DE10221649A1

DE10221649A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung

Info

Publication number: DE10221649A1
Application number: DE2002121649
Authority: DE
Inventors: Mark Beckmann; Thomas Gottschalk; Norbert Schwagmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-11-27
Also published as: AU2003232587A1; DE10393057D2; WO2003098951A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung in einem Mobilfunksystem, welches den Verfahrensschritt Bestimmen der Position einer Mobilstation (MS1) mit Hilfe von Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen der Mobilstation (MS1) und Positionsmitteln (PE1 bis PE6, LMU1, LMU2, RP1 bis RP3) aufweist. Bei der Bestimmung der Position der Mobilstation (MS1) werden die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung von Referenzpositionen berücksichtigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden unter Anderem in Mobilfunksystemen Anwendung.

Bei Mobilfunksystemen der dritten Generation, wie beispielsweise bei nach dem UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)-Mobilfunkstandard arbeitenden Systemen sollen in den mobilen Endgeräten Positionsbestimmungs-Funktionen integriert werden.

Bei dem UMTS-Standard sind drei Modi für die Übertragung über die Luftschnittstelle vorgesehen. Dabei handelt es sich um den FDD (Frequency Division Duplex)-Modus, den 3.84 MHz TDD (Time Division Duplex)-Modus und den 1.28 MHz TDD-Modus. Beim FDD-Modus erfolgt die Übertragung in Up- und Downlink- Richtung auf unterschiedlichen Frequenzen. Uplink bedeutet dabei die Übertragungsrichtung von einem Endgerät zu einem Netzwerkelement NodeB. NodeB ist ein Netzwerkelement, welches Messergebnisse zur Positionsabschätzung liefert und Funksignale misst. Bei Downlink handelt es sich entsprechend um die Übertragungsrichtung von einer NodeB zu dem Endgerät. Beim TDD-Modus wird nur eine Trägerfrequenz verwendet, wobei durch Zuweisung von Zeitschlitzen eine Trennung der Up- und Downlink-Richtung erfolgt. Der Hauptunterschied der zwei TDD-Modi liegt in der geringen Bandbreite des 1.28 MHz TDD-Modus gegenüber dem 3.84 MHz TDD-Modus. Die Teilnehmer werden bei allen Modi über orthogonale Codes getrennt.

Aus der technischen Spezifikation TS 25.305 V3.7.0 und V4.2.0 des 3GPP (3^rd Generation Partnership Project) sind verschiedene Methoden zur Positionsbestimmung eines Mobilfunk- Endgerätes in UMTS bekannt.

Bei der sogenannten Cell-ID-Methode erfolgt die Positionsbestimmung anhand der Erkennung der Mobilfunkzelle, in der sich das Endgerät zum Zeitpunkt der Positionsanfrage bzw. -bestimmung befindet. Eine derartige Anordnung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Fig. 1 zeigt eine Mobilfunkzelle MZ1 mit einer Basisstation BS1 und einer Mobilstation MS1. Die Basisstation BS1 ist mit einem Netzwerk RNC1 (Radio Network Controller) verbunden. Der Mittelpunkt der Mobilfunkzelle MZ1 wird als Position der Mobilstation MS1 angenommen. Diese Art der Positionsbestimmung ist abhängig von der Größe der Mobilfunkzelle und gewährleistet dabei nur eine grobe Positionsbestimmung. Die Ungenauigkeiten liegen bei ca. 100 m und mehr. Verbesserungen hinsichtlich diese Genauigkeit kann durch Zusatzmessungen, wie z. B. Messung der Hin- und Rücklaufzeit RTT (Round Trip Time) erreicht werden. Dabei wird die Laufzeit eines bekannten Signals von der Mobilfunk-Basisstation BS1 zur Mobilstation MS1 und zurück ausgewertet. Diese Zeitmessung gibt mathematisch verknüpft mit der Lichtgeschwindigkeit c einen Radius zwischen Mobilfunk-Basisstation und Mobilstation. Somit liegt das zu bestimmende Endgerät nicht nur grob bestimmt in der Mobilfunkzelle MZ1, sondern auf einem Kreis RTT in der Mobilfunkzelle.

Fig. 2 zeigt eine bekannte Positionsbestimmung mit aktiver Unterstützung durch GPS (Global Positioning System). Es wird ein Netzwerk mit einem Server (bzw. Rechner oder Computer), der mit einem kompletten GPS-Empfänger ausgestattet ist, eine Basisstation BS1 und eine mit der Basisstation in Verbindung stehende Mobilstation MS1 gezeigt. Der GPS-Empfänger empfängt GPS-Signale von vier sichtbaren Satelliten SAT1, SAT2, SAT3 und SAT4. Die Auswertung der Empfangssignale und die Berechnung der Position übernimmt entweder

a) ein separater Server im Netzwerk, der mit einem kompletten GPS-Empfänger ausgestattet ist und die Messsignale der Mobilstation mit eigenen Informationen verknüpft und so die Position der Mobilstation bestimmen kann, oder
b) die Mobilstation selbst, welche aus allen Informationen (gemessene Satellitensignale aufgrund der Empfangszeitpunkte, und Assistenzsignale von kompletten GPS-Empfängern im Netzwerk) die Position berechnet, oder
c) die die Mobilstation bedienende NodeB, welche ebenfalls alle Messungen und Assistenzsignale vorliegen haben muss.

Die damit erreichten Genauigkeiten in der Positionsangabe des zu lokalisierenden Endgeräts liegt derzeit bei ca. 5 bis 10 m. Probleme beim GPS-System bestehen in der Beschränkung in der Positionsbestimmung auf Bereiche außerhalb von Gebäuden. Eine Positionsbestimmung gelingt nur bei direkter Sicht zu den Satelliten, d. h. Sichtverbindung zu mindestens vier Satelliten. Im Innenbereich von Gebäuden besteht im Allgemeinen keine direkte Sichtverbindung zu mindestens vier Satelliten. Somit besteht keine Möglichkeit der Positionsbestimmung mittels GPS in Gebäuden.

Eine weitere bekannte Methode zur Positionsbestimmung ist die Positionsbestimmung entsprechend der OTDOA(Observed Time Difference of Arrival)-Methode basierend auf Messungen von Signalen der Luftschnittstelle zwischen mehreren NodeBs und der zu lokalisierenden Mobilstation. Gemäß dieser Methode versucht die zu lokalisierende Mobilstation, ein Paar eines bekannten Signals von zwei ortsverschiedenen, benachbarten NodeBs zu detektieren und die Empfangszeitpunkte zu bestimmen. Die Empfangszeitpunkte der Signale von zwei ortsverschiedenen, benachbarten NodeBs werden dann zur Auswertung an die zuständige Positionsberechnungs-Funktion PCF (Position Calculation Function) derjenigen NodeB geendet, welche für die zu lokalisierende Mobilstation verantwortlich ist. Auswerten heißt in diesem Zusammenhang, dass die PCF die Zeitdifferenz der Empfangsseiten, d. h. das ΔT bildet. Dieses ΔT beschreibt einen Hyperboloid, der angibt, dass der Aufenthaltsort des Endgeräts auf einer Hyperbel liegt. Durch die Einbeziehung einer weiteren NodeB befindet sich dann der Aufenthaltsort des Endgeräts an einem der beiden Schnittpunkte von zwei Hyperbeln.

Fig. 3 zeigt drei Basisstationen BS1, BS2 und BS3 und eine Mobilstation MS1. An dem Schnittpunkt der gezeigten zwei Hyperbeln befindet sich die Mobilstation MS1. Für eine eindeutige Positionsbestimmung ist noch eine weitere Information nötig. So kann entweder

a) eine weitere OTDOA-Positionsbestimmung zu einer vierten NodeB erfolgen, oder
b) in Zellen mit Sektorisierung die Information über den Sektor, in der sich die Mobilstation befindet, zur Entscheidung herangezogen werden, oder
c) eine RTT-Messung durchgeführt werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Mit der OTDOA-Methode erreicht man eine Genauigkeit in der Positionsbestimmung des Endgeräts von ungefähr 80 bis 100 m. Eine Verbesserung der OTDOA-Methode liefert die OTDOA-IPDL (Idle Period Downlink)-Methode. Die OTDOA-IPDL-Methode ist eine Erweiterung für den Fall, dass die Signale die das Endgerät bedienende NodeB die Signale der anderen NodeBs überdecken. Dabei wird eine Detektion des gemeinsamen Steuerungskanals anderer NodeBs erschwert und sogar in weiteren Teilen der Mobilfunkzelle unmöglich. Damit eine Detektion von Signalen anderer NodeBs möglich ist, werden bei der OTDOA-IPDL- Methode die Übertragungen der NodeB für kurze Zeitperioden, d. h. IPDLs ausgeschaltet. Diese entstehenden Ruhepausen hinsichtlich der Übertragung dieser NodeB können dann von dem Endgerät genutzt werden, um die Empfangszeitpunkte der Signale der Nachbar-NodeBs zu detektieren. Diese Pause kann mehrere Symbole lang sein, in der Regel 5 bis 10 Symbole. Dabei entspricht die Länge eines Symbols beispielsweise im UMTS- FDD-Modus 256 Chips und im TDD-Modus maximal 16 Chips, wobei ein Chip ungefähr 0,26 µs lang ist bei einer Chipfrequenz von 3.84 Mchips/s. Nachteilig bei der Einführung der IPDLs und somit Abschaltung der Übertragung von Signalen der interessierenden NodeB ist jedoch, dass für die Zeit der IPDLs ein Kapazitäts- bzw. Informationsverlust in der entsprechenden Mobilfunkzelle auftritt. Mit der OTDOA-IPDL-Methode erreicht man eine Genauigkeit in der Positionsbestimmung von bis zu ca. 20 m.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung bereitzustellen, bei welchen die Genauigkeit der Positionsbestimmung erhöht wird und geringere Einschränkungen hinsichtlich der Anwendbarkeit der Positionsbestimmung gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung in einem Mobilfunksystem aufweisend den Verfahrensschritt Bestimmen der Position einer Mobilstation mit Hilfe von Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen der Mobilstation und Positionsmitteln, wobei bei der Bestimmung der Position der Mobilstation die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung von Referenzpositionen berücksichtigt werden. Bevorzugt werden dabei die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung der Positionen der Positionsmittel berücksichtigt. Die erfindungsgemäße Positionsbestimmung kann sowohl im FDD- als auch im TDD-Modus zum Einsatz kommen. Pro Mobilfunkzelle können ein oder mehrere sogenannte Positions-Elemente (PE) eingeführt werden, mit deren Unterstützung Positionsbestimmungen möglich sind. Bevorzugt erfolgt die Positionsbestimmung nach dem Prinzip der OTDOA- bzw. OTDOA-IPDL-Methode. Dabei werden bevorzugt mehr als ein Positionselement pro Zelle in jedem Sektor einer Zelle eingesetzt. Die Anzahl der Positions-Elemente kann von dem Netzbetreiber entsprechend den örtlichen Gegebenheiten der jeweiligen Mobilfunkzelle und der geforderten Genauigkeit der Positionsbestimmung festgelegt werden. Mit den Positions- Elementen ist es möglich, zur Positionsbestimmung die Signale einzig nur der Mobilfunkzelle zu nutzen, in der sich das zu bestimmende Endgerät befindet. Signale anderer NodeBs, z. B. in benachbarten Mobilfunkzellen, sind für die OTDOA- Auswertung nicht mehr nötig, können aber bei Vorhandensein und Detektion trotzdem verwendet werden. Die Einführung von IPDLs ist nicht zwingend notwendig, so dass ein Kapazitätsverlust der Zelle bei OTDOA-IPDL vermieden wird. Denkbar ist jedoch, dass IPDLs verwendet werden, um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu erhöhen.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Positionsmitteln um Wiederholungselemente, sogenannte Repeater, und/oder Positionsmessungseinheiten. Repeater sind Vorrichtungen, welche Signale bzw. Codefolgen der Positions-Elemente oder die spezielle Codefolge einer Basisstation weiterleiten und dabei die Codefolgen mit einem Zeit- und Codestempel versehen. Folglich senden Repeater definierte Codefolgen, die ausgewertet werden können. Dabei müssen die Codes, welche als Codestempel verwendet werden, eindeutig festgelegt und zugeordnet sein. Bei Repeatern kann es sich auch um Signalverstärker bzw. verstärkende, entzerrende Übertragungseinheiten handeln. Positions-Messungs-Einheiten sind Einheiten, welche Signale der benachbarten Mobilfunk- Basisstationen regelmäßig messen, und somit die Synchronität der Mobilfunk-Basisstationen im Mobilfunknetz gewährleisten.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bestimmung der Position der Positionsmittel durch Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen den Positionsmitteln untereinander. Um Referenzwerte für die Fehlerbestimmung zu erhalten, muss eine Positionsbestimmung anhand von bekannten Positionen erfolgen. Die Positionen der Positionsmittel sind in den Mobilfunkzellen bekannt, so dass durch Messungen der Positionen der Positionsmittel durchschnittliche Messfehler ermittelt werden können. Bevorzugt werden dabei die durchschnittlichen Fehler kontinuierlich bestimmt.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden durchschnittliche Fehler von Referenzpositionen, die sich näher bei der Mobilstation befinden, stärker bei der Positionsbestimmung gewichtet. Das Positionsmittel, welches sich näher an der Mobilstation, deren Position bestimmt werden soll befindet, dient als Aussage darüber, welcher durchschnittliche Fehler stärker in die Präzisierung der ersten Positionsbestimmung ins Gewicht fällt.

Bevorzugt befinden sich alle Positionsmittel in einem Mobilfunkzellensektor oder in einer Mobilfunkzelle. Dabei ist es grundsätzlich ausreichend, dass sich Positionsmittel nur in einem Mobilfunkzellensektor befinden. Auf Positionsmittel anderer Mobilfunkzellen muss dabei nicht zurückgegriffen werden. Dennoch umfasst die vorliegende Erfindung auch die Anwendung von Positionsmitteln, die sich außerhalb der Mobilfunkzelle, in der sich die zu bestimmende Mobilstation befindet.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung in einem Mobilfunksystem mit einem Positionsmittel, Mittel zum Bestimmen der Position einer Mobilstation mit Hilfe von Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen der Mobilstation und den Positionsmitteln, wobei bei der Bestimmung der Position der Mobilstation die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung von Referenzpositionen berücksichtigt werden, gelöst.

Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Mobilstation, insbesondere ein Mobilfunk-Endgerät, zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionsbestimmung.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und auch die bereits oben beschriebenen Merkmale können nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Positionsbestimmung nach der Cell-ID-Methode;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Positionsbestimmung nach der GPS-Methode;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eine Positionsbestimmung nach der OTDOA-Methode;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionsbestimmung mit Positions-Elementen;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionsbestimmung in einem Sektor einer Mobilfunkzelle; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionsbestimmung in einer Mobilfunkzelle.
Die Fig. 1 bis 3 beschreiben bekannte Positionsbestimmungs-Methoden und wurden bereits vorstehend beschrieben, so dass auf die diesbezügliche Erläuterungen verwiesen wird.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Mobilfunkzelle MZ1 beinhaltet einer Basisstation BS1, einer Mobilstation MS1 und vier Positionselemente PE1, PE2, PE3 und PE4. Durch Messungen der Laufzeitdifferenzen der von dem Positionselement PE1 bzw. dem Positionselement PE3 ausgesendeten synchronisierten Signalen können über Laufzeitmessungen die beiden Schnittpunkte der Kreise PE1-MS1 und PE3-MS1 um die Positionseinheiten PE1 und PE3 bestimmt werden. An welchem Schnittpunkt die Mobilstation MS1 sich befindet, kann über eine weitere Messung, z. B. über die Bestimmung eines Kreises BS1-MS1 bestimmt werden. Zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels dient nachfolgend die Fig. 5 als Grundlage. In Fig. 5 wird nur ein Sektor der Mobilfunkzelle MZ1 gezeigt, wobei sich die Basisstation BS1 am Scheitelfußpunkt und eine Mobilstation MS1 in dem durch Basisstation BS1 aufgespannten Mobilfunkzellensektor ZS1 befinden. Des Weiteren zeigt Fig. 5 sechs Positionselemente PE1 bis PE6, zwei Positions-Messungseinheiten LMU1, LMU2. Bei den Einheiten kann es sich auch, wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt, um sogenannte Repeater RP1 bis RP3 handeln. Die Anzahl solcher technischen Einheiten zur Unterstützung von Positionsbestimmungen in einer Mobilfunkzelle befindlicher Mobilstationen wird durch den Netzbetreiber unter den Gesichtspunkten der Ökonomie und Qualität bzw. Service begrenzt und ist in diesem Ausführungsbeispiel auf acht Einheiten begrenzt.
Die Mobilstation MS1 ist über eine Funkverbindung FV1 mit der Basisstation BS1 verbunden. Die Basisstation BS1 ist wiederum mit einer physikalischen Kontrolleinheit, der Funknetzwerk- Kontrolleinheit RNC1, verbunden.
In dem Ausführungsbeispiel soll die Position der Mobilstation MS1 bestimmt werden. Die Ursache der Anfrage zur Positionsbestimmung kann dabei von unterschiedlicher Natur sein. Nachdem durch eine entsprechende Kontrolleinheit, beispielsweise durch das RNC1, in dem Mobilfunknetz bzw. in der Mobilfunkzelle, welche für die zu lokalisierende Mobilstation MS1 zuständig ist, die Anfrage zur Positionsbestimmung geprüft und zur Durchführung freigegeben worden ist, kann die Mobilstation MS1 entsprechend ihrer Konfiguration alle notwendigen Schritte zur Positionsbestimmung einleiten bzw. einleiten lassen. Die Mobilstation MS1 muss Signalmessungen zu standortbekannten Netzwerkeinheiten durchführen bzw. versucht Signalmessungen zu den standortbekannten Netzwerkeinheiten einzuleiten. In dem Ausführungsbeispiel koordiniert die Netzwerk-Kontrolleinheit RNC1 die durchzuführenden Schritte zum Bestimmen der Position der Mobilstation MS1.
Anhand des Profils der Mobilstation MS1 erkennt bzw. weiß die RNC1, dass die Mobilstation MS1 alle OTDOA-Methoden zur Positionsbestimmung, d. h. auch OTDOA-IPDL unterstützt, aber keine Fähigkeiten zur Unterstützung von GPS aufweist. Des Weiteren ist der Kontrolleinheit RNC1 bekannt, dass sich sechs Positionselemente PE1-PE6 sowie zwei Positions-Messungseinheiten LMU, LMU2 in dem Mobilfunksektor ZS1 befinden. Die Positionselemente und die Positions-Messungseinheiten sind so konfiguriert, dass sie sowohl Signale empfangen, als auch senden können.
Die Positionen der Positionselemente und der Positions- Messungseinheiten sind bekannt. Somit liegen dem RNC1 acht bekannte Standorte von technischen Einheiten vor. In regelmäßigen Abständen versuchen nun diese acht Einheiten ihre eigene Position durch Messungen zu den umliegenden Mobilstationen oder zu den anderen Positions-Messungseinheiten zu bestimmen. Ziel dieser Messungen ist es, einen durchschnittlichen Fehler zur tatsächlichen Standortposition jeder Positions- Messungseinheit zu ermitteln. Folglich verständigen sich die Positions-Elemente untereinander, um ihre bekannte Position zu bestätigen, oder den durch Messungen resultierenden Fehler zu ihrem eigenen Standort zu ermitteln. Dieser Fehler ist für jede Einheit verschieden und ergibt für den Mobilfunkzellensektor ZS1 eine Aussage der flächenmäßigen Fehlerverteilung hinsichtlich der Positionsbestimmungen.
Da die Position der Mobilstation MS1 bestimmt werden soll, gibt die RNC1 allen Positionseinheiten im Mobilfunksektor ZS1 vor, Messsignale bzw. definierte Codefolgen zu senden. Diese Codefolgen sind für jede Positionseinheit spezifisch und festgelegt, wodurch eine eindeutige Zuordnung erfolgen kann. Das Aussenden der Messsignale soll zu einem einheitlichen Zeitpunkt erfolgen oder mit einem Zeitstempel des Sendezeitpunkts versehen sein. Dabei weiß die Mobilstation MS1 durch die RNC1, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt t1 zu messende bzw. zu detektierende Codefolgen gesendet werden und detektiert folglich zum Zeitpunkt t2 die Codefolgen der Positionseinheiten und die spezifische Codefolge der Mobilfunk- Basisstation BS1. Dabei betragen die Laufzeiten der Signale t1-t2. Die Codefolgen der Einheiten PE5, PE6 und LMU2 können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Mobilstation MS1 nicht detektiert werden. Ursachen dafür können Abschattung, Reflexion oder Verzerrung der Signale sein. Die Empfangszeitpunkte bzw. Messsignale werden zur RNC1 gesendet, welche diese Informationen zu der Positions-Kalkulations- Funktion PCF (Position Calculation Function) im Netzwerk überträgt. Entsprechend der OTDOA-Methode werden aus den Messungen Hyberbeln gebildet, welche einen Schnittpunkt aufweisen. Einer dieser Schnittpunkte ist die ungefähre Position der Mobilstation MS1. Durch Hinzunahme der Informationen über den Messfehler in dem Mobilfunkzellsektor ZS1 wird nun die bestimmte Position der Mobilstation MS1 weiter präzisiert, indem der durchschnittliche Fehler des ungefähren Standorts der Mobilstation MS1 bei der Berechnung der Positions- Präzisierung berücksichtigt wird. Durch die ersten ungefähre Positionsbestimmung von MS1 ist der Positions-Kalkulations- Funktion PCF bekannt, dass sich die Mobilstation MS1 in der Umgebung von PE2 und LMU1 befindet. Somit werden die ermittelten Fehlerwahrscheinlichkeiten für PE2 und LMU1 zur Präzisierung der Position der Mobilstation MS1 Einfluss nehmen. Durch die Messung bzw. Detektierung der Codefolgen von PE2 und LMU1 sind weiterhin auch die Laufzeiten zwischen MS1 und PE2 bzw. MS1 und LMU1 bekannt. Diese Laufzeiten können als virtuelle Kreise, wie beispielhaft in Fig. 5 für den Kreis MS1-PE2 eingezeichnet, dienen, wobei die Mobilstation MS1 als Kreismittelpunkt definiert ist. In Verbindung mit der Lichtgeschwindigkeit c ergibt sich somit eine Aussage über die Entfernung von MS1 zu PE2 bzw. LMU1. Der durchschnittliche Fehler der Einheit, welche sich näher an der Mobilstation MS1 befindet, wird stärker bei der Präzisierung der ersten Positionsbestimmung gewichtet.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einheit PE2 weiter als LMU1 von der Mobilstation MS1 entfernt. Aus diesem Grund benötigen auch die Signale einen weiteren Weg. Die Signale der LMU1 werden durch nichts reflektiert bzw. umgeleitet, so dass keine Verzögerung auftritt. Der Fehler für LMU1 beträgt beispielsweise durch x-, y-, z-Koordinaten ausgedrückt x = -1.2; y = -2.2 und z = +0.7. Der Wert für PE2 weicht x = 3.6; y = 1.2 und z = 0.2 von der bekannten Position ab. Somit betragen die Positionskoordinaten der Mobilstation MS1 der ersten Bestimmung ausgehend von der Basisstation BS1 als Referenzpunkt x = -65; y = 105 und z = 5. Eine Präzisierung aufgrund der durchschnittlichen Fehler als endgültigen Positionsbestimmung führt zu dem Ergebnis x = -64.4; y = 102.9 und z = 5.8. Dieses Ergebnis ist wesentlich genauer als bei bekannten Verfahren, wobei die wahre Position x = -64; y = 103.5 und z = 5.6 ist.
Eine weitere Präzisierung von Positionsergebnissen kann durch regelmäßige Messungen, wobei der Einfluss von Fehlern statistisch verteilt wird, erfolgen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die OTDOA-Methode beschränkt. Die Erfindung ist auch mit der OTDOA-IPDL-Methode anwendbar. Dabei können noch präzisere Endergebnisse erreicht werden, da die eigene Mobilfunk-Basisstation BS1 für kurze Zeit ihre eigene Übertragung ausschaltet. Dadurch können die Positions-Messeinheiten noch besser ihre Signale bzw. Codefolgen an die zu messende Mobilstation MS1 senden. Diese kann dann ungestörter die Detektion vornehmen, wodurch schon die erste Messung präziser durchgeführt wird. Diesen Vorteil haben auch die Positions-Messeinheiten, um ihren durchschnittlichen Fehler zu ihrer bekannten Position zu ermitteln, so dass der störende Einfluss der Signale der eigenen Mobilstation MS1 in der Zelle MZ1 bzw. dem Sektor ZS1 eliminiert wird.
Fig. 6 zeigt eine Mobilfunkzelle MZ1 mit den Sektoren ZS1, ZS2, ZS3, ZS4, ZS5 und ZS6. Die Basisstation BS1 steht mit der Mobilstation MS1 und den technischen Einheiten PE1-PE6, LMU1, LMU2 und RP1-RP3 in Verbindung. Wie vorstehend in Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben wurde, ist die erfindungsgemäße Positionsbestimmung auch über den Mobilfunksektor ZS1 hinweg, unter Berücksichtigung der Signale der technischen Einheiten der gesamten Mobilfunkzelle MZ1 möglich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nur eine Positions-Messungs-Einheit LMU1 verwendet. Des Weiteren werden drei Repeater RP1 bis RP3 und sechs Positionselemente PE1 bis PE6 eingesetzt. Das Ausführungsbeispiel betrifft eine komplette Mobilfunkzelle MZ1. Es werden regelmäßig Positionsbestimmungen der Einheiten PE1 bis PE6, LMU1 und RP1 bis RP3 durch das Netz initiiert und durchgeführt. Somit ergibt sich ein Bild über die Fehler bei den Positionsbestimmungen zu festen Stationen, wobei diese Informationen über die Abweichungen von gemessenen Positionen zu bekannten Positionen dann helfen, um Positionsbestimmungen von Mobilfunkstationen in der entsprechenden Zelle zu präzisieren.
Durch die vorliegende Erfindung können vorhandene technische Einheiten zur Sammlung von Positions-Informationen abhängig von geografischen Gegebenheiten bzw. Ausbreitungsbedingungen von Funkwellen bzw. Signalen zur Positionsbestimmung genutzt werden. Eine Präzisierung der gemessenen bzw. bestimmten Positions-Informationen erfolgt aufgrund von Vergleichen zu einer Referenzposition im festzulegenden näheren Bereich der zu bestimmenden Position einer Mobilstation. Durch die vorliegende Erfindung werden auch die Anforderungen der US- Mobilfunk-Behörde (FCC) für mobile Endgeräte in Notfallsituationen erfüllt. Darüber hinaus sind keine teuren GPS-Module bzw. zusätzlich anfallende Kosten notwendig.

Claims

1. Verfahren zur Positionsbestimmung in einem Mobilfunksystem, aufweisend den Verfahrensschritt:

- Bestimmen der Position einer Mobilstation (MS1) mit Hilfe von Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen der Mobilstation (MS1) und Positionsmitteln (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3),

dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Position der Mobilstation (MS1) die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung von Referenzpositionen berücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung der Positionen der Positionsmittel (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3) berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Positionen der Positionsmittel (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3) durch Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen den Positionsmitteln (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3) untereinander erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittlichen Fehler kontinuierlich bestimmt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durchschnittliche Fehler von Referenzpositionen, die sich näher bei der Mobilstation (MS1) befinden bei der Positionsbestimmung stärker gewichtet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Positionsmittel in einem Mobilfunkzellensektor (ZS1) oder in einer Mobilfunkzelle (MZ1) befinden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Positionsmitteln um Wiederholungselemente (Repeater) handelt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Positionsmitteln um Positionsmessungseinheiten (LMU) handelt.

9. Vorrichtung zur Positionsbestimmung in einem Mobilfunksystem, aufweisend:

- Positionsmittel (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3),

- Mittel zum Bestimmen der Position einer Mobilstation (MS1) mit Hilfe von Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen der Mobilstation (MS1) und den Positionsmitteln (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3),

dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Position der Mobilstation (MS1) die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung von Referenzpositionen berücksichtigt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittlichen Fehler bei der Bestimmung der Positionen der Positionsmittel (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3) berücksichtigt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Positionen der Positionsmittel (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3) durch Messungen der Laufzeitdifferenzen synchronisierter Signale zwischen den Positionsmitteln (PE1-PE6, LMU1, LMU2, RP1-RP3) untereinander erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittlichen Fehler kontinuierlich bestimmt werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durchschnittliche Fehler von Referenzpositionen, die sich näher bei der Mobilstation (MS1) befinden bei der Positionsbestimmung stärker gewichtet werden.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Positionsmittel in einem Mobilfunkzellensektor (ZS1) oder in einer Mobilfunkzelle (MZ1) befinden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Positionsmitteln um Wiederholungselemente (Repeater) handelt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Positionsmitteln um Positionsmessungseinheiten (LMU) handelt.

17. Mobilstation, insbesondere Mobilfunk-Endgerät, zur Verwendung bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach einem der Ansprüche 9 bis 16.