DE69824064T2

DE69824064T2 - Positionsschätzung einer Mobilstation für ein zellulares Mobilkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69824064T2
Application number: DE69824064T
Authority: DE
Inventors: Shinji Yokohama-shi UEBAYASHI; Kouji Yokohama-shi Ohno; Seizo Yokohama-shi Onoe
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: EP0865223A2; US6181944B1; EP0865223A3; EP0865223B1; DE69824064D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation zum Schätzen einer Position einer Mobilstation in einem zellularen mobilen Kommunikationssystem zum Ausführen von Kommunikationen zwischen einer Mobilstation und Basisstationen, und eine Basisstationsvorrichtung und eine Mobilstationsvorrichtung zum Realisieren dieses Schemas zur Schätzung einer Position einer Mobilstation.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
In dem konventionellen zellularen mobilen Kommunikationssystem war es unmöglich, eine Position einer Mobilstation in einem Kommunikationszustand zu schätzen, und aus diesem Grund wurde ausgeführt, dass es ein Problem gibt, dass eine Position eines Ursprungs eines Notrufes (wie etwa anwählen von "110" oder "119" in Japan, anwählen von "911" in den USA) nicht identifiziert werden kann.
Es gibt gut bekannte funkbasierte Techniken zum Schätzen einer Position, wie etwa die Funknavigationsschemata für Flugzeuge und Schiffe (Funkfeuer, Loran, Mikrowellenlandesystem etc.). Diese Techniken sind jedoch für die zellularen mobilen Kommunikationen nicht geeignet.
Das Funkfeuer erfordert nämlich ein Radar in einer Mobilstationsvorrichtung, sodass es für eine kompakte Implementierung einer Mobilstationsvorrichtung nicht geeignet ist. Die hyperbolische Linie eines Positionsschemas, wie etwa Loran, erfordert Synchronisation zwischen Basisstationen. Im allgemeinen sind Basisstationen der zellularen mobilen Kommunikationen nicht miteinander synchronisiert, sodass dieses Schema nicht auf die zellularen mobilen Kommunikationen anwendbar ist, mit Ausnahme des IS-95-Schemas des amerikanischen ELA/TIA-Standards, der Synchronisation zwischen Basisstationen aufweist. Das Mikrowellenlandesystem kann eine Position eines Flugzeuges innerhalb eines bestimmten Bereichs mit hoher Position durch Verwenden einer speziellen Richtungsantenne messen, es ist aber schwierig, eine beliebige Position einer Mobilstation durch Verwenden einer einfachen Funkausrüstung zu messen.
In jüngster Zeit wurde ein Positionsmessschema populär, welches GPS (globales Positionierungssystem, Global Positioning System) genannt wird, das einen Satelliten nutzt, aber dies ist auch ein System, das Synchronisation hoher Präzision zwischen Satellitenstationen erfordert, und ist deshalb nur auf das oben erwähnte IS-95-Schema anwendbar und ist nicht auf die üblichen zellularen mobilen Kommunikationssysteme anwendbar, die synchrone Systeme sind ( US 5508708 und EP 0713344).
Somit gab es ein Problem, dass die konventionell bekannten funkbasierten Positionsschätztechniken für die üblichen zellularen mobilen Kommunikationen nicht geeignet sind, da die kompakte Implementierung einer Mobilstationsvorrichtung oder einer Funkvorrichtung einer Basisstation schwierig wird und die Synchronisation zwischen Basisstationen erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation für ein zellulares mobiles Kommunikationensystem vorzusehen, das zum Schätzen einer Position einer Mobilstation auf eine einfache Art und Weise sogar in den üblichen zellularen mobilen Kommunikationensystemen fähig ist, in denen Basisstationen nicht synchronisiert sind, gemäß dem Verfahren von Anspruch 1 und den Stationsvorrichtungen von Ansprüchen 9 und 11.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, genommen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm einer Mobilstationsvorrichtung und einer Basisstationsvorrichtung zum Realisieren eines Schemas zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß einem Beispiel, das nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm zum Erläutern einer Art und Weise einer Kalkulation eines Abstands zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation in einem Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß dem Beispiel.
3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte geschätzte Position der Mobilstation, erhalten durch ein Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß dem Beispiel, für einen Fall einer Verwendung einer Basisstation zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte geschätzte Position der Mobilstation, erhalten durch ein Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß dem Beispiel, für einen Fall einer Verwendung von zwei Basisstationen zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte geschätzte Position der Mobilstation, erhalten durch ein Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß dem Beispiel, für einen Fall einer Verwendung eines Sektors einer Basisstation zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte geschätzte Position der Mobilstation, erhalten durch ein Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß dem Beispiel, für einen Fall einer Verwendung von zwei Sektoren einer Basisstation zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm einer Mobilstationsvorrichtung und einer Basisstationsvorrichtung zum Realisieren eines Schemas zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
8 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm zum Erläutern einer Art und Weise einer Kalkulation eines Abstands zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation in einem Schema zur Schätzung einer Position einer Mobilstation gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend nun auf 1 bis 6 wird ein Beispiel eines Schemas zur Schätzung einer Position einer Mobilstation für ein zellulares mobiles Kommunikationensystem, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, aber beim Verständnis der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist, detailliert beschrieben.
1 zeigt Konfigurationen einer Mobilstationsvorrichtung 100 und einer Basisstationsvorrichtung 200 zum Realisieren des Schemas zur Schätzung einer Position einer Mobilstation eines beispielhaften Falls, in dem die Mobilstationsvorrichtung 100 einen Abstand von der Basisstationsvorrichtung 200 misst und ihre eigene Position schätzt.
Die Mobilstationsvorrichtung 100 umfasst eine PN1-Generierungseinheit 101 zum Generieren einer ersten eindeutigen Signalsequenz PN1, eine PN2-Generierungseinheit 102 zum Generieren einer zweiten eindeutigen Signalssequenz PN2, eine Übertragungssignalgenerierungseinheit 103 zum Generieren von Übertragungssignalen, eine Übertragungssignalverarbeitungseinheit 104 zum Erhalten von Mobilstationsübertragungssignalen eines vorgeschriebenen Formats unter Verwendung der Übertragungssignale von der Übertragungssignalgenerierungseinheit 103 und der ersten eindeutigen Signalsequenz PN1 von der PN1-Generierungseinheit 101, eine Übertragungseinheit 105 zum Übertragen der Mobilstationsübertragungssignale von der Übertragungssignalverarbeitungseinheit 104 durch eine Antenne 111, eine Empfangseinheit 106 zum Empfangen von Basisstationsübertragungssignalen von einer Basisstation durch die Antenne 111, eine Phasenerfassungseinheit 107 zum Erfassen einer Phase von empfangenen Signalen, die durch die Empfangseinheit 106 empfangen werden, eine Phasenvergleichseinheit 108 zum Vergleichen von Phasen der empfangenen Signale und der Mobilstationsübertragungssignale, um eine Phasendifferenz zu erhalten, eine Abstandskalkulationseinheit 109 zum Kalkulieren eines Abstands zwischen der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 200 gemäß der Phasendifferenz, die durch die Phasenvergleichseinheit 108 erhalten wird, und eine Positionsschätzeinheit 110 zum Schätzen einer Position der Mobilstationsvorrichtung 100 gemäß dem Abstand, der durch die Abstandskalkulationseinheit 109 kalkuliert wird.
Andererseits umfasst die Basisstationsvorrichtung 200 eine Empfangseinheit 206 zum Empfangen der Mobilstationsübertragungssignale von einer Mobilstation durch eine Antenne 211, eine Phasenerfassungseinheit 207 zum Erfassen einer Phase von empfangenen Signalen, die durch die Empfangseinheit 206 empfangen werden, eine PN1-Generierungseinheit 201 zum Generieren der ersten eindeutigen Signalsequenz PN1, eine PN2-Generierungseinheit 202 zum Generieren der zweiten eindeutigen Signalsequenz PN2, eine Übertragungssignalgenerierungseinheit 203 zum Generieren von Übertragungssignalen, eine Basisstationspositionsinformationsgenerierungseinheit 208 zum Generieren einer Basisstationspositionsinformation, eine Übertragungssignalverarbeitungseinheit 204 zum Erhalten von Basisstationsübertragungssignalen eines vorgeschriebenen Formats unter Verwendung der Übertragungssignale von der Übertragungssignalgenerierungseinheit 203, der zweiten eindeutigen Signalsequenz PN2 von der PN2-Generierungseinheit 202 und der Basisstationspositionsinformation von der Basisstationspositionsinformationsgenerierungseinheit 208, und eine Einheit zur synchronisierten Übertragung 205 zum Übertragen der Basisstationsübertragungssignale von der Übertragungssignalverarbeitungseinheit 204 in Synchronisation mit den empfangenen Signalen, die von der Mobilstation empfangen werden.
Es ist hier zu beachten, dass die erste eindeutige Signalsequenz PN1 und die zweite eindeutige Signalsequenz PN2 Signalsequenzen sind, die für jede Mobilstation eindeutig vorbestimmt sind.
In der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 200 mit diesen Konfigurationen wird die Mobilstationspositionsschätzung z. B. ausgeführt, wenn diese Mobilsta tion einen Notruf veranlasst, wenn ein Benutzer dieser Mobilstation wünscht, seine/ihre eigene Position zu überprüfen, wenn ein Benutzer eines Festnetzes oder einer anderen Mobilstation wünscht, eine Position dieser Mobilstation zu überprüfen etc. Wenn diese Mobilstation einen Notruf veranlasst, kann die Positionsschätzung durch Ausführen der folgenden Operation in einem Verlauf einer Rufveranlassungsprozedur realisiert werden. Wenn ein Benutzer dieser Mobilstation wünscht, seine/ihre eigene Position zu überprüfen, erteilt der Benutzer ein Positionsüberprüfungsanforderungssignal an die Mobilstationsvorrichtung 100 derart, dass die Mobilstationsvorrichtung 100 die folgende Operation bei Empfang dieses Positionsüberprüfungsanforderungssignals ausführt. Wenn ein Benutzer eines Festnetzes oder einer anderen Mobilstation wünscht, eine Position dieser Mobilstation zu überprüfen, wird ein Positionsüberprüfungsanforderungssignal zu der Mobilstationsvorrichtung 100 von einer Basisstation übertragen, die gegenwärtig mit dieser Mobilstation in Verbindung ist, derart, dass die Mobilstationsvorrichtung 100 die folgende Operation bei Empfang dieses Positionsüberprüfungsanforderungssignals ausführt.
Bei Empfang des Positionsüberprüfungsanforderungssignals generiert nämlich die Mobilstationsvorrichtung 100 die erste eindeutige Signalsequenz PN1, die für die Positionsschätzung zu verwenden ist, in der PN1-Generierungseinheit 101. Dann konvertiert die Übertragungssignalverarbeitungseinheit 104 diese erste eindeutige Signalsequenz PN1 zusammen mit beliebigen anderen notwendigen Übertragungssignalen von der Übertragungssignalgenerierungseinheit 103 in ein vorgeschriebenes Format, um ein Positionsschätzreferenzsignal zu erhalten, und die Übertragungseinheit 106 überträgt dieses Positionsschätzreferenzsignal zu der Basisstationsvorrichtung 200 durch die Antenne 111.
Wenn dieses Positionsschätzreferenzsignal von der Mobilstation durch die Antenne 211 in der Empfangseinheit 206 der Basisstationsvorrichtung 200 empfangen wird, wird die erste eindeutige Signalsequenz PN1 in der PN1-Generierungseinheit 201 generiert, und eine Phase von PN1 in dem empfangenen Positionsschätzreferenzsignal wird durch Verwenden der generierten PN1 in der Phasenerfassungseinheit 207 erfasst. Dann wird die zweite eindeutige Signalsequenz PN2 in der PN2-Generierungseinheit 202 generiert, und die Übertragungssignalverarbeitungseinheit 204 konvertiert diese zweite eindeutige Signalsequenz PN2 zusammen mit der Basisstationspositionsinformation von der Basisstationspositionsinformationsgenerierungseinheit 208 und beliebigen anderen notwendigen Übertragungssignalen von der Übertragungssignalgenerierungseinheit 203 in ein vorgeschriebenes Format, um ein Positionsschätzantwortsignal zu erhalten. Die Einheit zur synchronisierten Übertragung 205 überträgt dann dieses Positionsschätzantwortsignal zu der Mobilstationsvorrichtung 100 durch die Antenne 211 in Synchronisation mit der Phase der empfangenen PN1. Hier ist die Basisstationspositionsinformation eine Information, die z. B. Breite, Länge und Höhe der Basisstation anzeigt.
Wenn dieses Positionsschätzantwortsignal von der Basisstation durch die Antenne 111 in der Empfangseinheit 106 der Mobilstationsvorrichtung 100 empfangen wird, wird die zweite eindeutige Signalsequenz PN2 in der PN2-Generierungseinheit 102 generiert, und eine Phase von PN2 in dem empfangenen Positionsschätzantwortsignal wird durch Verwenden der generierten PN2 in der Phasenerfassungseinheit 107 erfasst. Dann vergleicht die Phasenvergleichseinheit 108 die Phase von PN1 in dem Positionsschätzreferenzsignal, das durch die Übertragungseinheit 105 übertragen wird, und die Phase von PN2 in dem Positionsschätzantwortsignal, das durch die Empfangseinheit 106 empfangen wird, und erfasst ihre Phasendifferenz.
Dann kalkuliert die Abstandskalkulationseinheit 109 einen Abstand zwischen der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 200 aus dieser Phasendifferenz, und die Positionsschätzeinheit 110 schätzt die Position dieser Mobilstation aus dem Abstand, der durch die Abstandskalkulationseinheit 109 kalkuliert wird, und der Basisstationspositionsinformation der Basisstationsvorrichtung 200, die in dem Positionsschätzantwortsignal enthalten ist, das durch die Empfangseinheit 106 empfangen wird.
2 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm zum Erläutern des Prinzips zum Kalkulieren des Abstands zwischen der Basisstation und der Mobilstation in diesem Beispiel. 2 zeigt einen beispielhaften Fall, wo die ersten und zweiten eindeutigen Signalsequenzen PN1 und PN2 die gleiche Periode haben. Hier werden PN1 und PN2 als Markierungssignale zum Messen einer Übertragungszeit verwendet, und es gibt keine Notwendigkeit, sie während der ganzen Positionsschätzperiode kontinuierlich zu übertragen. Z. B. können Signale, die periodisch zu übertragen sind, wie etwa ein Rahmensynchronisationssignal, als PN1 und PN2 verwendet werden.
Das Positionsschätzreferenzsignal, das von der Mobilstationsvorrichtung 100 übertragen wird, wird in der Basisstationsvorrichtung 200 nach so viel Verzögerung wie einer Übertragungszeit von einem Aufwärtsverbindungsübertragungspfad empfangen. Die Basisstationsvorrichtung 200 überträgt das Positionsschätzantwortsignal in Synchronisation mit dem empfangenen Positionsschätzreferenzsignal. Die Mobilstationsvorrichtung 100 empfängt dieses Positionsschätzantwortsignal nach so viel Verzögerung wie eine Übertragungszeit von einem Abwärtsverbindungsübertragungspfad, und vergleicht die Phase des übertragenen Positionsschätzreferenzsignals mit der Phase des empfangenen Positionsschätzantwortsignals. Hier kann die gemessene Phasendifferenz in einen Zeitwert A [sek.] konver tiert werden, wobei A eine Übertragungsverzögerungszeit zum Gehen und Rückkehren darstellt. Folglich kann sich der Abstand D zwischen der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 200 durch: D = Ac/2 [m]ergeben, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist (die ungefähr gleich 3 × 10⁸ m/s ist).
3 veranschaulicht eine Art und Weise zum Schätzen der Mobilstationsposition in diesem Beispiel. Es ist nämlich möglich, die Mobilstationsvorrichtung 100 als auf einem Kreis existierend zu schätzen, der von der Basisstationsvorrichtung 200 durch den Abstand D beabstandet ist. In der Praxis enthält die gemessene Phasendifferenz einen gewissen Fehler. Unter Berücksichtigung dieses Fehlers kann die Phasendifferenz, wie in einen Zeitwert konvertiert, z. B. durch A ± α [sek.] angegeben werden, und dann kann der Abstand D als: (A ± α)c = D ± α = D ± δausgedrückt werden, wobei δ = αc ist. In diesem Fall ergibt sich die geschätzte Position als eine schattierte Region, die in 3 gezeigt wird.
Es ist möglich, die Präzision der geschätzten Position zu verbessern, falls die Mobilstation Abstände in Bezug auf eine Vielzahl von Basisstationen misst. 4 zeigt einen beispielhaften Fall, wo Abstände in Bezug auf zwei Basisstationen gemessen werden. In diesem Fall misst die Mobilstationsvorrichtung 100 zuerst den Abstand in Bezug auf die Basisstationsvorrichtung 200 durch die oben beschriebene Prozedur. Wenn der Abstand zwischen der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 200 durch D1 ± δ1 [m] durch Berücksichtigung eines Fehlers angegeben wird, kann der erste geschätzte Bereich (ein einzeln schraffierter kreisförmiger Bereich, der um die Basisstationsvorrichtung 200 zentriert ist), gezeigt in 4, erhalten werden. Als Nächstes misst die Mobilstationsvorrichtung 100 ähnlich den Abstand in Bezug auf eine andere Basisstationsvorrichtung 300 durch die oben beschriebene Prozedur. Wenn sich der Abstand zwischen der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 300 durch D2 ± δ2 [m] durch Berücksichtigung eines Fehlers ergibt, kann der zweite geschätzte Bereich (ein einzeln schraffierter kreisförmiger Bereich, der um die Basisstationsvorrichtung 300 zentriert ist), gezeigt in 4, erhalten werden. Dann ergibt sich die geschätzte Position der Mobilstationsvorrichtung 100 durch einen überlappenden Abstand (ein doppelt schraffierter Bereich) des ersten geschätzten Bereichs und des zweiten geschätzten Bereichs.
Wenn jede Basisstationsvorrichtung 200 oder 300 ihre Zelle durch eine Vielzahl von Sektoren abdeckt, ist es außerdem möglich, die Präzision der geschätzten Position durch Ausführen der Positionsschätzung für die Mobilstationsvorrichtung 100 innerhalb eines Sektors der Basisstationsvorrichtung 200 oder 300, die gegenwärtig mit der Mobilstationsvorrichtung 100 in Kommunikation ist, weiter zu verbessern, wie in 5 für einen Fall einer Verwendung einer Basisstation und 6 für einen Fall einer Verwendung von zwei Basisstationen gezeigt wird.
Bezug nehmend nun auf 7 und 8, wird eine Ausführungsform eines Schemas zur Schätzung einer Position einer Mobilstation für ein zellulares mobiles Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
7 zeigt Konfigurationen einer Mobilstationsvorrichtung 100 und einer Basisstationsvorrichtung 200 zum Realisieren des Schemas zur Schätzung einer Position einer Mobilstation der Ausführungsform, wo die Mobilstationsvorrichtung 100 die gleiche Konfiguration wie oben in 1 beschrieben hat, wohingegen die Basisstationsvorrichtung 200 eine Konfiguration hat, die sich von der von 1 dadurch unterscheidet, dass zusätzlich eine Phasenvergleichseinheit 209 vorgesehen ist und die Übertragungseinheit 205 keine Einheit synchronisierter Übertragung ist. Den anderen Elementen, die denen von 1 identisch sind, sind in 7 die gleichen Bezugszeichen gegeben.
In der Ausführungsform ist die Anfangsoperation der Mobilstationsvorrichtung 100 die gleiche wie in der ersten Ausführungsform. Bei Empfang des Positionsüberprüfungsanforderungssignals generiert nämlich die Mobilstationsvorrichtung 100 die erste eindeutige Signalsequenz PN1, die für die Positionsschätzung in der PN1-Generierungseinheit 101 zu verwenden ist. Dann konvertiert die Übertragungssignalverarbeitungseinheit 104 diese erste eindeutige Signalsequenz PN1 zusammen mit beliebigen anderen notwendigen Übertragungssignalen von der Übertragungssignalgenerierungseinheit 103 in ein vorgeschriebenes Format, um ein Positionsschätzreferenzsignal zu erhalten, und die Übertragungseinheit 105 überträgt dieses Positionsschätzreferenzsignal zu der Basisstationsvorrichtung 200 durch die Antenne 111.
Wenn dieses Positionsschätzreferenzsignal von der Mobilstation durch die Antenne 211 in der Empfangseinheit 206 der Basisstationsvorrichtung 200 empfangen wird, wird die erste eindeutige Signalsequenz PN1 in der PN1-Generierungseinheit 201 generiert, und eine Phase von PN1 in dem empfangenen Positionsschätzreferenzsignal wird durch Verwenden der generierten PN1 in der Phasenerfassungseinheit 207 erfasst. Dann wird die zweite eindeutige Signalsequenz PN2 in der PN2-Generierungseinheit 202 generiert, und die Phasenvergleichsein heit 209 vergleicht die erfasste Phase von PN1 in dem empfangenen Positionsschätzreferenzsignal und die Phase von PN2, um in den Basisstationsübertragungssignalen inkludiert zu sein, um eine erste Phasendifferenz zu erhalten. Dann konvertiert die Übertragungssignalverarbeitungseinheit 204 diese zweite eindeutige Signalsequenz PN2 und Information über die erste Phasendifferenz zusammen mit der Basisstationspositionsinformation von der Basisstationspositionsinformationsgenerierungseinheit 208 und beliebigen anderen notwendigen Übertragungssignalen von der Übertragungssignalgenerierungseinheit 203 in ein vorgeschriebenes Format, um ein Positionsschätzantwortsignal zu erhalten. Die Übertragungseinheit 205 überträgt dann dieses Positionsschätzantwortsignal zu der Mobilstationsvorrichtung 100 durch die Antenne 211 in Synchronisation mit der Phase der empfangenen PN1.
Wenn dieses Positionsschätzantwortsignal von der Basisstation durch die Antenne 111 in der Empfangseinheit 106 der Mobilstationsvorrichtung 100 empfangen wird, wird die zweite eindeutige Signalsequenz PN2 in der PN2-Generierungseinheit 102 generiert, und eine Phase von PN2 in dem empfangenen Positionsschätzantwortsignal wird durch Verwenden der generierten PN2 in der Phasenerfassungseinheit 107 erfasst. Dann vergleicht die Phasenvergleichseinheit 108 die Phase von PN1 in dem Positionsschätzreferenzsignal, das durch die Übertragungseinheit 105 übertragen wird, und die Phase von PN2 in dem Positionsschätzantwortsignal, das durch die Empfangseinheit 106 empfangen wird, um eine zweite Phasendifferenz zu erhalten. Dann kalkuliert die Abstandskalkulationseinheit 109 einen Abstand zwischen der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 200 aus der ersten Phasendifferenz, die in dem Positionsschätzantwortsignal angezeigt wird, das durch die Empfangseinheit 106 empfangen wird, und der zweiten Phasendifferenz, die durch die Phasenvergleichseinheit 108 erhalten wird, und die Positionsschätzeinheit 110 schätzt die Position dieser Mobilstation aus dem Abstand, der durch die Abstandskalkulationseinheit 109 kalkuliert wird, und der Basisstationspositionsinformation der Basisstationsvorrichtung 200, die in dem Positionsschätzantwortsignal enthalten ist, das durch die Empfangseinheit 106 empfangen wird.
8 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm zum Erläutern des Prinzips zum Kalkulieren des Abstands zwischen der Basisstation und der Mobilstation in der Ausführungsform. Hier wird ähnlich zu dem Beispiel, das mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben wird, das Positionsschätzreferenzsignal, das von der Mobilstationsvorrichtung 100 übertragen wird, in der Basisstationsvorrichtung 200 nach so viel Verzögerung wie eine Übertragungszeit eines Aufwärtsverbindungsübertragungspfades empfangen. In der Ausführungsform überträgt jedoch die Basisstation das Positionsschätzantwortsignal in einer unabhängigen Zeiteinstellung ohne Herstellen von Synchronisation mit dem empfangenen Positionsschätzreferenzsignal. Andererseits misst die Basisstation die Phasendifferenz (erste Phasendifferenz) zwischen dem empfangenen Positionsschätzreferenzsignal und dem zu übertragenden Positionsschätzantwortsignal und inkludiert Information über diese erste Phasendifferenz in dem Positionsschätzantwortsignal.
Die Mobilstationsvorrichtung 100 empfängt dieses Positionsschätzantwortsignal nach so viel Verzögerung wie eine Übertragungszeit eines Abwärtsverbindungsübertragungspfades und misst die Phasendifferenz (zweite Phasendifferenz) zwischen der Phase des übertragenen Positionsschätzreferenzsignals und der Phase des empfangenen Positionsschätzantwortsignals. Hier können die gemessenen ersten und zweiten Phasendifferenzen in Zeitwerte A [sek.] bzw. B [sek.] konvertiert werden. Außerdem wird angenommen, dass die ersten und zweiten eindeutigen Signalsequenzen PN1 und PN2 die gleiche Periode g [sek.] haben. In diesem Fall kann sich eine Übertragungsverzögerungszeit zum Gehen und Rückkehren durch d = (A + B) – g ergeben. Folglich kann der Abstand D zwischen der Mobilstationsvorrichtung 100 und der Basisstationsvorrichtung 200 durch: D = cd/2 [m]angegeben werden, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist (die annähernd gleich 3 × 10⁸ m/s ist). Wenn der Abstand zwischen der Mobilstation und der Basisstation erhalten wird, kann die Position der Mobilstation auf eine ähnliche Art und Weise zu der im Beispiel von 1 bis 6 beschriebenen geschätzt werden.
Es ist zu beachten, dass das Schema zur Schätzung einer Position der vorliegenden Erfindung wirksamer wird, wenn die Übertragungsrate eines Funkübertragungspfades höher ist, da die Präzision in der Phasendifferenzmessung verbessert werden kann. In dieser Hinsicht sehen die Spreizcodes von CDMA (Vielfachzugriff im Codemultiplex, Code Division Multiple Access) eine schnelle Chiprate sogar dann vor, wenn eine Datenübertragungsrate gering ist, sodass es möglich ist, die Spreizcodes von CDMA als die eindeutigen Signalsequenzen zu verwenden, die durch die vorliegende Erfindung verwendet werden.
In einem derartigen Fall führt die Übertragungssignalverarbeitungseinheit der Mobilstationsvorrichtung und der Basisstationsvorrichtung, gezeigt in 7, eine Verarbeitung zum Spreizen der anderen Übertragungssignale (oder Dummysignale, wenn es keine anderen Übertragungssignale gibt) und der Basisstationspositionsinformation (in einem Fall der Basisstationsvorrichtung) durch Verwenden der eindeutigen Signalsequenz, die durch den Spreizcode von CDMA gegeben ist, aus, und überträgt das resultierende Signal als das Positionsschätzreferenzsignal oder das Positionsschätzantwortsignal von der Übertragungseinheit. Anderenfalls inkludiert die Übertragungssignalverarbeitungseinheit der Mobilstationsvorrichtung und der Basisstationsvorrichtung, gezeigt in 7, die eindeutige Signalsequenz, die durch den Spreizcode von CDMA gegeben ist, in dem Positionsschätzreferenzsignal oder dem Positionsschätzantwortsignal des vorgeschriebenen Formats und überträgt das resultierende Signal von der Übertragungseinheit.
Es ist auch zu beachten, dass die oben beschriebene Ausführungsform auf einem Fall gerichtet war, wo die Mobilstationsvorrichtung den Abstand misst und die Mobilstationsposition schätzt, aber das ähnliche Schema, in dem die Basisstation den Abstand misst und die Mobilstationsposition schätzt, kann auch durch Austauschen der Rollen der Basisstationsvorrichtung und der Mobilstationsvorrichtung in der obigen Beschreibung realisiert werden. In einem Fall der Positionsschätzung unter Verwendung einer Vielzahl von Basisstationen ist es hier jedoch notwendig, Information zwischen den Basisstationen auszutauschen, um die geschätzte Position durch Kombinieren der gemessenen Abstände und der Positionsinformation für eine Vielzahl von Basisstationen zu erhalten.
Das Schema, in dem die Basisstationsvorrichtung den Abstand misst, erfordert eine größere Verarbeitungslast in der Basisstation, kann aber eine Menge von Signalen in der Funksektion reduzieren. In der zellularen mobilen Kommunikation überträgt nämlich die Basisstation allgemein normalerweise eine Regulierungsinformation, eine Kanalstrukturinformation etc. durch einen Rundrufkanal, und die eindeutige Signalsequenz, die durch die vorliegende Erfindung erforderlich ist, kann in diesem Rundrufkanal inkludiert sein, um die Effizienz zu verbessern, da dann das einzig neue Funksignal, das für die Positionsschätzung erforderlich ist, ein einzelnes Signal sein wird, das durch die Mobilstation zu übertragen ist. Ins besondere in einem Fall einer Verwendung der Spreizcodes als die eindeutigen Signalsequenzen in der CDMA-Mobilkommunikation sind die Spreizcodes bereits in Information enthalten, die durch die Rundrufkanal übertragen wird, sodass es nicht einmal notwendig ist, dem Rundrufkanal ein neues Informationselement hinzuzufügen.
Es ist zu beachten, dass es in einem Fall einer Realisierung der Positionsschätzung unter Verwendung einer Vielzahl von Basisstationen für die Mobilstation notwendig ist, das Positionsschätzreferenzsignal und das Positionsschätzantwortsignal mit jeder Basisstation auszutauschen, sodass sich die Menge von Signalen in der Funksektion erhöht. Außerdem gibt es Fälle, wo die Positionsschätzpräzision wegen Unterschieden in der Abstandsmesszeit in Hinsicht auf unterschiedliche Basisstationen abgesenkt sein kann. Aus diesem Grund ist es wirksam, ein Schema anzunehmen, in dem die Mobilstation die gleichzeitige Mehrfachcodeübertragung in einer Vielzahl von im Kodemultiplex multiplexten Kanälen für Signale ausführt, die zu einer Vielzahl von Basisstationen zu übertragen sind. Alternativ ist es auch wirksam, ein Schema zum Unterteilen des Übertragungskanals in Schlitze und Zeitvielfach-Multiplexen von Signalen, die zu einer Vielzahl von Basisstationen zu übertragen sind, in den Übertragungskanal einer Rahmenstruktur anzunehmen.
In der Praxis enthält das empfangene Signal Signale, die durch eine Vielzahl von Übertragungspfaden (Mehrfachpfad) in Überlappung kommen. Das Schema der vorliegenden Erfindung ist zum Realisieren der genauen Positionsschätzung fähig, wenn es möglich ist, die Phase einer direkten Welle zu messen, und unter der Mehrfachpfadumgebung ist es möglich, einen Fehler durch Extrahieren eines Signals mit der kürzesten Verzögerungszeit und seiner Verwendung für die Phasenmessung klein zu halten. Folglich erfasst die Phasenerfassungseinheit der Mobilstationsvorrichtung und der Basisstationsvorrichtung, gezeigt in 7, die Phase durch Empfangen der Empfangszeiteinstellungsinformation für ein Signal mit der kürzesten Verzögerungszeit von der Empfangseinheit. Im Fall einer Verwendung eines RAKE-Empfängers in der CDMA-Mobilkommunikation wird eine Zeiteinstellung eines Fingers mit der kürzesten Verzögerungszeit verwendet. Es ist jedoch zu beachten, dass es auch möglich ist, die Überprüfung der Phase, die Beurteilung des Signals etc. durch Verwenden eines Signals nach der RAKE-Kombinierung auszuführen.
Wie gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, überträgt eine von der Basisstation und der Mobilstation die erste eindeutige Signalsequenz, und die andere von der Basisstation und der Mobilstation kalkuliert eine erste Phasendifferenz zwischen der ersten eindeutigen Signalsequenz und der zweiten eindeutigen Signalsequenz, die zu übertragen ist, und überträgt Information über die erste Phasendifferenz und die zweite eindeutige Signalsequenz zu der einen von der Basisstation und der Mobilstation ohne Herstellen von Synchronisation in Bezug auf die erste eindeutige Signalsequenz. Dann kalkuliert die eine von der Basisstation und der Mobilstation eine zweite Phasendifferenz zwischen der ersten eindeutigen Signalsequenz und der empfangenen zweiten eindeutigen Signalsequenz und schätzt die Position der Mobilstation durch Kalkulieren des geschätzten Abstands zwischen der Basisstation und der Mobilstation gemäß Information über die erste Phasendifferenz und die zweite Phasendifferenz, sodass es möglich ist, die Position der Mobilstation auf eine einfache Art und Weise sogar in üblichen zellularen mobilen Kommunikationssystemen zu schätzen, in denen Basisstationen nicht synchronisiert sind.
Es ist zu vermerken, dass neben jenen bereits oben erwähnten viele Modifikationen und Variationen der obigen Ausführungs form ohne Abweichung von den neuartigen und vorteilhaften Merkmalen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Entsprechend sind alle derartigen Modifikationen und Variationen gedacht, innerhalb des Bereichs der angefügten Ansprüche inkludiert zu sein.

Claims

Verfahren zum Abschätzen der Position einer Mobilstation in einem zellularen mobilen Kommunikationssystem, zum Durchführen von Nachrichtenübertragung zwischen Mobilstationen und Basisstationen, umfassend die Schritte: (a) Austauschen einer ersten Signalsequenz und einer zweiten Signalsequenz zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation, die eindeutig für die Mobilstation vorbestimmt sind; und (b) Abschätzen einer Position der Mobilstation, bei der Basisstation und/oder der Mobilstation, durch Erhalten einer Phasendifferenz zwischen der ersten Signalsequenz und der zweiten Signalsequenz, und Berechnen eines geschätzten Abstands zwischen der Basisstation und der Mobilstation gemäß der Phasendifferenz; wobei bei Schritt (a) die Basisstation und/oder die Mobilstation die erste Signalsequenz an die jeweils andere Station aus Basisstation und Mobilstation überträgt, und die jeweils andere Station aus Basisstation und Mobilstation eine erste Phasendifferenz durch Vergleichen der Phasen der ersten Signalsequenz, wie sie von der jeweils anderen Station aus Basisstation und Mobilstation empfangen wurde, und der zweiten Signalsequenz, die von der jeweils anderen Station aus Basisstation und Mobilstation übertragen werden soll, erhält, und Information über die erste Phasendifferenz und die zweite Signalsequenz an die Basisstation und/oder Mobilstation überträgt; bei Schritt (b) die Basisstation und/oder Mobilstation eine zweite Phasendifferenz durch Vergleichen der Phasen der ersten Signalsequenz, wie sie durch die Basisstation und/oder Mobilstation übertragen wurde, und der zweiten Signalsequenz, wie sie durch die Basisstation und/oder Mobilstation empfangen wurde, erhält, und den geschätzten Abstand durch Verwenden der ersten Phasedifferenz und der zweiten Phasendifferenz berechnet, und wobei die Mobilstation die erste Signalsequenz und die zweite Signalsequenz hinsichtlich jeder von mindestens zwei Basisstationen, die nicht bei Schritt (a) synchronisiert sind, austauscht, und Schritt (b) die geschätzten Abstände der Mobilstation hinsichtlich jeder der Basisstationen getrennt berechnet, und die Position der Mobilstation durch Kombinieren der geschätzten Abstände der Mobilstation hinsichtlich der mindestens zwei Basisstationen abschätzt, wobei für jede Basisstation eine jeweilige erste Signalsequenz und eine jeweilige zweite Signalsequenz mit der Mobilstation in Beziehung steht, und eine jeweilige erste Phasendifferenz für jede Basisstation erhalten und bei Schritt (a) übertragen wird, und eine jeweilige zweite Phasendifferenz für jede Basisstation bei Schritt (b) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Mehrpfadsignal bei Schritt (a) empfangen wird, die jeweils andere Station aus Basisstation und Mobilstation die jeweilige erste Phasendifferenz durch Verwenden der jeweiligen ersten Signalsequenz, wie sie von einem Pfad mit einer kürzesten Verzögerungszeit empfangen wurde, erhält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Mehrpfadsignal bei Schritt (a) empfangen wird, die Basisstation und/oder Mobilstation die jeweilige zweite Phasendifferenz durch Verwenden der jeweiligen zweiten Signalsequenz, wie sie von einem Pfad mit einer kürzesten Verzögerungszeit bei Schritt (b) empfangen wurde, erhält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zellulare mobile Kommunikationssystem ein mobiles Kommunikations-CDMA-System ist, und die erste Signalsequenz und die zweiten Signalsequenzen Spreizcodes des CDMA-Systems sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Schritt (a) die Mobilstation eine simultane Mehrcode-Übertragung durch Codemultiplexsignale, die hinsichtlich der mindestens zwei Basisstationen übertragen werden sollen, durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Schritt (a) die Mobilstation eine Übertragung durch Zeitmultiplexsignale, die an die mindestens zwei Basisstationen in einen Kanal einer Rahmenstruktur übertragen werden sollen, durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) die Position der Mobilstation abschätzt, die innerhalb eines geschätzten Positionsgebiets liegt, das durch Berücksichtigen eines festgelegten Fehlers der Positionen erhalten wurde, die durch den geschätzten Abstand von der Basisstation in einem Servicegebiet der Basisstation beabstandet sind; und wenn die Mobilstation die jeweilige erste Signalsequenz und die jeweilige zweite Signalsequenz hinsichtlich jeder der Basisstationen bei Schritt (a) austauscht, Schritt (b) die geschätzten Abstände der Mobilstation hinsichtlich der mindestens zwei Basisstationen getrennt berechnet, und die Position der Mobilstation abschätzt, die innerhalb eines Gebietes liegt, in dem sich eine Vielzahl von geschätzten Positionsgebieten überlappen, die von den geschätzten Abständen der Mobilstation hinsichtlich der mindestens zwei Basisstationen erhalten wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) die Position der Mobilstation abschätzt, die innerhalb eines geschätzten Positionsgebietes liegt, das durch Berücksichtigen eines festgelegten Fehlers der Positionen erhalten wurde, die durch den geschätzten Abstand von der Basisstation in einem Sektor der Basisstation, die gerade mit der Mobilstation in Verbindung steht, beabstandet sind; und wenn die Mobilstation die jeweilige erste Signalsequenz und die jeweilige zweite Signalsequenz hinsichtlich jeder der Basisstationen bei Schritt (a) austauscht, Schritt (b) die geschätzten Abstände der Mobilstation hinsichtlich der mindestens zwei Basisstationen getrennt berechnet, und die Position der Mobilstation abschätzt, die innerhalb eines Gebietes liegt, in dem sich eine Vielzahl von geschätzten Positionsgebieten überlappen, die von den geschätzten Abständen der Mobilstation hinsichtlich der mindestens zwei Basisstationen erhalten wurden.
Funkstationseinrichtung, die als Basisstation und/oder als Mobilstation in einem zellularen mobilen Kommunikationssystem benutzt werden soll, zum Durchführen von Nachrichtenübertragung zwischen Mobilstationen und mindestens zwei Basisstationen, wobei die Basisstationen nicht synchronisiert sind, durch ein Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: eine Übertragungseinheit zum Übertragen der jeweiligen ersten Signalsequenz, die eindeutig für die Mobilstation vorbestimmt ist, an die jeweils andere Station aus Basisstation und Mobilstation: eine Empfangseinheit zum Empfangen der jeweiligen zweiten Signalsequenz, die eindeutig für die Mobilstation vorbestimmt ist, und von Information über die jeweilige erste Phasendifferenz, die eine Phasendifferenz zwischen der jeweiligen ersten Signalsequenz und der jeweiligen zweiten Signalsequenz durch die jeweils andere Station aus Basisstation und Mobilstation, die von der jeweils anderen Station aus Basisstation und Mobilstation übertragen worden sind, als erhalten angibt; und eine Positionsabschätzeinheit zum Abschätzen eines Abstands der Mobilstation durch Erhalten der jeweiligen zweiten Phasendifferenz durch Vergleichen der Phasen der jeweiligen ersten Signalsequenz, wie sie von der Übertragungseinheit übertragen worden ist, und der jeweiligen zweiten Signalsequenz, wie sie von der Empfangseinheit empfangen worden ist, und Berechnen eines geschätzten Abstands zwischen jeder Basisstation und der Mobilstation gemäß der von der Empfangseinheit empfangenen jeweiligen ersten Phasendifferenz und der jeweiligen zweiten Phasendifferenz, und Abschätzen einer Position aus den geschätzten Abständen.
Funkstationseinrichtung nach Anspruch 9, wobei, wenn die Empfangseinheit ein Mehrpfadsignal empfängt, die Positionsabschätzeinheit die jeweilige zweite Phasendifferenz durch Verwenden der von einem Pfad mit einer kürzesten Verzögerungszeit empfangenen jeweiligen zweiten Signalsequenz erhält.
Funkstationseinrichtung, die als Basisstation und/oder als Mobilstation in einem zellularen mobilen Kommunikationssystem verwendet werden soll, zum Durchführen von Nachrichtenübertragung zwischen Mobilstationen und mindestens zwei Basisstationen, wobei die Basisstationen nicht synchronisiert sind, durch ein Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: eine Empfangseinheit zum Empfangen der jeweiligen ersten Signalsequenz, wie sie durch die jeweils andere Station aus Basisstation und Mobilstation übertragen worden ist, die eindeutig für die Mobilstation vorbestimmt ist; und eine Übertragungseinheit zum Erhalten der jeweiligen ersten Phasendifferenz durch Vergleichen der Phasen der jeweiligen ersten Signalsequenz, wie sie von der Empfangseinheit empfangen wurde, und der jeweiligen zweiten Signalsequenz, wie sie eindeutig für die Mobilstation vorbestimmt ist, und Übertragen der jeweiligen zweiten Signalsequenz und Information über die jeweilige erste Phasendifferenz an die jeweils andere Station aus Basisstationen und der Mobilstation, so dass die jeweils andere Station aus Basisstationen und der Mobilstation aktiviert wird, um die jeweilige zweite Phasendifferenz durch Vergleichen der Phasen der jeweiligen ersten Signalsequenz und der jeweiligen zweiten Signalsequenz zu erhalten, und eine Position der Mobilstation durch Berechnen eines geschätzten Abstands zwischen jeder Basisstation und der Mobilstation gemäß der jeweiligen ersten Phasendifferenz und der jeweiligen zweiten Phasendifferenz abzuschätzen.
Funkstationseinrichtung nach Anspruch 11, wobei, wenn die Empfangseinheit ein Mehrpfadsignal empfängt, die Übertragungseinheit die jeweilige erste Phasendifferenz durch Verwenden der jeweiligen ersten Signalsequenz erhält, wie sie von einem Pfad mit einer kürzesten Verzögerungszeit empfangen wurde.