DE10232177B3

DE10232177B3 - Methods and arrangements for estimating the position of a mobile station in a cellular mobile radio network

Info

Publication number: DE10232177B3
Application number: DE10232177A
Authority: DE
Inventors: Martin Kuipers; Kurt Dr. Majewski; Peter Dr. Stadelmeyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: WO2004017660A1; AU2003250300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz, bei denen unter anderem eine wesentliche Geschwindigkeitsverbesserung durch eine Einschränkung des zu verarbeitenden Suchraumes sowie durch eine günstige Aufbereitung des Suchraumes erreicht wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung im Wesentlichen eine Verbesserung der Positionsgenauigkeit durch einen dynamischen Programmierschritt zur Einbeziehung mehrerer Funkmessberichte, eine Gewichtung der einzelnen Rasterzellen und eine Positionsschätzung mit Hilfe einer Schwerpunktbildung. Ferner wird ein Verfahren angegeben, durch das Konfidenzgebiete bestimmt werden.The invention relates essentially to a method and arrangements for estimating the position of a mobile station in a cellular mobile radio network, in which, among other things, a significant improvement in speed is achieved by restricting the search space to be processed and by means of an inexpensive preparation of the search space. In addition, the invention relates essentially to an improvement in the positional accuracy by means of a dynamic programming step to include several radio measurement reports, a weighting of the individual raster cells and a position estimation with the aid of a center of gravity. A method is also specified by which confidence zones are determined.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz, bei denen mindestens eine bedienende Basisstation und mindestens eine Nachbarbasisstation vorhanden sind, bei denen ein Suchraum in einzelne Positionsrasterzellen unterteilt wird, bei denen ein oder mehrere Berichte mit Empfangsstärken von Basisstationen an der Position des Mobilteils oder des Mobilteils an der Basisstation erfasst und an eine Recheneinheit gemeldet werden und bei dem in der Recheneinheit die Empfangsstärken der Berichte mit für die einzelnen Positionsrasterzellen vorgegebenen Empfangsstärken verglichen werden und daraus die wahrscheinlichste Position der Mobilstation ermittelt wird.The invention relates to methods and arrangements for position estimation a mobile station in a cellular mobile network where at least one serving base station and at least one neighboring base station are available in which a search space in individual position grid cells is divided, in which one or more reports with reception strengths of Base stations at the position of the handset or handset recorded at the base station and reported to a computing unit and where the reception strengths of the reports are included in the computing unit for the individual Position grid cells predetermined reception strengths are compared and from this the most likely position of the mobile station is determined becomes.

Solche Verfahren und Anordnungen sind aus der internationalen Patentanmeldung WO 98/15149 bekannt.Such procedures and arrangements are known from international patent application WO 98/15149.

Aus der Druckschrift DE 195 33 472 A1 ist ein Verfahren zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz bekannt, bei dem mindestens eine bedienende Basisstation vorhanden ist, bei dem ein Gesamtsuchraum in einzelne Positionsrasterzellen mit vorgegebenen Empfangsstärken der Basisstation unterteilt wird, bei dem in einer Recheneinheit der Gesamtsuchraum in Basisstationen zugeordnete Suchräume aufgeteilt wird, bei dem die bedienende Basisstation festgestellt wird, bei dem durch die bedienende Basisstation der Gesamtsuchraum festgelegt wird, bei dem Berichte mit Empfangsstärken mindestens einer Basisstation an der Position der Mobilstation und/oder der Mobilstation an mindestens einer Basisstation erfasst und an die Recheneinheit gemeldet werden, bei dem in der Recheneinheit die Empfangsstärken der Berichte mit für die einzelnen Positionsrasterzellen vorgegebenen Empfangsstärken des Suchraums verglichen und daraus die wahrscheinlichste Position der Mobilstation ermittelt werden.From the publication DE 195 33 472 A1 A method for estimating the position of a mobile station in a cellular mobile radio network is known, in which there is at least one serving base station, in which a total search space is subdivided into individual position grid cells with predetermined reception strengths of the base station, in which the total search space is divided into base units assigned to base stations in a computing unit , in which the serving base station is determined, in which the total search space is determined by the serving base station, in which reports with reception strengths of at least one base station at the position of the mobile station and / or the mobile station are recorded at at least one base station and reported to the computing unit, in which in the computing unit the reception strengths of the reports are compared with the reception strengths of the search space specified for the individual position grid cells and the most likely position of the mobile station is determined therefrom.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die Positionsschätzung hinsichtlich der Positionsgenauigkeit und/oder der Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern.The basis of the invention The task now is to estimate the position with regard to position accuracy and / or improve processing speed.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 14 und hinsichtlich der Anordnungen durch die Patentansprüche 23 und 24 erfindungsgemäß gelöst.This task is carried out with regard to the Method by the features of claims 1 and 14 and in terms of the arrangements solved by claims 23 and 24 according to the invention.

Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The other claims concern advantageous embodiments of the method according to the invention.

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz, bei denen unter anderem eine wesentliche Verbesserung der Rechengeschwindigkeit durch eine Einschränkung des zu verarbeitenden Suchraumes sowie durch eine günstige Aufbereitung des Suchraumes erreicht wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung im Wesentlichen eine Verbesserung der Positionsgenauigkeit, wobei dies durch einen dynamischen Programmierschritt zur Berücksichtigung mehrerer Berichte und/oder eine Gewichtung der einzelnen Rasterzellen sowie eine Positionsschätzung mit Hilfe einer Schwerpunktbildung erfolgt.The invention relates essentially a method and arrangements for position estimation of a mobile station in a cellular Mobile network, where among other things a significant improvement the computing speed by limiting the amount to be processed Search space as well as by a cheap Preparation of the search space is reached. The invention also relates to essentially an improvement in positional accuracy, whereby this is taken into account by a dynamic programming step several reports and / or a weighting of the individual grid cells as well as a position estimate with the help of a focus.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is explained below of exemplary embodiments illustrated in the drawings. there shows

1 ein Übersichtsbild mit einer Mobilstation und sich überlappenden, den Basisstationen zugeordneten Suchräumen, 1 an overview image with a mobile station and overlapping search spaces assigned to the base stations,

2 einen Suchraum einer bedienenden Basisstation zur Erläuterung der weiteren Definition des Suchraumes, 2 a search space of a serving base station to explain the further definition of the search space,

3 eine kreuzförmige Anordnung einer bestimmten Rasterzelle mit vier unmittelbaren Nachbarrasterzellen zur Erläuterung der Berücksichtigung von Bewegungen einer Mobilstation bei der Positionsschätzung und 3 a cross-shaped arrangement of a certain grid cell with four neighboring grid cells to explain the consideration of movements of a mobile station in the position estimation and

4 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Verarbeitung mehrerer Berichte und deren Konsistenzprüfung. 4 a flowchart to illustrate the processing of several reports and their consistency check.

In 1 ist ein Gesamtsuchraum S einer bedienenden Basisstation BS, eine Mobilstation MS sowie zwei Nachbarbasisstationen NS1 und NS2 dargestellt. Der Gesamtsuchraum S der bedienen Basisstation ist üblicherweise in quadratische Rasterzellen, zum Beispiel Rasterzelle p mit dem Positionskoordinaten x_p und y_p unterteilt. Eine Recheneinheit RE verwaltet Prädiktionsdateien für die Rasterzellen eines Rechtecks, das die Antenne der Basisstation BS umgibt, wobei hierbei Angaben über die Empfangsstärke der Antenne dieses Rasters gemacht sind. Solche Prädiktionsdateien werden z. B. von Planungstools erzeugt.In 1 A total search space S of a serving base station BS, a mobile station MS and two neighboring base stations NS1 and NS2 are shown. The total search space S of the operated base station is usually divided into square grid cells, for example grid cell p with the position coordinates x _p and y _p . An arithmetic unit RE manages prediction files for the grid cells of a rectangle that surrounds the antenna of the base station BS, information being given about the reception strength of the antenna of this grid. Such prediction files are e.g. B. generated by planning tools.

Anhand der Empfangsstärkevorhersagen wird das von einer Antenne bediente Gebiet AG auf die Rasterzellen (Pixel) eingeschränkt, die eine gewisse Mindestempfangsstärke erreichen.Based on the reception strength predictions the area AG served by an antenna onto the grid cells (pixels) limited, who reach a certain minimum reception strength.

Eine weitere Einschränkung des Suchraumes erfolgt dadurch, dass Pixel S1 und S2, bei denen eine Nachbarbasisstation mit gleicher oder größerer Priorität stärker ist, entfernt werden.Another limitation of the Search space takes place in that pixels S1 and S2, in which one Neighboring base station with the same or higher priority is stronger, be removed.

Die Reihenfolge der Einschränkungen erfolgt typischerweise in der angegebenen Reihenfolge kann aber auch auf andere Weise erfolgen und führt dann zum schraffiert dargestellten eingeschränkten Suchgebiet S'.The order of restrictions typically takes place in the order given, however done in a different way and then leads to the hatched restricted search area S '.

Indem der Empfangsstärke der betrachteten Antenne eine kleine Hysterese zugeschlagen wird, kann der Suchraum sicherheitshalber, wegen der Hysterese beim Handover, etwas vergrößert werden.By adding a small hysteresis to the reception strength of the antenna under consideration, As a precaution, the search space can be enlarged somewhat due to the hysteresis during the handover.

In 2 ist der Suchraum S der bedienenden Basisstation BS dargestellt, wobei beispielhaft eine Rasterzelle R1 mit wenig zum jeweiligen Suchraum gehörigen Nachbarrasterzellen und eine Rasterzelle R2 mit vielen zum jeweiligen Suchraum gehörigen Nachbarrasterzellen vorhanden ist. Darüber hinaus ist die Vergrößerung V des Suchraumes durch die Hysterese sowie zwei Linien rx und Rx mit gleicher Rundlaufzeit zwischen der Mobilstation und der bedienenden Basisstation gezeigt.In 2 The search space S of the serving base station BS is shown, with, for example, a raster cell R1 with few neighboring raster cells belonging to the respective search space and one raster cell R2 with many neighboring raster cells belonging to the respective search space. In addition, the enlargement V of the search space is shown by the hysteresis and two lines rx and Rx with the same round trip time between the mobile station and the serving base station.

Der Suchraum kann dadurch geglättet werden, dass Inseln, die nicht mindestens ein Pixel mit der zum Einwählen nötigen Mindestempfangsstärke aufweisen, entfernt werden oder aber Rasterzellen R1 am Rand hinzugefügt werden, um die Latenz des Umschaltens zu einer Nachbarbasisstation zu berücksichtigen.The search space can be smoothed by that islands that do not have at least one pixel with the minimum reception strength necessary for dialing in, removed or grid cells R1 are added at the edge, to account for the latency of switching to a neighboring base station.

Die Parameter sind dabei so zu wählen, dass die Fläche nicht zu klein ist, denn die Positionsabschätzung erfolgt nur innerhalb des jeweiligen Suchraums. Die Fläche soll aber auch nicht zu groß sein, denn ein zu großes Suchgebiet kann die Lokalisierung ungenau machen und erhöht zudem die Rechenzeit.The parameters must be selected so that the area is not too small, because the position is only estimated within of the respective search area. The area but should not be too big either, because too big Search area can make localization inaccurate and also increases the computing time.

Wenn die bedienende Basisstation mehrere Antennen bzw. Umsetzer besitzt, kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls verwendet werden, indem als Ausgangspunkt für die oben beschriebene Einschränkung das alle Prädiktionsrechtecke umfassende Gesamtgebiet S genommen wird und für jede Rasterzelle nur die Vorhersage derjenigen bedienenden Basisstation berücksichtigt, die die größte Empfangsstärke liefert .If the serving base station has several antennas or converters, the method according to the invention can also be used by as a starting point for the above described restriction that encompasses all prediction rectangles Total area S is taken and for each grid cell only that Taking into account the prediction of the serving base station, which provides the greatest reception strength ,

Auf einfache Weise kann der Suchraum auch auf bestimmte Teilgebiete, bzw. Straßen, eingeschränkt werden, indem einfach überflüssige Rasterzellen entfernt werden.The search space can easily also be restricted to certain sub-areas or roads, by simply superfluous grid cells be removed.

Zur Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit können darüber hinaus die Rasterzellen hinsichtlich ihrer voraussichtlichen Rundlaufzeiten zwischen der Mobilstation und der bedienenden Basisstation sortiert werden. Aufgrund der Sortierung stellen die Rasterzellen bzw. Pixel und ihre aussortierten Informationen für einen Bereich von möglichen Durchlaufzeiten ein geschlossenes Intervall dar. Somit können diese Informationen effizienter geladen und ausgewertet werden. Die voraussichtliche Rundlaufzeit setzt sich aus Verzögerungen innerhalb der Hardware und der Laufzeit des Signals von der bedienenden Antenne bis zur Mobilstation und zurück zusammen. Durch die Luft breitet sich das Signal mit Lichtgeschwindigkeit aus. Somit kann die theoretische Laufzeit des Signals von der bedienenden Basisstation zu einer Rasterzelle und zurück berechnet werden, indem der Abstand der Rasterzelle von der bedienenden Basisstation durch die halbe Lichtgeschwindigkeit geteilt wird. Der Anteil der Rundlaufzeit innerhalb der Hardware hängt nicht von der bedienten Rasterzelle ab und kann aus den Hardwaredaten entnommen oder gemessen werden. Ist also ein Rundlaufzeitmesswert x gegeben kann der Suchraum auf diejenigen Pixel des Suchraums eingeschränkt werden, die innerhalb des von der Genauigkeit des Messwerts x bestimmten Rundlaufzeitintervall rx bis Rx liegen.To increase the processing speed can about that also the grid cells with regard to their expected run times sorted between the mobile station and the serving base station become. The grid cells or pixels represent the sorting and their sorted out information for a range of possible turnaround times is a closed interval. This makes this information more efficient be loaded and evaluated. The expected round trip time consists of delays within the hardware and the term of the signal from the operator Antenna up to the mobile station and back together. Through the air the signal propagates at the speed of light. So can the theoretical transit time of the signal from the serving base station to a grid cell and back can be calculated by the distance of the grid cell from the operator Base station is divided by half the speed of light. The proportion of the round trip time within the hardware does not depend from the operated grid cell and can be taken from the hardware data or be measured. So there is a round trip measurement value x the search space can be limited to those pixels of the search space, those within the range determined by the accuracy of the measured value x Run-time interval rx to Rx.

Der Fall, dass eine Zelle von mehreren Antennen einer Basisstation bedient wird, kann dadurch gelöst werden, dass die Rundlaufzeit für diejenige Basisstation oder Antenne genommen wird, die die stärkste Empfangsstärkevorhersage für diese Rasterzelle hat.The case that one cell by several Antennas operated by a base station can be solved by that the round trip time for the base station or antenna that has the strongest reception strength prediction is taken for this Grid cell.

Nach der erfindungsgemäßen Einschränkung des Suchraums erfolgt nun die eigentliche erfindungsgemäße hinsichtlich der Positionsgenauigkeit verbesserte Positionsschätzung.After the limitation of the invention The actual search space according to the invention now takes place in the search space position accuracy improved position estimation.

Für einen Funkmessdatensatz m werden die relevanten Rasterzellen bzw. Pixel im Suchraum bestimmt und für jede relevante Rasterzelle mit der Nummer φ eine Bewertung d_p(m) gebildet, die den Unterschied der Messwerte im Datensatz m und ihrer Vorhersage im Pixel p misst. Hierzu werden für die Aufwärts- und Abwärtsstrecke (Up- und Downlink), i = ul und i = dl, und für jedes Element in einer Nachbarschaftsliste der bedienenden Zelle, i = 0, ...n – 1, der Unterschied zwischen dem Beobachtungswert und dem Vorhersagewert δ_i gebildet, wobei n die Anzahl der für die Mobilstation relevanten Nachbarbasisstationen darstellt.The relevant raster cells or pixels in the search space are determined for a radio measurement data record m and an evaluation d _p (m) is formed for each relevant raster cell with the number φ, which measures the difference between the measured values in the data record m and their prediction in the pixel p. For this purpose, the difference between the observation value for the upward and downward link (uplink and downlink), i = ul and i = dl, and for each element in a neighborhood list of the serving cell, i = 0, ... n - 1 and the predictive value δ _i formed, where n represents the number of neighboring base stations relevant for the mobile station.

Falls die Sendeleistung eines Beobachtungswertes variabel ist wird die Differenz zwischen der aktuellen Sendeleistung und der Sendeleistung, die den Vorhersagen zugrunde liegt, zum Unterschied addiert. Falls der Beobachtungswert durch eine bestimmte Begrenzung abgeschnitten wurde, wird der ermittelte Unterschied ebenfalls durch eine Begrenzung abgeschnitten. Falls ein Feldstärkemesswert nicht zur Recheneinheit übertragen wurde, weil er zu klein war, so kann man eine obere Schranke für diesen Messwert annehmen und gemäß des vorigen Satzes die abgeschnittene Differenz berücksichtigen.If the transmission power of an observation value the difference between the current transmission power is variable and the transmission power on which the predictions are based added. If the observation value is limited by a certain limit was cut off, the difference determined is also by cut off a boundary. If a field strength measurement value is not transmitted to the computing unit because it was too small, you can put an upper bound on this Accept the measured value and according to the previous one Take into account the truncated difference.

Die Bewertung d_p(m) erfolgt dann zum Beispiel nach folgender Formel:

The evaluation d _p (m) is then carried out, for example, using the following formula:

Der zweite Term mit dem Mittelwert der Differenzen wird entfernt, um eine Unabhängigkeit von der Antenne der Mobilstation zu erhalten. Der zweite Term kann auch mit einem Faktor multipliziert oder auf ein realistisches Antennenverstärkungsintervall eingeschränkt werden.The second term with the mean the differences are removed to ensure independence from the antenna of the Get mobile station. The second term can also use a factor multiplied or limited to a realistic antenna gain interval.

Damit mehrere Funkmessdatensätze in Beziehung gesetzt werden können, obwohl sich die Mobilstation MS zwischen zwei gemeldeten Datensätzen bewegen kann, erfolgt eine sogenannte "dynamische Programmierung". Um dies näher zu erläutern ist in 3 eine Rasterzelle p zusammen mit den unmittelbaren Nachbarrasterzellen p₁...P₄ gezeigt, die eine gemeinsame Kante mit der Rasterzelle p aufweisen. Die Rasterzelle p erhielt für den ersten Funkmessdatensatz die Bewertung 100, die Rasterzelle p₁ die Bewertung 220, die Rasterzelle p₂ die Bewertung 319, die Rasterzelle p₃ die Bewertung unendlich und die Rasterzelle p₄ die niedrigste Bewertung = 90, also die beste Übereinstimmung zwischen der gemessenen Empfangsstärke und der vorhergesagten Empfangsstärke. Für einen zweiten Funkmessdatensatz sind in der Rasterzelle p die Bewertung = 5, in der Rasterzelle P₁ die Bewertung 20, in der Rasterzelle p₂ die Bewertung 75, in der Rasterzelle p₃ die Bewertung 0 und in der Rasterzelle p₄ die Bewertung 200 eingetragen. Aus den Rasterzellen p, p₁...p₄ wird nun das Minimum der Bewertungen des vorhergehenden Berichts, also die Bewertung 90, zur Bewertung des aktuellen Berichts für die Rasterzelle p hinzuaddiert, wobei die resultierende Bewertung 90 + 5 = 95 entsteht. Die neue Bewertung dient dann als Grundlage zur Berücksichtigung eines eventuell vorhandenen dritten Berichts usw. bis alle Berichte zusammen schließlich in einer Gesamtbewertung berücksichtigt sind.So that several radio measurement data sets can be related, even though the mobile station MS can move between two reported data sets, a so-called "dynami" takes place programming ". To explain this in more detail in 3 a grid cell p together with the immediate neighboring grid cells p ₁ ... P _{4 are} shown, which have a common edge with the grid cell p. The grid cell p received the evaluation for the first radio measurement data set 100 , the grid cell p ₁ the evaluation 220 , the grid cell p ₂ the evaluation 319 , the grid cell p ₃ the evaluation infinite and the grid cell p ₄ the lowest evaluation = 90, that is the best match between the measured reception strength and the predicted reception strength. For a second radio measurement data set, the rating = 5 in the grid cell p, the rating in the grid cell P ₁ 20 , in the grid cell p ₂ the evaluation 75 , in the grid cell p ₃ the evaluation 0 and in the grid cell p ₄ the evaluation 200 entered. The grid cells p, p ₁ ... p ₄ now become the minimum of the ratings of the previous report, i.e. the rating 90 , added to the evaluation of the current report for grid cell p, resulting in the resulting evaluation 90 + 5 = 95. The new evaluation then serves as the basis for taking into account a possibly existing third report etc. until all reports are finally taken into account in an overall evaluation.

Neben den unmittelbaren Nachbarrasterzellen sind auch bspw. die übernächsten Nachbarrasterzellen oder Nachbarzellen innerhalb eines bestimmten Radius um die jeweilige Rasterzelle denkbar.In addition to the immediate neighboring grid cells are also the next but one neighboring grid cells or neighboring cells within a certain radius around the respective Grid cell conceivable.

Das Ergebnis der sogenannten dynamischen Programmierung ist für jedes in Frage kommende Pixel für den letzten Funkmessdatensatz die minimale Summe der Bewertungen der einzelnen Berichte entlang eines Pfades, der auf benachbarte Pixel eingeschränkt ist.The result of the so-called dynamic Programming is for each pixel in question for the last radio measurement data record the minimum sum of the evaluations of individual reports along a path that points to neighboring pixels limited is.

Wenn m₀,...m_k–1 die k ≥ 1 vorhandenen Funkmessdatensätze darstellen, so wird zunächst mit dem ersten Datensatz m₀ initialisiert indem für alle Pixel p der Unterschied d_p(m₀) und als Gesamtbewertung D₀(P) abgespeichert wird. Danach werden der Reihe nach die Punktmessdatensätze mi für i = 1,...k – 1 ausgewertet. Dazu wird für jedes Pixel p zunächst das Minimum des vorherigen Summenunterschieds bzw. der Gesamtbewertung D_i-1(q) für alle Nachbarpixel q des Pixels p gebildet und zu diesem Wert dp(mi) addiert und als neue Gesamtbewertung D_i(p) gespeichert.If m ₀ , ... m _{k – 1 represent} the k ≥ 1 existing radio measurement data sets, then the first data set m _{0 is} initialized by the difference d _p (m ₀ ) for all pixels p and D ₀ (P) as the overall evaluation. is saved. Then the point measurement data sets mi are evaluated in sequence for i = 1, ... k - 1. For this purpose, the minimum of the previous sum difference or the overall rating D _i-1 (q) for all neighboring pixels q of the pixel p is first formed for each pixel p and added to this value dp (mi) and stored as a new overall rating D _i (p) ,

Werden bei diesem Verfahren die Funkmessdatensätze rückwärts durchlaufen, so wird eine Gesamtbewertung für die Position der Mobilstation beim ersten Funkmessbericht erzeugt. Durch Addition der Gesamtbewertungen eines vorderen Teils der Funkmessdatensätze und des rückwärts durchlaufenen hinteren Teils kann entsprechend eine Gesamtbewertung eines der mittleren Funkmessdatensätze gebildet werden.If the radio measurement data records are run backwards with this method, so an overall rating for generated the position of the mobile station in the first radio measurement report. By adding the overall ratings of a front part of the radio measurement data sets and of the backwards run accordingly, an overall rating of one of the middle radio measurement data records formed become.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für jede Rasterzelle die vorhergesagten Empfangsstärken der beobachteten Stationen und außerdem die Nummern der Nachbarrasterzellen abgespeichert. Dadurch kann die Bewertung eines Funkmessdatensatzes und der dynamische Programmierschritt schneller erfolgen.In an advantageous embodiment of the method according to the invention be for each grid cell the predicted reception strengths of the observed stations and also the numbers of the neighboring grid cells are saved. This can the evaluation of a radio measurement data set and the dynamic programming step done faster.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht alle, sondern nur die für einen Messdatensatz relevanten Pixel betrachtet, zum Beispiel nur diejenigen Pixel der bedienenden Mobilfunkzelle, für die die erwartete Rundlaufzeit im Bereich der im Bericht enthaltenen gemessenen Rundlaufzeit TAi liegt. Im Falle einer vorhergehenden Sortierung gemäß den erwarteten Rundlaufzeiten und einer Vorberechnung des ersten und letzten Pixels für das Intervall zwischen den Rundlaufzeiten r(TAi) und R(TAi) ist es besonders einfach, diese Einschränkung einzuführen. Hier kann durch einen einfachen Vergleich von Pixelnummern leicht festgestellt werden, ob ein Pixel für einen Messdatensatz relevant ist oder nicht.In a further advantageous embodiment of the inventive method not all, but only those relevant for a measurement data record Considered pixels, for example only those pixels of the operator Cellular cell, for which the expected round trip time in the range of those contained in the report measured round trip time TAi. In the case of a previous one Sorting according to the expected Concentration times and a pre-calculation of the first and last pixel for the Interval between the round trip times r (TAi) and R (TAi) it is special simple, this limitation introduce. Here, by simply comparing pixel numbers easily determine whether a pixel is relevant for a measurement data record is or not.

Falls beispielsweise durch fehlen zu vieler Berichte, sehr schnelle Positionsveränderungen oder fehlerhafter TA-Werte Inkonsistenzen auftreten, so besteht die Möglichkeit das Verfahren bei dem aktuellen Messdatensatz neu aufzusetzen. In 4 ist hierzu ein Flussdiagramm gezeigt, aus dem hervorgeht, wie die Berichte nacheinander für die nachfolgenden Verfahrensschritte ausgewählt bzw. inkonsistente Berichte zu einem Neuaufsetzen der Berichtsfolge führen. Hierbei wird deutlich, dass in den Schritten 1...3 eine Initialisierung mit einem Bericht, im Schritt 4 eine Überprüfung, ob es bereits der letzte Bericht ist, in den Schritten 5 und 6 ein Hochschalten auf den nächsten Bericht bzw. den nächsten zu verarbeitenden Bericht, im Schritt 7 eine Verarbeitung des jeweiligen Berichts, im Schritt eine Konsistenzprüfung und im Schritt 9 eine Bildung von Gewichten aus konsistenten Berichten erfolgt, wobei im Falle einer im Schritt 8 festgestellten Inkonsistenz im Schritt 2 wiederum eine Initialisierung mit einem neuen Bericht erfolgt .If inconsistencies occur, for example, due to the lack of too many reports, very rapid changes in position or incorrect TA values, there is the option of starting up the procedure again with the current measurement data record. In 4 For this purpose, a flowchart is shown, from which it emerges how the reports are selected one after the other for the subsequent method steps, or how inconsistent reports lead to the report sequence being reset. It becomes clear that in steps 1 ... 3 an initialization with a report, in step 4 a check whether it is already the last report, in steps 5 and 6 an upshift to the next report or the next one processing report, in step 7 the respective report is processed, in the step a consistency check and in step 9 weights are generated from consistent reports, in the event of an inconsistency determined in step 8 in step 2 again an initialization with a new report.

Durch die dynamische Programmierung wird für jedes als Position von dem der letzte Bericht stammt in Frage kommende Pixel p einen Gesamtunterschied bzw. eine Gesamtbewertung D_k(p) gebildet. Aus dieser Gesamtbewertung wird nun für die Rasterzelle p das Gewicht nach folgender Formel berechnet: μp: = exp(f∙Dk(p)) Through the dynamic programming, an overall difference or an overall evaluation D _k (p) is formed for each pixel p that comes into question as the position from which the last report comes. From this overall evaluation, the weight for grid cell p is now calculated using the following formula: μ p : = exp (f ∙ D k (P))

Dabei ist f = -0,5/(kσ²), wenn k die Anzahl der in der Berechnung von der Gesamtbewertung D_k(p) berücksichtigten Messdatensätze ist und σ ein Varianzparameter, der von der Stärke der Feldstärkeschwankungen abhängt.Here f = -0.5 / (kσ ² ) if k is the number of measurement data records taken into account in the calculation of the overall evaluation D _k (p) and σ is a variance parameter that depends on the strength of the field strength fluctuations.

In einer alternativen Ausprägung erhalten die Pixel mit der kleinsten Gesamtbewertung das Gewicht eins und alle anderen Pixel das Gewicht null. Dies entspricht der Wahl eines sehr stark negativen Faktors f im vorherigen Beispiel, und vermeidet dabei den Einsatz der Exponentialfunktion.Received in an alternative form the pixels with the lowest overall rating are weight one and all other pixels have zero weight. This corresponds to the choice of one very strong negative factor f in the previous example, and avoids using the exponential function.

Wenn nun p die Menge aller für den letzten Bericht in Frage kommenden Pixel darstellt und x_p, y_p die Koordinaten eines Pixel p ? P sind, so berechnen sich die Koordinaten X und Y des geschätzten Aufenthaltsortes der Mobilstation während der Aufnahme des letzten Messdatensatzes als

Now if p is the set of all for the last Report eligible pixels and x _p , y _{p are} the coordinates of a pixel p? P are, the coordinates X and Y of the estimated location of the mobile station during the recording of the last measurement data set are calculated as

Darüber hinaus kann optional zusätzlich die Ungenauigkeit durch Berechnung der Streukovarianzmatrix der gewichteten relevanten Pixel des letzten Funkmessdatensatzes abgeschätzt werden. Hierzu lässt sich ein Kreis oder eine Ellipse mit minimaler Fläche angeben, so dass eine gegebenen Wahrscheinlichkeit innerhalb dieser Fläche zu sein erreicht wird.In addition, the inaccuracy can optionally be added by calculating the scatter covariance matrix of the weighted relevant Pixels of the last radio measurement data set can be estimated. This can be done specify a circle or ellipse with minimal area, giving a given probability within this area to be achieved.

Bezeichnet γ ∈ ]0,100[ die Wahrscheinlichkeit in Prozent, mit der die echte Position innerhalb des Kreises mit dem Radius R um den geschätzten Punkt mit den Koordination X, Y liegt, so wird R folgendermaßen berechnet:
Zunächst werden die Streuungen A, B in den beiden Richtungen berechnet als

If γ ∈] denotes 0.100 [the probability in percent with which the real position lies within the circle with the radius R around the estimated point with the coordination X, Y, R is calculated as follows:
First, the scatterings A, B in the two directions are calculated as

Der geschätzte Fehlerradius zu einer vorgegebenen Konfidenz γ, die hier in Prozent angegeben ist, wird dann durch folgende Formel berechnet:

The estimated error radius at a given confidence γ, which is given here in percent, is then calculated using the following formula:

Alternativ hierzu wird in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Ellipse mit kleinster Fläche zur Konfidenz γ dadurch bestimmt, dass zunächst zusätzlich zu A und B die Korrelation

berechnet wird und dann die Radien R und r sowie die Orientierung α der Ellipse als

berechnet werden. Die Orientierung 180 α/p ist die Richtung der Hauptachse in Grad, wobei Norden die Richtung 0 darstellt und im Uhrzeigersinn gezählt wird und wobei die X-Koordinaten von Westen nach Osten und die Y-Koordinaten in Süd-Nord-Richtung verlaufen.As an alternative to this, in another exemplary embodiment of the invention, an ellipse with the smallest area to the confidence γ is determined by firstly, in addition to A and B, the correlation

is calculated and then the radii R and r and the orientation α of the ellipse as

be calculated. The orientation 180 α / p is the direction of the major axis in degrees, with north being the direction 0 represents and is counted clockwise and the X coordinates run from west to east and the Y coordinates in south-north direction.

Natürlich können die Werte X, Y, A, B und C bei einem Durchlauf durch die in Frage kommenden Pixel der Menge P gleichzeitig berechnet werden.Of course the values X, Y, A, B and C in a run through the possible pixels of the set P can be calculated simultaneously.

In einer letzten Ausgestaltung der Erfindung sind die Rasterzellen dreidimensional und die Pixel haben zusätzlich eine Höhenkoordinate und es werden dann bei der dynamischen Programmierung typischerweise nicht vier sondern sechs Nachbarzellen betrachtet. Entsprechend wird aus dem Unsicherheitskreis eine Unsicherheitskugel und aus der Unsicherheitsellipse ein Unsicherheitsellipsoid, was bei der Lokalisierung in hohen Gebäuden von besonderem Interesse sein kann.In a last embodiment of the Invention, the raster cells are three-dimensional and the pixels have additionally a height coordinate and then it becomes typical in dynamic programming not four but six neighboring cells. Corresponding the insecurity circle becomes an insecurity ball and out the uncertainty ellipse an uncertainty ellipsoid, which is the case with the Localization in tall buildings can be of particular interest.

Die eigentliche Positionsschätzung erfolgt vorteilhafter Weise nach einer vorhergehenden Einschränkung des Suchraumes S, kann aber selbstverständlich auch ohne diese vorhergehende Einschränkung erfolgen.The actual position estimation is more advantageous Way after a previous restriction of the search space S, can but of course also be done without this previous limitation.

Claims

Method for estimating the position of a mobile station (MS) in a cellular mobile radio network, in which there is at least one serving base station (BS), in which a total search space is divided into individual position grid cells (p, p1, p2)) with predetermined reception strengths of the base stations, in which in a computing unit (RE) the total search space (S) is divided into search spaces (S0, S1, S2) assigned to base stations, in which the serving base station is determined, in which the serving base station determines the total search space, in which reports with reception strengths ( RXLEV, RXLEV1, RXLEV2) at least one base station at the position of the mobile station and / or the mobile station at at least one base station are recorded and reported to the computing unit at which the reception strengths in the computing unit the reports are compared with the reception strengths of the search space specified for the individual position raster cells and the most likely position (X, Y) of the mobile station is determined therefrom, and in which a respective search space is formed such that raster cells are first determined in which the reception strength of at least one base station is greater than or equal to a minimum reception strength and that, in order to form a respective search space for the respective base station, all raster cells are removed in which neighboring base stations with the same or greater priority and a reception strength greater than or equal to a minimum reception strength have a higher reception strength.

The method of claim 1, wherein a hysteresis for the handover between base stations is taken into account by enlarging (V) the search space , the search space being enlarged in that the reception strength of the added a small hysteresis value to each base station becomes.

Method according to one of claims 1 to 2, wherein the respective Search space additionally so smoothed out is that raster cells (R1) with little neighboring raster cells belonging to the respective search space eliminated and grid cells (R2) with many to the respective search space related Neighboring grid cells can be added.

Method according to one of the preceding claims, which the grid cells of the search space initially once according to predetermined Round trip times between mobile station and serving base station are sorted and the search space when estimating the position an interval of possible Concentration times (rx, Rx) depending from the run-time measurement values occurring in the radio measurement reports limited becomes.

Method according to one of the preceding claims, in which the comparison and the position determination is carried out in that within the search space a) an evaluation d _P (m) for the respective grid cell (p) on the basis of deviations δ _i the reception strengths of the base stations are determined from the predetermined reception strengths, b) an overall evaluation D _k (p) for the respective grid cell is formed on the basis of the evaluations of k reports for the respective grid cell and neighboring grid cells (p1, p2, p3, p4), c) a weighting μ _{p is} formed on the basis of the overall evaluation and d) coordinates X and Y of the estimated position of the mobile station are calculated by determining the center of gravity of the grid coordinates x _P and y _P weighted thereby.

A method according to claim 5, wherein the evaluation is by the following formula

is determined, the summation being carried out over the reception strengths contained in a respective report for the connections i = ul, dl, 0, 1, ..., n-1 and where n represents the number of neighboring base stations in question.

Method according to Claim 5 or 6, in which a weighting μ _p for the respective raster cell is formed on the basis of a function exp (f ∙ D _k (p)), where f is a predefinable parameter.

Method according to one of claims 5 to 7, in which the overall evaluation is formed by evaluating the current report the respective grid cell and the minimum from an overall evaluation the previous report of the current grid cell and the neighboring grid cells is added.

The method of claim 8, wherein in the event of an inconsistency current report related to previous reports an interim result for the formation of the overall evaluation through the evaluation of the current report.

Method according to one of claims 5 to 9, wherein the coordinates X and Y of the estimated position of the mobile station by the formulas

are calculated, where P is the set of all grid cells in question for the last report and X _P , Y _p the coordinates of a rater cell p in P.

Method according to one of claims 5 to 10, wherein the with An uncertainty area is determined using the weighting.

The method of claim 11, wherein the error radius R to a predetermined confidence γ by the formulas

is calculated, where A and B are scattered in the respective directions.

Method according to 11, in which the ellipse with the smallest area has a predetermined confidence γ by the formulas

is calculated, where A and B are the scatterings in the respective directions, C the correlation, r and R the radii and α the orientation.

Method for estimating the position of a mobile station (MS) in a cellular mobile radio network, in which there are at least one serving base station (BS) and at least one neighboring base station (NSl), in which a geographical area is subdivided into individual position grid cells (p), in which reports with Reception strengths (RXLEV, RXLEV1, RXLEV2) of the base stations at the position of the mobile station or of the mobile station at at least one base station are recorded and reported to a computing unit (RE), in which the computing unit compares the reception strengths of the reports with the reception strengths specified for the individual position grid cells and from this the most likely position of the mobile station is determined, in which the comparison and the position determination is carried out by a) evaluating d _P (m) for the respective grid cell on the basis of the deviations δ _i the reception strengths is determined, b) an overall evaluation D _k (p) for the respective grid cell is formed on the basis of the evaluations of the respective grid cell (p) and of neighboring grid cells (p1, p2, p3, p4), c) on the basis of the Overall evaluation a weighting μ _{p is} formed and d) coordinates X and Y of the estimated position of the mobile station are calculated by determining the center of gravity of the grid coordinates x _p and y _P weighted thereby.

The method of claim 14, wherein the evaluation is by the following formula

Method according to Claim 14 or 15, in which a weighting μ _p for the respective raster cell is formed on the basis of a function exp (f ∙ D _k (p)), where f is a predefinable parameter.

The method of claims 14 to 16, wherein the overall rating is formed by evaluating the current report the respective grid cell and the minimum from an overall evaluation the previous report of the current grid cell and the neighboring grid cells is added. 17

The method of claim 17, wherein if the current report is inconsistent with the previous reports, an intermediate result for the formation of the overall evaluation is formed by the evaluation of the current report.

Method according to one of claims 14 to 18, wherein the coordinates X and Y of the estimated position of the mobile station by the formulas

are calculated, where P is the set of all grid cells in question for the last report and X _P , Y _p the coordinates of a grid cell p in P.

The method of claim 14, wherein the weighting an area of uncertainty is identified.

The method of claim 20, wherein the error radius R to a predetermined confidence γ by the formulas

is calculated, where A and B are scattered in the respective directions.

A method according to claim 20, wherein the ellipse with the smallest area to a predetermined confidence γ by the formulas

Arrangement for estimating the position of a mobile station (MS) in a cellular mobile radio network, in which there are at least one serving base station (BS) and at least one neighboring base station (NS1), in which a total search space into individual position grid cells (p, p1, p2)) with predetermined reception strengths the base stations is divided, in which a computing unit (RE) is present in such a way that the total search space (S) is divided into search spaces (S0, S1, S2) assigned to base stations, in which the computing unit is present in such a way that with the help of the serving base station the total search space is determined, in which a mobile station is available in such a way that reports with reception strengths (RXLEV, RXLEV1, RXLEV2) of at least one base station at the position of the mobile station and / or of the mobile station are recorded at at least one base station and reported to the computing unit, at which the arithmetic unit is available in such a way that the reception strengths of the reports for the individual position grid cells predefined reception strengths of the search space and compares the most probable position (X, Y) of the mobile station are determined, and in which a computing unit is provided in such a way that a respective search space is formed in such a way that raster cells are first determined in which the reception strength of at least one base station is greater than or equal to a minimum reception strength and that, To form a respective search area for the respective base station, all raster cells are removed in which neighboring base stations with the same or greater priority and a reception strength greater than or equal to a minimum reception strength have a higher reception strength.

Arrangement for estimating the position of a mobile station (MS) in a cellular mobile radio network, in which there are at least one serving base station (BS) and at least one neighboring base station (NS1), in which a geographical area is subdivided into individual grid cells (p), in which a computing unit (RE) is present in such a way that reports with reception strengths (RXLEV, RXLEV1, RXLEV2) of the base stations at the position of the mobile station or the mobile station are recorded at at least one base station and reported to a computing unit (RE) in which the computing unit is present in this way that the reception strengths of the reports are compared with the reception strengths predefined for the individual position raster cells and the most likely position of the mobile station (X, Y) is determined from this, at which the computing unit is available in such a way that the comparison and the position determination is carried out in that a) a Evaluation d _p (m) for the respective grid cell based on a sum of the quadratic deviations δ _i ^{2 of} the reception strengths is determined, b) an overall evaluation D _k (p) for the respective grid cell is formed on the basis of the evaluations of the respective grid cell (p) and from neighboring grid cells (p1, p2, p3, p4), a weighting μ _p for the respective one is formed and c) coordinates X and Y of the estimated position of the mobile station are calculated by determining the center of gravity of the grid coordinates x _P and y _p weighted thereby.