DE10196827T5

DE10196827T5 - Dual mode uplink / downlink position measurement and multi-protocol position measurement

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Publication number: DE10196827T5
Application number: DE10196827T
Authority: DE
Inventors: Gregory G. Monument Davis; Richard C. Colorado Springs Stribling; Randy L. Colorado Springs Engle; Richard M. Monument Nelhams
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2004-08-05
Also published as: AU2001297680A1; WO2002071789A2; GB2393057A; WO2002071789A3; GB0312088D0; CN1547865A; GB2393057B

Abstract

Ein Verfahren zum Lokalisieren eines ersten mobilen Geräts, das unter Verwendung eines ersten Kommunikationsprotokolls kommuniziert, und eines zweiten mobilen Geräts, das unter Verwendung eines zweiten Kommunikationsprotokolls kommuniziert, welches sich von dem ersten Kommunikationsprotokoll unterscheidet, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
a) Messen von Eintreffzeiten (TOAs) für Signale, die dem ersten Kommunikationsprotokoll entsprechen;
b) Messen von Eintreffzeiten für Signale, die dem zweiten Kommunikationsprotokoll entsprechen;
c) Berechnen der Position des ersten mobilen Geräts auf der Grundlage der im Schritt a) gemessenen Eintreffzeiten; und
d) Berechnen der Position des zweiten mobilen Geräts auf der Grundlage der im Schritt b) gemessenen Eintreffzeiten.A method of locating a first mobile device that communicates using a first communication protocol and a second mobile device that communicates using a second communication protocol that is different from the first communication protocol, the method comprising the steps of:
a) measuring arrival times (TOAs) for signals which correspond to the first communication protocol;
b) measuring arrival times for signals which correspond to the second communication protocol;
c) calculating the position of the first mobile device based on the arrival times measured in step a); and
d) calculating the position of the second mobile device on the basis of the arrival times measured in step b).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention

Das Gebiet der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Lokalisierungsdienste. Insbesondere bezieht sich das Gebiet der vorliegenden Erfindung auf das Lokalisieren eines mobilen Geräts durch Aufzeichnen von Eintreffzeiten (Times of Arrival) von Signalen, die sich zwischen dem mobilen Gerät und einer Mehrzahl von Sendern oder Empfängern, die an bekannten Positionen angeordnet sind, ausbreiten, und auf das Berechnen einer Position auf der Grundlage der aufgezeichneten Eintreffzeiten.The field of the present invention refers to localization services. In particular relates the field of the present invention in locating a mobile device by recording the times of arrival of signals, which is between the mobile device and a plurality of transmitters or recipients, which are arranged at known positions, spread out, and on calculating a position based on the recorded Arrival times.

2. Hintergrund2. Background

In jüngster Zeit forderte die FCC die Einführung von Lokalisierungsdiensten, die Funk-Teilnehmer an sämtlichen drahtlosen Netzwerken genau lokalisieren können. Zwei früher vorgeschlagene Lösungen zum Implementieren derartiger Lokalisierungsdienste sind die "Uplink"-Lösung und "Downlink"-Lösung.Most recently, the FCC has called the introduction of localization services that radio subscribers to all localize wireless networks accurately. Two previously proposed solutions to implement such localization services are the "uplink" solution and "downlink" solution.

1 zeigt eine herkömmliche Uplink-Lösung, bei der das mobile Gerät 10 (auch als "Handapparat" oder "fernes Terminal" bezeichnet), das lokalisiert werden soll, ein Signal aussendet, wie beispielsweise ein Random-Access-Channel(RACH)-Burst. Die Eintreffzeit (TOA); Time of Arrival) des Signals wird an jeder einer Mehrzahl von Positionsmeßeinheiten (LMUs; Location Measurement Units) 15-17 zusammen mit einem zugehörigen Qualitätsindikator σ bestimmt. Dieses σ ist eine Schätzung der Standardabweichung der TOA-Messung. 1 shows a conventional uplink solution where the mobile device 10 (also referred to as a "handset" or "remote terminal") that is to be located sends out a signal, such as a random access channel (RACH) burst. The arrival time (TOA); Time of arrival) of the signal is measured at each of a plurality of position measurement units (LMUs) 15-17 determined together with an associated quality indicator σ. This σ is an estimate of the standard deviation of the TOA measurement.

Jede dieser aufgezeichneten TOA-Messungen und σs wird dann zu einem Mobilgerätlokalisierungszentrum (MLC; Mobile Location Center) 19 gesendet, welches ein spezieller Prozessor ist. Das MLC 19 verwendet dann herkömmliche Algorithmen, welche Fachleuten gut bekannt sind, um die Position des mobilen Geräts 10 auf der Grundlage der TOA-Messungen und σ-Bestimmungen, die von den LMUs 15-17 ausgeführt worden sind, und der bekannten Positionen der LMUs zu bestimmen.Each of these recorded TOA measurements and σs then becomes a mobile location center (MLC) 19 sent, which is a special processor. The MLC 19 then uses conventional algorithms, which are well known to those skilled in the art, to position the mobile device 10 based on the TOA measurements and σ determinations by the LMUs 15-17 and the known positions of the LMUs.

Ein geeigneter herkömmlicher Lokalisierungsalgorithmus verwendet eine Taylor-Suche, um den Schnittpunkt von zwei oder mehr Hyperbeln zu lokalisieren. Details eines solchen Algorithmus finden sich "Statistical Theory of Passive Location Systems" von D.J. Torrieri, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Band AES-20, Nr. 2, März 1984, welcher hier durch Bezugnahme aufgenommen wird und das vorhandene Fachwissen kennzeichnet. Dieser Algorithmus lokalisiert das mobile Gerät, indem er den Schnittpunkt von zwei oder mehr Hyperbeln auffindet, die von drei oder mehr Stationen bestimmt worden sind. Gewöhnlich wird diese Art des Lokalisierungsalgorithmus auf drei oder mehr TOA-Messungen (welche verwendet werden, um den Abstand von dem mobilen Gerät zu der LMU der Grundlage der Geschwindigkeit c des Signals zu bestimmen), die zugehörigen σs und die bekannten Positionen jeder LMU angewendet.A suitable conventional one Localization algorithm uses a Taylor search to find the intersection to locate two or more hyperbolas. Details of such Algorithm can be found "Statistical Theory of Passive Location Systems "by D.J. Torrieri, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Volume AES-20, No. 2, March 1984, which is incorporated here by reference and the existing one Expertise characterizes. This algorithm locates the mobile device by he finds the intersection of two or more hyperbolas that have been determined by three or more stations. Usually becomes this type of localization algorithm on three or more TOA measurements (which are used to measure the distance from the mobile device to the To determine LMU based on the speed c of the signal), the associated σs and the known positions of each LMU.

2 zeigt eine herkömmliche Downlink-Lösung, bei der jede einer Mehrzahl von Basisstationen (BTSs) 21-23 ein Signal an das zu lokalisierende mobile Gerät 20 sendet und das mobile Gerät 20 die TOA und das σ jedes dieser Signale bestimmt. Diese TOA-Messungen und σs werden dann an das MLC 29 gesendet, welches einen herkömmlichen Algorithmus zum Bestimmen der Position des mobilen Geräts auf der Grundlage der TOA-Messungen und der σs ähnlich dem Algorithmus bei den Uplink-Systemen implementiert. Alternativ kann dann, wenn ausreichende Verarbeitungsleistung in dem Handapparat 20 verfügbar ist, der Algorithmus in dem Handapparat implemen tiert sein. Wenn die Senderahmen (Transmission Frames) der DTSs 21-23 nicht synchronisiert sind, sind die Downlink-Algorithmen ein wenig komplexer als die Uplink-Algorithmen, da das MLC die relative Zeitdifferenz zwischen jeder BTS-Sendung erlangen muß, um eine Position zu berechnen. Diese Relativzeitinformationen können unter Verwendung von LMUs 25, 26 gewonnen werden, die an bekannten Positionen angeordnet sind, um die TOAs der Signale aus den BTSs 21-23 auf eine herkömmliche Weise zu messen. 2 shows a conventional downlink solution in which each of a plurality of base stations (BTSs) 21-23 a signal to the mobile device to be located 20 sends and the mobile device 20 determines the TOA and the σ of each of these signals. These TOA measurements and σs are then sent to the MLC 29 which implements a conventional algorithm for determining the position of the mobile device based on the TOA measurements and the σs similar to the algorithm in the uplink systems. Alternatively, if there is sufficient processing power in the handset 20 is available, the algorithm can be implemented in the handset. If the transmission frames of the DTSs 21-23 are not synchronized, the downlink algorithms are a little more complex than the uplink algorithms because the MLC must get the relative time difference between each BTS broadcast to calculate a position. This relative time information can be obtained using LMUs 25 . 26 can be obtained, which are arranged at known positions to the TOAs of the signals from the BTSs 21-23 to measure in a conventional way.

Ein Vorteil der Downlink-Lokalisierungssysteme gegenüber Uplink-Systemen besteht darin, daß zusätzliche Downlink-Handapparate zu einem Kommunikationsnetzwerk hinzugefügt werden können, ohne zusätzliche Kapazität dem Netzwerk hinzuzufügen. Ein weiterer Vorteil der Downlink-Systeme besteht darin, daß die erforderliche LMU-Dichte für Downlink-Systeme geringer ist, da Downlink-LMUs nur benötigt werden, um die Rahmen zwischen den BTSs zu synchronisieren, und nicht, um TOA-Messungen von aus mehreren Handapparaten eintreffenden Signalen auszuführen. Um aber Downlink-Lokalisierungsdienste zu implementieren, müssen TOA-Messungen in dem Handapparat ausgeführt werden. Unglücklicherweise können die meisten Handapparate, die sich bereits im Einsatz befinden (im folgenden "herkömmliche Handapparate" genannt) nicht die TOA-Messungen implementieren, die für eine Downlink-Positionsschätzung erforderlich sind. Im Ergebnis können diese herkömmlichen Handapparate nicht von einem Downlink-System lokalisiert werden. Diese Unfähigkeit zum Lokalisieren der überwiegenden Mehrheit vorhandener Handapparate ist ein Hauptnachteil der Downlink-Systeme.An advantage of downlink localization systems across from Uplink systems is that additional downlink handsets to one Communication network added can be without additional capacity add to the network. Another advantage of downlink systems is that the required LMU density for downlink systems is lower because downlink LMUs are only required to frame the to synchronize between the BTSs and not to perform TOA measurements of signals arriving from several handsets. Around but to implement downlink localization services need TOA measurements be carried out in the handset. Unfortunately can most handsets that are already in use (in following "conventional Handsets ") not the TOA measurements implement that for a downlink position estimate required are. As a result, you can these conventional handsets cannot be localized by a downlink system. This inability to locate the vast majority Majority of existing handsets is a major disadvantage of downlink systems.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Lokalisierungssysteme besteht darin, daß jedes herkömmliche System nur unter Verwendung eines einzigen Kommunikationsprotokolls arbeitet und nicht Handapparate lokalisieren kann, die abweichende Kommunikationsprotokolle verwenden. Beispielsweise ist ein zum Lokalisieren von TDMA-Handapparaten entwickeltes Lokali sierungssystem nicht in der Lage, Handapparate zu lokalisieren, die unter Verwendung von GSM oder AMPS kommunizieren. Weil Lokalisierungsdienste für sämtliche Arten von Handapparaten zur Verfügung gestellt werden müssen, würde die herkömmliche Lösung zum Unterstützen sämtliche Kommunikationsprotokolle ein separates Lokalisierungssystem für jedes Protokoll und eine entsprechend aufwendige Infrastruktur umfassen.Another disadvantage of conventional localization systems is that each conventional system only works using a single communication protocol and cannot locate handsets, the different com Use communication protocols. For example, a localization system designed to locate TDMA handsets is unable to locate handsets that communicate using GSM or AMPS. Because localization services have to be provided for all types of handsets, the conventional solution for supporting all communication protocols would include a separate localization system for each protocol and a correspondingly complex infrastructure.

Zusätzlich zu den hohen finanziellen Kosten einer Bereitstellung einer separaten Lokalisierungsdiensteinfrastruktur für jede der verschiedenen Technologien kann es außerdem hohe Kosten unter dem Aspekt der öffentlichen Beziehungen geben. Einige Hausbesitzer versuchen, Pläne der Träger zum Installieren von Antennentürmen in der Nähe ihrer Häuser zu blockieren. Im Ergebnis kann es sein, daß ein Träger mehr als fünfzigtausend Dollar ausgeben muß, um eine Genehmigung für einen einzigen Antennenplatz zu erhalten, und es kann sein, daß er eine lange Zeit warten muß, um die erforderliche behördliche Genehmigung zu erhalten. Wenn für jede Technologie separate Infrastrukturen installiert werden, so stößt man mit jeder neuen Installation immer wieder auf diese Probleme.In addition to the high financial Cost of deploying a separate localization service infrastructure for every Of the various technologies, it can also be costly under the aspect the public Give relationships. Some homeowners try to implement the carrier's plans Install antenna towers nearby of their houses to block. As a result, a carrier may exceed fifty thousand Have to spend dollars for a permit for to get a single antenna location and it may be that it has a have to wait a long time to the required regulatory To get approval. If for each technology separate infrastructures are installed so you come across every new installation keeps repeating these problems.

Die Erfinder erkannten eine Notwendigkeit, die Vorteile von Downlink-Lokalisierungsdiensten zu gewinnen, während die Nachteile des Downlink vermieden werden.The inventors recognized a need for that Gain advantages of downlink localization services while Disadvantages of the downlink can be avoided.

Die Erfinder haben darüber hinaus eine Notwendigkeit erkannt, Lokalisierungsdienste für Handapparate zur Verfügung zu stellen, die viele verschiedene Kommunikationsprotokolle verwenden, ohne eine untragbar teure Infrastruktur zu verwenden.The inventors also have recognized a need for handset location services to disposal that use many different communication protocols without using an unbearably expensive infrastructure.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY PRESENTATION OF THE INVENTION

Bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Kombinieren von Uplink- und Downlink-Technolo gien zu einem einzigen Lokalisierungssystem, um die von beiden Technologien jeweils gebotenen Vorteile zu gewinnen und um viele ihrer individuellen Nachteile zu beseitigen. Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf das Kombinieren von Lokalisierungsdiensten für verschiedene Kommunikationsprotokolle zu einem einzigen System.Certain aspects of the present Invention relate to combining uplink and downlink technologies into a single localization system to match that of both technologies offered benefits and many of their individual Eliminate disadvantages. Other Aspects of the Present Invention relate to combining localization services for different ones Communication protocols to a single system.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Lokalisieren mobiler Geräte gerichtet, die unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Kommunikationsprotokolls kommunizieren. Bei diesem Verfahren werden TOA-Messungen für Signale, die dem ersten und dem zweiten Kommunikationsprotokoll entsprechen, ausgeführt. Eine Position eines ersten mobilen Geräts wird auf der Grundlage der TOA-Messungen, die für dem ersten Kommunikationsprotokoll entsprechende Signale ausgeführt worden sind, berechnet, und eine Position eines zweiten mobilen Geräts wird auf der Grundlage der TOA-Messungen berechnet, die für dem zweiten Kommunikationsprotokoll entsprechende Signale ausgeführt worden sind. Dieser Aspekt kann bei Uplink-Systemen oder Downlink-Systemen verwendet werden.One aspect of the present invention is directed to a method of locating mobile devices, that using a first and a second communication protocol communicate. This method uses TOA measurements for signals, which correspond to the first and the second communication protocol, executed. A position of a first mobile device is determined based on the TOA measurements that for that signals corresponding to the first communication protocol are calculated, and a position of a second mobile device becomes based on the TOA measurements calculated for the second communication protocol appropriate signals executed have been. This aspect can be used with uplink systems or downlink systems be used.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Einrichtung zum Ausführen von Multi-Protokoll-Eintreffzeit-Messungen in Verbindung mit Lokalisierungsdiensten gerichtet. Diese Einrichtung enthält einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger. Der erste Empfänger zeichnet eine Eintreffzeit (Time of Arrival) eines ersten von einem ersten mobilen Gerät (für Uplink) und/oder von einer ersten Basisstation (für Downlink) eintreffenden Signals auf, und gibt die aufgezeichnete Eintreffzeit aus. Der zweite Empfänger zeichnet eine Eintreffzeit eines zweiten von einem zweiten mobilen Gerät (für Uplink) und/oder einer zweiten Basisstation (für Downlink) eintreffenden Signals auf und gibt die Eintreffzeit aus. Die ersten und zweiten Signale entsprechen dem ersten bzw. dem zweiten Kommunikationsprotokoll.Another aspect of the present The invention is directed to a device for performing multi-protocol arrival time measurements directed in connection with localization services. This facility contains one first recipient and a second receiver. The first recipient records a time of arrival of a first of one first mobile device (for uplink) and / or signal arriving from a first base station (for downlink), and outputs the recorded arrival time. The second recipient draws an arrival time of a second from a second mobile device (for uplink) and / or a second base station (for Downlink) incoming signal and outputs the arrival time. The first and second signals correspond to the first and second, respectively Communication protocol.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein System zum Bestimmen der Position eines ersten und eines zweiten mobilen Geräts gerichtet, die unter Verwendung eines ersten beziehungsweise eines zweiten Kommunikationsprotokolls kommunizieren. Das System enthält erste und zweite Uplink-Prozessoren, die jeweils einen Uplink-Lokalisierungsalgorithmus implementieren. Das System enthält außerdem wenigstens drei Meßeinheiten. Jede dieser Meßeinheiten enthält einen ersten Empfänger, der eine TOA eines von einem ersten mobilen Gerät eintreffenden ersten Signals aufzeichnet und diese aufgezeichnete TOA an den ersten Uplink-Prozessor weiterleitet. Jede der Meßeinheiten enthält außerdem einen zweiten Empfänger, der eine TOA eines von einem zweiten mobilen Gerät eintreffenden zweiten Signals aufzeichnet und diese aufgezeichnete TOA an den zweiten Uplink-Prozessor weiterleitet. Auf der Grundlage der von der Meßeinheiten weitergeleiteten TOAs bestimmen der erste und der zweite Uplink-Prozessor die Position des ersten beziehungsweise zweiten mobilen Geräts.Another aspect of the present Invention is based on a system for determining the position of a first and a second mobile device directed using a first and a communicate second communication protocol. The system contains first and second uplink processors, each with an uplink location algorithm to implement. The system contains Moreover at least three measuring units. Each of these measurement units contains a first recipient, which records a TOA of a first signal arriving from a first mobile device and forwards this recorded TOA to the first uplink processor. Each of the measurement units contains Moreover a second recipient, the one TOA of a second signal arriving from a second mobile device records and this recorded TOA to the second uplink processor forwards. On the basis of those forwarded by the measuring units TOAs determine the position of the first and the second uplink processor of the first or second mobile device.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein System zum Bestimmen der Position erster und zweiter mobiler Geräte gerichtet, die unter Verwendung erster beziehungsweise zweiter Kommunikationsprotokolle kommunizieren. Das System enthält erste und zweite Sätze von Basisstationen, die mit den ersten beziehungsweise zweiten mobilen Geräten kommunizieren, und erste und zweite Downlink-Prozessoren, die jeweils einen Downlink-Lokalisierungsalgorithmus implementieren. Das System enthält außerdem wenigstens eine Meßeinheit, welche einen ersten und einen zweiten Empfänger enthält, die jeweils Eintreffzeiten (TOAs) von ersten beziehungsweise zweiten Signalen, die von ersten beziehungsweise zweiten Sätzen von Basisstationen eintreffen, aufzeichnen. Diese Empfänger leiten die aufgezeichneten Eintreffzeiten (TOAs) an die ersten beziehungsweise zweiten Downlink-Prozessoren weiter. Der erste Downlink-Prozessor bestimmt die Position des ersten mobilen Geräts unter Verwendung des Downlink-Lokalisierungsalgorithmus auf der Grundlage der von der wenigstens einen Meßeinheit weitergeleiteten Eintreffzeiten (TOAs) und der von dem ersten mobilen Gerät aufgezeichneten Eintreffzeiten. Der zweite Downlink-Prozessor bestimmt die Position des zweiten mobilen Geräts unter Verwendung des Downlink-Lokalisierungsalgorithmus auf der Grundlage der von der wenigstens einen Meßeinheit weitergeleiteten Eintreffzeiten und der von dem zweiten mobilen Gerät aufgezeichneten Eintreffzeiten.Another aspect of the present invention is directed to a system for determining the position of first and second mobile devices that communicate using first and second communication protocols, respectively. The system includes first and second sets of base stations that communicate with the first and second mobile devices, respectively, and first and second downlink processors, each of which implements a downlink location algorithm. The system also contains at least one measuring unit which contains a first and a second receiver, the respective arrival times (TOAs) of first and second signals, respectively, of the first or two sets of base stations arrive. These receivers forward the recorded arrival times (TOAs) to the first or second downlink processors. The first downlink processor determines the position of the first mobile device using the downlink localization algorithm on the basis of the arrival times (TOAs) forwarded by the at least one measuring unit and the arrival times recorded by the first mobile device. The second downlink processor determines the position of the second mobile device using the downlink localization algorithm on the basis of the arrival times forwarded by the at least one measuring unit and the arrival times recorded by the second mobile device.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine schematische Veranschaulichung eines bekannten Uplink-Lokalisierungssystems. 1 Figure 3 is a schematic illustration of a known uplink location system.

2 ist eine schematische Veranschaulichung eines bekannten Downlink-Lokalisierungssystems. 2 is a schematic illustration of a known downlink localization system.

3 ist eine schematische Veranschaulichung eines Dual-Modus-Uplink/Downlink-Lokalisierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. 3 Figure 3 is a schematic illustration of a dual mode uplink / downlink location system in accordance with the present invention.

4A ist eine schematische Veranschaulichung einer ersten Art von LMU, die in Verbindung mit der Ausführungsform nach 3 verwendet werden kann. 4A FIG. 10 is a schematic illustration of a first type of LMU associated with the embodiment of FIG 3 can be used.

4B ist eine schematische Veranschaulichung der ersten Art von LMU, die zum Unterstützen mehrerer drahtloser Kommunikationsprotokolle modifiziert worden ist. 4B Figure 11 is a schematic illustration of the first type of LMU that has been modified to support multiple wireless communication protocols.

5A ist eine schematische Veranschaulichung einer zweiten Art von LMU, die in Verbindung mit der Ausführungsform der 3 verwendet werden kann. 5A FIG. 10 is a schematic illustration of a second type of LMU used in connection with the embodiment of FIG 3 can be used.

5B ist eine schematische Veranschaulichung der zweiten Art von LMU, die zum Unterstützen mehrerer drahtloser Kommunikationsprotokolle modifiziert worden ist. 5B Figure 11 is a schematic illustration of the second type of LMU that has been modified to support multiple wireless communication protocols.

6 ist eine schematische Veranschaulichung, wie Daten aus Uplink-Messungen und Downlink-Messungen kombiniert werden können, um eine Positionsschätzung zu bilden. 6 Figure 11 is a schematic illustration of how data from uplink measurements and downlink measurements can be combined to form a position estimate.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

3 veranschaulicht ein System, bei welchem ein mobiles Gerät 30 (zum Beispiel ein Mobiltelefon) entweder unter Verwendung einer Uplink- oder einer Downlink-Lösung lokalisiert werden kann. In 3 ist der Signalfluß in dem Uplink-Modus mit einem Präfix "U:" gekennzeichnet, und der Signalfluß in dem Downlink-Modus ist mit einem Präfix "D:" gekennzeichnet. Die Signale können zwischen den verschiedenen Systemkomponenten unter Verwendung eines beliebigen gewünschten Kommunikationsstandards übermittelt werden (einschließlich beispielsweise ANSI-136 TDMA, AMPS, GSM, SGM 900, DCS 1800, PDC, PCS 1900, iDEN, etc.). 3 illustrates a system in which a mobile device 30 (e.g., a cell phone) can be located using either an uplink or a downlink solution. In 3 the signal flow in the uplink mode is identified with a prefix "U:" and the signal flow in the downlink mode is identified with a prefix "D:". The signals can be communicated between the various system components using any desired communication standard (including, for example, ANSI-136 TDMA, AMPS, GSM, SGM 900, DCS 1800, PDC, PCS 1900, iDEN, etc.).

Das System basiert auf einem Satz von wenigstens drei Doppelzweck-LMUs 35-37, welche die TOA von aus dem mobilen Gerät 30 eintreffenden Signalen ebenso wie von aus den Basisstationen 31-33 eintreffenden Signalen messen können. Diese LMUs 35-37 sind vorzugsweise permanent mit der Erde an bekannten Referenzpositionen fest verbunden, können aber auch vorübergehend in ihrer Position fixiert sein (zum Beispiel auf einem Lastkraftwagen an einem bekannten Referenzort). Es sei angemerkt, daß, obwohl nur drei BTSs 31-37 und drei LMUs 35-37 veranschaulicht sind, eine größere Anzahl von BTSs und LMUs (zum Beispiel sieben) verwendet werden kann, um eine verbesserte Genauigkeit zur Verfügung zu stellen, wie es Fachleuten klar ist.The system is based on a set of at least three dual-purpose LMUs 35-37 which the TOA from from the mobile device 30 incoming signals as well as from the base stations 31-33 can measure incoming signals. These LMUs 35-37 are preferably permanently connected to the earth at known reference positions, but can also be temporarily fixed in their position (for example on a truck at a known reference location). It should be noted that although only three BTSs 31-37 and three LMUs 35-37 A greater number of BTSs and LMUs (e.g., seven) can be used to provide improved accuracy, as will be apparent to those skilled in the art.

Um das mobile Gerät 30 unter Verwendung der Uplink-Lösung zu lokalisieren, horcht jede der LMUs 35-37 nach einem Signal aus dem mobilen Gerät 30, wie beispielsweise einem Random-Access-Channel(RACH)-Burst (Bündel eines Kanals mit wahlfreiem Zugriff). Wenn das Signal aus dem mobilen Gerät 30 eintrifft, bestimmt jede der LMUs 35-37 die TOA des eintreffenden Signals zusammen mit einem zugehörigen Qualitäts indikator (σ). Es kann eine auf einem Globalpositionierungssatellit (GPS) basierende Zeitreferenz an jeder LMU verwendet werden, um jede TOA-Messung mit einem gemeinsamen Rahmen der Referenz zu synchronisieren. Jede LMU leitet dann ihre TOA-Messung und ihr σ an ein MLC 39 unter Verwendung einer geeigneten Kommunikationsverbindung (zum Beispiel einer fest verdrahteten oder drahtlosen Kommunikationsverbindung) weiter. Das MLC 39 enthält einen Uplink-Prozessor 39A, der so programmiert ist, daß er einen herkömmlichen Uplink-Lokalisierungsalgorithmus implementiert. Nach dem Empfangen der TOA-Messungen (und der zugehörigen σs) von jeder der LMUs 35-37 implementiert das MLC 39 den Uplink-Algorithmus, um die Position des mobilen Geräts 30 auf der Grundlage der empfangen TOA-Messungen und σs sowie der bekannten Positionen der LMUs zu bestimmen.To the mobile device 30 To locate using the uplink solution, each of the LMUs listens 35-37 after a signal from the mobile device 30 , such as a Random Access Channel (RACH) burst. When the signal from the mobile device 30 arrives, each of the LMUs determines 35-37 the TOA of the incoming signal together with an associated quality indicator (σ). A global positioning satellite (GPS) based time reference can be used at each LMU to synchronize each TOA measurement with a common frame of the reference. Each LMU then forwards its TOA measurement and its σ to an MLC 39 using an appropriate communication link (e.g., a hardwired or wireless communication link). The MLC 39 contains an uplink processor 39A , which is programmed to implement a conventional uplink location algorithm. After receiving the TOA measurements (and the associated σs) from each of the LMUs 35-37 implements the MLC 39 the uplink algorithm to the position of the mobile device 30 based on the received TOA measurements and σs as well as the known positions of the LMUs.

Um das mobile Gerät 30 unter Verwendung der Downlink-Lösung zu lokalisieren, umfaßt das System, daß jede von zumindest drei BTSs 31-33 ein Signal (zum Beispiel ein Broadcast-Control-Channel(BCCH)-Signal; Rundsendesteuerkanalsignal) an das mobile Gerät 30 sendet. Wenn die Signale aus den BTSs 31-33 eintreffen, bestimmt das mobile Gerät 30 die TOA der eintreffenden Signale zusammen mit zugehörigen Qualitätsindikatoren (σ) für jedes eintreffende Signal. Das mobile Gerät 30 leitet dann die TOA-Informationen an das MLC 39 weiter, vorzugsweise über dasselbe drahtlose Netzwerk, das verwendet wird, um mit dem mobilen Gerät 30 zu kommunizieren. Das MLC 39 enthält einen Downlink-Prozessor 39B, der so programmiert ist, daß er einen herkömmlichen Downlink-Lokalisierungsalgorithmus implementiert. Während der Uplink-Prozessor 39A und der Downlink-Prozessor 39B als zwei verschiedene Blöcke veranschaulicht sind, können sie in Wirklichkeit miteinander integriert sein, indem verschiedene Algorithmen auf einem einzigen Prozessor abgearbeitet werden.To the mobile device 30 To locate using the downlink solution, the system includes that each of at least three BTSs 31-33 a signal (for example, a broadcast control channel (BCCH) signal; broadcast control channel signal) to the mobile device 30 sends. If the signals from the BTSs 31-33 the mobile device determines 30 the TOA of the incoming signals together with associated quality indicators (σ) for each incoming signal. The mobile device 30 then forwards the TOA information to the MLC 39 further, preferably over the same wireless network that used to with the mobile device 30 to communicate. The MLC 39 contains a downlink processor 39B , which is programmed to implement a conventional downlink localization algorithm. During the uplink processor 39A and the downlink processor 39B as two different blocks are illustrated, they can actually be integrated together by running different algorithms on a single processor.

In der Zwischenzeit horcht jede der LMUs 35-37 nach von den BTSs 31-33 gesendeten Signalen. Wenn eine LMU ein Signal von einer BTS empfängt, bestimmt die LMU 35-37 die Eintreffzeit des eintreffenden Signals. Diese Art der TOA-Messung (bei der eine LMU die Eintreffzeit eines Signals von einer BTS mißt) wird hier als TOA* bezeichnet. Jede LMU leitet dann die TOA*-Informationen an das MLC 39 unter Verwendung einer geeigneten Kommunikationsverbindung (zum Beispiel einer fest verdrahteten oder drahtlosen Kommunikationsverbindung) weiter. Diese Kommunikationsverbindung kann unter Verwendung des gleichen Protokolls wie der gerade lokalisierte Handapparat arbeiten (zum Beispiel eine AMPS-Kommunikationsverbindung könnte verwendet werden, wenn ein AMPS-Protokoll-Handapparat lokalisiert wird). Die TOA*-Messungen ermöglichen es dem MLC 39, irgendwelche Echtzeiutdifferenzen zwischen den Senderahmen der verschiedenen BTSs 31-33 zu kompensieren. Das MLC 39 bestimmt dann die Position des mobilen Geräts 30 unter Verwendung des Downlink-Algorithmus auf der Grundlage der TOA-Messungen und der σs, die von dem mobilen Gerät 30 empfangen wurden, der von dem LMUs 35-37 empfangenen TOA*-Messungen und der bekannten Positionen der LMUs und BTSs.In the meantime, each of the LMUs is listening 35-37 after from the BTSs 31-33 sent signals. When an LMU receives a signal from a BTS, the LMU determines 35-37 the arrival time of the incoming signal. This type of TOA measurement (in which an LMU measures the arrival time of a signal from a BTS) is referred to here as TOA *. Each LMU then forwards the TOA * information to the MLC 39 using an appropriate communication link (e.g., a hardwired or wireless communication link). This communication link can operate using the same protocol as the handset being located (for example, an AMPS communication link could be used if an AMPS protocol handset is located). The TOA * measurements enable the MLC 39 , any real time differences between the transmission frames of the different BTSs 31-33 to compensate. The MLC 39 then determines the position of the mobile device 30 using the downlink algorithm based on the TOA measurements and the σs from the mobile device 30 received by the LMUs 35-37 received TOA * measurements and the known positions of the LMUs and BTSs.

4A ist eine schematische Veranschaulichung einer Dual-Modus-Uplink/Downlink-LMU 40A, die als eine der LMUs 35-37 in dem Ausführungsbeispiel der 3 verwendet werden kann. Die LMU 40A enthält eine Antennenschnittstelle 42, welche eine Schnittstelle zu einer oder mehreren Empfangsantennen 41 bildet. Sie enthält außerdem einen Uplink-Empfänger 43, der so ausgebildet ist, daß er Signale empfängt, die von den zu lokalisierenden mobilen Geräten eintreffen (wie beispielsweise RACH-Bursts), sowie einen Downlink-Empfänger 44, der so ausgebildet ist, daß er von einer BTS eintreffende Signale empfängt (wie beispielsweise BCCH-Signale). Eine Kommunikationsverbindung 46, die eine Schnittstelle zwischen der LMU 40A und einem fernen MLC (das nicht gezeigt ist) bildet, ist ebenfalls vorgesehen. Vorzugsweise wird der Betrieb der LMU 40A von einer Steuereinrichtung 45 gesteuert. 4A Figure 3 is a schematic illustration of a dual mode uplink / downlink LMU 40A who as one of the LMUs 35-37 in the embodiment of the 3 can be used. The LMU 40A contains an antenna interface 42 which interface to one or more receiving antennas 41 forms. It also contains an uplink receiver 43 , which is designed to receive signals arriving from the mobile devices to be located (such as RACH bursts), and a downlink receiver 44 , which is designed to receive incoming signals from a BTS (such as BCCH signals). A communication link 46 which is an interface between the LMU 40A and a remote MLC (not shown) is also provided. Operation of the LMU is preferred 40A from a control device 45 controlled.

Von sowohl den mobilen Geräten als auch BTSs eintreffende Signale werden von den Antennen 41 aufgefangen und von dem richtigen Empfänger 43 (für Signale der mobilen Geräte) und 44 (für Basisstationssignale) empfangen. Der Uplink-Empfänger 43 und der Downlink-Empfänger 44 kooperieren mit der Steuereinrichtung 45, so daß sie die Eintreffzeit der jeweils eintreffenden Signale aufzeichnen. Die Erfassung, wann ein Signal an dem Uplink-Empfänger 43 aus einem mobilen Gerät eingetroffen ist, kann unter Verwendung herkömmlicher Uplink-Steuertechniken ausgeführt werden. In ähnlicher Weise kann die Erfassung, wann ein Signal an dem Downlink-Empfänger 44 aus einer BTS eingetroffen ist, unter Verwendung herkömmlicher Downlink-Steuertechniken ausgeführt werden. Optional kann die Steuereinrichtung 45 auf einer digitalen Signalverarbeitung (DSP) vertrauen, um diese Steuerfunkionen zu implementieren.Signals arriving from both the mobile devices and BTSs are from the antennas 41 caught and by the right recipient 43 (for signals from mobile devices) and 44 (for base station signals) received. The uplink receiver 43 and the downlink receiver 44 cooperate with the control facility 45 so that they record the arrival time of the respective incoming signals. The detection of when a signal is sent to the uplink receiver 43 Arrived from a mobile device can be performed using conventional uplink control techniques. Similarly, the detection of when a signal is sent to the downlink receiver 44 arrived from a BTS, using conventional downlink control techniques. Optionally, the control device 45 rely on digital signal processing (DSP) to implement these control functions.

Sobald eine TOA für das jeweils eintreffende Signal bestimmt worden ist, leitet die Steuereinrichtung 45 die bestimmten TOAs an ein fernes Mobilgerätlokalisierungszentrum (MLC; Mobile Location Center) über eine Kommunikationsverbindung 46 weiter. Diese Kommunikationsverbindung 46 kann unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technik implementiert sein, die beispielsweise verdrahtete Schnittstellen (zum Beispiel über Standardtelefonleitungen) ebenso wie drahtlose Schnittstellen (zum Beispiel über dasselbe Netzwerk, das zur Kommunikation mit dem mobilen Gerät verwendet wird) einschließt.As soon as a TOA has been determined for the incoming signal, the control device directs 45 the determined TOAs to a remote mobile location center (MLC) over a communication link 46 further. This communication link 46 can be implemented using any suitable technique, including, for example, wired interfaces (e.g., over standard telephone lines) as well as wireless interfaces (e.g., over the same network used to communicate with the mobile device).

Beim Uplink-Modus müssen die von dem System ausgeführten TOA-Messungen bezüglich eines gemeinsamen Referenzrahmens abgeglichen werden, damit das MLC eine genaue Positionsschätzung bilden kann. Ein geeigneter Weg des Bereitstellens eines solchen gemeinsamen Referenzrahmens besteht darin, einen Globalpositionierungssatelliten (GPS)-Empfänger 47 in jede LMU 40A aufzunehmen und jede TOA-Messung, die an das MLC berichtet wird, in bezug zu einer empfangenen GPS-Zeit zu setzen.In uplink mode, the TOA measurements performed by the system must be matched against a common reference frame so that the MLC can form an accurate position estimate. A suitable way of providing such a common frame of reference is to use a Global Positioning Satellite (GPS) receiver 47 in every LMU 40A and to relate each TOA measurement reported to the MLC to a received GPS time.

4B ist eine schematische Veranschaulichung einer anderen Dual-Modus-Uplink/Downlink-LMU 40B, die als eine der LMUs 35-37 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 verwendet werden kann. Diese LMU 0B ermöglicht es dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, Handapparate zu lokalisieren, die unter Verwendung verschiedener drahtloser Kommunikationsprotokolle (wie beispielsweise ANSI-136 TDMA, GSM, AMPS, etc.) kommunizieren, statt nur auf ein einziges Kommunikationsprotokoll beschränkt zu sein. Die LMU 40B ist ähnlich der LMU 40A (die in 4A gezeigt ist) mit der Ausnahme, daß die LMU 40B eine Mehrzahl von Uplink-Empfängern 43A-43C, eine Mehrzahl von Downlink-Empfängern 44A-44C und eine Mehrzahl von Kommunikationsverbindungen 46A-46C (anstelle eines Uplink-Empfängers, eines Downlink-Empfängers und einer Kommunikationsverbindung) enthält. Vorzugsweise ist jeder der Uplink-Empfänger 43A-43C einem speziellen drahtlosen Kommunikationsprotokoll gewidmet, und jeder der Downlink-Empfänger 44A-44C ist einem bestimmten drahtlosen Kommunikationsprotokoll gewidmet. Selbstverständlich können, obwohl drei Uplink-Empfänger und drei Downlink-Empfänger veranschaulicht sind, eine abweichende Anzahl von Empfängern statt dessen verwendet werden, um eine beliebige Anzahl verschiedener drahtloser Kommunikationsprotokolle aufzunehmen. 4B Figure 3 is a schematic illustration of another dual mode uplink / downlink LMU 40B who as one of the LMUs 35-37 in the embodiment according to 3 can be used. This LMU 0B enables the exemplary embodiment 3 To locate handsets that communicate using various wireless communication protocols (such as ANSI-136 TDMA, GSM, AMPS, etc.), rather than being limited to a single communication protocol. The LMU 40B is similar to the LMU 40A (in the 4A with the exception that the LMU 40B a plurality of uplink receivers 43A-43C , a plurality of downlink receivers 44A-44C and a plurality of communication links 46A-46C (instead of an uplink receiver, a downlink receiver and a communication link). Each of the uplink receivers is preferably each 43A-43C dedicated to a special wireless communication protocol, and each of the downlink receivers 44A-44C is a specific wireless communication dedicated to protocol. Of course, although three uplink receivers and three downlink receivers are illustrated, a different number of receivers can instead be used to accommodate any number of different wireless communication protocols.

Vorzugsweise ist jeder der Empfänger 43A-43C, 44A-44C auf einer einzelnen Schaltungsplatine implementiert, die in eine gemeinsame Rückverdrahtungsebene (Backplane) eingesteckt und unter der Steuerung einer gemeinsamen Steuereinrichtung 45 betrieben werden kann. Diese Anordnung erlaubt es, daß jede LMU für so viele verschiedene drahtlose Kommunikationsprotokolle arbeitet, wie es gewünscht wird, indem zusätzliche Empfänger eingesteckt werden. Optional kann für jedes drahtlose Kommunikationsprotokoll eine separate Kommu nikationsverbindung 46A-46C enthalten sein. Wenn separate Kommunikationsverbindungen zur Verfügung gestellt werden, so kann das gleiche drahtlose Netzwerk, das zur Kommunikation mit jedem Handapparat verwendet wird, zum Weiterleiten der TOA-Messungen für dieses Kommunikationsprotokoll an ein fernes MLC verwendet werden (z.B. eine AMPS-Kommunikationsverbindung für einen AMPS-Handapparat und eine GSM-Kommunikationsverbindung für einen GSM-Handapparat). Dann kann ein separates MLC für jedes Protokoll verwendet werden, um die Lokalisierungsalgorithmen zu implementieren. Wenn eine einzige Kommunikationsverbindung für sämtliche verschiedenen Kommunikationsprotokolle verwendet wird, so kann ein separates MLC für jedes Protokoll verwendet werden oder es kann ein gemeinsames MLC für zwei oder mehr Kommunikationsprotokolle verwendet werden.Preferably each is the recipient 43A-43C . 44A-44C implemented on a single circuit board that plugs into a common backplane and under the control of a common controller 45 can be operated. This arrangement allows each LMU to work for as many different wireless communication protocols as is desired by inserting additional receivers. Optionally, a separate communication link can be made for each wireless communication protocol 46A-46C be included. If separate communication links are provided, the same wireless network used to communicate with each handset can be used to forward the TOA measurements for that communication protocol to a remote MLC (e.g., an AMPS communication link for an AMPS handset and a GSM communication link for a GSM handset). A separate MLC can then be used for each protocol to implement the localization algorithms. If a single communication link is used for all different communication protocols, a separate MLC can be used for each protocol or a common MLC can be used for two or more communication protocols.

Diese Anordnung, bei welcher eine LMU TOA-Messungen für verschiedene Kommunikationsprotokolle ausführen kann, kann auf Nur-Uplink-Systeme und Nur-Downlink-Systeme erweitert werden. Für Nur-Uplink-Systeme würde die Blockdarstellung 4B ähnlich sein, aber die Downlink-Empfänger 44A-44C würden fortfallen. Für Nur-Downlink-Systeme würde die Blockdarstellung 4B ähnlich sein, aber die Uplink-Empfänger 43A-43C würden fortgelassen sein. Geeignete Modifikationen an der Steuereinrichtung 45 sollten ebenfalls vorgenommen werden, so daß die Steuereinrichtung keine TOA-Messungen von einer nicht vorhandenen Quelle erwartet.This arrangement, in which an LMU can perform TOA measurements for different communication protocols, can be extended to uplink only systems and downlink only systems. For only uplink systems, the block representation would 4B be similar, but the downlink receiver 44A-44C would fall away. For only downlink systems, the block representation would 4B be similar, but the uplink receiver 43A-43C would be left out. Suitable modifications to the control device 45 should also be done so that the controller does not expect TOA measurements from a nonexistent source.

5A ist eine schematische Veranschaulichung einer weiteren Dual-Modus-Uplink/Downlink-LMU 50A, die als eine der LMUs 35-37 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 verwendet werden kann. Diese LMU 50A enthält eine Antennenschnittstelle 52, welche eine Schnittstelle zu einer oder zu mehreren Empfangsantennen 51 bildet, und einen Kombinations-Uplink/Downlink-Empfänger 53, der so ausgebildet ist, daß er von den mobilen Geräten, die zu lokalisieren sind, eintreffende Signale (wie beispielsweise RACH-Bursts) sowie von ei ner BTS eintreffende Signale (wie beispielsweise BCCH-Signale) empfängt. Eine Kommunikationsverbindung 56, die eine Schnittstelle zwischen der LMU 50A zu einem fernen (nicht gezeigten) MLC bildet und ein optionaler GPS-Empfänger 57 werden ebenfalls zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise wird der Betrieb der LMU 50A von einer Steuereinrichtung 55 gesteuert. Die Betriebsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 5A ist ähnlich der Betriebsweise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels gemäß 4A mit der Ausnahme, daß anstelle getrennter Uplink- und Downlink-Empfänger (43 und 44, gezeigt in 4A) ein einziger Uplink/Downlink-Empfänger 53 verwendet wird. 5A Figure 3 is a schematic illustration of another dual mode uplink / downlink LMU 50A who as one of the LMUs 35-37 in the embodiment according to 3 can be used. This LMU 50A contains an antenna interface 52 which interface to one or more receiving antennas 51 forms, and a combination uplink / downlink receiver 53 which is designed to receive incoming signals (such as RACH bursts) from the mobile devices to be located and incoming signals (such as BCCH signals) from a BTS. A communication link 56 which is an interface between the LMU 50A to a remote MLC (not shown) and an optional GPS receiver 57 are also provided. Operation of the LMU is preferred 50A from a control device 55 controlled. The operation of the embodiment according to 5A is similar to the operation of the embodiment described above 4A with the exception that instead of separate uplink and downlink receivers ( 43 and 44 , shown in 4A ) a single uplink / downlink receiver 53 is used.

5B ist eine schematische Veranschaulichung einer weiteren Dual-Modus-Uplink/Downlink-LMU 50B, die als eine der LMUs 35-37 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 verwendet werden kann. Diese LMU 50B gestattet es dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, Handapparate zu lokalisieren, die unter Verwendung verschiedener drahtloser Kommunikationsprotokolle (wie beispielsweise MDTA, GSM, AMPS, etc.) kommunizieren, statt auf nur ein einziges Kommunikationsprotokoll begrenzt zu sein. Die Betriebsweise dieser LMU 50B ist ähnlich der Betriebsweise der LMU 40B (die in 4B gezeigt ist) mit der Ausnahme, daß für jedes Kommunikationsprotokoll ein integrierter Uplink/Downlink-Empfänger anstelle getrennter Uplink-Empfänger und Downlink-Empfänger für jedes Kommunikationsprotokoll verwendet wird. 5B Figure 3 is a schematic illustration of another dual mode uplink / downlink LMU 50B who as one of the LMUs 35-37 in the embodiment according to 3 can be used. This LMU 50B allows according to the embodiment 3 To locate handsets that communicate using various wireless communication protocols (such as MDTA, GSM, AMPS, etc.), rather than being limited to a single communication protocol. The operation of this LMU 50B is similar to the way the LMU operates 40B (in the 4B with the exception that an integrated uplink / downlink receiver is used for each communication protocol instead of separate uplink receiver and downlink receiver for each communication protocol.

Ein Implementierung von sowohl Downlink- als auch Uplink-Algorithmen in einem einzigen System ermöglicht es dem System, Vorteil aus den Vorzügen des Downlink zu ziehen, während die Nachteile des Downlinks vermieden werden. Insbesondere ermöglicht es das hier beschriebene Dual-Modus-Lokalisierungs-Uplink/Downlink-System einen Systemoperator, Downlink-Handapparate einem Kommunikationsnetzwerk hinzuzufügen, ohne zusätzliche Kapazität dem Netzwerk hinzuzufügen, indem diese Handapparate unter Verwendung des Downlink-Modus lokalisiert werden. Darüber hinaus kann das hier beschriebene Uplink/Downlink-System verwendet werden, um herkömmliche Handapparate (legacy handsets) zu lokalisieren, die den Downlink-Modus nicht unterstützen. Wenn eine Lokalisierungsschätzung für eine dieser herkömmlichen Handapparate erforderlich ist, schaltet das System in den Uplink-Modus um und verarbeitet die aus den Handapparaten eintreffenden Signale, um die Position des Handapparats zu bestimmen. Indem der Downlink-Modus als Standardlokalisierungsmodus verwendet wird und nur für solche Handapparate in den Uplink-Modus umgeschaltet wird, die den Downlink-Modus nicht unterstützen, kann die Menge neuer Netzwerkkapazität, die hinzugefügt werden muß, auf einem Minimum gehalten werden. Vorzugsweise unterstützen neue Handapparate, die zu dem drahtlosen Netzwerk hinzugefügt werden, den Downlink-Modus, um Vorteil aus den von dem Downlink zur Verfügung gestellten Vorzügen zu ziehen.Implementing both downlink and uplink algorithms in a single system enables the system to take advantage of the advantages of the downlink while avoiding the downlink's disadvantages. In particular, the dual mode localization uplink / downlink system described herein enables a system operator to add downlink handsets to a communications network without adding additional capacity to the network by locating these handsets using the downlink mode. In addition, the uplink / downlink system described here can be used to localize conventional handsets (legacy handsets) that do not support downlink mode. When a location estimate is required for one of these conventional handsets, the system switches to uplink mode and processes the signals arriving from the handsets to determine the position of the handset. By using the downlink mode as the default localization mode and switching to the uplink mode only for handsets that do not support the downlink mode, the amount of new network capacity that needs to be added can be kept to a minimum. Preferably, new handsets added to the wireless network support downlink mode to take advantage of that from the downlink Advantages.

Die populärsten herkömmlichen Lokalisierungsalgorithmen arbeiten, indem sie den Schnittpunkt von zwei oder mehr Hyperbeln auffinden, wobei jede Hyperbel durch ein Paar von TOA-Messungen bestimmt wird. Bei einem Einzelmodussystem sind wenigstens drei TOA-Messungen erforderlich, um zwei Paare von TOA-Messungen zu gewinnen (z.B. können die Paare AB und AC von drei Messungen A, B und C) gebildet werden. Wenn bei einem Einzelmodussystem nur ein Paar TOA-Messungen zur Verfügung steht, kann keine Positionsschätzung gebildet werden.The most popular conventional localization algorithms work by intersecting two or more hyperbolas find each hyperbola by a pair of TOA measurements is determined. In a single mode system there are at least three TOA measurements required to obtain two pairs of TOA measurements (e.g. can the pairs AB and AC from three measurements A, B and C) are formed. If in a single mode system only one pair of TOA measurements for disposal no position estimate can be made become.

Wenn jedoch ein Dual-Modus-System verfügbar ist, kann eine erste Hyperbel aus einem Paar TOA-Messungen, die unter Verwendung des Uplink-Modus ausgeführt worden sind, gewonnen werden und eine zweite Hyperbel kann aus einem Paar von TOA-Messungen, die unter Verwendung des Downlink-Modus ausgeführt worden sind, gewonnen werden. Der Schnittpunkt dieser zwei Hyperbeln kann dann als Schätzung der Position des mobilen Geräts verwendet werden. Dies ist in 6 veran schaulicht, bei der eine erste Hyperbel 68 unter Verwendung des Uplink-Modus auf der Grundlage der TOA-Messungen des Signals aus einem Handapparat 60, das bei jeder der LMUs 65, 66 eintrifft, gewonnen wurde. Ein zweite Hyperbel 69 wird gewonnen unter Verwendung des Downlink-Modus auf der Grundlage der TOA-Messungen der Signale aus dem BTSs 61,62, die an dem Handapparat 60 eintreffen, und der TOA*-Messungen der Signale aus den BTSs 51, 62, die an jeder der LMUs 65,66 eintreffen. Der Schnittpunkt der Hyperbeln 68, 69 wird als Positionsschätzung verwendet. Das Bereitstellen einer Positionsschätzung auf der Grundlage einer Uplink-Hyperbel 68 und einer Downlink-Hyperbel 69 könnte die Differenz zwischen dem Gewinnen einer genauen Positionsschätzung und dem Nicht-Gewinnen-Können einer solchen ausmachen, wenn zwei Hyperbeln nicht unter Verwendung einer einzigen Verbindungsrichtung gewonnen werden können. Darüber hinaus können selbst dann, wenn zwei Hyperbeln aus einer einzigen Verbindungsrichtung (das heißt Uplink oder Downlink) verfügbar sind, die zusätzliche Hyperbeln, die gewonnen werden, indem auf beide Technologien gleichzeitig vertraut wird, verwendet werden, um die Genauigkeit der sich ergebenden Positionsschätzung zu verbessern.However, if a dual mode system is available, a first hyperbola can be obtained from a pair of TOA measurements made using the uplink mode and a second hyperbola can be obtained from a pair of TOA measurements taken below Using the downlink mode have been performed. The intersection of these two hyperbolas can then be used as an estimate of the position of the mobile device. This is in 6 illustrates the first hyperbola 68 using the uplink mode based on the TOA measurements of the signal from a handset 60 that at each of the LMUs 65 . 66 arrives, was won. A second hyperbole 69 is obtained using the downlink mode based on the TOA measurements of the signals from the BTSs 61 . 62 on the handset 60 arrive, and the TOA * measurements of the signals from the BTSs 51 . 62 working at each of the LMUs 65 . 66 arrive. The intersection of the hyperbolas 68 . 69 is used as a position estimate. Providing a position estimate based on an uplink hyperbole 68 and a downlink hyperbola 69 could make the difference between getting an accurate position estimate and not being able to win if two hyperbolas cannot be obtained using a single connection direction. In addition, even if two hyperbolas from a single connection direction (i.e., uplink or downlink) are available, the additional hyperbolas obtained by relying on both technologies at the same time can be used to increase the accuracy of the resulting position estimate improve.

Das Bereitstellen eines Dual-Modus-Uplink/Downlink-Lokalisierungssystem in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann darüber hinaus das Gerangel zwischen den verschiedenen Akteuren in der Industrie der drahtlosen Verbindungen verringern, indem beide Lokalisierungsarchitekturen gleichzeitig unterstützt werden. Es kann darüber hinaus ein schnelleres Verfügbar-Machen der Lokalisierungsdienste die Öffentlichkeit unterstützen, indem gesichert wird, daß Investitionen in die Infrastruktur für eine der beiden Technologien nicht vergeblich sind.The provision of a dual mode uplink / downlink localization system in accordance with the embodiments described above can about it the wrangling between the various players in the industry of wireless connections decrease by both localization architectures supported at the same time become. It can about that also making it available more quickly the localization services the public support, by ensuring that investments into the infrastructure for one of the two technologies is not in vain.

Indem darüber hinaus mehrere Kommunikationstechnologien in einer einzigen Box kombiniert werden, kann die Anzahl der neuen Antennenplätze, die zum Implementieren von Lokalisie rungsdiensten benötigt werden, minimiert werden. Diese Anordnung sollte folglich den Widerstand der Öffentlichkeit gegen die Installation der erforderlichen Infrastruktur minimieren.By adding multiple communication technologies can be combined in a single box, the number of new ones Antenna places that are required to implement localization services, be minimized. This arrangement should therefore be the resistance the public against the installation of the necessary infrastructure.

Während die vorliegende Erfindung im Kontext der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele erläutert worden ist, ist es klar, daß verschiedene Änderungen an diesen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können und daß verschiedene Äquivalente statt dessen eingesetzt werden können, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er Fachleuten klar wird.While the present invention in the context of the preferred described above embodiments explained has been, it is clear that various changes on these embodiments can be made and that different equivalents can be used instead without departing from the spirit or scope of the invention, as those of ordinary skill in the art becomes clear.

ZusammenfassungSummary

Bestimmte Aspekte der Offenbarung beziehen sich auf ein Kombinieren von Uplink- und Downlink-Lokalisierungstechnologien zu einem einzigen Lokalisierungsdienstesystem, um die von beiden Technologien jeweils gebotenen Vorteile zu gewinnen, während viele ihrer individuellen Nachteile beseitigt werden. Mobile Geräte, die ein Downlink unterstützen, können dann unter Verwendung des Downlink-Modus lokalisiert werden, und mobile Geräte, die kein Downlink unterstützen, können unter Verwendung des Uplink-Modus lokalisiert werden. Ein mobiles Gerät kann sogar auf der Grundlage einer Kombination von Uplink-Messungen und Downlink-Messungen lokalisiert werden. Andere Aspekte der Offenbarung beziehen sich auf das Bereitstellen eines einzigen Lokalisierungsdienstesystems zum Lokalisieren mobiler Geräte, die unter Verwendung einer Mehrzahl verschiedener Kommunikationsprotokolle kommunizieren.
(3)Certain aspects of the disclosure relate to combining uplink and downlink localization technologies into a single localization service system to gain the advantages of each of the technologies while eliminating many of their individual disadvantages. Mobile devices that support a downlink can then be located using the downlink mode, and mobile devices that do not support a downlink can be located using the uplink mode. A mobile device can even be located based on a combination of uplink measurements and downlink measurements. Other aspects of the disclosure relate to providing a single location service system for locating mobile devices that communicate using a variety of different communication protocols.
( 3 )

Claims

A method of locating a first mobile device communicating using a first communication protocol and a second mobile device communicating using a second communication protocol different from the first communication protocol, the method comprising the steps of: a) measuring Arrival times (TOAs) for signals that correspond to the first communication protocol; b) measuring arrival times for signals which correspond to the second communication protocol; c) calculating the position of the first mobile device based on the arrival times measured in step a); and d) calculating the position of the second mobile device based on that measured in step b) Arrival times.

The method of claim 1, wherein the first communication protocol a Time Division Multiple Access (TDMA) and the second communication protocol a global system for is mobile communication (GSM).

The method of claim 1, wherein the first Communication protocol corresponding signals include signals from a first mobile device resulting and at least three measuring units arrive, and those corresponding to the second communication protocol Signals include signals originating from a second mobile device and arrive at the at least three measuring units.

The method of claim 1, wherein the first Communication protocol corresponding signals include signals which result from a first set of at least three base stations and in the at least one measuring unit arrive, and those corresponding to the second communication protocol Signals include signals that consist of a second set of at least come from three base stations and in the at least one measuring unit arrive.

A facility for performing multi-protocol arrival time measurements in conjunction with localization services, the facility having: a first recipient, one of the arrival times of a first mobile device and / or records a first base station arriving first signal and outputs the recorded arrival time of the first signal, the first signal corresponding to a first communication protocol, and a second recipient, one of the arrival times of a second mobile device and / or records a second base station arriving second signal and outputs the recorded arrival time of the second signal, wherein the second signal corresponds to a second communication protocol.

The device of claim 5, wherein the first receiver the arrival time of the first signal arriving from the first mobile device records and the second recipient the arrival time of the second signal arriving from the second mobile device records.

The device of claim 5, wherein the first receiver the arrival time of the first arriving from the first base station Signals records and the second receiver the arrival time of the of the second base station arriving second signal.

The device of claim 5, wherein the first Communication protocol a "Time Multiple Access Division (TDMA) and the second communication protocol is a global system for mobile Communication (GSM) is.

The device of claim 5, wherein the first receiver and the second receiver are integrated.

The device of claim 5, wherein the first receiver and the second receiver are separated.

A system for determining the position of a first mobile device, that communicates using a first communication protocol, and a second mobile device, that communicates using a second communication protocol, the system comprising: a first uplink processor that implements an uplink location algorithm; one second uplink processor that uses an uplink location algorithm implemented; at least three measuring units, each of the measuring units (a) a first recipient, which is an arrival time of an arrival time from a first mobile device records the first signal and the recorded arrival time of the forwards the first signal to the first uplink processor, wherein the first signal corresponds to the first communication protocol, and (b) a second receiver, which is an arrival time of an arrival time from a second mobile device second signal and the recorded arrival time forwards the second signal to the second uplink processor, the second signal corresponding to the second communication protocol, contains in which the first uplink processor under the position of the first mobile device Use the uplink location algorithm based on the forwarded to the first uplink processor by the measuring units Arrival times are determined and the second uplink processor determines the position of the second mobile device based on using the uplink location algorithm those forwarded to the second uplink processor by the measuring units Arrival times determined.

The system of claim 11, wherein the measuring units the recorded arrival times of the first signal to the first Uplink processor via a Forward communication link that the first communication protocol used, and the measuring units the recorded arrival times of the second signal to the second Uplink processor via forward a communication link that uses the second communication protocol used.

The system of claim 11, wherein the first communication protocol is "Time Division Multiple Access" (TDMA) and the second communication protocol is a global system for mobile communication (GSM).

The system of claim 11, wherein the first uplink processor and the second uplink processors are the same processor.

A system for determining the position of a first mobile device, that communicates using a first communication protocol, and a second mobile device, that communicates using a second communication protocol, the system comprising: a first sentence of at least three base stations with the first mobile device under Communicate using the first communication protocol; one first downlink processor using a downlink localization algorithm implemented; a second set of at least three base stations, the one with the second mobile device communicate using the second communication protocol; one second downlink processor that uses a downlink localization algorithm implemented; and at least one measuring unit with (a) a first receiver, the Arrival times of those arriving from the first set of base stations first signals recorded and the recorded arrival times forwards the first signals to the first downlink processor, the first signals corresponding to the first communication protocol, and (b) a second receiver, the arrival times of second ones arriving from the second set of base stations Signals and the recorded arrival times of the forwards second signals to the second downlink processor, the second signals corresponding to the second communication protocol, in which the first downlink processor below the position of the first mobile device Using the downlink localization algorithm on the basis to the first downlink processor by the at least one measuring unit forwarded arrival times and the arrival times recorded by the first mobile device and the second downlink processor determines the position of the second mobile device using the downlink localization algorithm on the Basis of the at least to the second downlink processor a measuring unit forwarded arrival times and those of the second mobile Device recorded Arrival times determined.

The system of claim 15, wherein the at least a measuring unit the recorded arrival times of the first signal to the first downlink processor via a Forwarding communication link that the first communication protocol used, and the at least one measuring unit the recorded Arrival times of the second signal to the second downlink processor via a Forwarding communication link that the second communication protocol used.

The system of claim 15, wherein the first communication protocol is "Time Division Multiple Access "(TDMA) and the second communication protocol is a global system for mobile Communication (GSM) is.

The system of claim 15, wherein the first downlink processor and the second downlink processor is the same processor.