DE10105678A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Paketdaten-dienst-fähigen Funkstationen in einem Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ortsbestimmung von Paketdatendienst-fähigen Stationen (MS) in einem Funk-Kommunikationssystem (GSM), wobei jede Station (MS) über zumindest eine Funkschnittstelle (V) innerhalb einer Funkzelle (Z) mit deren zugeordneter netzseitiger Netzstation (BTS) kommuniziert, wobei seitens des Netzes periodisch bzw. auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Stationen (MS) durchgeführt wird. DOLLAR A Um eine schnelle Bereitstellung der Ortsinformationen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, netzseitig aktuelle Aufenthaltsorte sowie erfahrene Funkbedingungen der Station(en) (MS) zu speichern. DOLLAR A Vorteilhafterweise können bei Paketdatendienst-fähigen Stationen (MS) für andere Zwecke bekannte Verfahren zum Bestimmen verwendet werden. Zum Bestimmen der Empfangsfeldstärke und/oder des Interferenzpegels, zum Durchführen eines Zellwechsels und/oder zum Aktivieren einer Polling-Anforderung verwendet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ortsbestim­ mung von Paketdatendienst-fähigen Funkstationen in einem Kom­ munikationssystem mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 bzw. ein Kommunikationssystem mit Einrichtun­ gen zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen, bei­ spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt­ stelle zwischen sendender und empfangender Station (Basissta­ tion bzw. Teilnehmerstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen­ zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Fre­ quenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA- oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren (TD/CDMA: Time/Code Divi­ sion Multiple Access) über die Funkschnittstelle, beispiels­ weise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Fre­ quenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.

In bestehende Mobilfunknetze nach dem GSM-Standard (GSM: Glo­ bal System for Mobile Communications) mit Frequenzen zwischen 400 MHz und 2000 MHz werden derzeit neuartige Datendienste wie der Paketdatendienst GPRS (General Packet Radio Service) sowie dessen Erweiterung EDGE/EGPRS (Enhanced Data Rates for GSM Evolution/Enhanced GPRS) eingeführt. Die Übertragung im Mobilfunknetz findet hierbei nicht verbindungsorientiert bzw. nicht leitungsvermittelt, sondern in Form von Paketdaten statt. Diese Art der Übertragung nutzt die gegebenen Übertragungsressourcen im Mobilfunknetz beispielsweise durch Mul­ tiplexing besser aus.

Beim TDMA-Verfahren, wie z. B. bei GSM oder auch TDD-UMTS (TDD: Time Division Duplex), ist für eine TDMA-Komponente ei­ ne Aufteilung eines breitbandigen Trägers mit z. B. einem Fre­ quenzbereich von 5 MHz bei UMTS oder eines schmalbandigen Trägers mit z. B. 200 kHz bei GSM in mehrere Zeitschlitze gleicher Zeitdauer vorgesehen. Bei TDD-UMTS wird auf der gleichen Trägerfrequenz ein Teil der Zeitschlitze in Abwärts­ richtung DL (Downlink) von der Basisstation zur Teilnehmer­ station und ein Teil der Zeitschlitze in Aufwärtsrichtung UL (Uplink) von der Teilnehmerstation zur Basisstation benutzt. Beim GSM-Standard sind für die Aufwärtsverbindung und die Ab­ wärtsverbindung jeweils acht Zeitschlitze auf zwei durch ei­ nen Duplexabstand getrennten 200 kHz Trägerfrequenzen vorge­ sehen. Zur Datenübertragung bei den Paketdatendiensten GPRS/EGPRS nach dem GSM-Standard wird jedem Zeitschlitz ein Paket-Daten-Verkehrskanal PDTCH (Packet Data Traffic Channel) zugeordnet. Die Paket-Daten-Verkehrskanäle sind unidirektio­ nal. Eine Übertragung findet entweder in Aufwärtsverbindung (UL) für die Paketdatenübertragung von der Teilnehmerstation zur Basisstation oder in Abwärtsverbindung (DL) für die Pa­ ketdatenübertragung von der Basisstation zur Teilnehmerstati­ on statt. Dabei kann ein Paketdaten-Verkehrskanal einem Teil­ nehmer bei einer statischen Kanalvergabe (fixed allocation nach GSM 04.60) fest für ein bestimmtes Zeitintervall oder bei einer dynamischen Kanalvergabe (dynamic allocation nach GSM 04.60) mehreren Teilnehmern gleichzeitig zugewiesen wer­ den, d. h. mehrere Teilnehmer werden auf diesem Paketdaten- Verkehrskanal versorgt (Multiplexing). Das gilt für die Auf- und Abwärtsverbindung unabhängig voneinander.

Bei diesen Systemen ist es für eine Vielzahl von Zwecken er­ forderlich die momentanen Standorte von Teilnehmerstationen zu bestimmen. Zur effizienten Realisierung der Ortsbestimmung sind Ortsbestimmungsdienste (Location Services) bekannt, die auch für Teilnehmerstationen für paketdatenfähige (GPRS, EDGE) Mobilfunkdienste in GSM-Mobilfunknetzen eingesetzt wer­ den.

Für leitungsvermittelte Dienste (Circuit Switched Services) gibt es im Standard bereits eine Vielzahl von Verfahren wie TA (Timing Advance), E-OTD (Enhanced Observed Time Differen­ ce), GPS (Global Positioning System), etc. Bei dem Verfahren TA erhält beispielsweise das zuständige Mobilstations- Lokalisierungszentrum (SMLC: Serving Mobile Location Center) eine Anfrage nach der gegenwärtigen Position einer bestimmten Teilnehmerstation. Falls die Teilnehmerstation zu diesem Zeitpunkt untätig ("idle") ist, wird sie vom Netz aus ange­ sprochen bzw. ein "Paging" ausgeführt, woraufhin das Netz der Teilnehmerstation einen Kanal zuweist. Im reservierten bzw. geschalteten Zustand ("dedicated mode") ist die Teilnehmer­ station bereits auf einem Kanal aktiv. Das zuständige Mo­ bilstations-Lokalisierungszentrum fordert daraufhin den im Basisstationssystem aktuell verwendeten TA sowie optional den zuletzt von der Teilnehmerstation gesendeten Meßbericht (Mea­ surement Report) vom Basisstationssystem an. Nach Weitergabe dieser Daten an das zuständige Mobilstations- Lokalisierungszentrum wird dort die Position der Teilnehmer­ station nach bekannten Verfahren berechnet und abschließend das Positionsergebnis an die anfragende Einheit weitergelei­ tet. Ferner gibt es auch Verfahren, bei denen etwa die Teil­ nehmerstation eigenständig kontinuierlich ihre Position be­ rechnet und dem Netz aufgrund von Anfragen mitteilt, bzw. Verfahren, die eine Ortsbestimmung mittels einer externen Hardware, z. B. einer sogenannten Lokationsbestimmungseinheit (LMU: Location Measurement Unit), vornehmen.

Nachteilig ist bei solchen Verfahren, dass das Netz der Teil­ nehmerstation dedizierte Kanäle zuweisen muss, beispielsweise zur Abfrage von positionsrelevanten Meßdaten, was letztend­ lich nachteilig für die Zellkapazität ist. Ferner kann stets nur eine Teilnehmerstation nach der anderen abgefragt werden.

Das Basisstationssystem muss auf Anfragen hin jedesmal Kon­ takt mit der Teilnehmerstation aufnehmen, bevor es die für die Position relevanten Meßdaten an das zuständige Mobilsta­ tions-Lokalisierungszentrum liefern kann. Ohne vorherige An­ frage ist also dem Netzwerk bei bestehenden Ortsbestimmungs- Verfahren (LCS: location service) die Position einer Teilneh­ merstation nicht bekannt.

Bei solchen Ortsbestimmungsverfahren werden für sich bekannte Berechnungsmethoden zur Ortsbestimmung der Teilnehmerstatio­ nen verwendet, beispielsweise beim TA Verfahren Laufzeit- Werte zwischen Teilnehmerstation und versorgender Basisstati­ on.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Ortsbestimmung von Paketdatendienst-fähigen teilnehmerseitigen Stationen in einem Kommunikationssystem bzw. eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfah­ rens vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Ortsbestimmung von Paketdatendienst-fähigen teilnehmerseitigen Stationen in ei­ nem Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 bzw. das Kommunikationssystem mit Einrichtungen zum Durchführen eines solchen Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bzw. einen Speicher dafür gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Durch dieses Verfahren muss das Netz der Teilnehmerstation vorteilhafterweise keine dedizierten Kanäle zuweisen, so dass die Zellkapazität geschont wird. Außerdem können nicht nur einzelne Teilnehmerstationen eine nach der anderen abgefragt werden, sondern auch mehrere zugleich.

Zumindest eine netzseitige Einrichtung, die vorzugsweise Be­ standteil des Basisstationssystems ist, hält Orts- Informationen über die Teilnehmerstationen in ihrem Bereich gespeichert, so dass sie auf Anfragen sofort, ohne nochmals Kontakt zur entsprechenden Teilnehmerstation aufnehmen zu müssen, die Position dieser Teilnehmerstation bzw. die posi­ tionsrelevanten Meßdaten liefern kann.

Für GPRS/EGPRS-fähige Teilnehmerstationen ist somit ein Ver­ fahren bereitgestellt, bei dem das Basisstationssystem stets über den Ort der Teilnehmerstationen bzw. die positionsrele­ vanten Meßdaten in seinen Zellen informiert ist, so dass das Basisstationssystem eine Anfrage von höheren Ebenen/Layern ohne Triggern der gewünschten Teilnehmerstation sofort beant­ worten kann. Ferner kann das Netzwerk durch das Setzen von Triggerpunkten - beispielsweise durch die Definition eines bestimmten Orts-Bereiches in seinem Versorgungsbereich - so­ fort nachgeordnete Funktionseinheiten selbsttätig ohne Anfra­ ge informieren, wenn eine Teilnehmerstation diesen Ortsbe­ reich betritt, sich dort aufhält oder diesen verlässt. In diesem Fall kann die SMLC-Funktionalität netzseitig bzw. im Basisstationssystem integriert sein oder sich abgesetzt in einer separaten Einrichtung (physikalisches oder stand-alone SMLC) befinden. Anhand der gewonnenen Informationen wie dem Ort aller Teilnehmerstationen, dem Signalpegel (Signal-Level) der diese bedienenden Zelle(n) (Serving-Cell) sowie der Nach­ barzellen und der Interferenz-Level am Ort der Teilnehmersta­ tionen kann das Netz eine komplette Funkfeldplanungs-Karte sowie eine hochgenaue Verteilungskarte der Teilnehmerstatio­ nen in den Zellen erstellen. Das Verfahren kommt ohne zusätz­ liche neue Messeinrichtungen, d. h. auch ohne zusätzliche neue Baugruppen bzw. Hardware aus.

Eine bevorzugte Basis des Verfahrens beruht darauf, dass GPRS/EGPRS-fähige Teilnehmerstationen im Prinzip permanent im Netz angemeldet und diesem bekannt sind (GPRS attached). Das Netzwerk kann hierbei die Teilnehmerstation im Speziellen bzw. über Broadcast-Systeminformationen alle Teilnehmerstati­ onen in der Zelle auffordern, periodisch Meldungen zu schi­ cken, aus denen das Netzwerk die Position der Teilnehmersta­ tion ermittelt. Daher kann das Netz bei bekannter Teilneh­ merstations-Position Trigger-Punkte setzen, bei denen das Netz beim Betreten/Verlassen eines bestimmten Zellbereichs, z. B. eines Einkaufszentrums, sofort Informationen, z. B. Wer­ bung, Sonderangebote, Kinoprogramm, etc. zum Beispiel mittels SMS (Short Message Service) an die Teilnehmerstation senden kann.

Das Verfahren basiert vorteilhafterweise komplett auf bekann­ ten Signalisierungen der GSM-Spezifikationen, die allerdings sehr vorteilhaft und in gänzlich neuer Kombination ausgenutzt werden, z. B. sogenannter "Network Controlled Cell Reselecti­ on", "Network Controlled Measurement Reports" und "Extended Measurement Reports" Das Verfahren funktioniert sowohl bei einer Teilnehmerstation im Ruhezustand wie auch im Betriebs­ zustand (idle bzw. packet transfer mode).

Der Vorteil der Verwendung von GPRS/EGPRS liegt darin, dass keine dedizierten Kanäle vergeben werden müssen. Statt dessen liefern die Teilnehmerstationen periodische Meßberichte (Mea­ surement Reports), wobei diese vorteilhafterweise stets nur einen 20 ms langen Funkblock bzw. einige wenige Funkblöcke für längere Nachrichten auf einem Paketdatenkanal (PDCH) belegen, bzw. die Teilnehmerstationen werden bei Bedarf auf sogenannte gemeinsam verwendete Kanäle (shared channels) zugewiesen, wo sie im Multiplexverfahren mit anderen Teilnehmerstationen ih­ re Daten übertragen.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt außerdem darin, dass sogenannte Class A-Telefone, bzw. DTM (dual transfer mode) oder auch Simple Class A-Telefone im Gegensatz zu den heutigen Betriebsverfahren (E-OTD, GPS auf Basis von lei­ tungsvermittelten Diensten) den Ortsbestimmungsdienst (LCS) ohne Service-Interrupt bedienen können, obwohl gleichzeitig leitungsvermittelt telefoniert wird. Dies ist möglich, da bei (Simple) Class A-Teilnehmerstationen ein gleichzeitiger Be­ trieb von Sprache und Daten möglich ist, d. h. der Ortsbestim­ mungs-Dienst kann auf dem paketvermittelnden (packet swit­ ched) Kanal bedient werden, während auf dem leitungsvermit­ telten (circuit switched) Kanal ein Gespräch läuft.

Die beim einfachsten Ausführungsbeispiel verwendeten Algo­ rithmen sind für sich bekannte Verfahrenselemente, die zur Bestimmung und Mitteilung des Interferenzpegels in einer Zel­ le am Ort der Teilnehmerstation MS, für den Zellwechsel bzw. optional Paket/Datenabrufanforderungen verwendet werden. Die­ se Drei sind mittels des beschriebenen Verfahrens jedoch auch zur Ortsbestimmung einsetzbar.

Das Verfahren kann auf alle GPRS/EGPRS fähigen Teilnehmersta­ tionen in der Zelle angewendet werden. Um die Last im Netz­ werk zu reduzieren, können jedoch auch nur einzelne Teilneh­ mer bedient werden. Das kann auch dazu benutzt werden, diesen Dienst nur gegen Entgelt zur Verfügung zu stellen.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Überblick über ein Funk- Kommunikationssystem,

Fig. 2-4 Die im GSM Standard verfügbaren Meldungen für die Measurement Reports, die zum Durchführen eines Ver­ fahrens zur Ortsbestimmung einer GPRS-fähigen Teil­ nehmerstation verwendet werden können.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht ein Mobilfunksystem als Beispiel eines Funk-Kommunikationssystems aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC sowie Dienste- und Zugangsnetzknoten SGSN (Serving GPRS Support Node), die untereinan­ der vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN oder einem Paketdatennetz PDN herstellen. Weiterhin sind diese Mo­ bilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einer Ba­ sisstations-Steuereinrichtung BSC/einer Einrichtung RNM zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen verbunden. Jede die­ ser Einrichtungen BSC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BTS. Eine solche Basisstation BTS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu teil­ nehmerseitigen bzw. Teilnehmer-Stationen, z. B. mobilen Stati­ onen MS oder anderweitigen mobilen und stationären Endgeräten aufbauen. Die Basisstationen und die diese steuernden Ein­ richtungen bilden ein Basisstationssystem (BSS/Base Station System).

Durch jede Basisstation BTS wird zumindest eine Funkzelle Z gebildet, innerhalb derer eine Kommunikation mit Teilnehmer­ stationen MS, MS1, . . . möglich ist. Bei einer Sektorisierung oder bei hierarchischen Zellstrukturen werden pro Basisstati­ on BTS auch mehrere Funkzellen Z versorgt. Typischerweise ü­ berschneiden sich die Bereiche benachbarter Funkzellen, so dass ein Wechsel von dem Bereich einer Funkzelle Z in den Be­ reich einer anderen Funkzelle Z problemlos möglich sind.

In Fig. 1 sind beispielhaft bestehende Verbindungen V1, V2, V3 zur Übertragung von Nutzinformationen und Signalisierungs­ informationen zwischen mobilen Teilnehmer-Stationen MS und einer Basisstation BTS und eine Anforderung zur Ressourcenzu­ teilung oder eine kurze Bestätigungsmeldung in einem Zugriffskanal (P)RACH ((Packet) Random Access CHannel) durch eine weitere mobile Station MS dargestellt. Weiterhin ist ein Organisationskanal BCCH (Broadcast Control CHannel) darge­ stellt, der zur Übertragung von Nutz- und Signalisierungsin­ formationen mit einer definierten Sendeleistung von jeder der Basisstationen BTS für alle mobilen Stationen MS bereitge­ stellt wird.

Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß.

Gemäß einer beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform kann bei einem solchen System ein Verfahren zur Ortsbestimmung ei­ ner oder mehrerer Teilnehmerstationen MS für das Paketdaten­ system GPRS/EGPRS im Übertragungsmodus ("transfer Mode") mit aktiver Paketdatenübertragung (Temporary Block Flow: TBFs) und im Ruhezustand ("idle Mode") angewendet werden. Im Netz wird für die angemeldeten Teilnehmerstationen MS im Bereich der Basisstations-Steuereinrichtung BSC oder evtl. auch im unterstützenden Netzknoten für ein bedienendes Paketdatennetz (SGSN: Serving GPRS Support Node) oder im SMLC eine Datenlis­ te X angelegt, in der für die jeweiligen Teilnehmerstationen MS Ort, Timing Advance TA in der jeweiligen Zelle Z (Serving- Cell), RXLEV-Werte (RXLEV: REceive LEVel/Empfangspegel) und Interferenz-Werte abgespeichert werden.

Zur Steuerung der Verfahrensabläufe kann beispielsweise auf für sich bekannte Kontroll-Meldungen und Steuermechanismen zurückgegriffen werden, die für sich genommen bekannt sind, derzeit (siehe z. B. GSM 04.60, GSM 05.08) jedoch für jeweils gänzlich andere Zwecke eingesetzt werden.

Die von der Teilnehmerstation ans Netz übermittelten Meldun­ gen und ihre Inhalte sind in den Fig. 2-4 skizziert.

Beispielhafte Algorithmus-Abläufe können insbesondere für das Anmelden einer Paketdatendienst-fähigen Teilnehmerstation und die externe Anforderung einer Positionsbestimmung bereitge­ stellt werden.

Beim Anmelden einer Teilnehmerstation für GPRS/EGPRS am Netz soll deren Position kontinuierlich bestimmt und abgespeichert werden, weshalb die Teilnehmerstation aufgefordert wird, die Messberichte (Measurement Reports) periodisch zu schicken. Das Netz wertet diese sowie die TA-Messwerte aus und berech­ net die Position der Teilnehmerstation MS. Eventuell wird die Teilnehmerstation MS dazu noch per "NC Cell Reselection" in die Nachbarzellen versetzt.

Für das Bedienen von eingehenden externen Teilnehmerstations- Positionsanforderungen können, wenn die Position der Teilneh­ merstation MS im Netz hinreichend genau bekannt ist, diese Informationen vom Basisstationssystem BSS direkt übermittelt werden. Ansonsten muss die Teilnehmerstation MS gepollt wer­ den, um die Position erst zu bestimmen bzw. um die Positions­ angaben hinreichend zu verbessern.

Bei GPRS/EGPRS werden sogenannte "NC Measurement Reports" bzw. netzinitiierte Messberichte von dedizierten bzw. allen Teilnehmerstationen MS in der Zelle Z periodisch an die netz­ seitigen Einrichtungen gesendet, wenn dies von der Basissta­ tion BTS über eine per Rundfunk- bzw. Nachrichtenkanal mitge­ teilte Anforderung, z. B. die PSI 5 Pa­ cket System_Information_Message, gefordert wird(NC_CONTROL_ORDER-Feld). Die Periode solcher Sendungen kann beim derzeit bekannten System mittels entsprechender Rundfunk/broadcast-Parameter für Teilnehmerstationen MS im Ruhezustand (idle mode) (NC_Reporting_Period) bzw. für Teil­ nehmerstationen MS im Übertragungsmodus (transfer mode) (NC_Reporting_Period_C) zwischen 0,48 und 60,44 Sekunden ein­ gestellt werden. Die Meldung enthält die Kennung TLLI (Tempo­ rary Logical Link Identifier) der Teilnehmerstation sowie den Empfangspegel (RXLEV_SERVING CELL) und die Interferenz (INTERFERENCE_SERVING CELL) in der Zelle (siehe Fig. 2, 3) am Ort der Teilnehmerstation MS. Ferner werden auch die Emp­ fangspegel der Nachbarzellen übertragen (RXLEV_N).

Weiterhin können für Teilnehmerstationen MS im Ruhezustand (idle mode) periodisch sogenannte erweiterte Messberichte bzw. "EXTENDED Measurement Reports" an die netzseitigen Ein­ richtungen geschickt werden (EXT_CONTROL_ORDER). Die Periode ist hier derzeit zwischen 60 und 7.680 Sekunden einstellbar.

Dieser Bericht bzw. Report beinhalt neben der Teilnehmerken­ nung (TLLI) den Interference-Level am Ort der Teilnehmersta­ tion MS auf allen derzeit acht Zeitschlitzen (I_LEVEL_TN0 . . . 7) sowie die Empfangsfeldstärkewerte RXLEV der Nachbarzellen (RXLEV_N) am Ort der Teilnehmerstation MS.

Die zu messende Nachbarzell-Liste (ARFCN, BSIC, . . .) wird der Teilnehmerstation MS zuvor vom Netz zugewiesen (z. B. derzeit: (BA(GPRS), NC_FREQUENCY_LIST, EXT FREQUENCY LIST)).

Netzseitig kann vorgegeben werden, dass anstelle von allen nur von bestimmten Teilnehmerstationen MS in der Zelle Z sol­ che Messberichte (NC Measurement Reports bzw. Extended Measu­ rement Reports) periodisch ans Netz gesendet werden sollen. Dazu gibt es derzeit die Nachricht/Message "Pa­ cket Measurement Order". Eine Beschränkung auf die Übermitt­ lung der Ortsangaben nur einzelner Teilnehmerstationen MS ist vorteilhaft, wenn sich z. B. zu viele Teilnehmerstationen MS in einer Zelle befinden, so dass es eventuell eine Überlast­ situation geben könnte, bzw. wenn nicht alle Teilnehmerstati­ onen MS den Ortsbestimmungsdienst (LCS) nutzen sollen, bei­ spielsweise weil die Teilnehmer der entsprechenden Teilneh­ merstationen MS nicht für diesen Dienst angemeldet und zuge­ lassen sind.

Außerdem kann die Periode zum Mitteilen der positionsrelevan­ ten Meßdaten ans Netz für verschiedene Teilnehmerstationen MS unterschiedlich eingestellt werden, was zu gewissen Quali­ tätsunterschieden bei der Genauigkeit führt. So können sich bewegende Teilnehmerstationen MS angewiesen werden ihre posi­ tionsrelevanten Meßdaten öfter zu senden, als Teilnehmersta­ tionen MS, die sich gar nicht oder nur langsam bewegen.

Die Messdaten teilt die Teilnehmerstation MS im Ruhezustand (idle Mode) dem Netz vorteilhafterweise mit, indem sie zu­ nächst einen Zugriff (Access) auf das Netz durchführt und da­ bei einen oder mehrere Funk/Radio-Blöcke anfordert. Anhand des Zugriffssignals (Access Burst), kann die Basisstation BTS sofort den Zeitfortschritt (Timing Advance TA) und somit den Abstand zwischen Teilnehmerstation MS und der Basisstation BTS bestimmen. Bei den derzeitigen Verfahren ist dies mit ca. 500 m Genauigkeit möglich. Durch Mittelung mehrerer TA Werte lässt sich diese Genauigkeit jedoch erhöhen.

Mittels der zusätzlich vorhandenen Werte der Empfangsfeld­ stärke RXLEV der Nachbarzellen, allgemein bekannten elektro­ magnetischen Ausbreitungs-Gesetzen und den bekannten Positio­ nen der Basisstationen BTSn der Nachbarzellen Zn, lässt sich schließlich der Ort der Teilnehmerstation MS genauer, jedoch in der Regel noch grob berechnen.

Ist weiterhin eine Karte mit Netzplanungsdaten, z. B. voraus­ berechneten Signalfeldstärken im Versorgungsgebiet des Net­ zes, gespeichert, lässt sich der Ort der Teilnehmerstation MS durch einen automatisierbaren Vergleich mit der Karte noch genauer bestimmen. Hierzu kann ein iteratives Verfahren ver­ wendet werden, da durch das hier beschriebene Verfahren eine hochgenaue Pegel/Interferenz-Karte berechnet wird, die dann wiederum oben als Eingabe für weitere Berechnungen dienen kann.

Die Verknüpfung der Daten mit der Teilnehmerstation MS und deren Abspeicherung in einer netzseitigen Einrichtung wie dem Speicher X der Basisstations-Steuereinrichtung BSC (bzw. in Paketnetzen der sogenannte Serving GPRS Support Node (SGSN) oder das SMLC) erfolgt vorzugsweise über Identifizierungs­ kennzeichen, wie den für sich bekannten TLLI (Temporary Logi­ cal Link Identifier), der für jede Teilnehmerstation MS ein­ deutig ist und in den oben genannten Nachrichten/Messages enthalten ist.

Zur weiteren Verbesserung der Ortsbestimmung kann das Netz bzw. dessen Basisstations-Steuereinrichtung BSC die Teilneh­ merstation MS im Ruhezustand (idle mode) mittels derzeit z. B. einer netzgesteuerten Zellenverschiebung ("Network Controlled Cell Reselection") nacheinander von der die Teilnehmerstation bedienenden Zelle Z (Serving Cell) in die Nachbarzellen Zn verschieben, in deren Empfangsbereich sich die Teilnehmersta­ tion MS ebenfalls befindet. Vorteilhafterweise ist die Zahl N solcher Nachbarzellen Zn, in die diese Teilnehmerstation MS verschiebbar ist, zumindest drei (N <= 3). Derzeit verwendbar ist dafür die für sich bekannte Nachricht/Message "Pa­ cket_Cell_Change_Order".

Vorteilhafterweise ist dabei durch die Verwendung von Diens­ ten bzw. Verfahren des GPRS-Dienstes keine Unterbrechung von bestehenden Diensten ("Service Interrupt") erforderlich, da im Ruhezustand (idle mode) keine Daten verschickt werden. Bei Anwendung des Verfahrens für Teilnehmerstationen MS im Über­ tragungsmodus (transfer mode) können dabei jedoch Daten ver­ loren gehen, die später nochmals neu bzw. wiederholt übertra­ gen werden müssen.

Vorteilhafterweise soll eine verfahrensgemäß zu verschiebende Teilnehmerstation MS zunächst immer in die Nachbarzelle(n) mit der größten Empfangsfeldstärke RXLEV geschoben werden. Durch das Verschieben bekommt das Netz auch Angaben über den Zeitfortschritt TA zu N Nachbar-Basisstationen BTSn und kann nun mit bekannten Methoden, wie der Schnittpunktberechnung der N Abstands-Kreise um die N Basisstationen BTSn, den Ort noch genauer berechnen. Um mit der Datenhaltung konsistent zu bleiben und den Verwaltungsaufwand zu minimieren, sollte eine Teilnehmerstation MS vorzugsweise immer nur zwischen den Zel­ len eines Basistations-Steuereinrichtungs (BSC)-Gebietes ver­ schoben werden.

Ausgehend von der vorstehend aufgeführten geringen Auflösung des TA-Wertes von ca. 500 m kann die Auflösung stark verbes­ sert werden, indem das Netz die periodisch von den Teilneh­ merstationen MS hereinkommenden TA-Werte über die Zeit mit­ telt. Die gleiche Mittelung sollte auch für die Werte der Empfangsfeldstärken RXLEV der Serving-Zelle und der Nachbar­ zellen durchgeführt werden. Ein weiteres Verbesserungspoten­ zial liegt in der Überabtastung (Oversampling) der Zugriff­ signale (Access Bursts) in der Basisstation BTS bzw. der Aus­ nutzung weiterer Equalizer-Werte.

Das Netz kann auch von Teilnehmerstationen MS in der Paket­ übertragungsbetriebsart (packet transfer mode) die Zugriffs­ signale (Access Bursts) auf dem Zeitsteuerkanal für Paketda­ ten PTCCH (Packet Timing Control Channel) in die Mittelung einfließen lassen, die derzeit pro Teilnehmerstation MS ca. alle 2 Sekunden ans Netz geschickt werden. Reicht diese In­ formation bei einer Teilnehmerstation MS bezogen auf die Ge­ nauigkeit nicht aus, dann kann das Netz die Teilnehmerstation MS abfragen bzw. "pollen", z. B. mittels der sogenannten "Pa­ cket_Polling_Request" Nachricht. Hierbei schickt die Teilneh­ merstation MS im Uplink vier aufeinanderfolgende Access Bursts für Paketsteuerbestätigungen ("Pa­ cket_Control_Acknowledgements"). Durch mehrfaches Pollen in kurzen Zeitabständen kann sich das Netz eine beliebige Anzahl von Access Bursts zur hochgenauen Bestimmung des Zeitfort­ schritts TA einer Teilnehmerstation MS in einer Zelle Z bzw. Zn verschaffen.

Pro Zelle Z werden in naher Zukunft oftmals voraussichtlich mehrere Hundert bis wenige Tausend Teilnehmerstationen MS im Netz angemeldet sein. Diese große Anzahl sowie die große Men­ ge periodisch hereinkommender oder von bestimmten Teilnehmer­ stationen MS direkt angeforderten Daten reicht über eine län­ gere Zeit gemittelt aus, sehr gute Träger/Interferenz-(C/I)- Karten (C/I: Carrier to Interference) des Netzes zu bekommen. Außerdem gibt die Ortsbestimmung die Möglichkeit, die Verteilung von Teilnehmerstationen MS in der Zelle Z zu beobachten. Im Bereich erkannter Häufungspunkte (Hot Spots) lassen sich durch die Installation neuer Basisstationen BTS Engpässe ver­ meiden.

Beschränkt man die Mittelung auf bestimmte Tageszeiten, kann der Operator seine Netzabdeckung z. B. zur Hauptverkehrszeit (Busy Hour) und zu anderen ausgewählten Tages- und Nachtzei­ ten ermitteln.

Für den Operator besteht derzeit die Möglichkeit, einzelne Teilnehmerstationen MS mit bekanntem "Temporary Logical Link Identifier" (TLLI) zu überwachen bzw. zu tracen. Für bestimm­ te Ereignisse (Events) und Lokalitäten wie z. B. Einkaufszent­ ren lässt sich genau bestimmen, welcher Teilnehmer in ein be­ stimmtes Gebiet eintritt bzw. dieses wieder verlässt. Mittels E-Mail, Kurznachrichtendienst SMS oder sonstigem lässt sich ein Service mit großem Potential für Werbung etc. bieten, wenn die Ortsdaten der Teilnehmerstationen MS mittels des Verfahrens fortlaufend im netzseitigen Speicher X abgespei­ chert werden. Sobald ein neuer Speichereintrag für ein be­ stimmtes Gebiet vorgenommen wird, kann an die zugehörige Teilnehmerstation MS direkt oder über ein darüber informier­ tes Werbezentrum eine entsprechende Informations-Nachricht gesendet werden.

Vorteilhafterweise können die Ortsbestimmungsdaten (LCS- Daten) für die Teilnehmerstation MS verschlüsselt werden, um unerlaubte Zugriffe auf diese Datenabläufe und Datengehalte (Traces) der Teilnehmerstation MS zu verhindern.

Anhand der gewonnenen Informationen wie den momentanen Auf­ enthaltsorten aller Teilnehmerstationen MS in den Zellen Z, der Signal-Level der die Teilnehmerstationen MS bedienenden Zellen (Serving-Cells) Z sowie der Nachbarzellen Zn und dem Interferenz-Level am Ort der jeweiligen Teilnehmerstation MS kann das Netzwerk somit eine komplette C/I-Karte erstellen sowie eine Karte, welche die Verteilung der Teilnehmerstatio­ nen MS in den Zellen Z angibt. Dies dient der Detektion von Hot-Spots und erleichtert die Entscheidung, wo neue Basissta­ tionen aufgebaut werden müssen. Ferner können anhand der Kar­ ten die bisherige Netzplanung überprüft werden und bestehende Planungshilfsmittel angepasst werden. Die Karte kann wieder in den Ortsbestimmungsprozess eingeführt werden, um so ein adaptives Verfahren zu erhalten, wodurch ein Selbst- Lernendes/Optimierendes-Netz aufbaubar ist. Solche Karten lassen sich insbesondere für verschiedene Tageszeiten erstel­ len, z. B. Busy Hour, Nachtzeit.

Die Verwendung von für sich bekannten GPRS-Verfahren bietet eine geschickte Verknüpfung bestehender GSM-Signalisierung zur Ansammlung der nötigen Informationen. Ohne erhöhten Auf­ wand zu betreiben, findet im Gegensatz zu heutigen Verfahren eine permanente Ortsbestimmung der Teilnehmerstationen MS statt.

Insbesondere besteht die Möglichkeit Triggerpunkte zu setzen, so dass Teilnehmerstationen MS, die sich in einem bestimmten Bereich, z. B. einem Einkaufszentrum, aufhalten, sofort über SMS, E-Mail oder sonstiges mit Informationen, z. B. Werbung, Sonderangeboten etc., versorgt werden können.

Die Anwendung des Verfahrens ist insbesondere für Class A bzw. Simple Class A-Teilnehmerstationen vorteilhaft, da bei bestehenden Sprachverbindungen kein "Service-Interrupt" nötig ist.

Es können alle Teilnehmerstationen MS in der Zelle bzw. nur für den Ortsbestimmungsdienst LCS angemeldeten Teilnehmersta­ tionen MS mit dem Ortsbestimmungsdienst LCS oder darauf auf­ bauenden Diensten versorgt werden. Auch die Genauigkeit der Messungen kann MS spezifisch festgelegt werden, z. B. durch individuelle Einstellung der Messberichtperioden (Measure­ ment-Report-Perioden) und/oder durch zusätzliches Pollen der Teilnehmerstation MS zur Initiierung von Zugriffsanforderun­ gen (Access Bursts) zur orts- bzw. Zeitfortschritt-(TA)- Bestimmung. Vorteilhaft sind eine größere Periodizität in der Hauptverkehrszeit, um möglichst wenig Netzkapazität zu bean­ spruchen, und sehr kleine Periodizitäten während der Nacht, wenn die Netzlast relativ gering ist.

Die für sich bekannte "NC Cell Reselection" kann für Teilneh­ merstationen MS im Ruhe- und im Verbindungs- bzw. Übertra­ gungszustand (idle bzw. transfer mode) verwendet werden, um Werte von der die Teilnehmerstation bedienenden Zelle Z sowie den angrenzenden Nachbarzellen Zn zu bekommen. Es werden Mit­ telungen für Zeitfortschritt TA, Empfangsfeldstärke RXLEV, etc. durchgeführt, um bei den Berechnungen eine größere Ge­ nauigkeit zu erzielen.

Über Paketabrufanforderungen (Packet_Polling_Request) lassen sich zusätzlich eine beliebige Anzahl von Zugriffsanforderun­ gen (Access Bursts) von einer Teilnehmerstation MS generie­ ren, um den TA-Wert noch genauer zu bekommen. Verschlüsselung der Daten im Netzwerk verhindern einen unerlaubten Zugriff.

Bei der Übermittlung jedes Messberichts macht die Teilnehmer­ station einen Zugriff mittels Access Bursts auf dem RACH/PRACH (Random Access Channel bzw. Packet Random Access Channel), bei dem das Netzwerk den TA-Wert misst und den TA- Wert sowie andere positionsrelevanten Messdaten der Zelle und der Nachbarzellen unter der Kennung der Teilnehmerstation ab­ legt. Die Genauigkeit des TA-Werts erhöht sich dabei durch die Mittelung über mehrere Zugriffe. Reicht diese Genauigkeit des TA Wertes in einer Zelle nicht aus, soll das Netzwerk ei­ ne Datenverbindung auf einem Paketdatenkanal (PDCH: Packet Data Channel) aufbauen. Dabei wird die Teilnehmerstation ein­ mal bzw. mehrfach hintereinander aufgefordert, mittels Access Bursts sogenannte Packet Control Acknowledgements auf diesem Paketdatenkanal zu schicken. Das wird z. B. mittels der der­ zeit bekannten Nachricht "Packet Polling Request" erreicht.

Ist die Position des Teilnehmers nicht hinreichend genau, kann das Netzwerk die Teilnehmerstation über sogenanntes "Network Controlled Cell Reselection" (Packet Cell Change Or­ der) in ausgewählte Nachbarzellen überweisen. Die dort ge­ machten Messungen und TA-Werte werden ebenfalls unter der Kennung der Teilnehmerstation abgelegt.

Befindet sich eine Teilnehmerstation im sogenannten Packet Transfer Mode, d. h. eine Paketdatenverbindung ist aktiviert, wertet das Netzwerk darüberhinaus auch die TA-Werte aus, die es derzeit über den "Packet Timing Control Channel" (PTCCH) ca. alle 2 Sekunden zur kontinuierlichen TA-Einstellung über­ mittelt bekommt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Ortsbestimmung von Paketdatendienst-fähigen Stationen (MS) in einem Funk-Kommunikationssystem (GSM), wo­ bei jede Station (MS) über zumindest eine Funkschnittstelle (V) innerhalb einer Funkzelle (Z) mit deren zugeordneter netzseitiger Netzstation (BTS) kommuniziert, wobei
seitens des Netzes ein- oder mehrfach auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Stati­ on (en) MS durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
netzseitig aktuelle Aufenthaltsorte der Station(en) (MS) und/oder die zur Bestimmung des Aufenthaltsortes von der(den) Station(en) (MS) und der zugehörigen Netzstation (BTS) aufge­ nommenen Meßdaten gespeichert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) die Station(en) keine dedizierte Verbindung mit dem Netzwerk ha­ ben muss(müssen).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) ein- oder mehrfach ein Verfahren zum Durchführen eines Zellwech­ sels unabhängig davon verwendet wird, ob die Station(en) (MS) aktiv im Übertragungsmodus oder passiv im Ruhemodus ist (sind).

4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Genauigkeit der im Speicher abgelegter Ortswerte und Messwerte, insbesondere Empfangspegel, Interferenzpegel und/oder Vorhaltezeit (Timing Advance TA) der Station(en) (MS) über die Zeit gemittelt und verbessert werden.

5. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) ein- oder mehrfach ein Verfahren zum Aktivieren der Station (MS) mittels einer Polling-Anforderung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem netzseitige Einrichtungen bei einer Anforderung des Aufent­ haltsorts zumindest einer Station (MS) direkt die netzseitig gespeicherten Werte geliefert bekommen.

7. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Station (MS) zum Bestimmen des Aufenthaltsortes von einer netzseitigen Einrichtung (BTS) in einer Paketdatendienst- Betriebsart (GPRS/EGPRS) angesprochen wird.

8. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem mittels der gespeicherten Werte Karten zur Darstellung von Signalfeldstärke, Interferenzpegel oder der Netzauslastung erstellt werden.

9. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem das Netz anhand der gespeicherten Ortswerte und bei der Erfüllung vordefinierter Triggerpunkte selbständig Nachrichten an die Station (MS) versendet bzw. andere Netz-seitige Einheiten da­ zu veranlasst.

10. Kommunikationssystemeinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem vorstehenden Anspruch zur Ortsbestim­ mung von Paketdatendienst-fähigen Stationen (MS) in einem Funk-Kommunikationssystem (GSM), mit
zumindest einer netzseitigen. Netzstation (BTS) zum Betrei­ ben zumindest einer Funkzelle (Z) innerhalb der zumindest ei­ ne Station (MS) mit der Netzstation (BTS) über eine Funk­ schnittstelle (V) bei Bedarf kommuniziert, wobei
zumindest einer Netzeinrichtung zum Anweisen der Stati­ on (en) (MS) auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) durchzuführen,
gekennzeichnet durch
einen netzseitigen Speicher (X) zum Speichern aktueller Aufenthaltsorte oder zum Speichern zur Bestimmung von Aufent­ haltsorten erforderlicher TA-Werte und/oder Emp­ fangs/Interferenz-Pegel der Station(en) (MS).

11. Aufenthaltsortspeicher (X) für das Kommunikationssystem nach Anspruch 10 oder zum Speichern von nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-9 bestimmter aktueller Aufent­ haltsorte von Station(en) (MS).