(57)【要約】  【課題】本発明は、移動通信網で移動通信端末機の位置を決定する方法およびシステムに関する。  【解決手段】本発明による移動通信端末機の位置決定方法は、前記移動通信網がカバーする地域を複数のグリッドに分割し、前記分割されたそれぞれのグリッドに対して第1基地局信号情報を収集する段階と、前記収集された第1基地局信号情報を前記グリッドの位置情報と対応づけてデータベースに格納して記憶する段階と、前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する段階と、前記第1基地局信号情報および前記第2基地局信号情報を比較して前記第2基地局信号情報に対応する位置情報を前記データベースから検索する段階と、前記検索された位置情報に基づいて前記移動通信端末機の最終位置情報を生成する段階とを含むことを特徴とする。  【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局を含む移動通信網で移動通信端末機の位置を決定するための方法であって、
前記移動通信網がカバーする地域を複数のグリッドに分割し、前記分割されたそれぞれのグリッドに対して第1基地局信号情報を収集する段階と、
前記収集された第1基地局信号情報を前記グリッドの位置情報と対応付けてデータベースに格納して記憶する段階と、
前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する段階と、
前記第1基地局信号情報および前記第2基地局信号情報を比較して前記第2基地局信号情報に対応する位置情報を前記データベースから検索する段階と、
前記検索された位置情報に基づいて前記移動通信端末機の最終位置情報を生成する段階と、
を含む、移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項２】
前記第1基地局信号情報は、PNフェーズ、PNオフセット、PN遅延時間及び信号強度の少なくとも一つ以上を含む、請求項1に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項３】
前記グリッドは3次元で分割され、前記位置情報は高度情報を含み、前記第1基地局信号情報は、前記高度情報に従って相違した値を有している、請求項1に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項４】
前記高度情報は、複数の基地局に対する前記PNオフセットの相対的位相差に基づいて決定される、請求項3に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項５】
所定の第2位置決定方法によって第2位置情報を決定する段階と、
前記第2位置情報に対して第2移動通信端末機が受信した第3基地局信号情報を測定する段階と、
前記測定された第3基地局信号情報に基づいて前記データベースに格納された第1基地局信号情報をアップデートする段階と、
を含む、請求項1に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項６】
前記第2位置決定方法はGPS受信装置を用いる、請求項5に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項７】
前記アップデートされた第1基地局情報（a´）は、
a´＝ｗ＊ａ＋（１−ｗ）＊ｂ（但し、a：第1基地局情報、b：第3基地局情報、０＜ｗ＜１）
として決定される、請求項5に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項８】
前記グリッドは、建物内外および前記建物の階に従って別個に分割される、請求項1に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項９】
前記グリッドは建物別に設定され、前記位置情報は前記建物の識別情報を含む、請求項1に記載の移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項１０】
複数の基地局を含む移動通信網でグリッド地図データベースに基づいて移動通信端末機の位置を決定するための方法であって（前記グリッド地図データベースは、前記移動通信網がカバーする地域を複数のグリッドに分割し、前記分割されたそれぞれのグリッドに対して第1基地局信号情報を前記グリッドの位置情報と対応づけてデータベースに格納して記憶する）、
前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する段階と、
前記第1基地局信号情報および前記第2基地局信号情報を比較して前記第2基地局信号情報に対応する位置情報を前記データベースから検索する段階と、
前記検索された位置情報に基づいて前記移動通信端末機の最終位置情報を生成する段階と、
を含む、移動通信端末機の位置決定方法。
【請求項１１】
複数の基地局を含む移動通信網で移動通信端末機の位置を決定するためのシステムであって、
前記移動通信網がカバーする地域を複数のグリッドに分割し、前記分割されたグリッドに対する第1基地局信号情報を収集するデータ収集部と、
前記収集された第1基地局信号情報を前記グリッドの位置情報と対応づけて格納して記憶するグリッド地図データベースと、
前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する信号測定部と、
前記第1基地局信号情報および前記第2基地局信号情報を比較して前記第2基地局信号情報に対応する位置情報を前記データベースから検索する位置情報検索部と、
前記検索された位置情報に基づいて前記移動通信端末機の最終位置情報を生成する位置決定部と、
を含む、移動通信端末機の位置決定システム。
【請求項１２】
前記位置決定システムは前記移動通信端末機に搭載される、請求項11に記載の移動通信端末機の位置決定システム。
【請求項１３】
移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法であって、
建物別に該当建物に対する第1基地局信号情報を収集する段階と、
前記収集された第1基地局信号情報を前記建物の識別情報と対応づけてパターンマッチングデータベースに格納して記憶する段階と、
前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する段階と、
前記第2基地局信号を用いて前記パターンマッチングデータベースを検索し、前記第2基地局信号と最も類似した基地局集合を抽出する段階と、
前記第2基地局信号の特性が前記抽出された基地局集合の所定の特性範囲内に該当する場合に、前記抽出された基地局集合に対応する建物の位置を前記移動通信端末機が属した建物の位置として算出する段階と、
を含む位置決定方法。
【請求項１４】
前記基地局集合の所定の特性範囲は、電波遅延時間範囲および電波強度範囲を含む、請求項13に記載の位置決定方法。
【請求項１５】
前記電波遅延時間範囲は、前記基地局集合内の各基地局の電波遅延時間のうち、最小値および最大値を含む所定範囲内として決定され、
前記電波強度範囲は、前記基地局集合内の各基地局の電波強度のうち、最小値および最大値を含む所定範囲内として決定される、請求項14に記載の位置決定方法。
【請求項１６】
前記パターンマッチングデータベースは、新たに収集された基地局信号情報によってアップデートされ、前記アップデートされて新たに格納される基地局信号情報（a´）は、
a´＝ｗ＊ａ＋（１−ｗ）＊ｂ（但し、ａ：従来の基地局情報、ｂ：新たに収集された基地局情報、ｗは０より大きくて１より小さい加重値）
として決定される、請求項13に記載の位置決定方法。
【請求項１７】
移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定システムであって、
建物別に該当建物に対する第1基地局信号情報を収集するデータ収集部と、
前記収集された第1基地局信号情報を前記建物の住所と対応づけて格納して記憶するパターンマッチングデータベースと、
前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する信号測定部と、
前記第2基地局信号を用いて前記パターンマッチングデータベースを検索し、前記第2基地局信号と最も類似した基地局集合を抽出する基地局集合検索部と、
前記第2基地局信号の特性が前記抽出された基地局集合の所定の特性範囲内に該当する場合に、前記抽出された基地局集合に対応する建物の位置を、前記移動通信端末機が属した建物の位置として算出する位置決定部と、
を含む位置決定システム。
【請求項１８】
請求項1ないし9、請求項13ないし16のいずれか一つの方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信網で移動通信端末機の位置を決定する方法およびシステムに関し、移動通信網を分割する複数のグリッド別に記憶される信号別特性値と移動通信端末機からの受信信号情報とを比較して該当端末機の位置を決定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信端末機の位置を用いる移動通信サービスの一つとして位置情報サービス（LBS：Location Based Service）がある。これは、移動中のユーザに、有線および無線通信を介して簡単かつ迅速にユーザの位置と関連した多様な情報を提供するサービスを意味する。位置情報サービスは、緊急状況が発生した時、事故や災難に対応するために位置を確認および追跡して交通情報や周辺地域の情報を迅速に提供したり、観光地などのレジャーと関連した多様な情報を提供するのに用いられる。更に一歩進み、地域特産品や記念品ショッピング、現場チケッティングなどの位置基盤モバイルコマース（mobile commerce）や物流管制（貨物および車追跡）サービスに至るまでその領域が多様である。
【０００３】
既存の移動通信網に基づいた位置決定方法としては、電波遅延時間を用いる方法、セル半径に依存する方法、RF Fingerprintのような特定区画の単位別位置決定方法があった。
電波遅延時間を用いて移動通信網に基づいた位置決定方法は、相対的な時間差を“距離”という概念に換算し、三角測量法に代入する方式であるTDOA（Time Difference of Arrival）、AFLT（Advanced Forward Link Triangulation）、E−OTD（Enhanced Observed Time Difference）、OTDOA（Observed Time Difference Of Arrival）などを用いていた。しかし、前記の位置決定方法は、基地局（または中継器）から受信される直接的な基地局信号情報以外に、反射したり散乱されて間接経路を介して受信される基地局信号情報による問題が発生する。前記間接経路による問題は、雑音より更に深刻なものであり、これに対する解決策が急がれる実情がある。また、基地局から受信される基地局信号情報において、基地局の時計が不正確であったり、中継器のシステム特性がそれぞれ相違していて、中継器自体から遅延時間の可変性問題が発生する可能性が大きい。移動通信端末機が受信した基地局信号情報が基地局から受信したものであるか、中継器を介して受信したものであるかについても、移動通信端末機の位置決定において重要な変数として作用することがある。
【０００４】
セル半径に依存する方式であるCell ID、Enhanced Cell ID（Ex、CITA＋RXLEV）が存在する。このような位置決定方法は、セル半径に大きく依存することで、都心外郭地域および陰影地域のようにセル半径が広い地域においては、移動通信端末機の位置情報において過度な誤差を発生させる。また、各基地局から受信される基地局信号情報の受信信号強度が可変的であるため、初めに意図する正確度を充分に満たすことができないという問題点がある。
【０００５】
RF Fingerprintを応用した既存方法がいくつかある。一例として、WLANのAPに基づいて室内測位に用いられるマイクロソフト社のRadarやGSMハンドセットに基づいたDCM方式を挙げることができる。前記技術は、受信信号強度をユーザ位置情報として格納し、測位要請時にこれらの格納された資料と比較して最も適合であると判断される位置を結果値として選択する。更に他の一例として、US Wireless社のRadioCameraという技術がある。これは、一つのArray Antennaを用いて入ってくる受信強度の角度別情報を記憶して測位時に用いる技術である。
【０００６】
更に、従来の位置決定技術は、該当端末機が属している（位置している）建物の位置を解明することができない技術的限界を抱いている実情にあり、また、現在まで建物を対象として建物の位置を正確に決定するソフトウェア的な位置決定方法は提示されたことがない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記のような従来技術を改善するために案出されたものであり、既存基地局信号情報をそのまま活用して移動通信端末機の位置を決定することで、システム構成および費用追加を最小化することができるようにすることを目的とする。
また、本発明は、基地局などの周辺環境変化を反映して正確な端末機位置情報を持続的に提供することができるようにすることを他の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、大規模建物内でも端末機の位置を決定することができ、建物の内外を区分し、更に進んで建物内の階間区分ができるようにすることで、より正確度が高い端末機位置決定方法を提供することを更に他の目的とする。
また、本発明は、基地局信号情報が建物周辺環境によって歪曲される場合でも、適当な誤差範囲を設定して効果的に移動通信端末機が属している建物の位置結果を算出することを更に他の目的とする。
【０００９】
また、本発明は、基地局または中継器設置および変更などによる通信網の変化を反映し、正確な位置情報を持続的に提供することができるようにすることを更に他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成し、上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明の一面によると、複数の基地局を含む移動通信網で移動通信端末機の位置を決定するための方法において、前記移動通信網がカバーする地域を複数のグリッドに分割し、前記分割されたそれぞれのグリッドに対して第1基地局信号情報を収集する段階と、前記収集された第1基地局信号情報を前記グリッドの位置情報と対応づけてデータベースに格納して記憶する段階と、前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する段階と、前記第1基地局信号情報および前記第2基地局信号情報を比較して前記第2基地局信号情報に対応する位置情報を前記データベースから検索する段階と、前記検索された位置情報に基づいて前記移動通信端末機の最終位置情報を生成する段階とを含む移動通信端末機の位置決定方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の実施形態による移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法は、建物別に該当建物に対する第1基地局信号情報を収集する段階と、前記収集された第1基地局信号情報を前記建物の住所と対応づけてパターンマッチングデータベースに格納して記憶する段階と、前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する段階と、前記第2基地局信号を用いて前記パターンマッチングデータベースを検索し、前記第2基地局信号と最も類似した基地局集合を抽出する段階と、前記第2基地局信号の特性が前記抽出された基地局集合の所定の特性範囲内に該当する場合に、前記抽出された基地局集合に対応する建物の位置を前記移動通信端末機が属した建物の位置として算出する段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、移動通信端末機が基地局から受信する基地局信号情報に基づいて端末機の位置を決定するため、GPS受信装置が内蔵されていない移動通信端末機や移動通信網に別途のハードウェア的な追加装備の設置がなくても端末機位置を決定することができる。
本発明によると、基地局または中継器追加設置、移動、地形地物の変更などによる通信網の変化を持続的、自動的に反映し、少ない費用で正確な位置情報を持続的に提供することができるようになる。
【００１３】
本発明によると、緯度、経度を含む2次元位置情報だけでなく、高度情報を含む3次元位置情報を提供することで、端末機位置情報の正確度を向上させることができるという効果を得ることができる。
本発明によると、同期網だけでなく非動機網に基づいた移動通信網にも適用可能であり、中継器を含む移動通信網にも適用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付された図面を参照して、本発明による位置決定方法およびシステムに対して説明する。
図1は、本発明による位置決定システムと既存の移動通信網を含むネットワーク構成の一例を示した図である。
図1に示されたように、移動通信網は複数の基地局を含み、ユーザの移動通信端末機は、複数の基地局からそれぞれの基地局信号情報を受信する。前記“複数の基地局”とは、移動通信端末機が現在通信している基準基地局および周辺基地局を含むものであって、移動通信端末機は、現在位置しているセル内の基地局だけではなく、周囲セル内の基地局から複数の基地局信号情報を持続的に受信するようになる。移動通信端末機は、受信された基地局信号情報を本発明による位置決定システムに送信し、前記位置決定システムは、データベースに格納されている基地局信号情報と前記移動通信端末機からの基地局信号情報を比較することで移動通信端末機の位置を決定する。また、本発明において、“移動通信端末機が受信した基地局信号情報を測定する”という意味は、位置決定システムが端末機から直接に基地局信号情報を受信する場合は勿論、移動通信端末機から受信した基地局信号情報を通信網の特定システム（または場所）に格納しておき、位置決定システムが前記特定システムをアクセスして基地局信号情報を獲得する場合のいずれも含むものとして解釈される。
【００１５】
図2は、本発明の好ましい実施形態によって、移動通信網がカバーする地域を複数のグリッド（Grid）に分割し、各グリッドにおける位置情報を示した図である。グリッドは、2次元地理情報（経度、緯度）を基準長さで分けた単位であり、この時、基準長さは、数十メートルから数百メートルの長さが可能である。更に他に、グリッドは、3次元地理情報（経度、緯度、高度）を基準長さで分けた単位になることもできる。位置情報は、グリッド内に位置した代表値または特定値として各グリッド別に適切に設定されることができる。
【００１６】
図3は、本発明の好ましい一実施形態による位置決定方法の過程を示す流れ図である。以下、図3を参照して、各段階別に遂行される過程を詳察することにする。
まず、段階（S310）では、移動通信網がカバーする地域を複数のグリッドに分割し、前記分割されたそれぞれのグリッドに対して第1基地局信号情報を収集するようになる。
本発明によると、複数の基地局によってカバーされる移動通信網地域を複数のグリッドに分割するが、前記グリッドは、2次元または3次元的に分割される。すなわち、一つの建物に対して建物前面、後面、斜面（側面）に従って互いに相違したグリッドに分割されることもできるし、同一建物内でも層別に互いに相違したグリッドを有することもでき、同一階内でもその位置に従って相異したグリッドに分割されることは勿論である。グリッド分割に対する多様な実施形態に対しては後述することにする。
【００１７】
本段階においては、分割された各グリッドに対して第1基地局信号情報を収集するようになる。各グリッド内の特定位置においては、少なくとも一つ以上の基地局から基地局信号を受信することができ、このように受信された情報は、基地局信号情報として各基地局を識別するための情報として収集される。
第1基地局信号情報の一例として、PNフェーズ、PNオフセット、PN遅延時間、信号強度中の少なくとも一つ以上を含むことができる。
【００１８】
段階（S320）では、前記段階で収集された第1基地局信号情報を各グリッドの位置情報と対応付け、データベースに格納して記憶するようになる。
図4は、本発明によるデータベースの一例を示した図である。図4に示されたように、各グリッドの位置情報別に少なくとも一つ以上の基地局信号情報を格納することができる。前記第1基地局信号情報は、少数の基地局（例えば、最も受信信号強度が強いいくつかの基地局）または中継器を経てきた基地局信号情報を選定して格納することができ、更に他に、全ての基地局信号情報を格納することもできる。格納しようとする基地局信号の個数は、各グリッドを区分することができる程度であれば十分であるため、グリッドごとに相違して決定されたり、具現例に従って多様に決定されたりする。図4においては、（X11、Y11）の位置情報を有するグリッド＃1に対して4つの基地局から受信した基地局信号情報、（X11、Y12）の位置情報を有するグリッド＃2に対して2つの基地局から受信した基地局信号情報をそれぞれ格納していることを示している。このように、本発明によると、第1基地局信号情報を複数のグリッド別に記憶される信号別特性値として格納して記憶するようになる。
【００１９】
図3の段階（S330）では、移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定するようになる。本発明による移動通信端末機の位置決定方法は、現在移動通信網内に位置した移動通信端末機の位置を決定することにおいて、移動通信端末機が受信した基地局信号情報を用いるようになる。第2基地局信号情報の一例として、PNフェーズ、PNオフセット、PN遅延時間、信号強度中の少なくとも一つ以上を含むことができる。
【００２０】
段階（S340）では、データベースに格納された第1基地局信号情報を前記測定された第2基地局信号情報と比較することで、第2基地局信号情報に対応する位置情報をデータベースから検索するようになる。すなわち、本発明による移動通信端末機が受信した情報と最も類似した情報を有しているグリッドの位置をパターンマッチング（pattern matching）などの方法を用いてデータベースから検索することで、各グリッドの識別情報を得ることができるようになる。
【００２１】
段階（S350）では、前記検索された位置情報に基づいて端末機の最終位置情報を生成するようになる。最終位置情報を生成することにおいて、本発明による位置決定方法以外にも他の方法を用いて得た第2位置情報があると、前記位置情報および第2位置情報の平均値を求めてこれを最終位置情報として決定したり、各位置情報に所定の加重値を掛けてその結果値を最終位置情報として決定したりする。
【００２２】
本発明による一例として、段階（S310）および段階（S320）は、本発明による位置決定システムが直接遂行しないこともある。従って、第1基地局信号情報を格納しているデータベースがすでに構築されている場合、位置決定システムが前記データベースを検索および照会することで、段階（S330）以下の段階のみを遂行することもできる。
図5は、本発明によるデータベースの更に他の一例として、第1基地局信号情報にPN相対位相差を含んだ場合を示している。
【００２３】
図5では、28457（項目1）と44796（項目5）という2つのPN Phaseを例としており、これらの間の相対差45（項目4）を求める方法を示している。PN位相（Phase）およびPN位相遅延（Phase Delay）のようなパラメータは時間的に可変的である一方、“相対位相差”という数値は時間と無関してほぼ一定に記憶されるため、各グリッドを区別することができるキーパラメータ（key parameter）として用いられる。
【００２４】
図6は、端末機の受信信号（第2基地局信号情報）から該当グリッドを決定する方式を示した図である。
図6に示したように、データベースは、総9つのグリッドに対する第1基地局信号情報をグリッド地図（Grip Map）形態で格納している。
第1行の第1列のグリッドを例に挙げてその内容を詳察すると次の通りである。（72、208、−12）、（44、244、46）、（54、72、22）データから該当グリッドに72、208、44、244、54、72のPNオフセット（offset）が受信され、これらの間の相対位相差がそれぞれ−12、46、22という数値を有して格納されていることを知ることができる。従って、端末機から前記第1基地局信号情報に対応する第2基地局信号情報が受信されると、これにより、端末機は、第1行の第1列のグリッドに位置していることを判断するようになる。従って、前記グリッドの位置情報である（X11、Y11）が端末機の最終位置情報として決定される。
【００２５】
図7は、本発明によって、端末機受信信号（第2基地局信号情報）をデータベースとパターンマッチングさせて端末機の最終位置情報を生成する過程を図式化したものである。
図7に示されたように、一端、端末機の受信信号がデータ収集部を介して入力されると、データ収集部は、受信信号から基地局信号情報に対する一連のパターンセット（Pj1、Pj2、…、Pjn）を構成するようになる。このように構成されたパターンセット（pattern set）は、基地局信号情報から位置情報を対応させるための条件であって、唯一のキー値として作用しなければならないという特徴を有する。このような特徴を満たすための一例として、PN delayの相対位相差および基地局から受信される信号強度を集合として管理することで一連のパターンを形成させる。データ収集部で構成されたパターンは、システム内部の位置情報を管理しているデータベースとパターンマッチングアルゴリズムを用いて比較することで、最も類似した基地局信号情報に該当する位置情報を結果値として算出する。
【００２６】
図8は、本発明による移動通信端末機の位置決定を適用するための環境構成の一例を示した図である。高帯域の周波数を用いる移動通信環境下においては、建物などの地形物が存在する場合、基地局から端末機に受信される基地局信号は大きい差を見せるようになる。従って、図8に示したように、端末機位置決定は、端末機が建物内部または外部に位置するのか、建物外部中でも前面／後面／斜面のどの場所に位置するのかによって相違して決められ、建物内部中でも決定方式が階間区分を相違して適用することができるようになる。図8では、建物を中心とし、基地局（BTS：Base Transceiver Station）は（A）、（B）、（C）、（D）、（E）、（F）位置に分散して位置しており、端末機（MS：Mobile Station）はMS1、MS2、MS3、MS4が建物の斜面に位置し、建物の4階にMS5、建物の6階にMS6がそれぞれ位置する。一例として、建物の各階は50m×50mで区画が分けられている。
【００２７】
図9は、本発明によって、建物内外を区分して位置決定方法を説明するための更に他の実施形態を示したものである。図9に示されたように、MS1においてはBTS（A）と（B）を送受信可能な基地局として扱い、MS1で測定された受信情報からグリッドを区分するパターンセット（set）である（A、B）を形成する。同様に、MS2においては、パターンセット（A、C、E）を形成する。同様に、MS3においては（B、D、F）を、MS4においては（D、E、F）を、MS5においては（A、B、C）をパターンセットとしてそれぞれ形成する。このように形成されたいくつかのパターンセットは、互いに相違したグリッドを識別する第1基地局信号情報としてグリッド地図（Grid Map）を構成するためのデータベースに格納される。実際、位置決定サービスを要請した端末機の位置がMS1であると、パターンセットは（A、B）のように形成されるため、パターンマッチングアルゴリズムを用いて一致するグリッドの緯度および経度（lat、long）を該当位置の結果値に返還することができる。
【００２８】
図10は、本発明による位置決定方法を建物の階間区分に適用するための更に他の実施形態を示したものである。同一建物内でも互いに他の階に位置したMS5とMS6は、BTS（A）、（C）、（E）を送受信可能な基地局として通信している。従って、グリッドを区分するパターンセットとして全て（A、C、E）を形成するようになる。しかし、階間に存在する物理的な距離差によってPN Phaseの相対位相差はD5、D6で区分されるため、グリッドを区分するパターンsetは、それぞれ（A、C、E、D5）、（A、C、E、D6）のように相違して形成される。従って、相違したパターンセットによってパターンマッチングアルゴリズムを用いてデータベースから検索されるグリッドの位置情報も緯度および経度以外にも高度情報（lat、long、floor）を追加で含むことができるようになる。このため、データベースは、前記高度情報に従って互いに相違した基地局信号情報を格納することで、グリッドを区別することができるようにする。
【００２９】
図8ないし図10で例示したように、本発明による位置決定方法は、移動通信網領域を複数のグリッドに分割することにおいて、前記グリッドは、建物内外および建物の階に従って別個に分割することができる。従って、緯度および経度で区分する2次元であるグリッド分割に比べ、3次元グリッド分割は、高度情報を追加でユーザに位置情報として提供できるようになることで、より正確な位置を提供することができるという効果を得ることができる。
【００３０】
前記実施形態において説明したグリッド基盤方式（GPM：Grid Pattern Mapping）に基づいた位置決定方法は、通信網の変化に迅速に対応することができないという短所を抱えている。例えば、移動通信網に新たに基地局または中継器が設置されたり、基地局の電波放射方向、設置（configuration）が変化したり、または新たに建物などの地形地物の変動が発生した時、その周囲のグリッドに該当する基地局信号情報も変化するようになる。従って、本発明による位置決定方法は、自己学習法（SLM：Self Learning Methodology）を用いることで、通信網の変化をデータベースに反映して持続的に正確な位置情報を提供することができるようにする。
【００３１】
このため、本発明による更に他の実施形態として、加重平均方式を用いてグリッド内の基地局信号情報をアップデートする段階を以下で説明することにする。
まず、本発明による位置決定方法は、所定の第2位置決定方法による端末機の第2位置情報を決定する段階を含む。“第2位置決定方法”とは、前記において説明したGPM方式ではない他の位置決定方法を意味し、一例としてGPS受信装置を用いて第2位置情報を決定することができる。
【００３２】
次に、前記第2位置情報に対して第2移動通信端末機が受信した第3基地局信号情報を測定する段階を含む。すなわち、前記第2位置決定方法によって決定された各位置に対して基地局信号を測定し、これを第3基地局信号情報として格納する。
続いて、前記測定された第3基地局信号情報に基づいて前記データベースに格納された第1基地局信号情報をアップデートする段階を含む。アップデートのためには、前記第2位置情報に対応する第1位置情報を識別し、前記第1位置情報と対応づけて格納されている第1基地局信号情報を探してこれを第3基地局情報としてアップデートする。
【００３３】
下記式（１）は、本発明による加重平均方式における第3基地局信号情報に基づき、前記第1データベースに格納された第1基地局信号情報を、第2位置情報に対応する第1位置情報と関連してアップデートする方式である。
この時、アップデートされて新たに格納される第1基地局信号情報（a´）は、従来の第1基地局信号情報（a）と新たに報告された第3基地局信号情報（b）に所定の加重値を適用して数式1のように計算される。
【００３４】
a´＝w＊a＋（1−w）＊b（但し、0＜w＜1）              -----（１）
a´：アップデートされて格納される第1基地局信号情報
w：加重値
a：第1基地局信号情報
b：第3基地局信号情報
このように、本発明によると、通信網の変化に従って変化する基地局信号情報を持続的にデータベースにアップデートさせることで、グリッド基盤の自己学習法による端末機位置決定の正確度を向上させることができるという効果を得るようになる。
【００３５】
図11は、本発明による位置決定方法をGPS位置決定方法と連動して実施するための一例を示したものである。
まず、端末機から位置決定要請が入ってくると、該当受信情報内にGPS基盤位置情報が存在するかを判断する（S1110）。万一、存在すると、GPS基盤位置情報を結果値として算出し（S1120）、GPS位置情報が属したグリッドを第2位置情報として決定する（S1130）。前記のように決定されたグリッドに対して端末機が受信した情報からパターンセットを抽出し（S1140）、第1基地局信号情報として格納するようになって継続して修正・記憶される（S1150）。
【００３６】
万一、GPS基盤位置情報が存在しないと、該当端末機の受信情報からパターンセットを抽出して（S1160、S1170）グリッド地図（Grid Map）データベースと比較することで互いに一致するグリッドを検索する（S1180）。一致するグリッドがあると位置情報を算出するようになり（S1200）、一致するグリッドがないとCell−IDあるいはその他の可能な位置情報から結果値を算出するようになる（S1210）。
【００３７】
図12は、本発明の好ましい一実施形態による位置決定システムの内部構成を示したブロック図である。本発明による位置決定システム（1200）は、データ収集部（1210）、グリッド地図データベース（1220）、信号測定部（1230）、位置情報検索部（1240）、および位置決定部（1250）を含む。以下、各構成要素別にその機能を詳述することにする。
まず、データ収集部（1210）は、移動通信網がカバーする地域を複数のグリッドに分割し、前記分割されたグリッドに対する第1基地局信号情報を収集する。本発明によると、グリッドは、2次元または3次元で分割され、建物内外および建物の階に従って互いに相違したグリッドに分割される。
【００３８】
グリッド地図データベース（1220）は、前記収集された第1基地局信号情報を前記グリッドの位置情報と対応付け、格納して記憶する。データベースの一例として、図4ないし図6のような構成を有することができ、万一、2次元グリッドである場合には、位置情報として緯度および経度が提供され、3次元グリッドである場合には、位置情報として緯度および経度以外にも高度情報が追加される。
【００３９】
信号測定部（1230）は、移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する。第2基地局信号情報の一例として、第1基地局信号情報と類似し、PNフェーズ、PNオフセット、PN遅延時間、信号強度中の少なくとも一つ以上を含むことができる。
位置情報検索部（1240）は、第1基地局信号情報および第2基地局信号情報を比較して前記第2基地局信号情報に対応する位置情報を前記データベースから検索するようになる。位置情報の検索のために所定のパターンマッチングアルゴリズムが用いられる。
【００４０】
位置決定部（1250）は、前記検索された位置情報に基づいて前記移動通信端末機の最終位置情報を生成するようになる。最終位置情報を生成することにおいて、本発明による位置情報およびその他の位置決定方法による位置情報を互いに平均したり、加重値演算を介して最適の位置情報を生成したりもする。
これまで、本発明による位置決定システムの構成を説明したが、前記位置決定方法で説明した技術的内容がシステムの構成にもそのまま適用されるため、より詳細な説明は以下省略することにする。本発明による位置決定システムは、基地局、基地局制御機、または基地局交換機などに測位サーバの形態で位置することができ、基地局信号情報を受信することができる場所であればその設置場所は限定されない。一例として、本発明による位置決定システムは、管理および投資効率などの事項を考慮する時、既存のコア網（または通信網のサブシステム）に独立的に連結して用いられることが好ましい。
【００４１】
本発明による更に他の実施形態として、今日、移動通信端末機のプロセッサ、メモリ、RFモジュールなどのリソース環境が急激に向上することを考慮し、図12に示した位置決定システムの構成を移動通信端末機に搭載して移動通信端末機内で動作させることで、移動通信端末機が移動通信網を介した測位サーバの援助なく、各基地局から受信する基地局信号情報を用いて端末機の位置決定を直接遂行するようにすることができる。すなわち、位置決定システムを移動通信網内で別途のプラットホーム（platform）形態で構築するのではなく、移動通信端末機内部に搭載することで、移動通信端末機の位置を決定する時、移動通信端末機と測位サーバ間に互いに取り交わすメッセージによって発生することがあるシステムの負荷を減らし、別途のプラットホーム構築時に要される費用を節減して移動通信事業者にとって位置情報サービス（LBS）を迅速に導入および活性化させることができるという長所を得ることができる。
【００４２】
これまで詳察したグリッドパターンマッチング基盤の移動通信端末機の位置決定方法およびシステムは、特にグリッドが建物別に設定される場合に、移動通信端末機が属している建物の位置を決定するのに活用される。以下、本発明の一実施形態として、パターンマッチング基盤の移動通信端末機が属した建物の位置決定方法およびシステムを詳述する。
本発明の一実施形態による移動通信端末機が属した建物の位置決定は、構築されているパターンマッチングデータベースを用いる方式であり、パターンマッチングデータベースには、移動通信端末機から収集された基地局信号情報が格納される。例えば、パターンマッチングデータベースには、基地局ID、電波遅延時間範囲、電波強度範囲、一連の基地局集合、建物の緯度と経度および建物の住所が格納される。
【００４３】
図13は、本発明の一実施形態によって端末機が属した建物の位置を決定するために収集される基地局信号情報の例を示した図である。
図13を参照すると、端末機が属した建物の位置を決定するため、基地局ごとに基地局ID、電波遅延時間および電波強度が収集されることを知ることができる。
図14は、本発明による一実施形態によるパターンマッチングデータベースの一例を示した図である。
【００４４】
図14を参照すると、パターンマッチングデータベースには、収集された基地局信号情報、基地局集合（Set）、基地局および中継器の緯度と経度などの情報が建物別に建物の識別情報と対応づけて格納される。前記識別情報の一例として、建物の住所、建物の座標（緯度、経度）または建物の名称が含まれる。
図15は、本発明の一実施形態による端末機が属した建物の位置決定方法を示した動作流れ図である。
【００４５】
図15を参照すると、移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法は、建物別に該当の建物に対する第1基地局信号情報を収集する（S510）。
この時、第1基地局信号情報は、基地局ID、電波遅延時間、電波強度などを含むことができる。このように、建物別に収集された第1基地局信号情報は、建物別の特定パターンを形成し、一連の基地局集合体を構成することができる。
【００４６】
例えば、第1基地局信号情報は、図13に示されたように収集される。
また、移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法は、前記収集された第1基地局信号情報を、前記建物の住所と対応づけてパターンマッチングデータベースに格納して記憶する（S520）。
このように構築された建物別の第1基地局信号情報は、建物別に区別可能なキー（key）値として用いられる。特に、複数の基地局から受信された電波遅延時間、電波強度および基地局集合が効果的であるキー（key）としての役割をする。
【００４７】
例えば、パターンマッチングデータベースは、図14に示されたように構築される。
また、移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法は、移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する（S530）。
この時、第2基地局信号情報は、PNフェーズ（phase）、PNオフセット（offset）、PN遅延時間（delay）、信号強度中の少なくとも一つ以上を含む。
【００４８】
また、移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法は、前記第2基地局信号を用いて前記パターンマッチングデータベースを検索し、前記第2基地局信号と最も類似した基地局集合を抽出する（S540）。
例えば、第2基地局信号に含まれた基地局ID、電波遅延時間、電波強度および一連の基地局集合に基づいてパターンマッチングデータベースに格納されている基地局IDおよび基地局集合を検索し、最も類似した基地局集合を抽出することができる。
【００４９】
従って、パターンマッチングデータベースに格納されたパターンのうち、測定された第2基地局信号と最も類似したパターンに該当する基地局集合が抽出される。
この時、電波遅延時間および電波強度がパターンマッチングデータベースに格納されたパターンおよび第2基地局信号を比較する重要な要素になる。
また、移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法は、前記第2基地局信号の特性が前記抽出された基地局集合の所定の特性範囲内に該当する場合に、前記抽出された基地局集合に対応する建物の位置を前記移動通信端末機が属した建物の位置として算出する（S550）。
【００５０】
この時、前記基地局集合の所定の特性範囲は、電波遅延時間範囲および電波強度範囲を含むことができる。この時、前記電波遅延時間範囲は、前記抽出された基地局集合内の各基地局の電波遅延時間のうち、最小値および最大値を含む所定範囲内として決定され、前記電波強度範囲は、前記抽出された基地局集合内の各基地局の電波強度のうち、最小値および最大値を含む所定範囲内として決定される。
【００５１】
例えば、第2基地局信号の特性が抽出された基地局集合内の各基地局の電波遅延時間のうち、最小値および最大値より2チップ（chip）程度の誤差が発生し、抽出された基地局集合内の各基地局の電波強度のうち、最小値および最大値と約2．5dBの誤差が発生したとしても、所定の特性範囲内として判断することができる。
このように、建物の位置を決定する方式は、一般的に室外環境ではない建物内での電波遅延時間および電波強度値の変動の幅が大きくなく、基地局集合が建物別に区分されるため非常に有用な方式である。
【００５２】
また、図15を介して説明した位置決定方法において、パターンマッチングデータベースは、新たに収集された基地局信号情報によってアップデートされ、前記アップデートされて新たに格納される基地局信号情報をa´、従来の基地局情報をa、新たに収集された基地局情報をbとすると、所定の加重値wを適用して前記数式1のように計算される。
図16は、本発明の一実施形態による端末機が属した建物の位置決定システムを示したブロック図である。
【００５３】
図16を参照すると、本発明の一実施形態による端末機が属した建物の位置決定システムは、データ収集部（610）、パターンマッチングデータベース（620）、信号測定部（630）、基地局集合検索部（640）および位置決定部（650）を含む。
データ収集部（610）は、建物別に該当建物に対する第1基地局信号情報を収集する。
パターンマッチングデータベース（620）は、前記収集された第1基地局信号情報を前記建物の識別情報と対応づけて格納し、記憶する。
【００５４】
信号測定部（630）は、前記移動通信端末機が受信した第2基地局信号情報を測定する。
基地局集合検索部（640）は、前記第2基地局信号を用いて前記パターンマッチングデータベースを検索し、前記第2基地局信号と最も類似した基地局集合を抽出する。
位置決定部（650）は、前記第2基地局信号の特性が前記抽出された基地局集合の所定の特性範囲内に該当する場合に、前記抽出された基地局集合に対応する建物の位置を前記移動通信端末機が属した建物の位置として算出する。
【００５５】
図16を介して説明した位置決定システムと関連して説明していない内容は、前記移動通信端末機が属した建物の位置を決定するための位置決定方法に関する実施形態においてそのまま適用可能であるため、以下省略する。
本発明による移動通信端末機の位置決定方法および移動通信端末機が属した建物の位置決定方法は、多様なコンピュータ手段を介して遂行されるプログラム命令形態で具現されてコンピュータ読み取り可能媒体に記録される。前記コンピュータ読み取り可能媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計されて構成されたものであったり、コンピュータソフトウェア当業者に公知されて使用可能なものであったりする。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フレキシブルディスクおよび磁気テープのような磁気媒体（magnetic media）、CD−ROM、DVDのような光記録媒体（optical media）、フロプティカルディスク（floptical disk）のような磁気−光媒体（magneto−optical media）、およびロム（ROM）、ラム（RAM）、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を格納して遂行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。前記媒体は、プログラム命令、データ構造などを指定する信号を送信する搬送波を含む光または金属線、導波管などの送信媒体であったりする。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるもののような機械語コードだけではなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。前記したハードウェア装置は、本発明の動作を遂行するために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成され、その逆も同様である。
【００５６】
以上、同期網を中心として本発明の実施形態による移動通信端末機の位置決定方法およびシステムと移動通信端末機が属した建物の位置決定方法およびシステムに対して説明したが、本発明の技術思想は同期網に限られるものではない。本発明の技術思想は、非動機網の場合にもそのまま適用され、非動機網の場合、PN遅延時間の代わりにTA（Timing Advance）やRTT（Round Trip Time）のような往復遅延時間が用いられる。
【００５７】
これまで、本発明による具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内では、様々な変形が可能であることは勿論である。
よって、本発明の範囲は、説明された実施形態に局限されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による位置決定システムと既存の移動通信網を含むネットワーク構成の一例を示した図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態によって移動通信網がカバーする地域を複数のグリッド（Grid）に分割し、各グリッドにおける位置情報を示した図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態による位置決定方法の過程を示す流れ図である。
【図４】本発明によるデータベースの一例を示した図である。
【図５】本発明によるデータベースの更に他の一例として、第1基地局信号情報にPN相対位相差を含む場合を示した図である。
【図６】端末機の受信信号から該当グリッドを決定する方式を示した図である。
【図７】本発明によって、第2基地局信号情報をデータベースとパターンマッチングさせて端末機の最終位置情報を生成する過程を図式化したものである。
【図８】本発明による移動通信端末機の位置決定を適用するための環境構成の一例を示した図である。
【図９】本発明によって建物内外を区分して位置決定方法を説明するための更に他の実施形態を示したものである。
【図１０】本発明による位置決定方法を建物の階間区分に適用するための更に他の実施形態を示したものである。
【図１１】本発明による位置決定方法をGPS位置決定方法と連動して実施するための一例を示したものである。
【図１２】本発明の好ましい一実施形態による位置決定システムの内部構成を示したブロック図である。
【図１３】本発明の一実施形態によって端末機が属した建物の位置を決定するために収集される基地局信号情報の例を示した図である。
【図１４】本発明による一実施形態によるパターンマッチングデータベースの一例を示した図である。
【図１５】本発明の一実施形態による端末機が属した建物の位置決定方法を示した動作流れ図である。
【図１６】本発明の一実施形態による端末機が属した建物の位置決定システムを示したブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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