DE69738127T2

DE69738127T2 - Verfahren und einrichtung in bezug auf fernmeldesysteme

Info

Publication number: DE69738127T2
Application number: DE69738127T
Authority: DE
Inventors: Bo Kenneth Ekman; Jan Anders Hedlund; Rikard Olof Dallas LUNDQVIST; Walter Ghisler
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: CA2245878A1; WO1997030360A3; KR19990082113A; CN1211377A; DE69738127D1; US5960355A; KR100428629B1; EP0883968B1; EP0883968A2; AU1817497A; JP3847788B2; WO1997030360A2; CA2245878C; JP2000504838A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Funkkommunikationssysteme mit einer Anzahl von Funkbasisstationen, von denen jede mit Mobilfunkendgeräten kommuniziert, und insbesondere ein Verfahren in derartigen Systemen zum Bestimmen der geografischen Position eines Mobilfunkendgerätes.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Es gibt zahlreiche Situationen, in denen es erstrebenswert ist, die geografische Position von Mobilfunkendgeräten zu bestimmen.
Ein im Stand der Technik bekanntes System für diesen Zweck ist im US-Patent US 5293645 A beschrieben. Gemäß diesem US-Patent senden eine Mehrzahl von Funkbasisstationen synchronisierte Zeitreferenzsignale. Ein Funkendgerät, dessen Position bestimmt werden soll, misst die relativen Laufzeiten zwischen den Zeitreferenzsignalen von mindestens drei Funkbasisstationen und meldet diese Messungen dem Landsystem. Ein Prozessor in dem Landsystem berechnet die Position der Mobilfunkendgeräte. Da heutige Mobilfunksysteme im Allgemeinen keine synchronisierten Funkbasisstationen aufweisen, weist das beschriebene Verfahren den Nachteil auf, dass es größerer Modifikationen der betroffenen Mobilfunksysteme bedarf. Stattdessen wäre ein Verfahren erstrebenswert, das keiner Synchronisation zwischen Funkbasisstationen bedarf. Das US-Patent erwähnt eine mögliche Ausführungsform, bei der Zeitreferenzsignale von Funkbasisstationen einen bekannten vordefinierten Zeitversatz aufweisen, jedoch synchronisiert werden. Allerdings wäre es vorzuziehen, überhaupt keinen Synchronisationsbedarf zu haben, um heutige Mobilfunklandsysteme in deren Ist-Zustand zu verwenden. Ein weiterer Nachteil des in dem US-Patent beschriebenen Verfahrens ist die Tatsache, dass das Melden von Messungen an das Landsystem und das Berechnen der geografischen Position von Mobilfunkendgeräten in dem Landsystem das einzige beschriebene Verfahren ist, während es erstrebenswert wäre, die Möglichkeit wählen zu können, die Positionsbestimmungsberechnung in dem Mobilfunkendgerät selbst durchzuführen.
Ein anderes im Stand der Technik bekanntes System ist das bestens bekannte Global Positioning System GPS, das sich mehrerer Satelliten zum Übertragen von Zeitreferenzsignalen bedient. Dieses hat den Vorteil, dass es nur Downlink-Informationsströme verwendet, wobei jedoch wie bei dem vorhin genannten US-Patent bei GPS die Signalquellen synchronisiert werden. Berechnungen werden in dem Mobilfunkendgerät durchgeführt.
Ein anderes im Stand der Technik bekanntes System ist in der veröffentlichten Patentanmeldung DE 44 09 178 A1 beschrieben. Diese Anmeldung lehrt, wie die geografische Position eines Mobilfunkendgerätes in dem Endgerät selbst ermittelt werden kann, durch Bestimmen der Entfernungen zu drei nahe gelegenen Funkbasisstationen in den Funkbasisstationen, durch Anwendung des Zeitabgleichs TA und durch Senden der Ergebnisse an das Endgerät, welches dann seine Position aus bekannten Positionen der Funkbasisstationen und zugeordneten Entfernungen berechnet. Auch andere alternative Verfahren werden genannt, jedoch nicht näher beschrieben.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Problem, dem sich die vorliegende Erfindung verstärkt widmet, ist, wie nicht synchronisierte Funkbasisstationen in heutigen Mobilfunksystemen zum Bestimmen der geografischen Position von Mobilfunkendgeräten verwendet werden können. Die heutigen Funkbasisstationen weisen leicht unterschiedliche Taktfrequenzen auf, und die Zeitnachrichten, die periodisch von den Funkbasisstationen ausgesandt werden, weisen dieselbe Dauer auf, sind jedoch relativ zu einander in der Zeit versetzt. Ferner schwanken auf Grund der leicht unterschiedlichen Frequenzen diese Versatzwerte langsam in Abhängigkeit von der Zeit.
Bin anderes Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung auseinandersetzt, ist, wie die geografische Position von Mobilfunkendgeräten ohne die Notwendigkeit von Uplink-Übertragungsströmen von diesen Mobilfunkendgeräten zu den Funkbasisstationen eines Funkkommunikationssystems, das unsynchronisierte Funkbasisstationen umfasst, bestimmt werden kann.
Bin anderes Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung auseinandersetzt, ist, wie die bedienende Funkbasisstation eines Mobilfunkendgerätes, dessen Position bestimmt werden soll, gefunden werden kann, da Mobilfunkendgeräte in einem Aufenthaltsbereich registriert sein können, der typischerweise 50 Funkbasisstationen umfasst, wodurch das Landsystem für Mobilfunkendgeräte im Idle-Mode keine Aufzeichnung der bedienenden Funkbasisstation aus den typischerweise 50 führt. Der zum Bestimmen der Position eines Mobilfunkendgerätes verwendete Algorithmus muss mindestens eine Funkbasisstation nahe dem Endgerät kennen, um zu entscheiden, welche mindestens drei Funkbasisstationen für den Positionsbestimmungsalgorithmus verwendet werden.
Noch ein anderes Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung auseinandersetzt, ist, wie die gewünschte Messgenauigkeit beim Bestimmen der Position eines Mobilfunkendgerätes erzielt werden kann. Die Genauigkeitsanforderung kann z.B. je nach Umgebung des zu ortenden mobilen Endgerätes unterschiedlich sein.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der geografischen Position von Mobilfunkendgeräten bereitzustellen, die sich in einem eingeschalteten Zustand (d.h. im Idle-Mode oder während eines Anrufs) in einem Bereich mit Funkempfang von mindestens drei Funkbasisstationen, die Zeitsignale auf dem Downlink zu übertragen, die nicht synchron sein müssen und dies im Allgemeinen nicht sind, befinden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der geografischen Position von Mobilfunkendgeräten wie in dem vorhergehenden Absatz angegeben bereitzustellen, welche jedoch neben den über den Downlink übertragenen Zeitsignalen Uplink- und Downlink-Nachrichten verwenden und die Berechnungen in einem Dienstknoten in dem Landsystem durchführen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der geografischen Position von Mobilfunkendgeräten wie in dem vorletzten Absatz angegeben bereitzustellen, welche jedoch neben den über den Downlink übertragenen Zeitsignalen nur Downlink-Übertragung von Nachrichten verwendet und die Positionsberechnungen in den Mobilfunkendgeräten durchführt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, um zunächst eine weniger genaue Bestimmung der Position eines Mobilfunkendgerätes durchzuführen, gefolgt von der Durchführung einer genaueren Positionsbestimmung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen einer unterschiedlichen Positionsbestimmungsgenauigkeit, die für unterschiedliche Anwendungen erforderlich ist, bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System, das ein erfindungsgemäßes Funkendgerät und einen erfindungsgemäßen Dienstknoten umfasst, bereit, um die beschriebenen Probleme beim Bestimmen der geografischen Position eines ersten Mobilfunkendgerätes durch Verwendung eines zweiten Funkendgerätes zu lösen, wobei die Positionen von Funkbasisstationen und des zweiten Funkendgerätes bekannt sind. Das erste und das zweite Funkendgerät messen die relativen Empfangszeiten zwischen den über den Downlink übertragenen Zeitsignalen, die von mindestens drei Funkbasisstationen empfangen wurden, und das zweite Funkendgerät sendet seine gemessenen relativen Empfangszeiten zu einem Dienstknoten in dem Netz, der diese zum Berechnen der Übertragungszeitversatzwerte der über den Downlink übertragenen Zeitsignale verwendet. Dann erfolgt die Berechnung der Position des ersten Mobilfunkendgerätes entweder in dem Dienstknoten in dem Netz oder in dem ersten Mobilfunkendgerät selbst, nachdem jeweils relative Empfangszeitmessungen von dem ersten Mobilfunkendgerät zu dem Dienstknoten gesendet bzw. Übertragungszeitversatzwerte und bekannte Positionen von dem Dienstknoten an das erste Mobilfunkendgerät rundgesendet wurden.
Bei einer Ausführungsform sind die berücksichtigten Funkendgeräte Standardfunkendgeräte in dem GSM-System (Global System for Mobile Communication). Das erste Mobilfunkendgerät synchronisiert sich selbst entsprechend der bedienenden Funkbasisstation, um jedwede Paging-Rufe zu empfangen, wenn es sich in dem Idle-Mode befindet, oder um auf einem Verkehrskanal zu kommunizieren, wenn es sich in dem Dedicated-Mode (d.h. im Konversationsmodus) befindet. In jeder der beiden Betriebsarten liest das erste Mobilfunkendgerät den Frequency Correction Channel FCCH und dann den Synchronisation Channel SCH von mindestens zwei anderen umliegenden Funkbasisstationen und empfangt dadurch ihre Identitäten, und das erste Mobilfunkendgerät liest auch aus seinem sogenannten Quarter-Bit-Counter QC die relativen Empfangszeiten relativ zu dem ersten Mobilfunkendgerät und daher relativ zu der bedienenden Funkbasisstation, entsprechend welcher das erste Mobilfunkendgerät synchronisiert ist. Das erste Mobilfunkendgerät meldet dann (Uplink) diese Identitäten und Messungen über die bedienende Funkbasisstation an einen Dienstknoten. Der Dienstknoten versucht, die Position des ersten Mobilfunkendgerätes mittels bekannter Funkbasisstationspositionen zu berechnen, wird jedoch die unbekannten relativen Übertragungszeitversatzwerte zwischen den über den Downlink übertragenen Zeitsignalen der Funkbasisstation als unbekannte Variable in dem Ergebnis haben. Diese unbekannten Variablen werden durch ein zweites Funkendgerät bestimmt, für welches die geografische Position bekannt ist. Das zweite Funkendgerät führt Messungen hinsichtlich derselben über den Downlink übertragenen Zeitsignale von denselben Funkbasisstationen durch und meldet die Messungen, wie dies das erste Mobilfunkendgerät tut.
Bei einer anderen Ausführungsform werden, wieder unter der Annahme des GSM-Systems, Messungen wie bei der vorhergehenden Ausführungsform durchgeführt, jedoch werden nur die Messungen, die durch das zweite Funkendgerät durchgeführt werden, an den Dienstknoten in dem Netz gemeldet (Uplink). Der Dienstknoten berechnet Übertragungszeitversatzwerte und sendet diese an einige der Funkbasisstationen und diese wiederum rundsenden sie samt Funkbasisstationsidentitäten und Zeitstempeln zu ersten Mobilfunkendgeräten durch Verwendung von, beispielsweise im GSM-System, Downlink-Infor mationen auf dem Cell Broadcast Channel CBCH oder einer System Information Message auf dem Broadcast Control Channel BCCH, um zu ermöglichen, dass die ersten Mobilfunkendgeräte deren Positionen selbst berechnen. Die Messungen der relativen Übertragungszeitversatzwerte werden zeitgestempelt, da sie eine Funktion der Zeit sind, da mindestens einige Funkbasisstationen nicht synchron sein sollen. Um die Notwendigkeit häufiger Messungen zu reduzieren, sieht die Erfindung vor, dass die ersten Ableitungen relativ zur Zeit der Übertragungszeitversatzwerte ebenfalls bestimmt und verwendet werden können. Dies ermöglicht, dass erste Mobilfunkendgeräte Übertragungszeitversatzwerte von der Zeit, zu der sie bestimmt wurden, zu der Zeit, zu der sie verwendet werden, extrapolieren können, um eine Position zu berechnen. Es ist bekannt, dass Funkendgeräte eine Uhr für das erforderliche Anzeigen verstrichener Zeit aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wiederholt das zweite Funkendgerät seine Messungen periodisch, zeitstempelt die Messung und fügt die Zeitstempel den Messungen hinzu, wenn es diese an den Dienstknoten sendet. Dadurch wird ermöglicht, dass der Dienstknoten die Genauigkeit der Positionsbestimmung durch Extrapolieren der Übertragungszeitversatzwerte auf die Ist-Zeit der Berechnung durch Verwendung ihrer ersten Ableitungen und der Zeit, die verstrichen ist, seit die Messungen vorgenommen wurden, verbessert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das zweite Funkendgerät (wie in 1 beispielhaft dargestellt ist) an dem Ort einer Funkbasisstation angeordnet, was die Erfassung geografischer Daten hinsichtlich der Position dieses zweiten Funkendgerätes verglichen mit dem Fall eines freistehenden zweiten Funkendgerätes vereinfacht.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Dienstknoten ein Knoten in dem drahtgebundenen Netz und führt die Berechnungen für eine Mehrzahl von Mobilfunkendgeräten durch. Er kann die berechneten Resultate an das erste Mobilfunkendgerät, d.h. das Endgerät, dessen Position bestimmt wurde, senden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das erfindungsgemäße Positionsbestimmungsverfahren auf Systeme mit oder ohne Synchronisation zwischen Funkbasisstationen angewandt werden kann, wodurch es auf heutige zelluläre Mobilfunksysteme anwendbar ist.
Ein anderer Vorteil ist, dass Hardwaremodifikationen weder in den Funkbasisstationen noch in den Funkendgeräten erforderlich sind, wenn eine Ausführungsform mit einem Dienstknoten in dem GSM-Landsystem berücksichtigt wird (GSM = Global System for Mobile Communication). Die auf Grund der Erfindung erforderliche Ergänzung ist lediglich in identischen Programmen zu finden, die in ein standardmäßiges GSM-Funkendgerät (das erste Mobilfunkendgerät), das die Bestimmung seiner Position durchführen möchte, und in ein standardmäßiges GSM-Funkendgerät, das als Referenzfunkendgerät (das zweite Funkendgerät) verwendet wird, herunterzuladen sind. Der an der Funktion beteiligte Dienstknoten ist eine sowohl hardwaremäßige als auch softwaremäßige Ergänzung. Zusätzliche Hardware kann auch verwendet werden, um die Auflösung des sogenannten Quarter Bit Counter QC, der später beschrieben wird, zu erhöhen, jedoch auf Kosten des Verlustes der Standardmäßigkeit des Funkendgerätes.
Bin weiterer Vorteil ist, dass das erfindungsgemäße Positionsbestimmungsverfahren während eines Anrufs oder im Idle-Mode gleich anwendbar ist. Dies kann in kritischen Situationen, beispielsweise einer Polizeiaktion, wichtig sein.
Noch ein weiterer Vorteil ist, dass Funkbasisstationen des eigenen Betreibers wie auch anderer Betreiber bei dem Ortungsvorgang verwendet werden können. Es können auch Dummy-Funkbasisstationen verwendet werden, die keinen Verkehr führen, jedoch einen Träger für die erforderliche Downlink-Steuerkanalfunktion aufweisen, wodurch die Genauigkeit lokal verbessert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass in Umgebungen wie einem Wald oder im Freien in innerstädtischen Bereichen oder irgendwo im Gebäudeinneren möglich ist, wo zum Beispiel die schwächeren Signale des zuvor genannten Global Positioning System GPS nicht empfangen werden können, die geografische Positionsbestimmung von Mobilfunkendgeräten möglich ist. Die Signale eines bodenbasierten Funksystems sind stärker als die Signale des satellitenbasierten GPS-Systems, und daher kann das erfindungsgemäße System in bewohnten Gegenden eine Alternative zu dem satellitenbasierten GPS-System darstellen.
Die Erfindung wird nunmehr mit Bezugnahme auf mehrere Ausführungsformen und die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Positionsbestimmungssystems in einem Funknetz.
2a ist ein Flussdiagramm für eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf das Positionsbestimmungssystem aus 1 anwendbar ist.
2b ist ein Flussdiagramm für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf das Positionsbestimmungssystem aus 1 anwendbar ist.
3 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Mobilfunkendgerätes.
4 ist ein Flussdiagramm für die Details eines Schritts "Messen bei MS1" im Flussdiagramm aus 2a, 2b.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm für die Details eines Messvorgangs, der in 4 dargestellt ist.
6 zeigt das mathematische Prinzip des Berechnens der Position eines Mobilfunkendgerätes.
7a zeigt schematisch einen Supermarktbereich mit zusätzlichen Funkbasisstationen, um eine verbesserte Positionsbestimmungsgenauigkeit vorzusehen.
7b zeigt schematisch einen innerstädtischen Bereich mit zusätzlichen Funkbasisstationen, um eine verbesserte Positionsbestimmungsgenauigkeit vorzusehen.
8 zeigt schematisch ein festes Funkendgerät, das aus einer Funkbasisstation vom Beacon-Typ besteht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt schematisch ein Positionsbestimmungssystem 100 in einem erfindungsgemäßen Funknetz. Das Netz weist eine Mehrzahl von Funkbasisstationen auf, von denen drei, BS1, BS2, BS3, dargestellt sind. Die Funkbasisstationen sind an ein drahtgebundenes Netz über Kommunikationsverbindungen angebunden, von denen nur eine 104 als gestrichelte Linie dargestellt ist, während ähnliche, nicht dargestellte Verbindungen auch von den Funkbasisstationen BS2 und BS3 zu dem drahtgebundenen Netz existieren, wobei das Netz beispielsweise aus einem Base Station Controller BSC und einem zugeordneten Mobile Services Switching Centre MSC bestehen kann, was als Block 105 dargestellt ist, der seinerseits an das Public Switched Telephone Network PSTN und an einen Dienstknoten 107 angebunden ist. Die gestrichelten Verbindungen 108 und 109 sind Trunk-Anbindungen.
In dem Dienstknoten 107 ist ein Prozessor 107a, der eine Empfangseinheit 107b, eine Speichereinheit 107c, eine Sendeeinheit 107d und eine erste 107e und eine zweite 107f Recheneinheit umfasst. Die erste Recheneinheit 107e berechnet Übertragungszeitversatzwerte der Zeitsignale, die durch die Funkbasisstationen über den Downlink übertragen werden. Die zweite Recheneinheit 107f berechnet die Position von Mobilfunkendgeräten. Die Speichereinheit 107c speichert die bekannten Positionen von Funkbasisstationen und festen Funkendgeräten. Die Empfangseinheit 107b und die Sendeeinheit 107d sorgen für die Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten Funkendgerät MS1, MS2 mittels Short Message Service SMS, das Durchschnittsfachleuten bekannt ist. Diese Kommunikation umfasst Messergebnisse, die durch die Funkendgeräte bereitgestellt werden, Anforderungen durch den Dienstknoten an die Endgeräte und umgekehrt, Übertragungszeitversatzwerte und Positionsergebnisse, die durch den Dienstknoten 107 zu den Endgeräten MS1 geliefert werden, wie aus den Flussdiagrammen aus 2a, 2b und 4 hervorgeht. 1 betrifft eine Implementierung in dem Global System for Mobile Communication GSM, wobei jedoch das drahtgebundene Netz alternativ dazu aus Funkbasisstationen bestehen kann, die direkt an das PSTN und einen Dienstknoten angebunden sind, wie es bei einem Mobilfunk-Landsystem der Fall wäre.
1 zeigt auch ein erstes Mobilfunkendgerät MS1, dessen Position zu berechnen ist, und ein zweites Funkendgerät MS2, dessen Position bekannt ist, zum Beispiel indem es in den Berechnungen gemäß der vorliegenden Erfindung an einer der Funkbasisstationen angeordnet wird, da die Positionen der Funkbasisstationen ohnehin bekannt sind.
1 zeigt auch Funkverbindungen 113, 114, 115 als durchgezogene Linien, die dem Mobilfunkendgerät MS1 und den drei Funkbasisstationen zugeordnet sind, sowie Funkverbindungen 116, 117, 118 als durchgezogene Linien, die dem Funkendgerät MS2 und den drei Funkbasisstationen zugeordnet sind. Die Tatsache, dass die Verbindung 118 als einzige Funkverbindung mittels zweier Pfeile als bidirektional dargestellt wurde, gibt an, dass MS2 stets eine Uplink-Verbindung aufweisen muss, um seine Messungen zu melden, während alle anderen Funkverbindungen als bloße Downlink-Verbindungen dargestellt sind. Gesetzt den Fall, dass die Berechnungen zum Bestimmen der Position des Mobilfunkendgerätes MS1 zum Teil in MS1 selbst durchgeführt werden, besteht keine Notwendigkeit, dass MS1 Uplink-Verbindungen aufweisen muss. Wenn jedoch die Berechnungen zur Gänze in dem Dienstknoten 107 durchgeführt werden, benötigt auch MS1 eine Uplink-Verbindung (Pfeil nicht dargestellt), um seine Messungen dem Dienstknoten 107 zu melden.
2a und 2b zeigen Flussdiagramme, welche das erfindungsgemäße Verfahren Schritt für Schritt erläutern, wobei auf das Blockdiagramm aus 1 Bezug genommen wird. 2a bezieht sich auf den Fall, wobei alle Berechnungen zentral in einem Dienstknoten 107 durchgeführt werden, während sich 2b auf den Fall bezieht, wobei das Mobilfunkendgerät MS1, dessen Position bestimmt werden soll, die Positionsbestimmungsberechnungen selbst durchführt.
2a ist ein Flussdiagramm für eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf das Positionsbestimmungssystem aus 1 anwendbar ist. In Schritt 211 aus 2a wird eine Identifizierung einer Funkbasisstation, die das Mobilfunkendgerät MS1 bedient, durchgeführt. Ein Teilnehmer mit dem Mobilfunkendgerät MS1 hat zuvor eine Nachricht an den Dienstknoten 107 gesendet, der als ein Berechnungspunkt des Positionsbestimmungssystems dient, beispielsweise durch Verwendung des Short Message Service SMS, das in dem Global System for Mobile Communication GSM verfügbar ist. In der Nachricht ist eine Anforderung an das Positionsbestimmungssystem enthalten, um Positionsbestimmungsinformationen des Mobilfunkendgerätes MS1 bereitzustellen und um diese Informationen periodisch für MS1 bereitzustellen, beispielsweise 24 Stunden lang einmal pro Stunde, da der Teilnehmer vorhat, eine große Entfernung mit dem Auto zurückzulegen und regelmäßig seine aktuelle Position wissen möchte. Er/Sie lässt das Mobilfunkendgerät MS1 eingeschaltet, um den Positionsbestimmungsdienst zu empfangen. Wenn sich das Mobilfunkendgerät MS1 in einem Idle-Mode befindet, wenn die Positionsbestimmung durchgeführt wird, wird die bedienende Funkbasisstation in vielen Mobilfunksystemen dem Landsystem nicht bekannt sein, da die einzelne bedienende Funkbasisstation oft durch das Mobilfunkendgerät ausgewählt, jedoch nicht dem Landsystem gemeldet wird. Der Zweck des Auswählen und Mithörens bei einer bedienenden Funkbasisstation durch das Mobilfunkendgerät im Idle-Mode ist zu ermöglichen, dass das Landsystem das Mobilfunkendgerät im Fall eines kommenden Anrufs kontaktieren kann, was zu einem Funkruf führt. Ein Funkruf erfolgt jedoch oft durch Pagen des gewünschten Endgerätes in einem gesamten Aufenthaltsbereich mit typischerweise 50 Funkbasisstationen, wie vorhin erwähnt wurde, und die bedienende Funkbasisstation ist beim Pagen nicht bekannt. Allerdings muss das Positionbestimmungssystem die Identität der bedienenden Funkbasisstation kennen, um Messungen von dem Mobilfunkendgerät MS1 anzufordern und um anzugeben, welche umliegenden Funkbasisstationen in die Messungen einzubeziehen sind. Der Dienstknoten 107 wird daher durch Senden einer ersten Nachricht an das Mobilfunkendgerät MS1 über den Short Message Service SMS, in der dieses angewiesen wird, eine angegebene Menge von Frequenzen abzusuchen, die zu diesem Suchlauf zugehörigen Signalstärkemessungen durchzuführen, die Ergebnisse per SMS-Nachricht an den Dienstknoten zu melden und auch die Identität der bedienenden Funkbasisstation in die Nachricht einzubinden, die stündlichen Messungen dieser Ausführungsform beginnen. Das Mobilfunkendgerät MS1 ist programmiert, um diese Anforderung zu beantworten, ohne dass der Teilnehmer dessen gewahr ist, d.h. es erfolgt keine Warnmeldung. Zumal er diese Identität kennt, wird der Dienstknoten 107 die anderen Funkbasisstationen und das/die (jene/s) Funkendgerät(e) MS2, das/die an den (Zeit-)Messungen teilnehmen soll(en), auswählen. Eine Anforderung zum Messen und Melden der Messungen wird dann durch eine zweite SMS-Nachricht an das Funkendgerät MS1 und an das/die Endgerät(e) MS2 übertragen. Die durch das/die Endgerät(e) MS2 durchgeführten Messungen werden entweder auf einer vorgegebenen periodischen Basis durchgeführt und gemeldet, oder sie erfolgen ereignisgesteuert auf Anforderung von dem Dienstknoten 107.
In Schritt 212 und 213 synchronisiert sich das Funkendgerät MS2 entsprechend seinen bedienenden Funkbasisstationen BS1, misst die relativen Empfangszeiten der über den Downlink 116, 117 übertragenen Zeitsignale, wenn sie durch MS2 empfangen werden. Die Details dieser Schritte werden weiter unten mit Bezugnahme auf 4 erläutert.
In Schritt 214 sendet das Funkendgerät MS2 die relativen Empfangszeiten von BS2 und BS3 bezogen auf die Empfangszeit von BS1 sowie die Identitäten der Funkbasisstationen BS1, BS2, BS3 und die Rahmennummern, die auf dem Synchronisation Channel SCH von BS1, BS2, BS3 gelesen werden, an den Dienstknoten 107. In einem Mobilfunketz können viele Funkendgeräte MS2 vorliegen, welche sich die Arbeit der Schritte 212, 213, 214 teilen. Es auch möglich, Messungen zu wiederholen und Ergebnisse zu mitteln, um die Genauigkeit zu erhöhen.
In Schritt 215 berechnet der Dienstknoten 107 die Übertragungszeitversatzwerte der Funkbasisstationen BS2 und BS3 relativ zu BS1 und trägt die Ergebnisse unter den entsprechenden Identitäten ein. Dies erfolgt durch Subtraktion jener Zeit, die benötigt wird, dass sich das Signal von der jeweiligen Funkbasisstation zu dem Funkendgerät MS2 fortbewegt, von den gemessenen relativen Empfangszeiten, d.h. durch Subtraktion des bekannten Abstandes zwischen der Funkbasisstation und dem Funkendgerät MS2, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit. Dies wird anhand der Besprechung von 5 und 6 klar zu verstehen sein.
In Schritt 222, 223 führt das Mobilfunkendgerät MS1 analog Schritt 212, 213 die Messungen durch, die durch den Dienstknoten 107 in Schritt 211 angefordert wurden, d.h. es misst die relativen Empfangszeiten der Funkbasisstationen BS1, BS3 im Vergleich mit seiner bedienenden Funkbasisstation BS2.
In Schritt 224a sendet das Mobilfunkendgerät MS1 analog Schritt 214 die in Schritt 223 durchgeführten Messungen an den Dienstknoten 107.
In Schritt 225a berechnet der Dienstknotenprozessor 107a mit seinem Programm die Position des Mobilfunkendgerätes MS1, wie mit Bezugnahme auf 5 und 6 näher erläutert wird.
In Schritt 226 überprüft der Dienstknoten 107, ob eine Genauigkeitsbedingung erfüllt wird. Ist dies der Fall (J), so wird in Schritt 227a das Ergebnis der Berechnungen auf einer Ausgabevorrichtung des Dienstknotens 107 dargestellt oder an das Mobilfunkendgerät MS1 zur Anzeige gesendet, beispielsweise auf einer Flüssigkristallanzeige.
Wenn stattdessen die Genauigkeit für nicht ausreichend befunden wird (N), wählt der Dienstknoten 107 einen neuen Satz von Funkbasisstationen. Diese Auswahl kann Funkbasisstationen, die dem Mobilfunkendgerät MS1 näher sind, oder einige Funkbasisstationen, die untereinander synchronisiert sind, oder eben nur einige weitere Funkbasisstationen umfassen. Dann werden die Schritte beginnend mit Schritt 212 wiederholt. Bei Verwendung der Möglichkeit, einige Funkbasisstationen synchronisiert auszuführen, werden die Berechnungen vereinfacht, da die festen Funkendgeräte MS2 vorzugsweise an den Orten dieser synchronisierten Funkbasisstationen angeordnet werden können, wodurch Funkendgeräte MS2 diese Funkbasisstationen als bedienende Funkbasisstationen verwenden und daher auch untereinander synchron werden.
2b ist ein Flussdiagramm für eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens, die auf das Positionsbestimmungssystem am 1 anwendbar ist.
Die Schritte 212 bis 215 und 222, 223 sind mit den entsprechenden Schritten am 2a identisch, während die anderen Schritte am 2b nachstehend erläutert werden.
In Schritt 216 werden Informationen, die zum Berechnen von Positionen von Mobilfunkendgeräten erforderlich sind, auf Kanälen von Funkbasisstationen rundgesendet, um unabhängige Berechnungen in den Mobilfunkendgeräten zu ermöglichen. Nicht alle Informationen werden auf allen Funkbasisstationen rundgesendet, sondern nur die in einer berücksichtigten geografischen Region zweckdienlichen Informationen werden auf einigen ausgewählten Funkbasisstationen der Region rundgesendet. Diese ausgewählten Funkbasisstationen sind diejenigen, die beim Durchführen der Positionsbestimmung als bedienende Funkbasisstationen verwendet werden. Die rundgesendeten Informationen umfassen Identitäten und Positionen von nahen Funkbasisstationen, die als Bezugspunkte für das Positionsbestimmungsverfahren von Nutzen sind, sowie zugehörige berechnete Übertragungszeitversatzwerte, optional auch Zeitstempel, die angeben, wenn die Übertragungszeitversatzwerte gültig waren. Die rundgesendeten Informationen werden periodisch über den Downlink auf den ausgewählten Funkbasisstationskanälen wiederholt und von Zeit zu Zeit, beispielsweise alle fünf Minuten, hinsichtlich der Übertragungszeitversatzwerte aktualisiert. In Schritt 221 werden die rundgesendeten Informationen durch ein Mobilfunkendgerät MS1, das eine unabhängige Positionsbestimmung durchführen möchte, empfangen. In dem Fluss gibt es keine Verbindung zwischen den Schritten 216, 221, was anzeigt, dass der Empfang gegebenenfalls optional ist. Das Mobilfunkendgerät MS1 ist von dem Typ mit einem Zusatzgerät 370, wie es für 3 beschrieben wird, und die empfangenen Informationen werden in dem Zusatzgerät gespeichert.
In Schritt 224b werden die Messungen, die durch das Mobilfunkendgerät MS1 in Schritt 223 durchgeführt wurden, zu dem Zusatzgerät 370 übertragen, und in Schritt 225b wird die Position des Mobilfunkendgerätes MS1 aus diesen Messungen von Schritt 223 und den in Schritt 221 empfangenen Informationen berechnet. In Schritt 227b wird das berechnete Ergebnis auf der Flüssigkristallanzeige des Mobilfunkendgerätes MS1 angezeigt, und es wird ein Piepston ausgegeben, um die Aufmerksamkeit des Teilnehmers zu erwecken.
3 ist ein Blockdiagramm, welches ein Funkendgerät 300 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei einer Ausführungsform dieses Endgerätes ist die Hardware die nicht modifizierte Hardware eines von Ericsson hergestellten Mobilfunk-Handendgeräts, beispielsweise das GH337 oder CH337 oder PH337, wobei es sich um Endgeräte handelt, die für die GSM-Norm im 900 MHz-Frequenzband oder für mit GSM verwandte Normen in den 1900 MHz- und 1800 MHz-Frequenzbändern ausgelegt wurden. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Erfindung zwei neue Programme, die in den Speicher des Funkendgeräts geladen werden. Die zwei erfindungsgemäßen Programme sind das Quarter Bit Counter Program QCP 351 und das Short Message Service Program SMSP 352. Das Quarter Bit Counter Program liest den Quarter Bit Counter QC 351a, der standardmäßig in Block 350 der Mobilfunkendgeräte GH337 oder CH337 oder PH337 verfügbar ist, und liest auch die Basisstationsidentität und die Rahmennummer auf dem Synchronisation Channel SCH, der über die Antenne 310, den Empfänger 330 und den Signalprozessor 340 empfangen wird.
Das Mobilfunkendgerät 300 weist eine Antenne 310 auf. Ein Sender 320 ist mit der Antenne 310 verbunden und ist an einen Signalprozessor 340 angeschlossen und wird durch diesen gesteuert, was anrufbezogene Funktionen betrifft, und ist mit dem erfindungsgemäßen Programm SMSP 352 verbunden und wird durch dieses gesteuert, was abgehende SMS-Nachrichten, die mit der Positionsbestimmungsfunktion zu tun haben, betrifft. Analog dazu ist ein Empfänger mit der Antenne verbunden und wird in Zeitmultiplex gemeinsam mit dem Sender verwendet. Der Empfänger 330 ist an die Signalprozessoreinheit 340 angeschlossen und wird durch diese gesteuert, was anrufbezogene Funktionen betrifft, und ist mit dem erfindungsgemäßen Programm SMSP 352 verbunden und wird durch dieses gesteuert, was kommende SMS-Nachrichten betrifft. Die Blöcke 320 und 330 umfassen auch Funkeinrichtungen zum Modulieren und Demodulieren sowie Entzerrer.
Die Signalprozessoreinheit 340 umfasst Kanalcodieren, Kanaldecodieren und Signalverarbeitung von Sprache, sowohl in einer kommenden als auch in einer gehenden Richtung. Die Signalprozessoreinheit 340 ist auch an ein Mikrophon und einen Telefonempfänger in Block 341 und an die Steuerlogik 350 angeschlossen. Diese Steuerlogik ist ihrerseits an den Block 352, der das erfindungsgemäße Programm SMSP enthält, und an einen I/O-Block 353, der die Signale für Tastaturen und Anzeigefenster in Block 360 adaptiert, angeschlossen. Die Modifizierung des Funkendgerätes gemäß der Erfindung wird zum Teil in Form eines Programms 351 in der Steuerlogik 350 realisiert, und dieses Programm wurde zuvor als Quarter Bit Counter Program QCP bezeichnet.
Zu der in 2b beschriebenen Ausführungsform gehört ein getrennter Abschnitt 370 an dem oberen Ende von 3, der ein Prozessor- und Positionsbestimmungsprogramm 371 und einen I/O-Block 372 umfasst. Der getrennte Abschnitt 370 ist ein Rechenknoten dieser Ausführungsform, der einen Teil der Rechenfunktion aufweist, die auf das Mobilfunkendgerät selbst dezentralisiert wurde. Es ist möglich, diesen Rechenknoten in oder nahe dem Funkendgerät MS1, dessen Position zu bestimmen ist, anzuordnen, wie es im Fall eines Funkendgerätes in dem bereits zuvor genannten satellitenbasierten General Positioning System GPS geschieht. Bei der vorliegenden dezentralisierten Ausführungsform wird durch die Erfindung ein Zusatzgerät 370 vorgesehen, das entweder von dem Mobilfunkendgerät 300 körperlich getrennt oder damit integriert ist. Das Positionsbestimmungsprogramm in dem Block 371 ist mit dem Short-Message-Service-Programmblock SMSP und mit dem Messprogrammblock QCP verbunden. Die Messungen können von dem Abschnitt 370 durch manuelle Eingabe der gewünschten Anweisungen am I/O-Block 372 in Auftrag gegeben werden. Diese dezentralisierte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform, die nur einen Rechenknoten in dem drahtgebundenen Netz aufweist, durch die Tatsache, dass der Short-Message-Service-Programmblock SMSP über den Empfänger 330 und die Antenne 310 nur Downlink-SMS-Nachrichten handhabt, die von dem Dienstknoten 107 über die bedienenden Funkbasisstationen BS2 kommen. Der Block 352 empfängt diese Downlink-Nachrichten und leitet sie zu Block 371 weiter.
4 ist ein Flussdiagramm für die Details einer Messung, die den Schritten 212, 213 und 222, 223 entspricht, welche in den Ausführungsformen aus 2a und 2b durch das Funkendgerät 300 in der Rolle als MS1 oder MS2 durchgeführt werden. 5 zeigt den dem Flussdiagramm aus 4 zugeordneten zeitlichen Ablauf. Der Fluss aus 4 wird nunmehr unter Betrachtung von Synchronisierung 222 und Messung 223 beschrieben, die in dem Fluss aus 2a durch das Mobilfunkendgerät MS1 durchgeführt werden. Der Start erfolgt durch den Dienstknoten 107, der anfordert, dass Messungen durch das Mobilfunkendgerät MS1 durchgeführt werden, wobei diese Messungen in MS1 die relativen Empfangszeiten der Funkbasisstation BS1 und BS3 relativ zu der bedienenden Funkbasisstation BS2 bestimmen. Bei einer Implementierung mit der GSM-Norm erfolgen diese Messungen wie nachstehend beschrieben. Wenn das Mobilfunkendgerät MS1 eingeschaltet wird, sucht es die Steuerkanalfrequenzen der umliegenden Funkbasisstationen ab und verbindet sich mit der stärksten, im Fall von 1 mit BS2, welche dadurch die bedienende Funkbasisstation wird. Das Mobilfunkendgerät synchronisiert sich dann in Schritt 401 entsprechend der bedienenden Funkbasisstation BS2, was durch Rücksetzen des Zählers QC in dem Mobilfunkendgerät MS1 am Beginn eines (Zeitschlitzes T0 eines) Rahmens von BS2 implementiert werden kann. Zu diesem Zeitpunkt speichert das Programm QCP 351 in Schritt 402 den Wert Nq des Zählers QC in dem Mobilfunkendgerät MS1. Der Wert Nq kann für die Berechnungen erforderlich sein, falls mehr als eine bedienende Funkbasisstation an dem Algorithmus zur Positionsbestimmung des Mobilfunkendgerätes MS beteiligt ist, wobei die Differenz zwischen den jeweiligen Nq-Werten, die in dem Mobilfunkendgerät MS1 gespeichert sind, ermöglicht, den zeitlichen Ablauf der mehr als einen bedienenden Funkbasisstation miteinander in Bezug zu setzen. Die Details des Synchronisierungsvorgangs, umfassend den Quarter Bit Counter QC und dessen Funktion, können in der ETSI/GSM-Empfehlung 05.10/1 bis 05.10/6 von Version 3.5.0 nachgelesen werden.
In 5 ist der Wert Nq als die Zeit 503 dargestellt. Ein Rahmen weist 8 Zeitschlitze T0-T7 auf, und die Dauer eines Rahmens ist als die Zeit 501 dargestellt. Die Handlung des Synchronisieren des Mobilfunkendgeräts MS1 entsprechend der Funkbasisstation BS2 ist in 5 mit der Bezugszahl 511 dargestellt, wobei die Zeitverschiebung Nq 503 angegeben ist, was dem Rücksetzen des QC-Zählers in MS1 entspricht.
In Schritt 403 liest das Mobilfunkendgerät MS1, das nunmehr mit der bedienenden Funkbasisstation BS2 synchronisiert ist, den Frequency Correction Channel FCCH und den Synchronising Channel SCH von BS2. Das Lesen erfolgt genauer gesagt auf Zeitschlitz T0, der unter anderem die oben genannten logischen Kanäle FCCH und SCH führt. Das Lesen umfasst die Identität der Funkbasisstation BS2-ID und der Rahmennummer FR-NR. Die Rahmennummer FR-NR wird ansonsten in Verbindung mit Verschlüsselung verwendet, jedoch ermöglicht sie, was die vorliegende Erfindung betrifft, das Überwachen, wenn etwas Ungewöhnliches stattfindet, beispielsweise ein Neustart einer Funkbasisstation, was Messungen nutzlos macht, wenn diese die Zeit vor und nach einem derartigen Ereignis mit einbeziehen. Derartige Messungen werden durch den Positionsbestimmungsalgorithmus verworfen, wenn dies auf Grund der Rahmennummer FR-NR angebracht ist.
In Schritt 405 führt das Mobilfunkendgerät MS1 die in Schritt 402, 403 beschriebenen Messungen durch, jedoch beispielsweise für die Funkbasisstation BS3 und nicht für BS2. Da sich allerdings die Startzeit eines Rahmens, der von BS3 empfangen wird, von der Startzeit eines Rahmens, der von BS2 empfangen wird, unterscheidet, erfolgt eine zusätzliche Messung in Schritt 405, die in Schritt 403 nicht durchgeführt wurde. Diese Messung der relativen Empfangszeit von BS3 relativ zu BS2 wird in MS1 mittels des vorhin genannten Quarter Bit Counter QC gemessen, welcher von 0-4999 zählt, beginnend und endend bei den Rahmengrenzen der Mobilfunkstation MS1 und gelesen werdend zu dem Zeitpunkt der empfangenen Rahmengrenze von BS3. Da in Schritt 401 MS1 entsprechend BS2 synchronisiert wurde, ist der beschriebene gelesene Zählerwert Nq des QC-Zählers die relative Empfangszeit von BS3 relativ zu BS2.
In Schritt 406 wird Lesen der Funkbasisstationsidentität BSn-ID und der Rahmennummer FR-NR auf ähnliche Weise durchgeführt wie in Schritt 403, jedoch diesmal für die Funkbasisstation BS3. In Schritt 407 wird eine Entscheidung getroffen, ob auf mehr Funkbasisstationen, beispielsweise auf BS1, gemessen werden soll und, wenn ja, kehrt der Fluss zu Schritt 405 zurück, während andernfalls der Fluss endet.
In 5 ist der zeitliche Ablauf der Funkbasisstation BS3 mit der Bezugszahl 517 und der zeitliche Ablauf der Funkbasisstation BS1 mit der Bezugszahl 515 bezeichnet, wobei die gemessene relative Empfangszeit zwischen BS2 und BS3 mit 507 bezeichnet ist und die gemessene relative Empfangszeit zwischen BS2 und BS1 mit 505 bezeichnet ist.
Das oben beschriebene Messverfahren findet in dem Idle-Mode oder sogar in dem Dedicated-Mode, d.h. mit oder ohne einem laufenden Anruf, statt. Dies ist möglich, da bei GSM alle 26 Rahmen ein sogenannter Idle-Zeitschlitz vorgesehen ist, der es ermöglicht, Zeitmessungen hinsichtlich anderer Funkbasisstationen als der bedienenden Funkbasisstation auch während eines Anrufs durchzuführen.
Was Details des GSM-Systems angeht, wird auf die Normvorschrift Global System for Mobile communication (GSM), welche durch das European Telecommunication Standards Institute ETSI genormt wurde, und auf das Buch: The GSM System for Mobile Communication, von Michel Mouly und Marie Bernadette Pautet (Internationale Standardbuchnummer 2-9507190-0-7), verwiesen.
6 veranschaulicht das mathematische Prinzip des Berechnen der Position eines Mobilfunkendgerätes MS1, das in der Mitte des Dreiecks angeordnet ist. Die Positionen von und die Entfernungen zwischen den Funkbasisstationen BS1, BS2, BS3 sind bekannt und in der Figur als G, H und I bezeichnet. Die relativen Empfangszeiten BS1 relativ zu BS2 und BS3 relativ zu BS2 wurden durch das Mobilfunkendgerät MS1 gemessen und an den Dienstknoten gemeldet. Die entsprechenden Messungen durch ein festes Funkendgerät MS2 wurden verwendet, um die Übertragungszeitversatzwerte zwischen den Funkbasisstationen zu berechnen. Der Abstand F in 6 kann als Lichtgeschwindigkeit multipliziert mit der relativen Empfangszeit an dem Mobilfunkendgerät MS1 zwischen der Funkbasisstation BS3 und der bedienenden Funkbasisstation BS2 interpretiert werden, wenn diese Funkbasisstationen synchron gewesen wären. Da sie dies nicht sind (der Normalfall), wird der Übertragungszeitversatz von BS3 relativ zu BS2 verwendet, um F zu berechnen, indem zunächst der Übertragungszeitversatz von der relativen Empfangszeit subtrahiert wird. E wird auf analoge Weise berechnet.
Mathematisch bringt der Algorithmus den cos-Satz zur Anwendung, wie im Folgenden mit Bezugnahme auf 6 erläutert wird.
Bekannte Parameter: G, H, I, E, F. Zu berechnen: D
Mittels bekannter numerischer Verfahren zu lösende Gleichungen: Winkel A + B + C = 360 Grad (1) H**2 = D**2 + (D + F)**2 – 2D(D + F) cos B (2) G**2 = D**2 + (D + E)**2 – 2D(D + E) cos C (3) I**2 = (D + E)**2 + (D + F)**2 – 2(D + E)(D + F) cos A (4)
7a zeigt schematisch einen Supermarktbereich mit zwei normalen Funkbasisstationen 701, die durch die Besucher des Marktes für Mobilfunktelefonanrufe genutzt werden können. Darüber hinaus sind 14 zusätzliche Funkbasisstationen 702 vom Beacon-Typ vorhanden, die in der Lage sind, Downlink-Signalling nur auf sogenannten Beacon-Kanälen durchzuführen. Diese Funkbasisstationen wurden lediglich vorgesehen, um eine genauere Positionsbestimmung zu ermöglichen, und haben keine mit Telefonverkehr in Zusammenhang stehende Funktion. Der Teilnehmer, dessen Position bestimmen werden soll und der ein Mobilfunk-Handendgerät MS1 hat, wurde mit 703 bezeichnet, und die beiden festen Mobilfunkendgeräte MS2 wurden mit 704 bezeichnet.
7b zeigt schematisch einen innerstädtischen Bereich mit zwei normalen Funkbasisstationen 711, die für Mobilfunktelefonanrufe verwendet werden können. Darüber hinaus sind 8 zusätzliche Funkbasisstationen 712 vom Beacon-Typ vorhanden, die in der Lage sind, Downlink-Signalling nur auf Beacon-Kanälen durchzuführen. Diese Funkbasisstationen wurden bereitgestellt, bloß um eine genauere Positionsbestimmung zu ermöglichen, und haben keine mit Telefonverkehr in Zusammenhang stehende Funktion. Der Teilnehmer, dessen Position bestimmt werden soll und der ein Auto- und Hand-Mobilfunkendgerät MS1 hat, wurde mit 713 bezeichnet, und die beiden festen Mobilfunkendgeräte MS2 wurden mit 714 bezeichnet.
7a und 7b zeigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Genauigkeit durch Bereitstellen zusätzlicher Funkbasisstationen, die nur zu Downlink-Signalling in der Lage sind, d.h. von denen jede nur einen sogenannten Beacon-Kanal aufweist, verbessert wird. Diese Ausführungsformen unterscheiden sich von den zuvor beschriebenen, bei denen verbesserte Genauigkeit durch Iteration in dem Positionsbestimmungsalgorithmus erzielt wird, während die verbesserte Genauigkeit der Ausführungsformen 7a und 7b durch Erhöhen der Funkbasisstationsdichte erreicht wird. Erläuternde Informationen zu Beacon-Kanälen können beispielsweise dem vorhin genannten Buch von Mouly und Pautet entnommen werden.
8 zeigt schematisch ein festes Funkendgerät 300 von demselben Typ wie in 3 mit einem Zusatzgerät 801, der aus einer Funkbasisstation vom Beacon-Typ besteht. Die geografische Position des Funkendgerätes 300 wird vorzugsweise auf einer Landkarte bestimmt, jedoch ist es alternativ dazu auch möglich, das früher für Mobilfunkendgeräte beschriebene Positionsbestimmungsverfahren zu verwenden, um die Position zu bestimmen. Das feste Funkendgerät 300 steuert die Funkbasisstation vom Beacon-Typ, kann jedoch darüber hinaus als festes Funkendgerät MS2 zum Bestimmen von Übertragungszeitversatzwerten von umliegenden Funkbasisstationen verwendet werden.
Das Zusatzgerät 801 ist eine elementare Funkbasisstation, die in der Lage ist, periodische Zeitsignale über den Downlink auf einem Frequenzkanal vom Beacon-Typ zu senden, dessen Frequenz durch eine Nachricht angewiesen wird, die durch das feste Funkendgerät 300 empfangen und an den Prozessor 802 in dem Zusatzgerät 801 übertragen wird, wo die Nachricht gespeichert, interpretiert und durch Einstellen der in der Anweisung enthaltenen Beacon-Frequenz in dem Sender 803 ausgeführt wird. Eine Antenne 804 überträgt den Beacon-Kanal. Die Schnittstelle zwischen dem Funkendgerät 300 und dem Zusatzgerät 801 ist dieselbe wie die in 3 dargestellte, und dasselbe Programm SMSP 352 wird für die Kommunikation zwischen dem Funkendgerät 300 und dem Zusatzgerät 801 und zum Kommunizieren mit dem Netz verwendet. Die Anweisungen kommen von dem Dienstknoten 107 in dem Netz und werden durch den Betreiber des Positionsbestimmungssystems in den Dienstknoten eingegeben. Es ist Durchschnittsfachleuten bekannt, wie die genannte Funkbasisstation 801 und deren Elemente implementiert sind, und demnach werden keine weiteren Details beschrieben.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Rahmens der beiliegenden Ansprüche variieren.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer geografischen Position eines ersten Mobilfunkendgerätes (MS1) in einem Mobilfunksystem (100), das mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3), mindestens ein zweites Funkendgerät (MS2) an einer festen Position und einen Dienstknoten (107), in dem die bekannten Positionen der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) und des mindestens einen zweiten Funkendgeräts (MS2) gespeichert sind, umfasst, umfassend die folgenden Schritte: Synchronisieren (212) des zweiten Funkendgerätes (MS2) entsprechend über den Downlink übertragenen Zeitsignalen (118), die von einer ersten (BS1) der mindestens drei Funkbasisstationen empfangen werden; Messen (213) relativer Empfangszeiten der über den Downlink (116, 117) übertragenen Zeitsignale, die von den übrigen Funkbasisstationen (BS2, BS3) empfangen wurden, an dem zweiten Funkendgerät (MS2), während auch die Identität der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) gelesen wird; Senden (214) der relativen Empfangszeiten, die an dem zweiten Funkendgerät (MS2) gemessen werden, und der zugeordneten Funkbasisstationsidentitäten an den Dienstknoten (107); Berechnen (215) von Übertragungszeitversatzwerten der über den Downlink (116, 117) übertragenen Zeitsignale aus den relativen Empfangszeiten und den bekannten Positionen (BS1, BS2, BS3, MS2) an dem Dienstknoten (107); wobei das Verfahren ferner entweder die Schritte des: Synchronisieren (222) des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1) entsprechend über den Downlink (115) übertragenen Zeitsignalen, die von einer beliebigen (BS2) unter den mindestens drei Funkbasisstationen empfangen wurden; Messen (223) relativer Empfangszeiten der über den Downlink (113, 114) übertragenen Zeitsignale, die von übrigen Funkbasisstationen (BS1, BS3) empfangen wurden, an dem ersten Mobilfunkendgerät (MS1), während auch die Identität der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) gelesen wird; Sendens (224a) der relativen Empfangszeiten, die an dem ersten Mobilfunkendgerät (MS1) gemessen werden, und zugeordneter Funkbasisstationsidentitäten an den Dienstknoten (107); Berechnen (225a) der Position des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1) aus den gespeicherten Positionen (BS1, BS2, BS3, MS2) und aus Messungen und Identitäten, die von dem ersten (MS1) und dem zweiten (MS2) Funkendgerät zu dem Berechnungspunkt (107) gesendet werden, an dem Dienstknoten (107); oder die Schritte des: Rundsendens (216) der bekannten Positionen von mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) und der entsprechenden Übertragungszeitversatzwerte, die im vorhergehenden Schritt des Berechnen (215) bereitgestellt wurden; Empfangen (221) der bekannten Positionen und entsprechenden Übertragungszeitversatzwerte des vorhergehenden Schritts des Rundsendens (216) in einem Zubehörteil (370) des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1); Synchronisieren (222) des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1) entsprechend über den Downlink (115) übertragenen Zeitsignalen, die von einer beliebigen (BS2) unter den mindestens drei Funkbasisstationen empfangen wurden; Messen (223) relativer Empfangszeiten der über den Downlink (113, 114) übertragenen Zeitsignale, die von übrigen Funkbasisstationen (BS1, BS3) empfangen wurden, an dem ersten Mobilfunkendgerät (MS1), während auch die Identität der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) gelesen wird; Übertragens (224b) der relativen Empfangszeiten, die an dem ersten Funkendgerät (MS1) gemessen werden, und der zugeordneten Funkbasisstationsidentitäten an das Zubehörteil (370) des ersten Funkendgerätes (MS1); Berechnens (225b) der Position des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1) aus den Informationen, die in den Schritten des Empfangens (221) und des Übertragens (224b) bereitgestellt wurden, in dem Zubehörteil (370), umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die folgenden zusätzlichen Schritte: Wiederholen in Zeitabständen des Schrittes des Messens (213) der relativen Empfangszeiten an dem zweiten Funkendgerät (MS2); Zeitstempeln der Messungen an dem zweiten Mobilfunkendgerät (MS2); Senden der Zeitstempelung der Messungen an den Dienstknoten (107); Extrapolieren von Übertragungszeitversatzwerten auf die Ist-Zeit der Berechnung durch Verwendung der Zeitstempelung der Messungen und der Zeit, die seit Durchführen der Messungen verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Funkendgerät (MS2) an einer der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dienstknoten (107) ein Dienstknoten in dem drahtgebundenen Teil des Netzes ist und die Berechnung für eine Mehrzahl von Mobilfunkendgeräten abwickelt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Dienstknoten (107) Resultate (227a) der Berechnungen an das erste Mobilfunkendgerät (MS1) sendet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Synchronisierens (222) eines Mobilfunkendgerätes (MS1) entsprechend einer bedienenden Funkbasisstation (BS2) die Unterschritte des: Rücksetzens (401, 511) eines Zählers (QC) in dem mobilen Funkendgerät (MS1), wodurch eine Synchronisierung entsprechend der bedienenden Funkbasisstation (BS2) erfolgt; Speichern (402) des Rücksetzwertes (503) des Zählers (QC) in dem Mobilfunkendgerät (MS1); Lesens (403) der Funkbasisstationsidentität und der aktuellen Rahmennummer in dem Mobilfunkendgerät (MS1) auf dem Synchronisationskanal SCH der bedienenden Funkbasisstation (BS2), umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messen (223) relativer Empfangszeiten (505, 507) der über den Downlink übertragenen Zeitsignale anderer Funkbasisstationen (BS1, BS3) als der bedienenden Funkbasisstation (BS2) an dem Funkendgerät (MS1) die Unterschritte des Speicherns (405) des Wertes (505, 507) eines Zählers (QC) in dem Mobilfunkendgerät (MS1) in dem Moment, in dem der Rahmen der anderen Funkbasisstation (BS1, BS3) beginnt; Lesens (406) der Funkbasisstationidentität und der aktuellen Rahmennummer in dem Mobilfunkendgerät (MS1) auf dem Synchronisationskanal SCH der anderen Funkbasisstation (BS1, BS3); Entscheiden (407), ob mehr andere Funkbasisstationen (BS1, BS3) zu messen sind, und wenn ja, des Rückkehren zu dem Unterschritt des Speicherns (405), umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches die Genauigkeit der Positionsbestimmung verbessert, falls die Position der ersten mobilen Station an dem Dienstknoten berechnet wird, durch Ausführen der Schritte des: Überprüfens (226), nach einer ersten Ausführung des Positionsbestimmungsverfahrens, ob in dem Netz Funkbasisstationen vorhanden sind, die eine genauere Positionsbestimmung als die mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) bringen können, die bei der ersten Ausführung der Positionsbestimmung verwendet werden, und ob eine genauere Positionsbestimmung erstrebenswert ist; Durchführens, wenn dies auf Grund des vorhergehenden Schrittes des Überprüfens angebracht ist, einer weiteren Ausführung des Positionsbestimmungsverfahrens durch Verwendung von mindestens einer Funkbasisstation, die in dem vorhergehenden Schritt des Überprüfens ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem Fall, in dem das Landsystem keine Informationen über die Identität der bedienenden Funkbasisstation hat, die einem Endgerät zugeordnet ist, dessen Position bestimmt werden soll, und die Position der ersten mobilen Station an dem Dienstknoten berechnet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte vorsieht: Senden einer Nachricht an das Mobilfunkendgerät, dessen Position bestimmt werden soll; Empfangen einer Antwort von dem Mobilfunkendgerät (MS1), dessen Position bestimmt werden soll, über seine bedienende Funkbasisstation, wobei die Antwort die bedienende Funkbasisstation identifiziert (211).
Mobilfunksystem (100), umfassend mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3), die Zeitsignale über den Downlink (113-118) senden, und mindestens ein erstes Mobilfunkendgerät (MS1), dessen geografische Position zu bestimmen ist, gekennzeichnet durch mindestens ein zweites Funkendgerät (MS2) an einer festen Position, das die über den Downlink (116, 117) übertragenen Zeitsignale empfangt; einen Dienstknoten (107), in dem die Positionen der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) und des mindestens zweiten Funkendgerätes (MS2) gespeichert sind; Messmittel (QPC, SMSP) in dem mindestens ersten und dem mindestens zweiten Funkendgerät (MS1, MS2) zum Messen relativer Empfangszeiten der über den Downlink übertragenen Zeitsignale und Melden dieser an den Dienstknoten (107); erste Rechenmittel (107e) in dem Dienstknoten (107) zum Berechnen von Übertragungszeitversatzwerten aus den bekannten Positionen (MS2, BS1, BS2, BS3) und den relativen Empfangszeiten, die durch das mindestens zweite Funkendgerät (MS2) gemeldet werden; zweite Rechenmittel (1071) zum Berechnen der Position des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1), wobei die zweiten Rechenmittel entweder in dem Dienstknoten (107) angeordnet sind, in welchem Fall die Position des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1) aus den bekannten Positionen der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3), aus den Übertragungszeitversatzwerten und aus relativen Empfangszeiten, die durch das erste Mobilfunkendgerät (MS1) gesendet werden, berechnet wird, oder in dem mindestens ersten Mobilfunkendgerät (MS1), in welchem Fall das System ferner Sendemittel zum Senden der bekannten Positionen der mindestens drei Funkbasisstationen und zugeordneten Übertragungszeitversatzwerte von dem Dienstknoten (107) zu dem ersten mobilen Endgerät (MS1) umfasst, und die Position des ersten Mobilfunkendgerätes aus den bekannten Positionen der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) und zugeordneten Übertragungszeitversatzwerten und aus relativen Empfangszeiten, die durch das erste Mobilfunkendgerät (MS1) übertragen werden (224b), berechnet wird.
System nach Anspruch 10, wobei das zweite Mobilfunkendgerät (MS2) am Ort einer Basisstation angeordnet ist.
System nach Anspruch 10, wobei Funkbasisstationen einen Frequency Correction Channel FCCH und einen Synchronisation Channel SCH auf dem Downlink senden, die während des Idle-Mode und des Dedicated-Mode gelesen werden können, und wobei sich die Mobilfunkendgeräte (MS1, MS2) entsprechend der bedienenden Funkbasisstation synchronisieren und den Synchronisation Channel anderer Funkbasisstationen als der bedienenden Funkbasisstation lesen können, gekennzeichnet durch Messmittel (QCP) zum Lesen der Basisstationsidentität und der aktuellen Rahmennummer in den Funkendgeräten auf dem Synchronisation Channel SCH der anderen Funkbasisstation als der bedienenden Funkbasisstation und zum Lesen der relativen Empfangszeit der anderen Funkbasisstation relativ zu dem Beginn eines Rahmens der bedienenden Funkbasisstation auf einem Zähler (QC) in dem zweiten und dem ersten Mobilfunkendgerät (MS2, MS1); wobei, wenn sich das Funkendgerät (MS2, MS1) in dem Dedicated-Mode befindet, das Lesen auf dem Zähler (QC) während eines Idle-Zeitschlitzes in dem Funkendgerät durchgeführt wird.
System nach Anspruch 10, mit mindestens einer Funkbasisstation in dem System, gekennzeichnet durch Mittel (803, 804) zum Senden periodischer über den Downlink übertragener Zeitsignale auf einem Ortungsgerät(Beacon)-Kanal, um die Positionsbestimmung von Mobilfunkendgeräten zu erleichtern; Mittel (802) zum Empfangen von Anweisungen von einem Dienstknoten in dem System, die mindestens das Einstellen der Frequenz des Ortungsgerät-Kanals betreffen.
System nach Anspruch 10, mit vereinfachten Berechnungen der Position der Funkendgeräte, wobei die Vereinfachung durch Synchronisieren einiger, jedoch nicht aller Funkbasisstationen des Positionsbestimmungssystems erreicht wird.
Mobilfunkendgerät (300), gekennzeichnet durch Messmittel (QPC) zum Messen, während des Idle-Mode und des Conversation-Mode, der relativen Empfangszeiten zwischen periodischen über den Downlink übertragenen Zeitsignalen, die von einer berücksichtigten Funkbasistation empfangen werden, und periodischen über den Downlink übertragenen Zeitsignalen, die von einer bedienenden Funkbasisstation empfangen werden, wenn das Mobilfunkendgerät entsprechend der bedienenden Funkbasisstation synchronisiert wird; Lesemittel (QPC) zum Lesen des Frequency Correction Channel FCCH und des Synchronisation Channel SCH während des Idle-Mode und des Conversation-Mode, umfassend das Lesen der Identität und der Rahmennummer, die durch die berücksichtigte Funkbasisstation übertragen wird; Messaging-Mittel (SMSP) zum Messaging gemessener relativer Empfangszeiten und gelesener Identitäten und Rahmennummern an einen Dienstknoten (107) während des Idle-Mode und des Conversation-Mode.
Mobilfunkendgerät nach Anspruch 15, ferner gekennzeichnet durch: Messaging-Mittel (SMSP) zum Empfangen, in dem Funkendgerät, von Positionsinformationen, Übertragungszeitversatzinformationen und Identitätsinformationen betreffend Funkbasisstationen; wobei die Informationen betreffend Funkbasisstationen von mindestens einigen der Funkbasisstationen als Rundsende-Downlink-Informationen bereitgestellt werden.
Mobilfunkendgerät (300) nach Anspruch 15, ferner gekennzeichnet durch: Messaging-Mittel (SMSP) zum Empfangen, in dem Funkendgerät, von Positionsinformationen, Übertragungszeitversatzinformationen und Identitätsinformationen betreffend Funkbasisstationen; wobei die Informationen betreffend Funkbasisstationen als Einzelnachrichten, vorzugsweise vom Short-Message-Service-Typ (SMS-Typ) bereitgestellt werden, die an das Funkendgerät adressiert sind.
Mobilfunkendgerät nach Anspruch 15, 16 oder 17, ferner gekennzeichnet durch: zweite Rechenmittel (371) zum Berechnen seiner eigenen Position; wobei das Mobilfunkendgerät, welches seine eigene Position berechnet, nur Downlink-Informationströme nutzt.
Mobilfunkendgerät (300) nach Anspruch 15, 16 oder 17, wobei die Mittel (QPC, SMSP) als Prozessor mit Programmen implementiert sind, die in einem ersten Mobilfunkendgerät (MS1), dessen Position zu bestimmen ist, und in einem zweiten Mobilfunkendgerät (MS2), dessen Position bekannt ist, angeordnet sind.
Mobilfunkendgerät (300) nach Anspruch 15 bis 19, wobei die Auflösung des Quarter Bit Counter durch Verwendung einer höheren Frequenz als Eingang zu dem Zähler und durch Verwendung von entsprechend mehr Bits in dem Zähler, wodurch bis mehr als 4999 gezählt wird, erhöht wird.
Dienstknoten (107) in einem Mobilfunksystem (100), wobei dieses System mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3), die über den Downlink (113-118) übertragene Zeitsignale senden, mindestens ein erstes Mobilfunkendgerät (MS1), dessen geografische Position zu bestimmen ist, mindestens ein zweites festes Funkendgerät (MS2) umfasst, wobei der Dienstknoten gekennzeichnet ist durch: ein Empfangsmittel (107b) zum Empfangen von Messungsmeldungen von dem mindestens einen festen Funkendgerät (MS2) hinsichtlich relativer Empfangszeiten von über den Downlink übertragenen Zeitsignalen, die durch die mindestens drei Funkbasisstationen übertragen werden; ein Speichermittel (107c) zum Speichern bekannter geografischer Positionen der mindestens drei Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) und des mindestens einen zweiten festen Funkendgerätes (MS2); ein erstes Rechenmittel (107e) zum Berechnen von Übertragungszeitversatzwerten der über den Downlink übertragenen Zeitsignale, die durch die mindestens drei Funkbasisstationen übertragen werden, aus Messungsmeldungen von dem mindestens einen festen Funkendgerät (MS2) und aus den bekannten geografischen Positionen.
Dienstknoten nach Anspruch 21, ferner gekennzeichnet durch: ein Empfangsmittel (107b) zum Empfangen von Messungsmeldungen von dem ersten Mobilfunkendgerät (MS1) hinsichtlich relativer Empfangszeiten von über den Downlink übertragenen Zeitsignalen, die durch die mindestens drei Funkbasisstationen übertragen werden; ein zweites Rechenmittel (107f) zum Berechnen der geografischen Position des ersten Mobilfunkendgerätes (MS1) aus den Übertragungszeitversatzwerten, den bekannten geografischen Positionen und den empfangenen Messungsmeldungen von dem ersten Mobilfunkendgerät.
Dienstknoten nach Anspruch 21, ferner gekennzeichnet durch: ein Sendemittel (107d) zum Senden der bekannten geografischen Positionen und der Übertragungszeitversatzwerte an Funkbasisstationen (BS1, BS2, BS3) zum Rundsenden zu dem ersten Mobilfunkendgerät (MS1).