선 유닛 (26) 을 위해 제어 신호들을 제공한다. 수신기 (100) 는 라디오 주파수 (RF) 하향 변환 및 제 1 스테이지 매개 주파수 (IF) 하향 변환을 제공한다. 디지털 IF 응용 주문형 집적 회로 (ASIC) (400) 는 제 2 스테이지 IF 기저대역 하향 변환, 샘플링 및 A/D 변환을 제공한다. 이동 복조기 ASIC (500) 은 디지털 IF ASIC (400) 으로부터의 디지털 기저대역 데이터를 검색하고 상관 (correlate) 시켜 이하에 보다 상세히 설명될 의사-범위 (pseudo-range) 를 확인한다.
임의의 음성 또는 데이터를 갖는, 의사-범위는 이동 복조기 (500) 를 통하여 디지털 IF 변조기 (400) 로 진행된다. 디지털 IF 변조기 (400) 는 이동 복조기 (500) 로부터 수신된 데이터의 제 1 스테이지 IF 상향 변환을 제공한다. 상기 신호들의 IF 상향 변환 및 RF 상향 변환의 제 2 스테이지는 송신 회로 (200) 에 의해 제공된다. 그러면, 이 신호들은 기지국 (18) 으로 전송되고 이하에 기재된 본 발명의 방법에 따라 처리된다. 무선 유닛 (26) 에 의해 수신되는 의사-범위와 같은 무선 유닛 (26) 과 BSC (14) 사이에서 통신되는 위치 정보는 바람직하게는, Telephone Industry Association 에 의해 발간된 산업 표준 TIA/EIA/IS-637 에 의해 정의되는 SMS (short message service) 와 같은 버스트 (burst) 형 메세지 데이터를 통해 기지국 (18) 로 통신된다. 이러한 메세지들은 기지국 (18) 을 통해 BSC (14) 로 전송된다. 다른 방법으로, 새롭게 정의된 버스트형의 메세지는 무선 유닛 (26) 에 의해 기지국 (10) 으로 전송될 수 있다.
도 9 는 본 발명의 무선 유닛 (26) 의 수신부, 제어 신호 인터페이스, 디지털 IF 및 무선 복조기 회로의 구현을 도시하는 블록도이다. 무선 유닛 (26) 의 송신부는 본질적으로 종래의 무선 유닛의 송신부와 동일하고, 따라서 간략화를 위해 여기에서 설명되지 않는다. 바람직한 실시예로서, 수신기 (100) 는 각각 제 1 및 제 2 경로들 (103 및 105) 로 수행되고, 그들은 듀플렉서 (194) 와 제 1 스위치 (106) 를 통해 연결된다. 당업자라면 양방향 통신 장치 및 GPS 수신기 사이에 보다 더한 집적화가 발생할 수 있을 것이라는 것을 이해할 수 있다. 다른 방법으로, 적절한 인터페이스를 갖는 두개의 별도의 수신기들이 본 발명의 목적을 성취할 수 있다.
제 1 경로 (103) 는 수신된 CDMA 신호들을 하향변환 시키고 종래의 CDMA RF 하향변환된 출력신호를 제공한다. 제 1 경로 (103) 는 저 잡음 증폭기 (108), 제 1 밴드패스 필터 (112), 제 1 혼합기 (118) 및 제 2 밴드패스 필터 (126) 를 포함한다. 제 2 경로 (105) 는 도 6 의 GPS 위성들 (160, 170, 180 및 190) 로부터의 GPS 신호들을 하향변환시킨다. 제 2 경로 (105) 는 제 2 저 잡음 증폭기 (110) 를 포함하고, 제 3 밴드패스 필터 (114) 가 공급된다. 밴드패스 필터 (114) 의 출력은 제 2 혼합기 (120) 로 입력된다. 제 2 혼합기 (120) 의 출력은 제 4 밴드패스 필터 (128) 로 공급된다. 제 1 및 제 2 혼합기들 (118 및 120) 이 각각 제 1 및 제 2 로컬 발진기들 (122 및 124) 에 의해 공급된다. 제 1 및 제 2 발진기들 (122 및 124) 는 듀얼 (dual) 위상 동기 루프 (PLL) (116) 의 제어하에 상이한 주파수들에서 동작한다. 듀얼 PLL 은 각 로컬 발진기들 (122 및 124) 이, 제 1 혼합기 (118) 의 수신된 CDMA 신호 또는 제 2 혼합기 (120) 의 수신된 GPS 신호 둘 중 하나를 하향 변환시키는데 효율적인 기준 신호를 유지하는 것을 보증해준다. 제 2 및 제 4 밴드 패스 필터들 (126 및 128) 은 종래의 설계의 제 1 IF 부 (130) 에 결합된다.
IF 필터부 (130) 의 출력은 디지털 IF ASIC (400) 에서 제 2 스위치 (402) 로의 입력이 된다. 제 1 및 제 2 스위치들 (106 및 402) 은 제어 신호 인터페이스 (300) 의 제어하에 동작하여, 수신된 신호를 제 3 혼합기 (404), 제 5 밴드패스 필터 (406), 자동 이득 제어 회로 (408) 및 A/D 변환기 (410) 에 의한 종래의 CDMA 방식 또는 GPS 처리에서의 음성 또는 데이터 출력 처리로 전환시킨다. 제 3 혼합기 (404) 로의 제 2 입력은 로컬 발진기 출력이다. 혼합기 (404) 는 인가된 신호를 기저대역으로 변환시킨다. 필터되고 이득 제어된 신호는 A/D 변환기 (410) 로 공급된다. A/D (410) 의 출력은 동상 (in-phase) 소자들의 제 1 디지털 흐름 (I) 및 직교 (quadrature) 소자들의 제 2 디지털 흐름 (Q) 을 포함한다. 이러한 디지털화된 신호들은 디지털 신호 프로세서 (520) 로 공급되고, 디지털 신호 프로세서 (520) 는 GPS 신호를 처리하고 위치 결정이 요구되는 의사-범위 정보를 출력시킨다.
본 발명의 대체적인 실시예로서, 두 밴드패스 필터들 (126 및 128) 로 부터의 출력들이 기저대역 응용 주문형 집적 회로 (ASIC) 로 공급되는데, 이 기저대역 ASIC 은 기저대역 필터들 (126 및 128) 로부터의 IF 주파수 신호 출력을 기저대역으로 디지털적으로 변환시키고, 직교 및 동상의 기저대역 신호들을 나타내는 디지털값들의 흐름을 출력한다. 그러면 이러한 신호들은 탐색기 (searcher) 로 인가된다. 탐색기는 본질적으로 CDMA 복조기에서 사용되는 종래의 탐색기와 동일하다. 그러나, 바람직하게 사용되는 탐색기는, 기지국으로부터 전송된 CDMA 신호들과 관련된 PN 코드 또는 GPS 위성들과 관련된 PN 코드 둘 중 하나를 검색하게 프로그램되어 있다. 탐색기는 기지국으로부터 CDMA 신호들을 수신할때 CDMA 채널들을 구별하고, GPS 모드에서 수신된 GPS 신호들이 송신된 GPS 위성을 결정한다. 또한, 일단 GPS 신호들이 얻어지면, 탐색기는 종래의 방식에서 본질적인 PN 코드와 관련된 시간 오프셋을 지시하여, 신호들이 수신되는 위성들과 관련된 의사 거리를 결정한다.
도 9 에 도시된 것과 같은 이중 변환 프로세스 (double conversion process) 또는 대신으로, 단일 변환 (single conversion) 및 IF 샘플링 기술이 요구되는 I 및 Q 샘플들을 생산하는데 사용될 수 있다는 것은 당업자에 있어 명백한 것이다. 또한, 도 9 에 도시된 실시예의 구조는 본 발명의 동작에 영향을 끼치지 않는 많은 방식으로 변경이 가능하다. 예를 들어, 종래의 프로그램가능한 프로세서가 도 9 에 도시된 DSP 대신에 사용될 수 있다. 만약 시스템을 통하는 데이터의 흐름의 비율이 버퍼를 요하지 않는 것이라면, 메모리 (510) 는 요구되지 않을 수 있다. 밴드패스 필터 (406) 및 자동 이득 제어 회로 (408) 는, 디지털 기술 또는 아날로그 기술을 사용하여 수행되거나, 또는 다르게 변경되는 어떤 조건들하에서 생략될 수 있다. 도 9 에 도시된 구조의 많은 다양한 변화들이 본 발명을 변경함이 없이 이루어질 수 있다. 게다가, 대체적인 실시예는 GPS 및 무선 수신기 사이의 하드웨어 및 소프트웨어 자원의 공유를 보다 늘리거나 줄일 수 있다는 것이 주목되어져야 한다.
도 10 은 본 발명을 포함하는, 통신 시스템의 소자들의 하이-레벨 블록도이다. 동작시에, 본 발명의 진보성있는 방법으로서, BSC (14) 는 기지국 (10) 내의 제어 프로세서 (162) (도 7) 로부터 GPS 정보를 요청한다. 이 정보는 GPS 트랜시버 (174) (도 7) 에 의해 관찰되는 특정 시간에서의 현재의 위성들의 정보, 즉 그들의 상승 각도, 도플러 천이 및 의사 거리를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 기지국 (18) 에서의 GPS 수신기는, 항상 보이는 모든 위성들을 트래킹하기 때문에, 보이는 각 위성의 위치, 주파수 및 PN 오프셋에 대한 갱신된 정보를 갖는다는 것에 주목해야 한다. 대체적으로, 기지국 (18) 은 무선 유닛 (26) 에 의해 보여지는 위성들의 부분집합에 대응하는 데이터를 보낼수 있고, 기지국 (18) 은 둘러싸는 빌딩들의 높이 및 거리의 폭에 관한 정보를 저장한다고 가정한다. 즉, 만약 기지국 (18) 이 무선 유닛이 하나 이상의 위성들의 방해적인 전망을 갖는 것을 결정하는 능력을 갖는다면, 기지국 (18) 은 방해되는 위성들에 관한 정보를 보낼 수 없을 것이다.
종래의 GPS 수신기는 위성 신호들이 수신기의 내부 GPS 클록에 관해 수신되는 시간들에 주목해야 한다. 그러나, 수신기의 내부 GPS 클록은 "트루(true)" GPS 시간으로 정확히 동기화되지는 않는다. 따라서, 수신기는 위성 신호들이 수신되는 "트루" GPS 시간의 정확한 순간을 알 수 없다. 후에, 네비게이션 알고리즘이 제 4 의 위성을 사용함으로써 이 에러를 수정한다. 즉, 만약 수신기내의 클록이 각 위성에서의 클록과 정확히 동기화되어 있지 않다면, 종래의 GPS 수신기는 수신기의 위치를 정확히 결정하는데 단지 3 개의 위성들을 필요로할 것이다. 그러나, 수신기 클록이 위성의 클록과 정확히 동기화되어 있지 않기 때문에, 부가적인 정보가 요구된다. 이 부가적인 정보는 수신기에 의해 수신되는 제 4 의 위성의 신호의 시간을 주목함으로써 제공받을 수 있다. 이는 4 개의 방정식들 (즉, 각 4 개의 위성들과 관련된 하나의 방정식) 및 구해져야 하는 4 개의 미지수들 (즉, 수신기의 x, y, z 좌표 및 수신기 클록의 에러) 이 존재함을 주목함에 의해 이해될 수 있다. 따라서, 3차 방정식의 풀이를 위해, 적어도 4개의 상이한 위성들로부터의 적어도 4 이상의 측정값들이 종래의 GPS 수신기에서 요구된다.
이와는 반대로, 본 발명은 트루 GPS 시간에 동기화된 접지-기반 스테이션을 활용한다. 일 실시예로서, 이 스테이션은 CDMA 기지국이다. 당업자라면 CDMA 기지국들이 GPS 시간으로 동기화된다는 것이 이해될 것이다. 또한, CDMA 프로토콜을 사용하는 이러한 CDMA 기지국들을 통해 통신하는 모든 무선 유닛들은 또한 각 무선 유닛 (26) 에 고유한 오프셋 GPS 시간으로 동기화된다. 시간내의 오프셋은 기지국 안테나로부터 무선 유닛 안테나로의 라디오 신호의 전파에 의한 한 방향의 지연과 동등하다. 이는 무선 유닛이 그의 클록을 GPS 시간의 기지국으로부터의 지시를 수신함에 의해 동기화 한다는 사실에 기인한다. 그러나, 상기 지시가 상기 무선 유닛에 도달하는 시간에 의해, 상기 지시는 신호가 기지국으로부터 무선 유닛으로 이동하는 동안 발생된 전파 지연과 동일한 양의 에러가 된다. 이 전파 지연은 기지국과 무선 유닛 사이에서 신호가 라운드-트립을 하는데 얼마나 오래 걸리는지를 측정함에 의해 결정된다. 한 방향의 지연은 라운드 트립 지연의 절반과 동등하다. 라운드 트립 지연의 측정을 위한 많은 방법들이 당업자에 있어 유용하다.
또한, 기지국 (18) 과 무선 유닛 (26) 사이의 거리는 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는데 도움이 되게 사용될 수 있다. 그러므로, 기지국 (18) 과 무선 유닛 (26) 사이의 직접적인 가시 거리 (LOS ; line-of-sight) 의 경우, 단지 2개의 위성 거리 측정들 및 하나의 기지국 거리 측정이 요구된다. 서비스중인 기지국과 무선 유닛 사이에 직접적인 LOS 가 없는 경우, 3개의 위성 측정들과 하나의 라운드 트립 지연 측정이 3차원의 위치를 계산하는데 요구된다. 여분의 위성 측정이 다중경로에 의해 기인하는 부가적인 지연에 의해 도입된 부가적인 거리를 수정하는데 요구된다. 라운드 트립 지연은 무선 유닛에서의 클록 에러 (바이어스) 를 수정하는데 사용된다.
여기에 기재된 시스템은, 무선 유닛 (26) 이 CDMA 네트워크의 라디오 유효범위 영역내에 있는한 및 CDMA 네트워크상에 충분한 질의 서비스가 존재하는 한, 임의의 시간에서 무선 위치 함수 (19; WPF) (도 10) 를 활용하여 결정되는 유효 CDMA 무선 유닛의 위치를 허용한다. 무선 유닛의 위치를 결정하는 프로세스는 무선 유닛 (26), 네트워크 또는 외부적인 실재 (entity), 내부적인 위치 애플리케이션 (ILA) (17), 외부적인 위치 애플리케이션 (ELS) (15), 또는 긴급 서비스 애플리케이션 (ESA) (13) 에 의해 개시될 수 있다. 각 소자들 (13, 15, 및 17) 은 위치 정보를 요청 및/또는 수신할수 있는 하드웨어 또는 소프트웨어 둘 중 하나일 수 있다. 일 실시예로서 ILA (17) 는, 운영자가 직접 무선 유닛 (26) 에 관한 위치 정보를 요청 및 수신하도록 허락하는 BSC (14) 에 결합된 단자이다. 대신으로, ILA (17) 은 MSC (12) 내의 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 애플리케이션이다.
WPF (19) 는 바람직하게는 무선 유닛으로부터 및 위성들로부터 수신된 가공되지 않은 데이터 (즉, 두 위성들로부터의 의사 거리들, 무선 유닛으로부터 기지국 및 시간 수정 요소로의 거리) 를 받아들이고 무선 유닛의 위치를 계산하는 능력을 가진 종래의 프로그램 가능한 프로세서이다. 그러나, 수신되는 정보 및 위치 결정 출력에 기초한 무선 유닛 (26) 의 위치를 계산하는데 요구되는 정보를 수신하는 능력을 가진 임의의 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, WPF (19) 는 ASIC, 이산 논리 회로, 상태 (state) 기계 또는 (BSC (14) 와 같은) 또다른 네트워크 장치내의 소프트웨어 애플리케이션으로서 구현될 수 있다. 또한, WPF (19) 는 기지국 (10), BSC (14) 의 내부에 또는 MSC (12) 의 어딘가에 위치될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 바람직하게, WPF (19) 는 BSC (14) 와 통신하는 전용 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 애플리케이션이다. 따라서, 기지국 (10), BSC (14) 및 MSC (12) 는 종래의 소자들을 갖고 본 발명을 수행하기 위해 심각한 수정을 요하지는 않는다. 다른 방법으로, WPF (19) 는 BSC (14) 내의 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 애플리케이션이다. WPF (19) 는 바람직하게는 종래의 BSC들과 결합된 프로세서들에 의해 수행되는 종래의 요금계산 기능, 관리 기능, 홈 위치 등록/방문자 위치 등록 기능 및 다른 보조적인 기능들에 의해 사용되는 것과 유사한 통신 포트를 통해 BSC (14) 와 통신한다.
위치를 계산하는데 사용되는 알고리즘이 Parkinson, B.W., and Spilker, J.J. 의 Global Positioning System: Theory and Applications, Volume. I, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., Washington DC, 1996 에서 제공된다. 또한, Volume. II 는 차동 GPS 수정을 수행하는 방법을 알려준다는 것을 주목해야 한다. 당업자라면 그러한 수정이 무선 유닛의 위치를 정확히 계산하기 위해서 WPF (19) 에 의해서 수행어야만 한다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 서비스 제공자는 케이퍼빌러티, 보안, 서비스 프로파일 등등에 기초하여 위치 서비스를 제한할 수 있다. 위치 서비스들은 다음의 서비스들의 각각 또는 몇몇 부분집합을 지원할 수 있다:
(1) 위치 설정 요청이 시작되는 무선 유닛 (WPF)
(2) 위치 설정 요청이 시작되는 네트워크 (NRP)
(3) 서비스 순간 마다 허락되는 위치 (PSI): 무선 유닛은 특정한 서비스를 이송하기 위한 목적으로 유닛을 위치시키는 외부 애플리케이션 일시 허가를 제공한다.
(4) 무선 유닛 식별을 갖는/갖지않는 위치 (PWI/PWO): 모든 무선 유닛들을 정의된 지역적 영역에 위치시킨다. PWI는, PWO 가 단지 그들의 위치를 제공할때, 이 유닛들의 아이덴터티 (identity) 와 위치를 제공할 것이다.
(5) 폐그룹내의 위치 (PCG): 위치화를 위한 특별한 권리들이 결정될 수 있는 그룹들의 창조를 허락한다. (플릿 (fleet) 관리)
위치 설정 서비스의 유형
개시자/주기성 요구에 의해 (단일/다중 순간들) 주기적으로 이벤트 트리거 (event trigger)
무선 유닛 WPF, PSI, PCG WPF, PCG WPF
네트워크 PWO PWO NRP/PWO
외 부 PWO, PWI, PCG, PSI PWO, PWI, PCG

무선 유닛 (26) 이 결정될 무선 유닛 (26) 의 위치에 대한 요청에 유래하는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 무선 유닛 (26) 은 위치 설정 요청을 MSC (12) 로 보낸다. MSC (12) 는 상기 요청을 확인하여 무선 유닛 (26) 이 요청된 서비스의 유형에 가입하게 해준다. 그러면 MSC (12) 는 요청을 서비스중인 BSC (14) 로 보내, 무선 유닛 (26) 의 위치를 발견한다. BSC (14) 는 서비스중인 기지국 (18) 으로 위치 도움 정보를 요구한다. 서비스중인 기지국 (26) 은 보이는 위성들의 리스트, 그들의 도플러 천이, 도플러 변화의 비율, 그들의 의사-범위, 그들의 상승 각도, 그들의 신호대 잡음비 (SNR) 및 무선 유닛과 서비스중인 기지국사이의 라운드 트립 지연 (RTD) 을 보냄에 의해 요청에 응답한다. 기지국 (18) 내의 GPS 수신기 (174) 는 연속적으로 보이는 위성들을 트래킹하여 이러한 파라미터들에 대한 갱신된 정보를 가질 수 있다. BSC (14) 는 RTD, 의사-범위, 위성 상승 각도, 도플러 천이 및 각 위성의 도플러 변화 비율을 사용하여 다음의 (도 11 에 또한 도시된) 시간 및 주파수 양자에서의 탐색 윈도우 센터 및 탐색 윈도우 사이즈를 계산한다.
시간 영역에서, i 번째 공간 차량 ("SVi") 을 위한 탐색 윈도우의 중심은 서비스중인 기지국 (18) 과 도 11 의 SVi,＿b 사이의 의사-범위와 동등하다. SVi 를 위한 검색 윈도우 사이즈는 라운드 트립 지연 시간 cos(＿i) 와 동등한데, 여기에서 cos(＿i) 는 지구의 중심에서 기원하고 수신기를 통과하는 반경을 갖는 위성의 상승 각도의 코사인값이다.
주파수 영역에서, SVi 를 위한 검색 윈도우의 중심은 f0 + fdi 와 동일한데, f0 는 GPS 신호의 캐리어 주파수와 동등하고, fdi 는 SVi 에 의해 송신된 신호의 도플러 천이와 동일하다. SVi 를 위한 검색 윈도우 사이즈는 수신기 주파수 에러 및 도플러 변화율에 기인한 주파수의 불확실성과 동일하다. BSC (14) 는 보이는 위성들, 검색 윈도우 중심, 사이즈, 시간 및 주파수 양자 및 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는데 요구되는 위성들의 최소 갯수를 포함하는 정보를 전송한다.
일 실시예에 따라, 무선 유닛 (26) 으로의 메세지는 무선 유닛 (26) 에서의 재동조 신호를 트리거할 것이다. 상기 메세지는 또한 "동작 시간" (수신기가 GPS 수신기 주파수로 재동조할때 미래의 특정 시간) 을 가질 수 있다. 응답으로서, 무선 유닛 (26) 은 동작 시간 (도 9) 에서 제 1 및 제 2 스위치들 (106 및 402) 을 구동시키고 그럼으로써 그 자신을 GPS 주파수로 재동조한다. 디지털 IF ASIC (400) 은 자신의 PN 발생기 (도시되지 않음) 를 GPS 모드로 변화시키고 모든 특정한 위성들을 검색하기 시작한다.
일단 무선 유닛 (26) 이 요구되는 위성들의 최소 숫자를 획득하면, 무선 유닛 (26) 은 무선 유닛 (26) 내에서의 GPS 클록에 기초한 의사-범위를 계산하고, 통신 시스템 주파수로 재동조시키며, 제 1 및 제 3 위성들의 신호대 잡음비의 측정과 더불어 의사-범위 결과와 BSC (14) 로의 가장 최근의 CDMA 파일럿 검색 결과를 보낸다. 파일럿 검색 결과들은 만약 유닛이 3 개의 위성들을 획득할 수 없고 서비스하는 기지국과 무선 유닛 (26) 사이에 직접적인 가시 경로가 없는 경우에 요구된다. 그럼에도 불구하고, 또다른 기지국과 같은 또다른 장치로부터의 라운드 트립이 파일럿 검색 정보와 같은 유용한 정보를 사용하여 계산될 수 있는 한, 3 개 보다 적은 위성들이 사용될 수 있다. 파일럿 검색 정보에 기초하여 라운드 트립 지연을 결정하는 기술은 공지의 것이다.
BSC (14) 는 무선 유닛 (26) 에 의해 만들어진 의사-범위 측정들을, 서비스중인 기지국 (10) 의 위치, 대응하는 라운드 트립 지연 측정, (고정의, 소정의 기준을 참조하는) 고려하의 위성의 위치 (공간) 및 WPF (19) 로의 무선 유닛 (26) 의 위치가 계산되는 차동 GPS의 수정을 전송한다. BSC (14) 에 의해 무선 유닛 (26) 으로부터 수신되고 WPF (19) 로 진행하는 의사-범위는 무선 유닛 (26) 의 클록과 관계있다. 따라서, 그들은 잘못된 것이다. (즉, 서비스중인 기지국 (BTS) (18) 과 무선 유닛 (26) 사이의 라운드 트립 지연에 의해 바이어스된다.) 도 12 는 WPF (19) 가 로컬 클록 바이어스를 위해 수정하는 것을 보여주는 도이다. 도 12 에서, d1 은 기지국 (18) 로부터 무선 유닛 (26)으로 및 그 역의 의사-범위 (라운드 트립 지연의 절반) 를 나타내며, pm1, pm2 및 pm3 는 무선 유닛으로부터 제 1, 제 2 및 제 3 선택된 위성들 (160, 170 및 180) 을 각각 나타낸다. 이러한 측정들은 무선 유닛 (26) 의 로컬 클록과 관련하여 측정된다. 그러나 로컬 클록이 d1 에 의한 트루 GPS 로부터의 오프셋때문에, 수정된 의사-범위들은 다음과 같다.
p1 = pm1 + d1
p2 = pm2 + d1
p3 = pm3 + d1
WPF (19) 는 상기 3 개의 방정식을 사용하고, 3 개의 위성들의 위치 (공간), 서비스중인 기지국의 위치 및 대응하는 RTD 측정들을 사용하여 무선 유닛 (26) 의 위치를 계산한다. RTD 를 아는 것이 트루 GPS 시간과 관계있는 무선 유닛의 로컬 클록 바이어스를 정확히 아는 것과 동등하다는 것에 주목해야 한다. 즉, 3개의 위성들로부터 3개의 거리 방정식을 충분히 풀수 있다는 것이다.
만약 무선 유닛 (26) 과 기지국 (18) 사이의 거리가 무선 유닛 (26) 과 기지국 (10) 사이의 RTD 로부터 직접 결정될 수 있는 것과 같이, 무선 유닛 (26) 과 기지국 (10) 사이에 직선으로된 가시적인 연결 라인이 있다면, 요구되는 위성들의 최소의 수는 둘로 줄어들 수 있다는 것에 또한 주목해야 한다. 만약 다른 파일럿들 (지역들) 에 대한 정보가 유용하다면, 이 위성들의 수는 더 감소될 수 있다. 예를 들어, 만약 무선 유닛 (26) 이 둘이상의 기지국들 (예를 들어 소프트 핸드오프) 과 통신하면, 둘 중 어느것도 무선 유닛 (26) 과의 직접적인 라인을 갖지 못하고, 하나 이상의 라운드 트립 지연이 계산될 수 있고, 그러면 두개의 위성들이 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는데 필요로되는 모든 것이 된다. 즉, 계산들은 (2개의 위성들과 연관된 2개의 의사 거리 측정들과 관련된 2개의 방정식들, 2개의 기지국 RTD 측정과 관련된 2개의 방정식들 및 무선 유닛 (26) 내에서 로컬 클록이 트루 GPS 시간과 동기화하는 것을 허용하기 위한 작용하는 기지국의 RTD와 관련된 1개의 방정식의) 5개의 방정식에 기초하게 된다. 이는 GPS 위성들이 빌딩들 또는 나무들에 의해 막혀지고 그늘진다는 가정을 하면 매우 유용하다. 또한, 이는 GPS 위성들을 위한 검색 시간을 줄인다. WPF (19) 는 계산된 위치를 BSC (14) 로 보내고, 이 BSC (14) 는 이 위치를 MSC (12) 로 또는 직접 무선 유닛 (26) 으로 보낸다.
또다른 실시예에 따라서, 위치 정보는, 고정된 무선 전화기 (예를 들어 무선 로컬 루프 전화기, 데이터 모뎀, 무선 전화 모뎀이 달린 컴퓨터 또는 시스템상에서 통신할 수 있는 임의의 다른 무선 통신 장치) 와 같이 단자가 이동하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에 따라, 도 13 에 도시된 바와 같이, 만약 단자가 수백 피트보다 더 이동한다면, MS (26), BTS (18), BSC (14) 및 MSC (12) 내의 호출 프로세서 (212) 는 호출들을 전화기로부터 또는 전화기로 처리할 수 없다. 호출 프로세서 (212) 는 메모리 (216) 로부터 초기 위치 정보를 수신하고, 초기 위치 정보를 위치 정보 시스템 (210) 에 의해 결정되는 현재의 단자의 위치와 비교하며, 현재의 위치와 초기의 위치 사이의 거리를 결정하고, 거리가 소정의 저장된 거리내인지 결정하며, 단자가 충분히 초기 위치와 가깝지 않은 종래의 인증 프로세서 (214) 를 가리키는 능력을 가진 임의의 범용 컴퓨터이다. 그러면 인증 프로세서 (214) 는 단자가 호출을 하는 것이 인증된 것인지를 결정한다. 인증 프로세서 (214) 는 호출 프로세서 (212) 로부터 정보를 수신하고, 호출이 완료되는 것을 방지할 수 있는 능력을 갖는 임의의 범용 프로세서일 수 있다. 인증 프로세서들은 공지의 기술이고, 보통 호출자가 비용지불의 목적으로 등록된 시스템의 사용자라는 것을 보장하는데 사용된다. 하나의 그러한 실시예로서, 이 프로세스는 호출을 인가하기에 앞서 발생한다. 또다른 실시예로서, 호출 프로세서 (212) 는 단자의 위치를 모니터하여 단자가 초기의 위치로부터 소정의 거리 이상 이동하지 않았다는 것을 보장한다. 이것은 서비스의 제공자가 고객이 이동 서비스를 위한 것보다 더 적은 고정 서비스에 지불하는 지불 구조를 갖는 것으로서 매우 유용하다.
또다른 실시예로서, 서비스 제공자는 시스템 내의 다른 위치들에서의 고객들을 위해 상이한 비율로 요금을 부과하기를 바랄지도 모른다. 현재의 계획은 다른 지불 정보를 보충하는 것에 사용될 수 있어, 요금이 하루 중 시간, 일주일 중 일수는 물론 시스템 내의 단자의 위치에 기초하여 결정된다. 따라서, 위치 설정 시스템 (210) 은 요금계산 프로세서 (218) 에 연결된 단자의 위치를 결정하는데 사용된다. 요금계산 프로세서 (218) 는 위치 설정 시스템 (210) 으로부터 단자의 위치에 관한 정보를 수신한다. 또한, 요금계산 프로세서 (218) 는 단자의 위치에 기초하여 요금 비율을 결정하는데 사용되는 메모리 (220) 로부터의 정보를 수신한다. 그러면 요금계산 프로세서 (218) 는, 통신 서비스가 메모리 (220) 로부터 제공된 정보를 사용하는 단자의 위치 및 상기 위치 설정 시스템에 의해 제공되는 위치 정보에 기초하여 요금이 부과되는 것과 같은, 요금 비율을 결정한다.
본 발명은 특별한 응용을 위하여 구체적인 실시예를 참조로하여 기재되었다. 당업자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 부가적인 수정, 응용 및 다른 실시예가 가능하다는 것을 인식할 것이다.
따라서, 첨부되는 청구항들은 본 발명의 범위내의 모든 그러한 응용, 수정 및 실시예들을 포함하도록 의도되었다.
시스템 1 및 시스템 2 의 열(列)의 번호는 시스템 식별 (SID) 번호를 나타낸다. 상기 유형의 열은 그의 위치들이 위도 열 및 경도 열에 서술된 관련되는 핸드오프 영역들에서 요구되는 핸드오프의 유형을 묘사한다.
다음의 서술들은 도 2 의 시스템 (40) 에 의해 사용되는 바람직한 위치 탐지 기술의 이해를 돕기위한 목적의 것이다. 당업자라면 본 발명의 기술적 사상에서 벗어남이 없이 다른 위치 탐지 기술들도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 6 은 무선 (CDMA) 통신 시스템의 기지국 (18) 및 무선 유닛의 (26) 동작을 설명하기 위한 도이다. 통신 시스템이 빌딩들 (140) 및 접지 방해물 (150) 에 의해 둘러싸인다. 기지국 (18) 및 무선 유닛 (26) 이 160, 170, 180 및 190 으로 도시된 것과 같은 여러 GPS 위성들을 갖는 GPS (Global Positioning System) 환경에 배치된다. 이러한 GPS 환경들은 잘 알려진 것들이다. 예를 들어 Hofmann-Wellenhof, B. 등의 Second Edition, New York, NY:Springer-Verlag Wien, 1993 의 "GPS Theory and Practice" 에 개시되어 있다. 당업자라면 본 발명이 본 발명의 기술적 사상들에서 벗어남이 없이 GSM (Global System for Mobile Communications) 과 같은 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전형적인 GPS 애플리케이션에 있어서, GPS 수신기가 그의 위치를 결정하기 위해서는 적어도 4 개의 위성들이 요구된다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 단지 3 개의 GPS 위성들 및 무선 유닛 (26) 으로부터 서비스 기지국 (18) 으로의 라운드 트립 (round trip) 지연을 사용하는 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 기지국 (18) 으로의 직접적인 가시거리 (line-of-sight) 가 있는 경우, 단지 2개의 GPS 위성들, 라운드 트립 지연 및 서비스 기지국 (18) 의 알려진 위치가 무선 유닛 (26) 을 위치시키는데 요구된다.
도 7 은 본 발명에 따라 구성된 기지국 (18) 의 단순화된 블록도이다. 도 7 에 도시된 실시예에 따르면, 기지국 (18) 은 종래의 것이다. 대체적인 실시예로서, 기지국 (18) 은 이하에서 명백히 기재된 것으로서 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는 부가적인 기능을 갖는다. 종래의 기지국 (18) 은 CDMA 신호들을 수신하기 위한 수신 CDMA 안테나 (142) 및 CDMA 신호들을 송신하기 위한 송신 CDMA 안테나 (142) 를 포함한다. 안테나 (142) 에 의해 수신된 신호들은 수신기 (144) 로 중계된다. 실제적으로, 수신기 (144) 는 당업자에 있어 명백한 복조기, 디인터리버 (deinterleaver), 디코더 및 다른 회로들을 포함한다. 수신된 신호는 비율 탐지기 (rate detector) (161) 가 연결된 적절한 채널로 할당된다. 제어 프로세서 (162) 는 탐지된 신호의 비율을 음성을 탐지하는데 사용한다. 만약 음성이 수신된 프레임에서 탐지되면, 제어 프로세서 (162) 는 수신된 프레임을 스위치 (163) 를 통하여 베코더 (vecoder) (164) 로 스위칭한다. 베코더 (164) 는 다양한 비율로 부호화된 신호를 해독되고, 그에 응답하는 디지털화된 출력 신호를 제공한다. 디지털화된 해독 신호는 D/A 변환기 (165) 및 스피커와 같은 출력 장치 (도시되지 않음) 에 의해 음성으로 변환된다.
마이크 또는 다른 입력 장치 (도시되지 않음) 로부터의 입력 음성은 A/D 변환기 (166) 에 의해 디지털화되고 보코더 (vocoder) (168) 에 의해 부호화된다. 부호화된 음성은 송신기 (169) 로 입력된다. 실제적으로, 송신기 (169) 는 당업자에 있어 명백한 변조기, 인터리버 및 인코더를 포함한다. 송신기 (169) 의 출력은 송신 안테나 (143) 로 공급된다.
종래의 기지국 (18) 은 또한 GPS 안테나 (176), 트랜시버 (174) 및 시간/주파수 유닛 (172) 를 구비한다. 시간/주파수 유닛은 GPS 수신기의 GPS 엔진으로부터 신호들을 수신하고 그들을 사용하여 CDMA 시스템의 적절한 운영을 위한 시간/주파수 참조를 발생시킨다. 따라서 많은 그러한 CDMA 시스템에서, 각 셀 (cell) 지역은, (파일럿 시퀀스, 프레임 및 왈쉬 (Walsh) 함수를 포함하는) 모든 CDMA 전송 시간 임계값이 분배된 GPS 시간 기준 참조를 사용한다. 그러한 시간/주파수 유닛들 및 GPS 엔진은 CDMA 시스템에서 통상적인 것이고 종래 기술에서 잘 알려진 것이다. 종래의 시간/주파수 유닛들은 주파수 펄스들 및 시간 정보를 제공한다. 이와 반대로, 본 발명의 시간/주파수 유닛 (172) 은 바람직하 게는 상승각도 (elevation angle), 의사 거리 (pseudo range), 위성 식별 (satellite identification) (즉, 각 위성과 연관된 의사 잡음 (PN) 오프셋) 및 각 위성과 연관된 도플러 천이를 출력하여 무선 유닛 (26) 이 위성들을 포착하는 것을 돕는다. (즉, 위성을 포착하는데 요구되는 시간의 양을 감소시킨다.) 이 정보는 전형적으로 종래의 시간/주파수 유닛들에서 유용하나, 외부 장치들로는 요구되지도 제공되지도 않는다. 시간/주파수 유닛 (172) 에 의해 제공되는 부가적인 정보는 바람직하게는, 종래의 기지국에서 시간/주파수 정보와 관련하여 수행되었던 방식과 동일한 방식으로, 기지국 제어기 (BSC) (도 1 및 도 2 의 14) 로 통신된다.
도 8 은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 유닛 (26) 의 블록도이다. 무선 유닛 (26) 은 바람직하게는 GPS 신호들 뿐아니라 CDMA 송신들을 수신하는 쌍방향 안테나 (192) 를 포함한다. 본 발명의 대체적인 실시예로서, 별도의 안테나들이 GPS 신호, CDMA 신호 및 대체적인 시스템 신호와 같은 다른 신호들을 수신 및 송신하기 위하여 사용될 수 있다. 안테나 (192) 는 바람직하게는 듀플렉서 (duplexer) (194) 를 제공한다. 듀플렉서 (194) 는 바람직하게는 수신기 (100) 를 제공하고 바람직하게는 송신기 (200) 를 제공받는다. 시간/주파수 서브시스템 (102) 은 당업자에 있어 명백한 바와 같이, 수신기 (100), 제어 신호 인터페이스 (300) 및 송신기 (200) 을 제공한다. 이득 제어 회로 (104) 는 CDMA 전력 제어를 제공한다.
본 발명의 하나의 실시예로서, 제어 신호 인터페이스 (300) 는 디지털 신호 프로세서 (DSP) 이다. 대신으로, 제어 신호 인터페이스는 이득 제어 기능을 수 행할 수 있는 또다른 회로일 수 있다. 제어 신호 인터페이스 (300) 는 무선 유닛 (26) 을 위해 제어 신호들을 제공한다. 수신기 (100) 는 라디오 주파수 (RF) 하향 변환 및 제 1 스테이지 매개 주파수 (IF) 하향 변환을 제공한다. 디지털 IF 응용 주문형 집적 회로 (ASIC) (400) 는 제 2 스테이지 IF 기저대역 하향 변환, 샘플링 및 A/D 변환을 제공한다. 이동 복조기 ASIC (500) 은 디지털 IF ASIC (400) 으로부터의 디지털 기저대역 데이터를 검색하고 상관 (correlate) 시켜 이하에 보다 상세히 설명될 의사-거리 (pseudo-range) 를 확인한다.
임의의 음성 또는 데이터를 갖는, 의사-거리는 이동 복조기 (500) 를 통하여 디지털 IF 변조기 (400) 로 진행된다. 디지털 IF 변조기 (400) 는 이동 복조기 (500) 로부터 수신된 데이터의 제 1 스테이지 IF 상향 변환을 제공한다. 상기 신호들의 IF 상향 변환 및 RF 상향 변환의 제 2 스테이지는 송신 회로 (200) 에 의해 제공된다. 그러면, 이 신호들은 기지국 (18) 으로 전송되고 이하에 기재된 본 발명의 방법에 따라 처리된다. 무선 유닛 (26) 에 의해 수신되는 의사-거리와 같은 무선 유닛 (26) 과 BSC (14) 사이에서 통신되는 위치 정보는 바람직하게는, Telephone Industry Association 에 의해 발간된 산업 표준 TIA/EIA/IS-637 에 의해 정의되는 SMS (short message service) 와 같은 버스트 (burst) 형 메세지 데이터를 통해 기지국 (18) 로 통신된다. 이러한 메세지들은 기지국 (18) 을 통해 BSC (14) 로 전송된다. 대신으로, 새롭게 정의된 버스트형의 메세지는 무선 유닛 (26) 에 의해 기지국 (10) 으로 전송될 수 있다.
도 9 는 본 발명의 무선 유닛 (26) 의 수신부, 제어 신호 인터페이스, 디지 털 IF 및 무선 복조기 회로의 구현을 도시하는 블록도이다. 무선 유닛 (26) 의 송신부는 본질적으로 종래의 무선 유닛의 송신부와 동일하고, 따라서 간략화를 위해 여기에서 설명되지 않는다. 바람직한 실시예로서, 수신기 (100) 는 각각 제 1 및 제 2 경로들 (103 및 105) 로 수행되고, 그들은 듀플렉서 (194) 와 제 1 스위치 (106) 를 통해 연결된다. 당업자라면 양방향 통신 장치 및 GPS 수신기 사이에 보다 더한 집적화가 발생할 수 있을 것이라는 것을 이해할 수 있다. 대신으로, 적절한 인터페이스를 갖는 두개의 별도의 수신기들이 본 발명의 목적을 성취할 수 있다.
제 1 경로 (103) 는 수신된 CDMA 신호들을 하향변환 시키고 종래의 CDMA RF 하향변환된 출력신호를 제공한다. 제 1 경로 (103) 는 저 잡음 증폭기 (108), 제 1 밴드패스 필터 (112), 제 1 혼합기 (118) 및 제 2 밴드패스 필터 (126) 를 포함한다. 제 2 경로 (105) 는 도 6 의 GPS 위성들 (160, 170, 180 및 190) 로부터의 GPS 신호들을 하향변환시킨다. 제 2 경로 (105) 는 제 2 저 잡음 증폭기 (110) 를 포함하고, 제 3 밴드패스 필터 (114) 가 공급된다. 밴드패스 필터 (114) 의 출력은 제 2 혼합기 (120) 로 입력된다. 제 2 혼합기 (120) 의 출력은 제 4 밴드패스 필터 (128) 로 공급된다. 제 1 및 제 2 혼합기들 (118 및 120) 이 각각 제 1 및 제 2 로컬 발진기들 (122 및 124) 에 의해 공급된다. 제 1 및 제 2 발진기들 (122 및 124) 는 듀얼 (dual) 위상 동기 루프 (PLL) (116) 의 제어하에 상이한 주파수들에서 동작한다. 듀얼 PLL 은 각 로컬 발진기들 (122 및 124) 이, 제 1 혼합기 (118) 의 수신된 CDMA 신호 또는 제 2 혼합기 (120) 의 수신된 GPS 신호 둘 중 하나를 하향 변환시키는데 효율적인 기준 신호를 유지하는 것을 보증해준다. 제 2 및 제 4 밴드 패스 필터들 (126 및 128) 은 종래의 설계의 제 1 IF 부 (130) 에 결합된다.
IF 필터부 (130) 의 출력은 디지털 IF ASIC (400) 에서 제 2 스위치 (402) 로의 입력이 된다. 제 1 및 제 2 스위치들 (106 및 402) 은 제어 신호 인터페이스 (300) 의 제어하에 동작하여, 수신된 신호를 제 3 혼합기 (404), 제 5 밴드패스 필터 (406), 자동 이득 제어 회로 (408) 및 A/D 변환기 (410) 에 의한 종래의 CDMA 방식 또는 GPS 처리에서의 음성 또는 데이터 출력 처리로 전환시킨다. 제 3 혼합기 (404) 로의 제 2 입력은 로컬 발진기 출력이다. 혼합기 (404) 는 인가된 신호를 기저대역으로 변환시킨다. 필터되고 이득 제어된 신호는 A/D 변환기 (410) 로 공급된다. A/D (410) 의 출력은 동상 (in-phase) 소자들의 제 1 디지털 흐름 (I) 및 직교 (quadrature) 소자들의 제 2 디지털 흐름 (Q) 을 포함한다. 이러한 디지털화된 신호들은 디지털 신호 프로세서 (520) 로 공급되고, 디지털 신호 프로세서 (520) 는 GPS 신호를 처리하고 위치 결정이 요구되는 의사-거리 정보를 출력시킨다.
본 발명의 대체적인 실시예로서, 두 밴드패스 필터들 (126 및 128) 로 부터의 출력들이 기저대역 응용 주문형 집적 회로 (ASIC) 로 공급되는데, 이 기저대역 ASIC 은 기저대역 필터들 (126 및 128) 로부터의 IF 주파수 신호 출력을 기저대역으로 디지털적으로 변환시키고, 직교 및 동상의 기저대역 신호들을 나타내는 디지털값들의 흐름을 출력한다. 그러면 이러한 신호들은 검색기 (searcher) 로 인 가된다. 검색기는 본질적으로 CDMA 복조기에서 사용되는 종래의 검색기와 동일하다. 그러나, 바람직하게 사용되는 검색기는, 기지국으로부터 전송된 CDMA 신호들과 관련된 PN 코드 또는 GPS 위성들과 관련된 PN 코드 둘 중 하나를 검색하게 프로그램되어 있다. 검색기는 기지국으로부터 CDMA 신호들을 수신할때 CDMA 채널들을 구별하고, GPS 모드에서 수신된 GPS 신호들이 송신된 GPS 위성을 결정한다. 게다가, 일단 GPS 신호들이 얻어지면, 검색기는 종래의 방식에서 본질적인 PN 코드와 관련된 시간 오프셋을 지시하여, 신호들이 수신되는 위성들과 관련된 의사 거리를 결정한다.
도 9 에 도시된 것과 같은 이중 변환 프로세스 (double conversion process) 또는 대신으로, 단일 변환 (single conversion) 및 IF 샘플링 기술이 요구되는 I 및 Q 샘플들을 생산하는데 사용될 수 있다는 것은 당업자에 있어 명백한 것이다. 게다가, 도 9 에 도시된 실시예의 구조는 본 발명의 동작에 영향을 끼치지 않는 많은 방식으로 변경이 가능하다. 예를 들어, 종래의 프로그램가능한 프로세서가 도 9 에 도시된 DSP 대신에 사용될 수 있다. 만약 시스템을 통하는 데이터의 흐름의 비율이 버퍼를 요하지 않는 것이라면, 메모리 (510) 는 요구되지 않을 수 있다. 밴드패스 필터 (406) 및 자동 이득 제어 회로 (408) 는, 디지털 기술 또는 아날로그 기술을 사용하여 수행되거나, 또는 다르게 변경되는 어떤 조건들하에서 생략될 수 있다. 도 9 에 도시된 구조의 많은 다양한 변화들이 본 발명을 변경함이 없이 이루어질 수 있다. 게다가, 대체적인 실시예는 GPS 및 무선 수신기 사이의 하드웨어 및 소프트웨어 자원의 공유를 보다 늘리거나 줄일 수 있다는 것이 주목되어져야 한다.
도 10 은 본 발명을 포함하는, 통신 시스템의 소자들의 하이-레벨 블록도이다. 동작시에, 본 발명의 진보성있는 방법으로서, BSC (14) 는 기지국 (10) 내의 제어 프로세서 (162) (도 7) 로부터 GPS 정보를 요청한다. 이 정보는 GPS 트랜시버 (174) (도 7) 에 의해 관찰되는 특정 시간에서의 현재의 위성들의 정보, 즉 그들의 상승 각도, 도플러 천이 및 의사 거리를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 기지국 (18) 에서의 GPS 수신기는, 항상 보이는 모든 위성들을 트래킹하기 때문에, 보이는 각 위성의 위치, 주파수 및 PN 오프셋에 대한 갱신된 정보를 갖는다는 것에 주목해야 한다. 대체적으로, 기지국 (18) 은 무선 유닛 (26) 에 의해 보여지는 위성들의 부분집합에 대응하는 데이터를 보낼수 있고, 기지국 (18) 은 둘러싸는 빌딩들의 높이 및 거리의 폭에 관한 정보를 저장한다고 가정한다. 즉, 만약 기지국 (18) 이 무선 유닛이 하나 이상의 위성들의 방해적인 전망을 갖는 것을 결정한느 능력을 갖는다면, 기지국 (18) 은 방해되는 위성들에 관한 정보를 보낼 수 없을 것이다.
종래의 GPS 수신기는 위성 신호들이 수신기의 내부 GPS 클록에 관해 수신되는 시간들에 주목해야 한다. 그러나, 수신기의 내부 GPS 클록은 "트루(true)" GPS 시간으로 정확히 동기화되지는 않는다. 따라서, 수신기는 위성 신호들이 수신되는 "트루" GPS 시간의 정확한 순간을 알 수 없다. 후에, 네비게이션 알고리즘이 제 4 의 위성을 사용함으로써 이 에러를 수정한다. 즉, 만약 수신기내의 클록이 각 위성에서의 클록과 정확히 동기화 되어 있지 않다면, 종래의 GPS 수신기는 수신기의 위치를 정확히 결정하는데 단지 3 개의 위성들을 필요로할 것이다. 그러나, 수신기 클록이 위성의 클록과 정확히 동기화되어 있지 않기 때문에, 부가적인 정보가 요구된다. 이 부가적인 정보는 수신기에 의해 수신되는 제 4 의 위성의 신호의 시간을 주목함으로써 제공받을 수 있다. 이는 4 개의 방정식들 (즉, 각 4 개의 위성들과 관련된 하나의 방정식) 및 풀려져야하는 4 개의 미지수들 (즉, 수신기의 x, y, z 좌표점 및 수신기 클록의 에러) 이 존재함을 주목함에 의해 이해될 수 있다. 따라서, 3차 방정식의 풀이를 위해, 적어도 4개의 상이한 위성들로부터의 적어도 4 이상의 측정들이 종래의 GPS 수신기에서 요구된다.
이와는 반대로, 본 발명은 트루 GPS 시간에 동기화된 접지-기반 스테이션을 활용한다. 하나의 실시예로서, 이 스테이션은 CDMA 기지국이다. 당업자라면 CDMA 기지국들이 GPS 시간으로 동기화된다는 것이 이해될 것이다. 게다가, CDMA 프로토콜을 사용하는 이러한 CDMA 기지국들을 통해 통신하는 모든 무선 유닛들은 또한 각 무선 유닛 (26) 에 고유한 오프셋 GPS 시간으로 동기화된다. 시간내의 오프셋은 기지국 안테나로부터 무선 유닛 안테나로의 라디오 신호의 전파에 의한 한 방향의 지연과 동등하다. 이는 무선 유닛이 그의 클록을 GPS 시간의 기지국으로부터의 지시를 수신함에 의해 동기화 한다는 사실에 기인한다. 그러나, 상기 지시가 상기 무선 유닛에 도달하는 시간에 의해, 상기 지시는 신호가 기지국으로부터 무선 유닛으로 이동하는 동안 발생된 전파 지연과 동일한 양의 에러가 된다. 이 전파 지연은 기지국과 무선 유닛 사이에서 신호가 라운드-트립을 하는데 얼마나 오래 걸리는지를 측정함에 의해 결정된다. 한 방향의 지연은 라운드 트립 지연의 절반과 동등하다. 라운드 트립 지연의 측정을 위한 많은 방법들이 당업자에 있어 유용하다.
게다가, 기지국 (18) 과 무선 유닛 (26) 사이의 거리는 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는데 도움이 되게 사용될 수 있다. 그러므로, 기지국 (18) 과 무선 유닛 (26) 사이의 직접적인 가시 거리 (line-of-sight) (LOS) 의 경우, 단지 2개의 위성 거리 측정들 및 하나의 기지국 거리 측정이 요구된다. 서비스중인 기지국과 무선 유닛 사이에 직접적인 LOS가 없는 경우, 3개의 위성 측정들과 하나의 라운드 트립 지연 측정이 3차원의 위치를 계산하는데 요구된다. 여분의 위성 측정이 다중경로에 의해 기인하는 부가적인 지연에 의해 도입된 부가적인 거리를 수정하는데 요구된다. 라운드 트립 지연은 무선 유닛에서의 클록 에러 (바이어스) 를 수정하는데 사용된다.
여기에 기재된 시스템은, 무선 유닛 (26) 이 CDMA 네트워크의 라디오 유효범위 영역내에 있는한 및 CDMA 네트워크상에 충분한 질의 서비스가 존재하는 한, 임의의 시간에서 무선 위치 함수 (WPF) (19) (도 10) 를 활용하여 결정되는 유효 CDMA 무선 유닛의 위치를 허용한다. 무선 유닛의 위치를 결정하는 프로세스는 무선 유닛 (26), 네트워크 또는 외부적인 실재 (entity), 내부적인 위치 애플리케이션 (ILA) (17), 외부적인 위치 애플리케이션 (ELS) (15), 또는 긴급 서비스 애플리케이션 (ESA) (13) 에 의해 개시될 수 있다. 각 소자들 (13, 15, 17) 은 위치 정보를 요청 및/또는 수신할수 있는 하드웨어 또는 소프트웨어 둘 중 하나일 수 있다. 하나의 실시예로서 ILA (17) 는, 운영자가 직접 무선 유닛 (26) 에 관한 위치 정보를 요청 및 수신하도록 허락하는 BSC (14) 에 결합된 단자이다. 대신으로, ILA (17) 은 MSC (12) 내의 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 애플리케이션이다.
WPF (19) 는 바람직하게는 무선 유닛으로부터 및 위성들로부터 수신된 가공되지 않은 데이터 (즉, 두 위성들로부터의 의사 거리들, 무선 유닛으로부터 기지국 및 시간 수정 요소로의 거리) 를 받아들이고 무선 유닛의 위치를 계산하는 능력을 가진 종래의 프로그램 가능한 프로세서이다. 그러나, 수신되는 정보 및 위치 결정 출력에 기초한 무선 유닛 (26) 의 위치를 계산하는데 요구되는 정보를 수신하는 능력을 가진 임의의 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, WPF (19) 는 ASIC, 이산 논리 회로, 상태 (state) 기계 또는 (BSC (14) 와 같은) 또다른 네트워크 장치내의 소프트웨어 애플리케이션으로서 구현될 수 있다. 게다가, WPF (19) 는 기지국 (10), BSC (14) 의 내부에 또는 MSC (12) 의 어딘가에 위치될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 바람직하게, WPF (19) 는 BSC (14) 와 통신하는 전용 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 애플리케이션이다. 따라서, 기지국 (10), BSC (14) 및 MSC (12) 는 종래의 소자들을 갖고 본 발명을 수행하기 위해 심각한 수정을 요하지는 않는다. 대신으로, WPF (19) 는 BSC (14) 내의 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 애플리케이션이다. WPF (19) 는 바람직하게는 종래의 BSC들과 결합된 프로세서들에 의해 수행되는 종래의 요금계산 기능, 관리 기능, 홈 위치 등록/방문자 위치 등록 기능 및 다른 보조적인 기능들에 의해 사용되는 것과 유사한 통신 포트를 통해 BSC (14) 와 통신한다.
위치를 계산하는데 사용되는 알고리즘이 Parkinson, B.W., and Spilker, J.J. 의 Global Positioning System: Theory and Applications, Volume. I, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., Washington DC, 1996 에서 제공된다. 게다가, Volume. II 는 차동 GPS 수정을 수행하는 방법을 알려준다는 것을 주목해야 한다. 당업자라면 그러한 수정이 무선 유닛의 위치를 정확히 계산하기 위해서 WPF (19) 에 의해서 수행어야만 한다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 서비스 제공자는 케이퍼빌러티, 보안, 서비스 프로파일 등등에 기초하여 위치 서비스를 제한할 수 있다. 위치 서비스들은 다음의 서비스들의 각각 또는 몇몇 부분집합을 지원할 수 있다:
(1) 위치 설정 요청이 시작되는 무선 유닛 (WPF)
(2) 위치 설정 요청이 시작되는 네트워크 (NRP)
(3) 서비스 순간 마다 허락되는 위치 (PSI): 무선 유닛은 특정한 서비스를 이송하기 위한 목적으로 유닛을 위치시키는 외부 애플리케이션 일시 허가를 제공한다.
(4) 무선 유닛 식별을 갖는/갖지않는 위치 (PWI/PWO): 모든 무선 유닛들을 정의된 지역적 영역에 위치시킨다. PWI는, PWO 가 단지 그들의 위치를 제공할때, 이 유닛들의 아이덴터티 (identity) 와 위치를 제공할 것이다.
(5) 폐그룹내의 위치 (PCG): 위치화를 위한 특별한 권리들이 결정된느 그룹들의 창조를 허락한다. (플릿 (fleet) 관리)
위치 설정 서비스의 유형
개시자/주기성 요구에 의해 (단일/다중 순간들) 주기적으로 이벤트 트리거 (event trigger)
무선 유닛 WPF, PSI, PCG WPF, PCG WPF
네트워크 PWO PWO NRP/PWO
외 부 PWO, PWI, PCG, PSI PWO, PWI, PCG
무선 유닛 (26) 이 결정될 무선 유닛 (26) 의 위치에 대한 요청에 유래하는 본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 무선 유닛 (26) 은 위치 설정 요청을 MSC (12) 로 보낸다. MSC (12) 는 상기 요청을 확인하여 무선 유닛 (26) 이 요청된 서비스의 유형에 가입하게 해준다. 그러면 MSC (12) 는 요청을 서비스중인 BSC (14) 로 보내, 무선 유닛 (26) 의 위치를 발견한다. BSC (14) 는 서비스중인 기지국 (18) 으로 위치 도움 정보를 요구한다. 서비스중인 기지국 (26) 은 보이는 위성들의 리스트, 그들의 도플러 천이, 도플러 변화의 비율, 그들의 의사-거리, 그들의 상승 각도, 그들의 신호대 잡음비 (SNR) 및 무선 유닛과 서비스중인 기지국사이의 라운드 트립 지연 (RTD) 을 보냄에 의해 요청에 응답한다. 기지국 (18) 내의 GPS 수신기 (174) 는 연속적으로 보이는 위성들을 트래킹하여 이러한 파라미터들에 대한 갱신된 정보를 가질 수 있다. BSC (14) 는 RTD, 의사-거리, 위성 상승 각도, 도플러 천이 및 각 위성의 도플러 변화 비율을 사용하여 다음의 (도 11 에 또한 도시된) 시간 및 주파수 양자에서의 검색 윈도우 센터 및 검색 윈도우 사이즈를 계산한다.
시간 영역에서, i 번째 공간 차량 ("SVi") 을 위한 검색 윈도우의 중심은 서비스중인 기지국 (18) 과 도 11 의 SVi,＿b 사이의 의사-거리와 동등하다. SVi 를 위한 검색 윈도우 사이즈는 라운드 트립 지연 시간 cos(＿i) 와 동등한데, 여기에서 cos(＿i) 는 지구의 중심에서 기원하고 수신기를 통과하는 반경을 갖는 위성의 상승 각도의 코사인값이다.
주파수 영역에서, SVi 를 위한 검색 윈도우의 중심은 f0 + fdi 와 동일한데, f0 는 GPS 신호의 캐리어 주파수와 동등하고, fdi 는 SVi 에 의해 송신된 신호의 도플러 천이와 동일하다. SVi 를 위한 검색 윈도우 사이즈는 수신기 주파수 에러 및 도플러 변화율에 기인한 주파수의 불확실성과 동일하다. BSC (14) 는 보이는 위성들, 검색 윈도우 중심, 사이즈, 시간 및 주파수 양자 및 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는데 요구되는 위성들의 최소 갯수를 포함하는 정보를 전송한다.
하나의 실시예에 따라, 무선 유닛 (26) 으로의 메세지는 무선 유닛 (26) 에서의 재동조 신호를 트리거할 것이다. 상기 메세지는 또한 "동작 시간" (수신기가 GPS 수신기 주파수로 재동조할때 미래의 특정 시간) 을 가질 수 있다. 응답으로서, 무선 유닛 (26) 은 동작 시간 (도 9) 에서 제 1 및 제 2 스위치들 (106 및 402) 을 구동시키고 그럼으로써 그 자신을 GPS 주파수로 재동조한다. 디지털 IF ASIC (400) 은 자신의 PN 발생기 (도시되지 않음) 를 GPS 모드로 변화시키고 모든 특정한 위성들을 검색하기 시작한다.
일단 무선 유닛 (26) 이 요구되는 위성들의 최소 숫자를 획득하면, 무선 유닛 (26) 은 무선 유닛 (26) 내에서의 GPS 클록에 기초한 의사-거리를 계산하고, 통신 시스템 주파수로 재동조시키며, 제 1 및 제 3 위성들의 신호대 잡음비의 측정과 더불어 의사-거리 결과와 BSC (14) 로의 가장 최근의 CDMA 파일럿 검색 결과를 보낸다. 파일럿 검색 결과들은 만약 유닛이 3 개의 위성들을 획득할 수 없고 서비스하는 기지국과 무선 유닛 (26) 사이에 직접적인 가시 경로가 없는 경우에 요구된다. 그럼에도 불구하고, 또다른 기지국과 같은 또다른 장치로부터의 라운드 트립이 파일럿 검색 정보와 같은 유용한 정보를 사용하여 계산될 수 있는 한, 3 개 보다 적은 위성들이 사용될 수 있다. 파일럿 검색 정보에 기초하여 라운드 트립 지연을 결정하는 기술은 공지의 것이다.
BSC (14) 는 무선 유닛 (26) 에 의해 만들어진 의사-거리 측정들을, 서비스중인 기지국 (10) 의 위치, 대응하는 라운드 트립 지연 측정, (고정의, 소정의 기준을 참조하는) 고려하의 위성의 위치 (공간) 및 WPF (19) 로의 무선 유닛 (26) 의 위치가 계산되는 차동 GPS의 수정을 전송한다. BSC (14) 에 의해 무선 유닛 (26) 으로부터 수신되고 WPF (19) 로 진행하는 의사-거리는 무선 유닛 (26) 의 클록과 관계있다. 따라서, 그들은 잘못된 것이다. (즉, 서비스중인 기지국 (BTS) (18) 과 무선 유닛 (26) 사이의 라운드 트립 지연에 의해 바이어스된다.) 도 12 는 WPF (19) 가 로컬 클록 바이어스를 위해 수정하는 것을 보여주는 도이다. 도 12 에서, d1 은 기지국 (18) 로부터 무선 유닛 (26)으로 및 그 역의 의사-거리 (라운드 트립 지연의 절반) 를 나타내며, pm1, pm2 및 pm3 는 무선 유닛으로부터 제 1, 제 2 및 제 3 선택된 위성들 (160, 170 및 180) 을 각각 나타낸다. 이러한 측정들은 무선 유닛 (26) 의 로컬 클록과 관련하여 측정된다. 그러나 로컬 클록이 d1 에 의한 트루 GPS 로부터의 오프셋때문에, 수정된 의사-거리들은 다음과 같다.
p1 = pm1 + d1
p2 = pm2 + d1
p3 = pm3 + d1
WPF (19) 는 상기 3 개의 방정식을 사용하고, 3 개의 위성들의 위치 (공간), 서비스중인 기지국의 위치 및 대응하는 RTD 측정들을 사용하여 무선 유닛 (26) 의 위치를 계산한다. RTD 를 아는 것이 트루 GPS 시간과 관계있는 무선 유닛의 로컬 클록 바이어스를 정확히 아는 것과 동등하다는 것에 주목해야 한다. 즉, 3개의 위성들로부터 3개의 거리 방정식을 충분히 풀수 있다는 것이다.
만약 무선 유닛 (26) 과 기지국 (18) 사이의 거리가 무선 유닛 (26) 과 기지국 (10) 사이의 RTD 로부터 직접 결정될 수 있는 것과 같이, 무선 유닛 (26) 과 기지국 (10) 사이에 직선으로된 가시적인 연결 라인이 있다면, 요구되는 위성들의 최소의 수는 둘로 줄어들 수 있다는 것에 또한 주목해야 한다. 만약 다른 파일럿들 (지역들) 에 대한 정보가 유용하다면, 이 위성들의 수는 더 감소될 수 있다. 예를 들어, 만약 무선 유닛 (26) 이 둘이상의 기지국들 (예를 들어 소프트 핸드오프) 과 통신하면, 둘 중 어느것도 무선 유닛 (26) 과의 직접적인 라인을 갖지 못하고, 하나 이상의 라운드 트립 지연이 계산될 수 있고, 그러면 두개의 위성들이 무선 유닛 (26) 의 위치를 결정하는데 필요로되는 모든 것이 된다. 즉, 계산들은 (2개의 위성들과 연관된 2개의 의사 거리 측정들과 관련된 2개의 방정식들, 2개의 기지국 RTD 측정과 관련된 2개의 방정식들 및 무선 유닛 (26) 내에서 로컬 클록이 트루 GPS 시간과 동기화하는 것을 허용하기 위한 작용하는 기지국의 RTD와 관련된 1개의 방정식의) 5개의 방정식에 기초하게 된다. 이는 GPS 위성들이 빌딩들 또는 나무들에 의해 막혀지고 그늘진다는 가정을 하면 매우 유용하다. 게다가, 이는 GPS 위성들을 위한 검색 시간을 줄인다. WPF (19) 는 계산된 위치를 BSC (14) 로 보내고, 이 BSC (14) 는 이 위치를 MSC (12) 로 또는 직접 무선 유닛 (26) 으로 보낸다.
또다른 실시예에 따라서, 위치 정보는, 고정된 무선 전화기 (예를 들어 무선 로컬 루프 전화기, 데이터 모뎀, 무선 전화 모뎀이 달린 컴퓨터 또는 시스템상에서 통신할 수 있는 임의의 다른 무선 통신 장치) 와 같이 단자가 이동하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다. 하나의 그러한 실시예에 따라, 도 13 에 도시된 바와 같이, 만약 단자가 수백 피트보다 더 이동한다면, MS (26), BTS (18), BSC (14) 및 MSC (12) 내의 호출 프로세서 (212) 는 호출들을 전화기로부터 또는 전화기로 처리할 수 없다. 호출 프로세서 (212) 는 메모리 (216) 로부터 초기 위치 정보를 수신하고, 초기 위치 정보를 위치 정보 시스템 (210) 에 의해 결정되는 현재의 단자의 위치와 비교하며, 현재의 위치와 초기의 위치 사이의 거리를 결정하고, 거리가 소정의 저장된 거리내인지 결정하며, 단자가 충분히 초기 위치와 가깝지 않은 종래의 인증 프로세서 (214) 를 가리키는 능력을 가진 임의의 범용 컴퓨터이다. 그러면 인증 프로세서 (214) 는 단자가 호출을 하는 것이 인증된 것인지를 결정한다. 인증 프로세서 (214) 는 호출 프로세서 (212) 로부터 정보를 수신하고, 호출이 완료되는 것을 방지할 수 있는 능력을 갖는 임의의 범용 프로세서일 수 있다. 인증 프로세서들은 공지의 기술이고, 보통 호출자가 비용지불의 목적으로 등록된 시스템의 사용자라는 것을 보장하는데 사용된다. 하나의 그러한 실시예로서, 이 프로세스는 호출을 인가하기에 앞서 발생한다. 또다른 실시예로서, 호출 프로세서 (212) 는 단자의 위치를 모니터하여 단자가 초기의 위치로부터 소정의 거리 이상 이동하지 않았다는 것을 보장한다. 이것은 서비스의 제공자가 고객이 이동 서비스를 위한 것보다 더 적은 고정 서비스에 지불하는 지불 구조를 갖는 것으로서 매우 유용하다.
또다른 실시예로서, 서비스 제공자는 시스템 내의 다른 위치들에서의 고객들을 위해 상이한 비율로 요금을 부과하기를 바랄지도 모른다. 현재의 계획은 다른 지불 정보를 보충하는 것에 사용될 수 있어, 요금이 날의 시간수, 주의 날수는 물론 시스템 내의 단자의 위치에 기초하여 결정된다. 따라서, 위치 설정 시스템 (210) 은 요금계산 프로세서 (218) 에 연결된 단자의 위치를 결정하는데 사용된다. 요금계산 프로세서 (218) 는 위치 설정 시스템 (210) 으로부터 단자의 위치에 관한 정보를 수신한다. 게다가, 요금계산 프로세서 (218) 는 단자의 위치에 기초하여 요금 비율을 결정하는데 사용되는 메모리 (220) 로부터의 정보를 수신한다. 그러면 요금계산 프로세서 (218) 는, 통신 서비스가 메모리 (220) 로부터 제공된 정보를 사용하는 단자의 위치 및 상기 위치 설정 시스템에 의해 제공되는 위치 정보에 기초하여 요금이 부과되는 것과 같은, 요금 비율을 결정한다.
본 발명은 특별한 응용을 위하여 특별한 실시예를 참조로하여 기재되었다. 당업자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 부가적인 수정, 응용 및 다른 실시예가 가능하다는 것을 인식할 것이다.
따라서, 첨부되는 청구항들은 본 발명의 범위내의 모든 그러한 응용, 수정 및 실시예들을 포함하도록 의도되었다.

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  35. 원거리 통신 시스템 내에서 또는 원거리 통신 시스템들 사이에서 핸드오프를 수행하기 위한 시스템에 있어서,
    a) 제 1 셀 및 제 2 셀을 포함하는 영역 내에서 이동 트랜시버의 위치를 결정하는 위치 설정 수단;
    b) 상기 위치를 상기 영역내의 소정의 핸드오프 영역과 비교하고, 그에 응답하여 제어 신호를 제공하는 비교 수단;
    c) 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 셀과 상기 제 2 셀 사이에서 상기 이동 트랜시버의 핸드오프를 개시하는 핸드오프 개시 수단; 및
    d) 상기 이동 트랜시버가 상기 소정의 핸드오프 영역의 소정 범위 내에 있을 때 상기 비교 수단을 개시하고, 그에 응답하여 상기 이동 트랜시버의 위치에 대응하는 트래킹 신호를 제공하는 개시수단을 구비하고,
    상기 비교 수단, 상기 핸드오프 개시 수단, 및 상기 개시수단은 기지국 제어기에 포함되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 핸드오프 개시 수단은, 상기 이동 트랜시버가 상기 제 1 셀 내로부터 상기 소정의 핸드오프 영역으로 이동하는 것으로 상기 트래킹 신호를 통해 상기 핸드오프 개시 수단에 의해 결정될 때, 상기 제 1 셀로부터 상기 제 2 셀로의 상기 이동 트랜시버의 핸드오프를 개시하는 제 1 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 핸드오프 개시 수단은, 상기 이동 트랜시버가 상기 제 2 셀 내로부터 상기 소정의 핸드오프 영역으로 이동하는 것으로 상기 트래킹 신호를 통해 상기 핸드오프 개시 수단에 의해 결정될 때, 상기 제 2 셀로부터 상기 제 1 셀로의 상기 이동 트랜시버의 핸드오프를 개시하는 제 2 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 개시 수단은 상기 제 1 셀 또는 제 2 셀을 통해 전송되고 상기 트래킹을 위한 수단에 의해 수신되는 파일럿 오프셋을 포함하고, 상기 파일럿 오프셋은 상기 비교수단을 개시하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  39. 제 35 항에 있어서,
    상기 이동 트랜시버가 상기 소정의 핸드오프 영역 내에 있을 때, 상기 트래킹 신호는 상기 제어 신호인 것을 특징으로 하는 시스템.
  40. 하드 핸드오프를 수행하기 위한 기지국 제어기에 있어서,
    복수의 핸드오프 영역의 위치에 대응하는 정보를 저장하도록 구성된 위치 데이터베이스; 및
    GPS 시스템을 적어도 부분적으로 이용하는 이동 유닛의 위치를 트래킹하여,저장된 정보 및 이동 유닛의 위치에 따라 상기 이동 유닛이 핸드오프 영역으로 진입하는 시점을 결정하고 상기 이동 유닛이 핸드오프 영역에 진입하는 시점에 핸드오프를 개시하기 위하여, 상기 이동 유닛이 복수의 핸드오프 영역들 중의 하나의 핸드오프 영역을 커버하는 소정의 셀에 대응하는 파일럿 신호의 식별을 수신하는 경우 이동 유닛에 대해 위치의 트래킹을 개시하도록 구성된 선택기 뱅크 서브시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국 제어기.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 선택기 뱅크 서브시스템은, 상기 이동 유닛의 위치를 핸드오프 영역의 위치에 대한 정보와 비교함으로써 상기 이동 유닛이 상기 핸드오프 영역에 진입하는 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국 제어기.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 선택기 뱅크 서브시스템은, 상기 이동 유닛의 위치에 기초하여 핸드오프를 수신하기 위한 타겟 셀을 식별하도록 또한 구성되는 것을 특징으로 하는 기지국 제어기.
  43. 핸드오프 영역을 커버하는 소정의 셀에 대응하는 파일럿 신호의 식별을 이동 유닛이 수신하는 경우, 기지국 제어기가 상기 이동 유닛에 대한 위치를 트래킹하는 것을 개시하는 단계;
    상기 기지국 제어기가 GPS 시스템을 적어도 부분적으로 사용하는 이동 유닛의 위치를 트래킹 하는 단계;
    상기 기지국 제어기가 저장된 정보 및 상기 이동 유닛의 위치에 따라 상기 이동 유닛이 핸드오프 영역으로 진입하는 시점을 결정하는 단계; 및
    상기 이동 유닛이 핸드오프 영역에 진입하는 시점에 상기 기지국 제어기가 핸드오프를 개시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오프 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 이동 유닛이 핸드오프 영역에 진입하는 시점을 결정하는 상기 단계는, 상기 이동 유닛의 위치를 위치 데이터베이스에 저장된 핸드오프 영역의 위치에 대응하는 정보와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오프 방법.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 이동 유닛의 위치에 기초하여 핸드오프를 수신하기 위한 타겟 셀을 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드오프 방법.
  46. 핸드오프 영역을 커버하는 소정의 셀에 대응하는 파일럿 신호의 식별을 이동 유닛이 수신하는 경우, 기지국 제어기가 상기 이동 유닛에 대한 위치를 트래킹하는 것을 개시하는 수단;
    상기 기지국 제어기가 GPS 시스템을 적어도 부분적으로 사용하는 이동 유닛의 위치를 트래킹 하는 수단;
    상기 기지국 제어기가 저장된 정보 및 상기 이동 유닛의 위치에 따라 상기 이동 유닛이 핸드오프 영역으로 진입하는 시점을 결정하는 수단; 및
    상기 이동 유닛이 핸드오프 영역에 진입하는 시점에 상기 기지국 제어기가 핸드오프를 개시하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 이동 유닛이 핸드오프 영역에 진입하는 시점을 결정하는 상기 수단은, 상기 이동 유닛의 위치를 위치 데이터베이스에 저장된 핸드오프 영역의 위치에 대응하는 정보와 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 이동 유닛의 위치에 기초하여 핸드오프를 수신하기 위한 타겟 셀을 식별하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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