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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung mit einem mobilen Endgerät, das eine Funkkommunikationseinheit zur Kommunikation mit Basisstations-Sendeempfängern von Mobilfunknetzen hat, wobei für verschiedene Mobilfunknetze
- – Servicezellen-Identifikationen der empfangbaren Basisstations-Sendeempfänger ermittelt werden, und
- – Empfangsfeldstärken der empfangbaren Basisstations-Sendeempfänger gemessen werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein mobiles Endgerät zur Durchführung des Verfahrens.
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Zur Navigation, Fuhrparksteuerung und Verkehrslagedatenerfassung ist es erforderlich, die Positionen mobiler Verkehrsteilnehmer regelmäßig zu erfassen. Vor allem zur Verkehrslagedatenerfassung (z. B. in einem Verkehrsmanagementsystem) müssen möglichst alle relevanten Wegedaten, wie z. B. Fahrtbeginn und Fahrtende, Quelle und Ziel, Fahrzweck, Verkehrsmittel und Route, von einer Vielzahl von Verkehrsteilnehmern ohne einen nennenswerten Zusatzaufwand für die Verkehrsteilnehmer automatisch erfasst werden.
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Zur Ortung sind satellitengestützte Ortungsverfahren bekannt, bei denen mit Hilfe von Navigationssatelliten, insbesondere mit dem Global-Positioning-System (GPS) die Positionen relativ genau bestimmt werden können. Diese Verfahren erfordern nachteilig relativ aufwendige und teure Satelliten-Navigationsempfänger, die energieintensiv und störanfällig sind. Zudem bestehen Empfangslöcher z. B. in U-Bahnen, Tunnel etc., in denen eine Satelliten-Positionsbestimmung nicht möglich ist.
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Es sind weiterhin z. B. aus der
DE-OS 38 16 377 A1 und
EP 0 838 692 A1 Ortungsverfahren in einem Mobilfunksystem bekannt, bei denen die Laufzeiten von Signalen zwischen mobilen Endgeräten und Basisstationen gemessen werden. Die Laufzeitmessung und Positionsauswertung erfolgt zentral in der Basisstation. Sie weist nur eine relativ geringe Genauigkeit auf. Die Kapazität dieses Systems ist begrenzt und daher nicht im großen Maßstab einsetzbar.
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Zur Erfassung des Verkehrs werden weiterhin Detektionsschleifen in Fahrbahnen eingelassen, um Fahrzeuge lokal zu zählen. Zudem sind Infraroterfassungsgeräte vor allem auf Autobahnen oberhalb der Fahrbahn angebracht. Dieses Maßnahmen sind sehr kostenaufwendig und bieten nur Informationen für einen bestimmten Streckenabschnitt. Eine Aussage über das Verkehrsverhalten individueller Verkehrsteilnehmer kann mit diesen Maßnahmen nicht gewonnen werden.
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Bei der sogenannten FCD-Methode (Floating-Car-Data) werden fahrzeugbezogene Kenngrößen wie Position und Geschwindigkeit mit Sensoren ermittelt, die in den Fahrzeugen eingebaut sind, und über Datenfunk an eine Zentrale übertragen. Die FCD-Methode erfordert nachteilig eine entsprechende Aufrüstung der Fahrzeuge mit einem Satelliten-Navigationsempfänger und einem Kommunikationssystem.
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In der
DE-OS 37 16 320 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung mit Hilfe von Mobiltelefonen beschrieben, wobei eine Position mit Hilfe der Feststationsnummer einer Basisstation ermittelt wird, in dessen Funkzelle sich das Mobiltelefon befindet. Hierdurch kann die Positionsgenauigkeit der Funkzelle bestimmt werden. Als zusätzliche Standortinformation wird die Feldstärkeinformation der Basisstation gemessen und mit bekannten Sollwerten verglichen. Die gemessenen Feldstärkeinformationen können jedoch nicht eindeutig einer Position zugeordnet werden. Zudem sind sie stark von Umwelteinflüssen abhängig.
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In der
EP 0 777 863 B1 ist ein Navigationsinformationssystem beschrieben, bei dem mobile Einheiten über einen Satelliten-Navigationsempfänger oder über ein Funkortungssystem des Kommunikationssystems ermittelt und die Positionen der mobilen Einheiten an eine Zentrale gesendet werden. Die Routenplanung erfolgt in einer Zentrale, die auf eine Datenbank mit geographischen Daten zurückgreift. Hierdurch entfällt ein aufwendiges Navigationssystem im Fahrzeug. Durch das Satelliten-Navigationssystem können relativ genaue Koordinaten ermittelt werden. dies ist jedoch teuer und aufwendig. Das System hat weiterhin den Nachteil, dass das Verkehrsverhalten nur in definierten Zonen ermittelt werden kann.
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In der
WO 98/12683 A ist ein Verfahren zur Verkehrsdatenerfassung mit Mobiltelefonen beschrieben, bei dem die Position des Mobiltelefons mit Hilfe der Basisstationskennung und funktechnischen Informationen bestimmt wird. Dabei erfolgt eine Zuordnung der Position auf das Wegenetz in der Zelle, die in einer geographischen Informationsdatenbank abgespeichert ist.
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Die in den dezentralen Einheiten gesammelten Daten werden an eine Zentrale übermittelt, in der die Daten unter Verwendung von zellcharakteristischen Informationen geographische Informationen über das Wegenetz zugeordnet werden, um den Fahrweg eines Fahrzeugs zu rekonstruieren.
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Eine bestimmte Route wird hierbei insbesondere durch Auswertung des Zellkennungswechsels ermittelt. Diese Route wird den Verkehrswegen zugeordnet, die für diese ermittelten Routen verfügbar sind. Ein solches Verfahren ist auch in der
DE-OS 197 55 891 A1 beschrieben.
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In der
DE-PS 198 24 528 ist ein Verfahren zur Detektion von Transpondern anhand definierter Feldcharakteristika beschrieben. nach Detektion eines Transponders in einer ersten Zelle wird die Feldcharakteristik einer benachbarten Zelle derart eingestellt, dass sich diese von derjenigen der ersten Zelle unterscheidet.
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In der
WO 96/42179 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Auflösung eines Ortungssystems mit Mobiltelefonen beschrieben, bei dem gemessenen Positionen gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Zusatzinformationen wie Geschwindigkeit auf Transportwege projiziert werden.
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In der
EP 0 290 725 B1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des ungefähren Aufenthaltsortes einer mobilen Funkstation offenbart, bei dem die Feldstärkeinformation eines von einer Feststation an die mobile Funkstation ausgesendeten Datentelegramms gemessen und ausgewertet und als zusätzliche Standortinformation an die Feststation zurückgesendet wird.
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In Martin Junius: „Intelligentes Radio-Ressource-Management: Mustererkennung mit GSM-Funkmessdaten und Anwendung”, in: ITG-Fachberichte, 27. September 1993, ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Pegel von bis zu sechs Nachbarzellen von einem mobilen Endgerät gemessen werden und entsprechende Messwertreporte periodisch an eine Basisstation geschickt und dort mit Mustererkennungsverfahren zur Ortsbestimmung ausgewertet werden.
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Ein entsprechendes Verfahren ist auch in Martin Junius und Olrik Kennemann: „New Methods for Processing GSM-Radio Measurement Data: Appplications for Locating, Handover and Network Management”, in: Proceedings of the Vehicular Technology Conference, US, New York, IEEE, Bd. Conf. 44, 08. Juni 1994, Seiten 338 bis 342, offenbart.
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Das Problem bei diesen bekannten Verfahren, in denen die absoluten Feldstärkeinformationen ausgewertet und mit Referenzdaten verglichen werden, besteht darin, dass die Feldstärkeinformation abhängig von Umwelteinflüssen ist und sich aus der Feldstärkeinformation innerhalb eines Empfangsbereichs einer Basisstation keine eindeutige Position zuordnen lässt.
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EP 0 659 316 B1 offenbart ein zellulares Funknetz bestehend aus einem Primärnetz und mindestens einem weiteren Netz, das einen anderen Aufenthaltsortsbereich abdeckt. Für sich zwischen den unterschiedlichen Aufenthaltsortsbereichen der netzbewegenden Mobilfunkstationen wird eine Aktualisierungsprozedur zur Feststellung des Aufenthaltsorts durchgeführt, wenn ein Wechsel von einem Aufenthaltsortsbereich zum nächsten festgestellt wird. Eine Aufenthaltsortsaktualisierung kann vom Benutzer vorübergehend unterbunden werden.
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DE 199 57 031 A1 offenbart ein Verfahren zur Signalisierung von Informationen über Nachbarfunkzellen in einem Funkkommunikationssystem. Ein mehrere Übertragungsverfahren unterstützende Teilnehmerstation signalisiert einer Basisstation die von der Teilnehmerstation unterstützten Übertragungsverfahren. Von der Basisstation werden anschließend abhängig von der signalisierten Unterstützung durch die Teilnehmerstation Informationen über Nachbarfunkzellen zumindest eines zweiten Kommunikationssystems, das ein signalisiertes weiteres Übertragungsverfahren unterstützt, in einem verbindungsindividuellen Signalisierungskanal zu der Teilnehmerstation signalisiert.
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DE 199 20 587 C2 offenbart ein Verfahren zum Aufbau und zur ständigen Pflege einer Funkfelddatenbank durch Messdaten, wobei Mobilstationen Messungen des Funkfelds im Zeitverlauf vornehmen und die Messdaten mit Ortungsinformationen verknüpft werden.
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WO 97/23109 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vermessung der Funkübertragungsqualität in einem digitalen mobilen Telefonnetzwerk, die Übertragungsqualität des Aufwärts- und Abwärtskanals wird gemessen und zur Kombination und weiteren Auswertung an ein mobiles Telefonnetzwerk übersandt.
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EP 0 501 706 B1 beschreibt ein Gegenstandsortungssystem mit einer tragbaren Standorteinheit, die einen Hauptempfänger und einen Einheitssender hat. Ein zum Bestimmen des Standorts der tragbaren Standorteinheit vorgesehener Standortempfänger empfängt die durch den Einheitssender übertragende Information und bestimmt den Standort der tragbaren Standorteinheit aus einem Standort Identifizierungssignal.
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US 6 061 565 A offenbart ein zellulares Mobilfunksystem, bei dem die Position einer mobilen Station durch Bestimmung der Entfernung der mobilen Station von mindestens einer Basisstation ermittelt wird. Die Entfernung wird aus der Laufzeitverzögerung eines Messsignals bestimmt.
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DE 199 11 240 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ortung von mobilen Telefonen, bei dem Funksignale vom Mobilfunkgeräten durch Mobilfunk-Messeinheiten empfangen, nach Parametern geprüft und durch Bewertung der einzelnen Feldstärkewerte ausgewertet werden, um den Ort eines Mobiltelefons zu bestimmen.
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DE 199 23 167 A1 offenbart ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Transporteinrichtungen, bei der jede Transporteinrichtung ein Mobilfunkendgerät zugeordnet wird. In einer Mobilfunkzentrale, mit der Mobilfunkendgerät in Verbindung steht, wird die momentane Position des Mobilfunkendgerätes ermittelt und daraufhin ein Positionsdatensignal generiert, aus dem sich die momentane Position des Mobilfunkendgerätes und somit die Transporteinrichtung ergibt. Das Positionsdatensignal wird dann an eine Leitzentrale weitergeleitet, so dass die Position der Transporteinrichtung in der Leitzentrale bestimmbar ist. Die Positionsbestimmung des Mobilfunkendgerätes kann dabei unter zeitlich aufeinanderfolgender unter gleichzeitiger Verwendung mehrere Mobilfunknetze durchgeführt werden.
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In der
WO 01/01715 A1 wird zur Verbesserung der bekannten Verfahren ein Ortungsverfahren vorgeschlagen, bei denen die gemessenen Empfangsfeldstärken von mindestens zwei Basisstations-Sendeempfängern eines Mobilfunknetzes aufeinander bezogen und diese aufeinander bezogenen Empfangsfeldstärken mit positionsabhängig gespeicherten Referenzfeldstärke-Pegelmustern verglichen werden. Dadurch, dass nicht nur eine absolute Feldstärkeinformation, sondern die Verhältnisse der Empfangsfeldstärken verschiedener Basisstations-Sendeempfänger eines Mobilfunknetzes zueinander berücksichtigt werden, kann eine Position relativ eindeutig bestimmt werden. Auch wenn die absoluten Feldstärkeinformationen eines Basisstations-Sendeempfängers an mehreren Orten gleich ist, trifft dies in der Regel nicht für das Verhältnis der Empfangsfeldstärken benachbarter Basisstations-Sendeempfänger zueinander zu.
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Aufgabe der Erfindung war es, ein noch weiter verbessertes Verfahren zur Ortung mit einem mobilen Endgerät zu schaffen, mit dem die Position des mobilen Endgerätes noch zuverlässiger und genauer bestimmt wird
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder einem mobilen Endgerät gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Dabei ist es nicht erforderlich, dass das mobile Endgerät in alle verfügbaren Mobilfunknetze eingeloggt ist. Es ist vielmehr ausreichend, dass das mobile Endgerät lediglich die Servicezellen-Identifikation und Empfangsfeldstärken der von den Basisstations-Sendempfängern der verschiedenen Mobilfunknetze regelmäßig ausgesendeten Datenpakete empfängt.
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Erfindungsgemäß werden somit für verschiedene Mobilfunknetze
- – Servicezellen-Identifikationen der empfangbaren Basisstations-Sendeempfänger ermittelt,
- – Empfangsfeldstärken der empfangbaren Basisstations-Sendeempfänger gemessen, und
- – die Position des mobilen Endgerätes durch Auswerten der ermittelten Servicezellen-Identifikationen und gemessenen Empfangsfeldstärken bestimmt,
wobei die gemessenen Empfangsfeldstärken der verschiedenen Mobilfunknetze und/oder die bestimmten Positionen miteinander korrelliert werden.
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Es werden die gemessenen Empfangsfeldstärken der Basisstations-Sendeempfänger der verschiedene Mobilfunknetze jeweils aufeinander bezogen und die aufeinander bezogenen Empfangsfeldstärken mit entsprechenden positionsabhängig gespeicherten Referenzfeldstärken-Pegelmustern zur Bestimmung der Position verglichen. In dieser Ausführungsform werden die gemessenen Daten somit zunächst miteinander korrelliert und die aufeinander bezogenen Messdaten der verschiedenen Mobilfunknetze zur Positionsbestimmung herangezogen. Die gemessenen Empfangsfeldstärken von mindestens zwei verschiedenen Basisstations-Sendeempfängern und insbesondere von Basisstations-Sendeempfängern verschiedener Mobilfunknetze werden durch Berechnung der Differenzen oder Quotienten der Empfangsfeldstärken aufeinander bezogen.
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In einer Ausführungsform werden mögliche Positionen des mobilen Endgerätes durch Auswerten der Servicezellen-Identifikationen und Empfangsfeldstärken separat für jedes Mobilfunknetz bestimmt und die möglichen Positionen anschließend zur Bestimmung einer genaueren Position des mobilen Endgerätes gewichtet und validiert.
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In dieser Ausführungsform erfolgt somit die bekannte Ortung für die mehreren Mobilfunknetze getrennt voneinander. Anschließend werden die auf der Basis der Infrastrukturdaten des jeweiligen Mobilfunknetzes ermittelten Positionsdaten zusammengefasst.
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Obwohl die Daten mehrerer Mobilfunknetze gemessen und ausgewertet werden, muss hierbei das mobile Endgerät nur bei einem Mobilfunknetz angemeldet und eingeloggt sein.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die Position durch zusätzliche Überlagerung der räumlichen Empfangsbereiche der empfangbaren Basisstations-Sendeempfänger der verschiedene Mobilfunknetze und durch Ermittlung der Schnittfläche der Empfangsbereiche zu bestimmen. Hierdurch kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung noch weiter erhöht werden und der Suchbereich für einen Pegelmustervergleich eingeschränkt werden. dies führt zu einer Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit.
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Bei der Positionsbestimmung werden vorzugsweise die geometrische Positionen der Basisstations-Sendeempfänger zueinander und bezogen auf das mobile Endgerät berücksichtigt. Hierbei können entweder nur die Basisstations-Sendeempfänger zur Messung herangezogen werden, die eine solche geometrische Konstellation aufweisen, dass eine gute Standortbestimmung gewährleistet ist, oder die Messung wird bei einer unzureichenden geometrischen Konstellation so lange verzögert, bis die geometrische Lage wieder eine gute Standortbestimmung ermöglicht.
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Die Berücksichtigung der geometrischen Konstellation ist z. B. als Horizontal Dilution of Position” (HDOP) aus der Satellitenortungstechnik bekannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 – Skizze eines Bereiches mit zwei Mobilfunknetzen.
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Die 1 lässt eine Skizze eines Bereiches erkennen, in dem zwei Mobilfunknetze A und B installiert sind. Jedes Mobilfunknetz besteht aus einer Vielzahl von Basisstations-Sendeempfängern BTS. Die Indizes A und B kennzeichnen das Mobilfunknetz und die Indizes 1 bis n die laufende Nummer der Basisstations-Sendeempfänger BTS des jeweiligen Mobilfunknetzes.
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In dem schraffiert dargestellten Bereich empfängt ein mobiles Endgerät M die Servicezellen-Identifikationen und Kontakt-Datenpakete der Basisstations-Sendeempfänger BTSA2, BTSA3 und BTSA4 des Mobilfunknetzes A und des Basisstations-Sendempfängers BTSB3 des Mobilfunknetzes B.
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Aus den von den Basisstationen BTS regelmäßig ausgesendeten Kontakt-Datenpaketen werden von dem mobilen Endgerät M nunmehr die entsprechenden Empfangsfeldstärken gemessen und die Werte zusammen mit einer Zeitinformation des Messzeitpunktes in eine Datenbank eingetragen.
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Über einen Kommunikationskanal K werden die Daten der Messdatenbank zu einer Zentrale z. B. über den Basisstations-Sendempfänger BTSA4 des Mobilfunknetzes A übertragen. In der Zentrale werden die Messdaten dann mit entsprechenden Referenzdaten verglichen und hieraus die Position in bekannter Weise bestimmt.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es lediglich erforderlich, dass das mobile Endgerät nur in einem Mobilfunknetz, hier beispielsweise das Mobilfunknetz A, angemeldet und eingeloggt ist. Zusätzlich muss das mobile Endgerät M in der Lage sein, die Kontakt-Datenpakete der übrigen Mobilfunknetze zu empfangen. Gegebenenfalls ist hierfür ein Mehrbereichsempfänger erforderlich.
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In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst die Positionen des mobilen Endgerätes M für jedes Mobilfunknetz A und B separat voneinander bestimmt. Hierzu werden die Servicezellen-Identifikationen und Empfangsfeldstärken der Basisstations-Sendeempfänger BTSA für das Mobilfunknetz A getrennt von den entsprechenden Messdaten der Basisstations-Sendeempfänger BTSB des Mobilfunknetzes B ausgewertet. Die Empfangsfeldstärken der empfangenen Basisstations-Sendeempfänger BTS können zusätzlich pro Mobilfunknetz A und B jeweils aufeinander bezogen sein. Hierzu werden Verhältnisse, wie z. B. Differenzen oder Quotienten der gemessenen Empfangsfeldstärken von mindestens zwei verschiedenen Basisstations-Sendeempfängern BTS eines Mobilfunknetzes A, B berechnet und in der Zentrale mit dort gespeicherten entsprechenden Referenz-Pegelmustern verglichen.
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Im vorliegenden Beispiel würden daher die Verhältnisse zwischen den Empfangsfeldstärken der Basisstations-Sendeempfängern BTSA3/BTSA4 und BTSA3/BTSA2 und BTSA4/BTSA2 sowie die entsprechenden Verhältnisse der Empfangsfeldstärken der Basisstations-Sendeempfänger BTSB des anderen Mobilfunknetzes B berechnet und ausgewertet.
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Die Auswertung kann aber auch durch das mobile Endgerät M selbst erfolgen, wobei die Referenz-Pegelmuster z. B. von der Zentrale zur Verfügung gestellt werden können.
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Als Empfangsfeldstärke kann nicht nur der Signalpegel RXLEV des Downlink-Kanals der Basisstations-Sendeempfänger BTS, sondern auch die Empfangsqualität RXQUAL des Downlink-Kanals gemessen und ausgewertet werden. die Empfangssignalqualität kann aus der Bitfehlerrate in definierten Qualitätsstufen bestimmt werden.
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Durch die separate Betrachtung der verschiedenen Mobilfunknetze A und B wird pro Mobilfunknetz A bzw. B eine Position bestimmt. Diese Positionen werden nach geeigneten Kriterien gewichtet und validiert und hieraus eine genauere Position des mobilen Endgerätes M bestimmt. Als Maß für die Gewichtung kann z. B. die Anzahl der empfangenen Basisstations-Sendeempfänger BTS dienen. Weitere Kriterien für die Gewichtung kann die Empfangssignalqualität und sonstige entsprechende Parameter sein.
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In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Empfangsfeldstärken, d. h. der Empfangssignalpegel RXLEV und/oder die Empfangsqualität RXQUAL der Basisstations-Sendeempfänger BTS aller empfangbaren Mobilfunknetze A und B miteinander korrelliert. Es werden also die Messsignale netzübergreifend ausgewertet, indem die Verhältnisse der Empfangsfeldstärken aller empfangbaren Basisstationen der empfangbaren Mobilfunknetze A und B gebildet werden. diese Verhältnisse werden in einer Messdatenbank in dem mobilen Endgerät M abgespeichert und an eine Zentrale über eines der Mobilfunknetze A oder B zur weiteren Auswertung geschickt. In der Zentrale werden die Daten mit entsprechende positionsabhängig gespeicherten Referenz-Pegelmustern verglichen. Mit diesem integrierten Ortungsverfahren wird die Ortungsgenauigkeit wesentlich erhöht. Für den Fall, dass von mehreren potentiell verfügbaren Netzen in einem einzigen Mobilfunknetz lediglich ein Basisstations-Sendempfänger BTS bzw. eine Funkzelle empfangen werden kann, ist bei einer separaten netzbezogenen Berechnung der Position lediglich eine sehr ungenaue Angabe der Position möglich. Wenn die Empfangsfeldstärken der Basisstations-Sendeempfänger BTS mehrerer empfangbarer Mobilfunknetze A, B gemessen und ausgewertet werden, können diese zusätzlichen Informationen zur Positionsberechung mit hinzugezogen werden.
