DE10110271C1

DE10110271C1 - Mobile station location method for digital mobile radio communications network provides base station cell identification number from information received from mobile station by adjacent base stations

Info

Publication number: DE10110271C1
Application number: DE2001110271
Authority: DE
Inventors: Kolio Ivanov; Thomas Stark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-03-03

Abstract

The mobile station location method has information provided by the mobile station (A) received by the base station (1) with which an active speech connection is established and the adjacent base stations (3,9,10) and used for providing a base station cell identification number via stored cell radius values. The base station with the smallest radio cell radius is determined for precise location of the mobile station.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Präzisierung der Ortsbestimmung von Mobilfunkteilnehmern mit tels Cell-ID-Messungen.The present invention relates to a method for Clarification of the location of mobile subscribers with cell ID measurements.

Es ist bekannt (vgl. z. B. ETSI TS 100 590 V7.2.0(1999-07), Technical Specification, Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Mobile-services Switching Centre - Base Station System (MCS - BSS) interface; Layer 3 specification GSM 08.08 version 7.2.0 Release 1998; dort insbesondere: "3.1.16 Initial MS message" sowie "3.2.1.2 Assignment comple te"), dass in einem digitalen Mobilfunknetz beim Aufbau einer aktiven (Gesprächs)-Verbindung zwischen einer Mobilstation und einer ihr von einem Basisstationskontroller BSC zugewie senen dezidierten Funkressource Informationen an das Mobil funksystem weitergeleitet werden, die zur Identifikation der einer aktiven Basisstation BTS entsprechenden Funkzelle die nen (sogenannte Cell-ID = Zellenidentifikation). So läßt sich angeben, in welcher ortsfesten Funkzelle sich eine Mobilsta tion befindet, und so ein grobes Maß für die Position der Mo bilstation angeben.It is known (see e.g. ETSI TS 100 590 V7.2.0 ( 1999-07 ), Technical Specification, Digital cellular telecommunications system (Phase 2 +); Mobile-services Switching Center - Base Station System (MCS - BSS) interface; Layer 3 specification GSM 08.08 version 7.2.0 Release 1998 ; there in particular: "3.1.16 Initial MS message" and "3.2.1.2 Assignment comple te"), that in a digital cellular network when establishing an active (call) connection between a mobile station and a dedicated radio resource assigned to it by a base station controller BSC, information is forwarded to the mobile radio system which is used to identify the radio cell corresponding to an active base station BTS (so-called cell ID = cell identification). In this way, it can be specified in which stationary radio cell a mobile station is located, and thus a rough measure of the position of the mobile station can be given.

Weiterhin sind z. B. aus dem Übersichtsartikel "Positioning GSM Telephones" von C. Drane et. al. in IEEE Communications Magazine, April 1998, S. 46 ff. sogenannte "Timing Advance"- Messverfahren zur Ortsbestimmung einer Mobilstation bekannt. Diese Verfahren beruhen darauf, dass in digitalen Mobilfunk netzen, insbesondere in nach dem GSM Standard operierenden Mobilfunknetzen, Pakete von Einzeldaten (sogenannte "Bursts") in einem Zeit-Multiplexverfahren ("Time Division Multiplex Access") jeweils nur in vorbestimmten Zeitschlitzen zwischen einer Mobilstation und einer zugeordneten Basisstation ausge tauscht werden können. Um eine möglichst permanente und optimale Ausnutzung von Übertragungskapazitäten zwischen einer bestimmten Basisstation und mehreren mit ihr in aktiver (Ge sprächs)-Verbindung stehenden Mobilstationen zu gewährleis ten, ist dabei vorgesehen, dass die Basisstation für eine mit ihr in Verbindung tretende oder stehende Mobilstation einen TA-Wert ("Timing Advance"-Wert" = Vorauseilwert) bestimmt. Dieser entspricht einer "Vorauseilzeit", die eine Mobilsta tion schon vorab mit dem Senden eines Bursts beginnt, bevor die empfangende Basisstation überhaupt für diese Mobilstation empfangsbereit ist. Die Basisstation muss nämlich für einen von einer Mobilstation eintreffenden Burst erst dann tatsäch lich empfangsbereit sein, wenn der sich mit Lichtgeschwindig keit ausbreitende Burst laufzeitbedingt gegenüber dem Sende zeitpunkt verschoben bei der Basisstation eintrifft. Aus dem TA-Wert, d. h. der Laufzeitverzögerung zwischen dem Aussende zeitpunkt bei der Mobilstation und dem Empfangszeitpunkt bei der Basisstation, läßt sich abschätzen, in welcher Entfernung sich die Mobilstation von der ortsfesten Basisstation befin det. Mit anderen Worten: um jede ortsfeste Basisstation gibt es eine Anordnung von Kreisringzonen, die entfernungsmäßig gestaffelt jeweils einem bestimmten TA-Wert als Maß für den Signallaufweg und damit dem Abstand zwischen Mobilstation und zugewiesener Basisstation entsprechen. Dadurch ist es mög lich, die Position einer Mobilstation, die mit einer Basis station einen TA-Wert ausgetauscht hat, insoweit zu bestim men, als sie einer bestimmten Kreisringzone zugeordnet werden kann. Mittels einer aus Sicht der Frequenzökonomie suboptima len Verbindungsaufbaus zwischen einer Mobilstation MS und mehreren Basisstationen BTS lassen sich weitere TA-Werte für die Abstände zwischen der Mobilstation und weiteren, zur de zidierten Basisstation benachbart angeordneten Basisstationen gewinnen, welche zur genaueren Ortsbestimmung der Mobilstati on mittels Triangulationsverfahren relativ zu den ortsfesten Basisstationen benutzt werden können. Solche erzwungenen Ü bergaben einer Mobilstation an benachbarte Basisstationen führen aber meist zu einer Verschlechterung der Sprachqualität und zu einer Verringerung der effektiven Übertragungska pazität im Mobilfunknetz und sind deshalb unerwünscht.Furthermore, for. B. from the review article "Positioning GSM Telephones "by C. Drane et. Al. In IEEE Communications Magazine, April 1998, p. 46 ff. So-called "Timing Advance" - Measuring method for determining the location of a mobile station known. These procedures are based on that in digital cellular networks, especially those operating according to the GSM standard Cellular networks, packets of individual data (so-called "bursts") in a time division multiplex method ("Time Division Multiplex Access ") only in predetermined time slots between a mobile station and an assigned base station can be exchanged. To be as permanent and optimal as possible Utilization of transmission capacities between one certain base station and several with it in active (Ge speech) connection to guarantee standing mobile stations ten, it is provided that the base station for one with your connecting or standing mobile station TA value ("Timing Advance" value) determined. This corresponds to a "lead time" that a Mobilsta tion begins with the sending of a burst before the receiving base station at all for this mobile station is ready to receive. The base station must be for one only then does the burst arriving from a mobile station actually occur Lich be ready to receive when the speed of light spreading burst due to transit time compared to the broadcast arrives at the base station postponed. From the TA value, i.e. H. the transit time delay between the senders time at the mobile station and the time of reception at the base station, can be estimated at what distance the mobile station is from the fixed base station det. In other words: around every fixed base station it is an array of annulus zones that are distant staggered in each case a specific TA value as a measure of the Signal path and thus the distance between the mobile station and assigned base station. This makes it possible Lich, the position of a mobile station with a base station has exchanged a TA value, to that extent men as they are assigned to a specific circular zone can. Using a suboptima from the perspective of frequency economy len establishment of a connection between a mobile station MS and Several base stations can have additional TA values for the distances between the mobile station and others to the de cited base station arranged adjacent base stations win which for the more precise location of the Mobilstati on using triangulation methods relative to the stationary ones Base stations can be used. Such forced Ü handover of a mobile station to neighboring base stations but usually lead to a deterioration in speech quality and a reduction in the effective transmission rate capacity in the mobile network and are therefore undesirable.

Die weitere Verbesserung der Lokalisierungsmöglichkeiten von mobilen Funkgeräten, die sich in einem von einem digitalen Mobilfunknetz abgedeckten Empfangs- und Sendebereich befin den, ist deshalb eine sich permanent stellende Aufgabe.The further improvement of localization possibilities of mobile radios that are in one of a digital Covered reception and transmission area is therefore a permanent task.

Z. B. möchten die Funknetzbetreiber ihre Kunden möglichst ge nau im Funknetz lokalisieren, um ihnen an ihren momentanen Aufenthaltsort individuell angepasste Werbehinweise schicken zu können. Diese Werbehinweise können z. B. Hinweise auf das nächstgelegenste Restaurant, den nächstgelegensten Buchladen oder ähnliches sein.For example, the radio network operators want to serve their customers as possible locate precisely in the radio network to help them at their current Send location-specific advertising information to be able to. These advertising notices can e.g. B. Notes on the nearest restaurant, bookshop or something like that.

Von seiten des Gesetzgebers wiederum wird an die Mobilfunk netzbetreiber z. B. die Anforderung gestellt, möglichst genau die Position eines Benutzers eines mobilen Funkgeräts zu er mitteln, der über sein mobiles Funkgerät einen Notrufdienst anfordert. Dadurch soll Mißbrauch vorgebeugt werden und Un fallopfer sollen genau lokalisiert werden können. Für all diese Anwendungszwecke reichen die bisher erreichten Genauig keiten zur Lokalisierung einer Mobilstation in einem Mobil funknetz nicht aus.On the part of the legislature, in turn, is the mobile network operator z. B. made the request as accurately as possible the position of a user of a mobile radio means that an emergency service via his mobile radio requests. This is to prevent abuse and Un casualties should be located precisely. For all these applications are sufficient for the previously achieved to locate a mobile station in a mobile radio network is not off.

Basisstationen BTS in einem Mobilfunknetz, insbesondere die Basisstationen in einem nach dem GSM Standard betriebenen Mo bilfunknetz, sind in der Regel so angeordnet, dass sich ihre jeweiligen Sendebereiche ganz oder teilweise überlappen. Zu den weiteren Ausführungen sei auf Fig. 1 Bezug genommen.Base stations BTS in a mobile radio network, in particular the base stations in a mobile radio network operated according to the GSM standard, are generally arranged such that their respective transmission ranges overlap in whole or in part. For further explanations, reference is made to FIG. 1.

Fig. 1 zeigt eine überlappende Anordnung einzelner Funkzellen in einem Mobilfunksystem, bevorzugterweise einem digitalen Mobilfunksystem, insbesondere einem digitalen Mobilfunksystem nach dem GSM Standard. In der Mitte der in Fig. 1 gezeigten Kreise, welche von 1 bis 11 durchnummeriert sind, hat man sich jeweils eine Basisstation (aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für die Kreise 2 und 11 eingezeichnet) zu den ken. Fig. 1 shows an overlapping arrangement of individual radio cells in a mobile radio system, preferably a digital mobile radio system, in particular a digital mobile radio system according to the GSM standard. In the middle of the circles shown in Fig. 1, which are numbered from 1 to 11, one has a base station (for reasons of clarity only for circles 2 and 11 shown) to the ken.

Die Basisstationen 1, . . ., 11 senden Funksignale aus, die sich nach außen zirkular abschwächen. Die gezeigten Kreislinien entsprechen Linien äquivalenter Signalfeldstärken, der von den jeweiligen Basisstationen ausgesandten Signale, wo diese Signale gerade noch mit einem bestimmten Mindestpegel empfan gen werden können. Diese Linien äquivalenter Mindestpegel können in der Praxis aufgrund lokaler Störfaktoren von idea len Kreislinien abweichen. In jedem Fall legen solche Linien äquivalenter Mindestpegel die Kontur einer Funkzelle fest. Durch die Verwendung von Richtantennen, die jeweils mit einem Öffnungswinkel von 120° abstrahlen, lässt sich die Umgebung um eine Basisstation in kreissektorförmige Zellen aufteilen, wie dies z. B. für die Basisstation 2 gezeigt ist.The base stations 1 ,. , ., 11 emit radio signals that weaken circularly to the outside. The circular lines shown correspond to lines of equivalent signal field strengths, of the signals emitted by the respective base stations, where these signals can just about be received at a certain minimum level. In practice, these lines of equivalent minimum levels can deviate from ideal circular lines due to local interference factors. In any case, such lines of equivalent minimum levels define the contour of a radio cell. By using directional antennas, each radiating with an opening angle of 120 °, the area around a base station can be divided into cells in the shape of a sector of a circle. B. for the base station 2 is shown.

Überlappende Anordnungen einzelner Funkzellen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, werden in der Praxis zur Optimierung der Frequenzökonomie in einem Mobilfunksystem installiert. Dabei ist es aus Effektivitäts- und Kostengründen zu bevorzu gen, dass sich Sendebereiche mehrerer Basisstationen überlap pen. Insbesondere ist es zu bevorzugen, dass innerhalb des Sendebereichs einer sogenannten "normalen" Zelle mit einer Basisstation, die eine ausreichende "Grundversorgung" inner halb des gesamten Zellengebiets mit einem Radius bis zu ca. 30 km bereitstellt, und die sich an einem mittleren Nutzungs aufkommen orientiert, weitere kleinere Zellen (sogenannte "Schirmzellen", "Kleinzellen" usw.) vorgesehen sind, bis hinab zu sogenannten "Mikrozellen", die einen Versorgungsra dius ab ca. 30 m aufweisen, um lokal kleinere Gebiete mit sehr hohem Nutzungsaufkommen optimal mit Übertragungskapazi täten versorgen zu können. Die Basisstationen der kleineren Zellen können sowohl von ihren räumlichen Abmessungen als auch von ihrer Sendeleistung her wesentlich kleiner dimensio niert sein als die Basisstationen der größeren Zellen und sind bevorzugterweise dort gezielt installiert, wo lokal ein sehr hohes Aufkommen von aktiven Mobilstationen zu erwarten ist.Overlapping arrangements of individual radio cells, as shown in FIG. 1, are installed in practice in order to optimize the frequency economy in a mobile radio system. For reasons of effectiveness and cost, it should be preferred that transmission areas of several base stations overlap. In particular, it is preferable that within the transmission range of a so-called "normal" cell with a base station, which provides sufficient "basic service" within the entire cell area with a radius of up to approx. 30 km, and which arise from a medium use oriented, further smaller cells (so-called "umbrella cells", "small cells" etc.) are provided, down to so-called "micro cells", which have a supply radius from approx. 30 m, in order to optimally local smaller areas with a very high volume of use with transmission capacity to be able to supply. The base stations of the smaller cells can be dimensioned much smaller than the base stations of the larger cells, both in terms of their spatial dimensions and in terms of their transmission power, and are preferably installed specifically where a very high volume of active mobile stations is to be expected locally.

Die in Fig. 1 gezeigten Mobilstationen A, B und C wären also an sich gleichzeitig von einer Basisstation der Zelle 1, wie auch von den Basisstationen der Zellen 3, 9 und 10 aus mit einer Mindestsignalstärke erreichbar.The mobile stations A, B and C shown in FIG. 1 would thus be reachable per se from a base station of cell 1 as well as from the base stations of cells 3 , 9 and 10 with a minimum signal strength.

Da eine Mobilstation zu einem gegebenen Zeitpunkt aber nur mit genau einer Basisstation eine aktive (Gesprächs)- Verbindung halten kann, ist bei einer solchen Überlappung der Sendebereiche der Zugriff einer Mobilstation auf die einzel nen Basisstationen genau zu koordinieren. Hierfür stellt z. B. der GSM Standard für Mobilfunksysteme Protokolle für das so genannte "Handover" einer Mobilstation zwischen einzelnen Ba sisstationen bereitBecause a mobile station at a given time only with exactly one base station an active (conversation) - With such an overlap, the connection can be maintained Transmission ranges of a mobile station's access to the individual coordinate base stations precisely. For this, z. B. the GSM standard for mobile radio systems protocols for that called "handover" of a mobile station between individual Ba stations ready

Die weiteren Ausführungen zum Handover und den Timing Advance Messungen beziehen sich einschlägig auf den GSM Standard. Für den Fachmann ist es jedoch ohne weiteres einsichtig, dass auch in anderen digitalen Mobilfunksystemen entsprechende Si tuationen auftreten können.The further explanations about the handover and the timing advance Measurements relate to the GSM standard. For however, it is readily apparent to those skilled in the art that corresponding Si also in other digital mobile radio systems tuations can occur.

Beim GSM Standard misst eine aktive Mobilstation, z. B. die Mobilstation A, laufend die Signalempfangspegel aller Basis stationen BTS (also 1, 3, 9 und 10), in deren Sendebereich sie sich befindet und sendet diese Messwerte an die dezidier te Basisstation, mit der sie eine aktive (Gesprächs)- Verbindung hat. Mehrere Basisstationen sind wiederum unter der Kontrolle eines Basisstationskontrollers (BSC - Base Sta tion Controller, in Fig. 1 nicht gezeigt), wobei im Zusammen spiel von BTS und BSC anhand von bestimmten Entscheidungskri terien festlegt wird, wann ein "Handover" einer Mobilstation von der augenblicklich dezidierten Basisstation zu einer an deren Basisstation durchgeführt werden soll, d. h. wann die bestehende aktive (Gesprächs)-Verbindung zwischen der Mobil station und der momentan dezidierten Basisstation unterbro chen werden soll, und eine neue Gesprächsverbindung zwischen der Mobilstation und einer weiteren Basisstation aufgebaut werden soll.With the GSM standard, an active mobile station measures e.g. B. the mobile station A, the signal reception level of all base stations BTS (i.e. 1, 3, 9 and 10), in the range of which it is located, and sends these measured values to the dedicated base station with which it has an active (conversation) connection Has. Several base stations are in turn under the control of a base station controller (BSC - Base Station Controller, not shown in Fig. 1), whereby in cooperation between BTS and BSC it is determined based on certain decision criteria when a "handover" of a mobile station by the instantly dedicated base station to be carried out at its base station, ie when the existing active (conversation) connection between the mobile station and the currently dedicated base station is to be interrupted, and a new conversation connection between the mobile station and another base station is to be established ,

Entscheidungskriterien für einen solchen "Handover" sind un ter anderem die von der Mobilstation an die dezidierte Basis station zyklisch übermittelten Empfangssignalfeldstärkewerte, mit der die Qualität der Verbindung von einer Mobilstation zu allen Basisstationen bestimmt wird, in deren überlappenden Funkzellen sich sie Mobilstation befindet Daneben können aber auch noch andere Entscheidungskriterien eine Rolle spielen:
Bei den in Fig. 1 gezeigten überlappenden Anordnungen der Zellen einzelner Basisstationen können dies z. B. sein:
Decision criteria for such a "handover" include the received signal field strength values cyclically transmitted from the mobile station to the dedicated base station, with which the quality of the connection from one mobile station to all base stations is determined, in whose overlapping radio cells the mobile station is located other decision criteria also play a role:
In the overlapping arrangements of the cells of individual base stations shown in FIG . B. be:

1. The number of other mobile stations already assigned to a base station.
Even if the base station controller should determine that the connection quality between a mobile station (e.g. A) and another base station (e.g. 10) would be better than the existing connection with an assigned base station (e.g. 1), it makes no sense to pass the mobile station A on to this (further) connection establishment to this further base station 10 if there the limit of the transmission capacity has already been exceeded, since there is already a critical minimum number of others with this further base station 10 connected mobile stations (e.g. B and C) will be found.
2. The speed at which a mobile station moves in the cellular network.
Should z. B. move the mobile station A at high speed in the large radio cell 1 egg ner currently assigned base station, z. B. because the user is not traveling on foot but in a motor vehicle, a situation may arise that the se mobile station A penetrates into the microcell 10 lying within the normal cell 1 , and from this now receives received signal field strength values that have a higher level have than that of the already assigned base station 1 . Nevertheless, the responsible base station controller BTC will not initiate a handover from the mobile station A to the base station of the microcell 10 , even if the base station 10 does not have as many other mobile stations in the radio cell as to exceed the base station Transmission capacity limit would be feared. This happens because the base station controller realizes that the mobile station A is moving at a relatively high speed in the radio network, and therefore would only have an extremely short dwell time in the micro cell of the base station 10 after a handover, so that another handover immediately takes place , e.g. B. to base station 3 , 5 , 8 or 9 would be necessary, etc.

Aus all den vorstehenden Gründen ergibt sich, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt in einem GSM Mobilfunknetz mit überlap pender Anordnung von Basisstationen, eine gegebene Anzahl von aktiven Nutzern (Mobilstationen A, B und C) nicht alle je weils mit der nächsten Basisstation in Verbindung sein wer den. Vielmehr wird sich eine "Benutzungshierarchie" einstel len: Manche aktive Mobilstationen werden mit der nächstgele genen Basisstation in aktiver (Gesprächs)-Verbindung sein (z. B. die Mobilstation B mit der Basisstation 10), andere ak tive Mobilstationen jedoch mit weiter entfernt gelegenen Ba sisstationen (z. B. die Mobilstation C mit der Basisstation 3 und die Mobilstation A mit der Basisstation 1).For all the above reasons, it follows that at a given time in a GSM mobile radio network with an overlapping arrangement of base stations, a given number of active users (mobile stations A, B and C) are not all connected to the next base station the. Rather, there will be a "usage hierarchy": some active mobile stations will be in active (talk) connection with the nearest base station (e.g. mobile station B with base station 10 ), but other active mobile stations will be located further away Base stations (e.g. mobile station C with base station 3 and mobile station A with base station 1 ).

Dies führt zu einer Situation, dass bei überlappenden Anord nungen von Funkzellen durch die im GSM Standard nur für die aktive (Gesprächs)-Verbindung implementierten Timing Advance Messungen zwischen einer aktiven Mobilstation (z. B. A in Fig. 1) und einer ihr aufgrund verschiedener Entscheidungskrite rien momentan zugeordneten dezidierten Basisstation mit einer großflächigen Funkzelle (z. B. die Funkzelle 1 in Fig. 1) je nach Größe der momentan zugeordneten Funkzelle nur eine recht ungenaue Positionsbestimmung durchgeführt werden kann.This leads to a situation that in the case of overlapping arrangements of radio cells due to the timing advance implemented in the GSM standard only for the active (call) connection, measurements between an active mobile station (e.g. A in FIG. 1) and one based on it Different decision criteria currently assigned dedicated base station with a large-area radio cell (e.g. radio cell 1 in FIG. 1), depending on the size of the currently assigned radio cell, only a very imprecise position determination can be carried out.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, verbesser te Verfahren zur Lokalisierung einer aktiven Mobilstation in einem Mobilfunknetz mit überlappender Anordnung einzelner Ba sisstationen bereitzustellen.The object of the present invention is therefore to improve te method for locating an active mobile station in a cellular network with an overlapping arrangement of individual Ba to provide stations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevor zugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.According to the invention, this object is achieved by the measures Claim 1 solved. The dependent claims relate to preferred embodiments of the present invention.

Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel in Ver bindung mit der Fig. 1.The advantages and features of the present invention also result from the following exemplary embodiment in conjunction with FIG. 1.

In Fig. 1 sind mehrere Mobilstationen A, B und C gezeigt, die sich alle in dem Überlappungsbereich der Zellen 1, 3, 9 und 10 befinden. Aufgrund der obenstehend geschilderten Gründe ist diesen Mobilstationen A, B und C nicht notwendigerweise gleichzeitig die nächstliegende Basisstation (z. B. 10) als dezidierte Basisstation zugeordnet.In Fig. 1 a plurality of mobile stations A, B and C are shown, which all in the overlap area of the cells 1, 3, 9 and 10 are located. For the reasons outlined above, these mobile stations A, B and C are not necessarily assigned the closest base station (for example 10) as a dedicated base station at the same time.

Beispielsweise sei die Basisstation der Makrozelle 1 der Mo bilstation A als dezidierte Basisstation zugeordnet.For example, the base station of the macro cell 1 is assigned to the mobile station A as a dedicated base station.

In gängigen Mobilfunksystemen, insbesondere im GSM Standard, empfängt nur die dezidierte Basisstation 1 TA-Werte der Mo bilstation A und wertet diese aus. Weiterhin wird nur für diese Basisstation 1 eine Cell-ID Kennung an einen Basissta tionskontroller geleitet. Dadurch ergeben sich bei der Posi tionsbestimmmung der Mobilstation A suboptimale Werte, da die bestehende Nähe der Mobilstation A zu den Basisstationen 9 und 10 nicht ausgenutzt wird.In common mobile radio systems, especially in the GSM standard, only the dedicated base station 1 receives TA values of the mobile station A and evaluates them. Furthermore, only for this base station 1 is a cell ID identifier passed to a base station controller. This results in suboptimal values when determining the position of the mobile station A, since the existing proximity of the mobile station A to the base stations 9 and 10 is not used.

Zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Ortsbestimmung der Mobilstation wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Ortsbestimmung mittels der für den Teilneh mer (Mobilstation) jeweils kleinsten potentiell verfügbaren Funkzelle stattfindet.To improve the accuracy of the location of the According to the invention, a method is proposed to the mobile station, where the location is determined by means of for the participant mer (mobile station) each of the smallest potentially available Radio cell takes place.

Im GSM-Standard ist bereits vorgesehen, dass eine Mobilstati on (z. B. A) nicht nur für die Signale der dezidierten Basis station (z. B. 1), mit der sie aktuell eine (Gesprächs)- Verbindung unterhält, eine Funksignalfeldstärkemessung durch führt, sondern dies auch für alle anderen Basisstation tut, deren Signale sie empfangen kann (z. B. 3, 9 und 10) und auch diese Messwerte an die aktuell dezidierte Basisstation wei terleitet.The GSM standard already provides for a mobile status on (e.g. A) not only for the signals of the dedicated base station (e.g. 1) with which you are currently Maintains a radio signal field strength measurement leads, but also for all other base stations, whose signals it can receive (e.g. 3, 9 and 10) and also forward these measured values to the currently dedicated base station terleitet.

Erfindungsgemäß wird dies so ausgenutzt, dass die Basisstati on 1 nun die Tatsache auswertet, dass die Mobilstation A noch von weiteren Basisstationen 3, 9 und 10 Signale empfan gen kann. Hierzu sind z. B. im GSM-Standard (vgl. EN 300 908 V7.1.0 (1999-07) European Standard (Telecommunications se ries) Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Multiplexing and multiple access on the radio path (GSM 05.02 version 7.1.0 Release 1998; dort insbesondere "Figure 7a: TDMA frame mapping for TCH/FS + SACCH/FS") bei den der Sig nalübertragung zugrundeliegenden Zeit-Multiplexverfahren Zeitschlitze reserviert, während derer eine sich mit einer dezidierten Basisstation (z. B. 1 in Fig. 1) in "aktiver" Verbindung befindliche Mobilstation A Signale weitere Basis stationen empfangen kann.This is used according to the invention in such a way that the base station 1 now evaluates the fact that the mobile station A can also receive signals from further base stations 3 , 9 and 10 . For this purpose, e.g. B. in the GSM standard (see EN 300 908 V7.1.0 ( 1999-07 ) European Standard (Telecommunications se ries) Digital cellular telecommunications system (Phase 2 +); Multiplexing and multiple access on the radio path (GSM 05.02 version 7.1 .0 Release 1998 ; in particular "Figure 7 a: TDMA frame mapping for TCH / FS + SACCH / FS") reserves time slots in the time-multiplexing method on which the signal transmission is based, during which a slot with a dedicated base station (e.g. 1 in Fig. 1) in "active" connection mobile station A signals can receive further base stations.

Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert für alle zellula ren Mobilfunksysteme mit inhomogenen Zellgrößen. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren für Overlaystruk turen, bei denen mehrere verschieden große Funkzellen dassel be Gebiet versorgen, wenn also z. B. eine Verschachtelung ein zelner Zellen in Form von sogenannten Schirmzellen, Kleinzel len, Mikrozellen usw. vorliegt. Die verschiedenen Funkzellen können auch zu unterschiedlichen Netzwerken gehören, die je weils nach einem anderen Standard (z. B. UNTS, GSM . . .) gehören, wenn die zu lokalisierende Mobilstation multistandardfä hig ist.The method according to the invention works for all cells ren mobile radio systems with inhomogeneous cell sizes. Especially the method according to the invention is suitable for overlay structure doors in which several radio cells of different sizes are present supply area, so if z. B. a nesting individual cells in the form of so-called umbrella cells, small cells len, microcells, etc. is present. The different radio cells can also belong to different networks, each because they belong to another standard (e.g. UNTS, GSM ...), if the mobile station to be located is multistandard is high.

Zum Zeitpunkt der Durchführung der Positionsbestimmung kann die Mobilstation A im sogenannten "idle mode" sein (d. h. die Mobilstation ist eingeschaltet, es ist aber weder ein Ge spräch noch eine Datenübertragung im Gange), oder im "active mode" (Gespräch und/oder Datenübertragung ist im Gange).At the time of performing the position determination be the mobile station A in the so-called "idle mode" (i.e. the Mobile station is switched on, but it is not a Ge talk about a data transfer in progress), or in "active mode "(conversation and / or data transmission is in progress).

Im "active mode" ist der Mobilstation A bereits ein dezidier ter Funkkanal zugewiesen, über den die eigentliche Kommunika tion läuft und auch eine "Signalisierung" ausgetauscht wird. Inhalt dieser Signalisierung sind u. a. die Ergebnisse von Funkfeldmessungen der Mobilstation A, die diese an die Basis station 1 meldet. Das heißt mit anderen Worten: die Mobilsta tion A ermittelt Messwerte für die bei ihr ankommenden loka len Empfangssignalfeldstärken, mit denen von den Basisstatio nen 1, 3, 9 und 10 ausgesandte Signale bei ihr ankommen.In "active mode", mobile station A is already assigned a dedicated radio channel, through which the actual communication runs and a "signaling" is exchanged. The content of this signaling includes the results of radio field measurements from mobile station A, which reports this to base station 1 . In other words, the mobile station A determines measured values for the local received signal field strengths it receives, with which signals transmitted by the base stations 1 , 3 , 9 and 10 arrive at it.

Anhand der gemeldeten Messwerte kann das Mobilfunksystem die Funkzelle mit dem kleinstmöglichen Zellradius auswählen, die die Mobilstation mit ausreichender Leistung empfangen kann, also z. B. die Funkzelle 10. Dies geschieht dadurch, dass in Ressourcen im Mobilfunksystem, wie z. B. Speichermitteln, Nachschlagetabellen abgespeichert sind, in denen eine Zuord nung zwischen Zellidentifikationsnummern und zugeordneten Funkzellenradien sämtlicher im Netzwerk vorhandener Basissta tionen abgelegt ist.Based on the reported measured values, the mobile radio system can select the radio cell with the smallest possible cell radius, which the mobile station can receive with sufficient power. B. the radio cell 10 . This happens because resources in the mobile radio system, such as. B. storage means, look-up tables are stored in which an assignment between cell identification numbers and assigned radio cell radii of all existing base stations is stored in the network.

Anhand eines in den Ressourcen des Mobilfunksystems imple mentierten Algorithmusses wird sodann aus einer solchen Nachschlagetablle die Funkzelle mit kleinstem Radius (in Fig. 1 also die Basisstation 10) ermittelt, von der die Mobilsta tion A Empfangssignalfeldstärkewerte an die dezidierte Basis station 1 übermittelt hat. Using an algorithm implemented in the resources of the mobile radio system, the radio cell with the smallest radius (in FIG. 1, therefore, the base station 10 ) from which the mobile station A has transmitted received signal field strength values to the dedicated base station 1 is then determined from such a lookup table.

Aufgrund dieser Vorgehensweise lässt sich die Position der Mobilstation A in unserem Beispiel zumindest als innerhalb der Funkzelle der Basisstation 10 liegend eingrenzen.On the basis of this procedure, the position of the mobile station A in our example can be narrowed at least as lying within the radio cell of the base station 10 .

Sollte der Radius dieser kleinsten Funkzelle 10 so klein sein, dass er nur einen einzelnen einem einheitlichen TA-Wert entsprechenden Kreisring abdeckt (also kleiner ungefähr 554 m, vgl. C. Drane et. al.), so kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung nicht weiter verbessert werden.If the radius of this smallest radio cell 10 is so small that it only covers a single circular ring corresponding to a uniform TA value (i.e. less than approximately 554 m, see C. Drane et. Al.), The accuracy of the position determination cannot go any further be improved.

Ein Handover in diese kleinste Funkzelle 10 zur Durchführung einer Timing Advance Messung muss also nicht durchgeführt werden.A handover into this smallest radio cell 10 to carry out a timing advance measurement therefore does not have to be carried out.

Dies ist besonders vorteilhaft, wenn aufgrund der Geschwin digkeit, mit der sich die Mobilstation A bewegt, der Aufent halt der Mobilstation in der kleinen Zelle 10 sowieso nur sehr kurz ist.This is particularly advantageous if due to the speed with which the mobile station A is moving, the stay of the mobile station in the small cell 10 is only very short anyway.

Ist der Radius dieser kleinsten Funkzelle 10 aber so groß, dass er mehrere verschiedene Kreisringe abdeckt, die unter schiedlichen TA-Werten entsprechen (also größer ungefähr 554 m ist), so kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung durch TA-Messungen noch weiter verbessert werden.However, if the radius of this smallest radio cell 10 is so large that it covers several different circular rings which correspond to different TA values (that is to say greater than approximately 554 m), the accuracy of the position determination can be further improved by TA measurements.

Zu einer solchen verbesserten Positionsbestimmung müssen nun die "normalen" "Handover-Mechanismen" außer Kraft gesetzt werden, die in unserem Beispiel ja die Mobilstation der gro ßen Funkzelle 1 zugewiesen haben. Im GSM-Standard sind die "normalen Handover-Mechanismen" z. B. in ETSI TS 100 527 V7.0.0 (1999-08) Technical Specification, Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Handover procedures (GSM 03.09 version 7.0.0 Release 1998, dort insbesondere: "5. Handover initiation conditions" aufgeführt. Unter Umgehung dieser Handover-Mechanismen wird nunmehr erfindungsgemäß ein Handover von der an sich normal zugeordneten Basisstation 1 zur Basisstation 10 der Funkzelle mit kleinstem Zellenradius durchgeführt. Dadurch nimmt die Mobilstation eine normale (Gesprächs)-Verbindung mit der Basisstation 10 auf. Diese kann nunmehr Timing Advance Messungen zur Mobilstation 10 durchführen, und aus den dabei ermittelten Timing Advance Werten eine Zuordnung der Position der Mobilstation A zu den unterschiedlichen TA-Werten entsprechenden Kreisringen in der Funkzelle 10 treffen.For such an improved position determination, the "normal""handovermechanisms" must now be overridden, which in our example have assigned the mobile station to the large radio cell 1 . In the GSM standard, the "normal handover mechanisms" are e.g. B. in ETSI TS 100 527 V7.0.0 ( 1999-08 ) Technical Specification, Digital cellular telecommunications system (Phase 2 +); Handover procedures (GSM 03.09 version 7.0.0 Release 1998 , there in particular: "5. Handover initiation conditions" listed. Bypassing these handover mechanisms, a handover from the base station 1, which is normally assigned per se, to the base station 10 of the radio cell with the smallest As a result, the mobile station establishes a normal (conversation) connection with the base station 10. The base station 10 can now carry out timing advance measurements to the mobile station 10 , and from the timing advance values determined in this way, an assignment of the position of the mobile station A to the different TAs -Value corresponding circular rings in radio cell 10 .

Die normalen Handover-Mechanismen bleiben erfindungsgemäß so lange außer Kraft gesetzt, bis eine verfeinerte Positionie rung der Mobilstation in der kleinstmöglichen Funkzelle 10 anhand der bekannten Timing Advance Messungen stattgefunden hat. Danach treten die "normalen" Handover-Mechanismen wieder in Kraft, die die Mobilstation nach den verschiedensten Zu weisungskriterien in die nach dem GSM Standard vorgesehene Zelle 1 zurückschalten.According to the invention, the normal handover mechanisms remain deactivated until a refined positioning of the mobile station in the smallest possible radio cell 10 has taken place on the basis of the known timing advance measurements. Thereafter, the "normal" handover mechanisms come into force again, which switch the mobile station back into cell 1 provided for according to the various assignment criteria according to the GSM standard.

Da eine Beurteilung der für diese Funkstationen adäquaten Funkzellen nur mit Hilfe von von einer Mobilstation A an eine dezidierte Basisstation übermittelte Empfangssignalfeldstär kewerte möglich ist, muss einer Mobilstation A, die sich im "idle mode" befindet, zunächst in der aktuellen Funkzelle 1 ein dezidierter Funkkanal zugewiesen werden.Since an assessment of the radio cells adequate for these radio stations is possible only with the aid of received signal field strength values transmitted from a mobile station A to a dedicated base station, a mobile station A which is in "idle mode" must first have a dedicated radio channel in the current radio cell 1 be assigned to.

Damit kommt die Mobilstation in den "active mode" und kann die Messungen der lokalen Funkfeldstärke für die einzelnen Basisstationen 1, 3, 9 und 10 durchführen und an die Basis station 1 zurücksenden.The mobile station thus comes into the “active mode” and can carry out the measurements of the local radio field strength for the individual base stations 1 , 3 , 9 and 10 and send them back to the base station 1 .

Soll das erfindungsgemäße Positionierverfahren auf eine Mo bilstation im "idle mode" angewandt werden (z. B. weil der Netzbetreiber einem Teilnehmer, der gerade keine aktive (Ge sprächs)-Verbindung mit der ihm zugewiesenen Basisstation hat, wie oben erläutert einen Hinweis auf ein nahegelegenes Restaurant als Werbehinweis zukommen lassen möchte, so ist eine solche Mobilstation vor der Durchführung des erfindungs gemäßen Positionierungsverfahrens in den "active mode" zu schalten, und wird danach wieder in den "idle mode" zurückge schaltet. If the positioning method according to the invention on a Mo bilstation can be used in "idle mode" (e.g. because of the Network operator to a subscriber who is currently not active (Ge talk) connection with the base station assigned to him has, as explained above, an indication of a nearby one Would like to send the restaurant as an advertising note such a mobile station before performing the fiction according to the positioning procedure in "active mode" switch, and is then returned to "idle mode" on.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gewährleistet, dass die Positionierung über die Cell-Id der kleinstmöglichen Funkzelle stattfindet. Im Extremfall kann der Unterschied im Funkzonenradius zwischen einer der Mobilstation nach überge ordneten Gesichtspunkten im Funknetz zugeordneten Makrozelle mit einem Radius von ca. 30 km und einer in dieser Makrozelle eingebetteten Mikrozelle mit einem Radius von ca. 30 m, in der sich die Mobilstation momentan ebenfalls befindet, einem Faktor 1000 entsprechen.The method according to the invention ensures that positioning via the cell id of the smallest possible Radio cell takes place. In extreme cases, the difference in Radio zone radius between one of the mobile stations ordered aspects in the macro cell associated with the radio network with a radius of approx. 30 km and one in this macro cell embedded microcell with a radius of approx. 30 m, in that the mobile station is currently also in, one Correspond to factor 1000.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht also darauf, dass zu einer möglichst genauen Positionsbestimmung der Mobilstation nicht die Funkzelle benutzt wird, in der sich die Mobilstati on zur Optimierung der Netzwerkkapazität oder aus sonstigen Gründen befindet, sondern vielmehr die Funkzelle mit dem kleinstmöglichen Zellradius identifiziert wird, von deren Ba sisstation die Mobilstation noch ein Signal mit einer vorge gebenen Empfangssignalfeldstärke empfangen kann. Dies ge schieht dadurch, dass die standardmäßig in GSM Systemen imp lementierte Messung von Signalfeldstärken aller von einer Mo bilstation zu empfangenden Basisstationen dazu verwendet wird, anhand der dabei vorliegenden Cell-IDs aller empfange nen Funkzellen, diejenige Funkzelle zu bestimmen, die den kleinsten Zellenradius aufweist.The method according to the invention is therefore based on the fact that the most accurate possible position determination of the mobile station the radio cell in which the mobile status is located is not used on to optimize network capacity or other Reasons, but rather the radio cell with the smallest possible cell radius is identified, from whose Ba sisstation the mobile station still a signal with a pre given received signal field strength can receive. This ge happens because the standard in GSM systems imp lemented measurement of signal field strengths all of a mo bilstation to be received base stations used is received based on the Cell-IDs of everyone NEN radio cells to determine the radio cell that the has the smallest cell radius.

Claims

1. A method for determining the position of a mobile station in a digital mobile radio network, in particular a mobile radio network operated according to the GSM standard, the mobile station sending information to a dedicated base station with which there is an active (voice) connection signals are also received at the mobile station for dedicated base stations adjacent to the base station, and cell information numbers of the base stations are determined via information contained in the received signals, characterized in that cell radius values stored in resources in the mobile radio system are determined to determine the cell identification numbers and that Base station ( 10 ) is determined, which has the smallest radio cell radius of all base stations ( 1 , 3 , 9 , 10 ) currently reachable by the mobile station (A).

2. The method according to claim 1, characterized in that the information sent from the mobile station (A) to the dedicated base station ( 1 ) contains signal field strength measured values which are relevant to the transmission quality between the mobile station (A) and the neighboring base stations ( 3 , 9 , 10 ) are characteristic.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a transfer of the active (call) connection from the currently dedicated base station (A) to the base station ( 10 ) with the smallest radio cell radius is carried out so that this base station ( 10 ) timing Advance measurement (advance time measurement) to further specify the position of the mobile station (A) in the smallest radio cell.