DE60017220T2 - Verfahren zur Synchronisation von Feststationen eines Funkkommunikationssystems - Google Patents

Verfahren zur Synchronisation von Feststationen eines Funkkommunikationssystems Download PDF

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Description

  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kommunizieren zwischen Basisstationen und Mobilfunkgeräten zur Bereitstellung einer genauen Taktquelle zwischen unsynchronisierten Basisstationen und insbesondere ein Verfahren zum Kommunizieren zwischen Basisstationen und Mobilfunkgeräten zur Bereitstellung einer genauen Taktquelle zwischen unsynchronisierten Basisstationen in einem drahtlosen TDMA- oder AMPS-System.
  • Stand der Technik
  • Die zunehmende Popularität von drahtloser Telefonie einschließlich von zellularen ESMR-(enhanced specialized mobile radio – erweiterten spezialisierten Mobilfunk-) und PCS-(personal communication services – persönlichen Kommunikations-)diensten hat eine Woge von drahtlosen Anrufen der Notrufnummer 911 bewirkt. Die öffentlichen Sicherheitsagenturen bemühen sich, für zellulare Anrufer das gleiche Dienstniveau wie für Festleitungsanrufer bereitzustellen, aber sie werden daran durch eine bedeutsame technische Vielfalt gehindert. Erweiterte Notrufsysteme wurden für die Unterstützung von Festleitungstelefonen entworfen und aufgebaut. Festleitungstelefone sind über Festleitungen mit den Vermittlungsstellen der Fernmeldegesellschaft (TCO – Telco Central Office) verbunden und es besteht daher ein dauerhaftes Verhältnis zwischen dem Telefon und seinem Standort. Wenn jemand einen Notruf 911 von einem Festleitungstelefon aus einleitet, wird der Standort des Telefons zur Bestimmung der am nächsten gelegenen Antwortstelle für Polizei, Feuerwehr, Krankenhilfe und öffentliche Sicherheitsbehörden (PSAP – public safety answering point) benutzt. Mit dieser detaillierten Betriebsweise an ihren Fingerspitzen kann die Platzkraft so schnell reagieren, wie es für Notrufsysteme bekannt ist.
  • Drahtlose Anrufer sind jedoch keinem Standort zugeordnet, weshalb sie so populär sind. Dieser Nutzen wirkt jedoch einer Verwendung eines drahtlosen Telefons oder Mobilfunkgeräts entgegen, die Nothilfe erfordert. Wenn der geographische Standort eines Anrufers unbekannt ist, muß eine Platzkraft wertvolle Zeit zu Beginn des Rufs darauf aufwenden, Grundinformationen über den Standort und Polizei, Feuerwehr, Krankenhilfe und PSAP des Bereichs einzuholen, ehe sie die Beschaffenheit des Notfalls voll verstehen kann. Eine schnelle Bestimmung des Standorts eines Anrufers kann daher für die Sicherheit einer Person von lebenswichtiger Bedeutung sein.
  • Es werden drahtlose Telefonbasisstationen mit Mobilstationsortungssystemen in Betracht gezogen, um den geographischen Standort eines Mobilfunkgeräts zu bestimmen. Seit dem Aufkommen von Radar haben sich hochgenaue Ortungssysteme Ankunftszeitdifferenzverfahren (TDOA – time difference of arrival) als eine bevorzugte Technik für die Standortbestimmung bedient. In der Tat ist das GPS (Global Positioning System) ein auf TDOA basierendes System, genau wie die meisten der für den Ortungs- und Überwachungsdienst vorgeschlagenen Systeme, die durch die FCC zugeteilt werden. TDOA-Systeme funktionieren, indem Ortungsempfänger in mehreren Basisstationen plaziert werden, die geographisch in einem weiten Bereich verteilt sind. Wenn ein Signal von einem Mobilfunkgerät übertragen wird, breitet sich das Signal mit annähernd eintausend Fuß pro Sekunde (305 Meter pro Sekunde) zu örtlichen Basisstationen aus, wo der Signalempfang zeitgestempelt wird. Die Differenzen der Zeitstempel werden dann unter Verwendung wohlbekannter Vermessungsverfahren verglichen, um sich schneidende hyperbolische Linien zu erzeugen, mit denen der Standort geschätzt wird.
  • TDOA-Verfahren erfordern jedoch, daß die in den Vermessungsverfahren benutzten Basisstationen genau zeitlich ausgerichtet sind. Anders gesagt müssen die Basisstationen synchronisiert sein. Gegenwärtig müssen bei TDMA- und AMPS-Funksystemen externe Einrichtungen allen einzelnen Basisstationen hinzugefügt werden, um die erforderliche Taktgenauigkeit und Synchronisation bereitzustellen.
  • CDMA ist eine ganz andere Technik als TDMA oder AMPS. Bei CDMA gibt es einen Frequenzwiederverwendungsplan N=1, wobei das gleiche Frequenzspektrum von Nachbarzellen benutzt wird (um Kapazität zu steigern). Durch die Synchronisation von CDMA-Zellen können die digitalcodierten Sprachdaten nahtlos zu einer Nachbarzelle weitergeschaltet werden. Bei TDMA gibt es einen Frequenzwiederverwendungsplan von N=7 und die einzelnen 30-kHz-Frequenzkanäle werden nicht von Nachbarzellen wiederverwendet, sondern von Zellen, die weit genug entfernt sind, um Gleichkanalstörung zu minimieren.
  • Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zur Bereitstellung von Taktsynchronisation zwischen Basisstationen in TDMA- und AMPS-Systemen ohne die Implementierung kostspieliger externer Einrichtungen bereitzustellen.
  • Ein Beispiel von Synchronisation zwischen Basisstationen ist aus "Autonomous Inter Base Station Synchronisation via a Common Broadcast Control channel" (Autonome Synchronisation zwischen Basisstationen über einen gemeinsamen Rundsende-Organisationskanal) von X. Legroupe und P. Godlewski ersichtlich.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen TDMA- und AMPS-Systemen dar, indem sie einen Ansatz zur Verwendung einer TDMA/AMPS-Luftschnittstelle zur Bereitstellung von Taktsynchronisation zwischen unsynchronisierten Basisstationen bereitstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dies durch Markieren von Zeitstempeln von an vorbestimmten oder in Frage kommenden Basisstationen von einer bedienenden Basisstation ankommenden Signalen. Die Zeitstempel werden im Verhältnis zu einem Taktsignal der jeweiligen in Frage kommenden Basisstation markiert. Die jeweilige in Frage kommende Basisstation wird mit der bedienenden Basisstation auf Grundlage eines an jeder in Frage kommenden Basisstation berechneten Versatzes auf der Abwärtsstrecke synchronisiert, der den Symbolzeitbruchteil im Verhältnis zu dem internen Symboltakt der jeweiligen in Frage kommenden Basisstation darstellt, zwischen der Zeit, wenn das Signal von der bedienenden Basisstation übertragen wird, zu einem nächsten vorbestimmten zyklischen Punkt des Symboltaktes der in Frage kommenden Basisstation. Der vorbestimmte zyklische Punkt kann beispielsweise am Beginn des nächsten Zyklus liegen, wenn der Takt auf Hoch geht. Die jeweilige in Frage kommende Basisstation bestimmt die Zeit, wenn das Signal übertragen wurde, auf Grundlage der Zeit, wenn das Signal an der in Frage kommenden Basisstation empfangen wird und der bekannten Zeit, die erforderlich ist, damit das Signal von der bedienenden Basisstation zur in Frage kommenden Basisstation läuft.
  • Da die bedienende Basisstation das Signal an einem bekannten Punkt seines Symboltaktzyklus überträgt, beispielsweise dem Beginn eines Taktzyklus, kann die in Frage kommende Basisstation ihren internen Symboltakt mit dem internen Symboltakt der bedienenden Basisstation synchronisieren. Die Synchronisation wird dadurch hergestellt, daß der berechnete Symbolversatz auf der Abwärtsstrecke so ausgerichtet wird, daß er der Signalübertragungszeit an der bedienenden Basisstation entspricht.
  • Obwohl die internen Symboltakte der Basisstation nicht synchronisiert sind, arbeiten sie auf der gleichen Frequenz auf Grundlage des genauen und herkömmlichen Taktes der T1-Strecke. Anders gesagt arbeitet jeder Takt mit einer Frequenz von zirka 1,544 MHz plus oder minus 75 Hz. Dementsprechend unterhalten Basisstationssymboltakte annähernd das gleiche Verhältnis bei der Ausrichtung zu anderen Basisstationssymboltakten. Zwei Basisstationen, die synchron laufen, werden daher für nachfolgende Kommunikation synchronisiert bleiben. Wenn Basisstationen synchron laufen, ist es möglich, Operationen durchzuführen, die synchronisierte Stationen erfordern, wie beispielsweise TDOA-Informationen, die zur Ortsbestimmung eines Mobilfunkgerätes benutzt werden. Die Erfindung bietet daher ein Verfahren zum Synchronisieren von Basisstationen, sodaß der Standort eines Mobilfunkgeräts unter Verwendung herkömmlicher TDOA-Verfahren bestimmt werden kann.
  • Die Bestimmung der Position eines Mobilfunkgeräts stellt einen größeren Nutzen als die Anwendung von Notrufverwaltung von Notrufen 911 bereit. Es würden auch andere Anwendungen wie beispielsweise Betrugsmanagement, standortorientierte Gebührenberechnung, Fahrzeug- und Flottenverwaltung, Bestands-/Dienstpaketüberwachung und Auslegung drahtloser Systeme ebenfalls ohne hohe Hardware-Implementierungskosten für TDMA- und AMPS-Systeme verfügbar werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Synchronisationssystem eine Softwareimplementierung auf einem Computer, die zur Bestimmung des geographischen Standorts des Mobilfunkgeräts benutzt wird. Die Softwareimplementierung empfängt einen Zeitstempel des Empfangs eines ersten, von der bedienenden Basisstation zu einer in Frage kommenden Basisstation übertragenen Signals. Der Zeitstempel wird im Verhältnis zum Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation gemessen. Das Synchronisationssystem bestimmt die Zeit, wenn das Signal von der bedienenden Basisstation übertragen wurde, als einen Übertragungszeitstempel auf Grundlage des Empfangszeitstempels des Signals und der bekannten Entfernung zwischen der bedienenden Basisstation und der in Frage kommenden Basisstation. Dieser Übertragungszeitstempel wird im Verhältnis zum Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation gemessen. Das Synchronisationssystem synchronisiert dann den Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation mit dem Symboltakt der bedienenden Basisstation durch Ausrichten des bestimmten Übertragungszeitstempels des Signals mit dem bekannten Punkt des Symboltaktzyklus der bedienenden Basisstation, der den eigentlichen Übertragungszeitstempel von der bedienenden Basisstation darstellt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird ausführlich unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente darstellen, und:
  • 1 ein Blockschaltbild ist, das die Grundbestandteile eines herkömmlichen drahtlosen TDMA/AMPS-Systems darstellt;
  • 2(a) eine schematische perspektivische Ansicht der Synchronisationssystemimplementierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
  • 2(b) eine schematische perspektivische Ansicht der Synchronisationssystemimplementierung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
  • 3 ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Synchronisationssystems darstellt;
  • 4 ein Taktdiagramm ist, das eine beispielhafte Synchronisierung von internen Symboltakten von verschiedenen Basisstationen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
  • 5 ein Flußdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Synchronisationssystems darstellt; und
  • 6 ein Flußdiagramm von einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform des Synchronisationssystems darstellt.
  • 7(a) und 7(b) zeigen ein beispielhaftes Nachrichtenformat in einer bevorzugten Ausführungsform des Synchronisationssystems.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Synchronisationssystem für ein Verfahren zur Verwendung einer TDMA-Luftschnittstelle zur Bereitstellung von Taktsynchronisation zwischen Basisstationen, die an der Ortung eines Mobilfunkgeräts beteiligt sind, ohne die Verwendung teurer, externer Basisstationseinrichtungen. Das System und Verfahren unterstützen TDMA- und AMPS-Kommunikationssysteme und entsprechen gegenwärtigen Entfernungs- und Reaktionszeiterfordernissen von Notruf 911 unter Verwendung bestehender Basisstationshardware. Obwohl die hier beschriebenen Ausführungsformen in einem TDMA-Kommunikationssystem benutzt werden, versteht es sich, daß die Ausführungsform wie unten beschrieben auch auf ein AMPS-Kommunikationssystem anwendbar sind.
  • Eine Ausführungsform des Ansatzes zum Synchronisieren einer Kommunikationsstation mit einer anderen Kommunikationsstation ist beispielsweise in 1 dargestellt. Nach der Darstellung zeigt die 1 ein herkömmliches TDMA-Funksystem 5 mit einer bedienenden Basisstation 10, einer in Frage kommenden Basisstation 20, einer in Frage kommenden Basisstation 30, und einem Mobilfunkgerät 40. Die bedienende Basisstation 10 ist von der in Frage kommenden Basisstation 20 um eine bekannte Entfernung Dsa und von der in Frage kommenden Basisstation 30 um die bekannte Entfernung Dsb beabstandet. Das Mobilfunkgerät 40 befindet sich zwischen den Basisstationen 10, 20 und 30 und kommuniziert mit den Basisstationen 10, 20 und 30 über Kommunikationskanäle, über die mit Daten und Codes modulierte Signale übertragen werden.
  • 2(a) zeigt ein Diagramm einer Synchronisationssystemimplementierung. Das Synchronisationssystem 1 enthält einen Computer 60, ein Fabrikat 70, und befindet sich vorzugsweise an der bedienenden Basisstation 10 oder an einem anderen Ort, der in Echtzeit mit einem Empfänger oder Sender der bedienenden Basisstation 10 kommunizieren kann. Das Synchronisationssystem 1 kann sich daher an einer der in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 oder einem anderen Ort, der kommunikativ mit der bedienenden Basisstation 10 verbunden ist, befinden. Das Fabrikat 70 umfaßt ein von einem Computer lesbares Medium und ein ablauffähiges Programm zum Synchronisieren der in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 mit der bedienenden Basisstation 10 und zum Orten des Mobilfunkgeräts 40.
  • 2(b) zeigt eine alternative Synchronisationssystemimplementierung. Das Synchronisationssystem 1 enthält einen Computer 60 zum Empfangen eines das ablauffähige Programm zum Synchronisieren der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 mit der bedienenden Basisstation 10 führenden Signals 80. Das Signal 80 wird in einem Digitalformat entweder mit oder ohne Trägerwelle übertragen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in folgender Reihenfolge beschrieben. Als erstes wird ein Ansatz zum Synchronisieren einer in Frage kommenden Basisstation 20, 30 mit der bedienenden Basisstation 10 unter Bezugnahme auf 3 und 4 erläutert. Dann wird ein Ansatz zum Messen der Zeit zwischen einem Übertragungsereignis von der bedienenden Basisstation 10 und Empfang eines nachfolgenden Ereignisses unter Bezugnahme auf 4 und 5 erläutert. Letztlich wird ein Ansatz zum Einsammeln von Zeitdifferenzen für unterschiedliche in Frage kommende Basisstationen 20, 30 zum Orten des Mobilfunkgeräts 40 unter Bezugnahme auf 4 und 6 erläutert.
  • 3 zeigt ein Flußdiagramm zum Synchronisieren einer in Frage kommenden Basisstation 20, 30 mit einer bedienenden Basisstation 10 aus der Sicht der entsprechenden in Frage kommenden Basisstation 20, 30. Die bedienende Basisstation 10 sendet ein "Ereignis" auf der Abwärtsstrecke mit einem in unbenutzten Datensymbolen des Rahmens eingebetteten Zeitstempel. Das "Ereignis" für TDMA ist beispielsweise ein Zeitpunkt, wenn eine Phasenänderung zwischen Symbolen in der Sendung eintritt. Bei S10 empfängt die in Frage kommende Basisstation 20, 30 das Ereignis Abwärts und mißt den in dem "Ereignis" eingebetteten Zeitstempel. Die in Frage kommende Basisstation 20, 30 mißt die Empfangszeit auf Grundlage des Symboltakts der entsprechenden in Frage kommenden Basisstation 20, 30.
  • 4 zeigt ein beispielhaftes Taktdiagramm eines internen Symboltakts der bedienenden Basisstation 10 und einer in Frage kommenden Basisstation 20, 30. Nach der Darstellung überträgt die bedienende Basisstation 10 das "Ereignis" Abwärts zur Übertragungszeit T0, das wie im Schritt S10 der 3 beschrieben zur Abwärts-Empfangszeit T1 an der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 empfangen wird. Die Empfangszeit der Empfangszeit T1 des "Ereignisses" auf der Abwärtsstrecke ist in 4 im Verhältnis zum Symboltakt der entsprechenden in Frage kommenden Basisstation 20, 30 dargestellt.
  • Im Schritt S20 der 3 bestimmt das Synchronisationssystem 1 die Übertragungszeit T0 des "Ereignisses" auf der Abwärtsstrecke im Verhältnis zum Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation 20, 30. Die Abwärts-Übertragungszeit T0 wird auf Grundlage der Zeit T1 bestimmt, zu der die Übertragung an der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 empfangen wurde, und der bekannten Entfernung zwischen der bedienenden Basisstation 10 und der entsprechenden empfangenen Basisstation 20, 30. Anders gesagt ist die Abwärts-Übertragungszeit T0 gleich der Abwärts-Empfangszeit T1 abzüglich der Laufzeit des Abwärtssignals von der bedienenden Basisstation 10 zu der in Frage kommenden Basisstation 20, 30. Bei Annahme eines Sichtlinien-Signalweges ist die Laufzeit des Signals gleich der Entfernung zwischen der bedienenden und der in Frage kommenden Basisstation geteilt durch die Wellengeschwindigkeit des Signals.
  • Im Schritt S30 der 3 richtet das Synchronisationssystem 1 den Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 entsprechend den Symboltaktdifferenzen zur bedienenden Basisstation 10 aus. Beispielsweise überträgt die bedienende Basisstation 10 ihr Abwärts-"Ereignis" zur Zeit T0, wenn zwischen den durchlaufenden Symbolen eine Phasenänderung eintritt. Nach der Darstellung in 4 tritt die Übertragungszeit T0 für die Phasenänderung auf, wenn der Symboltakt in den H-Zustand übergeht. Die durch die in Frage kommende Basisstation 10 bestimmte die Abwärts-Übertragungszeit T0 wird am Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 markiert und wird zu dem bekannten Zeitpunkt ausgerichtet, wenn die bedienende Basisstation 10 das Abwärts-"Ereignis" sendet. Vom Synchronisationssystem 1 wird ein Abwärts-Versatz D0 als die Zeit zwischen der Übertragungszeit T0 und dem Beginn eines nächsten Symboltaktzyklus an der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 bestimmt. Dementsprechend stellt der Abwärts-Versatz D0 den Symbolversatz zwischen den Takten der bedienenden Basisstation 10 und der entsprechenden in Frage kommenden Basisstation 20, 30 dar.
  • So ist der Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 mit dem Symboltakt der bedienenden Basisstation 10 synchronisiert, da jeder Punkt am Symboltakt der bedienenden Basisstation 10 einem ähnlichen Punkt am Symboltakt der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 verschoben um den Abwärts-Versatz D0 entspricht. Dementsprechend wird durch Ausrichten der vorbestimmten Zeit des Symboltakts an der bedienenden Basisstation 10 zu der berechneten Abwärts-Übertragungszeit T0 die in Frage kommende Basisstation 20, 30 mit der bedienenden Basisstation 10 synchronisiert.
  • Als nächstes wird ein Ansatz zum Messen der Zeit zwischen einem Übertragungsereignis von der bedienenden Basisstation 10 und dem Empfang eines nachfolgenden Ereignisses unter Bezugnahme auf 4 und 5 erläutert. Sobald die in Frage kommende Basisstation 20 oder 30 mit der bedienenden Basisstation 10 auf Grundlage des Abwärts-Versatzes D0 synchronisiert ist, sind nachfolgende "Ereignisse" ebenfalls synchronisiert. Das heißt ein nachfolgender, an der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 empfangener Zeitstempel kann von einem bekannten Punkt am Symboltakt der bedienenden Basisstation 10 aus gemessen werden. Ein nachfolgendes Signal kann daher von der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 empfangen werden und das Synchronisationssystem kann eine Zeitdifferenz zwischen der Zeit der Abwärtsübertragung T0 und dem Empfang des nachfolgenden Signals bestimmen.
  • 5 zeigt ein beispielhaftes Flußdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Synchronisationssystems 1. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform synchronisiert das Synchronisationssystem 1 im Schritt S100 eine empfangende Basisstation 20, 30 mit einer bedienenden Basisstation 10 wie oben besprochen und in 3 für Schritte S10, S20 und S30 gezeigt. Nachdem das Synchronisationssystem 1 die in Frage kommende Basisstation 20, 30 synchronisiert hat, empfängt die jeweilige in Frage kommende Basisstation 20, 30 ein nachfolgendes Signal im Schritt S110. Dieses nachfolgende Signal kann von einer beliebigen Sendequelle wie beispielsweise dem Mobilfunkgerät 40, der bedienenden Basisstation 10 oder einer anderen in Frage kommenden Basisstation 20, 30 stammen. Die in Frage kommende Basisstation 20, 30 mißt die Empfangszeit des nachfolgenden Signals im Verhältnis zum Symboltakt der empfangenden in Frage kommenden Basisstation 20, 30.
  • Nachdem die in Frage kommende Basisstation 20, 30 eine Abwärtsnachricht von der bedienenden Basisstation 10 empfangen hat und die entsprechenden in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 bei S100 mit der bedienenden Basisstation 10 synchronisiert hat, sendet eine Sendequelle wie beispielsweise das Mobilfunkgerät 40 als Reaktion auf die Steuernachricht ein Aufwärts-"Ereignis". Das Aufwärts-"Ereignis" ist beispielsweise eine Phasenänderung, die zwischen bekannten Symbolen in der Sendung auftritt. Die bedienende Basisstation 10 und in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 empfangen das Aufwärts-"Ereignis" und messen die Empfangszeit des Aufwärts-"Ereignisses" auf Grundlage des Symboltakts der entsprechenden Basisstation 10, 20 und 30. Da die in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 im Schritt S100 mit der bedienenden Basisstation 10 synchronisiert worden sind, kann das Synchronisationssystem 1 im Schritt S120 eine Differenz zwischen der Übertragungszeit T0 des von der bedienenden Basisstation 10 übertragenen Abwärts-"Ereignisses" und der Empfangszeit T4 des vom Mobilgerät 40 übertragenen und an der entsprechenden in Frage kommenden Basisstation 20, 30 empfangenen Aufwärts-"Ereignisses" bestimmen. Natürlich kann das Synchronisationssystem 1 auch im Schritt S120 die Differenz zwischen der Übertragungszeit T0 des von der bedienenden Basisstation 10 übertragenen Abwärts-"Ereignisses" und der Empfangszeit T5 des von dem Mobilgerät 40 übertragenen und an der bedienenden Basisstation 10 wieder empfangenen Aufwärts-"Ereignisses" bestimmen. Die Zeitdifferenz wird als die Summe des Abwärts-Versatzes D0 – der Zeit von Zeit T0 bis zum Beginn oder der Anstiegszeit des nächsten Symbols – zuzüglich eines unten beschriebenen Aufwärts-Versatzes U0 zuzüglich der Anzahl von Symbolen zwischen dem Abwärts-Versatz D0 und dem Aufwärts-Versatz U0 gemeldet.
  • 4 zeigt auch einen beispielhaften Aufwärts-Versatz D0 eines durch eine in Frage kommende Basisstation 20, 30 empfangenen Aufwärts-"Ereignisses". Wie oben besprochen empfängt die in Frage kommende Basisstation 20, 30 im Schritt S110 der 5 das Aufwärts-"Ereignis" bei T4 im Verhältnis zu dem in Frage kommenden Symboltakt. Vom Synchronisationssystem 1 wird dann das Zeitintervall zwischen T4 und der jüngsten Anstiegszeit des Symboltakts, Zeit T3, gemessen. Der Aufwärts-Versatz U0 wird dann als der Bruchteil eines Symboltakts im Verhältnis zu dem internen Symboltakt der jeweiligen in Frage kommenden Basisstation 20, 30 vom Beginn der letzten Symboltaktanstiegszeit T3 bis zum Empfang des Aufwärts-"Ereignisses" T4 bestimmt. Das Synchronisationssystem 1 mißt daher die Gesamtzeit zwischen der Übertragungszeit D0 eines Abwärts-"Ereignisses" von der bedienenden Basisstation 10 zur Empfangszeit eines an der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 empfangenen Aufwärts-"Ereignisses" als die Summe des Abwärts-Versatzes D0, des Aufwärts-Versatzes U0 und der Anzahl von dazwischenliegenden Symbolen.
  • Als nächstes wird ein Ansatz zum Ansammeln von Zeitdifferenzen von unterschiedlichen in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 zum Orten des Mobilfunkgeräts 40 unter Bezugnahme auf 4 und 6 erläutert. Die Ausführungsform beschreibt eine Methode zur Bereitstellung einer genauen Taktquelle zum Orten einer geographischen Position eines einen Notruf 911 tätigenden Mobilfunkgeräts 40.
  • Im Schritt S200 der 6 empfängt die bedienende Basisstation 10 einen Notruf "911". Der Ruf wird vom Mobilfunkgerät 40 auf einem Aufwärtskanal übertragen und aktiviert die Basisstation 10 zum Orten des Mobilfunkgeräts 40, beispielsweise wie unten besprochen. Als Reaktion auf den Notruf 911 überträgt die bedienende Basisstation 10 eine geographische Ortungsanforderung zu Nachbarbasisstationen im gleichen Bereich wie die bedienende Basisstation 10. Die geographische Ortungsanforderung ist in T1-Steuernachrichten eingebettet und wird über einen Hauptsteuerprozessor (ECP – executive control processor) an der Vermittlung im PSTN übertragen.
  • Auf Grundlage der geographischen Ortungsanforderung überprüfen die Nachbarbasisstationen die Signalgüte des vom Mobilfunkgerät 40 gesendeten Sendesignals und senden das Signalgüteniveau über den ECP zurück zur bedienenden Basisstation 10. Bei Empfang der sich ergebenden Signale im Schritt S220 bestimmt die bedienende Basisstation 10, welche Nachbarbasis stationen für eine geographische Ortung des Mobilfunkgeräts 40 in Frage kommen. Die Nachbarbasisstationen, die die Sendesignale von dem Mobilfunkgerät 40 mit einer Signalgüte empfangen haben, die hoch genug ist, werden als in Frage kommende Basisstationen 20, 30 zugewiesen und werden zum Einsammeln von TDOA-Informationen wie unten beschrieben benutzt.
  • Im Schritt S230 überträgt die bedienende Basisstation eine Abwärtsnachricht zum Mobilfunkgerät, die auch von den in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 empfangen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wie in 7(a) und 7(b) dargestellt wird ein IS 136A-Nachrichtenformat benutzt. Die 7(a) zeigt das Schlitzformat für Nachrichtenübermittlung von der Mobilstation zur Basisstation und 7(b) zeigt das Schlitzformat für Nachrichtenübermittlung von der Basisstation zur Mobilstation. Schlitz G bedeutet Schutzzeit, Schlitz R bedeutet Einschwingzeit, DATA bedeutet Nutzinformationen oder FACCH (fast associated control channel), SACCH bedeutet slow associated control channel (langsamer zugehöriger Organisationskanal), CDVCC bedeutet coded digital verification color code (codierter digitaler Überprüfungs-Farbcode), SYNC bedeutet syncronization in training (Synchronisierung im Training), CDL bedeutet coded digital control channel locator (codierter digitaler Organisationskanalsucher) und RSVD bedeutet reserviert. Bei der gegenwärtigen Ausführungsform können Befehle während des SACCH-Intervalls der Abwärtsnachricht gesendet werden.
  • Die in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 synchronisieren dann ihren internen Symboltakt mit dem internen Symboltakt der bedienenden Basisstation 10 auf die oben in Schritten S10 bis S30 der 3 beschriebene Weise.
  • Durch die Abwärtsnachricht werden die jeweiligen in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 auch darüber informiert, daß die bedienende Basisstation 10 eine Steuernachricht zum Mobilfunkgerät 40 übertragen wird. Das heißt in der Abwärtsnachricht eingebettet befindet sich eine Anweisung, die die in Frage kommenden Basisstationen 20, 30 darüber informiert, daß die bedienende Basisstation 10 zu einer bestimmten Zeit wie beispielsweise einer Anzahl von Symboltaktzyklen nach Übertragung der zu der in Frage kommenden Basisstation 20, 30 übertragenen Abwärtsnachricht eine Steuernachricht zum Mobilfunkgerät 40 übertragen wird. Beispielsweise befindet sich in der Abwärtsnachricht eingebettet eine Anweisung, die die in Frage kommende Basisstation 20, 30 darüber informiert, daß die bedienende Basisstation 10 zur Zeit Tm wie in 4 gezeigt eine Steuernachricht zum Mobilfunkgerät 40 übertragen wird.
  • Die in Frage kommenden Basisstationen 20, 30, die mit der bedienenden Basisstation 10 synchronisiert worden sind, zählen rückwärts zu der in der Abwärtsnachricht angezeigten bestimmten Zeit, zu der die bedienende Basisstation 10 die Mobilfunkgerät-Steuernachricht übertragen wird und beginnt dann von diesem bestimmten Zeitpunkt Tm ab zu zählen. Im Schritt S240 der 6 überträgt die bedienende Basisstation 10 die Mobilfunkgerät-Steuernachricht. Mit der Mobilfunkgerät-Steuernachricht wird das Mobilfunkgerät 40 angewiesen, ein Aufwärts-"Ereignis" zu übertragen, das beispielsweise wie oben beschrieben ein Symbolphasenänderungsvorkommnis bei TDMA ist. Dementsprechend empfängt das Mobilfunkgerät 40 die Mobilfunkgerät-Steuernachricht von der bedienenden Basisstation 10 und überträgt ein Antwort-Aufwärts-"Ereignis" zu den Basisstationen 10, 20 und 30. Im Schritt S250 empfangen die Basisstationen 10, 20, 30 das Antwort-Aufwärts-"Ereignis" und messen die Empfangszeit des Antwort-Aufwärts-"Ereignisses" auf ähnliche Weise wie in dem oben für 5 beschriebenen Schritt S110.
  • Im Schritt S260 der 6 bestimmen die Basisstationen 10, 20 und 30 die Zeitdifferenz zwischen der Übertragungszeit der von der bedienenden Basisstation 10 gesendeten Mobilfunkgerät-Steuernachricht und der Empfangszeit des an den entsprechenden Basisstationen 10, 20 und 30 empfangenen Aufwärts-"Ereignisses" des Mobilfunkgeräts 40. Die Differenzen für die in Frage kommenden Basisstationen 20 und 30 werden auf ähnliche Weise wie bei dem oben für Schritt S120 in der 5 besprochenen Ansatz bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wird die Differenz zwischen der Laufzeit der Mobilfunkgerät-Steuernachricht von der bedienenden Basisstation 10 und der Empfangszeit des Mobilfunkgerät-Aufwärts-"Ereignisses" als die Summe des Abwärts-Versatzes D0, des Aufwärts-Versatzes U0 und der Anzahl von ganzzahligen Symbolzählungen an der entsprechenden bedienenden Basisstation 20 und 30 bestimmt, die zwischen der Zeit Tm und dem Aufwärts-Versatz U0 stattgefunden haben.
  • Es versteht sich, daß diese Zeitdifferenz keine Verzögerungen enthalten sollte, die jeder Basisstation 20, 30 eindeutig zugeordnet sind. Zu diesen Verzögerungen gehört eine Gruppenlaufzeit des Empfängerweges der in Frage kommenden Basisstation 20 und 30 und eine Laufzeit aufgrund der Entfernung zwischen der bedienenden Basisstation 10 und der in Frage kommenden Basisstation 20 und 30. Beide Verzögerungen sind jedoch bekannt oder können leicht bestimmt werden. Die Gruppenlaufzeit ist die Verzögerung des Signals bei seinem Durchlauf durch die Basisstationsempfängerschaltungen, Basisstationssenderschaltungen oder Empfangs- oder Sendeschaltungen des Mobilfunkgeräts. Die Gruppenlaufzeit ist ein konstanter Wert, muß aber für jede Basisstation gemessen werden. Die Laufzeit zwischen der Basisstation und der in Frage kommenden Basisstation beruht auf der vom HF-Signal zurückgelegten Entfernung in Nanosekunden pro Fuß (pro Meter).
  • Die Zeitdifferenz zwischen der Übertragungszeit eines Signals von der bedienenden Basisstation 10 und der Empfangszeit des Aufwärts-"Ereignisses" des Mobilfunkgeräts 40 an der bedienenden Basisstation 10 wird auf ähnliche Weise wie die oben bei Schritten S120 und S260 für die in Frage kommenden Basisstationen 20 und 30 besprochenen Ansätze bestimmt. Da jedoch die bedienende Basisstation 10 mit sich selbst synchronisiert ist und ihr Abwärts-"Ereignis" und ihre Mobilfunkgerät-Steuernachricht von der bedienenden Basisstation 10 zu Beginn eines Symboltaktzyklus übertragen werden, gibt es keinen Abwärts-Versatz D0. Die Zeitdifferenz im Schritt S260 für die bedienende Basisstation 10 ist daher gleich der Summe der Anzahl von ganzzahligen internen Symbolzählungen an der bedienenden Basisstation 10, die zwischen der Übertragung der Mobilfunkgerät-Steuernachricht zur Zeit Tm und dem Empfang des Aufwärts-"Ereignisses" zur Zeit T5 aufgetreten sind, und dem Aufwärts-Versatz U0, der der Bruchteil einer Symbolzeit vom vorhergehenden ganzen Symbol bis zur Empfangszeit T5 des Aufwärts-"Ereignisses" ist.
  • Wie oben für die in Frage kommenden Basisstationen 20 und 30 beschrieben, werden dann bekannte Gruppenlaufzeiten von der Summe abgezogen, um eine Zeitdifferenz zu erhalten, die der für die in Frage kommenden Basisstationen 20 und 30 bestimmten Zeitdifferenz entspricht. Für die bedienende Basisstation 10 enthalten die Verzögerungen eine Gruppenlaufzeit des Empfängers an der bedienenden Basisstation 10 von der Ist-Empfangszeit des Aufwärts-"Ereignisses" am Empfänger bis zur Aufzeichnungszeit des Zeitstempels. Eine weitere Verzögerung an der bedienenden Basisstation 10 ist die als die Zeitdifferenz zwischen dem Empfang einer Anweisung zur Übertragung eines Signals und der Ist-Übertragungszeit gemessene Sender-Gruppenlaufzeit. Wie oben bemerkt sind diese Zählungen bekannt oder können leicht bestimmt werden.
  • Nach der Darstellung in 6 übertragen die in Frage kommenden Basisstationen 20 und 30 nach Bestimmung der Zeitdifferenzen zwischen der Übertragungszeit T4 der Mobilfunkgerät-Steuernachricht und der Empfangszeit Tm des Aufwärts-"Ereignisses" des Mobilfunkgeräts im Schritt S260 die Zeitdifferenzen zur bedienenden Basisstation 10. Im Schritt S270 empfängt die bedienende Basisstation 10 die Zeitdifferenzen von den in Frage kommenden Basisstationen 20, 30. Im Schritt S280 benutzt ein sich beispielsweise an der bedienenden Basisstation 10 befindender Computer TDOA zur Bestimmung der Position des Mobilfunkgeräts 40 auf Grundlage der Zeitdifferenzen. Die zur Bestimmung der Position des Mobilfunkgeräts 40 benutzte TDOA-Technik ist wohlbekannt und beruht auf der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des Aufwärts-"Ereignisses" durch die Basisstationen 10, 20 und 30.
  • Auch versteht sich, daß im Mobilfunkgerät eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, wenn das Mobilfunkgerät 40 die Mobilfunkgerät-Steuernachricht empfängt und dem Zeitpunkt, wenn das Mobilfunkgerät 40 das "Ereignis" überträgt, besteht. Diese Mobilfunkgerätverzögerung ist jedoch für jede der bestimmten Zeitdifferenzen identisch und wird daher ausgelöscht, wenn die Zeitdifferenzen von einer der Basisstationen 10, 20 und 30 mit einer anderen der Basisstationen 10, 20 und 30 verglichen werden.
  • Die obigen Ausführungsformen sind in bezug auf ein TDMA-System beschrieben. Für ein AMPS-System ist der Ansatz im Prinzip identisch. Die wichtige Differenz zwischen den Ansätzen besteht darin, daß das vom Mobilfunkgerät 40 übertragene Aufwärts-"Ereignis" ein AMPS-Ereignis anstatt eines TDMA-Ereignisses ist. Dementsprechend wird das Aufwärts-"Ereignis" beispielsweise durch Empfang einer im Aufwärtssignal enthaltenen Mobilkennungsnummer gemessen. Die Mobilkennungsnummer befindet sich an einem vorbestimmten Punkt in der Übertragungskette der auf dem Aufwärtskanal übertragenen "Ereignis-"daten.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, ist es klar, daß dem Fachmann viele Alternativen, Abänderungen und Variationen offenbar sein werden. Dementsprechend sollen die hier aufgeführten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft und nicht begrenzend sein. Es können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne aus dem in den nachfolgenden Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung zu weichen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Synchronisieren einer ersten Basisstation und einer zweiten Basisstation mit unsynchronisierten Takten derselben Frequenz, mit folgenden Schritten: (a) Empfangen eines ersten Signals von der ersten Basisstation (10), wobei die erste Basisstation ein zu einem Taktsignal der zweiten Basisstation (20, 30) unsynchronisiertes Taktsignal aufweist, wobei das erste Signal einen Zeitstempel relativ zum Taktsignal der ersten Basisstation aufweist; (b) Messen einer Empfangszeit des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation, wobei die Empfangszeit durch einen von der zweiten Basisstation bereitgestellten Zeitstempel angezeigt wird; (c) Bestimmen einer Übertragungszeit des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation auf Grundlage der gemessenen Empfangszeit des ersten Signals, eines Abstands zwischen der ersten Basisstation und der zweiten Basisstation und des Zeitstempels bezüglich des Taktsignals der ersten Basisstation; und (d) Synchronisieren des Taktsignals der zweiten Basisstation mit dem Taktsignal der ersten Basisstation auf Grundlage eines Signalzyklusunterschieds zwischen den Taktsignalen zu der Übertragungszeit.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit folgenden Schritten: (e) Empfangen eines zweiten Signals; (f) Messen einer Empfangszeit des zweiten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation; und (g) Bestimmen des Unterschieds zwischen der Übertragungszeit des ersten Signals und der Empfangszeit des zweiten Signals.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zweite Signal von einer anderen Quelle (40) als der ersten Basisstation empfangen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit folgenden Schritten: (e) Messen einer vorbestimmten Zeit auf Grundlage des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation; (f) Empfangen eines zweiten Signals; (g) Messen einer Empfangszeit des zweiten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation; und (h) Bestimmen eines Unterschieds zwischen der vorbestimmten Zeit und der Empfangszeit des zweiten Signals.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Zeit eine Zeit anzeigt, wenn die erste Basisstation eine Steuernachricht überträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zweite Signal von einer anderen Quelle als der ersten Basisstation empfangen wird.
  7. Auf einem Computer implementiertes Synchronisationssystem zum Synchronisieren einer ersten Basisstation und einer zweiten Basisstation beide mit unsynchronisierten Takten derselben Frequenz, mit Mitteln zum Empfangen eines ersten Signals, das einen Zeitstempel bezüglich des ersten Taktsignals aufweist, der die Übertragungszeit von der ersten Basisstation (10) anzeigt, wobei die erste Basisstation ein zu einem Taktsignal der zweiten Basisstation (20, 30) unsynchronisiertes Taktsignal aufweist, wobei die Empfangszeit durch einen durch die zweite Basisstation bereitgestellten Zeitstempel angezeigt wird; Mitteln zum Messen einer Empfangszeit des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation; Mitteln zum Bestimmen einer Übertragungszeit des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation auf Grundlage der gemessenen Empfangszeit des ersten Signals, eines Abstands zwischen der ersten Basisstation und der zweiten Basisstation und des Zeitstempels bezüglich des Takts der ersten Basisstation; und Mitteln zum Synchronisieren des Taktsignals der zweiten Basisstation mit dem Taktsignal der ersten Basisstation auf Grundlage eines Signalzyklusunterschieds zwischen den Taktsignalen zur Übertragungszeit.
  8. Synchronisationssystem nach Anspruch 7, weiterhin mit folgendem: nachfolgenden Mitteln zum Empfangen eines zweiten Signals; nachfolgenden Mitteln zum Messen einer Empfangszeit des zweiten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation; und nachfolgenden Mitteln zum Bestimmen des Unterschieds zwischen der Übertragungszeit des ersten Signals und der Empfangszeit des zweiten Signals.
  9. Synchronisationssystem nach Anspruch 7, wobei das zweite Signal von einer anderen Quelle (40) als der ersten Basisstation empfangen wird.
  10. Synchronisationssystem nach Anspruch 7, weiterhin mit folgendem: ersten nachfolgenden Mitteln zum Messen einer vorbestimmten Zeit auf Grundlage des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation; nachfolgenden Mitteln zum Empfangen eines zweiten Signals; zweiten nachfolgenden Mitteln zum Messen einer Empfangszeit des zweiten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Station; und nachfolgenden Mitteln zum Bestimmen eines Unterschieds zwischen der vorbestimmten Zeit und der Empfangszeit des zweiten Signals.
  11. Synchronisationssystem nach Anspruch 10, wobei die vorbestimmte Zeit eine Zeit anzeigt, wenn die erste Basisstation eine Steuernachricht überträgt.
  12. Auf einem von einem Computer lesbaren Medium verkörpertes ablauffähiges Programm zum Synchronisieren einer ersten Basisstation und einer zweiten Basisstation mit unsynchronisierten Takten dersel ben Frequenz, mit einem Empfangsquellencodesegment zum Empfangen eines ersten Signals, das einen Zeitstempel bezüglich des ersten Taktsignals von der ersten Station aufweist, wobei die erste Basisstation ein zu einem Taktsignal der zweiten Basisstation unsynchronisiertes Taktsignal aufweist; einem Meßquellencodesegment zum Messen einer Empfangszeit des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Basisstation, wobei die Empfangszeit durch einen durch die zweite Basisstation bereitgestellten Zeitstempel angezeigt wird; einem Bestimmungsquellencodesegment zum Bestimmen einer Übertragungszeit des ersten Signals im Verhältnis zum Taktsignal der zweiten Station auf Grundlage der gemessenen Empfangszeit des ersten Signals und eines Abstands zwischen der ersten Basisstation und der zweiten Basisstation und des Zeitstempels bezüglich des ersten Takts; und einem Synchronisierungsquellencodesegments zum Synchronisieren des Taktsignals der zweiten Station mit dem Taktsignal der ersten Basisstation auf Grundlage eines Signalzyklusunterschiedes zwischen den Taktsignalen zur Übertragungszeit.
  13. Das auf einem Computer ablauffähige Programm nach Anspruch 12 führendes Signal.
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