DE69936354T2 - Synthese der bandbreite für ein drahtloses positionsbestimmungssystem - Google Patents

Synthese der bandbreite für ein drahtloses positionsbestimmungssystem Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen zur Ortung von drahtlosen Transmittern, wie z. B. jenen, die in analogen oder digitalen zellularen Systemen, persönlichen Kommunikationssystemen (PCS = Personnel Communications Systems), verbesserten spezialisierten Mobilfunkgeräten (ESMR = Enhanced Specialized Mobile Radios) und anderen Arten von drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet werden. Dieses Gebiet ist nun im Allgemeinen als drahtlose Ortung bekannt und findet Anwendung in drahtlosen E9-1-1-Systemen, im Flottenmanagement, der HF-Optimierung, und anderen nützlichen Anwendungen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine frühe Arbeit, die sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, wurde im US-Patent Nr. 5 327 144 vom 5. Juli 1994 mit dem Titel „Wireless location system" beschrieben, welches ein System zur Ortung von Mobiltelefonen unter Verwendung von neuen TDOA-Verfahren (TDOA = Time Difference of Arrival) offenbart. Weitere Verbesserungen des Systems, die in dem Patent '144 offenbart sind, sind im US-Patent Nr. 5 608 410 vom 4. März 1997 mit dem Titel „System for Locating a Source of Bursty Transmissions" offenbart. Beide Patente sind Eigentum des Patentinhabers der vorliegenden Erfindung und hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben weiterhin signifikante Verbesserungen gegenüber den ursprünglichen Konzepten der Erfindung sowie Verfahren entwickelt, um die Genauigkeit von drahtlosen Ortungssystemen bei einer erheblichen Reduzierung der Kosten dieser Systeme weiter zu verbessern.
  • Während der letzten paar Jahre hat die Mobilfunkindustrie die Anzahl von Luftschnittstellenprotokollen, die für die Nutzung von drahtlosen Telefonen zur Verfügung stehen, vergrößert, hat die Anzahl von Frequenzbändern, in welchen drahtlose Telefone oder Mobiltelefone betrieben werden können, vergrößert und hat die Anzahl von Bedingungen erweitert, welche sich auf Mobiltelefone beziehen, um „private Kommunikationsdienstleistungen", „drahtlose Dienstleistungen" und andere mit aufzunehmen. Die Luftschnittstellenprotokolle umfassen nun AMPS, N-AMPS, TDMA, CDMA, GSM, TACS, ESMR und andere. Die Änderungen der Terminologie und die Zunahme der Anzahl von Luftschnittstellen verändern die Grundprinzipien und Erfindungen nicht, welche von den Erfindern entdeckt und verbessert wurden. Allerdings bezeichnen die Erfinder, um der gegenwärtigen Terminologie der Industrie treu zu bleiben, das hier beschriebene System als drahtloses Ortungssystem.
  • Die Erfinder haben umfangreiche Experimente mit der hier offenbarten drahtlosen Ortungssystemtechnologie durchgeführt, um sowohl die Durchführbarkeit als auch den Wert dieser Technologie zu demonstrieren. Zum Beispiel wurden zahlreiche Experimente während mehrerer Monate der Jahre 1995 und 1996 in den Städten Philadelphia und Baltimore durchgeführt, um die Fähigkeiten des Systems zu verifizieren, Mehrwegkorrekturen in großen städtischen Umfeldern vorzunehmen. Im Jahre 1996 bauten die Erfinder dann ein System in Houston auf, welches genutzt wurde, um die Effektivität der Technologie in diesem Gebiet und ihre Fähigkeit, mit E9-1-1-Systemen eine direkte Schnittstelle zu bilden, zu testen. Dann wurde das System 1997 auf einem 350 Quadratmeilen großen Gebiet in New Jersey getestet und wurde verwendet, um echte 9-1-1-Anrufe [Notrufe] von tatsächlich in Schwierigkeiten geratenen Personen zu orten. Seit dieser Zeit wurde der Systemtest erweitert und umfasst nun 125 Funkzellen-Standorte, welche ein Gebiet bzw. eine Fläche von über 2000 Quadratmeilen abdecken. Während all dieser Tests wurden die Verfahren, die hier erläutert und offenbart werden, auf ihre Effektivität getestet und weiterentwickelt und es wurde gezeigt, dass das System die Einschränkungen anderer Lösungsansätze überwindet, welche zur Ortung drahtloser Telefone vorgeschlagen wurden. Seit Dezember 1998 wurde in der Tat weltweit kein anderes drahtloses Ortungssystem installiert, welches in der Lage ist, in Echtzeit 9-1-1-Notrufe zu orten. Die Innovation des drahtlosen Ortungssystems, welches hier offenbart wird, wurde in der Industrie für drahtlose Systeme sowohl durch die beträchtliche Anzahl von Medienberichten, die den Fähigkeiten des Systems gewidmet wurden, als auch durch Auszeichnungen anerkannt. Zum Beispiel wurde dem System im Oktober 1997 von der Cellular Telephone Industry Association der prestigeträchtige Wireless Appy Award verliehen und die Christopher Columbus Fellowship Foundation und die Zeitschrift Discover wählten das drahtlose Ortungssystem aus 4.000 eingereichten Nennungen als eine der Top-4-Innovationen des Jahres 1998 aus.
  • Der Wert und die Bedeutung des drahtlosen Ortungssystems wurden von der Industrie für drahtlose Kommunikation anerkannt. Im Juni 1996 gab die Federal Communications Commission Vorgaben für die Industrie für drahtlose Kommunikation heraus, Ortungssysteme für die Nutzung zur Ortung von drahtlosen 9-1-1-Notrufen bereitzustellen, mit Oktober 2001 als letztem Termin. Die Ortung von drahtlosen E9-1-1-Notrufen wird durch die verringerte Nutzung von Notruf-Antwortressourcen Antwortzeit einsparen, Leben retten und enorme Kosten ersparen. Zusätzlich sind zahlreiche Umfragen und Studien zu dem Schluss gekommen, dass in den kommenden Jahren zahlreiche drahtlose Anwendungen, wie zum Beispiel ortungsbezogene Abrechnungen, Flottenmanagement und andere eine große wirtschaftliche Bedeutung haben werden.
  • Hintergrundinformation über drahtlose Kommunikationssysteme Es gibt viele verschiedene Arten von Luftschnittstellenprotokollen, welche für drahtlose Kommunikationssysteme verwendet werden. Diese Protokolle werden auf verschiedenen Frequenzbändern genutzt, sowohl in den USA als auch international. Das Frequenzband beeinflusst nicht die Effektivität des drahtlosen Ortungssystems, drahtlose Telefone zu orten.
  • Alle Luftschnittstellenprotokolle verwenden zwei Arten von „Kanälen". Die erste Art umfasst Steuerkanäle, welche zur Übermittlung von Informationen über das drahtlose Telefon oder den drahtlosen Transmitter, zum Aufbau oder Beenden von Anrufen, oder zum Übertragen von diskontinuierlichen Daten genutzt werden. Einige Arten von Kurzmitteilungs-(SMS)-Diensten übertragen zum Beispiel Daten über den Steuerkanal. Bei verschiedenen Luftschnittstellen sind Steuerkanäle durch verschiedene Fachtermini bekannt, aber die Benutzung der Steuerkanäle ist bei jeder Luftschnittstelle ähnlich. Steuerkanäle haben im Allgemeinen Identifikationsinformationen über das drahtlose Telefon oder den Transmitter, welche in der Übertragung enthalten sind.
  • Die zweite Art umfasst Sprachkanäle, welche typischerweise genutzt werden, um Sprachkommunikation über die Luftschnittstelle zu befördern. Diese Kanäle werden nur genutzt, nachdem mittels der Steuerkanäle ein Anruf aufgebaut wurde. Sprachkanäle nutzen typischerweise zugeordnete Ressourcen innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems, wohingegen Steuerkanäle sich Ressourcen teilen. Diese Unterscheidung wird im Allgemeinen die Nutzung von Steuerkanälen für drahtlose Ortungszwecke kosteneffektiver gestalten, als die Nutzung von Sprachkanälen, obwohl es einige Anwendungen gibt, für die eine reguläre Ortung über den Sprachkanal gewünscht wird. Sprachkanäle haben im Allgemeinen keine Identifikationsinformationen über das drahtlose Telefon oder den Transmitter in der Übertragung. Einige der Unterschiede der Luftschnittstellenprotokolle werden nachfolgend erläutert:
    AMPS – Dies ist das ursprüngliche Luftschnittstellenprotokoll, welches in den Vereinigten Staaten zur Mobilfunkkommunikation verwendet wird. Beim AMPS-System werden einzelne zugeordnete Kanäle zur Nutzung durch Steuerkanäle (RCC) zugeordnet. Gemäß dem TIA/EIA-Standard IS-553A muss jeder Steuerkanalblock auf einem Mobilfunkkanal 333 oder 334 beginnen, wobei der Block jedoch von variabler Länge sein kann. In den Vereinigten Staaten beträgt die Breite des AMPS-Steuerkanalblocks vereinbarungsgemäß 21 Kanäle, obgleich auch die Nutzung eines Blocks mit einer Breite von 26-Kanälen bekannt ist. Ein Rücklauf-Sprachkanal (RVC = Reverse Voice Channel) kann jeden Kanal belegen, der nicht einem Steuerkanal zugeordnet ist. Die Steuerkanalmodulation ist eine FSK (Frequenzwechselschlüsselung = Frequency Shift Keying), während die Sprachkanäle unter Verwendung von FM (Frequenzmodulation = Frequency Modulation) moduliert werden.
  • N-AMPS – Diese Luftschnittstelle ist eine Erweiterung des AMPS-Luftschnittstellenprotokolls, und ist als EIA/TIA-Standard IS-88 definiert. Die Steuerkanäle sind im Wesentlichen dieselben wie für AMPS, obgleich die Sprachkanäle verschieden sind. Die Sprachkanäle belegen weniger als 10 KHz der Bandbreite, gegenüber den 30 KHz, welche für AMPS genutzt werden, und die Modulation erfolgt durch FM.
  • TDMA – Diese Schnittstelle ist auch als D-AMPS bekannt und wird als EIA/TIA-Standard IS-136 definiert. Diese Luftschnittstelle ist durch die Nutzung sowohl von Frequenz- als auch Zeittrennung gekennzeichnet. Die Steuerkanäle sind als Digi talsteuerkanäle (DCCH = Digital Control Channels) bekannt und werden in Signalfolgen in Zeitfenstern übertragen, die der Nutzung durch die DCCH zugeordnet sind. Im Gegensatz zu AMPS können DCCH irgendwo in dem Frequenzband zugeordnet werden, obwohl es im Allgemeinen einige Frequenzzuordnungen gibt, welche basierend auf der Nutzung von Wahrscheinlichkeitsblöcken attraktiver als andere sind. Sprachkanäle sind als digitale Verkehrskanäle (DTC – Digital Traffic Channels) bekannt. DCCH und DTC können die gleichen Frequenzzuordnungen belegen, aber nicht die gleiche Zeitfensterzuordnung in einer bestimmten Frequenzzuordnung. DCCH und DTC nutzen das gleiche Modulationsschema, bekannt als /4 DQPSK (Differenzialquadraturphasen-Wechselschlüsselung = differential quadrature Phase shift keying). Im Mobilfunkband kann ein Träger sowohl das AMPS- als auch TDMA-Protokoll nutzen, solange die Frequenzzuordnungen für jedes Protokoll getrennt bleiben.
  • CDMA – Diese Luftschnittstelle ist durch den EIA/TIA-Standard IS-95A definiert. Diese Luftschnittstelle ist durch die Nutzung sowohl der Frequenz- als auch der Codetrennung gekennzeichnet. Darüber hinaus ist CDMA aber auch durch eine sehr sorgfältige Leistungssteuerung gekennzeichnet, da benachbarte Funkzellen-Standorte die gleichen Frequenzeinstellungen nutzen können. Diese sorgfältige Leistungssteuerung führt zu einer Situation, welche einem Fachmann als das Nah-Fern-Problem bekannt ist, das erschwert, dass die drahtlose Ortung bei den meisten Ansätzen gut funktioniert. Steuerkanäle sind als Zugriffskanäle bekannt, und Sprachkanäle sind als Verkehrskanäle bekannt. Zugriffs- und Verkehrskanäle können sich dasselbe Frequenzband teilen, sind aber durch Codes getrennt. Zugriffs- und Verkehrskanäle nutzen das gleiche Modulationsschema, das als OQPSK bekannt ist.
  • GSM – Diese Luftschnittstelle ist durch das internationale Global-Standardsystem für Mobilfunkkommunikation (Global System for Mobile Communications) definiert. Wie TDMA ist GSM durch die Nutzung sowohl von Frequenz- als auch von Zeittrennung gekennzeichnet. Die Bandbreite des Kanals beträgt 200 KHz, was breiter ist als die 30 KHz, welche für TDMA genutzt werden. Steuerkanäle sind bekannt als autonome zugeordnete Steuerkanäle (SDCCH – Standalone Dedicated Control Channels) und werden in Signalfolgen in Zeitfenstern übertragen, die der Nutzung durch SDCCH zugeordnet sind. SDCCH kann irgendwo im Frequenzband zugeordnet sein. Sprachkanäle sind als Verkehrskanäle (TCH – Traffic Channels) bekannt. SDCCH und TCH können dieselben Frequenzzuordnungen belegen, aber nicht dieselbe Zeitfensterzuordnung in einer bestimmten Frequenzzuordnung. SDCCH und TCH nutzen dasselbe Modulationsschema, bekannt als GMSK.
  • Innerhalb dieser Beschreibung soll die Bezugnahme auf irgendeine der Luftschnittstellen automatisch auf alle Luftschnittstellen verweisen, solange nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus soll sich ein Verweis auf Steuerkanäle oder Sprachkanäle auf alle Arten von Steuer- oder Sprachkanälen beziehen, egal welche die bevorzugte Terminologie für eine bestimmte Luftschnittstelle ist. Schließlich gibt es noch viel mehr Arten von Luftschnittstellen, welche weltweit genutzt werden und es besteht nicht die Absicht, eine Luftschnittstelle von den Konzepten der Erfindung auszuschließen, welche in dieser Beschreibung beschrieben werden. In der Tat wird der Fachmann erkennen, dass andere Schnittsellen, die an anderen Orten genutzt werden, Ableitungen der oben beschriebenen Schnittstellen oder in der Klassifizierung diesen ähnlich sind.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindungen, welche hier offenbart sind, haben viele Vorteile gegenüber anderen Verfah ren zur Ortung drahtloser Telefone. Zum Beispiel umfassen einige dieser anderen Verfahren eine Erhöhung der GPS-Funktionalität von Telefonen, was voraussetzt, dass signifikante Veränderungen an diesen Telefonen vorgenommen werden. Die bevorzugten Ausführungsformen, die hier offenbart sind, erfordern keine Veränderungen der drahtlosen Telefone und somit können sie in Verbindung mit den bestehenden installierten Basisstationen von über 65 Millionen drahtlosen Telefonen in den Vereinigten Staaten und 250 Millionen drahtlosen Telefonen weltweit genutzt werden.
  • WO96/25673 beschreibt ein sich differential erstreckendes Ortungssystem (Differential Ranging Location System) zur Nutzung in einem Frequenzsprung-Streusprektrum-Funksystem (frequencyhopping spread-spectrum radio system). Bei diesem System überträgt der Transmitter gleichzeitig zwei Funkfrequenzträger mit unterschiedlichen Frequenzen, so dass eine Phasendifferenz proportional zu der Reichweite des Transmitters bei einer Vielzahl von Empfängerstandorten beobachtet wird, die entfernt von dem Transmitter sind.
  • US 5 812 522 offenbart ein System zur Überlagerung von Sprachübertragungen und Datennachrichtensystemen mit einem bestehenden Kraftfahrzeugortungssystem, wobei das bestehende System Frequenzsprünge verwendet, um den Ort des Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein drahtloses Ortungssystem, wie es in den Ansprüchen 1 bis 7 beschrieben ist, zur Verfügung gestellt.
  • Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der geographischen Lage eines mobilen Transmitters zur Verfügung gestellt, wie es in den Ansprüchen 8 bis 14 be schrieben ist.
  • Wie in dem System, das in den Patenten '144 und '410 offenbart ist, empfängt ein System gemäß der vorliegenden Erfindung Signale, welche von drahtlosen Telefonen oder ähnlichen Transmittern übertragen werden, an einer Vielzahl von Empfänger- oder Signalsammelsystem-Standorten. Um darüber hinaus die Genauigkeit der Ortungsinformationen zu verbessern, welche von dem Ortungssystem zur Verfügung gestellt wird, baut das System der vorliegenden Erfindung größere Bandbreiten auf und dadurch eine größere Zeitauflösung als sonst verfügbar wäre. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung genutzt werden, um eine Bandbreite zu erreichen, die größer als die typische Bandbreite von 20 KHz der Signale ist, die bei einer Mobilfunktelefon-Ortungsanwendung kreuzkorreliert werden müssen (entweder im Zeit- oder Frequenzbereich). Mit einer solchen Bandbreitensynthese kann die Bandbreite z. B. bis zu 12,5 MHz, bereitgestellt von der FCC für jeden Mobilfunksystembediener, für Ortungszwecke genutzt werden.
  • Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das drahtlose Ortungssystem (WLS) die Schaltzentrale für drahtlose Mobiltelefone (MTSO – Mobile Telephone Switching Office) an, dass der zu ortende drahtlose Transmitter die Frequenzkanäle wechselt, und die doppelt abgezogene Trägerphase des übertragenen Signals (oder die ankunftsbezogene Zeitdifferenz) wird bei jeder der vielen Frequenzen beobachtet, welche die breitestmögliche Bandbreite umspannen. Die Phasenmessdaten dieser vielen Frequenzen werden kombiniert, um die Integer-Wellenlängenmehrdeutigkeit zu lösen, welche bei einer Abschätzung einer Ortung aus Phaseninformation inhärent ist. Um den Prozess der Mehrdeutigkeitslösung zu beginnen, werden doppelt abgezogene Einfachfrequenzkanal-Gruppenverzögerungsmessungen verwendet, um die Mehrdeutigkeit bei der doppelt abgezogenen Phasendifferenz zwischen den meisten nahe beieinander liegenden Frequenzkanälen zu lösen. Wie schon erwähnt, kann diese Bandbreitensynthese die Genauigkeit der Ortungsabschätzung deutlich verbessern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Nutzung in einem drahtlosen Ortungssystem zur Bestimmung der geographischen Lage eines Mobilfunktransmitters die Schritte der Nutzung eines schmalbandigen Signals, das durch den mobilen Transmitter übertragen wird, um eine Eingangs-TDOA-Bestimmung zu erhalten; und die Durchführung der Übertragung über den mobilen Transmitter von zusätzlichen schmalbandigen Signalen mit einer Vielzahl von separaten Frequenzen innerhalb eines vordefinierter breiten Frequenzbands Nutzung der zusätzlichen schmalbandigen Signale in Verbindung mit dem ersten Signal, um eine verbesserte TDOA-Bestimmung zu erzielen. Die Eingangs-TDOA-Bestimmung wird bevorzugt verwendet, um eine inhärente Integer-Mehrdeutigkeit der Randphasendifferenz zwischen den zusätzlichen schmalbandigen Signalen bei der Vielzahl von separaten Frequenzen aufzulösen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend offenbart.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 und 1A zeigen schematisch ein drahtloses Ortungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt schematisch ein Signalsammelsystem (SCS = Signal Collection System) 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2A zeigt schematisch ein Empfängermodul 10-2, das von dem Signalsammelsystem verwendet wird.
  • Die 2B und 2C zeigen schematisch alternative Wege, um das Empfängermodul/die Empfängermodule 10-2 mit den Antennen 10-1 zu koppeln.
  • 2C-1 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der von dem drahtlosen Ortungssystem bei der Nutzung von Schmalbandempfängermodulen verwendet wird.
  • 2D zeigt schematisch ein DSP-Modul 10-3, das in dem Signalsammelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 2E ist ein Flussdiagramm des Betriebs des DSP-Moduls/der DSP-Module 10-3, und 2E-1 ist ein Flussdiagramm des Prozesses, welcher von den DSP-Modulen verwendet wird, um aktive Kanäle zu erfassen.
  • 2F zeigt schematisch ein Steuer- und Kommunikationsmodul 10-5 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die 2G bis 2J zeigen Aspekte der gegenwärtig bevorzugten SCS-Kalibrierungsverfahren. 2G ist eine schematische Darstellung von Basislinien und Fehlerwerten, welche verwendet werden, um ein externes Kalibrierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu erklären. 2H ist ein Flussdiagramm eines internen Kalibrierungsverfahrens. 2I ist eine exemplarische Übertragungsfunktion eines AMPS-Steuerkanals und 2J zeigt ein beispielhaftes Kammsignal.
  • Die 2K und 2L sind Flussdiagramme von zwei Verfahren zur Leistungsüberwachung eines drahtlosen Ortungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt schematisch einen TDOA-Ortungsprozessor 12 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3A zeigt die Struktur einer beispielhaften Netzwerkabbildung, die durch die TLP-Steuereinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
  • Die 4 und 4A zeigen schematisch verschiedene Aspekte eines Anwendungsprozessors 14 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines zentralen stationsbasierten Ortungsverarbeitungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines stationsbasierten Ortungsverarbeitungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, um für jede Übertragung, für welche eine Ortung gewünscht wird, zu bestimmen, ob eine zentrale oder stationsbasierte Verarbeitung verwendet wird.
  • 8 ist ein Flussdiagramm eines dynamischen Prozesses, welcher genutzt wird, um kooperierende Antennen und SCS 10, welche in der Ortungsverarbeitung genutzt werden, auszuwählen.
  • 9 ist eine Abbildung, auf die nachstehend bei der Erklärung eines Verfahrens zur Auswahl einer Kandidatenliste von SCS und Antennen mittels eines vorbestimmten Satzes von Kriterien Bezug genommen wird.
  • Die 10A und 10B sind Flussdiagramme alternativer Verfahren zur Vergrößerung der Bandbreite eines übertragenen Sig nals, um die Ortungsgenauigkeit zu verbessern.
  • Die 11A bis 11C sind Signalflussdiagramme und 11D ist ein Flussdiagramm, und diese werden verwendet, um ein Verfahren der Erfindung zur Kombination von mehreren statistisch unabhängigen Ortungsverarbeitungen zu erklären, um eine Bestimmung mit verbesserter Genauigkeit zur Verfügung zu stellen.
  • Die 12A und 12B stellen ein Blockdiagramm bzw. einen Graphen dar, um ein Bandbreitensyntheseverfahren zu erklären.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Das drahtlose Ortungssystem (Wireless Location System) arbeitet als passive Überlagerung eines drahtlosen Kommunikationssystems, wie eines Mobilfunk-, PCS- oder ESMR-Systems, obwohl die Konzepte nicht nur auf diese Arten von Kommunikationssystemen beschränkt sind. Drahtlose Kommunikationssysteme sind im Allgemeinen zur Ortung drahtloser Geräte nicht geeignet, da der Aufbau der drahtlosen Transmitter und Cen-Sites nicht die notwendige Funktionalität umfasst, um eine genaue Ortung zu erzielen. Eine genaue Ortung ist in dieser Anmeldung definiert als eine Genauigkeit von 30,5 bis 122 Meter (100 bis 400 Fuß) Effektivwert (RMS = Root Mean Square). Dies unterscheidet sich von der Ortungsgenauigkeit, welche von bestehenden Funkzellen-Standorten erreicht werden kann, welche im Allgemeinen auf den Radius des Funkzellen-Standortes begrenzt ist. Im Allgemeinen sind Funkzellen-Standorte nicht dafür ausgelegt oder programmiert, um zwischen einander oder untereinander zu kooperieren, um den Standort eines drahtlosen Transmitters zu bestimmen. Darüber hinaus sind drahtlose Transmitter, wie zum Beispiel Mobilfunk- und PCS-Telefone auf geringe Kosten ausgelegt und haben deshalb im Allgemeinen keine eingebauten Ortungsmöglichkeiten. Das drahtlose Ortungssystem ist dafür ausgelegt, eine kostengünstige Ergänzung eines drahtlosen Kommunikationssystems zu sein, welches minimale Änderungen an Funkzellen-Standorten und überhaupt keine Änderungen an den drahtlosen Standard-Transmittern umfasst. Das drahtlose Ortungssystem ist passiv, da es keine Transmitter umfasst, und deshalb stellt es keine Beeinträchtigung irgendeiner Art für das drahtlose Kommunikationssystem dar. Das drahtlose Ortungssystem nutzt nur seine eigenen spezialisierten Empfänger an Funkzellen-Standorten oder anderen empfangenden Orten.
  • Übersicht über das drahtlose Ortungssystem (Wireless Location System)
  • Wie in 1 gezeigt ist, hat das drahtlose Ortungssystem vier Hauptarten von Subsystemen: die Signalsammelsysteme (SCS = Signal Collection System) 10, die TDOA-Ortungsprozessoren (TLP = TDOA Location Processors) 12, die Anwendungsprozessoren (AP = Application Processors) 14 und die Netwerkbetriebskonsole (NOC = Network Operations Console) 16. Jedes SCS ist verantwortlich für den Empfang der HF-Signale, welche von den drahtlosen Transmittern sowohl auf den Steuerkanälen als auch den Sprachkanälen übertragen werden. Im Allgemeinen ist jedes SCS bevorzugt an einem Funkzellen-Standort eines drahtlosen Trägers installiert und arbeitet deshalb parallel zu einer Basisstation. Jeder TLP 12 ist verantwortlich für die Verwaltung eines Netzwerks von mehreren SCS 10 und dafür, einen zentralisierten Pool digitaler Signalverarbeitungs-(DSP)-Ressourcen bereitzustellen, die für die Ortungsverarbeitungen verwendet werden können. Die SCS 10 und die TLP 12 arbeiten zusammen, um die Lage des drahtlosen Transmitters zu bestimmen, wie im Weiteren ausführlicher erläutert wird. Digitale Signalverarbeitung ist die bevorzugte Art, auf welche Funksignale verarbeitet werden, weil DSPs relativ kostengünstig sind, beständige Leistung bereitstellen und einfach umprogrammierbar sind, um viele verschieden Aufgaben zu erfüllen. Sowohl die SCS 10 als auch die TLP 12 beinhalten eine signifikante Anzahl von DSP-Ressourcen, und die Software in diesen Systemen kann dynamisch arbeiten, um basierend auf Kompromissen in der Verarbeitungszeit, der Kommunikationszeit, der Wartezeit und den Kosten zu bestimmen, wo eine bestimmte Verarbeitungsfunktion ausgeführt werden soll. Jeder TLP 12 existiert zentral, und zwar primär, um die Gesamtkosten der Ausführung des drahtlosen Ortungssystems zu verringern, obwohl die hier erläuterten Verfahren nicht auf die gezeigten bevorzugte Architektur beschränkt sind. Das heißt, dass DSP-Ressourcen innerhalb des drahtlosen Ortungssystems verlagert werden können, ohne die gezeigten grundlegenden Konzepte und die Funktionalität zu verändern.
  • Die AP 14 sind verantwortlich für das Koordinieren aller Ressourcen in dem drahtlosen Ortungssystem, einschließlich der mehreren SCS 10 und TLP 12. Jeder AP 14 umfasst auch eine spezialisierte Datenbank, die „Auslöseimpulse" für das drahtlose Ortungssystem enthält. Um Ressourcen zu sparen, kann das drahtlose Ortungssystem so programmiert werden, dass nur bestimmte vorbestimmte Arten von Übertragungen geortet werden. Wenn eine Übertragung einer vorbestimmten Art erfolgt, wird das drahtlose Ortungssystem aktiviert, um die Ortungsverarbeitung zu beginnen. Andernfalls kann das drahtlose Ortungssystem so programmiert sein, dass es die Übertragung ignoriert. Jeder AP 14 umfasst außerdem Anwendungsschnittstellen, die einer Vielzahl von Anwendungen ermöglichen, sicher auf das drahtlose Ortungssystem zuzugreifen. Diese Anwendungen können auf Ortungsdatensätze beispielsweise in Echtzeit oder nicht in Echtzeit zugreifen, bestimmte Arten von Auslöseimpulsen erstellen oder löschen, oder das drahtlose Ortungssystem dazu bringen, andere Vorgänge durchzuführen. Jeder AP 14 ist auch in der Lage, bestimmte Nachverarbeitungsfunktionen durchzuführen, welche es dem AP 14 erlauben, eine Reihe von Ortungsdatensät zen zu kombinieren, um ausführliche Datensätze oder Analysen zu erstellen, die nützlich für Anwendungen wie z. B. die Verkehrsüberwachung oder HF-Optimierung sind.
  • Die NOC 16 ist ein Netzwerkmanagementsystem, welches den Bedienern des drahtlosen Ortungssystems einen einfachen Zugriff auf die Programmierparameter des drahtlosen Ortungssystems ermöglicht. In manchen Städten kann das drahtlose Ortungssystem zum Beispiel viele hunderte oder sogar tausende SCS 10 beinhalten. Die NOC ist der effektivste Weg, um ein großes drahtloses Ortungssystem zu verwalten, wobei graphische Benutzerschnittstellen-Fähigkeiten genutzt werden. Die NOC empfängt auch Echtzeit-Warnhinweise, wenn bestimmte Funktionen innerhalb des drahtlosen Ortungssystems nicht richtig funktionieren. Diese Echtzeit-Warnhinweise können von dem Bediener genutzt werden, um schnell korrigierende Maßnahmen zu ergreifen und eine Verschlechterung der Ortungsdienstleistungen zu verhindern. Die Erfahrung mit Feldversuchen des drahtlosen Ortungssystems zeigt, dass die Fähigkeit des Systems, eine gute Ortungsgenauigkeit über die Zeit aufrechtzuerhalten, direkt mit der Fähigkeit des Bedieners zusammenhängt, das System innerhalb seiner vorbestimmten Parameter am Laufen zu halten.
  • Leser der US-Patente Nr. 5 327 144 und 5 608 410 und dieser Beschreibung werden Ähnlichkeiten zwischen den jeweiligen Systemen bemerken. In der Tat basiert das hier gezeigte System in einem signifikanten Maß auf dem in den vorstehenden Patenten beschriebenen System und stellt eine signifikante Weiterentwicklung derselben dar. Zum Beispiel wurde das SCS 10 gegenüber dem in 5 608 410 beschriebenen Antennenstandortsystem erweitert und verbessert. Das SCS 10 hat nun die Fähigkeit, viele Antennen mehr an einem einzigen Funkzellen-Standort zu unterstützen und kann des Weiteren die Nutzung von Antennen verlängerter Reichweite, wie im Weiteren beschrieben, unter stützen. Das ermöglicht dem SCS 10, mit den in Sektoren eingeteilten Funkzellen-Standorten, welche nun üblicherweise genutzt werden, zu arbeiten. Das SCS 10 kann auch Daten von mehreren Antennen eines Funkzellen-Standortes zum TLP 12 übertragen, anstatt immer Daten von mehreren Antennen vor der Übertragung zu kombinieren. Außerdem kann das SCS 10 mehrere Luftschnittstellenprotokolle unterstützen, wodurch dem SCS 10 erlaubt wird, sogar als drahtloser Träger zu funktionieren, während kontinuierlich die Konfiguration seines Systems geändert wird.
  • Der TLP 12 ist ähnlich dem zentralen Standortsystem, das in 5 608 410 offenbart ist, wurde aber auch erweitert und verbessert. Zum Beispiel wurde der TLP 12 skalierbar gemacht, so dass das Ausmaß der für jeden TLP 12 erforderlichen DSP-Ressourcen angemessen skaliert werden kann, um mit der Anzahl der Ortungen pro Sekunde, die von Kunden des drahtlosen Ortungssystems gefordert werden, übereinzustimmen. Um das Skalieren für verschiedene drahtlose Ortungssystemkapazitäten zu unterstützen, wurde ein Netzwerkschema zum TLP 12 hinzugefügt, so dass mehrere TLP 12 zusammenarbeiten können, um HF-Daten über drahtlose Kommunikationssystemnetzwerkgrenzen hinaus gemeinsam zu nutzen. Zusätzlich wurden dem TLP 12 Steuermittel zur Verfügung gestellt, um die SCS 10 zu bestimmen und, noch wichtiger, die Antennen eines jeden SCS 10, von welchen der TLP 12 Daten empfangen soll, um eine bestimmte Ortungsverarbeitung durchzuführen. Vorher haben die Antennenstandortsysteme automatisch Daten zum zentralen Standortsystem weiter übertragen, ob diese von dem zentralen Standortsystem angefordert wurden oder nicht. Des Weiteren wurden das SCS 10 und der TLP 12 kombiniert mit zusätzlichen Mitteln ausgestattet, um eine Mehrwegausbreitung von den empfangenen Übertragungen zu entfernen.
  • Das Datenbanksubsystem des zentralen Standortsystems wurde zu dem AP 14 erweitert und weiterentwickelt. Der AP 14 kann eine größere Vielzahl von Anwendungen unterstützen als zuvor in 5 608 410 offenbart, einschließlich der Fähigkeit, große Mengen von Ortungsdatensätzen von mehreren drahtlosen Transmittern nachzuverarbeiten. Diese nachverarbeiteten Daten können beispielsweise sehr effektive Abbildungen beinhalten, welche von drahtlosen Trägern genutzt werden können, um das HF-Design des Kommunikationssystems zu verbessern und zu optimieren. Dies kann beispielsweise durch Plotten der Standorte aller Anrufer in einer Gegend und durch Plotten der empfangenen Signalstärken bei einer Reihe von Funkzellen-Standorten erreicht werden. Der Betreiber kann dann bestimmen, ob jeder Funkzellen-Standort tatsächlich den exakten Versorgungsbereich versorgt, welcher von dem Betreiber gewünscht wird. Der AP 14 kann nun auch Ortungsdatensätze anonym speichern, das heißt, dass die MIN und/oder andere Kennungsinformationen von dem Ortungsdatensatz entfernt werden, so dass die Ortungsaufzeichnung für die HF-Optimierung oder Verkehrsüberwachung genutzt werden kann, ohne Bedenken hinsichtlich der Privatsphäre einzelner Nutzer aufkommen zu lassen.
  • Wie in 1A gezeigt wird, umfasst eine gegenwärtig am meisten bevorzugte Ausführung des drahtlosen Ortungssystems eine Vielzahl von SCS-Regionen, von denen jede mehrere SCS 10 umfasst. Zum Beispiel umfasst die „SCS-Region 1" SCS 10A und 10B (und vorzugsweise weitere, welche nicht gezeigt sind), welche an entsprechenden Funkzellen-Standorten sitzen und Antennen mit den Basisstationen an diesen Funkzellen-Standorten gemeinsam nutzen. Abzweig- und Wiederbelegungseinheiten 11A und 11B werden genutzt, um Schnittstellen zwischen fraktionellen T1/E1-Linien und vollen T1/E1-Linien zu bilden, welche wiederum mit einem digitalen Zugriffs- und Steuersystem (DACS – Digital Access and Control System) 13A gekoppelt sind. Das DACS 13A und ein weiteres DACS 13B werden in der Art und Weise genutzt, die nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, und zwar zur Kommunikation zwischen den SCS 10A, 10B etc. und mehreren TLP 12A, 12B, etc. Wie gezeigt, sind die TLP typischerweise über ein Ethernet-Netzwerk (Hauptdatenübertragungsleitung) und über ein zweites, redundantes Ethernet-Netzwerk angeordnet und miteinander verbunden. Außerdem sind mehrere AP 14A und 14B, mehrere NOCs 16A und 16B und ein Terminalserver 15 mit den Ethernet-Netzwerken gekoppelt. Router 19A und 19B werden verwendet, um ein drahtloses Ortungssystem mit einem oder mehreren anderen drahtlosen Ortungssystemen zu koppeln.
  • Signalsammelsystem 10
  • Im Allgemeinen weisen Funkzellen-Standorte eine der folgenden Antennenkonfigurationen auf: (i) einen omnidirektionalen Standort mit einer oder zwei Empfangsantennen oder (ii) einen in Sektoren eingeteilten Standort mit einem, zwei oder drei Sektoren und mit einer oder zwei Empfangsantennen, welche in jedem Sektor genutzt werden. Nachdem die Anzahl der Funkzellen-Standorte in den Vereinigten Staaten und international gestiegen ist, wurden in Sektoren aufgeteilte Funkzellen-Standorte zu der vorherrschenden Konfiguration. Allerdings gibt es auch eine steigende Anzahl von Mikrozellen und Picozellen, welche omnidirektional sein können. Deshalb wurde das SCS 10 so ausgelegt, dass es für jeden dieser typischen Funkzellen-Standorte konfigurierbar ist und wurde mit Mechanismen versehen, um jede beliebige Anzahl von Antennen an einem Funkzellen-Standort zu verwenden.
  • Die grundlegenden Bauelemente des SCS 10 sind dieselben wie die des in 5 608 410 beschriebenen Antennenstandortsystems, es erfolgten jedoch zahlreiche Verbesserungen, um die Flexibilität des SCS 10 zu erhöhen und die kommerziellen Entwicklungskosten des Systems zu verringern. Die gegenwärtig am meisten bevorzugte Ausführungsform des SCS 10 wird hier beschrieben. Das SCS 10, von dem eine Übersicht in 2 gezeigt ist, umfasst digitale Empfängermodule 10-2A bis 10-2C; DSP-Module 10-3A bis 10-3C; einen seriellen Bus 10-4, ein Steuer- und -Kommunikationsmodul 10-5; ein GPS-Modul 10-6; und ein Taktgebermodul 10-7. Das SCS 10 hat die folgenden externen Anschlüsse: Stromversorgung, fraktionelle T1/E1-Kommunikationen, HF-Verbindungen zu Antennen, und eine GPS-Antennenverbindung für das Takterzeugungs- (oder Taktgebermodul) 10-7. Der Aufbau und das Gehäuse des SCS 10 ermöglichen, dass dieses physisch mit Funkzellen-Standorten (welche die üblichsten Installationsorte sind) verbunden sind, auf anderen Arten von Masten angebracht sind (wie zum Beispiel FM, AM, Zweiwegnotrufkommunikation, Fernsehen, usw.), oder auf anderen Gebäudestrukturen angebracht sind (wie zum Beispiel Hausdächer, Silos, usw.).
  • Takterzeugung
  • Das drahtlose Kommunikationssystem ist abhängig von der genauen Bestimmung der Zeit an allen SCS 10, die in einem Netzwerk enthalten sind. Viele verschiedene Takterzeugungssysteme sind in älteren Offenbarungen beschrieben, allerdings basiert die gegenwärtig am meisten bevorzugte Ausführungsform auf einem weiterentwickelten GPS-Empfänger 10-6. Der verbesserte GPS-Empfänger unterscheidet sich von den meisten herkömmlichen GPS-Empfängern dadurch, dass der Empfänger einen Algorithmus enthält, welcher einen Teil der Taktinstabilität des GPS-Signals löschen kann, und gewährleistet, dass beliebige zwei SCS 10, die in einem Netzwerk enthalten sind, Taktpulse empfangen können, die mit ungefähr 10 Nanosekunden aufeinander folgen. Diese verbesserten GPS-Empfänger sind nun gewerblich verfügbar, und verringern einige der zeitreferenzbezogenen Fehler weiter, die bei früheren Ausführungen des drahtlosen Ortungssystems beobachtet wurden. Während dieser verbesserte GPS-Empfänger eine sehr genaue Zeitreferenz produzieren kann, kann die Ausgabe des Empfängers immer noch ein inakzeptables Phasenrauschen aufweisen. Deshalb wird die Ausgabe des Empfängers eingespeist in einen quarzgesteuerten Phasenregelkreis mit niedrigem Phasenrauschen, der nun Referenzsignale von 10 MHz und mit einem Impuls pro Sekunde (PPS = Pulse per Second) mit weniger als 0,01 Grad RMS-Phasenrauschen und einer Impulsausgabe an jedes SCS 10 in einem drahtlosen Ortungssystemnetzwerk innerhalb von 10 Nanosekunden eines jeden weiteren Impulses an ein anderes SCS 10 produzieren kann. Diese Kombination aus einem verbesserten GPS-Empfänger, einem Quarzoszillator und einem Phasenregelkreis ist nun das bevorzugte Verfahren, um stabile Zeit- und Frequenzreferenzsignale mit niedrigem Phasenrauschen zu erzielen.
  • Das SCS 10 wurde dafür gebaut, mehrere Frequenzbänder und mehrere Träger zu unterstützen, und zwar mit Betriebsmitteln, welche am gleichen Funkzellen-Standort vorzufinden sind. Dies kann geschehen, indem man mehrere Empfänger innerhalb eines einzigen SCS-Gehäuses nutzt oder indem man mehrere Gehäuse nutzt, von denen jedes einen separaten Empfänger hat. In dem Fall, dass mehrere SCS-Gehäuse am selben Funkzellen-Standort platziert sind, können die SCS 10 eine einzige Takterzeugungs-/Taktgeberverteilerschaltung 10-7 gemeinsam nutzen und dadurch die Gesamtkosten des Systems verringern. Die Ausgangssignale von 10 MHz und das eine PPS-Ausgangssignal der Taktgeberschaltung werden innerhalb des SCS 10 verstärkt und gepuffert und werden dann über externe Verbindungen verfügbar gemacht. Somit kann ein zweites SCS seinen Takt von einem ersten SCS empfangen, welches die gepufferte Ausgabe und die externen Verbindungen nutzt. Diese Signale können auch für die Basisstationsbetriebsmittel verfügbar gemacht werden, welche sich am Funkzellen-Standort befinden. Dies kann für die Basisstation nützlich sein, beispielsweise beim Verbessern des Frequenzwiederbenutzungsmusters eines drahtlosen Kommunikationssystems.
  • Empfängermodul 10-2 (Breitband-Ausführungsform)
  • Wenn ein drahtloser Transmitter eine Übertragung durchführt, muss das drahtlose Ortungssystem die Übertragung an mehreren SCS 10 empfangen, welche sich an mehreren geographischen verteilten Funkzellen-Standorten befinden. Deshalb hat jedes SCS 10 die Fähigkeit, eine Übertragung auf jedem HF-Kanal zu empfangen, von welchem die Übertragung stammen könnte. Darüber hinaus unterstützt, da das SCS 10 fähig ist, mehrere Luftschnittstellenprotokolle zu unterstützen, das SCS 10 auch mehrere Arten von HF-Kanälen. Dies ist ein Unterschied zu den meisten aktuellen Basisstationsempfängern, welche typischerweise nur eine Art von Kanal empfangen und normalerweise fähig sind, nur auf ausgewählten HF-Kanälen an jedem Funkzellen-Standort zu empfangen. Zum Beispiel wird ein typischer TDMA-Basisstationsempfänger nur 30 KHz breite Kanäle unterstützen, und jeder Empfänger ist so programmiert, dass er Signale nur auf einem einzigen Kanal empfängt, dessen Frequenz nicht oft wechselt (d. h. es gibt einen relativ feststehenden Frequenzplan). Dafür würden sehr wenige TDMA-Basisstationsempfänger eine Übertragung auf jeder bestimmten Frequenz empfangen. Als ein weiteres Beispiel sind, obwohl einige GSM-Basisstationsempfänger in der Lage sind, Frequenzsprünge zu unterstützen, die Empfänger an mehreren Basisstationen im Allgemeinen nicht in der Lage, auf eine einzige Frequenz zum Zweck der Durchführung einer Ortungsverarbeitung gleichzeitig abzustimmen. In der Tat sind die Empfänger an GSM-Basisstationen so programmiert, dass sie einen Frequenzsprung durchführen, um das Benutzen eines HF-Kanals zu vermeiden, welcher gerade von einem anderen Transmitter genutzt wird, um Störungen zu minimieren.
  • Das SCS-Empfängermodul 10-2 ist vorzugsweise ein Dualbreitband-Digitalempfänger, der das gesamte Frequenzband und alle HF-Kanäle einer Luftschnittstelle empfangen kann. Für Mobilfunksysteme in den Vereinigten Staaten ist dieses Empfängermodul entweder 15 MHz breit oder 25 MHz breit, so dass alle Kanäle eines einzigen Trägers oder alle Kanäle beider Träger empfangen werden können. Dieses Empfängermodul hat viele der Eigenschaften des Empfängers, welcher bereits im Patent Nr. 5 608 410 beschrieben ist, und 2A ist ein Blockdiagramm der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform. Jedes Empfängermodul enthält einen HF-Abstimmvorrichtungsabschnitt 10-2-1, eine Datenschnittstelle und einen Steuerabschnitt 10-2-2 und einen Analog-Digital-Wandlerabschnitt 10-2-3. Der HF-Abstimmvorrichtungsabschnitt 10-2-1 umfasst zwei vollständig unabhängige digitale Empfänger (einschließlich Abstimmvorrichtung #1 und Abstimmvorrichtung #2), welche das analoge HF-Eingangssignal von einem externen Verbindungselement zu einem digitalisierten Datenstrom umwandeln. Im Gegensatz zu den meisten Basisstationsempfängern führt das SCS-Empfängermodul keine Diversitätskombination oder Umschaltung durch. Vielmehr wird das digitalisierte Signal von jedem unabhängigen Empfänger der Ortungsverarbeitung zur Verfügung gestellt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestimmt, dass ein Vorteil der Ortungsverarbeitung und besonders bei Mehrwegkorrekturverarbeitung darin besteht, die Signale von jeder Antenne unabhängig zu verarbeiten, anstatt eine Kombination auf dem Empfängermodul auszuführen.
  • Das Empfängermodul 10-2 führt die folgenden Funktionen aus, oder ist an Elemente gekoppelt, welche die folgenden Funktionen ausführen: automatische Verstärkungsregelung (um sowohl nahe starke Signale als auch weit entfernte schwache Signale zu unterstützen), Bandpassfilterung, um potenzielle störende Signale von außerhalb des HF-Bandes zu entfernen, Synthese von Frequenzen, welche benötigt werden, um mit den HF-Signalen gemischt zu werden, um ein IF-Signal zu generieren, welches abgetastet werden kann, Mischen, und Analog-Digital-Wandlung (ADC = Analog to Digital Conversion) zum Abtasten der HF-Signale und zur Ausgabe eines digitalisierten Datenstroms, welcher eine geeignete Bandbreite und Bitauflösung hat. Der Frequenzsynthetisierer begrenzt die synthetisierten Frequenzen auf das 10-MHz-Referenzssignal des Taktverteiler-/Taktgebermoduls 10-7 (2). Alle Schaltungen, die im Empfängermodul genutzt werden, erhalten die niedrigen Phasenrauschcharakteristika des Taktgeberreferenzsignals. Das Empfängermodul hat vorzugsweise einen störfreien dynamischen Bereich von mindestens 80 dB.
  • Das Empfängermodul 10-2 umfasst außerdem Schaltungen, um Testfrequenzen und Kalibrierungssignale zu generieren, sowie Testports, an denen Messungen von Technikern während der Installation oder während einer Problemlösung durchgeführt werden können. Zahlreiche Kalibrierungsprozesse werden nachfolgend ausführlicher beschrieben. Die intern generierten Testfrequenzen und Testports stellen ein einfaches Verfahren für Ingenieure und Techniker zur Verfügung, um das Empfängermodul schnell zu testen und alle vermuteten Probleme zu diagnostizieren. Dies ist außerdem besonders während des Herstellungsprozesses nützlich.
  • Einer der Vorteile des drahtlosen Ortungssystems, das hier beschrieben wird, besteht darin, dass keine neuen Antennen an den Funkzellen-Standorten benötigt werden. Das drahtlose Ortungssystem kann die bestehenden, bereits installierten Antennen an den meisten Funkzellen-Standorten nutzen, was sowohl omnidirektionale als auch in Sektoren unterteilte Antennen einschließt. Dieses Merkmal kann signifikante Einsparungen bei der Installation und Wartung des drahtlosen Ortungssystems im Vergleich zu anderen Ansätzen bringen, die vom Stand der Technik beschrieben wurden. Die SCS-Digitalempfänger 10-2 können an die bestehenden Antennen auf zwei Arten angeschlossen werden, wie jeweils in 2B und 2C gezeigt ist. In 2B sind die SCS-Empfänger 10-2 mit dem bestehenden Funkzellen-Standort-Trennverstärker oder HF-Splitter verbunden. Auf diese Art und Weise nutzt das SCS 10 den bestehenden rauscharmen Vorverstärker, den Bandpassfilter, und den Trennverstärker oder HF-Splitter des Funkzellen-Standortes. Diese Art der Verbindung beschränkt normalerweise das SCS 10 auf die Unterstützung des Frequenzbandes eines einzelnen Trägers. Zum Beispiel wird ein A-seitiger Mobilfunkträger typischerweise den Bandpassfilter nutzen, um Signale von Kunden des B-seitigen Trägers zu blocken, und umgekehrt.
  • In 2C ist der bestehende HF-Pfad am Funkzellen-Standort unterbrochen und ein neuer Vorverstärker, Bandpassfilter und HF-Splitter wurden als Teil des drahtlosen Ortungssystems hinzugefügt. Der neue Bandpassfilter lässt mehrere zusammenhängende Frequenzbänder passieren, wie zum Beispiel den A-seitigen Mobilfunkträger und den B-seitigen Mobilfunkträger, wobei er dabei dem drahtlosen Ortungssystem erlaubt, drahtlose Transmitter zu orten, wobei beide Mobilfunksysteme, die Antennen aber von einem einzigen Funkzellen-Standort genutzt werden. Bei dieser Konfiguration nutzt das drahtlose Ortungssystem passende HF-Komponenten an jedem Funkzellen-Standort, so dass die Phasen/Frequenzantworten identisch sind. Dies steht im Gegensatz zu bestehenden HF-Komponenten, welche von unterschiedlichen Herstellern sein können oder unterschiedliche Modellnummern an verschiedenen Funkzellen-Standorten verwenden. Das Abstimmen der Antwortcharakteristika von HF-Komponenten reduziert eine mögliche Fehlerquelle der Ortungsverarbeitung, obwohl das drahtlose Ortungssystem die Fähigkeit besitzt, diese Fehlerquellen auszugleichen. Schließlich wird der neue Vorverstärker, welcher im drahtlosen Ortungssystem installiert wurde, eine sehr niedrige Rauschzahl haben, um die Sensibilität des SCS 10 an einem Funkzellen-Standort zu verbessern. Die Gesamt-Rauschzahl des SCS-Digitalempfängers 10-2 wird von der Rauschzahl des rauscharmen Verstärkers dominiert. Weil das drahtlose Ortungssystem schwache Signale bei der Ortungsverarbeitung nutzen kann, wobei die Basisstation typischerweise keine schwachen Signale verarbeiten kann, kann das drahtlose. Ortungssystem signifikant von einem Verstärker mit hoher Qualität und sehr niedrigem Rauschen profitieren.
  • Um die Fähigkeit des drahtlosen Ortungssystems zu verbessern, um TDOA für eine drahtlose Übertragung genau zu bestimmen, wird die Phasen/Frequenzantwort der HF-Komponenten des Funkzellen-Standortes bei der Installation bestimmt und zu anderen bestimmten Zeiten aktualisiert und dann in einer Tabelle im drahtlosen Ortungssystem gespeichert. Dies kann wichtig sein, weil beispielsweise die Bandpassfilter und/oder Trennverstärker, die von einigen Herstellern hergestellt werden, eine steile und nichtlineare Phasen/Frequenzantwort nahe der Flanke des Bandpasses aufweisen. Wenn die Flanke des Bandpasses sehr nahe der Rücksteuerung oder der Sprachkanäle ist oder mit diesen zusammenfällt, dann würde das drahtlose Ortungssystem falsche Messungen der übertragenen Phasencharakteristika des Signals machen, wenn das drahtlose Ortungssystem die Messungen nicht unter Verwendung der gespeicherten Charakteristika korrigieren würde. Dies wird noch wichtiger, wenn ein Träger Trennverstärker und/oder Bandpassfilter von mehr als einem Hersteller installiert hat, da die Charakteristika an jedem Standort verschieden sein können. Zusätzlich zur Messung der Phasen/Frequenzantwort können andere Umweltfaktoren zu Änderungen des HF-Pfads vor der A/D-Umwandlung führen. Diese Faktoren erfordern eine gelegentliche und manchmal periodische Kalibrierung im SCS 10.
  • Alternative schmalbandige Ausführungsform des Empfängermoduls 10-2
  • Zusätzlich oder als eine Alternative zu dem Breitbandempfängermodul unterstützt das SCS 10 auch eine schmalbandige Ausführungsform des Empfängermoduls 10-2. Im Gegensatz zu dem Breitbandempfängermodul, welches gleichzeitig alle HF-Kanäle, die von einem drahtlosen Kommunikationssystem genutzt werden, empfangen kann, kann der Schmalbandempfänger nur einen oder wenige HF-Kanäle gleichzeitig empfangen. Zum Beispiel unterstützt das SCS 10 einen 60-KHz-Schmalbandempfänger zur Verwendung in AMPS-/TDMA-Systemen, welcher zwei benachbarte 30-KHz-Kanäle umfasst. Dieser Empfänger ist immer noch ein digitaler Empfänger, wie für das Breitbandmodul beschrieben, allerdings werden die Frequenzsynthetisierungs- und Mischschaltungen verwendet, um das Empfängermodul dynamisch auf verschiedene HF-Kanäle auf Anordnung bzw. Anweisung abzustimmen. Dieses dynamische Abstimmen kann typischerweise in einer Millisekunde oder weniger geschehen und der Empfänger kann auf einem bestimmten HF-Kanal verweilen, solange es erforderlich ist, um HF-Daten zur Ortungsverarbeitung zu empfangen und zu digitalisieren.
  • Der Zweck des Schmalbandempfängers ist es, die Ausführungskosten eines drahtlosen Ortungssystems gegenüber den anfallenden Kosten bei Breitbandempfänger zu verringern. Natürlich geht einige Leistung verloren, aber die Verfügbarkeit dieser mehreren Empfänger ermöglicht es drahtlosen Trägern, mehr Kosten/Leistungsoptionen zu haben. Zusätzliche Funktionen und Verbesserungen der Erfindung wurden zu dem drahtlosen Ortungssystem hinzugefügt, um diese neue Art von Schmalbandempfänger zu unterstützen. Wenn der Breitbandempfänger verwendet wird, werden alle HF-Kanäle fortlaufend an allen SCS 10 empfangen, und anschließend an die Übertragung kann das drahtlose Ortungssystem die DSPs 10-3 (2) verwenden, um dynamisch einen beliebigen HF-Kanal aus dem digitalen Speicher auszuwäh len. Mit dem Schmalbandempfänger muss das drahtlose Ortungssystem a priori gewährleisten, dass die schmalbandigen Empfänger an mehreren Funkzellen-Standorten gleichzeitig auf denselben HF-Kanal abgestimmt werden, so dass alle Empfänger gleichzeitig die gleiche drahtlose Übertragung empfangen, digitalisieren und speichern können. Aus diesem Grund wird der Schmalbandempfänger im Allgemeinen nur zur Ortung von Sprachkanalübertragungen verwendet, von denen a priori bekannt sein kann, dass eine Übertragung durchgeführt wird. Seitdem Steuerkanalübertragungen asynchron zu jeder Zeit ablaufen können, kann der Schmalbandempfänger nicht auf den korrekten Kanal abgestimmt werden, um die Übertragung zu empfangen.
  • Wenn die Schmalbandempfänger verwendet werden, um AMPS-Sprachkanalübertragungen zu orten, hat das drahtlose Ortungssystem die Fähigkeit, temporär die Modulationscharakteristika des drahtlosen AMPS-Transmitters zu verändern, um die Ortungsverarbeitung zu unterstützen. Dies kann notwendig sein, da AMPS-Sprachkanäle nur FM-moduliert sind, mit einem zusätzlichen Überwachungston auf niedrigem Pegel, der als SAT bekannt ist. Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist die Cramer-Rao-Untergrenze der AMPS-FM-Modulation signifikant schlechter als die Manchester-codierte FSK-Modulation, welche für AMPS-Rückkanäle und Übertragungen von „Leer- und Burst-Nachrichten" auf dem Sprachkanal verwendet werden. Des Weiteren können drahtlose AMPS-Transmitter mit signifikant verringerter Energie übertragen, wenn kein Modulationseingangssignal vorliegt (d. h. wenn niemand spricht). Um die Ortungsbestimmung durch Verbesserung der Modulationscharakteristika zu verbessern, ohne von der Existenz oder der Amplitude eines Eingangsmodulationssignals abhängig zu sein, kann das drahtlose Ortungssystem einen drahtlosen AMPS-Transmitter dazu veranlassen, eine Leernachricht und Burst-Nachricht zu einem Zeitpunkt zu übertragen, zu dem die Schmalbandempfänger an mehreren SCS 10 auf den HF-Kanal abgestimmt sind, auf dem die Nachricht gesendet werden wird. Dies wird später ausführlicher beschrieben.
  • Das drahtlose Ortungssystem führt bei der Nutzung des Schmalbandempfängermoduls die folgenden Schritte aus (siehe das Flussdiagramm von 2C-1):
    ein erster drahtloser Transmitter wird a priori in die Übertragung auf einem bestimmten HF-Kanal eingebunden;
    das drahtlose Ortungssystem führt eine Aktivierung durch, um eine Ortungsbestimmung des ersten drahtlosen Transmitters durchzuführen (die Aktivierung kann entweder intern oder extern über eine Anweisungs-/Antwortschnittstelle erfolgen);
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt den Funkzellen-Standort, den Sektor, den HF-Kanal, das Zeitfenster, die Langcodemaske, und den Chiffrierschlüssel (es ist möglich, dass nicht alle Informationselemente für alle Luftschnittstellenprotokolle erforderlich sind), die aktuell von dem ersten drahtlosen Transmitter verwendet werden;
    das drahtlose Ortungssystem stimmt einen geeigneten ersten Schmalbandempfänger an einem geeigneten ersten SCS 10 auf den HF-Kanal und ein Zeitfenster an einem bestimmten Funkzellen-Standort und Sektor ab, wobei geeignet typischerweise bedeutet, dass diese sowohl verfügbar sind als sich auch in direkter oder naher Umgebung befinden;
    das erste SCS 10 empfängt ein Zeitsegment von HF-Daten, typischerweise im Bereich von einigen Mikrosekunden bis zu mehreren Dutzend Millisekunden, von dem ersten Schmalbandempfänger und evaluiert die Übertragungsleistung, den Rauschabstand und Modulationscharakteristika;
    wenn die Übertragungsleistung oder der Rauschabstand unterhalb einer vorbestimmten Grenze liegen, wartet das drahtlose Ortungssystem einen vorbestimmte Zeitraum lang und kehrt dann zu dem vorhergehenden dritten Schritt zu rück (mit dem das drahtlose Ortungssystem den Funkzellen-Standort, Sektor, usw. bestimmt);
    wenn die Übertragung eine AMPS-Sprachkanalübertragung ist und die Modulation unterhalb eines Grenzwertes liegt, dann weist das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem an, eine Anweisung an den ersten drahtlosen Transmitter zu senden, um eine "Leernachricht und Burst-Nachricht" auf dem ersten drahtlosen Transmitter hervorzurufen;
    das drahtlose Ortungssystem fordert das drahtlose Kommunikationssystem auf, ein Weiterreichen des drahtlosen Transmitters zu einem anderen HF-Kanal für einen vorbestimmten Zeitraum zu verhindern;
    das drahtlose Ortungssystem empfängt eine Antwort von dem drahtlosen Kommunikationssystem, welche den Zeitraum anzeigt, während dem verhindert wird, dass der erste drahtlose Transmitter eine Übergabe durchführt, und wenn dazu angewiesen, den Zeitraum, während dem das drahtlose Kommunikationssystem eine Anweisung an den ersten drahtlosen Transmitter senden wird, eine Leernachricht und Burst-Nachricht zu veranlassen;
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt die Liste von Antennen, welche bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden (der Antennenauswahlprozess wird nachfolgend beschrieben);
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt den frühesten Zeitstempel des drahtlosen Ortungssystems, bei dem die Schmalbandempfänger, die mit den ausgewählten Antennen verbunden sind, verfügbar sind, um gleichzeitig zu beginnen, HF-Daten von dem HF-Kanal zu sammeln, welcher aktuell von dem ersten drahtlosen Transmitter genutzt wird;
    basierend auf dem frühesten Zeittempel des drahtlosen Ortungssystems und den Zeiträumen bei der Antwort des drahtlosen Kommunikationssystems weist das drahtlose Or tungssystem die Schmalbandempfänger an, die mit den Antennen verbunden sind, welche bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, sich auf den Funkzellen-Standort, den Sektor und den HF-Kanal abzustimmen, welche aktuell von dem ersten drahtlosen Transmitter verwendet werden, und HF-Daten für eine vorbestimmte Haltezeit zu empfangen (basierend auf der Bandbreite des Signals, des Rauschabstands und der Integrationsanforderungen);
    die HF-Daten, welche von den Schmalbandempfängern empfangen werden, werden in den Speicher mit zwei Ports geschrieben;
    die Ortungsverarbeitung der empfangenen HF-Daten beginnt, wie in Patent Nr. 5 327 144 und 5 608 410 und in den folgenden Abschnitten beschrieben;
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt erneut den Funkzellen-Standort, den Sektor, den HF-Kanal, das Zeitfenster, die Langcodemaske und den Chiffrierschlüssel, welche aktuell vom ersten drahtlosen Transmitter verwendet werden;
    wenn der Funkzellen-Standort, der Sektor, der HF-Kanal, das Zeitfenster, die Langcodemaske und der Chiffrierschlüssel, welche aktuell vom ersten drahtlosen Transmitter verwendet werden, zwischen Abfragen gewechselt haben (z. B. vor und nach dem Sammeln der HF-Daten), stellt das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung ein, verursacht eine Warnhinweis-Nachricht, dass die Ortungsverarbeitung fehlgeschlagen ist, da der drahtlose Transmitter während des Zeitraums, in welchem HF-Daten empfangen wurden, den Übertragungsstatus geändert hat, und aktiviert den gesamten Prozess erneut;
    die Ortungsverarbeitung der empfangenen HF-Daten schließt in Übereinstimmung mit den nachfolgend beschriebenen Schritten ab.
  • Die Bestimmung der Informationselemente, einschließlich des Funkzellen-Standorts, des Sektors, des HF-Kanals, des Zeitfensters, der Langcodemaske und des Chiffrierschlüssel (es müssen nicht alle Informationselemente für alle Luftschnittstellenprotokolle notwendig sein) wird typischerweise von dem drahtlosen Ortungssystem durch eine Anweisungs-/Antwortschnittstelle zwischen dem drahtlosen Ortungssystem und dem drahtlosen Kommunikationssystem erreicht.
  • Die Verwendung des Schmalbandempfängers auf die vorstehend beschriebene Art und Weise ist bekannt als randomisiertes Abstimmen, weil die Empfänger auf Anweisung des Systems an jeden HF-Kanal delegiert werden können. Ein Vorteil des randomisierten Abstimmens ist, dass Ortungen nur für die drahtlosen Transmitter verarbeitet werden, für welche das drahtlose Ortungssystem aktiviert ist. Ein Nachteil des randomisierten Abstimmens ist, dass verschiedene Synchronisierungsfaktoren, einschließlich der Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Kommunikationssystem und dem drahtlosen Ortungssystem und der Latentzeiten beim Ansetzen der notwendigen Empfänger im System, den gesamten Ortungsverarbeitungsdurchsatz einschränken. Zum Beispiel wird bei einem TDMA-System, bei dem das randomisierte Abstimmen überall im drahtlosen Ortungssystem genutzt wird, der Ortungsverarbeitungsdurchsatz typischerweise auf ungefähr 2,5 Ortungen pro Sekunde pro Funkzellen-Standortsektor begrenzt.
  • Deshalb unterstützt der Schmalbandempfänger auch einen anderen Modus, bekannt als automatisches sequenzielles Abstimmen, mit dem eine Ortungsverarbeitungen mit einem höheren Durchsatz durchgeführt werden kann. Zum Beispiel kann bei einem TDMA-System, das gleiche Annahmen für Haltezeit und Setupzeit wie für die vorstehend beschriebenen Schmalbandempfängervorgänge verwendet, sequenzielles Abstimmen einen Ortungsverarbeitungsdurchsatz von ungefähr 41 Ortungen pro Sekunde pro Funkzellen- Standortsektor erzielen, was bedeutet, dass alle 395 TDMA-HF-Kanäle in ungefähr neun Sekunden abgearbeitet werden können. Diese erhöhte Rate kann erreicht werden, indem man beispielsweise die Vorteile der beiden benachbarten HF-Kanäle nutzt, die gleichzeitig empfangen werden können, indem man die Ortungsverarbeitung aller drei TDMA-Zeitfenster in einem HF-Kanal durchführt und die Notwendigkeit der Synchronisierung mit dem drahtlosen Kommunikationssystem eliminiert. Wenn das drahtlose Ortungssystem die Schmalbandempfänger zum sequenziellen Abstimmen verwendet, hat das drahtlose Ortungssystem keine Informationen über die Kennung des drahtlosen Transmitters, da das drahtlose Ortungssystem nicht auf einen Auslöseimpuls wartet, noch fragt das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem vor dem Empfang der Übertragung nach den Kennungsinformationen. Bei diesem Verfahren geht das drahtlose Ortungssystem jeden Funkzellen-Standort, HF-Kanal und jedes Zeitfenster durch, führt Ortungsverarbeitungen aus und gibt einen Ortungsdatensatz an, welcher einen Zeitstempel, Funkzellen-Standort, einen HF-Kanal, ein Zeitfenster, und einen Standort identifiziert. Im Anschluss an den Ortungsdatensatz stimmen das drahtlose Ortungssystem und das drahtlose Kommunikationssystem die Ortungsdatensätzen mit den Daten des drahtlosen Kommunikationssystems ab, die anzeigen, welcher drahtlose Transmitter zu der Zeit verwendet wurde und welche Funkzellen-Standorte, HF-Kanäle und Zeitfenster von jedem drahtlosen Transmitter genutzt wurden. Dann kann das drahtlose Ortungssystem die Ortungsdatensätze für die relevanten drahtlosen Transmitter behalten und die Ortungsdatensätze für die übrigen drahtlosen Transmitter verwerfen.
  • Digitales Signalverarbeitungsmodul 10-3
  • Die digitalen SCS-Empfängermodule 10-2 geben einen digitalisierten HF-Datenstrom aus, welcher eine spezifizierte Bandbreite und Bitauflösung hat. Zum Beispiel kann eine 15-MHz- Ausführungsform des Breitbandempfängers einen Datenstrom ausgeben, welcher 60 Millionen Abtastwerte pro Sekunde umfasst, bei einer Auflösung von 14 Bit pro Abtastwert. Dieser HF-Datenstrom wird alle HF-Kanäle beinhalten, welche von dem drahtlosen Kommunikationssystem genutzt werden. Die DSP-Module 10-3 empfangen den digitalisierten Datenstrom und können jeden einzelnen HF-Kanal durch digitales Mischen und Filtern extrahieren. Die DSPs können auch die Bitauflösung auf Anweisung von dem drahtlosen Ortungssystem hin ggf. verringern, um die Bandbreiteanforderungen zwischen dem SCS 10 und dem TLP 12 zu verringern. Das drahtlose Ortungssystem kann dynamisch die Bitauflösung auswählen, bei welcher digitalisierte Basisband-HF-Daten basierend auf den Verarbeitungsanforderungen für jeden Standort weitergeleitet werden. DSPs werden für diese Funktionen verwendet, um die systemischen Fehler zu verringern, welche durch Mischen und Filtern mit analogen Komponenten auftreten können. Die Verwendung von DSPs erlaubt eine perfekte Abgleichung bei der Verarbeitung zwischen beliebigen zwei SCS 10.
  • Ein Blockdiagramm des DSP-Moduls 10-3 ist in 2D gezeigt, und der Betrieb des DSP-Moduls ist durch das Flussdiagramm von 2E dargestellt. Wie in 2D gezeigt ist, umfasst das DSP-Modul 10-3 die folgenden Elemente: ein Paar von DSP-Elementen 10-3-1A und 10-3-1B, insgesamt als „erster" DSP bezeichnet; Seriell/Parallel-Wandler 10-3-2; Doppelport-Speicherelemente 10-3-3; einen zweiten DSP 10-3-4; einen Parallel/Seriell-Wandler; einen FIFO-Puffer; einen DSP 10-3-5 (einschließlich eines RAM-Speichers) zur Erfassung, einen weiteren DSP 10-3-6 zur Demodulation und einen weiteren DSP 10-3-7 zur Normalisierung und Steuerung; und einen Adressengenerator 10-3-8. Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform empfängt das DSP-Modul 10-3 den digitalisierten Breitband-Datenstrom (2E, Schritt S1) und nutzt den ersten DSP (10-3-1A und 10-3-1B), um Kanalblöcke zu extrahieren (Schritt S2). Zum Beispiel kann ein erster DSP, der programmiert wurde, um als digitaler Zwischen- oder Abzweigempfänger zu arbeiten, vier Kanalblöcke extrahieren, wobei jeder Block mindestens 1,25 MHz Bandbreite umfasst. Diese Bandbreite kann 42 AMPS- oder TDMA-Kanäle, sechs GSM-Kanäle oder einen CDMA-Kanal umfassen. Der DSP benötigt keine zusammenhängenden Blöcke, da der DSP sich unabhängig digital auf jeden Satz von HF-Kanälen innerhalb der Bandbreite des digitalisierten Breitband-Datenstroms abstimmen kann. Der DSP kann auch eine Breitband- oder Schmalbandenergieerfassung auf allen Kanälen in dem Block ausführen, und die Leistungsniveaus nach Kanälen zum TLP 12 berichten (Schritt S3). Zum Beispiel kann der DSP die Breitbandenergieerfassung alle 10 ms durchführen und eine HF-Spektralabbildung für alle Kanäle für alle Empfänger erzeugen (siehe Schritt S9). Weil diese Spektralabbildung alle 10 ms vom SCS 10 zum TLP 12 über die Kommunikationsverbindung gesendet werden kann, die das SCS 10 und den TLP 12 verbindet, könnte ein signifikanter Datenvorspann vorliegen. Daher reduziert der DSP den Datenvorspann, indem durch Komprimierung die Daten in eine endliche Anzahl von Niveaus reduziert werden. Normalerweise könnten beispielsweise 84 dB eines dynamischen Bereichs 14 Bits benötigen. Bei dem Komprimierungsvorgang, der durch den DSP implementiert wird, werden diese Daten reduziert, z. B. auf nur vier Bit, indem 16 wichtige HF-Spektralniveaus zum TLP 12 gesendet werden. Die Wahl der Niveauanzahl und die daraus folgende Anzahl von Bits sowie die Darstellung der Niveaus kann automatisch von dem drahtlosen Ortungssystem angepasst werden. Diese Anpassungen werden durchgeführt, um den Informationswert der HF-Spektralnachrichten, welche zum TLP 12 gesendet werden, zu maximieren sowie den Nutzen der Bandbreite zu optimieren, welche auf der Kommunikationsverbindung zwischen dem SCS 10 und dem TLP 12 zur Verfügung steht.
  • Nach der Umwandlung wird jeder Block von HF-Kanälen (jeder mindestens 1,25 MHz) durch einen Seriell/Parallel-Wandler 10-3-2 geführt und dann in einem digitalen Doppelportspeicher 10-3-3 abgespeichert (Schritt S4). Der digitale Speicher ist ein zirkulärer Speicher, was bedeutet, dass das DSP-Modul beginnt, Daten in die erste Speicheradresse zu schreiben und dann sequenziell fortfährt, bis die letzte Speicheradresse erreicht ist. Wenn die letzte Speicheradresse erreicht ist, springt der DSP zu der ersten Speicheradresse zurück und setzt das sequenzielle Schreiben von Daten in den Speicher fort. Jedes DSP-Modul umfasst typischerweise genug Speicher, um zahlreiche Sekunden von Daten für jeden Block von HF-Kanälen zu speichern, um die Latenz- und Wartezeiten bei der Ortungsverarbeitung zu unterstützen.
  • In dem DSP-Modul, ist die Speicheradresse, bei der digitalisierte und umgewandelte HF-Daten in den Speicher geschrieben werden, der Zeitstempel, welcher überall im drahtlosen Ortungssystem genutzt wird und auf welchen sich die Ortungsverarbeitung bei der TDOA-Bestimmung bezieht. Um sicherzustellen, dass die Zeitstempel an jedem SCS 10 in dem drahtlosen Ortungssystem ausgerichtet sind, empfängt der Adressgenerator 10-3-8 das Ein-Impuls-pro-Sekunde-Signal vom Takterzeugungs-/Taktverteilermodul 10-7 (2). Die Adressgeneratoren an allen SCS 10 in einem drahtlosen Ortungssystem setzen sich periodisch gleichzeitig auf eine bekannte Adresse zurück. Dies ermöglicht, dass die Ortungsverarbeitung akkumulierte Zeitfehler bei der Aufnahme von Zeitstempeln für jedes digitalisierte Datenelement verringert oder eliminiert.
  • Der Adressgenerator 10-3-8 steuert sowohl das Schreiben in als auch das Lesen aus dem digitalen Doppelportspeicher 10-3-3. Das Schreiben findet kontinuierlich statt, da der Ana log/Digital-Wandler kontinuierlich HF-Signale abtastet und digitalisiert und der erste DSP (10-3-1A und 10-3-1B) kontinuierlich die digitale Zwischen- oder Abzweigempfängerfunktion ausführt. Allerdings findet das Lesen diskontinuierlich statt, da das drahtlose Ortungssystem Daten zur Durchführung der Demodulation und Ortungsverarbeitung abfragt. Das drahtlose Ortungssystem könnte die Ortungsverarbeitung sogar rekursiv auf einer einzigen Übertragung durchführen und benötigt dafür mehrfachen Zugriff auf dieselben Daten. Um die vielen Anforderungen des drahtlosen Ortungssystems zu bedienen, erlaubt der Adressgenerator, dass der digitale Doppelportspeicher mit einer schnelleren Rate gelesen wird als die, mit der das Schreiben erfolgt. Typischerweise kann das Lesen acht Mal schneller durchgeführt werden als das Schreiben.
  • Das DSP-Modul 10-3 verwendet den zweiten DSP 10-3-4, um die Daten von dem digitalen Speicher 10-3-3 auszulesen und dann eine zweite digitale Zwischen- oder Abzweigempfängerfunktion durchzuführen, um Basisbanddaten aus den HF-Kanalblöcken zu extrahieren (Schritt S5). Zum Beispiel kann der zweite DSP jeden einzelnen 30-KHz-AMPS- oder -TDMA-Kanal aus jedem beliebigen Block von HF-Kanälen, welche digitalisiert und in dem Speicher gespeichert wurden, extrahieren. Desgleichen kann der zweite DSP jeden einzelnen GSM-Kanal extrahieren. Es ist nicht erforderlich, dass der zweite DSP einen CDMA-Kanal extrahiert, da die Kanalbandbreite die volle Bandbreite der gespeicherten HF-Daten einnimmt. Die Kombination des ersten DSP 10-3-1A, 10-3-1B und des zweiten DSP 10-3-4 erlaubt dem DSP-Modul, jeden einzelnen HF-Kanal in einem drahtlosen Kommunikationssystem auszuwählen, zu speichern und wiederherzustellen. Ein DSP-Modul speichert typischerweise vier Kanalblöcke. In einem Doppelmodus-AMPS/TDMA-System kann ein einfaches DSP-Modul fortlaufend und gleichzeitig bis zu 42 analoge Rückregelungskanäle und bis zu 84 digitale Steuerkanäle überwachen, und kann auch damit beauftragt werden, jede Sprachkanalübertragung zu überwachen und zu orten. Ein einziges SCS-Gehäuse unterstützt typischerweise bis zu drei Empfängermodule 10-2 (2), um drei Sektoren mit jeweils zwei Antennen abzudecken, und bis zu neun DSP-Module (drei DSP-Module pro Empfänger ermöglichen, dass eine Gesamtbandbreite von 15 MHz gleichzeitig in einem digitalen Speicher gespeichert werden kann). Somit ist das SCS 10 ein sehr modulares System, das einfach eingeteilt werden kann, um jeder Art von Funkzellen-Standort-Konfiguration und Verarbeitungslast gerecht zu werden.
  • Das DSP-Modul 10-3 führt auch andere Funktionen aus, einschließlich der automatischen Erfassung von aktiven Kanälen, welche in jedem Sektor verwendet werden (Schritt S6), der Demodulation (Schritt S7) und der stationsbasierten Ortungsverarbeitung (Schritt S8). Das drahtlose Ortungssystem führt eine aktive Abbildung der Nutzung der HF-Kanäle in einem drahtlosen Kommunikationssystem (Schritt S9), welche es dem drahtlosen Ortungssystem möglich macht, Empfänger- und Verarbeitungsressourcen zu verwalten und die Verarbeitung schnell zu beginnen, wenn eine bestimmte, relevante Übertragung aufgetreten ist. Die aktive Abbildung umfasst eine Tabelle, die innerhalb des drahtlosen Ortungssystems geführt wird, welche für jede Antenne, die mit einem SCS 10 verbunden ist, die primären Kanäle, die diesem SCS 10 zugeteilt sind und die Protokolle, welche in diesen Kanälen genutzt werden, auflistet. Ein primärer Kanal ist ein HF-Steuerkanal, der einer benachbarten oder nahe gelegenen Basisstation zugeordnet ist, den die Basisstation zur Kommunikation mit drahtlosen Transmittern nutzt. Zum Beispiel wird in einem typischen Mobilfunksystem, mit in Sektoren aufgeteilten Funkzellen-Standorten eine HF-Steuerkanalfrequenz zur Nutzung in jedem Sektor zugewiesen. Diese Steuerkanalfrequenzen würden typischerweise als primäre Kanäle für ein benachbartes SCS 10 zugewiesen.
  • Dasselbe SCS 10 kann auch zugeordnet sein, um die HF-Steuerkanäle von anderen nahen Basisstationen als primäre Kanäle zu überwachen, auch wenn andere SCS 10 dieselben primären Kanäle zugeordnet haben. Auf diese Art und Weise implementiert das drahtlose Ortungssystem eine Systemdemodulationsredundanz, die sicherstellt, dass jede bestimmte drahtlose Übertragung eine infinitesimale Wahrscheinlichkeit hat, fehlzuschlagen. Wenn dieses Demodulationsredundanzmerkmal genutzt wird, empfängt, erfasst und demoduliert dasselbe drahtlose Ortungssystem dieselbe drahtlose Übertragung zwei oder mehrere Male an mehr als einem SCS 10. Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um zu erfassen, wann diese Mehrfachdemodulation stattgefunden hat, und um die Ortungsverarbeitung nur ein Mal zu aktivieren. Diese Funktion erhält die Verarbeitungs- und Kommunikationsressourcen des drahtlosen Ortungssystems und wird nachfolgend weiter beschrieben. Diese Fähigkeit eines einzelnen SCS 10, drahtlose Übertragungen zu erfassen und zu demodulieren, die an Funkzellen-Standorten auftreten, welche nicht mit dem SCS 10 verbunden sind, erlaubt es Bedienern des drahtlosen Ortungssystems, effizientere drahtlose Ortungssystemnetzwerke einzusetzen. Zum Beispiel könnte das drahtlose Ortungssystem so ausgelegt sein, dass das drahtlose Ortungssystem viel weniger SCS 10 nutzt, als das drahtlose Kommunikationssystem Basisstationen hat.
  • Bei dem drahtlosen Ortungssystem werden primäre Kanäle in die Tabelle eingetragen und gepflegt, und zwar unter Verwendung von zwei Verfahren: direktes Programmieren und automatisches Erfassen. Das direkte Programmieren umfasst das Eingeben von Primärkanaldaten in die Tabelle unter Verwendung einer der Benutzerschnittstellen des drahtlosen Ortungssystems, wie zum Beispiel der Netzwerkbetriebskonsole 16 (1) oder durch das Empfangen von Kanalzuordnungsdaten von dem drahtlosen Or tungssystem zur Schnittstelle des drahtlosen Kommunikationssystems. Alternativ läuft im DSP-Modul 10-3 auch ein Hintergrundprozess ab, der als automatische Erfassung bekannt ist, bei dem der DSP freie oder nach Plan zur Verfügung stehende Verarbeitungskapazitäten nutzt, um Übertragungen auf verschiedenen möglichen HF-Kanälen zu erfassen und dann versucht, diese Übertragungen unter Verwendung möglicher Protokolle zu demodulieren. Das DSP-Modul kann dann bestätigen, dass die primären Kanäle, die direkt programmiert wurden, richtig sind und außerdem schnell Änderungen erkennen, welche an Kanälen an der Basisstation vorgenommen wurden, und einen Warnhinweis an den Bediener des drahtlosen Ortungssystems senden.
  • Das DSP-Modul führt die folgenden Schritte der automatischen Erfassung aus (siehe 2E-1):
    für jeden möglichen Steuer- und/oder Sprachkanal, der in dem Versorgungsbereich des SCS 10 genutzt werden kann, werden Pegcounter eingerichtet (Schritt S7-1);
    zu Beginn eines Erfassungszeitraums werden alle Pegcounter auf Null zurückgesetzt (Schritt S7-2);
    jedes Mal, wenn eine Übertragung in einem bestimmten HF-Kanal stattfindet und auch das empfangene Leistungsniveau über einer bestimmten vorab festgelegten Schwelle liegt, wird der Pegcounter für diesen Kanal inkrementiert (Schritt S7-3).
    jedes Mal, wenn Übertragung in einem bestimmten HF-Kanal stattfindet und auch das empfangene Leistungsniveau über einer zweiten bestimmten vorab festgelegten Schwelle liegt, versucht das DSP-Modul einen bestimmten Abschnitt der Übertragung zu demodulieren, indem es ein erstes bevorzugtes Protokoll verwendet (S7-4);
    wenn die Demodulation erfolgreich ist, wird ein zweiter Pegcounter für diesen Kanal inkrementiert (Schritt S7-5);
    wenn die Demodulation nicht erfolgreich ist, versucht das DSP-Modul einen Abschnitt der Übertragung zu demodulieren, indem es ein zweites bevorzugtes Protokoll verwendet (Schritt S7-6);
    wenn die Demodulation erfolgreich ist, wird ein dritter Pegcounter für diesen Kanal inkrementiert (Schritt S7-7);
    am Ende des Erfassungszeitraums liest das drahtlose Ortungssystem alle Pegcounter aus (Schritt S7-8); und
    das drahtlose Ortungssystem weist basierend auf den Pegcountern automatisch primäre Kanäle zu (Schritt S7-9).
  • Der Bediener des drahtlosen Ortungssystems kann die Pegcounter und die automatische Zuordnung primärer Kanäle und von Demodulationsprotokollen überprüfen und sämtliche Einstellungen überschreiben, die automatisch ausgeführt wurden. Darüber hinaus kann, wenn mehr als zwei bevorzugte Protokolle von dem drahtlosen Träger genutzt werden sollten, das DSP-Modul 10-3 mit Software heruntergeladen werden, um die zusätzlichen Protokolle zu erfassen. Der Aufbau des SCS 10, der auf Breitbandempfängern 10-2, DSP-Modulen 10-3 und herunterladbarer Software basiert, erlaubt dem drahtlosen Ortungssystem, mehrere Demodulationsprotokolle in einem einzelnen System zu unterstützen. Es gibt einen signifikanten Kostenvorteil gegenüber der Unterstützung mehrere Protokolle innerhalb des einzelnen Systems, da nur ein einzelnes SCS 10 an einem Funkzellen-Standort notwendig ist. Dies steht im Gegensatz zum Aufbau vieler Basisstationen, die möglicherweise verschiedene Sender-/Empfängermodule für verschiedene Modulationsprotokolle erfordern. Während z. B. das SCS 10 AMPS, TDMA und CDMA gleichzeitig im gleichen SCS 10 unterstützen könnte, gibt es zurzeit keine Basisstation, die diese Funktionalität unterstützen kann.
  • Die Fähigkeit, mehrere Protokolle zu erfassen und zu demodulieren, umfasst auch die Fähigkeit, unabhängig die Verwendung von Authentifizierungen in Mitteilungen zu erfassen, welche über bestimmte Luftschnittstellenprotokolle übertragen werden. Die Verwendung von Authentifizierungsfeldern bei drahtlosen Transmittern kam verstärkt innerhalb der letzten wenigen Jahre als Mittel auf, um das Auftreten von Betrug in drahtlosen Kommunikationssystemen zu verringern. Allerdings haben nicht alle drahtlosen Transmitter die Authentifizierung implementiert. Wenn die Authentifizierung genutzt wird, trägt das Protokoll im Allgemeinen ein zusätzliches Feld in die übertragene Nachricht ein. Häufig wird dieses Feld zwischen der Kennung des drahtlosen Transmitters und den gewählten Zahlen bzw. Kennziffern in der übertragenen Mitteilung eingetragen. Wenn eine drahtlose Übertragung demoduliert wird, bestimmt das drahtlose Ortungssystem die Anzahl von Feldern in der übertragenen Nachricht sowie die Art der Nachricht (z. B. Registrierung, Herkunft, Seitenantwort, usw.). Das drahtlose Ortungssystem demoduliert alle Felder, und wenn Extrafelder vorhanden zu sein scheinen, beachtet es die Art der übertragenen Nachricht, dann überprüft das drahtlose Ortungssystem alle Felder auf einen Aktivierungszustand hin. Wenn zum Beispiel die gewählten Zahlen „911" am richtigen Platz in einem Feld auftauchen und das Feld sich entweder ohne Authentifizierung an seinem richtigen Platz befindet oder mit Authentifizierung an seinem richtigen Platz befindet, dann löst das drahtlose Ortungssystem normal aus. In diesem Beispiel wäre es erforderlich, dass die Kennziffern „911" in Sequenz als „911" oder „*911" erscheinen, ohne andere Kennziffern vor oder nach jeder Sequenz. Diese Funktionsweise reduziert oder eliminiert einen falschen Auslöseimpuls, der von den Kennziffern „911" verursacht wird, die als Teil eines Authentifizierungsfelds erscheinen.
  • Die Unterstützung für mehrere Demodulationsprotokolle ist für das drahtlose Ortungssystem wichtig, um erfolgreich zu arbeiten, da die Ortungsverarbeitung schnell aktiviert werden muss, wenn ein drahtlos angebundener Anrufer „911" gewählt hat. Das drahtlose Ortungssystem kann mittels zweier Verfahren die Ortungsverarbeitung aktivieren: das drahtlose Ortungssystem demoduliert unabhängig Steuerkanalübertragungen und aktiviert die Ortungsverarbeitung, indem es eine beliebige Anzahl von Kriterien verwendet, wie zum Beispiel die gewählten Zahlen, oder das drahtlose Ortungssystem kann Auslöseimpulse von einer externen Quelle erhalten, wie zum Beispiel dem drahtlosen Kommunikationssystem des Trägers. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die unabhängige Demodulation durch das SCS 10 zu der kürzesten Auslösezeit führt, gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem ein drahtlos angebundener Nutzer die „SENDE-" oder „SPRECH-"Taste (oder ähnliche) Taste auf einem drahtlosen Transmitter drückt.
  • Steuer- und Kommunikationsmodul 10-5
  • Das in 2F dargestellte Steuer- und Kommunikationsmodul 10-5 umfasst Datenpuffer 10-5-1, eine Steuereinheit 10-5-2, einen Speicher 10-5-3, eine CPU 10-5-4 und einen T1/E1-Kommunikationschip 10-5-5. Das Modul hat viele der bereits im Patent Nr. 5 608 410 beschriebenen Eigenschaften. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurden mehrere Verbesserungen hinzugefügt. Zum Beispiel beinhaltet das SCS 10 nun die Fähigkeit einer automatischen Fernrücksetzung, sogar wenn die CPU auf dem Steuer- und Kommunikationsmodul aufhört, die programmierte Software auszuführen. Diese Fähigkeit kann die Betriebskosten des drahtlosen Ortungssystems verringern, da es nicht erforderlich ist, dass Techniker den Funkzellen-Standort aufsuchen, um eine Rücksetzung eines SCS 10 durchzuführen, falls es nicht normal arbeitet. Der automatische Rücksetzungs-Schaltkreis arbeitet durch die Überwachung der Kommunikationsschnittstelle zwischen dem SCS 10 und dem TLP 12 für eine bestimmte Bitsequenz. Diese Bitsequenz ist eine Sequenz, die während der normalen Kommunikation zwischen dem SCS 10 und dem TLP 12 nicht auftritt. Diese Sequenz kann zum Beispiel aus einer Folge aus lauter Einsen bestehen. Der Rücksetzungs-Schaltkreis arbeitet unabhängig von der CPU, so dass der Schaltkreis, sogar wenn sich die CPU in einen gesperrten Zustand oder betriebslosen Zustand versetzt hat, immer noch die Rücksetzung des SCS 10 erreichen und die CPU wieder in einen Betriebszustand versetzen kann.
  • Dieses Modul hat nun auch die Fähigkeit, eine breite Vielzahl von Statistiken und Variablen aufzuzeichnen und darüber zu berichten, die zur Überwachung oder zur Diagnose der Leistung des SCS 10 verwendet werden. Zum Beispiel kann das SCS 10 die prozentuale Kapazitätsauslastung eines jeden DSP oder anderen Prozessors in dem SCS 10 sowie die Kommunikationsschnittstelle zwischen dem SCS 10 und dem TLP 12 überwachen. Diese Werte werden regelmäßig an den AP 14 und die NOC 16 übermittelt und werden verwendet, um zu bestimmen, wann in dem System zusätzliche Verarbeitungs- und Kommunikationsressourcen erforderlich sind. zum Beispiel können in der NOC Warngrenzwerte festgelegt werden, um einem Bediener anzuzeigen, wenn eine Ressource ständig eine vorab festgelegte Schwelle übersteigt. Das SCS 10 kann auch überwachen, wie oft die Übertragungen erfolgreich demoduliert wurden, sowie die Anzahl der fehlgeschlagenen Vorgänge. Dies ist nützlich, um den Bedienern zu ermöglichen, zu bestimmen, ob die Signalschwellen für die Demodulation optimal festgelegt wurden.
  • Dieses Modul, sowie die anderen Module, kann auch seine Kennung selbst an den TLP 12 berichten. Wie nachfolgend beschrieben, können viele SCS 10 mit einem einzigen TLP 12 verbunden werden. Typischerweise wird die Kommunikation zwischen mehreren SCS 10 und dem TLP 12 mit der Kommunikation zwischen Basisstationen und MSC gemeinsam genutzt. Es ist häufig schwierig, schnell und genau zu bestimmen, welche SCS 10 bestimmten Schaltkreisen zugeordnet wurden. Deshalb enthält das SCS 10 eine hardwaremäßige Codekennung, die zu der Zeit der Installation aufgezeichnet wird. Diese Kennung kann von dem TLP 12 gelesen und verifiziert werden, um definitiv zu bestimmen, welches SCS 10 von einem Träger jedem der mehreren verschiedenen Kommunikationsschaltkreise zugeordnet wurde.
  • Die Kommunikation von SCS zu TLP unterstützt eine Vielzahl von Nachrichten, einschließlich: Anweisungen und Reaktionen, Software-Download, Status und Grundfrequenz, Parameter-Download, Diagnose, Spektraldaten, Phasendaten, primäre Kanaldemodulation und HF-Daten. Das Kommunikationsprotokoll ist so gestaltet, dass es die Funktion des drahtlosen Ortungssystems verbessern soll, indem es den Protokollvorspann minimiert und indem das Protokoll ein Nachrichten-Prioritätsschema enthält. Jeder Nachrichtenart wird eine Priorität zugewiesen und das SCS 10 und der TLP 12 reihen Nachrichten nach Prioritäten auf, so dass eine Nachricht mit höherer Priorität gesendet wird, bevor eine Nachricht mit niedrigerer Priorität gesendet wird. Zum Beispiel wird die Priorität für Demodulationsnachrichten im Allgemeinen höher festgelegt, da das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung bei bestimmten Arten von Anrufen (z.B. E9-1-1) ohne Verzögerung aktivieren muss. Obwohl Nachrichten mit höherer Priorität in der Warteschlange vor Nachrichten mit niedrigerer Priorität stehen, gibt das Protokoll im Allgemeinen keine Priorität über eine Nachricht, die bereits gesendet wird. Das heißt, eine Nachricht die gerade über das SCS 10 an die TLP 12-Kommunikationsschnittstelle gesendet wird, wird vollständig gesendet, aber die nächste zu versendende Nachricht wird die Nachricht mit der höchsten Priorität mit dem frühesten Zeitstempel sein. Um die Wartezeit von Nachrichten mit hoher Priorität zu verringern, werden lange Nachrichten, wie z. B. HF-Daten, in Segmenten gesendet. Zum Beispiel können HF-Daten für eine volle 100-Millisekunden-AMPS-Übertragung in 10-Millisekunden-Segmente unterteilt werden. Auf diese Weise kann eine Nachricht mit hoher Priorität in der Warteschlange zwischen Segmenten der HF-Daten eingereiht werden.
  • Kalibrierung und Leistungsüberwachung
  • Der Aufbau des SCS 10 basiert stark auf digitalen Technologien, einschließlich der digitalen Empfänger und digitalen Signalprozessoren. Sobald die HF-Signale digitalisiert sind, können die Zeitsteuerungs-, die Frequenz- und die Phasendifferenzen bei den verschiedenen Prozessen sorgfältig geregelt werden. Noch wichtiger ist, dass alle Zeitsteuerungs-, Frequenz- und Phasendifferenzen zwischen den verschiedenen Empfängern und verschiedenen SCS 10, die in dem drahtlosen Ortungssystem verwendet werden, perfekt aufeinander abgestimmt werden können. Vor der Analog/Digital-Umwandlung laufen die HF-Signale jedoch durch eine Reihe von HF-Komponenten, einschließlich Antennen, Kabel, rauscharme Verstärker, Filter, Duplexer, Trennverstärker und HF-Splitter. Jede dieser HF-Komponenten hat Eigenschaften, die für das drahtlose Ortungssystem wichtig sind, einschließlich Verzögerungs- und Phasen-/Frequenzverhalten. Wenn die HF-Komponenten und analogen Komponenten zwischen den SCS 10-Paaren perfekt aufeinander abgestimmt sind, wie zum Beispiel bei SCS 10A und SCS 10B in 2G, dann werden die Wirkungen dieser Eigenschaften automatisch bei der Ortungsverarbeitung eliminiert. Wenn die Eigenschaften der Komponenten jedoch nicht aufeinander abgestimmt sind, kann die Ortungsverarbeitung unbeabsichtigt Instrumentenfehler enthalten, die durch die mangelnde Abstimmung entstehen. Darüber hinaus können bei vielen dieser HF-Komponenten Instabilitäten in Bezug auf Strom, Zeit, Temperatur oder andere Faktoren auftreten, die Instrumentenfehler zu der Ortungsbestimmung hinzufügen können. Deshalb wurden viele einfallsreiche Verfahren entwickelt, um die HF-Komponenten in dem drahtlosen Ortungssystem zu kalibrieren und die Leistung des drahtlosen Ortungssystems auf einer regelmäßigen Basis zu überwachen. Nach der Kalibrierung speichert das drahtlose Ortungssystem die Werte diese Verzögerungen und das Phasen-/Frequenzverhalten (z. B. nach HF-Kanalnummer) in einer Tabelle in dem drahtlosen Ortungssystem für die Verwendung zur Korrektur dieser Instrumentenfehler ab. Nachfolgend wird auf die 2G–2J zur Erklärung dieser Kalibrierungsverfahren Bezug genommen.
  • Externes Kalibrierungsverfahren
  • Mit Bezug auf 2G wird die Zeitstabilität des drahtlosen Ortungssystems entlang Basislinien gemessen, wobei jede Basislinie aus zwei SCS 10A und 10B und einer gedachten Linie (A-B) besteht, die zwischen diesen gezeichnet ist. Bei einem drahtlosen TDOA/FDOA-Ortungssystem wird die Lage bzw. Ortung von drahtlosen Transmittern berechnet, indem die Zeitdifferenzen gemessen werden, bei denen jedes SCS 10 die Ankunft des Signals von einem drahtlosen Transmitter aufzeichnet. Deshalb ist es wichtig, dass die Zeitdifferenzen, die durch SCS 10 entlang einer beliebigen Basislinie gemessen werden, zu einem großen Teil auf die Übertragungszeit des Signals von dem drahtlosen Transmitter zurückzuführen sind und minimal auf die Schwankungen der HF-Komponenten und analogen Komponenten der SCS 10 selbst. Um die Genauigkeitsziele des drahtlosen Ortungssystems zu erfüllen, wird die Zeitstabilität für jedes beliebige Paar von SCS 10 bei weit weniger als 100 Nanosekunden RMS (Root Mean Square) aufrechterhalten. Somit werden die Komponenten des drahtlosen Ortungssystems einen Instrumentenfehler von weniger als 100 Fuß RMS zu der Bestimmung der Ortung eines drahtlosen Transmitters beitragen. Ein Teil dieses Fehlers wird der Mehrdeutigkeit des Signals zugeordnet, das verwendet wird, um das System zu kalibrieren. Diese Mehrdeutigkeit kann durch die hinlänglich bekannte Cramer-Rao-Untergrenzgleichung bestimmt werden. In dem Fall eines AMPS-Rückregelungskanals liegt dieser Fehler ungefähr bei 40 Nanosekunden RMS. Der Rest des Fehlerbudgets wird den Komponenten des drahtlosen Ortungs systems zugeordnet, vor allem den HF-Komponenten und den analogen Komponenten im SCS 10.
  • Bei dem externen Kalibrierungsverfahren verwendet das drahtlose Ortungssystem ein Netzwerk von Kalibrierungstransmittern, deren Signaleigenschaften mit denen der drahtlosen Ziel-Transmitter übereinstimmen. Diese Kalibrierungstransmitter können gewöhnliche drahtlose Telefone sein, die periodische Registrierungssignale und/oder Seitenantwortsignale aussenden. Jede verwendbare SCS-SCS-Basislinie wird vorzugsweise periodisch kalibriert, und zwar mit Hilfe eines Kalibrierungstransmitters, der einen relativ klaren und hindernisfreien Pfad zu beiden SCS 10 hat, die der der Basislinie zugeordnet sind. Das Kalibrierungssignal wird genauso verarbeitet wie ein Signal von einem drahtlosen Ziel-Transmitter. Da die TDOA-Werte a priori bekannt sind, sind alle Fehler in den Berechnungen auf systemische Fehler des drahtlosen Ortungssystems zurückzuführen. Diese systemischen Fehler können dann bei den nachfolgenden Ortungsberechnungen für Ziel-Transmitter entfernt werden.
  • 2G stellt das externe Kalibrierungsverfahren für die Minimierung von Zeitfehlern dar. Wie gezeigt, haben ein erstes SCS 10A an einem Punkt „A" und ein zweites SCS 10B an einem Punkt „B" eine ihnen zugeordnete Basislinie A-B. Ein Kalibrierungssignal, das zu einer Zeit T0 von einem Kalibrierungstransmitter bei Punkt „C" ausgegeben wird, erreicht SCS 10A theoretisch zuerst zu einer Zeit T0 + TAB. TAC ist ein Maß für den Betrag der Zeit, die erforderlich ist, damit das Kalibrierungssignal von der Antenne auf dem Kalibrierungstransmitter zu dem mit zwei Ports versehenen Digitalspeicher in einem digitalen Empfänger gelangt. Ähnlich erreicht das gleiche Kalibrierungssignal das zweite SCS 10B zu einer theoretischen Zeit T0 + TBC. Normalerweise erreicht das Kalibrierungssignal den digitalen Speicher und die digitalen Signalverar beitungskomponenten der jeweiligen SCS 10 jedoch nicht zu genau den korrekten Zeiten. Eher kommt es zu Fehlern e1 und e2 bei dem Betrag der Zeit (TAC, TBC), die erforderlich ist, damit sich das Kalibrierungssignal jeweils von dem Kalibrierungstransmitter zu den SCS 10 ausbreitet, so dass die genauen Ankunftszeiten tatsächlich T0 + TAC + e1 und T0 + TBC + e2 sind. Diese Fehler sind zu einem gewissen Maß auf Verzögerungen der Signalausbreitung durch die Luft, d. h. von der Antenne des Kalibrierungstransmitters zu den SCS-Antennen zurückzuführen; die Fehler sind jedoch vor allem auf die zeitvariablen Eigenschaften der Komponenten des SCS-Eingangsteils zurückzuführen. Die Fehler e1 und e2 können nicht per se bestimmt werden, da das System die genaue Zeit (T0) nicht kennt, zu der das Kalibrierungssignal übertragen wurde. Das System kann jedoch den Fehler in der Differenz der Ankunftszeit des Kalibrierungssignals an den jeweiligen SCS 10 eines jeden beliebigen SCS 10-Paars bestimmen. Dieser TDOA-Fehlerwert ist definiert als die Differenz zwischen dem gemessenen TDOA-Wert und dem theoretischen TDOA-Wert 0, wobei 0 die theoretischen Differenzen zwischen den theoretischen Verzögerungswerten TAC und TBC darstellt. Theoretische TDOA-Werte für jedes SCS 10-Paar und jeden Kalibrierungstransmitter sind bekannt, da die Positionen der SCS 10 und Kalibrierungstransmitter und die Geschwindigkeit, mit der sich das Kalibrierungssignal ausbreitet, bekannt sind. Die gemessene TDOA-Basislinie (TDOAA-B) kann als TDOAA-B = τ0 + ε dargestellt werden, wobei ε = e1 – e2. Auf eine ähnliche Weise hat ein Kalibrierungssignal von einem zweiten Kalibrierungstransmitter an Punkt „D" ihm zugeordnete Fehler e3 und e4. Der letzte Wert von , der von TDOA-Messungen für einen Ziel-Transmitter subtrahiert wird, ist eine Funktion (z. B. das gewichtete Mittel) der -Werte, die von einem oder mehreren Kalibrierungstransmittern abgeleitet werden. Deshalb werden eine bestimmte TDOA-Messung (TDOAgemessen) für ein Paar von SCS 10 an den Punkten „X" und „Y" und ein drahtloser Ziel- Transmitter an einem unbekannten Ort wie folgt korrigiert: TDOAX-Y = TDOAgemessen – ε ε = klε1 + k2ε2 + ... kNεN,wobei k1, k2, etc. Gewichtungsfaktoren sind, und 1, 2, etc. die Fehler sind, die durch die Subtraktion der gemessenen TDOA-Werte von den theoretischen Werten für jeden Kalibrierungstransmitter bestimmt werden. Bei diesem Beispiel kann der Fehlerwert 1 der Fehlerwert sein, der dem Kalibrierungstransmitter am Punkt „C" in der Zeichnung zugeordnet ist. Die Gewichtungsfaktoren werden durch den Bediener des drahtlosen Ortungssystems bestimmt und in die Konfigurationstabellen für jede Basislinie eingegeben. Der Bediener bezieht den Abstand von jedem Kalibrierungstransmitter zu den SCS 10 an den Punkten „X" und „Y" ein, die empirisch bestimmte Sichtlinie von jedem Kalibrierungstransmitter zu den SCS 10 an den Punkten „X" und „Y" sowie den Beitrag, den jedes SCS „X" und „Y" zu einer Ortungsverarbeitung eines drahtlosen Transmitters geleistet hätte, der sich in der Nähe eines jeden Kalibrierungstransmitters befinden könnte. Im Allgemeinen werden Kalibrierungstransmitter, die näher an den SCS 10 an den Punkten „X" und „Y" liegen, höher gewichtet als Kalibrierungstransmitter, die weiter entfernt liegen, und Kalibrierungstransmitter mit einer besseren Sichtlinie zu den SCS 10 an den Punkten „X" und „Y" werden höher gewichtet als Kalibrierungstransmitter mit einer schlechteren Sichtlinie.
  • Jede Fehlerkomponente e1, e2, etc. und deshalb die sich daraus ergebende Fehlerkomponente ε, können im Lauf der Zeit in einem großen Rahmen und stark variieren, da ein Teil der Fehlerkomponente auf einer Mehrfachreflexion von dem Kalibrierungstransmitter zu jedem SCS 10 beruht. Die Mehrfachreflexion ist sehr stark pfadabhängig und schwankt somit von Messung zu Messung und von Pfad zu Pfad. Es ist kein Ziel dieses Verfahrens, die Mehrfachreflexion für diese Kalibrierungspfade zu bestimmen, sondern vielmehr den Anteil der Fehler zu bestimmen, die auf die Komponenten der SCS 10 zurückzuführen sind. Typischerweise haben deshalb die Fehlerwerte e1 und e3 eine gemeinsame Komponente, da sie sich auf das gleiche erste SCS 10A beziehen. Ähnlich haben auch die Fehlerwerte e2 und e4 eine gemeinsame Komponente, da sie sich auf das zweite SCS 10B beziehen. Es ist bekannt, dass, während die Mehrfachkomponenten stark variieren können, die Komponentenfehler sich langsam und typischerweise sinusförmig verändern. Deshalb werden bei dem externen Kalibrierungsverfahren die Fehlerwerte gefiltert, wobei ein gewichteter, zeitbasierter Filter verwendet wird, der die Gewichtung der stark variierenden Mehrfachkomponenten verringert, während er die sich relativ langsam verändernden Fehlerkomponenten beibehält, die dem SCS 10 zugeordnet werden. Ein Beispiel für einen solchen Filter, der bei dem externen Kalibrierungsverfahren verwendet wird, ist der Kalman-Filter.
  • Der Zeitraum zwischen den Kalibrierungsübertragungen schwankt abhängig von den Fehlerdriftraten, die für die SCS-Komponenten bestimmt werden. Der Zeitraum der Driftrate sollte viel länger sein als der Zeitraum des Kalibrierungsintervalls. Das drahtlose Ortungssystem überwacht den Zeitraum der Driftrate, um kontinuierlich die Änderungsrate zu bestimmen, und kann das Kalibrierungsintervall ggf. periodisch anpassen. Typischerweise beträgt die Kalibrierungsrate für ein drahtloses Ortungssystem, z. B. ein System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, zwischen 10 und 30 Minuten. Dies passt gut zu dem typischen Zeitraum für die Registrierungsrate bei einem drahtlosen Kommunikationssystem. Wenn das drahtlose Ortungssystem bestimmen sollte, dass das Kalibrierungsintervall auf eine Rate, die schneller als die Registrierungsrate des draht losen Kommunikationssystems ist, angepasst werden muss, würde der AP 14 (1) den Kalibrierungstransmitter automatisch zwingen, durch Paging des Kalibrierungstransmitters mit dem vorgeschriebenen Intervall zu übertragen. Jeder Kalibrierungstransmitter ist individuell adressierbar und deshalb kann das Kalibrierungsintervall für jeden Kalibrierungstransmitter verschieden sein.
  • Da die Kalibrierungstransmitter, die bei dem externen Kalibrierungsverfahren verwendet werden, Standardtelefone sind, muss das drahtlose Ortungssystem über einen Mechanismus verfügen, um diese Telefone von den anderen drahtlosen Transmittern zu unterscheiden, die zu verschiedenen Anwendungszwecken geortet werden. Das drahtlose Ortungssystem führt eine Liste der Kennungen der Kalibrierungstransmitter, typischerweise in dem TLP 12 und AP 14. Bei einem zellularen System kann die Kennung des Kalibrierungstransmitters die Mobil-Kennungs-Nummer oder MIN sein. Wenn der Kalibrierungstransmitter eine Übertragung durchführt, wird die Übertragung von jedem SCS 10 empfangen und durch das passende SCS 10 demoduliert. Das drahtlose Ortungssystem vergleicht die Kennung der Übertragung mit einer vorab gespeicherten Aufgabenliste von Kennungen aller Kalibrierungstransmitter. Wenn das drahtlose Ortungssystem bestimmt, dass die Übertragung eine Kalibrierungsübertragung war, beginnt das drahtlose Ortungssystem eine externe Kalibrierungsverarbeitung.
  • Internes Kalibrierungsverfahren
  • Zusätzlich zu dem externen Kalibrierungsverfahren ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, alle Kanäle des digitalen Breitbandempfängers, die bei dem SCS 10 eines drahtlosen Ortungssystems verwendet werden, zu kalibrieren. Das externe Kalibrierungsverfahren kalibriert typischerweise nur einen einzigen Kanal der mehreren Kanäle, die von dem digitalen Breitbandempfänger verwendet werden. Dies ist der Fall, da die fixierten Kalibrierungstransmitter typischerweise bis auf den Steuerkanal mit der höchsten Leistung abtasten, welcher typischerweise jedes Mal derselbe Steuerkanal ist. Die Übertragungsfunktion eines digitalen Breitbandempfängers, zusammen mit den anderen zugeordneten Komponenten, bleibt jedoch nicht vollständig konstant und schwankt mit der Zeit und je nach Temperatur. Deshalb besteht, auch wenn das externe Kalibrierungsverfahren erfolgreich einen einzelnen Kanal kalibrieren kann, keine Gewährleistung dafür, dass die verbleibenden Kanäle ebenfalls kalibriert werden.
  • Das in dem Flussdiagramm in 2H dargestellte interne Kalibrierungsverfahren ist besonders geeignet für die Kalibrierung eines individuellen ersten Empfängersystems (z. B. SCS 10), das durch eine bezüglich der Zeit- und Frequenz variable Übertragungsfunktion gekennzeichnet ist, wobei die Übertragungsfunktion bestimmt, wie die Amplitude und Phase eines empfangenen Signals durch das Empfängersystem verändert werden und das Empfängersystem in einem Ortungssystem verwendet wird, um die Lage eines drahtlosen Transmitters zu bestimmen, indem teilweise bestimmt wird, dass eine Differenz der Ankunftszeit eines Signals, das von dem drahtlosen Transmitter übertragen wird und von dem Empfängersystem empfangen wird, von einem weiteren Empfängersystem zu kalibrieren ist, und wobei die Genauigkeit der Ortungsverarbeitung teilweise von der Genauigkeit der TDOA-Messungen, die von dem System durchgeführt werden, abhängig ist. Ein Beispiel für eine AMPS-RCC-Übertragungsfunktion ist in 2I dargestellt, welche darstellt, wie die Phase der Übertragungsfunktion über die 21 Steuerkanäle, die 630 KHz überspannen, schwankt.
  • Mit Bezug auf 2H umfasst das interne Kalibrierungsverfahren die Schritte eines vorübergehenden elektronischen Tren nens der Antenne, die von einem Empfängersystem verwendet wird, von dem Empfängersystem (Schritt S-20), das Einspeisen eines intern generierten Breitbandsignals mit bekannten und stabilen Signaleigenschaften in das erste Empfängersystem (Schritt S-21); die Verwendung des generierten Breitbandsignals zum Erhalten einer Bestimmung der Art und Weise, wie die Übertragungsfunktion über die Bandbreite des ersten Empfängersystems schwankt (Schritt S-22); und die Verwendung der Bestimmung zur Verringerung der Wirkungen der Varianz der ersten Übertragungsfunktion auf die Zeit- und Frequenzmessungen, die durch das erste Empfängersystem erfolgten (Schritt S-23). Ein Beispiel eines stabilen Breitbandsignals, das für die interne Kalibrierung verwendet wird, ist ein Kammsignal, das aus mehreren individuellen Frequenzelementen mit gleicher Amplitude mit einem bekannten Abstand besteht, wie zum Beispiel 5 KHz. Ein Beispiel eines solchen Signals ist in 2I gezeigt.
  • Die Antenne muss während des internen Kalibrierungsvorgangs vorübergehend getrennt werden, um zu verhindern, dass externe Signale in den Breitbandempfänger eindringen und um zu gewährleisten, dass der Empfänger nur das stabile Breitbandsignal empfängt. Die Antenne wird elektronisch nur für ein paar Millisekunden getrennt, um das Risiko zu verringern, einen zu großen Anteil eines Signals von einem drahtlosen Transmitter zu verpassen. Darüber hinaus erfolgt die interne Kalibrierung typischerweise unmittelbar nach der externen Kalibrierung, um die Möglichkeit zu minimieren, dass eine beliebige Komponente in dem SCS 10 während des Intervalls zwischen der externen und internen Kalibrierung driftet. Die Antenne wird von dem Breitbandempfänger unter Verwendung von zwei elektronisch gesteuerten HF-Relais (nicht gezeigt) getrennt. Ein HF-Relais kann keine perfekte Isolierung zwischen Eingang und Ausgang bieten, selbst wenn es sich in der „AUS"-Position befindet, aber es kann bis zu 70dB Isolierung bieten. Es können zwei Relais in Reihenschaltung verwendet werden, um den Betrag der Isolierung zu erhöhen und weiter zu gewährleisten, dass während der Kalibrierung kein Signal von der Antenne zu dem Breitbandempfänger durchdringt. In entsprechender Weise wird, wenn die interne Kalibrierungsfunktion gerade nicht verwendet wird, das interne Kalibrierungssignal abgeschaltet, und auch die beiden HF-Relais werden abgeschaltet, um zu verhindern, dass die internen Kalibrierungssignale zu dem Breitbandempfänger durchdringen, wenn der Empfänger gerade Signale von drahtlosen Transmittern sammelt.
  • Das externe Kalibrierungsverfahren bietet eine absolute Kalibrierung eines einzelnen Kanals und das interne Kalibrierungsverfahren kalibriert dann jeden anderen Kanal in Relation zu dem Kanal, der absolut kalibriert wurde. Das Kammsignal eignet sich besonders als stabiles Breitbandsignal, da es leicht unter Verwendung einer gespeicherten Kopie des Signals und mittels eines Digital-Analog-Wandlers generiert werden kann.
  • Externe Kalibrierung unter Verwendung eines Breitbandkalibrierungssignals
  • Das als nächstes beschriebene externe Kalibrierungsverfahren kann in Verbindung mit einem SCS 10 Empfängersystem verwendet werden, das durch eine bezüglich der Zeit und Frequenz variable Übertragungsfunktion gekennzeichnet ist, und vorzugsweise Antennen, Filter, Verstärker, Duplexer, Trennverstärker, Splitter und eine Verkabelung enthält, die dem SCS 10 zugeordnet sind. Das Verfahren umfasst den Schritt der Übertragung eines stabilen, bekannten Breitbandkalibrierungssignals von einem externen Transmitter. Das Breitbandkalibrierungssignal wird dann verwendet, um die Übertragungsfunktion über eine vorgeschriebene Bandbreite des SCS-Empfängersystems zu bestimmen. Die Bestimmung der Übertragungsfunktion wird danach verwendet, um die Wirkungen der Varianz der Übertragungsfunktion auf nachfolgende TDOA/FDOA-Messungen abzumildern. Die externe Übertragung ist vorzugsweise von kurzer Dauer und geringer Signalstärke, um Interferenzen mit dem drahtlosen Kommunikationssystem, das eine Hosting-Funktion für das drahtlose Ortungssystem hat, zu vermeiden.
  • Bei dem bevorzugten Verfahren wird das SCS-Empfängersystem mit dem externen Transmitter synchronisiert. Diese Synchronisierung kann unter Verwendung von GPS-Zeiteinheiten erfolgen. Darüber hinaus kann das Empfängersystem so programmiert werden, dass es die gesamte Bandbreite des Kalibrierungssignals nur zu dem Zeitpunkt empfängt und verarbeitet, zu dem das Kalibrierungssignal gesendet wird. Das Empfängersystem führt zu keiner anderen Zeit eine Kalibrierungsverarbeitung durch als dann, wenn es synchron mit den externen Kalibrierungsübertragungen ist. Darüber hinaus wird eine drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen dem Empfängersystem und dem externen Kalibrierungstransmitter verwendet, um Anweisungen und Antworten auszutauschen. Der externe Transmitter kann eine Richtantenne verwenden, um das Breitbandsignal nur zu den Antennen des SCS-Empfängersystems zu leiten. Diese Richtantenne kann eine Yagi-Antenne (d. h. ein linearer Längsstrahler) sein. Das Kalibrierungsverfahren umfasst vorzugsweise die Durchführung der externen Übertragung nur dann, wenn die Richtantenne auf die Antennen des Empfängersystems gerichtet ist und das Risiko einer Mehrwegereflexion gering ist.
  • Kalibrierung bei „Station Bias"
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kalibrierungsverfahren für die Korrektur des Station Bias bei einem SCS-Empfängersystem. Das „Station Bias" ist definiert als die endliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein HF-Signal von einem drahtlosen Transmitter die Antenne erreicht, und dem Zeitpunkt, zu dem dasselbe Signal den Breit bandempfänger erreicht. Das Verfahren der Erfindung umfasst den Schritt der Messung der Länge des Kabels von den Antennen zu den Filtern und der Bestimmung der entsprechenden Verzögerungen, die mit der Kabellänge in Zusammenhang stehen. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Einbringen eines bekannten Signals in den Filter, Duplexer, Trennverstärker oder HF-Splitter und die Messung der Verzögerung und des Phasenverhaltens gegenüber dem Frequenzverhalten vom Eingang jedes Bausteins zum Breitbandempfänger. Die Verzögerungs- und Phasenwerte werden dann kombiniert und verwendet, um nachfolgende Ortungsmessungen zu korrigieren. Wenn das Verfahren zusammen mit der vorstehend beschriebenen GPS-basierten Takterzeugung verwendet wird, umfasst es vorzugsweise eine Korrektur für die GPS-Kabellängen. Darüber hinaus wird vorzugsweise ein extern generiertes Bezugssignal verwendet, um Änderungen des Station Bias zu überwachen, die aufgrund von Alterungserscheinungen und Wetterbedingungen auftreten könnten. Schließlich wird in dem drahtlosen Ortungssystem das Station Bias pro HF-Kanal für jedes Empfängersystem in dem drahtlosen Ortungssystem vorzugsweise in Tabellenform gespeichert, um sie für Korrekturen der nachfolgenden Ortungsverarbeitung zu verwenden.
  • Leistungsüberwachung
  • Das drahtlose Ortungssystem verwendet Verfahren ähnlich der Kalibrierung zur Leistungsüberwachung auf einer regelmäßigen und fortlaufenden Basis. Diese Verfahren sind in den Flussdiagrammen der 2K und 2L dargestellt. Zwei Verfahren zur Leistungsüberwachung werden verwendet: Festtelefone und Ansteuerungstests vermessener Punkte. Das Verfahren der Festtelefone umfasst die folgenden Schritte (siehe 2K):
    Drahtlose Standardtransmitter werden dauerhaft an verschiedenen Punkten innerhalb des Versorgungsbereichs des drahtlosen Ortungssystems platziert (diese werden dann als Festtelefone bezeichnet (Schritt S-30);
    die Punkte, an denen die Festtelefone platziert wurden, werden vermessen, so dass ihre Ortung innerhalb einer vorbestimmten Entfernung genau bekannt ist, zum Beispiel zehn Fuß (Schritt S-31);
    die vermessenen Lagen werden in einer Tabelle in dem AP 14 gespeichert (Schritt S-32);
    es wird gestattet, dass sich die Festtelefone auf dem drahtlose Kommunikationssystem registrieren, und zwar mit der Rate und dem Intervall, die von dem drahtlosen Kommunikationssystem für alle drahtlosen Transmittersysteme auf dem System festgelegt wurden (Schritt S-33);
    bei jeder Registrierungsübertragung durch ein Festtelefon ortet das drahtlose Ortungssystem das Festtelefon unter Verwendung der normalen Ortungsverarbeitung (wie bei den Kalibrierungstransmittern kann das drahtlose Ortungssystem erkennen, dass eine Übertragung von einem Festtelefon erfolgt, indem die Kennungen in einer Tabelle gespeichert werden) (Schritt S-34);
    das drahtlose Ortungssystem berechnet einen Fehler zwischen der berechneten Lage, die durch die Ortungsverarbeitung bestimmt wurde, und der gespeicherten Lage, die durch die Vermessung bestimmt wurde (Schritt S-35);
    die Lage, der Fehlerwert und andere gemessene Parameter werden zusammen mit einem Zeitstempel in einer Datenbank in dem AP 14 gespeichert (Schritt S-36);
    der AP 14 überwacht den sofortigen Fehler und andere gemessene Parameter (insgesamt als erweiterter Ortungsdatensatz bezeichnet) und berechnet darüber hinaus verschiedene statistische Werte des Fehlers/der Fehler und anderer gemessener Parameter (Schritt S-37); und
    wenn irgendeiner der Fehler oder der anderen Werte eine vorbestimmte Schwelle oder einen früheren statistischen Wert übersteigt, übermittelt der AP 14, entweder sofort oder nach Durchführung einer statistischen Filterung ü ber eine vorgeschriebene Anzahl von Ortungsbestimmungen, einen Warnhinweis an den Bediener des drahtlosen Ortungssystem (Schritt S-38).
  • Der erweiterte Ortungsdatensatz umfasst eine große Anzahl gemessener Parameter, die für die Analyse der sofortigen und früheren Leistung des drahtlosen Ortungssystems nützlich sind. Diese Parameter umfassen: den vom drahtlosen Transmitter verwendeten HF-Kanal, den Antennenport/die Antennenports, der/die von dem drahtlosen Ortungssystem verwendet wird/werden, um die drahtlosen Übertragungen zu demodulieren, die Antennenports, von denen das drahtlose Ortungssystem HF-Daten angefordert hat, den Spitzenwert, Durchschnitt und die Varianz der Signalstärke der Übertragung über das Intervall, das für die Ortungsverarbeitung verwendet wurde, die SCS 10 und den Antennenport, die als Referenz für die Ortungsverarbeitung gewählt wurden, den Korrelationswert der Kreuzspektralkorrelation zwischen jedem anderen SCS 10 und der Antenne, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet wurden, und dem Referenz-SCS 10 und der Antenne, den Verzögerungswert für jede Basislinie, die Mehrwegekorrekturparameter, und die Restwerte, die nach den Mehrwegekorrekturberechnungen verbleiben. Jeder dieser gemessenen Parameter kann von dem drahtlosen Ortungssystem überwacht werden, und zwar um zu bestimmen, wie das drahtlose Ortungssystem seine Arbeit vollbringt. Ein Beispiel für die Art der Überwachung, die durch das drahtlose Ortungssystem durchgeführt wird, kann die Varianz zwischen dem Korrelations-Sofortwert an einer Basislinie und dem vergangenen Bereich des Korrelationswerts sein. Ein weiteres Beispiel kann die Varianz zwischen dem Sofortwert der empfangenen Signalstärke an einer bestimmten Antenne und dem vergangenen Bereich der empfangenen Signalstärke sein. Es können noch viele andere statistische Werte bestimmt werden und diese Auflistung ist nicht vollständig.
  • Die Anzahl der Festtelefone, die in dem Versorgungsbereich des drahtlosen Ortungssystem platziert sind, kann basierend auf der Dichte der Funkzellen-Standorte, der Schwierigkeit des Geländes, und darüber, wie gut oder schlecht drahtlose Kommunikationssysteme in der Vergangenheit in diesem Gebiet funktioniert haben, bestimmt werden. Typischerweise liegt das Verhältnis etwa bei einem Festtelefon für je sechs Funkzellen-Standorte, in einigen Gebieten kann jedoch ein Verhältnis von eins zu eins erforderlich sein. Die Festtelefone stellen eine kontinuierliche Möglichkeit dar, um die Leistung des drahtlosen Ortungssystems zu überwachen, sowie um sämtliche Änderungen des Frequenzplans, den der Betreiber möglicherweise erstellt hat, zu überwachen. Oftmals führen Änderungen des Frequenzplans zu Veränderungen der Leistung des drahtlosen Ortungssystems und die Leistungsüberwachung der Festtelefone führt zu unmittelbaren Hinweisen an den Bediener des drahtlosen Ortungssystems.
  • Ansteuerungstests für die vermessenen Punkte sind sehr ähnlich denen der Überwachung von Festtelefonen. Festtelefone können typischerweise in Gebäuden nur dann angesiedelt werden, wenn eine Stromversorgung vorhanden ist (d. h. die Telefone müssen ständig mit Strom versorgt werden, um zu funktionieren). Um eine vollständigere Messung der Leistung der Ortungsverarbeitung zu erzielen, wird auch ein Ansteuerungstest für Testpunkte im Außenbereich durchgeführt. Es wird Bezug auf 2L genommen, wonach, wie bei den Festtelefonen, vorgeschriebene Testpunkte über den gesamten Versorgungsbereich des drahtlosen Ortungssystems auf innerhalb von zehn Fuß gemessen werden (Schritt S-40). Jedem Testpunkt wird ein Code zugewiesen, wobei der Code entweder aus dem Symbol „*" oder „#", gefolgt von einer Sequenznummer besteht (Schritt S-41). Zum Beispiel kann „*1001" bis „*1099" eine Sequenz von 99 Codes sein, die für Testpunkte verwendet werden. Diese Codes sollten Sequenzen sein, die für das drahtlose Kommunikationssystem bedeutungslos sind, wenn sie gewählt werden (d. h. die Codes führen nicht dazu, dass ein Merkmal oder eine andere Umsetzung im MSC auftritt, außer für eine abgefangene Nachricht). Der AP 14 speichert den Code für jeden Testpunkt zusammen mit der gemessenen Ortung (Schritt S-42). Nach diesen anfänglichen Schritten wird ein beliebiger drahtloser Transmitter aktiviert, der einen beliebigen der Codes wählt, und unter Verwendung der normalen Ortungsverarbeitung geortet (Schritte S-43 und S-44). Das drahtlose Ortungssystem berechnet automatisch einen Fehler zwischen der berechneten Lage, die durch die Ortungsverarbeitung bestimmt wurde, und der gespeicherten Lage, die durch die Messung bestimmt wurde, und die Ortung und der Fehlerwert werden zusammen mit einem Zeitstempel in einer Datenbank in dem AP 14 gespeichert (Schritte S-45 und S-46). Der AP 14 überwacht den sofortigen Fehler sowie verschiedene vergangene statistische Werte des Fehlers. Wenn die Fehlerwerte eine vorbestimmte Schwelle oder einen vergangenen statistischen Wert überschreiten, übermittelt der AP 14 entweder sofort oder nach Durchführung einer statistischen Filterung über eine vorgeschriebene Anzahl von Ortungsbestimmungen einen Warnhinweis an den Bediener des drahtlosen Ortungssystems (Schritt S-47).
  • Der TDOA-Ortungsprozessor (TLP)
  • Der in den 1, 1A und 3 dargestellte TLP 12 ist ein zentralisiertes digitales Signalverarbeitungssystem, das viele Aspekte des drahtlosen Ortungssystems verwaltet, insbesondere die SCS 10, und die Steuerung der Ortungsverarbeitung ermöglicht. Da die Ortungsverarbeitung bezüglich des DSP aufwändig ist, besteht einer der wichtigsten Vorteile des TLP 12 darin, dass die DSP-Ressourcen bei Ortungsverarbeitungen, die durch Übertragungen an ein beliebiges SCS 10 in einem drahtlosen Ortungssystem initiiert werden, gemeinsam genutzt werden kön nen. Das heißt, die zusätzlichen Kosten der DSP an den SCS 10 werden verringert, indem die Ressource zentral zur Verfügung steht. Wie in 3 gezeigt ist, gibt es drei Hauptkomponenten des TLP 12: DSP-Module 12-1, T1/E1-Kommunikationsmodule 12-2 und ein Steuermodul 12-3.
  • Die T1/E1-Kommunikationsmodule 12-2 stellen die Kommunikationsschnittstelle zu den SCS 10 (T1 und E1 sind Standard-Kommunikationsgeschwindigkeiten, die weltweit verfügbar sind) zur Verfügung. Jedes SCS 10 kommuniziert mit einem TLP 12 unter Verwendung von einem oder mehreren DS0 (typischerweise 56Kbps oder 64Kbps). Jedes SCS 10 ist typischerweise mit einem Teil-T1 oder -E1-Schaltkreis verbunden, unter Verwendung von z. B. einer Abzweig- und Wiederbelegungseinheit oder einer Kanalbank am Funkzellen-Standort. Häufig wird dieser Schaltkreis mit der Basisstation gemeinsam genutzt, die mit dem MSC kommuniziert. An einem zentralen Ort werden die DS0, die der Basisstation zugeordnet sind, von den DS0 getrennt, die den SCS 10 zugeordnet sind. Dies erfolgt typischerweise außerhalb des TLP 12 unter Verwendung eines digitalen Zugriffs- und Steuerungssystems (DACS = Digital Access and Control System) 13A, das nicht nur die DS0 voneinander trennt sondern auch die DS0 von mehreren SCS 10 auf volle T1- oder E1-Schaltkreise bereinigt. Diese Schaltkreise stellen dann eine Verbindung vom DACS 13A zum DACS 13B und dann zum T1/E1-Kommunikationsmodul auf dem TLP 12 her. Jedes T1/E1-Kommunikationsmodul enthält genügend digitalen Speicher, um Datenpakete zu und von jedem SCS 10, die mit dem Modul kommunizieren, zu Puffern. Ein einziges TLP-Gehäuse kann ein oder mehrere T1/E1-Kommunikationsmodule unterstützen.
  • Die DSP-Module 12-1 stellen eine zusammengefasste Ressource für die Ortungsverarbeitung zur Verfügung. Ein einzelnes Modul kann typischerweise zwei bis acht digitale Signalprozessoren enthalten, von denen jeder im gleichen Maß für die Ortungsverarbeitung zur Verfügung steht. Zwei Arten der Ortungsverarbeitung werden unterstützt: die zentralbasierte und stationsbasierte Ortungsverarbeitung, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Die TLP-Steuereinheit 12-3 verwaltet das DSP-Modul/die DSP-Module 12-1, um einen optimalen Durchsatz zu erzielen. Jedes DSP-Modul enthält genügend digitalen Speicher, um alle für die Ortungsverarbeitung notwendigen Daten zu speichern. Ein DSP ist nicht besetzt, bis alle der Daten, die zum Beginn der Ortungsverarbeitung erforderlich sind, von jedem der beteiligten SCS 10 zum digitalen Speicher auf dem DSP-Modul übertragen wurden. Erst dann erhält ein DSP die spezifische Aufgabe, einen bestimmten drahtlosen Transmitter zu orten. Mit Hilfe dieser Verfahren müssen die DSP, die eine teure Ressource darstellen, nie warten. Ein einziges TLP-Gehäuse kann ein oder mehrere DSP-Module unterstützen.
  • Das Steuermodul 12-3 ermöglicht die Echtzeitverwaltung sämtlicher Ortungsverarbeitungen innerhalb des drahtlosen Ortungssystems. Der AP 14 ist die höchste Verwaltungseinheit innerhalb des drahtlosen Ortungssystems, der Aufbau seiner Datenbank ist jedoch nicht schnell genug, um die Echtzeitentscheidungen auszuführen, wenn Übertragungen erfolgen. Das Steuermodul 12-3 empfängt Nachrichten von den SCS 10, einschließlich: Status, Spektralenergie auf verschiedenen Kanälen für verschiedene Antennen, demodulierte Nachrichten und Diagnosen. Dies ermöglicht der Steuereinheit, kontinuierlich Ereignisse zu bestimmen, die in dem drahtlosen Ortungssystem auftreten, sowie Anweisungen zu senden, damit bestimmte Maßnahmen ergriffen werden. Wenn ein Steuermodul demodulierte Nachrichten von SCS 10 erhält, entscheidet das Steuermodul, ob eine Ortungsverarbeitung für eine bestimmte drahtlose Übertragung erforderlich ist. Das Steuermodul 12-3 bestimmt auch, welche SCS 10 und Antennen für die Ortungsverarbeitung verwendet werden, einschließlich dessen, ob die zentralbasierte oder die stationsbasierte Ortungsverarbeitung verwendet wird. Das Steuermodul weist die diversen SCS 10 an, die erforderlichen Daten zurückzusenden und weist die Kommunikationsmodule und die DSP-Module an, sequentiell ihre notwendigen Rollen bei der Ortungsverarbeitung durchzuführen. Diese Schritte werden nachfolgend ausführlicher beschrieben.
  • Das Steuermodul 12-3 führt eine Tabelle, die als Tabelle vorrangiger Signale (SOIT = Signal of Interest Table) bezeichnet wird. Diese Tabelle umfasst alle der Kriterien, die verwendet werden können, um die Ortungsverarbeitung auf einer bestimmten drahtlosen Übertragung zu aktivieren. Die Kriterien können zum Beispiel die Mobilfunknummer, die ID der Mobilfunkstation, die elektronische Seriennummer, die gewählten Zahlen, die System-ID, die HF-Kanalnummer, die Nummer des Funkzellen-Standorts oder die Sektornummer, die Art der Übertragung und andere Arten von Datenelementen, umfassen. Einigen der Auslösereignisse können bei der Bestimmung der Verarbeitungsreihenfolge höhere oder niedrigere Prioritätsstufen zugeordnet sein. Auslöseimpulse mit höherer Priorität werden die Verarbeitung immer vor Auslöseimpulsen mit niedrigerer Priorität durchführen. Die Verarbeitung eines Auslöseimpulses, der die Ortungsverarbeitung bereits begonnen hat, wird jedoch abgeschlossen, bevor er einer Aufgabe mit höherer Priorität zugeordnet wird.
  • Die Haupt-Aufgabenliste für das drahtlose Ortungssystem wird auf dem AP 14 geführt, und Kopien der Aufgabenliste werden automatisch in die Tabelle vorrangiger Signale in jedem TLP 12 in dem drahtlosen Ortungssystem heruntergeladen. Die gesamte Tabelle vorrangiger Signale wird auf einen TLP 12 heruntergeladen, wenn der TLP 12 zurückgesetzt wird oder zum ersten Mal startet. Nach diesen beiden Ereignissen werden nur Änderungen von dem AP 14 auf jeden TLP 12 heruntergeladen, um die Kommu nikationsbandbreite aufrechtzuerhalten. Das Kommunikationsprotokoll für die Kommunikation von dem TLP 12 zu dem AP 14 umfasst vorzugsweise eine ausreichende Redundanz und Fehlerüberprüfung, um zu verhindern, das unrichtige Daten jemals in die Tabelle vorrangiger Signale eingegeben werden. Wenn der AP 14 und der TLP 12 periodisch Verarbeitungskapazitäten übrig haben, überprüft der AP 14 erneut die Einträge in der Tabelle vorrangiger Signale, um sicherzustellen, dass alle Einträge in der Tabelle vorrangiger Signale in dem drahtlosen Ortungssystem vollständig übereinstimmen.
  • Jedes TLP-Gehäuse verfügt über eine maximale Kapazität des Gehäuses. Ein einziges TLP-Gehäuse kann zum Beispiel eine Kapazität haben, die nur ausreicht, um zwischen 48 und 60 SCS 10 zu unterstützten. Wenn ein drahtloses Kommunikationssystem die Kapazität eines einzigen TLP-Gehäuses überschreitet, werden mehrere TLP-Gehäuse mittels eines Ethernet-Netzwerks miteinander verbunden. Das Steuermodul 12-3 ist verantwortlich für die Kommunikation und den Netzwerkbetrieb zwischen den TLP und kommuniziert mit den Steuermodulen in anderen TLP-Gehäusen und mit Anwendungsprozessoren 14 über das Ethernet-Netzwerk. Die Kommunikation zwischen den TLP ist erforderlich, wenn die Ortungsverarbeitung die Verwendung von SCS 10 erfordert, die mit verschiedenen TLP-Gehäusen verbunden sind. Die Ortungsverarbeitung für jede drahtlose Übertragung ist einem einzigen DSP-Modul in einem einzigen TLP-Gehäuse zugewiesen. Die Steuermodule 12-3 in den TLP-Gehäusen wählen das DSP-Modul, auf dem die Ortungsverarbeitung durchgeführt werden soll, und leiten dann alle HF-Daten, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, zu diesem DSP-Modul. Wenn HF-Daten von den SCS 10 benötigt werden, die mit mehr als einem TLP 12 verbunden sind, kommunizieren die Steuermodule in allen erforderlichen TLP-Gehäusen, um die HF-Daten von allen erforderlichen SCS 10 zu dem jeweiligen verbundenen TLP 12 und dann zu dem DSP-Modul und dem TLP-Gehäuse zu leiten, die der Ortungsverarbeitung zugewiesen sind. Das Steuermodul unterstützt zu Redundanzzwecken zwei vollständig unabhängige Ethernet-Netzwerke. Eine Unterbrechung oder Betriebsstörung in einem beliebigen Netzwerk führt dazu, dass die betroffenen TLP 12 unverzüglich jegliche Kommunikation an das andere Netzwerk leiten.
  • Die Steuermodule 12-3 unterhalten eine vollständige Netzwerkabbildung des drahtlosen Ortungssystems, einschließlich der SCS 10, die jedem TLP-Gehäuse zugeordnet sind. Diese Netzwerkabbildung ist eine Tabelle, die in dem Steuermodul gespeichert ist, und enthält eine Liste der in Frage kommenden SCS/Antennen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden können, sowie verschiedene Parameter, die jedem der SCS bzw. jeder der Antennen zugeordnet sind. Die Struktur einer beispielhaften Netzwerkabbildung ist in 3A dargestellt. Es gibt für jede Antenne, die mit einem SCS 10 verbunden ist, einen eigenen Eintrag in die Tabelle. Wenn eine drahtlose Übertragung in einem Bereich erfolgt, der von mehreren SCS 10 abgedeckt wird, die mit mehr als einem TLP-Gehäuse kommunizieren, bestimmen die Steuermodule in dem beteiligten TLP-Gehäuse, welches TLP-Gehäuse das „Master-"TLP-Gehäuse für den Zweck der Verwaltung der Ortungsverarbeitung sein wird. Typischerweise wird das TLP-Gehäuse, das dem SCS 10 zugeordnet ist, das die primäre Kanalzuordnung für die drahtlose Übertragung hat, als Master bestimmt. Es kann jedoch stattdessen auch ein anderes TLP-Gehäuse bestimmt werden, wenn der TLP vorübergehend keine DSP-Ressourcen für die Ortungsverarbeitung zur Verfügung hat, oder wenn die meisten SCS 10, die an der Ortungsverarbeitung beteiligt sind, mit einem anderen TLP-Gehäuse verbunden sind, und die Steuermodule die Kommunikation zwischen den TLP auf ein Minimum verringern. Der Entscheidungsprozess ist voll dynamisch, wird jedoch durch Tabellen in dem TLP 12 unterstützt, die das bevorzugte TLP-Gehäuse für jede primäre Kanalzuordnung vorab bestimmen. Die Tabellen werden von dem Bediener des drahtlosen Ortungssystems generiert und unter Verwendung der Netwerk-Bedienungskonsole programmiert.
  • Der hier beschriebene Netzwerkbetrieb funktioniert für beide TLP-Gehäuse, die demselben drahtlosen Träger zugeordnet sind, sowie für alle Gehäuse, die den Versorgungsbereich zwischen zwei drahtlosen Trägern überlappen oder an diesen angrenzen. Deshalb ist es möglich, dass ein TLP 12, der zu einem ersten drahtlosen Träger gehört, in das Netzwerk eingebunden wird, und deshalb HF-Daten von einem TLP 12 (und den diesem TLP zugeordneten SCS 10) erhält, der zu einem zweiten drahtlosen Träger gehört. Dieser Netzwerkbetrieb ist in ländlichen Gegenden, in denen die Leistung des drahtlosen Ortungssystems durch den Einsatz von SCS 10 an den Funkzellen-Standorten mehrerer Funknetzbetreiber verbessert werden kann, besonders wertvoll. Da in vielen Fällen die Funknetzbetreiber Funkzellen-Standorte nicht an denselben Punkten zusammenstellen, ermöglicht dieses Merkmal, dass das drahtloses Ortungssystem auf mehr geographisch unterschiedliche Antennen zugreifen kann, als verfügbar wären, wenn das drahtlose Ortungssystem nur die Funkzellen-Standorte eines einzigen Funknetzbetreibers verwenden würde. Wie vorstehend beschrieben, können die korrekte Auswahl und Verwendung von Antennen für die Ortungsverarbeitung die Leistung des drahtlosen Ortungssystems verbessern.
  • Das Steuermodul 12-3 leitet viele Nachrichten, einschließlich Ortungsdatensätze, an den AP 14 weiter. Viele von diesen werden nachfolgend beschrieben. Normalerweise werden demodulierte Daten jedoch nicht von dem TLP 12 an den AP 14 weitergeleitet. Wenn der TLP 12 jedoch demodulierte Daten von einem bestimmten drahtlosen Transmitter erhält und der TLP 12 erkennt, dass der drahtlose Transmitter ein registrierter Kunde eines zweiten Funknetzbetreibers in einem anderen Versorgungsbereich ist, kann der TLP 12 die Daten an den ersten (versorgenden) AP 14A weiterleiten. Dies ermöglicht dem ersten AP 14A, mit einem zweiten AP 14B zu kommunizieren, der dem zweiten Funknetzbetreiber zugeordnet ist, und zu bestimmen, ob sich dieser bestimmte drahtlose Transmitter für irgendeine Art von Ortungsdiensten registriert hat. Ist dies der Fall, kann der zweite AP 14B den ersten AP 14A anweisen, die Kennung des bestimmten drahtlosen Transmitters in die Tabelle vorrangiger Signale einzutragen, so dass der bestimmte drahtlose Transmitter so lange geortet wird, wie sich der bestimmte drahtlose Transmitter in dem Versorgungsbereich des ersten drahtlosen Ortungssystems befindet, das dem ersten AP 14A zugeordnet ist. Wenn das erste drahtlose Ortungssystem erfasst hat, dass der bestimmte drahtlose Transmitter sich innerhalb eines Zeitraums, der eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, nicht registriert hat, kann der erste AP 14A den zweiten AP 14B anweisen, die Kennung des bestimmten drahtlosen Transmitters aus der Tabelle vorrangiger Signale zu entfernen, da sich dieser sich nicht mehr in dem Versorgungsbereich befindet, der dem ersten AP 14 zugeordnet ist.
  • Diagnoseport
  • Der TLP 12 unterstützt einen Diagnoseport, der für den Betrieb und die Diagnose von Problemen innerhalb des drahtlosen Ortungssystems sehr nützlich ist. Auf den Diagnoseport kann entweder lokal an einem TLP 12 oder über Fernzugriff über das Ethernet-Netzwerk, das die mehreren TLP 12 und die AP verbindet, zugegriffen werden. Der Diagnoseport ermöglicht einem Bediener, in eine Datei alle Demodulations- und HF-Daten, die von den SCS 10 empfangen werden, sowie die Zwischen- und Endergebnisse aller Ortungsverarbeitungen einzutragen. Diese Daten werden nach der Verarbeitung einer Ortungsbestimmung aus dem TLP 12 gelöscht und deshalb bietet der Diagnoseport die Mittel, um die Daten für eine spätere Nachbearbeitung und Analyse zu speichern. Die Erfahrung des Erfinders beim Betrieb großer drahtloser Ortungssysteme ist, dass eine sehr kleine Anzahl von Ortungsbestimmungen gelegentlich sehr große Fehler aufweisen kann, und diese großen Fehler die Gesamtbetriebsstatistik des drahtlosen Ortungssystems über einen bestimmten Messzeitraum dominieren können. Deshalb ist es wichtig, dem Bediener einen Satz Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, die ermöglichen, dass das drahtlose Ortungssystem die Gründe für große Fehler erfasst und verfolgt, um diese Fehler zu diagnostizieren und zu korrigieren. Der Diagnoseport kann so eingestellt werden, dass er die vorstehenden Informationen für alle Ortungsbestimmungen, für Ortungsbestimmungen von bestimmten drahtlosen Transmittern oder an bestimmten Testpunkten, oder für Ortungsbestimmungen, die ein bestimmtes Kriterium erfüllen, speichert. Zum Beispiel kann der Diagnoseport für Festtelefone oder Ansteuerungstests vermessener Punkte den Fehler bei der Ortungsbestimmung in Echtzeit bestimmen und dann die vorstehend beschriebenen Informationen nur für diese Ortungsbestimmungen, deren Fehler eine bestimmte Schwelle überschreiten, eintragen. Der Diagnoseport bestimmt den Fehler in Echtzeit, indem er die gemessene Breiten- und Längengradkoordinate eines jeden Festtelefons und Ansteuerungstestpunktes in einer Tabelle speichert, und dann einen Radialfehler berechnet, wenn eine Ortungsbestimmung für den entsprechenden Testpunkt erfolgt.
  • Redundanz
  • Die TLP 12 verwirklichen eine Redundanz unter Verwendung verschiedener erfindungsgemäßer Verfahren und ermöglichen dem drahtlosen Ortungssystem, ein M + N-Redundanzverfahren zu unterstützen. M + N-Redundanz bedeutet, dass N redundante TLP-Gehäuse (oder Standby-Gehäuse) verwendet werden, um für M Online-TLP-Gehäuse ein vollständig redundantes Backup zur Verfügung zu stellen. M kann zum Beispiel zehn sein und N kann zwei sein.
  • Zuerst tauschen die Steuermodule in verschiedenen TLP-Gehäusen kontinuierlich Status- und „Grundfrequenz-"Nachrichten aus, und zwar in vorbestimmten Zeitintervallen untereinander und mit jedem AP 14, der damit beauftragt ist, das TLP-Gehäuse zu überwachen. Somit hat jedes Steuermodul einen kontinuierlichen und vollständigen Status eines jeden anderen Steuermoduls in dem drahtlosen Ortungssystem. Die Steuermodule in verschiedenen TLP-Gehäusen wählen periodisch ein Steuermodul in einem TLP 12 als Master-Steuereinheit für eine Gruppe von TLP-Gehäusen aus. Die Master-Steuereinheit kann entscheiden, ein erstes TLP-Gehäuse in einen Offline-Status zu versetzen, wenn der erste TLP 12A in seiner Statusnachricht über einen Zustand mit Fehlern oder mangelnder Qualität berichtet, oder wenn der erste TLP 12A innerhalb der ihm zugewiesenen und vorbestimmten Zeit keine Status- oder Grundfrequenz-Nachrichten liefert. Wenn die Master-Steuereinheit einen ersten TLP 12A in den Offline-Status versetzt, kann die Master-Steuereinheit einen zweiten TLP 12B dazu bestimmen, ein redundantes Umschalten durchzuführen und die Aufgaben des ersten TLP 12A, der offline ist, zu übernehmen. Dem zweiten TLP 12B wird automatisch die Konfiguration übermittelt, die in den ersten TLP 12A geladen war; diese Konfiguration kann entweder von der Master-Steuereinheit oder einem AP 14 heruntergeladen werden, der mit den mehreren TLP 12 verbunden ist. Die Master-Steuereinheit kann ein Steuermodul auf jedem der TLP 12 sein, die sich nicht im Offline-Status befinden, es wird jedoch bevorzugt, dass die Master-Steuereinheit ein Steuermodul in einem Standby-TLP 12 ist. Wenn die Master-Steuereinheit das Steuermodul in einem Standby-TLP 12 ist, kann die Zeit, die erforderlich ist, um einen fehlerhaften ersten TLP 12A zu erfassen, den ersten TLP 12A in einen Offline-Status zu versetzen, und dann ein redundantes Umschalten durchzuführen, verkürzt werden.
  • Zweitens werden alle T1- oder E1-Kommunikationen zwischen den SCS 10 und jedem der TLP T1/E1-Kommunikationsmodule 12-2 vorzugsweise durch ein sehr zuverlässiges DACS geleitet, das für die Redundanzsteuerung bestimmt ist. Das DACS 13B ist mit jedem fehlerbereinigten T1/E1-Schaltkreis verbunden, der DS0 von SCS 10 enthält, und ist auch mit jedem T1/E1-Kommunikationsmodul 12-2 eines jeden TLP 12 verbunden. Jedes Steuermodul an jedem TLP 12 enthält eine Tabelle des DACS 13B, die die Verbindungsliste und Portzuordnungen des DACS beschreibt. Das DACS 13B ist mit dem vorstehend beschriebenen Ethernet-Netzwerk verbunden und kann durch jedes der Steuermodule 12-3 an jedem der TLP 12 gesteuert werden. Wenn ein zweiter TLP 12 durch eine Master-Steuereinheit in den Offline-Status versetzt wird, sendet die Master-Steuereinheit Anweisungen an das DACS 13B, um den fehlerbereinigten T1/E1-Schaltkreis, der mit dem ersten TLP 12A kommuniziert, auf einen zweiten TLP 12B umzuschalten, der sich im Standby-Status befand. Gleichzeitig lädt der AP 14 die komplette Konfigurationsdatei, die von dem zweiten (sich jetzt im Offline-Zustand befindlichen) TLP 12B verwendet wurde, auf den dritten (sich jetzt im Online-Zustand befindlichen) TLP 12C herunter. Die zeit von der ersten Erfassung einer Betriebsstörung eines ersten TLP-Gehäuses bis zum vollständigen Umschalten und der Ü bernahme der Verarbeitungsverantwortung durch ein drittes TLP-Gehäuse beträgt typischerweise weniger als einige Sekunden. In vielen Fällen gehen bei den SCS 10, die dem ersten fehlerbehafteten TLP-Gehäuse zugeordnet sind, keine HF-Daten verloren und die Ortungsverarbeitung kann ohne Unterbrechung fortgesetzt werden. Bei einer TLP-Ausfallsicherung, wenn ein erster TLP 12A in den Offline-Status versetzt wird, generiert die NOC 16 einen Warnhinweis, um den Bediener des drahtlosen Ortungssystems zu informieren, dass das Ereignis aufgetreten ist.
  • Drittens enthält jedes TLP-Gehäuse redundante Stromversorgungen, Lüfter und andere Komponenten. Ein TLP-Gehäuse kann auch mehrere DSP-Module unterstützten, so dass die Betriebsstörung eines einzelnen DSP-Moduls oder sogar eines einzelnen DSP auf einem DSP-Modul den Gesamtbetrag der verfügbaren Verarbeitungsressourcen verringert, jedoch nicht zu einer Betriebsstörung des TLP-Gehäuses führt. In allen in diesem Abschnitt beschriebenen Fällen kann die fehlerbehaftete Komponente des TLP 12 ersetzt werden, ohne dass das gesamte TLP-Gehäuse in den Offline-Status versetzt werden muss. Wenn zum Beispiel eine einzelne Stromversorgung ausfällt, hat die redundante Stromversorgung genügend Kapazität, um alleine die Last des Gehäuses zu bewältigen. Die ausgefallen Stromversorgung enthält die notwendigen Schaltungen, um sich selbst aus der Last des Gehäuses zu entfernen und zu keiner weiteren Beeinträchtigung des Gehäuses zu führen. In entsprechender Weise kann sich auch ein fehlerbehaftetes DSP-Modul selbst von den aktiven Abschnitten des Gehäuses entfernen, um keine Betriebsstörung der Rückwandplatine oder anderer Module zu verursachen. Dies ermöglicht dem verbleibenden Teil des Gehäuses, einschließlich des zweiten DSP-Moduls, normal weiterzuarbeiten. Natürlich wird der Gesamtverarbeitungsdurchsatz des Gehäuses verringert, aber eine Gesamtbetriebsstörung wird vermieden.
  • Anwendungsprozessor (AP) 14
  • Der AP 14 ist ein zentralisiertes Datenbanksystem, das eine Reihe von Softwareprozessen umfasst, die das gesamte drahtlose Ortungssystem verwalten, Schnittstellen für externe Nutzer und Anwendungen bereitstellen, Ortungsdatensätze und Konfigurationen speichern und verschiedene anwendungsbezogene Funktionen unterstützen. Der AP 14 verwendet eine handelsübliche Hardware-Plattform, deren Größe so ausgelegt ist, dass sie dem Durchsatz des drahtlosen Ortungssystems entspricht. Der AP 14 verwendet auch ein handelsübliches relationales Datenbanksys tem (RDBMS = Relational Database System), das stark an die Kundenwünsche angepasst wurde, um die hier beschriebene Funktionalität zu gewährleisten. Während das SCS 10 und der TLP 12 vorzugsweise auf einer reinen Echtzeitbasis zusammenarbeiten, um die Ortung zu bestimmen und Ortungsdatensätze zu erstellen, kann der AP 14 sowohl auf einer Echtzeitbasis arbeiten, um Ortungsdatensätze zu speichern und weiterzuleiten, als auch auf einer Nicht-Echtzeitbasis, um Ortungsdatensätze nachzubearbeiten und Zugriffe und Berichte im Zeitverlauf zur Verfügung zu stellen. Die Fähigkeit, Ortungsdatensätze für verschiedene Arten von System- und Anwendungsanalysen zu speichern, wiederzubeschaffen und nachzubearbeiten, hat sich als ein starker Vorteil der vorliegenden Erfindung erwiesen. Die Haupt-Zusammenstellung der Softwareprozesse, die als ApCore bezeichnet wird, ist in 4 dargestellt und umfasst folgende Funktionen:
    Der AP-Leistungswächter (ApPerfGuard = AP Performance Guardian) ist ein speziell entworfener Softwareprozess, der für das Starten, Stoppen und die Überwachung der meisten anderen ApCore-Prozesse sowie der ApCore-Kommunikationen mit der NOC 16 verantwortlich ist. Bei Erhalt einer Konfigurationsupdateanweisung von der NOC führt der ApPerfGuard ein Update der Datenbank durch und informiert alle anderen Prozesse über die Änderung. Der ApPerfGuard startet und stoppt entsprechende Prozesse, wenn die NOC den ApCore beauftragt, in bestimmte Ablaufzustände einzutreten, und überwacht kontinuierlich andere Softwareprozesse, die zeitgesteuert wieder gestartet werden sollen, wenn sie verlassen oder gestoppt wurden, und startet sämtliche Prozesse neu, die nicht mehr korrekt reagieren. Dem ApPerfGuard ist eine der höchsten Verarbeitungsprioritäten zugewiesen, so dass dieser Prozess nicht durch einen anderen Prozess blockiert werden kann, der „davongelaufen" ist. Dem ApPerfGuard wird auch ein bestimmter speziell entworfener Speicher zugewiesen, auf den keine anderen Softwareprozesse zugreifen können, um zu verhindern, dass es zu möglichen Beeinträchtigungen durch andere Softwareprozesse kommt.
  • Der AP-Dispatcher (ApMnDsptch) ist ein Softwareprozess, der Ortungsdatensätze von den mehreren TLP 12 empfängt und die Ortungsdatensätze an andere Prozesse weiterleitet. Dieser Prozess enthält einen separaten Pfad für jeden physischen TLP 12, der in dem System konfiguriert ist, und jeder Pfad empfängt Ortungsdatensätze von diesem TLP 12. Um die Verlässlichkeit des Systems zu gewährleisten, unterhält der ApCore eine Liste, die die letzten Sequenznummern des Ortungsdatensatzes enthält, der von jedem TLP 12 empfangen wurden, und sendet diese Sequenznummer nach der ersten Verbindung an den TLP 12. Danach führen der AP 14 und der TLP 12 ein Protokoll, wobei der TLP 12 jeden Ortungsdatensatz mit einer eindeutigen Kennung versendet. ApMnDsptch leitet die Datensätze an mehrere Prozesse weiter, einschließlich Ap911, ApDbSend, ApDbRecvLoc und ApDbFileRecv.
  • Der AP-Aufgabenprozess (ApDbSend) steuert die Aufgabenliste innerhalb des drahtlosen Ortungssystems. Die Aufgabenliste ist die Hauptliste aller Auslösekriterien, die bestimmt, welcher drahtlose Transmitter geortet wird, welche Anwendungen die Kriterien generiert haben und welche Anwendungen Informationen über Ortungsdatensätze empfangen können. Der ApDbSend-Prozess enthält einen separaten Pfad für jeden TLP 12, über den ApDbSend die Aufgabenliste mit der Tabelle vorrangiger Signale auf jedem TLP 12 synchronisiert. ApDbSend sendet keine Anwendungsinformationen an die Tabelle vorrangiger Signale, sondern nur die Auslösekriterien. Somit weiß der TLP 12 nicht, warum ein drahtloser Transmitter geortet werden muss. Die Aufgabenliste erlaubt die Ortung drahtloser Transmitter basierend auf der Mobilfunkkennungsnummer (MIN = Mobile Identity Number), der ID der Mobilfunkstation (MSID = Mobile Station Identifier), der elektronischen Seriennummer (ESN = Electronic Serial Number), und anderen ID-Nummern, den gewählten Sequenzen von Buchstaben und/oder Zahlen, IDs von Heimsystemen (SID = System ID), dem ursprünglichen Funkzellen-Standort und -Sektor, dem ursprünglichen HF-Kanal oder der Nachrichtenart. Die Aufgabenliste ermöglicht, dass mehrere Anwendungen Ortungsdatensätze von demselben drahtlosen Transmitter empfangen. Somit kann ein einziger Ortungsdatensatz von einem drahtlosen Transmitter, der „911" gewählt hat, zum Beispiel an ein 911-PSAP, eine Flottenmanagementanwendung, eine Verkehrsmanagementanwendung und eine HF-Optimierungsanwendung gesendet werden.
  • Die Aufgabenliste enthält auch eine Vielzahl von Setzmerkern und Feldern für jedes Auslösekriterium, von denen einige an anderen Stellen in dieser Beschreibung beschrieben werden. Ein Setzmerker legt zum Beispiel die maximale Zeitgrenze fest, vor der das drahtlose Ortungssystem eine ungefähre oder endgültige Bestimmung des drahtlosen Transmitters vorlegen muss. Ein weiterer Setzmerker ermöglicht, dass die Ortungsverarbeitung für ein bestimmtes Auslösekriterium deaktiviert wird, wie zum Beispiel die Kennung des drahtlosen Transmitters. Ein weiteres Feld umfasst die Authentifizierung, die erforderlich ist, um an Kriterien für einen bestimmten Auslöseimpuls Änderungen vorzunehmen; die Authentifizierung ermöglicht dem Funknetzbetreiber, festzulegen, welche Anwendungen autorisiert sind, beliebige Auslösekriterien und zugeordnete Felder oder Setzmerker hinzuzufügen, zu löschen oder Änderungen an diesen vorzunehmen. Ein weiteres Feld umfasst die Ortungsbetriebsgüte, die dem Auslösekriterium zugeordnet ist. Die Betriebsgüte informiert das drahtlose Ortungssystem über den gewünschten Genauigkeitsgrad und den gewünschten Prioritätsgrad für die einem bestimmten Auslösekriterium zugeordnete Ortungsverarbeitung. Für einige Anwendungen kann zum Beispiel eine ungefähre Ortungsbestimmung (vielleicht zu einer verringerten Ortungsverarbeitungsgebühr) ausreichen, während für andere Anwendungen eine Verarbeitung mit niedrigerer Priorität ausreicht, bei der nicht gewährleistet wird, dass sie für jede Übertragung abgeschlossen wird (und die zugunsten von Verarbeitungsaufgaben mit höherer Priorität geleert werden kann). Das drahtlose Ortungssystem umfasst auch Mittel, um die Verwendung von Stellvertreterzeichen für Auslösekriterien in der Aufgabenliste zu unterstützen. Ein Auslösekriterium kann zum Beispiel als „MIN = 215555****" eingegeben werden. Dies veranlasst das drahtlose Ortungssystem dazu, die Ortungsverarbeitung für alle drahtlosen Transmitter zu aktivieren, deren MIN mit den sechs Zahlen 215555 beginnt und mit beliebigen weiteren vier Zahlen endet. Die Stellvertreterzeichen können an jeder Position in einem Auslösekriterium platziert werden. Dieses Merkmal kann zu Einsparungen bei der Anzahl von Speicherorten führen, die in der Aufgabenliste und der Liste der vorrangigen Signale erforderlich sind, indem es Blöcke von zusammenhängenden drahtlosen Transmittern zusammen gruppiert.
  • ApDbSend unterstützt auch die dynamische Aufgabenverteilung. Zum Beispiel wird die MIN, ESN, MSID oder eine andere Kennung eines beliebigen drahtlosen Transmitters, von dem aus die „911" gewählt wurde, von ApDbSend automatisch für eine Stunde auf die Aufgabenliste gesetzt. Somit werden alle weiteren Übertragungen von dem drahtlosen Transmitter, der „911" gewählt hat, auch im Fall eines weiteren Notfalls geortet. Wenn zum Beispiel ein PSAP einen drahtlosen Transmitter zurückruft, der „911" innerhalb der letzten Stunde gewählt hatte, aktiviert das drahtlose Ortungssystem die Seitenantwortnachricht von dem drahtlosen Transmitter und kann dem PSAP diesen neuen Ortungsdatensatz zur Verfügung stellen. Diese dynamische Aufgabenverteilung kann für jedes beliebige Zeitintervall nach Beginn des Ereignisses und für jede Art von Auslösekriterium eingestellt werden. Der ApDbSend-Prozess ist auch ein Server für den Empfang von Aufgabenverteilungs-Anfragen von anderen Anwendungen. Diese Anwendungen, wie zum Beispiel das Flottenmanagement, können zum Beispiel Aufgabenverteilungs-Anfragen über eine Anschlussbuchse senden. Diese Anwendungen können Auslösekriterien entweder platzieren oder entfernen. ApDbSend führt mit jeder Anwendung einen Authentifizierungsprozess durch, um zu verifizieren, dass die Anwendung autorisiert wurde, Auslösekriterien zu platzieren oder zu entfernen, und jede Anwendung kann nur Auslösekriterien ändern, die mit dieser Anwendung in Zusammenhang stehen.
  • Der AP 911-Prozess (Ap911) verwaltet jede Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Ortungssystem und E9-1-1 Netzwerkelementen, wie zum Beispiel Tandemschaltern, selektiven Routern, ALI-Datenbanken und/oder PSAP. Der Ap911-Prozess enthält einen separaten Pfad für jede Verbindung mit einem E9-1-1-Netzwerkelement und kann mehr als einen Pfad zu jedem Netzwerkelement unterstützen. Der Ap911-Prozess kann gleichzeitig in vielen Betriebsarten basierend auf der Konfiguration durch den Benutzer, wie hier beschrieben, arbeiten. Die zeitnahe Verarbeitung der E9-1-1 Ortungsdatensätze ist eine der höchsten Prioritäten in dem AP 14 und deshalb arbeitet der Ap911 vollständig aus dem Direktzugriffsspeicher (RAM) heraus, um die Verzögerung zu vermeiden, die damit verbunden ist, einen Ortungsdatensatz zuerst zu speichern und dann von irgendeiner Art Speicherplatte wieder abzurufen. Wenn ApMnDsptch einen Ortungsdatensatz an den Ap911 weiterleitet, führt der Ap911 sofort eine Routing-Bestimmung durch und leitet den Ortungsdatensatz über die passende Schnittstelle an ein E9-1-1-Netzwerkelement weiter. Ein separater Prozess, der parallel abläuft, zeichnet den Ortungsdatensatz in der AP 14-Datenbank auf.
  • Der AP 14 unterstützt durch den Ap911-Prozess und andere Prozesse zwei Arten, Anwendungen Ortungsdatensätze zur Verfügung zu stellen, einschließlich E9-1-1: den „Push-" und „Pull"-Modus. Anwendungen, die einen Push-Modus anfordern, empfangen einen Ortungsdatensatz, sobald dieser von dem AP 14 zur Verfügung steht. Dieser Modus ist für E9-1-1 besonders effektiv, bei dem Ortungsdatensätze sehr zeitnah zur Verfügung stehen müssen, da E-9-1-1-Netzwerke drahtlose 9-1-1-Anrufe innerhalb weniger Sekunden, nachdem der drahtlos angebundene Anrufer „911" gewählt hat, an den korrekten PSAP leiten müssen. Anwendungen, die einen Pull-Modus anfordern, empfangen nicht automatisch Ortungsdatensätze, sondern müssen vielmehr eine Anfrage hinsichtlich eines bestimmten drahtlosen Transmitters an den AP 14 senden, um den letzten oder jeden anderen Ortungsdatensatz über den drahtlosen Transmitter zu empfangen. Die Anfrage der Anwendung kann den letzten Ortungsdatensatz, eine Reihe von Ortungsdatensätzen oder alle Ortungsdatensätze bestimmen, die ein bestimmtest Zeitkriterium oder ein anderes Kriterium erfüllen, wie zum Beispiel die Art der Übertragung. Ein Beispiel für die Verwendung des Pull-Modus im Falle eines „911"-Anrufs ist, dass das E9-1-1-Netzwerk zuerst den Sprachabschnitt des „911"-Anrufs empfängt und dann bei dem AP 14 anfragt, um den dem Anruf zugeordneten Ortungsdatensatz zu empfangen.
  • Wenn der der Ap911-Prozess mit vielen E9-1-1-Netzwerkelementen verbunden ist, muss der Ap911 bestimmen, zu welchem E-9-1-1-Netzwerkelement der Ortungsdatensatz zu verschieben ist (davon ausgehend, dass der "Push"-Modus gewählt wurde). Der AP 14 führt diese Bestimmung unter Verwendung einer dynamischen Leitwegtabelle durch. Die dynamische Leitwegtabelle wird verwendet, um einen geographischen Bereich in Zellen zu unterteilen. Jede Zelle oder jeder Eintrag in der dynamischen Leitwegtabelle umfasst die Routing-Anweisungen für diese Zelle. Es ist hinreichend bekannt, dass eine Minute einer Breitenangabe 6083 Fuß entspricht, was etwa 365 Fuß pro Milligrad entspricht. Darüber hinaus entspricht eine Minute einer Längenangabe Kosinus (Breite) mal 6083 Fuß, was in der Region von Philadelphia ungefähr 4659 Fuß entspricht, oder ungefähr 280 Fuß pro Milligrad. Eine Tabelle in der Größe von Tausend auf Tausend oder einer Million Zellen kann die Routing-Anweisungen für ein Gebiet enthalten, das ungefähr 69 mal 53 Meilen beträgt, was größer ist als die Region von Philadelphia in diesem Beispiel, und jede Zelle könnte einen geographischen Bereich von 365 Fuß auf 280 Fuß enthalten. Die Anzahl von Bits, die jedem Eintrag in der Tabelle zugewiesen werden, muss nur ausreichend sein, um die maximale Anzahl der Routing-Möglichkeiten zu unterstützen. Wenn die Gesamtzahl der Routing-Möglichkeiten zum Beispiel sechzehn oder weniger ist, ist der Speicher für die dynamische Leitwegtabelle eine Million mal vier Bit, oder ein halbes Megabyte. Mit Hilfe dieses Schemas könnte ein Gebiet von der Größe Pennsylvanias in einer Tabelle von ungefähr zwanzig Megabyte oder weniger enthalten sein, wobei weit reichende Routing-Möglichkeiten zur Verfügung stünden. Da die Speicherkosten relativ gering sind, stattet diese erfindungsgemäße dynamische Leitwegtabelle den AP 14 mit einem Mittel aus, um die Ortungsdatensätze für „911"-Anrufe schnell nur zum passenden E9-1-1-Netzwerk zu verschieben.
  • Der AP 14 ermöglicht, dass jeder Eintrag in die dynamische Leitwegtabelle mit Hilfe manueller oder automatischer Mittel erfolgt. Bei der Verwendung automatischer Mittel kann zum Beispiel eine elektronische Tabellenanwendung eine Polygondefinition des Versorgungsbereichs eines bestimmten E9-1-1-Netzwerkelements, wie zum Beispiel eines PSAP, erzeugen. Die Polygondefinition wird dann in eine Liste von Breiten- und Längenpunkten, die in dem Polygon enthalten sind, übersetzt. Der Zelle der dynamischen Leitwegtabelle, die jedem Breiten- und Längenpunkt entspricht, wird dann die Routing-Anweisung für das E9-1-1 Netzwerkelement gegeben, das für dieses geographische Polygon zuständig ist.
  • Wenn der Ap911-Prozess einen „911"-Ortungsdatensatz von einem bestimmten drahtlosen Transmitter empfängt, wandelt der Ap911 die Breite und Länge in die Adresse einer bestimmten Zelle in der dynamischen Leitwegtabelle um. Dann fordert der Ap911 die Zelle auf, die Routing-Anweisungen, die der Push-Modus oder der Pull-Modus sein können, und die Kennung des E9-1-1-Netzwerkelements, das für die Versorgung des geographischen Bereichs zuständig ist, in dem der „911"-Anruf erfolgte, zu bestimmen. Wenn der Push-Modus gewählt wurde, leitet der Ap911 den Ortungsdatensatz automatisch zu diesem E9-1-1-Netzwerkelement weiter. Wenn der Pull-Modus gewählt wurde, platziert der Ap911 den Ortungsdatensatz in einer zirkulären Tabelle von „911"-Ortungsdatensätzen und wartet auf eine Anfrage.
  • Das vorstehend beschriebene dynamische Routing-Mittel umfasst die Verwendung einer geographisch definierten Datenbank, die zusätzlich zur 911 auch bei anderen Anwendungen angewendet werden kann und deshalb zusätzlich zum Ap911 von anderen Prozessen unterstützt wird. Zum Beispiel kann der AP 14 automatisch die Abrechnungszone bestimmen, von der ein drahtloser Anruf für eine ortungsbezogene Abrechnungsanwendung abgesetzt wurde. Darüber hinaus kann der AP 14 automatisch einen Warnhinweis senden, wenn ein bestimmter drahtloser Transmitter in einen vorgeschriebenen geographischen Bereich, der durch eine Anwendung definiert wurde, eingetreten ist oder diesen verlassen hat. Die Verwendung bestimmter geographischer Datenbanken, dynamischer Routing-Vorgänge oder sämtlicher anderer durch die Ortung aktivierten Vorgänge sind in den Feldern und Setzmerkern definiert, die mit jedem Auslösekriterium zusammenhängen.
  • Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um diese geographisch definierten Datenbanken leicht unter Verwendung einer elektronischen Tabelle zu verwalten, die Polygone erzeugen kann, die ein vorgeschriebenes geographisches Gebiet umfassen. Das drahtlose Ortungssystem entnimmt aus der elektronischen Tabelle eine Tabelle von Breiten- und Längenpunkten, die in dem Polygon enthalten sind. Jede Anwendung kann ihren eigenen Satz von Polygonen verwenden und eine Reihe von Vorgängen definieren, die zu erfolgen haben, wenn ein Ortungsdatensatz für eine aktivierte drahtlose Übertragung in jedem Polygon in dem Satz enthalten ist.
  • Der AP-Datenbank-Empfangs-Prozess (ApDbRecvLoc) empfängt alle Ortungsdatensätze von ApMnDsptch über einen gemeinsamen Speicher und platziert die Ortungsdatensätze in der AP-Ortungsdatenbank. ApDbRecvLoc startet zehn Pfade, von denen jeder Ortungsdatensätze von dem gemeinsamen Speicher abruft, jeden Datensatz vor Eingabe der Datensätze in die Datenbank prüft und dann die Datensätze in den korrekten Ortungsdatensatz-Abschnitt in die Datenbank einträgt. Um die Integrität zu bewahren, werden Ortungsdatensätze, die jegliche Art von Fehlern aufweisen, nicht in die Ortungsdatensatz-Datenbank eingetragen, sondern werden stattdessen in einer Fehlerdatei platziert, die von dem Bediener des drahtlosen Ortungssystems überprüft werden kann, und dann können nach der Bereinigung der Fehler die Datensätze manuell in die Datenbank eingegeben werden. Wenn die Ortungsdatenbank eine Betriebsstörung aufgewiesen hat oder in einen Offline-Zustand versetzt wurde, werden die Ortungsdatensätze in eine flache Datei eingetragen, wo sie später von ApDbFileRecv verarbeitet werden können.
  • Der AP-Dateiempfangsprozess (ApDbFileRecv) liest flache Dateien, die Ortungsdatensätze enthalten und gibt die Datensätze in die Ortungsdatenbank ein. Flache Dateien sind Sicherungsmecha nismen, die von dem AP 14 verwendet werden, um die Integrität des AP 14 in allen Fällen außer bei einer vollständigen Betriebsstörung des Festplattenlaufwerks zu wahren. Es gibt mehrere verschiedene Arten von flachen Dateien, die von ApDbFileRecv gelesen werden, einschließlich Datenbank Down, Synchronisierung, Überlauf und Festfehler. Datenbank Down Flachdateien werden von dem ApDbRecvLoc-Prozess geschrieben, wenn auf die Ortungsdatenbank vorübergehend nicht zugegriffen werden kann; diese Datei ermöglicht dem AP 14, sicherzustellen, dass die Ortungsdatensätze während des Auftretens dieser Art von Problemen erhalten bleiben. Synchronisierungs-Flachdateien werden von dem (nachfolgend beschriebenen) ApLocSync-Prozess geschrieben, wenn Ortungsdatensätze zwischen Paaren von redundanten AP-Systemen übertragen werden. Überlauf-Flachdateien werden von ApMnDsptch geschrieben, wenn die Ortungsdatensätze mit einer schnelleren Rate in dem AP 14 ankommen als der, mit der ApDbRecvLoc die Datensätze verarbeiten und in die Ortungsdatenbank eingeben kann. Dies kann während Zeiträumen mit sehr hohen Spitzenraten auftreten. Die Überlaufdateien verhindern, dass Datensätze während Spitzenzeiträumen verloren gehen. Die Festfehler-Flachdateien enthalten Ortungsdatensätze, die fehlerhaft waren, jetzt aber korrigiert wurden, und nun in die Ortungsdatenbank eingegeben werden können.
  • Da der AP 14 eine entscheidende zentrale Rolle in dem drahtlosen Ortungssystem innehat, wurde der Aufbau des AP 14 so entworfen, dass er vollkommen redundant ist. Ein redundantes AP 14-System umfasst voll redundante Hardware-Plattformen, voll redundante RDBMS, redundante Plattenlaufwerke und redundante Netzwerke zur gegenseitigen Verbindung, zur Verbindung zu den mehreren TLP 12 und den mehreren NOC 16, und den externen Anwendungen. Der Software-Aufbau des AP 14 wurde ebenfalls so gestaltet, dass die fehlertolerante Redundanz unterstützt wird. Die folgenden Beispiele stellen die Funktionsweise un terstützt durch die redundanten AP dar. Jeder TLP 12 sendet Ortungsdatensätze sowohl an den primären als auch an den redundanten AP 14, wenn beide AP online sind. Nur der primäre AP 14 verarbeitet ankommende Aufgabenverteilungs-Anfragen, und nur der primäre AP 14 akzeptiert Konfigurations-Änderungsabfragen von der NOC 16. Der primäre AP 14 synchronisiert dann unter sorgfältiger Steuerung den redundanten AP 14. Sowohl der primäre als auch der redundante AP akzeptieren grundlegende Start- und Schlussanweisungen von der NOC. Beide AP überwachen fortlaufend ihre eigenen Systemparameter und den Zustand der Anwendungen und überwachen die entsprechenden Parameter für den anderen AP 14 und entscheiden dann, welcher AP 14 der primäre AP sein wird und welcher der redundante AP, und zwar basierend auf einem zusammengefassten Wert. Dieser zusammengefasste Wert wird bestimmt, indem Fehler, über die von verschiedenen Prozessen berichtet wurde, in einem gemeinsamen Speicherbereich gesammelt werden und der Auslagerungsspeicherplatz und der Speicherplatz auf der Festplatte überwacht werden. Es gibt mehrere Prozesse zur Unterstützung der Redundanz.
  • Der AP-Ortungssynchronisierungsprozess (ApLocSync) läuft auf jedem AP 14 und erfasst die Notwendigkeit, Ortungsdatensätze zwischen mehreren AP zu synchronisieren und bildet dann „sync records", die die Ortungsdatensätze auflisten, die von einem AP 14 zu einem anderen AP 14 übertragen werden müssen. Die Ortungsdatensätze werden dann zwischen den AP über eine Steckverbindung übertragen. ApLocSync vergleicht die Ortungsdatensatzabschnitte und die Ortungsdatensatzsequenznummern, die in jeder Ortungsdatenbank gespeichert sind. Normalerweise ist, wenn sowohl der primäre AP als auch der redundante AP 14 fehlerlos arbeiten, keine Synchronisierung erforderlich, da beide AP Ortungsdatensätze gleichzeitig von den TLP 12 empfangen. Wenn jedoch ein AP 14 eine Betriebsstörung aufweist oder in einen Offline-Modus versetzt wird, ist später eine Synchroni sierung erforderlich. ApLocSync wird benachrichtigt, wann immer ApMnDsptch sich mit einem TLP 12 verbindet, so dass es bestimmen kann, ob eine Synchronisierung erforderlich ist.
  • Der AP-Aufgabensynchronisierungsprozess (ApTaskSync) läuft auf jedem AP 14 und synchronisiert die Aufgabeninformation zwischen dem primären AP 14 und dem redundanten AP 14. ApTaskSync auf dem primären AP 14 empfängt Aufgabeninformationen von ApDbSend und sendet dann die Aufgabeninformationen an den ApTaskSync-Prozess auf dem redundanten AP 14. Sollte der primäre AP 14 eine Betriebsstörung aufweisen, bevor ApTaskSync die Replikationsaufgaben erledigt hat, führt ApTaskSync eine vollständige Aufgabendatenbanksynchronisierung aus, wenn der AP 14, bei dem die Betriebsstörung aufgetreten ist, wieder zurück in einen Online-Zustand versetzt wird.
  • Der AP-Konfigurations-Synchronisierungsprozess (ApConfigSync) läuft auf jedem AP 14 und synchronisiert die Konfigurationsinformationen zwischen dem primären AP 14 und dem redundanten AP 14. ApConfigSync verwendet eine RDBMS-Replikationseinrichtung. Die Konfigurationsinformationen enthalten alle Informationen, die von den SCS 10, den TLP 12 und den AP 14 für den reibungslosen Betrieb des drahtlosen Ortungssystems in einem Netzwerk eines Funknetzbetreibers erforderlich sind.
  • Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Kernfunktionen unterstützt der AP 14 auch eine große Anzahl von Prozessen, Funktionen und Schnittstellen, die für den Betrieb des drahtlosen Ortungssystems nützlich sind, so wie sie auch für verschiedene Anwendungen nützlich sind, die Ortungsinformationen wünschen. Während die hier beschriebenen Prozesse, Funktionen und Schnittstellen in diesem Abschnitt zu dem AP 14 gehören, durchdringt die Ausführung vieler dieser Prozesse, Funktionen und Schnittstellen das gesamte drahtlose Ortungssystem und deshalb sollte deren erfindungsgemäßer Wert nicht nur als auf den AP 14 beschränkt betrachtet werden.
  • Roaming
  • Der AP 14 unterstützt „Roaming" zwischen drahtlosen Ortungssystemen, die sich in verschiedenen Städten befinden oder von verschiedenen Funknetzbetreibern betrieben werden. Wenn sich ein erster drahtloser Transmitter bei einer Anwendung auf einem ersten drahtlosen Ortungssystem angemeldet hat, und deshalb einen Eintrag in der Aufgabenliste in dem ersten AP 14 in dem ersten drahtlosen Ortungssystem hat, kann sich der erste drahtlose Transmitter auch für das Roaming anmelden. Jeder AP 14 und TLP 12 in jedem drahtlosen Ortungssystem enthält eine Tabelle, in der eine Liste von gültigen „Zugehörigkeits-"Teilnehmer-Kennungen geführt wird. Die Liste ist typischerweise ein Bereich und für aktuelle Mobiltelefone kann der Bereich zum Beispiel durch die NPA/NXX-Codes (oder Ortsvorwahl und Vermittlung) bestimmt werden, die der MIN oder MSID von Mobiltelefonen zugeordnet sind. Wenn ein drahtloser Transmitter, der die „Zugehörigkeits"-Kriterien erfüllt, eine Übertragung durchführt, empfängt ein TLP 12 demodulierte Daten von einem oder mehreren SCS 10 und überprüft die Auslöseinformation in der Tabelle vorrangiger Signale. Wenn irgendeines der Auslösekriterien erfüllt wird, beginnt die Ortungsverarbeitung auf dieser Übertragung; andernfalls wird die Übertragung nicht durch das drahtlose Ortungssystem verarbeitet.
  • Wenn ein erster drahtloser Transmitter, der das „Zugehörigkeits"-Kriterium nicht erfüllt, eine Übertragung in einem zweiten drahtlosen Ortungssystem durchführt, überprüft der zweite TLP 12 in dem zweiten drahtlosen Ortungssystem die Liste der vorrangigen Signale bezüglich eines Auslöseimpulses. Dann erfolgt einer der drei Vorgänge: (i) wenn die Übertragung ein bereits bestehendes Kriterium der Tabelle vorrangiger Sig nale erfüllt, wird der Transmitter geortet und der Ortungsdatensatz wird von dem zweiten AP 14 in dem zweiten drahtlosen Ortungssystem an den ersten AP 14 in dem ersten drahtlosen Ortungssystem weitergeleitet; (ii) wenn der erste drahtlose Transmitter einen „Roamer"-Eintrag in der Tabelle vorrangiger Signale hat, der anzeigt, dass der erste drahtlose Transmitter sich in dem zweiten drahtlosen Ortungssystem „registriert" hat, jedoch keine Auslösekriterien aufweist, dann wird die Übertragung von dem zweiten drahtlosen Ortungssystem nicht verarbeitet und der Ablauf-Zeitstempel wird wie vorstehend beschrieben angepasst; (iii) wenn der erste drahtlose Transmitter keinen „Roamer"-Eintrag hat und sich deshalb nicht "registriert" hat, werden die demodulierten Daten von dem TLP 12 an den zweiten AP 14 weitergeleitet.
  • In dem dritten vorstehend genannten Fall verwendet der zweite AP 14 die Kennung des ersten drahtlosen Transmitters, um den ersten AP 14 in dem drahtlosen Ortungssystem als das „zugehörige" drahtlose Ortungssystem des ersten drahtlosen Transmitters zu identifizieren. Der zweite AP 14 in dem zweiten drahtlosen Ortungssystem sendet eine Anfrage an den ersten AP 14 in dem ersten drahtlosen Ortungssystem, um zu bestimmen, ob der erste drahtlose Transmitter sich bei irgendeiner Ortungsanwendung angemeldet hat, und deshalb irgendwelche Auslösekriterien in der Aufgabenliste des ersten AP 14 aufweist. Wenn in dem ersten AP 14 ein Auslöseimpuls vorhanden ist, werden die Auslösekriterien zusammen mit den zugeordneten Feldern und Setzmerkern von dem ersten AP 14 zu dem zweiten AP 14 gesendet und in die Aufgabenliste und die Tabelle vorrangiger Signale als ein „Roamer"-Eintrag mit Auslösekriterien eingetragen. Wenn der erste AP 14 dem zweiten AP 14 antwortet und darauf hinweist, dass der erste drahtlose Transmitter keine Auslösekriterien aufweist, dann „registriert" der zweite AP 14 den ersten drahtlosen Transmitter in der Aufgabenliste und der Tabel le vorrangiger Signale als „Roamer" ohne Auslösekriterien. Somit können sowohl aktuelle als auch zukünftige Übertragungen von dem ersten drahtlosen Transmitter vom TLP 12 im zweiten drahtlosen Ortungssystem definitiv als solche festgestellt werden, die ohne Auslösekriterien registriert sind, und es ist nicht erforderlich, dass der zweite AP 14 zusätzliche Anfragen an den ersten AP 14 richtet.
  • Wenn der zweite AP 14 den ersten drahtlosen Transmitter mit einem Roamer-Eintrag mit oder ohne Auslösekriterien in die Aufgabenliste und die Tabelle vorrangiger Signale einträgt, wird dem Roamer-Eintrag ein Ablauf-Zeitstempel zugewiesen. Der Ablauf-Zeitstempel wird auf die aktuelle Zeit plus ein vorbestimmtes erstes Intervall eingestellt. Jedes Mal, wenn der erste drahtlose Transmitter eine Übertragung durchführt, wird der Ablauf-Zeitstempel des Roamer-Eintrags in der Aufgabenliste und der Tabelle vorrangiger Signale auf die aktuelle Zeit der letzten Übertragung plus das vorbestimmte erste Intervall angepasst. Wenn der erste drahtlose Transmitter vor dem Ablauf-Zeitstempel seines Roamer-Eintrags keine weiteren Übertragungen durchführt, wird der Roamer-Eintrag automatisch gelöscht. Wenn der erste drahtlose Transmitter nach dem Löschen eine weitere Übertragung durchführt, erfolgt der Registrierungsprozess erneut.
  • Der erste AP 14 und der zweite AP 14 halten die Kommunikation über ein breites Bereichsnetzwerk aufrecht. Das Netzwerk kann auf TCP/IP oder auf einem der neuesten Version von IS-41 ähnlichen Protokoll basieren. Jeder AP 14, der mit mehreren anderen APs in anderen drahtlosen Ortungssystem kommuniziert, führt eine Tabelle, die die Kennung eines jeden AP 14 und drahtlosen Ortungssystems zur Verfügung stellt, die jedem gültigen Kennungsbereich von drahtlosen Transmittern entsprechen.
  • Ortungsdatensätze mit mehreren Durchgängen
  • Bestimmte Anwendungen können eine sehr schnelle Bestimmung der allgemeinen Ortung eines drahtlosen Transmitters, gefolgt von einer genaueren Bestimmung der Lage, die danach gesendet werden kann, erfordern. Dies kann zum Beispiel für E9-1-1-Systeme wertvoll sein, die drahtlose Anrufe verwalten und Anruf-Routing-Entscheidungen sehr schnell fällen müssen, die aber ein wenig länger darauf warten können, dass eine genauere Ortung auf dem elektronischen Kartenterminal des E9-1-1-Anrufers angezeigt wird. Das drahtlose Ortungssystem unterstützt diese Anwendung mit einem erfindungsgemäßen Modus von Ortungsdatensätzen mit mehreren Durchgängen, der später beschrieben wird. Der AP 14 unterstützt diesen Modus mit Ortungsdatensätzen mit mehreren Durchgängen. Für bestimmte Einträge enthält die Aufgabenliste in dem AP 14 einen Setzmerker, der das maximale Zeitlimit anzeigt, vor dem eine bestimmte Anwendung eine grobe Bestimmung der Ortung erhalten muss, und ein zweites maximales Zeitlimit, in dem eine bestimmte Anwendung eine endgültige Ortungsbestimmung erhalten muss. Für diese bestimmten Anwendungen enthält der AP 14 einen Setzmerker in dem Ortungsdatensatz, der den in dem Datensatz enthaltenen Status der Ortungsbestimmung anzeigt, welcher zum Beispiel auf die Bestimmung im ersten Durchgang (d. h. grob) oder die Bestimmung im endgültigen Durchgang festgelegt sein kann. Das drahtlose Ortungssystem bestimmt im Allgemeinen die beste Ortungsbestimmung innerhalb des von der Anwendung festgelegten Zeitlimits, das heißt, das drahtlose Ortungssystem verarbeitet den Großteil von HF-Daten, der in dem Zeitlimit unterstützt werden kann. Da jeder bestimmte drahtloser Transmitter einen Ortungsdatensatz für eine oder mehrere Anwendungen aktivieren kann, unterstützt das drahtlose Ortungssystem mehrere Modi gleichzeitig. Zum Beispiel kann ein drahtloser Transmitter mit einer bestimmten MIN „911" wählen. Dies kann einen Ortungsdatensatz mit zwei Durchgängen für die E9-1-1-Anwendung auslösen, aber einen Ortungs datensatz mit einem Durchgang für eine Flottenmanagementanwendung, die diese bestimmte MIN überwacht. Dies kann auf eine beliebige Anzahl von Anwendungen ausgeweitet werden.
  • Mehrfachdemodulation und Auslöseimpulse
  • Bei drahtlosen Kommunikationssystemen in städtischen Gebieten oder dicht besiedelten Vororten, können Frequenzen oder Kanäle innerhalb relativ kurzer Abstände mehrere Male wieder genutzt werden. Da das drahtlose Ortungssystem in der Lage ist, drahtlose Übertragungen unabhängig ohne die Hilfe des drahtlosen Kommunikationssystems zu erfassen und zu demodulieren, kann eine einzige drahtlose Übertragung häufig an mehreren SCS 10 innerhalb des drahtlosen Ortungssystems erfasst und erfolgreich demoduliert werden. Dies kann sowohl absichtlich als auch unabsichtlich erfolgen. Ein unabsichtliches Auftreten wird verursacht, wenn nahe Frequenzen wieder genutzt werden, so dass eine bestimmte drahtlose Übertragung über einer vorbestimmten Schwelle an mehr als einem SCS 10 empfangen werden kann, wenn jedes SCS 10 davon ausgeht, dass es nur Übertragungen überwacht, die nur innerhalb des Funkzellenstandorts erfolgten, der sich an dem gleichen Punkt wie das SCS 10 befindet. Ein absichtliches Auftreten wird verursacht, indem mehr als ein SCS 10 so programmiert wird, dass es Übertragungen erfasst und demoduliert, die an einem bestimmten Funkzellen-Standort und auf einer bestimmten Frequenz auftreten. Wie bereits beschrieben, wird dies im Allgemeinen bei nebeneinander liegenden oder benachbarten SCS 10 verwendet, um eine Systemmodulationsredundanz zu ermöglichen, um die Wahrscheinlichkeit weiter zu erhöhen, dass jede beliebige bestimmte drahtlose Übertragung erfolgreich erfasst und demoduliert wird.
  • Jede Art von Ereignis könnte potentiell zu mehreren Auslöseimpulsen innerhalb des drahtlosen Ortungssystems führen, die dazu führen, dass die Ortungsverarbeitung mehrmals für die gleiche Übertragung begonnen wird. Dies führt zu einer übermäßigen und ineffizienten Nutzung von Verarbeitungs- und Kommunikationsressourcen. Deshalb umfasst das drahtlose Ortungssystem Mittel, um zu erfassen, wann die gleiche Übertragung mehr als einmal erfasst und demoduliert wurde, und um das beste SCS 10 für die Demodulation als Ausgangspunkt für die Ortungsverarbeitung auszuwählen. Wenn das drahtlose Ortungssystem die gleiche Übertragung mehrere Male an mehreren SCS/Antennen erfasst und erfolgreich demoduliert, verwendet das drahtlose Ortungssystem die folgenden Kriterien, um das eine demodulierende SCS bzw. die eine demodulierende Antenne auszuwählen, das bzw. die zu verwenden ist, um den Prozess der Bestimmung fortzuführen, ob die Ortungsverarbeitung aktiviert und möglicherweise begonnen wird (diese Kriterien können bei der Bestimmung der endgültigen Entscheidung wieder gewichtet werden): (i) ein SCS/eine Antenne, das/die sich an dem Funkzellen-Standort befindet, dem eine bestimmte Frequenz zugeordnet wurde, wird einem anderen SCS/einer anderen Antenne vorgezogen, aber diese Präferenz kann angepasst werden, wenn sich an dem Funkzellen-Standort, dem diese bestimmte Frequenz zugeordnet wurde, kein funktionsfähiges oder sich im Online-Zustand befindliches SCS bzw. keine funktionsfähige oder sich im Online-Zustand befindliche Antenne befindet, (ii) SCS/Antennen mit höheren durchschnittlichen Rauschabständen werden denen mit niedrigeren durchschnittlichen Rauschabständen vorgezogen, und (iii) SCS/Antennen mit weniger Bitfehlern bei der Demodulation der Übertragung werden denen mit höheren Bitfehlern vorgezogen. Die Gewichtung, die für jede dieser Präferenzen angewendet wird, kann durch den Bediener des drahtlosen Ortungssystems angepasst werden, so dass sie zu dem besonderen Aufbau eines jeden Systems passt.
  • Schnittstelle zum drahtlosen Kommunikationssystem
  • Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um über eine Schnittstelle mit einem drahtlosen Kommunikationssystem zu kommunizieren, wie zum Beispiel ein Mobiles Schaltzentrum (MSC = Mobile Switching Center) oder eine mobile Positionierungsüberwachung (MPC = Mobile Positioning Controller). Diese Schnittstelle kann zum Beispiel auf einem Standard-Sicherheitsprotokoll, wie der aktuellsten Version des IS-41 oder auf TCP/IP-Protokollen basieren. Die Formate, Felder und Authentifizierungsaspekte dieser Protokolle sind hinreichend bekannt. Das drahtlose Ortungssystem unterstützt eine Vielzahl von Anweisungs-/Antwort- und Informationsnachrichten über diese Schnittstelle, die so aufgebaut sind, dass sie zu der erfolgreichen Erfassung, Demodulation und Auslösung drahtloser Übertragungen beitragen sowie Mittel bereitstellen, um Ortungsdatensätze an das drahtlose Kommunikationssystem weiterzuleiten. Insbesondere stellt diese Schnittstelle Mittel für das drahtlose Ortungssystem zur Verfügung, um Informationen darüber zu erhalten, welche drahtlosen Transmitter bestimmten Sprachkanalparametern an bestimmten Funkzellen-Standorten zugeordnet wurden. Beispielnachrichten, die durch das drahtlose Ortungssystem über diese Schnittstelle an das drahtlose Kommunikationssystem unterstützt werden, umfassen folgende Nachrichten:
    Anfrage über MIN/MDN/MSID/IMSI/TMSI-Mapping-Bestimmte Arten von drahtlosen Transmittern übertragen ihre Kennung in einer bekannten Form, die über das Telefonnetzwerk gewählt werden kann. Andere Arten von drahtlosen Transmittern übertragene eine Kennung, die nicht gewählt werden kann, sondern zu einer Nummer umgesetzt wird, die gewählt werden kann, indem man eine Tabelle innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems verwendet. Die übertragene Kennung ist in den meisten Fällen dauerhaft, kann jedoch auch temporär sein. Nutzer von Ortungsanwendungen, die mit dem AP 14 verbunden sind, bevorzugen typischerweise das Plat zieren von Auslöseimpulsen auf der Aufgabenliste unter Verwendung von Kennungen, die gewählt werden können. Kennungen, die gewählt werden können, sind typischerweise als Mobilfunktelefonverzeichnisnummern (MDN = Mobile Directory Numbers) bekannt. Die anderen Arten von Kennungen, für die eine Umsetzung erforderlich sein kann, umfassen die Mobilfunkkennungsnummer (MIN = Mobile Identity Number), die Mobilfunkteilnehmerkennung (MSID = Mobile Subscriber Identity), die Internationale Mobilfunkteilnehmerkennung (IMSI = International Mobile Subscriber Identity) und die Temporäre Mobilfunkteilnehmerkennung (TMSI = Temporary Mobile Subscriber Identity). Wenn das drahtlose Kommunikationssystem die Verwendung für die Verschlüsselung jeglicher Datenfelder in den von den drahtlosen Transmittern übertragenen Nachrichten ermöglicht hat, kann das drahtlose Ortungssystem zusammen mit Kennungsinformationen auch Verschlüsselungsinformationen anfragen. Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel für Anfragen an das drahtlose Kommunikationssystem bezüglich der wechselnden Kennungen für eine Auslösekennung, die durch eine Ortungsanwendung auf die Aufgabenliste gesetzt wurde, oder für eine Anfrage an das drahtlose Kommunikationssystem bezüglich wechselnder Kennungen für eine Kennung, die durch ein SCS 10 demoduliert wurde. Auch andere Ereignisse können diese Art von Anfrage aktivieren. Für diese Art von Anfrage initiiert typischerweise das drahtlose Ortungssystem die Anweisung und das drahtlose Kommunikationssystem antwortet.
  • Anfrage-/Anweisungsänderung auf HF-Sprachkanalzuordnung-Viele drahtlose Übertragungen auf Sprachkanälen enthalten keinen Kennungsinformationen. Deshalb fragt das drahtlose Ortungssystem, wenn es aktiviert wird, um eine Ortungsverarbeitung auf einer Sprachkanalübertragung durchzuführen, das drahtlose Kommunikationssystem an, um die aktuellen Sprachkanalzuordnungsinformationen für diesen bestimmten Transmitter zu empfangen, für den das drahtlose Ortungssystem aktiviert wurde. Für eine AMPS-Übertragung erfordert das drahtlose Ortungssystem zum Beispiel vorzugsweise den Funkzellen-Standort, den Sektor und die HF-Kanalnummer, die aktuell vom drahtlosen Transmitter genutzt werden. Für eine TDMA-Übertragung erfordert das drahtlose Ortungssystem zum Beispiel vorzugsweise den Funkzellen-Standort, den Sektor, die HF-Kanalnummer und das Zeitfenster, die aktuell von dem drahtlosen Transmitter genutzt werden. Weitere Informationselemente, die benötigt werden können, beinhalten Langcodemasken und Chiffrierschlüssel. Im Allgemeinen initiiert das drahtlose Ortungssystem die Anweisung und das drahtlose Kommunikationssystem antwortet. Das drahtlose Ortungssystem akzeptiert jedoch auch eine Auslöseanweisung von dem drahtlosen Kommunikationssystem, das die hier ausführlich dargestellten Informationen enthält.
  • Die Zeitsteuerung bei diesem Anweisungs-/Antwortnachrichtensatz ist entscheidend, da Sprachkanal-Übergaben in drahtlosen Kommunikationssystemen ziemlich häufig vorkommen können. Das heißt, das drahtlose Ortungssystem ortet einen beliebigen drahtlosen Transmitter, der auf einem bestimmten Kanal überträgt – deshalb müssen das drahtlose Ortungssystem und das drahtlose Kommunikationssystem gemeinsam sicher sein, dass die Kennung des drahtlosen Transmitters und der Sprachkanalzuordnungsinformationen absolut synchron sind. Das drahtlose Ortungssystem verwendet verschiedene Mittel, um dieses Ziel zu erreichen. Das drahtlose Ortungssystem kann zum Beispiel die Sprachkanalzuordnungsinformationen für einen bestimmten drahtlosen Transmitter anfragen, die erforderlichen HF-Daten empfangen, dann nochmals die Sprachkanalzuordnungs informationen für denselben drahtlosen Transmitter anfragen und dann verifizieren, dass sich der Status des drahtlosen Transmitters während des Zeitraums, in dem die HF-Daten durch das drahtlose Ortungssystem gesammelt wurden, nicht verändert hat. Es ist nicht erforderlich, dass die Ortungsverarbeitung vor der zweiten Anfrage abgeschlossen wird, da es nur wichtig ist, zu verifizieren, dass die korrekten HF-Daten empfangen wurden. Das drahtlose Ortungssystem kann zum Beispiel auch als Teil der ersten Anfrage das drahtlose Kommunikationssystem anweisen, eine Übergabe für den bestimmten drahtlosen Transmitter während des Zeitrums, in dem das drahtlose Ortungssystem die HF-Daten empfängt, zu verhindern. Dann fragt das drahtlose Ortungssystem nach dem Sammeln der HF-Daten erneut die Sprachkanalzuordnungsinformationen für diesen – d. h. denselben – drahtlosen Transmitter ab, weist das drahtlose Kommunikationssystem an, Übergaben für diesen drahtlosen Transmitter wieder zu erlauben und dann zu verifizieren, dass sich der Status des drahtlosen Transmitters während des Zeitraums, in dem die HF-Daten von dem drahtlosen Ortungssystem gesammelt wurden, nicht geändert hat.
  • Aus verschiedenen Gründen können entweder das drahtlose Ortungssystem oder das drahtlose Kommunikationssystem bevorzugen, dass der drahtlose Transmitter vor der Durchführung der Ortungsverarbeitung einem anderen HF-Sprachkanal zugeordnet wird. Deshalb kann das drahtlose Kommunikationssystem als Teil der Anweisungs-/Antwortsequenz das drahtlose Ortungssystem anweisen, die Ortungsverarbeitung vorübergehend auszusetzen, bis das drahtlose Kommunikationssystem eine Übergabe-Sequenz mit dem drahtlosen Transmitter abgeschlossen hat und das drahtlose Kommunikationssystem das drahtlose Ortungssystem benachrichtigt hat, dass HF-Daten empfangen werden können und über welchen HF- Kanal die Daten empfangen werden können. Alternativ kann das drahtlose Ortungssystem bestimmen, dass der bestimmte HF-Kanal, den ein bestimmter drahtloser Transmitter gerade nutzt, für den Erhalt einer akzeptablen Ortungsbestimmung ungeeignet ist, und fordern, dass das drahtlose Kommunikationssystem den drahtlosen Transmitter zu einer Übergabe auffordert.
  • Alternativ kann das drahtlose Ortungssystem fordern, dass das drahtlose Kommunikationssystem den drahtlosen Transmitter zu der Übergabe einer Reihe von HF-Sprachkanälen als Sequenz anweist, um eine Reihe von Ortungsbestimmungen durchzuführen, wobei das drahtlose Ortungssystem die Genauigkeit der Ortungsbestimmung durch die Reihe von Übergaben verbessern kann; dieses Verfahren wird später näher beschrieben.
  • Das drahtlose Ortungssystem kann diesen Satz von Anweisungs-/Antwortnachrichten auch verwenden, um an das drahtlose Kommunikationssystem eine Anfrage über die Kennung eines drahtlosen Transmitters zu richten, der an einem bestimmten Funkzellen-Standort zu einer bestimmten Zeit einen bestimmten Sprachkanal (und Zeitfenster, etc.) nutzte. Dies ermöglicht, dass das drahtlose Ortungssystem zuerst die Ortungsverarbeitung bei Übertragungen durchführt, ohne die Kennungen zu kennen, und dann später die Kennung des drahtlosen Transmitters bestimmt, indem es die Übertragungen durchführt und diese Information an den Ortungsdatensatz anhängt. Dieses besondere Merkmal der Erfindung ermöglicht die Verwendung einer automatischen sequentiellen Ortung von Sprachkanalübertragungen.
  • Empfang von Auslöseimpulsen – Das drahtlose Ortungssystem kann Auslöseimpulse von dem drahtlosen Kommunikationssys tem empfangen, um die Ortungsverarbeitung auf einer Sprachkanalübertragung durchzuführen, ohne die Kennung des drahtlosen Transmitters zu kennen. Dieser Nachrichtensatz umgeht die Aufgabenliste und verwendet nicht die Auslösemechanismen innerhalb des drahtlosen Ortungssystems. Vielmehr bestimmt das drahtlose Kommunikationssystem alleine, welche drahtlosen Übertragungen geortet werden, und sendet dann eine Anweisung an das drahtlose Ortungssystem, damit dieses HF-Daten von einem bestimmten Sprachkanal an einem bestimmten Funkzellen-Standort sammelt und die Ortungsverarbeitung durchführt. Das drahtlose Ortungssystem antwortet mit einer Bestätigung, die einen Zeitstempel enthält, wann die HF-Daten gesammelt wurden. Das drahtlose Ortungssystem antwortet auch mit einem passenden Formatortungsdatensatz, wenn die Ortungsverarbeitung abgeschlossen wurde. Basierend auf der Anweisungszeit an das drahtlose Ortungssystem und der Antwort mit dem HF-Datensammlungs-Zeitstempel, bestimmt das drahtlose Kommunikationssystem, ob der Status des drahtlosen Transmitters sich nach der Anweisung verändert hat, und ob eine hohe Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Sammlung von HF-Daten besteht.
  • Übertragung durchführen lassen – Das drahtlose Ortungssystem kann das drahtlose Kommunikationssystem anweisen, einen bestimmten Transmitter dazu zu zwingen, eine Übertragung zu einem bestimmten Zeitpunkt oder innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitraums durchzuführen. Das drahtlose Kommunikationssystem antwortet mit einer Bestätigung und einem Zeitpunkt oder einem Zeitraum, an dem bzw. innerhalb dessen die Übertragung zu erwarten ist. Die Arten der Übertragungen, die das drahtlose Ortungssystem erzwingen kann, umfassen zum Beispiel Audio-Antworten und Seitenantworten. Mit Hilfe dieses Nachrichtensatzes kann das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem auch anweisen, den drahtlosen Transmitter zu zwingen, unter Verwendung einer höheren Leistungspegeleinstellung zu übertragen. In vielen Fällen werden die drahtlosen Transmitter versuchen, bei der Übertragung die niedrigsten Leistungspegeleinstellungen zu verwenden, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Um die Genauigkeit der Ortungsverarbeitung zu verbessern, kann das drahtlose Ortungssystem bevorzugen, dass der drahtlose Transmitter eine höhere Leistungspegeleinstellung verwendet. Das drahtlose Kommunikationssystem antwortet dem drahtlosen Ortungssystem mit einer Bestätigung, dass die höhere Leistungspegeleinstellung verwendet werden wird, und mit einem Zeitpunkt oder Zeitraum, an dem bzw. innerhalb dessen die Übertragung zu erwarten ist.
  • Verzögerte Antwort des drahtlosen Kommunikationssystems auf mobilen Zugriff – Einige Luftschnittstellenprotokolle, wie zum Beispiel CDMA, verwenden einen Mechanismus, bei dem der drahtlose Transmitter Übertragungen auf einem Kanal initiiert, wie zum Beispiel einem Zugriffskanal, und zwar bei der niedrigsten oder einer sehr niedrigen Leistungspegeleinstellung, und dann mit einer Sequenz von Schritten beginnt, wobei (i) der drahtlose Transmitter eine Zugriffsübertragung durchführt; (ii) der drahtlose Transmitter auf eine Antwort von dem drahtlosen Kommunikationssystem wartet; (iii) der drahtlose Transmitter, wenn er innerhalb einer vorbestimmten Zeit keine Antwort von dem drahtlosen Kommunikationssystem empfängt, seine Leistungspegeleinstellung um einen vorbestimmten Betrag erhöht und dann zu Schritt (i) zurückgeht; (iv) der drahtlose Transmitter, wenn er innerhalb einer vorbestimmten Zeit eine Antwort von dem drahtlosen Kommunikationssystem empfängt, in einen normalen Nachrichtenaustausch eintritt. Dieser Mechanismus ist nützlich, um sicherzustellen, dass der drahtlose Transmitter nur die niedrigste nützliche Leistungspegeleinstellung für die Übertragung verwendet und darüber hinaus keine Energie oder Batterielebensdauer verschwendet. Es ist jedoch möglich, dass die niedrigste Leistungspegeleinstellung, bei der der drahtlose Transmitter erfolgreich mit dem drahtlosen Kommunikationssystem kommunizieren kann, nicht ausreicht, um eine akzeptable Ortungsbestimmung zu erhalten. Deshalb kann das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem anweisen, seine Antwort auf diese Übertragungen um eine vorbestimmte Zeit oder einen vorbestimmten Betrag zu verzögern. Dieser Verzögerungsvorgang führt dazu, dass der drahtlose Transmitter die Sequenz von Schritten (i) bis (iii) ein Mal oder mehrere Male als normal wiederholt, mit dem Ergebnis, dass eine oder mehrere der Zugriffsübertragungen bei einem höheren Leistungspegel erfolgen als normal. Dieser höhere Leistungspegel kann vorzugsweise ermöglichen, dass das drahtlose Ortungssystem eine genauere Ortungsbestimmung bestimmt. Das drahtlose Ortungssystem kann diese Art von Verzögerungsvorgang entweder für einen bestimmten drahtlosen Transmitter, für eine bestimmte Art von drahtlosen Übertragungen (zum Beispiel für alle „911"-Anrufe), für drahtlose Transmitter, die sich in einem festgelegten Bereich von der Basisstation befinden, mit der der Transmitter versucht, zu kommunizieren, oder für alle drahtlosen Transmitter in einem bestimmen Bereich anweisen.
  • Senden einer Bestätigung an den drahtlosen Transmitter – Das drahtlose Ortungssystem enthält keine Mittel, um den drahtlosen Transmitter über einen Vorgang zu informieren, da das drahtlose Ortungssystem nicht übertragen kann; wie bereits beschrieben, kann das drahtlose Ortungssystem nur Übertragungen empfangen. Deshalb weist das drahtlose Ortungssystem, wenn es zum Beispiel einen Bestätigungston nach Abschluss eines bestimmten Vorgangs senden will, das drahtlose Kommunikationssystem an, eine bestimmte Nachricht zu übertragen. Diese Nachricht kann zum Beispiel einen hörbaren Bestätigungston, eine gesprochene Nachricht oder eine maschinelle Nachricht an den drahtlosen Transmitter, oder eine Textnachricht, die über einen SMS-Service oder eine Seite gesendet wird, enthalten. Das drahtlose Ortungssystem empfängt die Bestätigung von dem drahtlosen Kommunikationssystem, dass die Nachricht akzeptiert und an den drahtlosen Transmitter gesendet wurde. Dieser Satz von Anweisungs-/Antwortnachrichten ist wichtig, um dem drahtlosen Ortungssystem zu ermöglichen, bestimmte Endbenutzer-Anwendungsfunktionen zu unterstützen, wie zum Beispiel das Verbieten der Ortungsverarbeitung.
  • Berichten über Ortungsdatensätze – Das drahtlose Ortungssystem berichtet an das drahtlose Kommunikationssystem automatisch Ortungsdatensätze, für die drahtlosen Transmitter, deren Aufgabe es ist, das drahtlose Kommunikationssystem zu informieren, sowie für die Übertragungen, für die das drahtlose Kommunikationssystem Auslöseimpulse initiierte. Das drahtlose Ortungssystem berichtet auch über jeden vergangenen Ortungsdatensatz, der von dem drahtlosen Kommunikationssystem angefragt wurde, und zu dessen Empfang das drahtlose Kommunikationssystem autorisiert ist.
  • Überwachung interner Schnittstellen des drahtlosen Kommunikationssystems, Statustabelle
  • Zusätzlich zu dieser vorstehend genannten Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Ortungssystem und dem drahtlosen Kommunikationssystem umfasst das drahtlose Ortungssystem auch Mittel zur Überwachung existierender Schnittstellen innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems zum Zweck des Abfangens von Nachrichten, die für das drahtlose Ortungssystem wichtig sind, um drahtlose Transmitter und die HF-Kanäle, die von diesen Transmittern genutzt werden, zu identifizieren. Diese Schnittstellen können zum Beispiel die „a-Schnittstelle" und die "a-bis-Schnittstelle" enthalten, die in drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet werden, die das GSM-Luftschnittstellenprotokoll verwenden. Diese Schnittstellen sind hinreichend bekannt und in verschiedenen Standards veröffentlicht. Durch Überwachung der bidirektionalen Nachrichten auf diesen Schnittstellen zwischen Basisstationen (BTS = Base Stations), Basisstationssteuereinheiten (BSC = Base Station Controllers) und mobilen Schaltzentren (MSC = Mobile Switching Centers) und anderen Punkten, kann das drahtlose Ortungssystem die gleichen Informationen über die Zuordnung eines drahtlosen Transmitters zu bestimmten Kanälen erhalten wie die, die dem drahtlosen Kommunikationssystem selbst bekannt sind. Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um diese Schnittstellen an verschiedenen Punkten zu überwachen. Das SCS 10 kann zum Beispiel eine BTS-BSC-Schnittstelle überwachen. Alternativ kann ein TLP 12 oder ein AP 14 auch eine BSC überwachen, in der eine Reihe von BTS-BSC-Schnittstellen konzentriert ist. Die Schnittstellen innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems sind nicht verschlüsselt und die Lagenprotokolle sind dem Fachmann bekannt. Der Vorteil des drahtlosen Ortungssystems bezüglich der Überwachung dieser Schnittstellen besteht darin, dass es eventuell nicht notwendig ist, dass das drahtlose Ortungssystem unabhängig Steuerkanalnachrichten von drahtlosen Transmittern erfasst und demoduliert. Darüber hinaus kann das drahtlose Ortungssystem alle notwendigen Sprachkanalzuordnungsinformationen von diesen Schnittstellen erhalten.
  • Unter Verwendung dieser Mittel für eine Steuerkanalübertragung empfängt das SCS 10 die Übertragungen wie vorstehend beschrieben und zeichnet die Steuerkanal-HF-Daten in dem Speicher auf, ohne eine Erfassung und Demodulation durchzuführen. Getrennt davon überwacht das drahtlose Ortungssystem die Nachrichten, die über vorgeschriebene Schnittstellen innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems erfolgen und löst einen Auslöseimpuls in dem drahtlosen Ortungssystem aus, wenn das drahtlose Ortungssystem eine Nachricht erfasst, die ein Auslöseereignis enthält. Aktiviert durch das Auslöseereignis bestimmt das drahtlose Ortungssystem die ungefähre Zeit, zu der die drahtlose Übertragung erfolgte und weist ein erstes SCS 10 und ein zweites SCS 10B an, jeweils ihren Speicher nach dem Beginn der Übertragung zu durchsuchen. Das erste SCS 10A, das gewählt wird, ist ein SCS, das entweder am gleichen Punkt wie die Basisstation liegt, mit der der drahtlose Transmitter kommuniziert hatte oder ein SCS, das sich in der Nähe der Basisstation befindet, mit der der drahtlose Transmitter kommuniziert hatte. Das heißt, das erste SCS 10A ist ein SCS, dem der Steuerkanal als primärerer Kanal zugeordnet worden wäre. Wenn das erste SCS 10A den Beginn der Übertragung erfolgreich bestimmt und berichtet, geht die Ortungsverarbeitung normal weiter, und zwar unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Mittel. Wenn das erste SCS 10A den Beginn der Übertragung nicht erfolgreich bestimmen kann, dann berichtet das zweite SCS 10B über den Beginn der Übertragung und die Ortungsverarbeitung geht normal weiter.
  • Das drahtlose Ortungssystem verwendet diese Mittel auch für die Sprachkanalübertragungen. Für alle in der Aufgabenliste enthaltenen Auslöseimpulse überwacht das drahtlose Ortungssystem die vorgeschriebenen Schnittstellen für Nachrichten, die zu diesen Auslöseimpulsen gehören. Die Nachrichten von Interesse umfassen zum Beispiel Sprachkanalzuordnungsnachrichten, Übergabe-Nachrichten, Frequenzsprungnachrichten, Einschalt-/Ausschalt-Nachrichten, gerichtete Wahlwiederholungsnachrichten, Beendigungsnachrichten und weitere ähnliche Vorgangs- und Statusnachrichten. Das drahtlose Ortungssystem führt kontinu ierlich eine Kopie des Zustands und Status dieser drahtlosen Transmitter, und zwar in einer Statustabelle in dem AP 14. Jedes Mal, wenn das drahtlose Ortungssystem eine Nachricht erfasst, die zu einem der Einträge in der Aufgabenliste gehört, führt das drahtlose Ortungssystem ein Update seiner eigenen Statustabelle durch. Danach kann das drahtlose Ortungssystem die Durchführung einer Ortungsverarbeitung aktivieren, wie zum Beispiel in einem regelmäßigen Zeitintervall, und auf die Statustabelle zugreifen, um genau zu bestimmen, welcher Funkzellen-Standort, Sektor, HF-Kanal und welches Zeitfenster gerade von dem drahtlosen Transmitter verwendet werden. Das hier enthaltene Beispiel beschreibt die Mittel, mit denen das drahtlose Ortungssystem eine Schnittstelle mit einem GSM-basierten drahtlosen Kommunikationssystem bildet. Das drahtlose Ortungssystem unterstützt auch ähnliche Funktionen mit Systemen, die auf anderen Luftschnittstellen basieren.
  • Bei bestimmten Luftschnittstellen, wie zum Beispiel einer CDMA, speichert das drahtlose Ortungssystem auch bestimmte Kennungsinformationen, die es von Zugriffs-Signalfolgen in dem Steuerkanal erhält, in der Statustabelle; diese Informationen werden später verwendet, um die Masken, die für Sprachkanäle verwendet werden, zu decodieren. Das CDMA-Luftschnittstellenprotokoll verwendet zum Beispiel die elektronische Seriennummer (ESN = Electronical Serial Number) eines drahtlosen Transmitters, um teilweise die Langcodemaske, die für die Codierung von Sprachkanalübertragungen verwendet wird, zu bestimmen. Das drahtlose Ortungssystem speichert diese Informationen in der Statustabelle für Einträge in die Aufgabenliste, da viele drahtlose Transmitter die Informationen nur einmal übertragen können; zum Beispiel übertragen viele CDMA-Mobiltelefone ihre ESN nur während der ersten Zugriffs-Signalfolge, nachdem der drahtlose Transmitter in einem geographisch Gebiet aktiv wurde. Diese Fähigkeit, die Langcode maske unabhängig zu bestimmen, ist in den Fällen sehr nützlich, in denen eine Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Ortungssystem und dem drahtlosen Kommunikationssystem nicht funktionsfähig ist und/oder das drahtlose Ortungssystem nicht in der Lage ist, eine der Schnittstellen innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems zu überwachen. Der Bediener des drahtlosen Ortungssystems kann das drahtlose Ortungssystem optional so einstellen, dass es die Kennungsinformationen für alle drahtlosen Transmitter speichert. Zusätzlich zu den vorstehend genannten Gründen kann das drahtlose Ortungssystem die Sprachkanalverfolgung für alle drahtlosen Transmitter bieten, die eine Ortungsverarbeitung aktivieren, indem sie „911" wählen. Wie bereits beschrieben, verwendet das drahtlose Ortungssystem eine dynamische Aufgabenverteilung, um zum Beispiel die Ortung eines drahtlosen Transmitters für eine vorgeschriebene Zeit nach dem Wählen der „911" zu gewährleisten. Indem die Kennungsinformationen für alle drahtlosen Transmitter in der Statustabelle erhalten bleiben, ist das drahtlose Ortungssystem in der Lage, die Sprachkanalverfolgung für alle Transmitter im Fall eines vorgeschriebenen Auslöseereignisses zu gewährleisten und nicht nur für die mit vorherigen Einträgen in der Aufgabenliste.
  • Anwendungsschnittstelle
  • Unter Verwendung des AP 14 unterstützt das drahtlose Ortungssystem eine Vielzahl von Standards basierend auf Schnittstellen zu Endbenutzern und Betreiber-Ortungsanwendungen, die Sicherheitsprotokolle wie zum Beispiel TCP/IP, X.25, SS-7 und IS-41 verwenden. Jede Schnittstelle zwischen dem AP 14 und einer externen Anwendung ist eine sichere und authentifizierte Verbindung, die dem AP 14 ermöglicht, die Kennung der Anwendung, die mit dem AP 14 verbunden ist, definitiv zu verifizieren. Dies ist erforderlich, da jeder verbundenen Anwendung nur ein eingeschränkter Zugriff auf die Ortungsdatensätze auf ei ner Echtzeit- und/oder Vergangenheitsbasis gewährt wird. Darüber hinaus unterstützt der AP 14 zusätzliche Anweisungs-/Antwort-, Echtzeit- und Nachverarbeitungs-Funktionen, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Der Zugriff auf diese zusätzlichen Funktionen erfordert ebenfalls eine Authentifizierung. Der AP 14 führt eine Benutzerliste und die Authentifizierungsmittel, die jedem Nutzer zugeordnet sind. Keine Anwendung kann auf Ortungsdatensätze oder Funktionen zugreifen, für die diese Anwendung keine passende Authentifizierung oder passenden Zugriffsrechte hat. Darüber hinaus unterstützt der AP 14 die volle Erfassung aller Vorgänge, die von jeder Anwendung ausgeführt werden, in dem Fall dass Probleme auftreten oder eine spätere Untersuchung der Vorgänge erforderlich ist. Für jede Anweisung oder jede Funktion in der nachfolgenden Liste unterstützt der AP 14 vorzugsweise ein Protokoll, in dem jeder Vorgang oder das Ergebnis eines jeden Vorgangs bestätigt wird, wie es zweckentsprechend ist.
  • Aufgabenliste bearbeiten – Diese Anweisung ermöglicht externen Anwendungen, Einträge in die Aufgabenliste hinzuzufügen, aus dieser zu entfernen oder Einträge in der Aufgabenliste zu bearbeiten, einschließlich aller Felder und Setzmerker, die jedem Eintrag zugeordnet sind. Diese Anweisung kann auf der Basis eines einzelnen Eintrags oder eines Sammeleintrags unterstützt werden, wobei eine Liste von Einträgen in einer einzigen Anweisung enthalten ist. Letzteres ist zum Beispiel bei einer Sammelanwendung nützlich, wie zum Beispiel bei der ortungsbezogenen Abrechnung, wobei größere Anzahlen drahtloser Transmitter durch die externe Anwendung unterstützt werden und es gewünscht ist, dass der Protokollvorspann minimiert wird. Diese Anweisung kann Anwendungen für einen bestimmten Eintrag in der Aufgabenliste hinzufügen oder löschen, diese Anweisung kann jedoch einen Eintrag nicht vollständig löschen, wenn der Eintrag auch andere Anwendungen enthält, die nicht der Anwendung zugeordnet sind oder von dieser autorisiert sind, die die Anweisung gibt.
  • Ortungsintervall Festlegen – Das drahtlose Ortungssystem kann so eingestellt werden, dass es die Ortungsverarbeitung für einen bestimmten drahtlosen Transmitter in einem beliebigen Intervall entweder auf Steuer- oder auf Sprachkanälen durchführt. Zum Beispiel können bestimmte Anwendungen die Ortung eines drahtlosen Transmitters alle paar Sekunden erfordern, wenn der Transmitter auf einem Sprachkanal besetzt ist. Wenn der drahtlose Transmitter eine Anfangsübertragung durchführt, aktiviert das drahtlose Ortungssystem anfänglich unter Verwendung eines Eintrags in die Aufgabenliste. Wenn eines der Felder oder einer der Setzmerker in diesem Eintrag eine aktualisierte Ortung in einem festgelegten Intervall genau angibt, erzeugt das drahtlose Ortungssystem eine dynamische Aufgabe in der Aufgabenliste, die durch einen Timer anstelle einer Kennung oder anderer übertragener Kriterien aktiviert wird. Jedes Mal, wenn der Timer abläuft, was zwischen einer Sekunde und mehreren Stunden dauern kann, aktiviert das drahtlose Ortungssystem automatisch die Ortung des drahtlosen Transmitters. Das drahtlose Ortungssystem verwendet seine Schnittstelle mit dem drahtlosen Kommunikationssystem, um den Status des drahtlosen Transmitters abzufragen, und zwar einschließlich der Sprachanrufparameter, wie bereits beschrieben. Wenn der drahtlose Transmitter auf einem Sprachkanal besetzt ist, führt das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung durch. Wenn der drahtlose Transmitter in keinerlei existierenden Übertragungen involviert ist, weist das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem an, den drahtlosen Transmitter unverzüglich zur Übertragung zu veranlassen. Wenn die dy namische Aufgabe festgelegt ist, legt das drahtlose Ortungssystem auch eine Ablaufzeit fest, zu der die dynamische Aufgabe endet.
  • Hinzufügen/Löschen von Endbenutzern – Diese Anweisung kann von einem Endbenutzer eines drahtlosen Transmitters ausgeführt werden, um die Kennung des drahtlosen Transmitters auf die Aufgabenliste mit aktivierter Ortungsverarbeitung zu setzen, um die Kennung des drahtlosen Transmitters von der Aufgabenliste zu entfernen und somit die Kennung als Auslöseimpuls zu eliminieren oder, um die Kennung des drahtlosen Transmitters auf die Aufgabenliste mit deaktivierter Ortungsverarbeitung zu setzen. Wenn die Ortungsverarbeitung von dem Endbenutzer deaktiviert wurde, was als Ortungsverarbeitungsverbot bekannt ist, wird für den drahtlosen Transmitter keine Ortungsverarbeitung durchgeführt. Der Bediener des drahtlosen Ortungssystems kann optional einen von mehreren Vorgängen des drahtlosen Ortungssystems als Antwort auf eine Ortungsverarbeitungsverbot-Anweisung des Endbenutzers auswählen: (i) der Deaktivierungsvorgang kann vorrangig vor allen anderen Auslöseimpulsen in der Aufgabenliste sein, einschließlich eines Auslöseimpulses aufgrund eines Notrufs wie zum Beispiel „911", (ii) der Deaktivierungsvorgang kann vorrangig vor allen anderen Auslöseimpulsen in der Aufgabenliste sein, außer einem Auslöseimpuls aufgrund eines Notrufs wie zum Beispiel „911", (iii) der Deaktivierungsvorgang kann bezüglich anderer ausgewählter Auslöseimpulse in der Aufgabenliste nachrangig sein. Im ersten Fall wird dem Endbenutzer die vollständige Kontrolle über die Vertraulichkeit der Übertragung durch den drahtlosen Transmitter gewährt, da auf keinen Fall eine Ortungsverarbeitung auf diesem Transmitter durchgeführt wird. Im zweiten Fall hat der Endbenutzer noch die Vorteile einer Ortung während eines Notfalls, aber zu keinem anderen Zeitpunkt. In einem Beispiel des dritten Falls kann sich ein Arbeitgeber, der der tatsächliche Eigentümer eines bestimmten drahtlosen Transmitters ist, über eine Endbenutzer-Anwendung durch einen Angestellten, der den drahtlosen Transmitter als Teil der Arbeit nützt, der aber nicht geortet werden möchte, hinwegsetzen. Das drahtlose Ortungssystem kann wie vorstehend beschrieben bei dem drahtlosen Kommunikationssystem anfragen, um das Mapping der Kennung zu erhalten, die in der drahtlosen Übertragung zu anderen Kennungen enthalten ist.
  • Hinzufügungen und Löschungen durch den Endbenutzer erfolgen durch gewählte Sequenzen von Buchstaben und Zahlen und das Drücken der „SENDEN"-Taste oder einer äquivalenten Taste auf dem drahtlosen Transmitter. Diese Sequenzen können optional gewählt werden und durch den Bediener des drahtlosen Ortungssystems bekannt gemacht werden. Zum Beispiel kann eine Sequenz „*55SENDEN" lauten, um die Ortungsverarbeitung zu deaktivieren. Auch andere Sequenzen sind möglich. Wenn der Endbenutzer diese vorgeschrieben Sequenz wählen kann, überträgt der drahtlose Transmitter die Sequenz über einen der vorgeschriebenen Steuerkanäle des drahtlosen Kommunikationssystems. Da das drahtlose Kommunikationssystem alle Rücksteuerungs-Kanalübertragungen unabhängig erfasst und demoduliert, kann das drahtlose Ortungssystem die vorgeschriebenen gewählten Sequenzen unabhängig interpretieren und die passenden Merkmals-Updates in der Aufgabenliste wie vorstehend beschrieben durchführen. Wenn das drahtlose Ortungssystem das Update der Aufgabenliste beendet hat, weist das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem an, eine Bestätigung an den Endbenutzer zu senden. Wie bereits beschrieben, kann dies die Form eines hörbaren Tons annehmen oder einer aufgenommenen oder maschinellen Stimme oder einer Textnachricht. Diese Anweisung wird über die Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Ortungssystem und dem drahtlosen Kommunikationssystem ausgeführt.
  • Anweisung zur Übertragung – Diese Anweisung ermöglicht, dass externe Anwendungen das drahtlose Ortungssystem dazu veranlassen, eine Anweisung an das drahtlose Kommunikationssystem zu senden, um einen bestimmten drahtlosen Transmitter oder eine Gruppe von drahtlosen Transmittern zu veranlassen, zu übertragen. Diese Anweisung kann einen Setzmerker oder ein Feld enthalten, dass der drahtlose Transmitter oder die drahtlosen Transmitter sofort oder in einer vorgeschriebenen Zeit übertragen soll bzw. sollen. Diese Anweisung hat das Bestreben, den/die drahtlose(n) Transmitter auf Anweisung zu orten, da die Übertragungen erfasst, demoduliert und aktiviert werden, wobei eine Ortungsverarbeitung und die Erstellung eines Ortungsdatensatzes ausgelöst werden. Dies ist nützlich bei der Eliminierung oder Reduzierung jedweder Verzögerungen bei der Bestimmung der Lage, wie zum Beispiel das Warten auf den nächsten Registrierungszeitraum für den drahtlosen Transmitter oder das Warten auf das Auftreten einer unabhängigen Übertragung.
  • Abfragen und Update der externen Datenbank – Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um auf eine externe Datenbank zuzugreifen, Abfragen an diese Datenbank zu stellen, und zwar unter Verwendung der Kennung des drahtlosen Transmitters oder anderer Parameter, die in der Übertragung oder dem Auslösekriterium enthalten sind, und um die von der externen Datenbank empfangenen Daten mit den Daten, die von dem drahtlosen Ortungssystem generiert wurden, zu verquicken, um einen neuen verbesserten Ortungsdatensatz zu bilden. Der verbesserte Ortungsdatensatz kann dann an die anfragenden Anwendungen weitergeleitet werden. Die externe Datenbank kann zum Beispiel Datenelemente enthalten, wie zum Beispiel Kundeninformationen, medizinische Informationen, Teilnehmermerkmale, anwendungsbezogene Informationen, Kundenkontoinformationen, Kontaktinformationen oder Sätze vorgeschriebener Vorgänge, die nach einem Ortungs-Auslöseereignis auszuführen sind. Das drahtlose Ortungssystem kann auch Updates der externen Datenbank veranlassen, zum Beispiel zur Erhöhung oder Verringerung eines Gebührenzählers, der mit dem Anbieten von Ortungsdiensten in Zusammenhang steht, oder um in der externen Datenbank ein Update mit dem letzten Ortungsdatensatz durchzuführen, der diesem bestimmten drahtlosen Transmitter zugeordnet ist. Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um die hier beschriebenen Vorgänge in mehr als einer externen Datenbank durchzuführen. Die Liste und Sequenz der externen Datenbanken, auf die zugegriffen wird und die nachfolgenden Vorgänge sind in einem der Felder enthalten, die in den Auslösekriterien in der Aufgabenliste enthalten sind.
  • Randomisierte Anonyme Ortungsverarbeitung – Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um eine zufallsgesteuerte anonyme Ortungsverarbeitung in großem Umfang durchzuführen. Diese Funktion ist für bestimmte Arten von Anwendungen wertvoll, die das Sammeln einer großen Menge von Daten über eine Population von drahtlosen Transmittern ohne Berücksichtigung der bestimmten Kennungen der einzelnen Transmitter erfordern. Anwendungen dieser Art umfassen: die HF-Optimierung, die ermöglicht, dass Funknetzbetreiber die Leistung des drahtlosen Kommunikationssystems messen, indem sie gleichzeitig die Ortung und andere Übertragungsparameter bestimmen; die Verkehrsverwaltung, die es staatlichen Stellen und Wirtschaftunternehmen ermöglicht, den Verkehrsfluss auf verschiedenen Schnellstraßen zu überwachen, und zwar unter Verwendung statistisch signifikanter Abfragewerte drahtloser Transmitter, die sich in fahrenden Fahrzeugen befinden; Und die lokale Verkehrsabschätzung, die es Wirtschaftsbetrieben ermöglicht, den Verkehrsfluss in einem bestimmten Gebiet zu bestimmen, was sie dabei unterstützen kann, die Durchführbarkeit eines bestimmten Geschäftes zu bestimmen.
  • Anwendungen, die eine zufallsgesteuerte anonyme Ortungsverarbeitung erfordern, erhalten Ortungsdatensätze optional aus zwei Quellen: (i) eine Kopie von Ortungsdatensätzen, die für andere Anwendungen generiert wurden, und (ii) Ortungsdatensätze, die randomisiert von dem drahtlosen Ortungssystem aktiviert wurden, ohne dass irgendwelche bestimmten Kriterien berücksichtigt werden. Alle Ortungsdatensätze, die von einer der beiden Quellen generiert werden, werden weitergeleitet, wobei alle Kennungs- und Auslösekriterieninformationen von den Ortungsdatensätzen entfernt werden; die anfragende(n) Anwendung/en kann/können jedoch bestimmen, ob der Datensatz von einem vollständig randomisierten Prozess generiert wurde oder eine Kopie eines anderen Auslösekriteriums ist. Die randomisierten Ortungsdatensätze werden von einer Aufgabe mit niedriger Priorität innerhalb des drahtlosen Ortungssystems generiert, das die Ortungsverarbeitung auf randomisiert ausgewählten Übertragungen durchführt, wann immer Verarbeitungs- und Kommunikationsressourcen zur Verfügung stehen, die sonst zu einem bestimmten Zeitpunkt ungenutzt wären. Die anfragende(n) Anwendung(en) kann/können festlegen, ob die randomisierte Ortungsverarbeitung in dem gesamten Versorgungsbereich eines drahtlosen Ortungssystems, in bestimmten geographischen Gebieten, wie zum Beispiel entlang vorgeschriebener Schnellstraßen oder in den Versorgungsbe reichen bestimmter Funkzellen-Standorte erfolgt. Somit kann/können die anfragende(n) Anwendung(en) die Ressourcen des drahtlosen Ortungssystems auf das für jede Anwendung am meisten interessierende Gebiet leiten. Je nachdem, welcher Grad der Zufälligkeit von der Anwendung/den Anwendungen gewünscht wird, kann das drahtlose Ortungssystem Präferenzen für die zufällige Auswahl bestimmter Arten von Übertragungen anpassen, zum Beispiel Registrierungsnachrichten, Anrufnachrichten, Seitenantwortnachrichten oder Sprachkanalübertragungen.
  • Anonymes Verfolgen einer geographischen Gruppe – Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel, um die Ortungsverarbeitung auf einer Wiederholungsbasis für anonyme Gruppen von drahtlosen Transmittern innerhalb eines vorgeschriebenen geographischen Gebietes zu aktivieren. Eine bestimmt Ortungsanwendung kann zum Beispiel wünschen, die Reiseroute eines drahtlosen Transmitters über einen vorgeschriebenen Zeitraum zu überwachen, ohne dass das drahtlose Ortungssystem jedoch die Kennung dieses bestimmten drahtlosen Transmitters offenbart. Der Zeitraum kann einige Stunden, Tage oder Wochen betragen. Unter Verwendung des Mittels wählt das drahtlose Ortungssystem zufällig einen drahtlosen Transmitter aus, der eine Übertragung in dem geographischen Gebiet von Interesse für die Anwendung beginnt; führt die Ortungsverarbeitung an der interessierenden Übertragung durch; übersetzt und verschlüsselt die Kennung des drahtlosen Transmitters unwiderruflich in ein neue, codierte Identifikation; generiert einen Ortungsdatensatz unter Verwendung nur der neu kodierten Identifikation als Identifikationsmittel; leitet den Ortungsdatensatz an die anfragende(n) Ortungsanwendung(en) weiter; und generiert eine dynamische Aufgabe in der Aufgabenliste für den drahtlosen Transmitter, wobei die dynamische Aufgabe eine zugeordnete Ablaufzeit hat. Nachfolgend soll das drahtlose Ortungssystem jedes Mal, wenn der vorgeschriebene drahtlose Transmitter eine Übertragung beginnt, unter Verwendung der dynamischen Aufgabe aktivieren, die Ortungsverarbeitung auf der interessierenden Übertragung durchführen, die Kennung des drahtlosen Transmittern unwiderruflich in eine neue Code-Identifikation übersetzen und verschlüsseln, unter Verwendung der gleichen Mittel wie vorher, so dass die kodierte Identifikation gleich ist, unter Verwendung der codierten Identifikation einen Ortungsdatensatz generieren, und den Ortungsdatensatz an die anfordernde(n) Ortungsanwendung(en) weiterleiten. Die hier beschriebenen Mittel können mit anderen Funktionen des drahtlosen Ortungssystems kombiniert werden, um diese Art der Überwachung durchzuführen, und verwenden entweder Steuerkanal- oder Sprachkanalübertragungen. Darüber hinaus können die hier beschriebenen Mittel die geheime Kennung des drahtlosen Transmitters vollständig wahren, und doch eine andere Art von Anwendungen ermöglichen, die die Reisemuster drahtloser Transmitter überwachen können. Diese Art von Anwendungen kann bei der Bestimmung der Planung und dem Entwurf neuer Straßen, alternativer Routenplanung oder dem Bau von Handels- und Einzelhandelsräumen sehr von Nutzen sein.
  • Gruppieren, Ordnen und Kennzeichnen von Ortungsdatensätzen – Das drahtlose Ortungssystem umfasst Mittel zur Nachverarbeitung der Ortungsdatensätze für bestimmte anfragende Anwendungen zum Gruppieren, Ordnen oder Kennzeichnen von Ortungsdatensätzen. Für jede von dem drahtlosen Ortungssystem unterstützte Schnittstelle speichert das drahtlose Ortungssystem ein Profil der Arten von Daten, für die die Anwendung autorisiert ist und die sie anfordert, und die Arten von Filtern oder Nachverarbeitungsvorgängen, die von der Anwendung gewünscht werden. Viele Anwendungen, wie die hier enthaltenen Beispiele, erfordern keine individuellen Ortungsdatensätze oder die spezifischen Kennungen einzelner Transmitter. Eine HF-Optimierungsanwendung gewinnt zum Beispiel mehr Wert aus einem großen Datensatz von Ortungsdatensätzen für einen bestimmten Funkzellen-Standort oder Kanal als von einem einzelnen Ortungsdatensatz. Als weiteres Beispiel benötigt eine Verkehrsüberwachungsanwendung nur Ortungsdatensätze von Transmittern, die sich auf vorgeschriebenen Straßen oder Schnellstraßen befinden und erfordert darüber hinaus, dass diese Datensätze nach Abschnitt der Straße oder Schnellstraße und nach Fahrtrichtung gruppiert werden. Andere Anwendungen können fordern, dass das drahtlose Ortungssystem Ortungsdatensätze weiterleitet, die formatiert wurden, um das Erscheinungsbild der Anzeige zu verbessern, z. B. die Anpassung der Ortungsverarbeitung des Transmitters, so dass die Lage des Transmitters auf einer elektronischen Karte direkt auf einem gezeichneten Straßensegment anstatt in der Nähe des Straßensegments erscheint. Deshalb „klinkt" das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung vorzugsweise auf das nächste gezeichnete Straßensegment ein.
  • Das drahtlose Ortungssystem kann Ortungsdatensätze für eine Anwendung für drahtlose Transmitter, die nur auf einem bestimmten Funkzellen-Standort, Sektor, HF-Kanal oder einer bestimmten Gruppe von HF-Kanälen kommuniziert, filtern und darüber berichten. Bevor der Datensatz an die anfordernde Anwendung weitergeleitet wird, verifiziert das drahtlose Ortungssystem zuerst, dass die passenden Felder in dem Datensatz die Anforderungen erfüllen. Datensätze, die die Anforderungen nicht erfüllen, werden nicht weitergeleitet und Datensätze, die die Anforderungen erfüllen, werden weitergeleitet. Einige Filter sind geographischer Art und müssen durch das drahtlose Ortungssystem berechnet werden. Das drahtlose Ortungssystem kann zum Beispiel einen Ortungsdatensatz verarbeiten, um das nächstliegende Straßensegment und die Fahrtrichtung des drahtlosen Transmitters auf diesem Straßensegment zu bestimmen. Das drahtlose Ortungssystem kann dann nur Datensätze an die Anwendung weiterleiten, von denen bestimmt wurde, dass sie sich auf einem bestimmten Straßensegment befinden, und kann den Ortungsdatensatz weiter verbessern, indem es ein Feld hinzufügt, das das bestimmte Straßensegment enthält. Um das nächstliegende Straßensegment zu bestimmen, verfügt das drahtlose Ortungssystem über eine Datenbank von interessierenden Straßensegmenten für die anfordernde Anwendung. Diese Datenbank ist in einer Tabelle gespeichert, in der jedes Straßensegment mit einer Breiten- und Längenkoordinate gespeichert ist, die den Endpunkt eines jeden Segments definieren. Jedes Straßensegment kann als eine gerade oder kurvige Linie nachgebildet und so dargestellt werden, dass sie eine oder zwei Fahrtrichtungen unterstützt. Dann vergleicht das drahtlose Ortungssystem für jeden Ortungsdatensatz, der von dem drahtlosen Ortungssystem bestimmt wird, die Breite und Länge in dem Ortungsdatensatz mit jedem in der Datenbank gespeicherten Straßensegment und bestimmt den kürzesten Abstand von einer gebildeten Linie, die die Endpunkte des Segments mit der Breite und Länge des Ortungsdatensatzes verbindet. Der kürzeste Abstand ist eine berechnete imaginäre Linie, die zu der Linie, die die beiden Endpunkte des gespeicherten Straßensegments verbindet, orthogonal liegt. Wenn das nächste Straßensegment bestimmt ist, kann das drahtlose Ortungssystem darüber hinaus die Fahrtrichtung auf dem Straßensegment bestimmen, indem es die Fahrtrichtung des drahtlosen Transmitters, die von der Ortungsverarbeitung angegeben wird, mit der Richtung des Straßensegments vergleicht.
  • Die Richtung, bei der es hinsichtlich der Ausrichtung der Straßensegmente zum kleinsten Fehler kommt, wird dann durch das drahtlose Ortungssystem berichtet.
  • Netzwerkbetriebskonsole (NOC) 16
  • Die NOC 16 ist ein Netzwerkmanagementsystem, das den Bedienern des drahtlosen Ortungssystems einen leichten Zugriff auf die Programmierungsparameter des drahtlosen Ortungssystems ermöglicht. In einigen Städten kann das drahtlose Ortungssystem zum Beispiel viele Hunderte oder sogar Tausende von SCS 10 umfassen. Die NOC ist der effektivste Weg, um ein großes drahtloses Ortungssystem unter Verwendung graphischer Benutzerschnittstellenfähigkeiten zu verwalten. Die NOC empfängt auch Echtzeit-Warnhinweise, wenn bestimmte Funktionen innerhalb des drahtlosen Ortungssystems nicht ordnungsgemäß funktionieren. Diese Echtzeit-Warnhinweise können von dem Bediener verwendet werden, um schnell korrigierende Maßnahmen zu ergreifen und eine Verschlechterung der Ortungsdienstleistung zu verhindern. Erfahrungen mit Studien zum drahtlosen Ortungssystem zeigen, dass die Fähigkeit des Systems, über die Zeit eine gute Ortungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten, direkt mit der Fähigkeit des Bedieners zusammenhängt, dafür zu sorgen, dass das System innerhalb seiner vorbestimmten Parameter betrieben wird.
  • Ortungsverarbeitung
  • Das drahtlose Ortungssystem ist in der Lage, die Ortungsverarbeitung unter Verwendung von zwei verschiedenen Verfahren durchzuführen, die als zentralbasierte und stationsbasierte Ortungsverarbeitung bekannt sind. Beide Verfahren wurden zuerst im Patent Nr. 5 327 144 offenbart und in dieser Beschreibung weiter verbessert. Die Ortungsverarbeitung hängt teilweise von der Fähigkeit ab, bestimmte Phasencharakteristika des Signals, wie es an mehreren Antennen und SCS 10 empfangen wird, zu bestimmen. Deshalb ist es ein Ziel des drahtlosen Ortungssystems, Phasenfehlerquellen zu identifizieren und zu entfernen, die die Fähigkeit der Ortungsverarbeitung einschränken, die Phasencharakteristika des empfangenen Signals zu bestimmen. Eine Phasenfehlerquelle befindet sich innerhalb des drahtlosen Transmitters selbst, nämlich der Oszillator (typischerweise ein Quarzoszillator) und die Phasenregelkreise, die dem Telefon ermöglichen, sich auf bestimmte Kanäle für die Übertragung abzustimmen. Kostengünstigere Quarzoszillatoren weisen im Allgemeinen höheres Phasenrauschen auf. Einige technische Vorgaben für Luftschnittstellen, wie zum Beispiel IS-136 und IS-95A, haben Vorgaben, die das Phasenrauschen einschließen, mit dem ein drahtloses Telefon übertragen kann. Andere Luftschnittstellenvorgaben, wie zum Beispiel IS-553A, beschreiben das Phasenrauschen nicht genau. Aus diesem Grund ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Phasenrauschen eines drahtlosen Transmitters als eine Phasenfehlerquelle bei der Ortungsverarbeitung automatisch zu verringern und/oder zu eliminieren, teilweise durch die automatische Wahl der Verwendung der zentralbasierten Verarbeitung oder der stationsbasierten Verarbeitung. Die automatische Auswahl berücksichtigt auch die Effizienz, mit der die Kommunikationsverbindung zwischen dem SCS 10 und dem TLP 12 verwendet wird und die Verfügbarkeit von DSP-Ressourcen an jedem der SCS 10 und TLP 12.
  • Bei Verwendung der zentralbasierten Verarbeitung werden die TDOA- und FDOA-Bestimmung und die Mehrwegverarbeitung in dem TLP 12 zusammen mit der Bestimmung der Position und Geschwindigkeit durchgeführt. Dieses Verfahren wird bevorzugt, wenn der drahtlose Transmitter ein Phasenrauschen über einer vorbestimmten Schwelle aufweist. In diesen Fällen ist die zentralbasierte Verarbeitung am effektivsten bei der Verringerung oder Elimination des Phasenrauschens des drahtlosen Transmitters als eine Phasenfehlerquelle, da die TDOA-Bestimmung unter Verwendung einer digitalen Darstellung der tatsächlichen HF- Übertragung von zwei Antennen durchgeführt wird, die sich an demselben SCS 10 oder an verschiedenen SCS 10 befinden können. Bei diesem Verfahren erkennt der Fachmann, dass das Phasenrauschen des Transmitters ein Gleichtaktrauschen bei der TDOA-Verarbeitung ist, und sich deshalb bei dem TDOA-Bestimmungsprozess selbst aufhebt. Dieses Verfahren funktioniert zum Beispiel am besten mit vielen sehr kostengünstigen AMPS-Mobiltelefonen mit hohem Phasenrauschen. Die grundlegenden Schritte der zentralbasierten Verarbeitung beinhalten die nachfolgend beschriebenen und in dem Flussdiagramm in 6 dargestellten Schritte:
    ein drahtloser Transmitter beginnt eine Übertragung entweder auf einem Steuerkanal oder einem Sprachkanal (Schritt S50);
    die Übertragung wird an mehreren Antennen und an mehreren SCS 10 in dem drahtlosen Ortungssystem empfangen (Schritt S51);
    die Übertragung wird in dem Empfänger, der mit jedem SCS/jeder Antenne verbunden ist, in ein digitales Format umgewandelt (Schritt S52);
    die digitalen Daten werden in einem Speicher in den Empfängern in jedem SCS 10 gespeichert (Schritt S53);
    die Übertragung wird demoduliert (Schritt S54);
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt, ob die Ortungsverarbeitung für die Übertragung zu beginnen ist (Schritt S55);
    wenn er aktiviert wird, fordert der TLP 12 Kopien der digitalen Daten von dem Speicher in den Empfängern an mehreren SCS 10 an (Schritt S56);
    die digitalen Daten werden von mehreren SCS 10 an einen ausgewählten TLP 12 gesendet (Schritt S57);
    der TLP 12 führt TDOA, FDOA und die Mehrwegkorrektur der digitalen Daten von Antennenpaaren durch (Schritt S58);
    der TLP 12 führt die Bestimmung der Position und Geschwindigkeit unter Verwendung der TDOA-Daten durch und generiert dann einen Ortungsdatensatz und leitet den Ortungsdatensatz an den AP 14 weiter (Schritt S59).
  • Das drahtlose Ortungssystem verwendet eine veränderliche Anzahl von Bits, um die Übertragung darzustellen, wenn es digitale Daten von den SCS 10 an den TLP 12 sendet. Wie bereits erläutert, empfängt das SCS digitalisierte drahtlose Übertragungen mit einer hohen Auflösung oder einer hohen Anzahl von Bits pro digitalem Abtastwert, um einen ausreichenden dynamischen Bereich zu erzielen. Dies ist besonders dann erforderlich, wenn digitale Breitbandempfänger verwendet werden, die gleichzeitig Signale in der Nähe des SCS 10A und weit entfernt von dem SCS 10B empfangen können. Zum Beispiel können bis zu 14 Bit erforderlich sein, um einen dynamischen Bereich von 84 dB darzustellen. Die Ortungsverarbeitung erfordert jedoch nicht immer die hohe Auflösung pro digitalem Abtastwert. Häufig können Ortungen mit einer ausreichenden Genauigkeit durch das drahtlose Ortungssystem erzielt werden, indem eine geringere Anzahl von Bits pro digitalem Abtastwert verwendet werden. Deshalb bestimmt das drahtlose Ortungssystem, um die Ausführungskosten des drahtlosen Ortungssystems zu minimieren, indem an der Bandbreite der Kommunikationsverbindungen zwischen jedem SCS 10 und TLP 12 gespart wird, die geringste Anzahl von Bits, die erforderlich ist, um eine Übertragung digital darzustellen, während immer noch ein gewünschtes Genauigkeitsniveau aufrechterhalten wird. Diese Bestimmung basiert zum Beispiel auf dem bestimmten Luftschnittstellenprotokoll, das von dem drahtlosen Transmitter verwendet wird, dem Rauschabstand der Übertragung, dem Grad, zu dem die Übertragung durch Fading und/oder Mehrwegausbreitung beeinträchtigt wurde und dem aktuellen Zustand der Verarbeitungs- und Kommunikationswarteschlangen in jedem SCS 10. Die Anzahl von Bits, die von dem SCS 10 an den TLP 12 gesendet werden, wird auf zwei Arten verringert: die Anzahl von Bits pro Abtastwert wird minimiert und die kürzeste Länge oder die wenigsten Segmente, die bei der Übertragung möglich sind, werden für die Ortungsverarbeitung verwendet. Der TLP 12 kann diese minimalen HF-Daten verwenden, um die Ortungsverarbeitung durchzuführen und dann das Ergebnis mit dem gewünschten Genauigkeitsniveau zu vergleichen. Dieser Vergleich wird basierend auf einer Konfidenzintervallberechnung durchgeführt. Wenn die Ortungsbestimmung nicht innerhalb der gewünschten Genauigkeitsgrenzen liegt, fordert der TLP 12 rekursiv zusätzliche Daten von ausgewählten SCS 10 an. Die zusätzlichen Daten können eine zusätzliche Anzahl von Bits pro digitalem Abtastwert und/oder mehr Segmente der Übertragung enthalten. Dieser Prozess des Anforderns zusätzlicher Daten kann rekursiv andauern, bis der TLP 12 die vorgeschriebene Ortungsgenauigkeit erreicht hat.
  • Zu den vorstehend beschriebenen grundlegenden Schritten gibt es zusätzliche Einzelheiten. Diese Einzelheiten sind in den älteren Patenten 5 327 144 und 5 608 410 in anderen Teilen dieser Beschreibung beschrieben. Eine Verbesserung der in früheren Patenten beschriebenen Prozesse ist die Auswahl eines einzigen Referenz-SCS bzw. einer einzigen Referenzantenne, das/die für jede Basislinie bei der Ortungsverarbeitung verwendet wird. Gemäß dem Stand der Technik wurden Basislinien bestimmt, indem Paare von Antennenstandorten um einen Ring bestimmt wurden. Bei dem vorliegenden drahtlosen Ortungssystem stellt das einzelne verwendete Referenz-SCS bzw. die einzelne verwendete Referenzantenne im Allgemeinen das höchste Rauschabstands-Signal dar, obwohl, wie nachfolgend beschrieben, auch andere Kriterien verwendet werden. Die Verwendung einer Referenz mit hohem Rauschabstand unterstützt die zentralbasierte Ortungsverarbeitung, wenn die anderen SCS/Antennen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet wer den, sehr schwach sind, wie zum Beispiel auf oder unter dem Rauschgrundniveau (d. h. ein Rauschabstand von Null oder negativ). Wenn die stationsbasierte Ortungsverarbeitung verwendet wird, ist das Referenzsignal ein Remodulationssignal, das absichtlich generiert wird, um einen sehr hohen Rauschabstand zu haben, was die Ortungsverarbeitung für sehr schwache Signale an anderen SCS/Antennen erleichtert. Die tatsächliche Auswahl der Referenz-SCS bzw. Referenzantennen wird nachfolgend beschrieben.
  • Das drahtlose Ortungssystem nimmt eine Mehrwegkorrektur vor, indem es zuerst die Mehrwegkomponenten rekursiv bestimmt, die zusätzlich zu den direkten Pfadkomponenten empfangen wurden, und dann diese Komponenten von dem empfangenen Signal subtrahiert. Somit verändert das drahtlose Ortungssystem das empfangene Signal und vergleicht das Muster mit dem tatsächlich empfangenen Signal und versucht, den Unterschied zwischen den beiden Signalen unter Verwendung einer gewichteten Mindestquadratdifferenz zu minimieren. Für jedes übertragene Signal x(t) von einem drahtlosen Transmitter ist das empfangene Signal y(t) an jedem SCS bzw. jeder Antenne eine komplexe Kombination von Signalen: Y(t), Σ x(t – τn)an ejω(t-τn) für alle n = 0 bis N;wobei x(t) das Signal ist, wie es von dem drahtlosen Transmitter übertragen wird;
    und die komplexen Amplituden und Verzögerungen der Mehrwegkomponenten sind;
    N die Gesamtzahl der Mehrwegkomponenten in dem empfangenen Signal ist; und
    und Konstanten für die direkteste Pfadkomponente sind;
  • Der Bediener des drahtlosen Ortungssystems bestimmt empirisch eine Reihe von Einschränkungen für jede Mehrwegkomponente, die sich auf das bestimmte Umfeld bezieht, in dem jedes drahtlosen Ortungssystems arbeitet. Das Ziel dieser Einschränkungen ist, den Betrag der Verarbeitungszeit, den das drahtlose Ortungssystem für die Optimierung der Ergebnisse für jede Mehrwegkorrekturberechnung benötigt, einzuschränken. Das drahtlose Ortungssystem kann zum Beispiel so eingestellt sein, dass es nur vier Mehrwegkomponenten bestimmt; es sei angenommen, dass die erste Komponenten eine Zeitverzögerung in dem Bereich τ1A bis τ1B aufweist; es sei angenommen, dass die zweite Komponenten eine Zeitverzögerung in dem Bereich τ2A bis τ2B aufweist; es sei angenommen, dass die dritte Komponenten eine Zeitverzögerung in dem Bereich τ3A bis τ3B aufweist; und ähnliches gilt für die vierte Komponente; die vierte Komponente ist jedoch ein einzelner Wert, der effektiv eine komplexe Kombination aus vielen Dutzenden individueller (und ein wenig diffuser) Mehrwegkomponenten darstellt, deren Zeitverzögerungen den Bereich der dritten Komponente überschreiten. Um die Verarbeitung zu erleichtern, wandelt das drahtlose Ortungssystem die vorstehende Gleichung in den Frequenzbereich um und löst sie dann für die individuellen Komponenten, so dass eine gewichtete Mindestquadratdifferenz minimiert wird.
  • Bei der Verwendung der stationsbasierten Verarbeitung werden die TDOA- und FDOA-Bestimmung und die Mehrwegkorrektur in den SCS 10 durchgeführt, während die Bestimmung der Position und Geschwindigkeit typischerweise in dem TLP 12 durchgeführt werden. Der Hauptvorteil der stationsbasierten Verarbeitung, wie im Patent Nr. 5 327 144 beschrieben, besteht in der Verringerung der Datenmenge, die über die Kommunikationsverbindung zwischen jedem SCS 10 und TLP 12 gesendet wird. Es kann jedoch auch weitere Vorteile geben. Ein neues Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung des effektiven Signalverarbeitungs gewinns während der TDOA-Verarbeitung. Wie bereits erwähnt wurde, hat die zentralbasierte Verarbeitung den Vorteil, Phasenfehler zu eliminieren oder zu verringern, die durch das Phasenrauschen in dem drahtlosen Transmitter verursacht werden. Es ist jedoch noch keine frühere Veröffentlichung darauf eingegangen, wie nämlicher Phasenrauschfehler eliminiert oder verringert werden kann, wenn die stationsbasierte Verarbeitung verwendet wird. Die vorliegende Erfindung verringert den Phasenfehler und erhöht den effektiven Signalverarbeitungsgewinn unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen und in 6 gezeigten Schritte:
    ein drahtloser Transmitter beginnt eine Übertragung entweder auf einem Steuerkanal oder einem Sprachkanal (Schritt S60);
    die Übertragung wird an mehreren Antennen und an mehreren SCS 10 in dem drahtlosen Ortungssystem empfangen (Schritt S61);
    die Übertragung wird in dem Empfänger, der mit jeder Antenne verbunden ist, in ein digitales Format umgewandelt (Schritt S62);
    die digitalen Daten werden in einem Speicher in dem SCS 10 gespeichert (Schritt S63);
    die Übertragung wird demoduliert (Schritt S64);
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt, ob die Ortungsverarbeitung für die Übertragung zu beginnen ist (Schritt S65);
    wenn es aktiviert wird, demoduliert das erste SCS 10A die Übertragung und bestimmt ein angemessenes Phasenkorrekturintervall (Schritt S66);
    für jedes dieser Phasenkorrekturintervalle berechnet das erste SCS 10 eine angemessene Phasenkorrektur und Amplitudenkorrektur und codiert diese Phasenkorrekturparameter und Amplitudenkorrekturparameter zusammen mit den demodu lierten Daten (Schritt S67);
    die demodulierten Daten und die Phasenkorrektur- und Amplitudenkorrekturparameter werden vom ersten SCS 10A an den TLP 12 gesendet (Schritt S68);
    der TLP 12 bestimmt die SCS 10 und Empfangsantennen, die bei der Ortungsverarbeitung zu verwenden sind (Schritt S69);
    der TLP 12 sendet die demodulierten Daten und Phasenkorrektur- und Amplitudenkorrekturdaten an jedes zweite SCS 10B, das bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden wird (Schritt S70);
    das erste SCS 10 und jedes zweite SCS 10B generieren ein erstes remoduliertes Signal basierend auf den demodulierten Daten und den Phasenkorrektur- und Amplitudenkorrekturparametern (Schritt S71);
    das erste SCS 10A und jedes zweite SCS 10B führen TDOA, FDOA und die Mehrwegkorrektur unter Verwendung der digitalen Daten durch, die in dem Speicher in jedem SCS 10 und dem ersten remodulierten Signal gespeichert sind (Schritt S72);
    die TDOA-, FDOA- und Mehrwegkorrekturdaten werden von dem ersten SCS 10A und jedem zweiten SCS 10B an den TLP 12 gesendet (Schritt S73);
    der TLP 12 führt die Bestimmung der Position und Geschwindigkeit unter Verwendung der TDOA-Daten durch (Schritt S74); und
    der TLP 12 generiert einen Ortungsdatensatz und leitet den Ortungsdatensatz an den AP 14 weiter (Schritt S75);
  • Die Vorteile der Bestimmung von Phasenkorrektur- und Amplitudenkorrekturparametern sind am deutlichsten bei der Ortung von drahtlosen CDMA-Transmittern basierend auf IS-95A. Wie hinreichend bekannt ist, werden die Rückübertragungen von einem IS-95-A-Transmitter unter Verwendung nichtkohärenter Modulation gesendet. Die meisten CDMA-Basisstationen integrieren aufgrund der nichtkohärenten Modulation nur über ein einziges Bit-Intervall. Bei einem CDMA-Zugriffskanal mit einer Bitrate von 4800 Bit pro Sekunde werden 256 Chips pro Bit gesendet, was einen Integrationsgewinn von 24 dB ermöglicht. Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren, kann die TDOA-Verarbeitung in jedem SCS 10 zum Beispiel eine über volle 160-Millisekunden-Signalfolge (196.608 Chips) integrieren, um einen Integrationsgewinn von 53 dB zu generieren. Dieser zusätzliche Verarbeitungsgewinn ermöglicht der vorliegenden Erfindung, CDMA-Übertragungen unter Verwendung von mehreren SCS 10 zu erfassen und zu orten, und zwar sogar dann, wenn die Basisstationen, die sich am selben Punkt wie die SCS 10 befinden, nicht diese CDMA-Übertragung erfassen können.
  • Für eine bestimmte Übertragung werden, wenn berechnet wird, dass entweder die Phasenkorrekturparameter oder die Amplitudenkorrekturparameter Null sind oder nicht benötigt werden, diese Parameter dann nicht gesendet, um an der Anzahl der über die Kommunikationsverbindung zwischen jedem SCS 10 und TLP 12 übertragenen Bits zu sparen. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das drahtlose Ortungssystem ein festes Phasenkorrekturintervall für eine bestimmte Übertragung oder für alle Übertragungen eines bestimmten Luftschnittstellenprotokolls, oder für alle Übertragungen, die von einer bestimmten Art von drahtlosem Transmitter durchgeführt werden, verwenden. Dies kann zum Beispiel auf empirischen Daten basieren, die über einen gewissen Zeitraum von dem drahtlosen Ortungssystem gesammelt wurden und eine vernünftige Konsistenz beim Phasenrauschen zeigen, das bei verschiedenen Arten von Transmittern auftritt. In diesen Fällen kann das SCS 10 eventuell den Verarbeitungsschritt für die Bestimmung des passenden Phasenkorrekturintervalls einsparen.
  • Der Fachmann wird erkennen, dass es viele Wege gibt, das Phasenrauschen eines drahtlosen Transmitters zu messen. In einer Ausführungsform kann eine reine, rauschfreie, remodulierte Kopie des Signals, das an dem ersten SCS 10A empfangen wurde, von DSPs im SCS digital generiert werden, dann kann das empfangene Signal mit dem reinen Signal über jedes Phasenkorrekturintervall verglichen werden und die Phasendifferenz kann direkt gemessen werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Phasenkorrekturparameter als Negativ der Phasendifferenz über dieses Phasenkorrekturintervall berechnet. Die Anzahl von Bits, die erforderlich ist, um den Phasenkorrekturparameter darzustellen, schwankt mit der Größe des Phasenkorrekturparameters, und die Anzahl von Bits kann für jedes Phasenkorrekturintervall schwanken. Es wurde beobachtet, dass bei einigen Übertragungen zum Beispiel mehr Phasenrauschen zu einem früheren Zeitpunkt in der Übertragung auftritt und weniger Phasenrauschen in der Mitte oder später in der Übertragung.
  • Die stationsbasierte Verarbeitung ist am nützlichsten bei drahtlosen Transmittern, die relativ geringes Phasenrauschen aufweisen. Obwohl es für ihre jeweiligen Luftschnittstellenstandards nicht unbedingt erforderlich ist, weisen drahtlose Telefone, die TDMA-, CDMA- oder GSM-Protokolle verwenden, typischerweise geringeres Phasenrauschen auf. Mit zunehmendem Phasenrauschen eines drahtlosen Transmitters kann die Länge eines Phasenkorrekturintervalls abnehmen und/oder die Anzahl von Bits, die erforderlich ist, um die Phasenkorrekturparameter darzustellen, nimmt zu. Die stationsbasierte Verarbeitung ist nicht effektiv, wenn die Anzahl der Bits, die erforderlich ist, um die demodulierten Daten plus die Phasenkorrektur und die Amplitudenparameter darzustellen, einen vorbestimmten Anteil der Anzahl von Bits überschreitet, die erforderlich ist, um die zentralbasierte Verarbeitung durchzuführen. Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, für jede Übertragung, für die eine Ortung gewünscht wird, automatisch zu bestimmen, ob die Ortungsverarbeitung unter Verwendung der zentralbasierten Verarbeitung oder der stationsbasierten Verarbeitung durchgeführt wird. Die Schritte bei der Durchführung dieser Bestimmung sind nachfolgend beschrieben und in 7 gezeigt:
    ein drahtloser Transmitter beginnt eine Übertragung entweder auf einem Steuerkanal oder einem Sprachkanal (Schritt S80);
    die Übertragung wird an einem ersten SCS 10A empfangen (Schritt S81);
    die Übertragung wird in dem Empfänger, der mit jeder Antenne verbunden ist, in ein digitales Format umgewandelt (Schritt S82);
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt, ob die Ortungsverarbeitung für die Übertragung zu beginnen ist (Schritt S83);
    wenn es aktiviert wird, demoduliert ein erstes SCS 10A die Übertragung und bestimmt ein angemessenes Phasenkorrekturintervall und die Anzahl von Bits, die erforderlich ist, um die Phasenkorrektur- und die Amplitudenkorrekturparameter zu kodieren (Schritt S84);
    das erste SCS 10A bestimmt dann die Anzahl von Bits, die für die zentralbasierte Verarbeitung erforderlich ist;
    basierend auf der Anzahl von Bits, die für jedes der jeweiligen Verfahren erforderlich ist, bestimmt das SCS 10 oder der TLP 12, ob die zentralbasierte Verarbeitung oder die stationsbasierte Verarbeitung verwendet wird, um die Ortungsverarbeitung für diese Übertragung durchzuführen (Schritt 85).
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das drahtlose Ortungssystem für alle Übertragungen eines bestimm ten Luftschnittstellenprotokolls oder für alle Übertragungen, die von einer bestimmten Art von drahtlosem Transmitter durchgeführt werden, immer die zentralbasierte Verarbeitung oder die stationsbasierte Verarbeitung verwenden. Dies kann zum Beispiel auf empirischen Daten beruhen, die über einen gewissen Zeitraum von dem drahtlosen Ortungssystem gesammelt wurden und eine vernünftige Konsistenz hinsichtlich des Phasenrauschens zeigen, das bei verschiedenen Arten von Transmittern auftritt. In diesen Fällen kann dem SCS 10 und/oder dem TLP 12 der Verarbeitungsschritt der Bestimmung des angemessenen Verarbeitungsverfahrens erspart werden.
  • Eine weitere Verbesserung der vorliegenden Erfindung, die sowohl bei der zentralbasierten Verarbeitung als auch bei der stationsbasierten Verarbeitung verwendet wird, ist die Verwendung von Schwellenkriterien für die Einbeziehung von Basislinien in die endgültige Bestimmung der Lage und der Geschwindigkeit des drahtlosen Transmitters. Das drahtlose Ortungssystem berechnet für jede Basislinie eine Reihe von Parametern; diese umfassen den SCS-/Antennenport, der mit dem Referenz-SCS bzw. der Referenzantenne bei der Berechnung der Basislinie verwendet wird; den Spitzenwert, den Durchschnitt und die Varianz der Signalstärke der Übertragung, wie sie an dem SCS-/Antennenport empfangen wird, der an der Basislinie und über das für die Ortungsverarbeitung verwendete Intervall verwendet wird, den Korrelationswert von der Kreuzspektralkorrelation zwischen den SCS/Antennen, die bei der Basislinie und den Referenz-SCS/-Antennen verwendet werden, den Verzögerungswert für die Basislinie, die Mehrwegkorrekturparameter, die Restwerte, die nach den Mehrwegkorrekturberechnungen verbleiben, den Beitrag des SCS/der Antenne zu dem gewichteten GDOP in der endgültigen Ortungslösung, und eine Messung der Passqualität der Basislinie, wenn diese in die endgültige Ortungslösung einbezogen wird. Jede Basislinie wird in die endgültige Or tungslösung einbezogen, wenn sie die Schwellenkriterien für jeden der hier beschriebenen Parameter erfüllt oder übersteigt. Eine Basislinie kann von der Ortungslösung ausgeschlossen werden, wenn sie ein oder mehrere der Schwellenkriterien nicht erfüllt. Deshalb besteht häufig die Möglichkeit, dass die Anzahl der SCS/Antennen, die bei der endgültigen Ortungslösung tatsächlich verwendet werden, geringer ist als die in Betracht kommende Gesamtzahl.
  • Die früheren Patente Nr. 5 327 144 und 5 608 410 offenbaren ein Verfahren, durch das die Ortungsverarbeitung den Mindestquadratdifferenzwert (LSD = Least Square Difference) der folgenden Formel minimiert: LSD = [Q12(Verzögerung_T12 – Verzögerung_O12)2 + Q13(Verzögerung_T13 – Verzögerung_O13)2 + ... + QXY (Verzögerung_TXY – Verzögerung_OXY)2
  • Bei der vorliegenden Ausführung wurde diese Formel zu der folgenden Formel umgestellt, um den Ortungsverarbeitungscode effizienter zu machen: LSD = Σ (TDOA0i – τi + τ0)2 wi 2 für alle i = 1 bis N – 1wobei N = die Anzahl von SCS/Antennen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden;
    TDOA0i = TDOA zum i-ten Standort vom Referenzstandort 0;
    τi = theoretische Sichtlinienausbreitungszeit vom drahtlosen Transmitter zum i-ten Standort;
    wi = die theoretische Sichtlinienausbreitungszeit vom Transmitter zu der Referenz; und
    = die Gewichtung oder der Qualitätsfaktor, die auf die i-te Basislinie angewandt werden.
  • Bei der vorstehenden Ausführung verwendet das drahtlose Or tungssystem auch eine weitere alternative Form der Formel, die dazu beitragen kann, die Ortungslösungen zu bestimmen, wenn das Referenzsignal nicht sehr stark ist oder wenn es wahrscheinlich ist, dass unter Verwendung der vorherigen Form der Formel eine Überlagerung bestehen würde: LSD' = Σ(TDOA0i – τi)2 wi 2 – b2 Σ wi 2; für alle i = 0 bis N = 1wobei N = die Anzahl der SCS/Antennen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden;
    TDOA0i = TDOA zum i-ten Standort vom Referenzstandort 0;
    TDOA00 = wird als Null angenommen;
    = die theoretische Sichtlinienausbreitungszeit von dem drahtlosen Transmitter zum i-ten Standort;
    b = eine Überlagerung, die getrennt für jeden theoretischen Punkt berechnet wird, der die LSD' an diesem theoretischen Punkt minimiert; und
    = die Gewichtung oder der Qualitätsfaktor, die auf die i-te Basislinie angewandt werden.
  • Die LSD'-Form der Formel bietet ein leichteres Mittel, um eine Überlagerung bei Ortungslösungen an dem Referenzstandort zu entfernen, indem gleich dem Maximalwert der anderen Gewichtungen gemacht wird oder auf die Grundlage der relativen Signalstärke an dem Referenzstandort gestellt wird. Es ist festzuhalten, dass, wenn viel größer ist als die anderen Gewichtungen, b ungefähr gleich ist. Im Allgemeinen basieren die Gewichtungen oder Qualitätsfaktoren auf ähnlichen Kriterien wie den vorstehend für die Schwellenkriterien zum Einschluss von Basislinien erläuterten. Das heißt, die Ergebnisse der Kriterienberechnungen werden für Gewichtungen verwendet und wenn das Kriterium unter die Schwelle fällt, wird die Gewichtung auf Null festgelegt und es effektiv nicht in die Bestimmung der endgültigen Ortungslösung einbezogen.
  • Vorgang der Antennenauswahl für die Ortungsverarbeitung Frühere Erfindungen und Offenbarungen, wie die vorstehend angegebenen, haben Verfahren beschrieben, bei denen ein(e) erste(r), zweite(r) oder vielleicht dritte(r) Antennestandort, Funkzellen-Standort oder Basisstation erforderlich ist, um die Ortung zu bestimmen. Patent Nr. 5 608 410 offenbart darüber hinaus das Dynamische Auswahlsubsystem (DSS = Dynamic Selection Subsystem), das für die Bestimmung, welche Datenrahmen von welchem Antennestandort verwendet werden, um die Ortung eines ansprechenden Transmitters zu berechnen, verwendet wird. Wenn bei dem DSS Datenrahmen von einer über der Schwelle liegenden Anzahl von Standorten empfangen werden, bestimmt das DSS, welche Kandidaten eingeschlossen oder ausgeschlossen werden und organisiert dann dynamisch Datenrahmen für die Ortungsverarbeitung. Das DSS bevorzugt, mehr als die Mindestzahl von Antennenstandorten zu verwenden, so dass die Lösung überbestimmt ist. Darüber hinaus stellt das DSS sicher, dass alle Übertragungen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, von demselben Transmitter und derselben Übertragung empfangen wurden.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der früheren Erfindungen wiesen jedoch einige Einschränkungen auf. Zuerst wird entweder nur eine Antenne pro Antennenstandort (oder ein Funkzellen-Standort) verwendet, oder die Daten von zwei oder vier Diversity-Antennen wurden vor der Übertragung an den Zentral-Standort zuerst an dem Antennenstandort (oder Funkzellen-Standort) kombiniert. Darüber hinaus sendeten alle Antennenstandorte, die die Übertragung empfingen, Datenrahmen an den Zentral-Standort, sogar dann, wenn das DSS die Datenrahmen später nicht verwendete. Somit bestand die Möglichkeit, dass ein gewisses Maß der Kommunikationsbandbreite verschwendet wurde, indem Daten gesendet wurden, die nicht genutzt wurden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestimmt, dass, während mindestens zwei oder drei Standorte erforderlich sind, um die Ortung zu bestimmen, die tatsächliche Auswahl von Antennen und SCS 10, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, eine beträchtliche Wirkung auf die Ergebnisse der Ortungsverarbeitung haben kann. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Mittel einzuschließen, um mehr als eine Antenne an jedem SCS 10 bei der Ortungsverarbeitung zu verwenden. Der Grund für die unabhängige Verwendung von Daten von mehreren Antennen an einem Funkzellen-Standort bei der Ortungsverarbeitung besteht darin, dass das Signal, das an jeder Antenne empfangen wird, eindeutig durch Mehrwegausbreitung, Fading oder andere Störungen beeinträchtigt wird. Dem Fachmann ist hinreichend bekannt, dass, wenn zwei Antennen auf eine Distanz von mehr als einer Wellenlänge getrennt werden, jede Antenne das Signal auf einem unabhängigen Weg erhält. Deshalb gibt es häufig zusätzliche und eindeutige Informationen, die über die Ortung des drahtlosen Transmitters durch die Verwendung mehrerer Antennen erhalten werden, und die Fähigkeit des drahtlosen Ortungssystems, Mehrwegkorrekturen vorzunehmen, wird entsprechend verbessert.
  • Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Nutzung von Signalen, die von mehr als einer Antenne an einem SCS 10 empfangen werden, bei der Ortungsverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres Ziel besteht darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um den dynamischen Prozess zu verbessern, der verwendet wird, um die kooperierenden Antennen und SCS 10, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, auszuwählen. Das erste Ziel wird erreicht, indem innerhalb des SCS 10 Mittel zur Verfügung gestellt werden, um ein beliebiges Segment der Daten auszuwählen und zu nutzen, die von einer beliebigen Anzahl von Anten nen an einem SCS bei der Ortungsverarbeitung gesammelt wurden. Wie bereits beschrieben, ist jede Antenne an einem Funkzellen-Standort mit einem Empfänger innerhalb des SCS 10 verbunden. Jeder Empfänger wandelt von der Antenne empfangene Signale in eine digitale Form um und speichert die digitalisierten Signale dann temporär in einem Speicher im Empfänger. Der TLP 12 wurde mit Mitteln ausgestattet, um ein beliebiges SCS 10 so anzuweisen, dass es Datensegmente aus dem temporären Speicher eines beliebigen Empfängers entnimmt und die Daten für die Verwendung bei der Ortungsverarbeitung zur Verfügung stellt. Das zweite Ziel wird erreicht, indem Mittel innerhalb des drahtlosen Ortungssystems zur Verfügung gestellt werden, um eine große Anzahl von Antennen für den Empfang der Übertragung, die das drahtlose Ortungssystem orten möchte, zu überwachen, und dann einen kleineren Satz von Antennen für die Verwendung bei der Ortungsverarbeitung auszuwählen, und zwar basierend auf einem vorbestimmten Satz von Parametern. Ein Beispiel dieses Auswahlvorgangs ist durch das Flussdiagramm in 8 dargestellt:
    ein drahtloser Transmitter beginnt eine Übertragung entweder auf einem Steuerkanal oder einem Sprachkanal (Schritt S90);
    die Übertragung wird an mehreren Antennen und an mehreren SCS 10 in dem drahtlosen Ortungssystem empfangen (Schritt S91);
    die Übertragung wird in dem Empfänger, der mit jeder Antenne verbunden ist, in ein digitales Format umgewandelt (Schritt S92);
    die digitalen Daten werden in einem Speicher in jedem SCS 10 gespeichert (Schritt S93);
    die Übertragung wird an mindestens einem SCS 10A demoduliert und die Nummer des Kanals, auf dem die Übertragung stattfand, sowie der Funkzellen-Standort und der Sektor, die den drahtlosen Transmitter versorgen, werden bestimmt (Schritt S94);
    basierend auf dem versorgenden Funkzellen-Standort und Sektor wird ein SCS 10A als das „primäre" SCS 10 für die Verarbeitung dieser Übertragung bestimmt (Schritt S95);
    das primäre SCS 10A bestimmt einen Zeitstempel, der den demodulierten Daten zugeordnet ist (Schritt S96);
    das drahtlose Ortungssystem bestimmt, ob die Ortungsverarbeitung für die Übertragung zu beginnen ist (S97);
    wenn die Ortungsverarbeitung aktiviert wird, bestimmt das drahtlose Ortungssystem eine Kandidatenliste von SCS 10 und Antennen, die bei der Ortungsverarbeitung zu verwenden sind (Schritt S98);
    jedes Kandidaten-SCS/jede Kandidaten-Antenne misst und übermittelt mehrere Parameter in der Kanalnummer der Übertragungen und zum Zeitpunkt des Zeitstempels, der vom ersten SCS 10A bestimmt wurde (Schritt S99);
    das drahtlose Ortungssystem weist die Kandidaten-SCS/die Kandidaten-Antennen an, festgelegte Kriterien zu verwenden, und wählt ein Referenz-SCS/eine Referenzantenne und eine Verarbeitungsliste von SCS/Antennen aus, die bei der Ortungsverarbeitung zu verwenden sind, (Schritt S100); und
    das drahtlose Ortungssystem fährt mit der Ortungsverarbeitung wie bereits beschrieben fort, und zwar unter Verwendung von Daten der Verarbeitungsliste der SCS/Antennen (Schritt S101).
  • Auswahl primärer SCS/Antennen
  • Der Vorgang der Auswahl des „primären" SCS/der „primären" Antenne ist entscheidend, da die Kandidatenliste von SCS 10 und Antennen 10-1 teilweise basierend auf der Bezeichnung des primären SCS/der primären Antenne bestimmt wird. Wenn ein drahtloser Transmitter eine Übertragung auf einem bestimmten HF- Kanal durchführt, kann die Übertragung sich häufig über viele Meilen ausbreiten, bevor das Signal unter ein Niveau abgeschwächt wird, an dem es demoduliert werden kann. Deshalb gibt es häufig viele SCS/Antennen, die in der Lage sind, das Signal zu demodulieren. Dies tritt vor allem in städtischen Gebieten und Vororten auf, in denen das Frequenz-Wiederverwendungsmuster vieler drahtloser Kommunikationssysteme ziemlich dicht sein kann. Zum Beispiel haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung aufgrund der höheren Nutzrate drahtloser Systeme und der dichten Anordnung von Funkzellen-Standorten, drahtlose Kommunikationssysteme getestet, bei denen derselbe HF-Steuerkanal und ein digitaler Farbcode bei Funkzellen-Standorten verwendet wurden, die etwa eine Meile voneinander entfernt lagen. Da das drahtlose Ortungssystem diese Übertragungen unabhängig demoduliert, kann das drahtlose Ortungssystem dieselbe Übertragung häufig an zwei, drei oder mehr separaten SCS/Antennen demodulieren. Das drahtlose Ortungssystem erfasst, dass dieselbe Übertragung mehrere Male an mehreren SCS/Antennen demoduliert wurde, wenn das drahtlose Ortungssystem mehrere demodulierte Datenrahmen empfängt, die von verschiedenen SCS/Antennen gesendet wurden, jeweils mit einer Anzahl von Bitfehlern unter eine vorbestimmten Bitfehlerschwelle und mit einem Wert der demodulierten Daten innerhalb einer akzeptablen Grenze von Bitfehlern, und alle innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls auftretend.
  • Wenn das drahtlose Ortungssystem demodulierte Daten von mehreren SCS/Antennen erfasst, untersucht es die folgenden Parameter, um zu bestimmen, welches SCS/welche Antenne als primäres SCS bestimmt werden soll: durchschnittlicher Rauschabstand über das Übertragungsintervall, das für die Ortungsverarbeitung verwendet wird, die Varianz des Rauschabstands über dasselbe Intervall, die Korrelation des Beginns der empfangenen Übertragung gegen einen reinen Vorläufer (d. h. bei AMPS der Dotting- und Barkercode), die Anzahl von Bitfehlern in den demodulierten Daten, und die Größe und die Rate der Veränderung des Rauschabstands von kurz vor dem Einsetzen der Übertragung bis zum Einsetzen der Übertragung, sowie andere ähnliche Parameter. Der durchschnittliche Rauschabstand wird typischerweise an jedem SCS/jeder Antenne entweder über die gesamte Länge der Übertragung, die für die Ortungsverarbeitung verwendet werden soll, bestimmt, oder über ein kürzeres Intervall. Der durchschnittlich Rauschabstand über das kürzere Intervall kann bestimmt werden, indem eine Korrelation mit der Dotting-Sequenz und/oder dem Barkercode und/oder einem Synchronisierungswort durchgeführt wird, und zwar abhängig von dem bestimmten Luftschnittstellenprotokoll und über eine kurze Zeitspanne vor, während und nach dem Zeitstempel, der von jedem SCS 10 angegeben wird. Die Zeitspanne kann zum Beispiel typischerweise +/– 200 Mikrosekunden ab Zeitstempel betragen. Das drahtlose Ortungssystem weist die SCS/Antennen im Algemeinen unter Verwendung der folgenden Kriterien an, von denen jedes gewichtet (mit einem angemessenen Faktor multipliziert) werden kann, wenn die Kriterien kombiniert werden, um die endgültige Entscheidung zu bestimmen: SCS/Antennen mit eine geringeren Anzahl von Bitfehlern werden SCS/Antennen mit einer höheren Anzahl von Bitfehlern vorgezogen, der durchschnittliche Rauschabstand für ein bestimmtes SCS/eine bestimmte Antenne muss größer sein als eine vorbestimmte Schwelle, um als primär bezeichnet zu werden; SCS/Antennen mit einem höheren durchschnittlichen Rauschabstand werden denen mit einem niedrigeren durchschnittlichen Rauschabstand vorgezogen; SCS/Antennen mit einer geringeren Varianz des Rauschabstands werden denen mit einer höheren Varianz des Rauschabstands vorgezogen; und SCS/Antennen mit einer schnelleren Rauschabstands-Veränderungsrate beim Einsetzen der Übertragung werden denen mit einer langsameren Veränderungsrate vorgezogen. Die Gewichtung, mit der jedes dieser Kriterien belegt wird, kann durch den Bediener des drahtlosen Ortungssystems so angepasst werden, dass sie dem besonderen Aufbau eines jeden Systems entspricht.
  • Die Kandidatenlisten der SCS 10 und Antennen 10-1 werden unter Verwendung eines vorbestimmten Kriteriensatzes ausgewählt, der zum Beispiel auf Kenntnisse bezüglich der Funkzellen-Standorte, der Antennenarten an den Funkzellen-Standorten, der Geometrie der Antennen und eines Gewichtungsfaktors, der bestimmte Antennen mehr gewichtet als andere, beruht. Der Gewichtungsfaktor berücksichtigt Kenntnisse hinsichtlich des Terrains, in dem das drahtlose Ortungssystem betrieben wird, empirische Daten der Vergangenheit bezüglich des Beitrags, den jede Antenne zu guten Ortungsbestimmungen geleistet hat, und andere Faktoren, die für jede verschiedene Installation eines drahtlosen Ortungssystems spezifisch sein können. Bei einer Ausführungsform kann das drahtlose Ortungssystem zum Beispiel wählen, dass die Kandidatenliste alle SCS 10 bis zu einer maximalen Anzahl von Standorten (Max_Anzahl_Standorte) enthält, die näher als ein vorbestimmter maximaler Radius am primären Standort liegen (Max_Radius_vom_Primärstandort). Zum Beispiel kann in städtischen Gebieten oder Vororten, in denen es eine große Anzahl von Funkzellen-Standorten geben kann, die Max_Anzahl_Standorte auf neunzehn beschränkt werden. Neunzehn Standorte würden den primären Standort, den ersten Ring von sechs Standorten, die den primären Standort umgeben (wenn man von einer klassischen hexagonalen Verteilung der Funkzellen-Standorte ausgeht), und den nächsten Ring von zwölf Standorten, die den ersten Ring umgeben, umfassen. Dies ist in 9 dargestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform in einem Vorortgebiet oder einem ländlichen Gebiet kann Max_Radius_vom_Primärstandort auf 40 Meilen festgelegt werden, um sicherzustellen, dass der größtmögliche Satz von Kandidaten-SCS/-Antennen zur Verfügung steht. Das drahtlose Ortungs system ist mit Mitteln ausgestattet, um die Gesamtzahl der Kandidaten-SCS 10 auf eine maximale Anzahl (Max_ Anzahl_ Kandidaten) zu beschränken, obwohl möglich sein kann, dass jedes Kandidaten-SCS aus seinen verfügbaren Antennen den besten Port auswählt. Dies beschränkt die maximale Zeit, die von dem drahtlosen Ortungssystem benötigt wird, um eine bestimmte Ortung zu verarbeiten. Max_Anzahl_Kandidaten kann auf 32 festgelegt werden, was bedeutet, dass bei einem typischen drahtlosen Kommunikationssystem mit drei Sektoren mit einer Diversität insgesamt bis zu 32·6 = 192 Antennen für die Ortungsverarbeitung einer bestimmten Übertragung in Frage kommen könnten. Um die Zeit, die für die Verarbeitung einer bestimmten Ortung verwendet wird, zu begrenzen, ist das drahtlose Ortungssystem mit Mitteln ausgestattet, um die Anzahl von Antennen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, auf Max_Anzahl_prozessgebundene_Antennen zu begrenzen. Max_Anzahl_prozessgebundene_Antennen ist im Allgemeinen kleiner als Max Anzahl Kandidaten, und ist typischerweise auf 16 festgelegt.
  • Während das drahtlose Ortungssystem mit der Fähigkeit ausgestattet ist, dynamisch die Kandidatenliste der SCS 10 und Antennen zu bestimmen, und zwar basierend auf dem vorstehend beschriebenen vorbestimmten Kriteriensatz, kann das drahtlose Ortungssystem auch eine feste Kandidatenliste in einer Tabelle speichern. Somit verfügt das drahtlose Ortungssystem für jeden Funkzellen-Standort und Sektor in dem drahtlosen Kommunikationssystem über eine separate Tabelle, die die Kandidatenliste der SCS 10 und Antennen 10-1 definiert, die verwendet werden sollen, wann immer ein drahtloser Transmitter eine Übertragung an diesem Funkzellen-Standort und Sektor beginnt. Statt jedes Mal, wenn eine Ortungsanfrage aktiviert wird, die Kandidaten-SCS/Kandidaten-Antennen dynamisch auszuwählen, liest das drahtlose Ortungssystem die Kandidatenliste direkt aus der Tabelle aus, wenn die Ortungsverarbeitung begonnen wird.
  • Im Allgemeinen wird eine große Anzahl von Kandidaten-SCS 10 ausgewählt, um dem drahtlosen Ortungssystem genügend Möglichkeiten und Fähigkeiten zur Verfügung zu stellen, zu messen und eine Mehrwegkorrektur vorzunehmen. Bei jeder bestimmten Übertragung können eine oder mehrere bestimmte Antennen an einem oder mehreren SCS 10 Signale empfangen, die in unterschiedlichem Ausmaß von einer Mehrwegausbreitung betroffen waren. Deshalb ist es vorteilhaft, dieses Mittel innerhalb des drahtlosen Ortungssystems zur Verfügung zu stellen, um dynamisch einen Satz von Antennen auszuwählen, die weniger Mehrwegausbreitung empfangen haben als andere Antennen. Das drahtlose Ortungssystem verwendet verschiedene Verfahren, um eine möglichst umfangreiche Mehrwegkorrektur eines jeden empfangenen Signals vorzunehmen; es ist jedoch häufig klug, einen Satz von Antennen zu wählen, die den geringsten Betrag der Mehrwegausbreitung enthalten.
  • Auswahl von Referenz- und Kooperations-SCS/-Antennen
  • Bei der Auswahl des Satzes von SCS/Antennen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden sollen, ordert das drahtlose Ortungssystem die Kandidaten-SCS/Kandidaten-Antennen unter Verwendung verschiedener Kriterien, zum Beispiel einschließlich: durchschnittlicher Rauschabstand über das Übertragungsintervall, das für die Ortungsverarbeitung verwendet wird; Varianz des Rauschabstands über dasselbe Intervall, Korrelation des Beginns der empfangenen Übertragung gegen einen reinen Vorläufer (d. h. für AMPS den Dotting- und Barkercode) und/oder demodulierte Daten von dem primären SCS/der primären Antenne, die Zeit des Einsetzens der Übertragung relativ zu dem berichteten Einsetzen an dem SCS/an der Antenne, an denen die Übertragung demoduliert wurde, und die Größe und Rate der Veränderung des Rauschabstands von kurz vor dem Einsetzen der Über tragung bis zum Einsetzen der Übertragung, sowie andere ähnliche Parameter. Der durchschnittliche Rauschabstand wird typischerweise an jedem SCS und für jede Antenne in der Kandidatenliste entweder über die gesamte Länge der Übertragung, die für die Ortungsverarbeitung verwendet wird, bestimmt, oder über ein kürzeres Intervall. Der durchschnittliche Rauschabstand über das kürzere Intervall kann bestimmt werden, indem eine Korrelierung mit der Dotting-Sequenz und/oder dem Barkercode und/oder dem Synchronisierungswort durchgeführt wird, und zwar abhängig von dem bestimmten Luftschnittstellenprotokoll und über eine kurze Zeitspanne vor, während und nach dem Zeitstempel, der von dem primären SCS 10 angegeben wird. Die Zeitspanne kann zum Beispiel typischerweise +/–200 Mikrosekunden ab Zeitstempel sein. Das drahtlose Ortungssystem weist die Kandidaten/SCS-Antenne im Allgemeinen unter Verwendung folgender Kriterien an, von denen jedes gewichtet werden kann, wenn die Kriterien kombiniert werden, um die endgültige Entscheidung zu bestimmen: der durchschnittliche Rauschabstand für ein bestimmtes SCS/eine bestimmte Antenne muss größer als eine vorbestimmte Schwelle sein, um bei der Ortungsverarbeitung verwendet zu werden; SCS/Antennen mit einem höheren durchschnittlichen Rauschabstand werden gegenüber denen mit einem niedrigeren Rauschabstand bevorzugt; SCS/Antennen mit einer niedrigeren Varianz des Rauschabstand werden gegenüber denen mit einer höheren Varianz des Rauschabstands bevorzugt; SCS/Antennen mit einem Einsetzen, das dem Einsetzen, das von dem demodulierenden SCS/der demodulierenden Antenne berichtet wird, näher liegt, werden gegenüber denen bevorzugt, deren Einsetzen zeitlich weiter entfernt liegt; SCS/Antennen mit einer schnelleren Änderungsrate des Rauschabstands werden gegenüber denen mit einer langsameren Änderungsrate vorgezogen; SCS/Antennen mit niedrigerem gewichteten Inkrement-GDOP werden gegenüber denen mit höherem gewichteten Inkrement-GDOP bevorzugt, bei denen die Gewichtung auf einem geschätzten Wegver lust von dem primären SCS beruht. Die Gewichtung, die bei jeder dieser Präferenzen angewandt wird, kann durch den Bediener des drahtlosen Ortungssystems so angepasst werden, dass sie dem besonderen Aufbau eines jeden Systems entspricht. Die Anzahl der unterschiedlichen SCS 10, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, wird bis zu einer vorbestimmten Grenze maximiert; die Anzahl der Antennen, die an jedem SCS 10 verwendet wird, ist auf eine vorbestimmte Grenze beschränkt; und die Gesamtzahl der SCS/Antennen, die verwendet werden, ist auf Max_Anzahl_prozessgebundene_Antennen beschränkt. Das SCS/die Antenne mit der höchsten Bewertung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird als Referenz-SCS/Referenz-Antenne für die Ortungsverarbeitung bestimmt.
  • Auswahl des besten Ports innerhalb eines SCS 10
  • Häufig umfassen die SCS/Antennen in der Kandidatenliste oder in der Liste, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden soll, nur eine oder zwei Antennen an einem bestimmten SCS 10. In diesen Fällen kann das drahtlose Ortungssystem dem SCS 10 erlauben, den „besten Port" aus allen oder einigen der Antennen an dem bestimmten SCS 10 zu wählen. Wenn das drahtlose Ortungssystem zum Beispiel wählt, nur eine Antenne an einem ersten SCS 10 zu verwenden, kann das erste SCS 10 den besten Antennenport aus den typischen sechs Antennenports wählen, die mit diesem SCS 10 verbunden sind, oder es kann den besten Antennenport aus den beiden Antennenports von nur einem Sektor des Funkzellen-Standorts wählen. Der beste Antennenport wird gewählt, indem dasselbe Verfahren verwendet wird und indem dieselben Parameter wie vorstehend beschrieben verwendet werden, um den Satz von SCS/Antennen zu wählen, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden sollen; mit der Ausnahme, dass alle der Antennen, die als bester Port in Frage kommen, sich in demselben SCS 10 befinden. Bei dem Vergleich der Antennen für den besten Port kann das SCS 10 das empfangene Sig nal auch optional in Segmente unterteilen und dann den Rauschabstand separat in jedem Segment des empfangenen Signals messen. Dann kann das SCS 10 optional den besten Antennenport mit dem höchsten Rauschabstand auswählen, indem es entweder (i) den Antennenport mit den meisten Segmenten mit dem höchsten Rauschabstand verwendet, (ii) den Durchschnitt der Rauschabstände in allen Segmenten bildet und den Antennenport mit dem höchsten durchschnittlichen Rauschabstand wählt, oder (iii) den Antennenport mit dem höchsten Rauschabstand in irgendeinem Segment verwendet.
  • Erfassung und Ausheilung von Kollisionen
  • Da das drahtlose Ortungssystem bei der Ortungsverarbeitung Daten von vielen SCS/Antennenports verwendet, besteht die Möglichkeit, dass das empfangene Signal an einem oder mehreren bestimmten SCS/Antennenports Energie enthält, die eine Gleichkanal-Interferenz von einem anderen drahtlosen Transmitter darstellt (d. h. es hat eine teilweise oder vollständige Kollision zwischen zwei separaten drahtlosen Übertragungen stattgefunden). Es besteht auch eine begründete Wahrscheinlichkeit, dass die Gleichkanal-Interferenz einen viel höheren Rauschabstand aufweist als das Signal von dem drahtlosen Ziel-Transmitter, und, wenn sie von dem drahtlosen Ortungssystem nicht erfasst wird, kann die Gleichkanal-Interferenz zu einer inkorrekten Wahl des besten Antennenports an einem SCS 10, einem Referenz-SCS/einer Referenzantenne, einem Kandidaten-SCS/einer Kandidaten-Antenne oder einem SCS/einer Antenne, die bei der Ortungsverarbeitung verwendet werden, führen. Die Gleichkanal-Interferenz kann auch zu schlechten TDOA- und FDOA-Ergebnissen führen, was zum Misslingen der Ortungsverarbeitung oder einer schlechten Ortungsverarbeitung führt. Die Wahrscheinlichkeit einer Kollision nimmt mit der Dichte der Funkzellen-Standorte in dem drahtlose Kommunikationssystem, das als Host dient, zu, insbesondere in den dichten Gebieten der Vororte oder ländlichen Gebieten, in denen die Frequenzen häufig wieder verwendet werden und von den Teilnehmern viele drahtlose Geräte verwendet werden.
  • Deshalb umfasst das drahtlose Ortungssystem Mittel zu Erfassung und zur Ausheilung von den vorstehend beschriebenen Arten von Kollisionen. Zum Beispiel bestimmt das drahtlose Ortungssystem bei dem Vorgang der Auswahl eines besten Ports, des Referenz-SCS/der Referenzantenne oder des Kandidaten-SCS/der Kandidatenantenne den durchschnittlichen Rauschabstand des empfangenen Signals und die Varianz des Rauschabstands über das Intervall der Übertragung; wenn die Varianz des Rauschabstands über einer vorbestimmten Schwelle liegt, bestimmt das drahtlose Ortungssystem die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer Kollision gekommen ist. Wenn das Signal, das an einem SCS/einer Antenne empfangen wird, seinen Rauschabstand in einem einzigen Schritt erhöht oder verringert hat, und zwar um einen Betrag, der größer als eine vorbestimmte Schwelle ist, geht das drahtlose Ortungssystem von der Wahrscheinlichkeit aus, dass es zu einer Kollision gekommen ist. Wenn des Weiteren der durchschnittliche Rauschabstand des Signals, das an einem entfernten SCS empfangen wird, größer ist als der durchschnittliche Rauschabstand, der anhand eines Ausbreitungsmodells vorausgesagt wird, mit der Vorgabe des Funkzellen-Standorts, an dem der drahtlose Transmitter seine Übertragung begann und den bekannten Signalstärken der Übertragung und den Antennenmustern des Transmitters sowie der Empfängerantennen, bestimmt das drahtlose Ortungssystem eine Wahrscheinlichkeit dahingehend, dass es zu einer Kollision gekommen ist. Wenn die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer Kollision gekommen ist, über einer vorbestimmten Schwelle liegt, führt das drahtlose Ortungssystem die nachstehend beschriebene weitere Verarbeitung durch, um zu verifizieren, ob und in welchem Ausmaß eine Kollision das empfangene Signal an einem SCS/einer Antenne beeinträchtigt haben könnte. Der Vorteil des Bestimmens von Wahrscheinlichkeiten liegt in der Verringerung oder Eliminierung einer zusätzlichen Verarbeitung für einen Großteil der Übertragungen, bei denen es zu keinen Kollisionen kam. Es ist festzuhalten, dass die Schwellenniveaus, die zugeordneten Wahrscheinlichkeiten und andere Einzelheiten des Vorgangs der Kollisionserfassung und der Ausheilung, die hier beschrieben werden, konfigurierbar sind; d. h. sie sind wählbar basierend auf einer bestimmten Anwendung, einer bestimmten Umgebung, bestimmten Systemvariablen, etc, die ihre Auswahl betreffen würden.
  • Bei empfangenen Übertragungen an einem SCS/einer Antenne, bei denen die Wahrscheinlichkeit einer Kollision über der vorbestimmten Schwelle liegt, und vor der Verwendung von HF-Daten eines bestimmten Antennenports bei der Bestimmung eines Referenz-SCS/einer Referenzantenne, der Bestimmung des besten Ports oder der Ortungsverarbeitung, verifiziert das drahtlose Ortungssystem vorzugsweise, dass die HF-Daten von jedem Antennenport von dem richtigen drahtlose Transmitter stammen. Diese Bestimmung erfolgt zum Beispiel durch die Demodulation von Segmenten des empfangenen Signals, um zum Beispiel zu verifizieren, dass die MIN, MSID oder andere Indentifikationsinformationen korrekt sind oder dass die gewählten Zahlen oder andere Nachrichteneigenschaften mit denen übereinstimmen, die von dem SCS/der Antenne empfangen wurden, die anfänglich die Übertragung demodulierte. Das drahtlose Ortungssystem kann auch ein kurzes Segment des empfangenen Signals an einem Antennenport mit dem Signal, das an dem primären SCS 10 empfangen wurde, korrelieren, um zu verifizieren, dass das Korrelationsergebnis über einer bestimmen Schwelle liegt. Wenn das drahtlose Ortungssystem erfasst, dass die Varianz des Rauschabstands über die gesamte Länge der Übertragung über einer vorbestimmten Schwelle liegt, kann das drahtlose Or tungssystem die Übertragung in Segmente unterteilen und jedes Segment wie hier beschrieben testen, um zu bestimmen, ob die Energie in diesem Segment primär von dem Signal des drahtlosen Transmitters stammt, für den die Ortungsverarbeitung gewählt wurde, oder von einem störenden Transmitter.
  • Das drahtlose Ortungssystem kann wählen, die HF-Daten von einem bestimmten SCS/einer bestimmten Antenne bei der Ortungsverarbeitung zu verwenden, sogar, wenn das drahtlose Ortungssystem erfasst hat, dass es zu einer teilweisen Kollision an diesem SCS/dieser Antenne gekommen ist. In diesen Fällen verwendet das SCS 10 die vorstehend beschriebenen Mittel, um den Abschnitt der empfangenen Übertragung zu identifizieren, der ein Signal von dem drahtlosen Transmitter darstellt, für den die Ortungsverarbeitung gewählt wurde, und den Abschnitt der empfangenen Übertragung, der eine Gleichkanal-Interferenz enthält. Das drahtlose Ortungssystem kann das SCS 10 anweisen, nur ausgewählte Segmente der empfangenen Übertragung zu senden oder zu verwenden, die keine Gleichkanal-Interferenz enthalten. Bei der Bestimmung der TDOA und FDOA für eine Basislinie unter Verwendung nur von ausgewählten Segmenten von einem SCS/einer Antenne, verwendet das drahtlose Ortungssystem nur die entsprechenden Segmente der Übertragung, wie sie an dem Referenz-SCS/der Referenzantenne empfangen werden. Das drahtlose Ortungssystem kann damit fortfahren, alle Segmente für Basislinien verwenden, bei denen keine Kollisionen erfasst wurden. In vielen Fällen ist das drahtlose Ortungssystem auch in der Lage, die Ortungsverarbeitung abzuschließen und einen akzeptablen Ortungsfehler zu erreichen, indem nur ein Abschnitt der Übertragung verwendet wird. Diese Fähigkeit der Erfindung, die passende Teilmenge der empfangenen Übertragung zu wählen und die Ortungsverarbeitung auf einer segmentweisen Basis durchzuführen, ermöglicht, dass das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung in Fällen, die unter Verwendung früherer Verfahren scheitern hätten können, erfolgreich abschließt.
  • Ortungsverarbeitung mit mehreren Durchgängen
  • Bei bestimmten Anwendungen kann eine sehr schnelle Bestimmung der allgemeinen Lage eines drahtlosen Transmitters, gefolgt von einer genaueren Bestimmung der Lage, die danach gesendet werden kann, erforderlich sein. Dies kann zum Beispiel bei E9-1-1-Systemen wertvoll sein, die mit drahtlosen Anrufen arbeiten und sehr schnell Anruf-Routing-Entscheidungen treffen müssen, aber ein wenig länger warten können, bis eine genauere Ortung auf dem elektronischen Kartenterminal des Anrufers, der E9-1-1 genutzt hat, erscheint. Das drahtlose Ortungssystem unterstützt diese Anwendungen mit einem erfindungsgemäßen Ortungsverarbeitungsmodus mit mehren Durchgängen.
  • In vielen Fällen wird die Genauigkeit der Ortung verbessert, indem längere Segmente der Übertragung verwendet werden und indem der Verarbeitungsgewinn durch längere Integrationsintervalle erhöht wird. Länger Segmente der Übertragung erfordern jedoch längere Verarbeitungszeiträume in den SCS 10 und TLP 12, sowie längere Zeiträume für die Übertragung der HF-Daten über die Kommunikationsschnittstelle von dem SCS 10 zu dem TLP12. Deshalb umfasst das drahtlose Ortungssystem Mittel, um die Übertragungen zu identifizieren, die eine schnelle, aber grobe Bestimmung der Lage erfordern, gefolgt von einer ausführlicheren Ortungsverarbeitung, die eine bessere Ortungsbestimmung ergibt. Die Tabelle vorrangiger Signale umfasst einen Setzmerker für jedes vorrangige Signal, das einen Ansatz der Ortung mit mehreren Durchgängen erfordert. Dieser Setzmerker legt den maximalen Betrag von Zeit fest, die von der anfordernden Ortungsanwendung für die Sendung der ersten Bestimmung zugestanden wird, sowie den maximalen Betrag der Zeit, die von der anfordernden Ortungsanwendung für die Sendung der endgül tigen Ortungsbestimmung zugestanden wird. Das drahtlose Ortungssystem führt die grobe Ortungsbestimmung durch, indem sie eine Teilmenge der Übertragung auswählt, für die die Ortungsverarbeitung durchgeführt werden soll. Das drahtlose Ortungssystem kann zum Beispiel das Segment wählen, das an dem primären SCS/der primären Antenne mit dem höchsten durchschnittlichen Rauschabstand identifiziert wurde. Nachdem die grobe Ortungsbestimmung unter Verwendung der bereits beschriebenen Verfahren, jedoch nur mit einer Teilmenge der Übertragung, bestimmt wurde, leitet der TLP 12 die Ortungsbestimmung an den AP 14 weiter, der dann die grobe Bestimmung an die anfordernde Anwendung mit einem Setzmerker weiterleitet, der darauf hinweist, dass es sich nur um eine grobe Bestimmung handelt. Das drahtlose Ortungssystem führt dann seine Standard-Ortungsverarbeitung unter Verwendung aller bereits erwähnter Verfahren durch und leitet diese Ortungsbestimmung mit einem Setzmerker, der den endgültigen Status dieser Ortungsbestimmung anzeigt, weiter. Das drahtlose Ortungssystem kann die grobe Ortungsbestimmung und die endgültige Ortungsbestimmung sequentiell auf demselben DSP in einem TLP 12 durchführen, oder kann die Ortungsverarbeitung parallel auf verschiedenen DSP durchführen. Die parallele Verarbeitung kann erforderlich sein, um die maximalen Zeitanforderungen der anfordernden Ortungsanwendungen zu erfüllen. Das drahtlose Ortungssystem unterstützt verschiedene Maximalzeitanforderungen von verschiedenen Ortungsanwendungen für denselben drahtlosen Transmitter.
  • TDOA mit sehr kurzer Basislinie
  • Das drahtlose Ortungssystem ist darauf ausgelegt, in städtischen Gebieten, Vorstädten und ländlichen Gebieten betrieben zu werden. In ländlichen Gebieten, in denen nicht genügend Funkzellen-Standorte von einem einzigen Funknetzbetreiber zur Verfügung stehen, kann das drahtlose Ortungssystem mit SCS 10 verwendet werden, die sich an den Funkzellen-Standorten ande rer Betreiber oder anderer Arten von Masten befinden, einschließlich AM- oder FM-Funkstationen, Paging- und anderen drahtlosen Zweiwege-Masten. In diesen Fällen kann das drahtlose Ortungssystem, anstatt die existierenden Antennen des Funknetzbetreibers gemeinsam zu nutzen, die Installation geeigneter Antennen, Filter und rauscharmer Verstärkern erfordern, um mit dem Frequenzband des drahtlosen Transmitters von Interesse, der geortet werden soll, überein zu stimmen. Zum Beispiel kann für einen Masten einer AM-Funkstation das Hinzufügen von 800 MHz-Antennen erforderlich sein, um Transmitter zu orten, die im Mobilfunkband senden. Es kann jedoch Fälle geben, in deinen keinerlei zusätzliche Masten zu einem angemessenen Preis verfügbar sind und das drahtlose Ortungssystem auf nur wenigen Masten des Funknetzbetreibers eingesetzt werden muss. In diesen Fällen unterstützt das drahtlose Ortungssystem einen Antennenmodus, der als TDOA mit sehr kurzer Basislinie bekannt ist. Dieser Antennemodus wird aktiv, wenn zusätzliche Antennen an einem einzelnen Funkzellen-Standort-Mast installiert werden, wobei die Antennen mit einem Abstand von weniger als einer Wellenlänge angeordnet werden. Dies kann die Ergänzung von nur einer Antenne pro Funkzellen-Standort erforderlich machen, so dass das drahtlose Ortungssystem eine existierende Empfangsantenne in einem Sektor und eine zusätzliche Antenne, die in der Nähe der existierenden Empfangsantenne angebracht wurde, verwendet. Typischerweise sind die beiden Antennen in dem Sektor so ausgerichtet, dass die primären Achsen oder Richtungslinien der Hauptstrahlen parallel sind und der Abstand zwischen den beiden Antennenelementen genau bekannt ist. Darüber hinaus werden die beiden HF-Wege von den Antennenelementen zu den Empfängern in dem SCS 10 kalibriert.
  • In seinem normalen Modus bestimmt das drahtlose Ortungssystem die TDOA und FDOA für Paare von Antennen, die mehrere Wellenlängen voneinander entfernt sind. Bei einer TDOA auf einer Basislinie, die Antennen von zwei verschiedenen Funkzellen-Standorten verwendet, liegen die Paare von Antennen Tausende von Wellenlängen voneinander entfernt. Bei einer TDOA auf einer Basislinie, die Antennen an dem gleichen Funkzellen-Standort verwendet, liegen die Paare von Antennen Dutzende von Wellenlängen voneinander getrennt. In jedem Fall führt die TDOA-Bestimmung effektiv zu einer hyperbolischen Linie, die die Basislinie halbiert und durch die Lage des drahtlosen Transmitters verläuft. Wenn Antennen mehrere Wellenlängen voneinander entfernt liegen, hat das empfangene Signal unabhängige Wege von dem drahtlosen Transmitter zu jeder Antenne genommen, einschließlich des Auftretens von verschiedenen Mehrwegausbreitungen und Dopplerverschiebungen. Wenn zwei Antennen jedoch näher als eine Wellenlänge beieinander liegen, haben die beiden empfangenen Signale im Wesentlichen denselben Weg genommen und das gleiche Fading, und die gleichen Mehrwegausbreitungen und Dopplerverschiebungen erfahren. Deshalb ergibt die TDOA- und FDOA-Verarbeitung des drahtlosen Ortungssystems typischerweise eine Dopplerverschiebung von Null (oder nahe Null) Hertz, und eine Zeitdifferenz im Bereich von Null bis zu einer Nanosekunde. Eine so kurze Zeitdifferenz ist äquivalent zu einer eindeutigen Phasendifferenz zwischen den an den beiden Antennen empfangenen Signalen auf der sehr kurzen Basislinie. Bei 834 MHz beträgt die Wellenlänge einer AMPS-Steuerkanalrückübertragung zum Beispiel etwa 1,18 Fuß. Eine Zeitdifferenz von 0,1 Nanosekunden ist äquivalent zu einer empfangenen Phasendifferenz von etwa 30 Grad. In diesem Fall führt die TDOA-Messung zu einer Hyperbel, die im Wesentlichen eine gerade Linie ist, die immer noch durch die Lage des drahtlosen Transmitters verläuft und in eine Richtung, die um 30 Grad von der Richtung der parallelen Linien gedreht ist, die von den beiden Antennen an der sehr kurzen Basislinie gebildet werden. Wenn die Ergebnisse dieses TDOA mit sehr kurzer Basislinie an dem einzelnen Funkzellen-Standort mit einer TDOA-Messung auf einer Basislinie zwischen zwei Funkzellen-Standorten kombiniert werden, kann das drahtlose Ortungssystem eine Ortungsbestimmung unter Verwendung von nur zwei Funkzellen-Standorten bestimmen.
  • Bandbreitenüberwachungsverfahren für die Verbesserung der Ortungsgenauigkeit
  • Die zellularen AMPS-Transmitter stellen gegenwärtig die große Mehrheit der drahtlosen Transmitter dar, die in den Vereinigten Staaten verwendet werden, und AMPS-Sprachkanalrückübertragungen sind im Allgemeinen FM-Signale, die sowohl durch Sprache als auch durch einen Audio-Überwachungston (SAT = Supervisory Audio Tone) moduliert werden. Die Sprachmodulation ist eine Standard-FM-Modulation und ist direkt proportional zu der Sprechstimme der Person, die den drahtlosen Transmitter benutzt. Bei einem typischen Gespräch spricht jede Person weniger als 35% der Zeit, was bedeutet, dass der Sprachrückkanal die meiste Zeit nicht aufgrund der Sprache moduliert wird. Mit oder ohne Sprache wird der Rückkanal kontinuierlich durch den SAT moduliert, der von dem drahtlosen Kommunikationssystem verwendet wird, um den Kanalstatus zu überwachen. Die SAT-Modulationsrate beträgt nur etwa 6 KHz. Die Sprachkanäle unterstützen bandinterne Nachrichten, die für die Übergabesteuerung und aus anderen Gründen verwendet werden, wie zum Beispiel den Aufbau eines 3-Wege-Anrufs, zum Beantworten eines zweiten ankommenden Anrufs, während bereits ein erster Anruf stattfindet, oder für die Antwort auf eine „Audio"-Nachricht vom drahtlosen Kommunikationssystem. Alle diese Nachrichten haben, obwohl sie auf dem Sprachkanal durchgeführt werden, Eigenschaften, die denen der Steuerkanalnachrichten ähnlich sind. Diese Nachrichten werden unregelmäßig übertragen und die Ortungssysteme haben diese Nachrichten ignoriert und sich auf die vorherrschenden SAT-Übertragungen des vorrangigen Signals konzentriert.
  • Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten, die durch die eingeschränkt Bandbreite der FM-Sprach- und SAT-Sprachkanalrücksignale auftreten, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Sprachkanalrücksignale (RVC = reverse voice channel signal) verwendet werden können, um einen drahtlosen Transmitter zu orten, insbesondere in einer Notfallsituation. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, ein Ortungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das dem Ortungssystem ermöglicht, die Durchführung von Ortungsbestimmungen unter Verwendung von RCV-Signalen in Situationen zu vermeiden, in denen es wahrscheinlich ist, dass die Messung die vorgeschriebenen Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsanforderungen nicht erfüllen wird. Dies spart Systemressourcen und verbessert die Gesamteffizienz des Ortungssystems. Das verbesserte Verfahren basiert auf zwei Techniken. 10A ist ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung für die Messung der Lage unter Verwendung von Sprachkanalrücksignalen. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • (i) Zuerst wird angenommen, dass ein Nutzer mit einem drahtlosen Transmitter geortet werden möchte oder wünscht, dass seine Ortung aktualisiert oder verbessert wird. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn der drahtlos angebundene Nutzer „911" gewählt hat und Unterstützung in einem Notfall benötigt. Deshalb wird auch angenommen, dass der Benutzer kohärent und in Kommunikation mit einem zentral lokalisierten Dispatcher ist.
    • (ii) Wenn der Dispatcher ein Ortungsupdate für einen bestimmten drahtlosen Transmitter wünscht, sendet der Dispatcher über eine Anwendungsschnittstelle eine Ortungsupdateanweisung mit der Kennung des drahtlosen Transmitters an das drahtlose Ortungssystem.
    • (iii) Das drahtlose Ortungssystem antwortet dem Dispatcher mit einer Bestätigung, dass das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem angefragt hat und die Sprachkanalzuordnung für den drahtlosen Transmitter erhalten hat.
    • (iv) Der Dispatcher weist den drahtlos angebundenen Nutzer an, eine Nummer mit 9 oder mehr Zahlen zu wählen und dann die „SENDEN"-Taste zu drücken. Diese Sequenz kann zum Beispiel „123456789" oder „911911911" sein. Wenn der drahtlos angebundene Nutzer eine Sequenz von mindestens 9 Zahlen wählt und dann die „SENDEN"-Taste drückt, kommt es in dem Sprachrückkanal zu zwei Funktionen. Zuerst führt das Wählen der Zahlen, insbesondere bei einem AMPS-Mobilfunksprachkanal, zum Senden von Doppelton-Mehrfachfrequenztönen (DTMF = Dual Tone Multi-Frequency) über den Sprachkanal. Der Modulationsindex von DTMF-Tönen ist sehr hoch und während des Sendens einer jeden Zahl in der DTMF-Sequenz verschiebt er typischerweise die Bandbreite des übertragenen Signals über +/–10 KHz. Die zweite Funktion erfolgt mit dem Drücken der „SENDEN"-Taste. Unabhängig davon, ob der drahtlos angebundene Nutzer 3-Wege-Anrufe oder andere besondere Merkmale wählt, sendet der drahtlose Transmitter eine Nachricht über die Sprache unter Verwendung eines Leernachricht- und Burst-Nachricht-Modus, bei dem der Transmitter die Sendung der FM-Sprache und des SAT kurz aussetzt und stattdessen eine Burst-Nachricht sendet, die auf die gleiche Weise moduliert wurde wie der Steuerkanal (10 Kbit Manchester). Wenn der drahtlos angebundene Nutzer weniger als 9 Zahlen wählt, besteht die Nachricht aus etwa 544 Bit. Wenn der drahtlos angebundene Nutzer 9 oder mehr Zahlen wählt, besteht die Nachricht aus etwa 987 Bit.
    • (v) Nach der Benachrichtigung durch den Dispatcher überwacht das drahtlose Ortungssystem die Bandbreite des ü bertragenen Signals im Sprachkanal. Wie bereits erläutert, kann, wenn nur der SAT übertragen wird und sogar, wenn Sprache und SAT übertragen werden, die Bandbreite in dem übertragenen Signal nicht ausreichen, um eine Ortungsbestimmung mit hoher Qualität zu berechnen. Deshalb spart das drahtlose Ortungssystem Ortungsverarbeitungsressourcen auf und wartet, bis das übertragene Signal eine vorbestimmte Bandbreite übersteigt. Diese kann zum Beispiel irgendwo in dem Bereich von 8 KHz bis 12 KHz festgelegt sein. Wenn die gewählten DTMF-Zahlen gesendet werden oder wenn die Burst-Nachricht gesendet wird, würde die Bandbreite typischerweise die vorbestimmte Bandbreite übersteigen. Tatsächlich würde, wenn der drahtlose Transmitter die DTMF-Töne während des Wählens überträgt, man davon ausgehen, dass die Bandbreite die vorbestimmte Bandbreite um ein Vielfaches übersteigt. Dies würde mehrere Möglichkeiten bieten, eine Ortungsbestimmung durchzuführen. Wenn die DTMF-Töne nicht während des Wählens gesendet werden, wird die Burst-Nachricht immer noch zu der Zeit des Drückens der „SENDEN"-Taste gesendet, und die Bandbreite würde typischerweise die vorbestimmte Schwelle überschreiten.
    • (vi) Nur wenn die übertragene Bandbreite des Signals die vorbestimmte Bandbreite überschreitet, beginnt das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung.
  • 10B ist ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung für die Messung der Ortung unter Verwendung von Sprachkanalrücksignalen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • (i) Zuerst wird angenommen, dass ein Nutzer mit einem drahtlosen Transmitter geortet werden möchte oder wünscht, dass seine Ortung aktualisiert oder verbessert wird. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn der drahtlos angebundene Nutzer „911" gewählt hat und Unterstützung in einem Notfall benötigt. Es wird angenommen, dass der Nutzer nicht wünscht, Zahlen zu wählen oder nicht in der Lage ist, Zahlen gemäß dem vorstehenden Verfahren zu wählen.
    • (ii) Wenn der Dispatcher ein Ortungsupdate für den Nutzer eines bestimmten drahtlosen Transmitters wünscht, sendet der Dispatcher über eine Anwendungsschnittstelle eine Ortungsupdateanweisung mit der Kennung des drahtlosen Transmitters an das drahtlose Ortungssystem.
    • (iii) Das drahtlose Ortungssystem antwortet dem Dispatcher mit einer Bestätigung.
    • (iv) Das drahtlose Ortungssystem weist das drahtlose Kommunikationssystem an, den drahtlosen Transmitter zur Übertragung zu veranlassen, indem es eine „Audio"-Nachricht oder eine ähnliche Nachricht an den drahtlosen Transmitter sendet. Die Audio-Nachricht ist ein Mechanismus, durch den das drahtlose Kommunikationssystem eine Antwort von dem drahtlosen Transmitter erhalten kann, ohne dass eine Aktion durch den Endbenutzer erforderlich ist und ohne zu veranlassen, dass der drahtlose Transmitter klingelt oder sich auf andere Weise meldet. Der Empfang einer Audio-Nachricht veranlasst den drahtlosen Transmitter, mit einer Audio-Antwort-Nachricht auf dem Sprachkanal zu antworten.
    • (v) Nach der Benachrichtigung durch den Dispatcher überwacht das drahtlose Ortungssystem die Bandbreite des übertragenen Signals im Sprachkanal. Wie bereits erläutert, kann, wenn nur der SAT übertragen wird und sogar, wenn Sprache und SAT übertragen werden, die Bandbreite in dem übertragenen Signal nicht ausreichen, um eine Ortungsbestimmung mit hoher Qualität zu berechnen. Deshalb spart die Funkortung Ortungsverarbeitungsressourcen auf und wartet, bis das übertragene Signal eine vorbestimmte Bandbreite überschreitet. Diese kann zum Beispiel irgendwo in dem Bereich zwischen 8 KHz und 12 KHz liegen. Wenn die Audio-Antwort-Nachricht gesendet wird, überschreitet die Bandbreite typischerweise die vorbestimmte Bandbrei te.
    • (vi) Nur wenn die übertragene Bandbreite des Signals die vorbestimmte Bandbreite überschreitet, beginnt das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung.
  • Bestimmungskombinationsverfahren für die Verbesserung der Ortungsgenauigkeit
  • Die Genauigkeit der Ortungsbestimmung, die das drahtlose Ortungssystem bietet, kann verbessert werden, indem verschiedene statistisch voneinander unabhängige Ortungsbestimmungen kombiniert werden, die durchgeführt werden, während der drahtlose Transmitter seine Position beibehält. Sogar wenn ein drahtloser Transmitter vollkommen stationär ist, verändert sich die physikalische und HF-Umgebung um einen drahtlosen Transmitter ständig. Zum Beispiel können Fahrzeuge ihre Position verändern oder ein anderer drahtloser Transmitter, der während einer Ortungsbestimmung eine Kollision verursachte, kann die Übertragung beendet haben oder seine Position verändert haben, so dass er während nachfolgender Ortungsbestimmungen nicht mehr kollidiert. Die Ortungsbestimmung, die das drahtlose Ortungssystem bietet, ändert sich deshalb bei jeder Übertragung, sogar, wenn aufeinander folgende Übertragungen innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums durchgeführt werden, und jede Ortungsbestimmung ist statistisch unabhängig von den anderen Bestimmungen, insbesondere hinsichtlich der Fehler, die durch die sich verändernde Umwelt verursacht werden.
  • Wenn mehrere aufeinander folgende statistisch unabhängige Ortungsbestimmungen für einen drahtlosen Transmitter durchge führt werden, der seine Position nicht verändert hat, tendieren die Ortungsbestimmungen dazu, einen Cluster um die wahre Position zu bilden. Das drahtlose Ortungssystem kombiniert die Ortungsbestimmungen unter Verwendung eines gewichteten Mittels oder anderer ähnlicher mathematischer Konstrukte, um die verbesserte Bestimmung zu ermitteln. Die Verwendung eines gewichteten Mittels wird durch die Zuordnung eines Qualitätsfaktors für jede unabhängige Ortungsbestimmung unterstützt. Dieser Qualitätsfaktor kann zum Beispiel auf den Korrelationswerten, dem Konfidenzintervall oder anderen ähnlichen Messwerten basieren, die von der Ortungsverarbeitung für jede unabhängige Bestimmung abgeleitet werden. Das drahtlose Ortungssystem verwendet optional mehrere Verfahren, um mehrere unabhängige Übertragungen des drahtlosen Transmitters zu erhalten, einschließlich (i) Verwendung seiner Schnittstelle mit dem drahtlosen Kommunikationssystem für den Befehl „Durchführung der Übertragung"; (ii) Verwendung mehrerer aufeinander folgender Signalfolgen von einem auf Zeitfenstern basierenden Schnittstellenprotokoll, wie zum Beispiel TDMA oder GSM; (iii) Aufteilen einer Sprachkanalübertragung in mehrere Segmente über einen Zeitraum und Durchführung der Ortungsverarbeitung für jedes Segment getrennt. Wenn das drahtlose Ortungssystem die Anzahl der unabhängigen Ortungsbestimmungen erhöht, die zu der endgültigen Ortungsbestimmung kombiniert werden, überwacht es eine Statistik, die die Qualität des Clusters anzeigt. Wenn die Statistik unter einem vorgeschriebenen Schwellwert liegt, dann geht das drahtlose Ortungssystem davon aus, dass der drahtlose Transmitter seine Position beibehält. Wenn die Statistik über den vorgeschriebenen Schwellwert ansteigt, geht das drahtlose Ortungssystem davon aus, dass der drahtlose Transmitter seine Position nicht beibehält und beendet deshalb die Durchführung zusätzlicher Ortungsbestimmungen. Die Statistik, die die Qualität des Clusters anzeigt, kann zum Beispiel eine Standard-Abweichungsberechnung oder eine RMS-Bestimmung (Root Mean Square = Quadratischer Mittelwert) für die einzelnen Ortungsbestimmungen sein, die miteinander und mit Hinblick auf die dynamisch berechnete kombinierte Ortungsbestimmung kombiniert werden. Wenn das drahtlose Ortungssystem einer anfordernden Anwendung einen Ortungsdatensatz mitteilt, gibt es unter Verwendung eines Feldes in dem Ortungsdatensatz die Anzahl der unabhängigen Ortungsbestimmungen an, die miteinander kombiniert wurden, um die angegebene Ortungsbestimmung zu ergeben.
  • Ein weiterer Vorgang, der als Beispiel dient, um mehrere Ortungsbestimmungen zu erhalten und zu kombinieren, wird nun unter Bezugnahme auf die 11A–11D erklärt. Die 11A, 11B und 11C stellen schematisch die hinreichend bekannten Sequenzen „Herkunft", „Seitenantwort" und „Audio" eines drahtlosen Kommunikationssystems dar. Wie in 11A gezeigt, können für die Herkunftssequenz (die von dem drahtlosen Telefon initiiert wird, um einen Anruf durchzuführen) zwei Übertragungen von dem drahtlosen Transmitter erforderlich sein, nämlich ein „Herkunfts"-Signal und ein „Anweisungsbestätigungs"-Signal. Das Anweisungsbestätigungssignal wird als Antwort auf eine Sprachkanalzuordnung von dem drahtlosen Kommunikationssystem (z. B. MSC) gesendet. Ähnlich kann, wie in 11B gezeigt, eine Seitensequenz zwei Übertragungen des drahtlosen Transmitters beinhalten. Die Seitensequenz wird von dem drahtlosen Kommunikationssystem initiiert, z. B. wenn der drahtlose Transmitter von einem anderen Telefon angerufen wird. Nach dem Pagen überträgt der drahtlose Transmitter eine Seitenantwort; und dann, nachdem ein Sprachkanal zugeordnet wurde; überträgt der drahtlose Transmitter ein Anweisungsbestätigungssignal. Bei dem Audio-Prozess wird hingegen eine einzige Rückübertragung ausgelöst, ein Audio-Antwortsignal. Eine Audio- und eine Audio-Antwortsequenz haben den Vorteil, dass der antwortende drahtlose Transmitter nicht klingelt.
  • Die Art und Weise, wie diese Sequenzen verwendet werden können, um ein Telefon mit einer verbesserten Genauigkeit zu orten, wird nun erklärt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel ein gestohlenes Telefon oder ein Telefon mit einer gestohlenen Seriennummer wiederholt mit einem Audio-Signal angefunkt, was es zwingt, mit mehreren Audio-Antworten zu antworten, und somit ermöglicht, dass das Telefon mit höherer Genauigkeit geortet wird. Um die Audiosequenz zu nutzen, sendet das drahtlose Ortungssystem jedoch die passenden Anweisungen unter Verwendung seiner Schnittstelle mit dem drahtlosen Kommunikationssystem, das die Audio-Nachricht an den drahtlosen Transmitter sendet. Das drahtlose Ortungssystem kann auch die Beendigung eines Anrufs (Auflegen) erzwingen und dann den drahtlosen Transmitter unter Verwendung des Standard-ANI-Codes zurückrufen. Der Anruf kann entweder beendet werden, indem der mobil angebundene Nutzer verbal angewiesen wird, die Verbindung zu trennen, indem er die Verbindung an dem festnetzseitigen Ende des Anrufs trennt oder indem er eine künstliche Trenn-Nachricht „über die Luft" an die Basisstation sendet. Diese Trenn-Nachricht über die Luft simuliert das Drücken der „ENDE"-Taste auf einem Mobiltelefon. Der Rückruf ruft die vorstehend beschriebene Paging-Sequenz auf und zwingt das Telefon, zwei Übertragungen zu beginnen, die verwendet werden können, um Ortungsbestimmungen durchzuführen.
  • Es wird nun Bezug auf 11D genommen und das erfindungsgemäße Ortungsverfahren mit hoher Genauigkeit wird nun zusammengefasst. Zuerst wird eine anfängliche Ortungsbestimmung durchgeführt. Danach wird der vorstehend beschriebene Audio-Vorgang oder der Vorgang des Auflegens und Zurückrufens verwendet, um eine Antwortübertragung von dem Mobiltelefon auszulösen, und dann wird eine zweite Ortungsbestimmung durchgeführt. Ob der Audio-Vorgang oder der Vorgang des "Auflegens und Zurückru fens" verwendet wird, hängt davon ab, ob sowohl das drahtlose Kommunikationssystem als auch der drahtlose Transmitter die Audio-Funktion implementiert haben. Der zweite Schritt und der dritte Schritt werden wiederholt, um so viele unabhängige Ortungsbestimmungen einzuholen, wie man für notwendig oder wünschenswert erachtet, und schließlich werden die mehreren statistisch unabhängigen Ortungsbestimmungen zu einem Mittelwert, einem gewichteten Mittel oder einem ähnlichen mathematischen Konstrukt kombiniert, um eine verbesserte Bestimmung zu erhalten. Die Verwendung eines gewichteten Mittels wird durch die Zuordnung eines Qualitätsfaktors für jede unabhängige Ortungsbestimmung unterstützt. Dieser Qualitätsfaktor kann auf einem Korrelationsprozentsatz, einem Konfidenzintervall oder anderen ähnlichen Messwerten basieren, die von dem Ortungsberechnungsprozess abgeleitet werden.
  • Bandbreitensyntheseverfahren für die Verbesserung der Ortungsgenauigkeit
  • Das drahtlose Ortungssystem ist darüber hinaus in der Lage, unter Verwendung eines Verfahrens einer künstlichen Bandbreitensynthese die Genauigkeit der Ortungsbestimmung für drahtlose Transmitter zu verbessern, deren Bandbreite relativ schmal ist. Dieses Verfahren kann zum Beispiel für die Transmitter verwendet werden, die die AMPS-, NAMPS-, TDMA-, und GSM-Luftschnittstellenprotokolle verwenden und für die eine große Anzahl einzelner HF-Kanäle für die Nutzung durch den drahtlosen Transmitter zur Verfügung stehen. Um ein Beispiel zu geben, bezieht sich die folgende Beschreibung auf AMPS-spezifische Einzelheiten; die Beschreibung kann jedoch leicht verändert werden, damit sie für andere Protokolle angewandt werden kann. Dieses Verfahren beruht auf dem Prinzip, dass jeder drahtlose Transmitter betrieben wird, um nur schmalbandige Signale bei Frequenzen zu übertragen, die sich über ein Frequenzband mit vorbestimmter Breite erstrecken, das breiter ist als die Bandbreite der einzelnen schmalbandigen Signale, die von dem drahtlosen Transmitter übertragen werden. Dieses Verfahren beruht auch auf der vorstehend erwähnten Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Ortungssystem und dem drahtlosen Kommunikationssystem, über die das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem anweisen kann, einen drahtlosen Transmitter zu einer Übergabe oder einem Umschalten auf eine andere Frequenz oder einen anderen HF-Kanal zu bringen. Durch Ausgabe einer Reihe von Anweisungen kann das drahtlose Ortungssystem den drahtlosen Transmitter zwingen, sequentiell und auf eine geregelte Art und Weise auf eine Reihe von HF-Kanälen umzuschalten, was dem drahtlosen Ortungssystem effektiv erlaubt, ein breiteres empfangenes Bandsignal von der Reihe von schmalbandigen übertragenen Signalen für den Zweck der Ortungsverarbeitung zu synthetisieren.
  • Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bandbreitensynthesemittel ein Mittel zur Bestimmung einer Charakteristik der Breitbandphase gegenüber der Frequenz der Übertragungen von dem drahtlosen Transmitter. Zum Beispiel haben die schmalbandigen Signale typischerweise eine Bandbreite von etwa 20 KHz und die vorbestimmte Bandbreite von Frequenzen erstreckt sich etwa über 12,5 MHz, was in diesem Beispiel dem Spektrum entspricht, das jedem Mobilfunkträger von der FCC zugeordnet wird. Durch die Bandbreitensynthese kann die Auflösung der TDOA-Messungen auf etwa 1/12,5 MHz erhöht werden, d. h. die verfügbare Zeitauflösung ist der Reziprokwert der effektiven Bandbreite.
  • Ein drahtloser Transmitter, ein Kalibrierungstransmitter (falls er verwendet wird), SCS 10A, 10B und 10C und ein TLP 12 werden in 12A gezeigt. Die Lage des Kalibrierungstransmitters und aller dreier SCS ist a priori genau bekannt. Signale, die in 12A durch gestrichelte Pfeile dargestellt sind, werden durch den drahtlosen Transmitter und den Kalibrierungstransmitter übertragen und an den SCS 10A, 10B und 10C empfangen und unter Verwendung bereits beschriebener Verfahren verarbeitet. Während der Ortungsverarbeitung werden HF-Daten von einem SCS (z. B. 10B) mit dem Datenstrom von einem anderen SCS (z. B. 10C) kreuzkorreliert (in dem Zeit- oder Frequenzbereich), und zwar getrennt für jeden Transmitter und für jedes Paar von SCS 10, um TDOA-Bestimmungen TDOA23 und TDOA13 zu generieren. Eine Zwischen-Ausgabe der Ortungsverarbeitung ist ein Satz von Koeffizienten, die die komplexe Kreuzleistung als eine Funktion der Frequenz (z. B. R23) darstellen.
  • Wenn zum Beispiel X(f) die Fourier-Transformation des Signals x(t) ist, das an einem ersten Standort empfangen wird, und Y(f) die Fourier-Transformation des Signals y(t), das an einem zweiten Standort empfangen wird, dann ist die komplexe Kreuzleistung R(f) = X(f)Y*(f), wobei Y* die komplexe konjugierte Zahl von Y ist. Der Phasenwinkel von R(f) bei jeder Frequenz f ist gleich der Phase von X(f) minus der Phase von Y(f). Der Phasenwinkel von R(f) kann als Randphase bezeichnet werden. Ohne Rauschen, Interferenzen und andere Fehler ist die Randphase eine perfekt lineare Funktion der Frequenz innerhalb eines (zusammenhängenden) Frequenzbands, das beobachtet wird; und die Neigung der Linie ist minus der interferometrischen Gruppenverzögerung oder TDOA; die Erfassung der Linie an der Bandzentrumsfrequenz, gleich dem Durchschnittswert der Phase von R(f) wird als „die" Randphase der Beobachtung bezeichnet, wenn man sich auf das ganze Band bezieht. Innerhalb eines Bands kann die Randphase als eine Funktion der Frequenz betrachtet werden.
  • Die Koeffizienten, die für die Kalibrierungstransmitter erhalten werden, werden mit denen kombiniert, die für den drahtlose Transmitter erhalten werden und die Kombinationen werden analysiert, um kalibrierte TDOA-Messungen TDOA23 bzw. TDOA13 zu erhalten. Bei dem Kalibrierungsvorgang wird die Randphase des Kalibrierungstransmitters von der Randphase des drahtlosen Transmitters subtrahiert, um systematische Fehler auszumerzen, die bei beiden häufig auftreten. Da jede ursprüngliche Randphase selbst die Differenz zwischen den Phasen von Signalen, die an zwei SCS 10 empfangen werden, ist, wird der Kalibrierungsvorgang oft als Doppel-Differenzierung bezeichnet und das kalibrierte Ergebnis wird als doppelt-abgezogen bezeichnet. Die TDOA-Bestimmung T-ij ist eine Bestimmung der höchsten Wahrscheinlichkeit der Zeitdifferenz der Ankunft (TDOA) zwischen den Standorten i und j des Signals, das von dem drahtlosen Transmitter übertragen, kalibriert und auch hinsichtlich der Wirkung einer Mehrwegausbreitung auf die Signale korrigiert wird. TDOA-Bestimmungen von verschiedenen Paaren von Funkzellen-Standorten werden kombiniert, um die Ortungsbestimmung abzuleiten. Es ist hinreichend bekannt, dass genauere TDOA-Bestimmungen erzielt werden können, indem eine breitere Bandbreite beobachtet wird. Es ist im Allgemeinen nicht möglich, die „sofortige" Bandbreite des Signals, das von einem drahtlosen Transmitter übertragen wird, zu erhöhen, aber es ist möglich, einen drahtlosen Transmitter anzuweisen, von einem Frequenzkanal auf einen anderen umzuschalten, so dass innerhalb kurzer Zeit eine breite Bandbreite beobachtet werden kann.
  • Bei einem typischen nicht drahtgebundenen zellularen System sind zum Beispiel die Kanäle 313 bis 333 Steuerkanäle und die verbleibenden 395 Kanäle sind Sprachkanäle. Die zentrale Frequenz eines drahtlosen Transmitters, der auf HF-Sprachkanal Nummer 1 (RCV 1) überträgt, ist 826,030 MHz und der Mitte-zu-Mitte-Frequenzabstand nachfolgender Kanäle beträgt 0,030 MHz. Die Anzahl von Sprachkanälen, die jeder Zelle eines typischen Frequenz-Wiederverwendungsblocks mit sieben Zellen zugeordnet sind, beträgt etwa 57 (d. h. 395 geteilt durch 7), und diese Kanäle sind über den Bereich von 395 Kanälen verteilt, mit einem Abstand von jeweils 7 Kanälen. Es ist festzuhalten, dass jeder Funkzellen-Standort, der in einem AMPS-System verwendet wird, über Kanäle verfügt, die sich über das gesamte 12,5 MHz-Band erstrecken, das von der FCC zugewiesen wird. Wenn man zum Beispiel Zellen einer jeden Frequenz, die in einem Wiederverwendungsmuster angeordnet sind, als „A" bis „G" bezeichnet, könnten die Kanalnummern, die der „A"-Zelle bzw. den „A"-Zellen zugeordnet werden, 1, 8, 15, 22, ..., 309 sein; die Zahlen der Kanäle, die den „B"-Zellen zugeordnet werden, werden bestimmt, indem 1 zu den Nummern der „A"-Kanäle addiert wird, usw. bis G.
  • Das Verfahren beginnt, wenn der drahtlose Transmitter einem HF-Sprachkanal zugeordnet wurde und das drahtlose Ortungssystem die Ortungsverarbeitung für die Übertragungen von dem drahtlosen Transmitter aktiviert hat. Als Teil der Ortungsverarbeitung können die kombinierten TDOA-Bestimmungen TDOA13 und TDOA23 zum Beispiel einen Standardabweichungsfehler von 0,5 Mikrosekunden aufweisen. Die Messungen durch die Kombination von Verfahren von verschiedenen HF-Kanälen nutzt das Verhältnis zwischen TDOA, Randphase und Funkfrequenz. Der „wahre" Wert der Gruppenverzögerung oder TDOA wird als τ bezeichnet, d. h. der Wert, der in Abwesenheit von Rauschen, Mehrwegausbreitung und jeglichen instrumentellen Fehlers beobachtet werden würde; ähnlich bezeichnet man den wahren Wert der Randphase als ϕ und die Funkfrequenz als f. Die Randphase ϕ steht wie folgt in Bezug zu τ und f: ϕ = –fτ + n (Gl. 1) wobei ϕ in Perioden gemessen wird, f in Hz und τ in Sekunden; und n eine ganze Zahl bzw. ein Integer ist, welche die intrinsische Integerfolgemehrdeutigkeit einer doppelt abgezogenen Phasenmessung darstellt. Der Wert n ist a priori nicht bekannt, ist jedoch derselbe für Beobachtungen bei aufeinander folgenden Frequenzen, d. h. innerhalb eines jeden Frequenzkanals. Der Wert n ist im Allgemeinen immer anders bei Beobachtungen bei getrennten Frequenzen. ττ kann von Beobachtungen von einem einzigen Frequenzkanal bestimmt werden, und zwar indem eine gerade Linie in die Randphase eingefügt wird, die als Funktion der Frequenz innerhalb des Kanals beobachtet wird. Die Neigung der am besten passenden Linie ist gleich minus der gewünschte Bestimmungswert von τ. In dem Fall eines einzelnen Kanals ist n konstant und so kann Gl. 1 differenziert werden um folgendes zu erhalten: dϕ/df = –τ (Gl. 2)
  • Unabhängige Bestimmungen von können durch das Einfügen einer geraden Linie in die Beobachtungen von ϕ vs. f getrennt für jeden Kanal erzielt werden, aber wenn zwei getrennte (nicht aufeinander folgende) Frequenzkanäle beobachtet werden, passt eine einzige gerade Linie im Allgemeinen nicht zu den Beobachtungen von ϕ vs. f von beiden Kanälen, da im Allgemeinen die ganze Zahl n für die beiden Kanäle unterschiedliche Werte hat. Unter bestimmten Bedingungen ist es jedoch möglich, die Differenz zwischen diesen beiden ganzen Zahlen zu bestimmen und zu eliminieren und dann eine einzelne gerade Linie in den gesamten Satz von Phasendaten einzufügen, die beide Kanäle umfassen. Die Neigung dieser geraden Linie wird viel besser bestimmt, da sie auf einem breiteren Frequenzbereich basiert. Unter bestimmten Bedingungen ist die Unsicherheit der Neigungsbestimmung umgekehrt proportional zur Frequenzspanne.
  • Bei diesem Beispiel gehe man davon aus, dass der drahtlose Transmitter dem HF-Sprachkanal 1 zugeordnet wurde. Die Funkfrequenzdifferenz zwischen den Kanälen 1 und 416 ist so groß, dass anfänglich die Differenz zwischen den ganzen Zahlen n1 und n416, die diesen Kanälen entspricht, nicht bestimmt werden kann. Von den Beobachtungen entweder von einem der Kanäle oder von beiden Kanälen getrennt kann eine anfängliche TDOA-Bestimmung abgeleitet werden. Nun weist das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem an, den drahtlosen Transmitter zu veranlassen, von Kanal 1 auf Kanal 8 umzuschalten. Das Signal des drahtlosen Transmitters wird in Kanal 8 empfangen und verarbeitet, um die Bestimmung τ0 zu aktualisieren oder zu verfeinern. Von τ0 kann die „theoretische" Randphase ϕ0 als eine Funktion der Frequenz berechnet werden, gleich (–fτ0). Die Differenz zwischen der tatsächlich beobachteten Phase ϕ und der theoretischen Funktion ϕ0 kann berechnet werden, wobei die tatsächlich beobachtete Phase gleich der wahren Phase innerhalb eines sehr kleinen Teils ist, typischerweise 1/50tel einer Periode: ϕ – ϕ0 = –f(τ – τ0) + n1 oder n8 je nach Kanal (Gl. 3)oder Δϕ = –Δfτ – n1 oder n8, je nach Kanal (Gl. 4)wobei Δϕ ≅ ϕ – ϕ0 und Δτ ≅ τ – τ0. Gl. (4) ist in 12B als Graph gezeigt, der die Differenz Δϕ zwischen der beobachteten Randphase ϕ und dem Wert ϕ0, der von der anfänglichen TDOA-Bestimmung τ0 berechnet wurde, gegenüber der Frequenz f für Kanäle 1 und 8 darstellt.
  • Für das 20 KHz breite Frequenzband, das Kanal 1 entspricht, ist ein Graph von Δϕ vs. f typischerweise eine horizontale gerade Linie. Für das 20 KHz breite Frequenzband, das Kanal 8 entspricht, ist der Graph von Δϕ vs. f ebenfalls eine horizontale gerade Linie. Die Neigungen dieser Liniensegmente sind im Allgemeinen fast Null, da die Quantität (fΔτ) im Allgemeinen nicht um einen signifikanten Teil einer Periode innerhalb 20 KHz variiert, da Δτ minus der Fehler der Bestimmung τ0 ist. Das Ausmaß dieses Fehlers überschreitet typischerweise nicht 1,5 Mikrosekunden (3 Mal die Standardabeichung von 0,5 Mikrosekunden in diesem Beispiel) und das Produkt von 1,5 Mikrosekunden und 20 KHz beträgt unter 4 % einer Periode. In 12B ist der Graph Δϕ für Kanal 1 vertikal zum Graph Δϕ für Kanal 8 verschoben, und zwar um einen relativ großen Betrag, da die Differenz zwischen n1 und n8 beliebig groß sein kann. Diese vertikale Verschiebung oder Differenz zwischen den Durchschnittswerten von Δϕ für Kanäle 1 und 8 wird (mit extrem hoher Wahrscheinlichkeit) innerhalb von ± 0,3 Perioden des wahren Werts der Differenz n1 und n8 liegen, da das Produkt der maximalen wahrscheinlichen Größe von Δτ (1,5 Mikrosekunden) und der Abstand der Kanäle 1 und 8 (210 KHz) 0,315 Folgen beträgt. In anderen Worten ist die Differenz n1–n8 gleich der Differenz zwischen den Durchschnittswerten von Δϕ für die Kanäle 1 und 8, gerundet auf die nächste ganze Zahl. Nachdem die Integerdifferenz n1–n8 durch diesen Rundungsvorgang bestimmt wurde, wird der Integer Δϕ für Kanal 8 addiert oder von Δϕ für Kanal 1 subtrahiert. Die Differenz zwischen den Durchschnittswerten von Δϕ für Kanäle 1 und 8 ist im Allgemeinen gleich dem Fehler in der anfänglichen TDOA-Bestimmung τ0, mal 210 KHz. Die Differenz zwischen den Durchschnittswerten von Δφ für Kanäle 1 und 8 wird durch 210 KHz dividiert und das Ergebnis wird zu τ0 addiert, um eine Bestimmung von τ zu erhalten, dem wahren Wert der TDOA; diese neue Bestimmung kann deutlich genauer sein als τ0.
  • Dieses Frequenzabstufungs- und TDOA-Verfeinerungsverfahren kann auf weiter auseinander liegende Kanäle erweitert werden, um noch genauere Ergebnisse zu erzielen. Wenn τ1 verwendet wird, um das verfeinerte Ergebnis darzustellen, das von den Kanälen 1 und 8 erhalten wurde, kann in dem gerade beschriebenen Verfahren τ0 durch τ1 ersetzt werden; und das drahtlose Ortungssystem kann das drahtlose Kommunikationssystem anweisen, den drahtlosen Transmitter zu veranlassen, z. B. von Kanal 8 auf Kanal 36 umzuschalten; dann kann τ1 verwendet werden, um die Integerdifferenz n8–n36 zu bestimmen und eine TDOA-Bestimmung kann basierend auf der Frequenzspanne von 1,05 MHz zwischen den Kanälen 1 und 36 erhalten werden. Die Bestimmung kann mit τ2 bezeichnet werden und der drahtlose Transmitter zum Beispiel von Kanal 36 auf 112 usw. umgeschaltet werden, und so weiter. Im Prinzip kann der gesamte Frequenzbereich, der in dem Mobilfunkträger zur Verfügung steht, umspannt werden. Die Kanalnummern (1, 8, 36, 112), die in diesem Beispiel verwendet werden, sind natürlich willkürlich. Das allgemeine Prinzip ist, dass eine Bestimmung der TDOA basierend auf einer kleinen Frequenzspanne (beginnend mit einem einzigen Kanal) verwendet wird, um die Integermehrdeutigkeit der Randphasendifferenz zwischen weiter auseinander liegenden Frequenzen zu lösen. Das letztgenannte Auseinaderliegen in der Frequenz sollte nicht zu weit sein, es wird begrenzt durch die Unsicherheit der vorgehenden Bestimmung der TDOA. Im Allgemeinen sollte der Worst-Case-Fehler in der vorhergehenden Bestimmung multipliziert mit der Frequenzdifferenz 0,5 Perioden nicht überschreiten.
  • Wenn die allerkleinste (z. B. 210 KHz) Frequenzlücke zwischen den am nächsten liegenden Kanälen, die sich in einer bestimmten Zelle befinden, nicht überbrückt werden kann, da die Worst-Case-Unsicherheit der Einzelkanal-TDOA-Bestimmung 2,38 Mikrosekunden übersteigt (gleich 0,5 Perioden geteilt durch 0,210 MHz), weist das drahtlose Ortungssystem das drahtlose Kommunikationssystem an, den drahtlose Transmitter zu zwingen, von einem Funkzellen-Standort an den anderen zu übergeben (z.B. von einer Frequenzgruppe zu einer weiteren), so dass der Frequenzschritt kleiner ist. Es besteht die Möglichkeit, die Integerdifferenz zwischen den Phasendifferenzen (Δϕ's) fälschlicherweise als zwei Kanäle zu identifizieren, zum Beispiel weil der drahtlose Transmitter sich während der Übergabe von einem Kanal zum anderen bewegt hat. Deshalb kann das drahtlose Ortungssystem als Überprüfung jede Übergabe umkehren (z. B. nach dem Umschalten von Kanal 1 auf Kanal 8 von Kanal 8 zurück zu Kanal 1 schalten) und bestätigen, dass die Integerfolgedifferenz, die bestimmt wurde, genau die gleiche Größe und das gegenteilige Zeichen hat wie die „Vorwärts"-Übergabe. Eine signifikante Geschwindigkeitsbestimmung, die nicht Null beträgt, von den Einzelkanal-FDOA-Beobachtungen kann verwendet werden, um über den Zeitintervall zu extrapolieren, der in einen Kanalwechsel involviert ist. Normalerweise kann dieses Zeitintervall auf einen kleinen Bruchteil einer Sekunde gehalten werden. Der FDOA-Bestimmungs-Fehler multipliziert mit dem Zeitintervall zwischen den Kanälen muss im Vergleich zu 0,5 Perioden klein sein. Das drahtlose Ortungssystem verwendet vorzugsweise eine Vielzahl von Redundanzen und überprüft auf Integer-Fehlidentifikationen.
  • Gerichtete Wahlwiederholung bei 911
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung des drahtlosen Ortungssystems bezieht sich auf ein „gerichtetes" Wahlwiederholungsverfahren für die Verwendung in Verbindung mit einem drahtlosen Kommunikationssystem mit zwei Modi, das mindestens ein erstes Modulationsverfahren und ein zweites Modulationsverfahren unterstützt. In einer solchen Situation geht man davon aus, dass das erste und zweite Modulationsverfahren auf verschiedenen HF-Kanälen verwendet werden (d. h. Kanäle für das drahtlose Kommunikationssystem, das jeweils ein drahtloses Ortungssystem und PCS-System unterstützt). Man geht auch davon aus, dass der zu ortende drahtlose Transmitter in der Lage ist, beide Modulationsverfahren zu unterstützen, d. h. er ist in der Lage mit Unterstützung durch das drahtlose Ortungssystem „911" auf dem drahtlosen Kommunikationssystem zu wählen.
  • Das Verfahren der gerichteten Wahlwiederholung könnte zum Beispiel bei einem System verwendet werden, bei dem es eine unzureichende Anzahl von Basisstationen gibt, um ein drahtloses Ortungssystem zu unterstützen, das aber in einer Region betrieben wird, die von einem drahtlosen Ortungssystem versorgt wird, das einem anderen drahtlosen Kommunikationssystem zugeordnet ist. Das „erste" drahtlose Kommunikationssystem könnte ein Mobilfunktelefonsystem sein und das „zweite" drahtlose Kommunikationssystem könnte ein PCS-System sein, das innerhalb des gleichen Territoriums arbeitet wie das erste System. Gemäß der Erfindung wird, wenn der mobile Transmitter gerade das zweite (PCS)-Modulationsverfahren verwendet und versucht, einen Anruf zur 911 aufzubauen, der mobile Transmitter veranlasst, automatisch auf das erste Modulationsverfahren umzuschalten und dann den Anruf zur 911 unter Verwendung des ersten Modulationsverfahrens auf einem Satz von HF-Kanälen aufzubauen, die für die Verwendung durch das erste drahtlose Kommunikationssystem vorgeschrieben sind. Auf diese Weise können Kunden eines PCS oder ähnlichen Systems Ortungsdienste zur Verfügung gestellt werden, die nicht von ihrem eigenen drahtlosen Ortungssystem versorgt werden.
  • Schlussfolgerung
  • Die vorstehende Offenbarung einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform eines drahtlosen Ortungssystems verwendet erklä rende Begriffe, wie zum Beispiel Signalsammelsystem (SCS), TDOA-Ortungsprozessor (TLP), Anwendungsprozessor (AP) und ähnliche, die nicht so aufgefasst werden sollten, dass sie den Schutzumfang der folgenden Ansprüche einschränken oder auf andere Weise nahe legen, dass die Aspekte des drahtlosen Ortungssystems auf die bestimmten dargestellten Verfahren und Vorrichtungen beschränkt sind. Darüber hinaus können, wie die Fachleute erkennen werden, viele der hier gezeigten Aspekte bei Ortungssystemen verwendet werden, die nicht auf TDOA-Verfahren basieren. Zum Beispiel können die Vorgänge, durch die das drahtlose Ortungssystem die Aufgabenliste verwendet, auf TDOA-fremde Systeme angewendet werden. Bei solchen TDOA-fremden Systemen wäre es nicht erforderlich, dass die vorstehend beschriebenen TLP TDOA-Berechnungen durchführen. In entsprechender Weise ist die Erfindung nicht auf Systeme beschränkt, die SCS, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, verwenden, noch auf Systeme, die AP verwenden, die alle vorstehend beschriebenen Einzelheiten erfüllen. Die SCS, TLP und AP sind im Wesentlichen programmierbare Datensammel- und Datenverabeitungseinrichtungen, die eine Vielzahl von Formen annehmen können, ohne von den hier gezeigten Konzepten der Erfindung abzuweichen. Durch die schnelle Verringerung der Kosten für die digitale Signalverarbeitung und anderer Verarbeitungsfunktionen ist es zum Beispiel leicht möglich, die Verarbeitung für eine bestimmte Funktion von einem der hier beschriebenen funktionellen Elemente (wie zum Beispiel dem TLP) auf ein anderes funktionelles Element (wie zum Beispiel die SCS oder den AP) zu übertragen, ohne den Betrieb des Systems gemäß der Erfindung zu verändern. In vielen Fällen ist der hier beschriebene Ort der Implementierung (d. h. das funktionelle Element) nur eine Präferenz des Systembauers und weniger eine reale Anforderung.

Claims (14)

  1. Drahtloses Ortungssystem zum Arbeiten mit einem existierenden drahtlosen Kommunikationssystem und zur Enschätzung der geographischen Lage eines mobilen Transmitters des existierenden drahtlosen Kommunikationssystems, wobei der mobile Transmitter funktionsfähig ist, um ein Signal in einer Vielzahl von schmalbandigen Kanälen zu übertragen, das drahtlose Ortungssystem umfassend: (a) mindestens drei geographisch getrennte Empfänger (10), um das von dem mobilen Transmitter übertragene Signal zu empfangen; (b) Mittel, um über eine Schnittstelle mit dem drahtlosen Kommunikationssystem kommunizieren zu können, worin dieses drahtlose Ortungssystem dem mobilen Transmitter anordnen kann, mittels dieser Schnittstelle sequenziell und in einer geregelten Art und Weise zu einer Vielzahl von schmalbandigen Kanälen umzuschalten, bei einer Vielzahl von entsprechenden Frequenzen, welche ein vordefiniertes Breitband von Frequenzen umfasst, breiter als die Bandbreite irgendeiner der individuellen schmalbandigen Kanäle; (c) Mittel zur Lösung von Integerfolgemehrdeutigkeit gleichphasiger Beziehungen zwischen der Vielzahl von übertragenen schmalbandigen Signalen; und (d) Mittel (12) zur Bestimmung der Lage dieses mobilen Transmitters, wobei das Signal dieser Vielzahl von schmalbandigen Kanälen genutzt wird, welche an diesen Empfängern empfangen werden, worin diese Mittel zur Bestimmung der Lage dieser mobilen Transmitter Zeitunterschiede von Ankunftsmitteln umfassen, und das Mittel zur Lösung Integerfolgemehrdeutigkeit gleichphasiger Beziehungen zwischen der Vielzahl von übertragenen schmalbandigen Signalen Mittel umfasst, um eine Berechnung einer Zeitdifferenz, ankunftsbezogen auf eine erste Frequenzspanne zu nutzen, um die Integerfolgemehrdeutigkeit einer zwei ten Frequenzspanne zu lösen, worin diese zweite Frequenzspanne breiter als die erste Frequenzspanne ist.
  2. Drahtloses Ortungssystem nach Anspruch 1, worin dieses existierende drahtlose Kommunikationssystem ein zellulares System ist, außerstande die Lage eines Transmitters mit einer Genauigkeit größer als 30,5 bis 122 Meter zu bestimmen (quadratischer Mittelwert).
  3. System nach einem der vorigen Ansprüche, worin diese Schnittstelle eine operative Verbindung zwischen dem drahtlosen Ortungssystem und einer drahtlosen Mobiltelefonumschalteinheit des existierenden drahtlosen Kommunikationssystems umfasst, um das Umschalten des mobilen Transmitters von einer ersten schmalbandigen Frequenz zu einer zweiten schmalbandigen Frequenz zu bewirken.
  4. System nach Anspruch 3, worin die operative Verbindung Mittel für dieses drahtlose Ortungssystem umfasst, um vorzudefinieren, welche schmalbandigen Frequenzen von diesem mobilen Transmitter und Mittel für die mobile Telefonumschalteinheit genutzt werden sollen, um zu dem drahtlosen Ortungssystem zurückzuberichten, dessen schmalbandigen Kanäle von dem mobilen Transmitter genutzt wurden.
  5. System nach einem der vorigen Ansprüche, worin diese Bandbreitesynthesemittel Mittel zur Bestimmung einer Breitbandphase gegen Frequenzcharakteristik der Übertragungen von diesem mobilen Transmitter umfasst.
  6. Ein System nach einem der vorigen Ansprüche, worin dieses Mittel zur Lösung Integerfolgemehrdeutigkeit gleichphasiger Beziehungen zwischen der Vielzahl von übertragenen schmalbandigen Signalen, die von Bandbreitesynthesemitteln verursacht werden, Mittel beinhaltet, um die Formel φ = –fτ + n zu lösen, wobei φ in Folgen gemessen wird, f in Hz und τ in Sekunden; und n ein Integer ist, welcher die intrinsische Integerfolgemehrdeutigkeit einer Zeitdifferenz einer Ankunftsphasemessung repräsentiert.
  7. Ein System nach einem der vorigen Ansprüche, des Weiteren umfassend einen Kalibrierungstransmitter, so dass die Zeitdifferenz der Ankunft doppelt abgezogen wird.
  8. Ein Verfahren zur Bestimmung der geographischen Lage eines mobilen Transmitters, eines existierenden drahtlosen Kommunikationssystems, wobei der mobile Transmitter funktionsfähig ist, um ein Signal in einer Vielzahl von schmalbandigen Kanälen zu übertragen, das Verfahren umfasst die Schritte: (a) Bereitstellen von mindestens drei geographisch getrennten Empfängern (10), um das Signal, welches von diesem mobilen Transmitter übertragen wird, zu empfangen; (b) Bereitstellen von Mitteln, um über eine Schnittstelle mit dem drahtlosen Kommunikationssystem zu kommunizieren, (c) Befehligen des mobilen Transmitters mittels dieser Schnittstelle, um sequenziell und in einer geregelten Art und Weise zu einer Vielzahl von schmalbandigen Kanälen umzuschalten, bei einer Vielzahl von entsprechenden Frequenzen, welche ein vordefiniertes breites Band von Frequenzen umfassen, welches breiter ist als die Bandbreite irgendeiner der individuellen schmalbandigen Kanäle; (d) Lösung Integerfolgenmehrdeutigkeit phasengleicher Beziehungen zwischen der Vielzahl von übertragenen schmalbandigen Signalen, indem eine Einschätzung einer Zeitdifferenz von Ankunft, bezogen auf eine erste Frequenzspanne, um die Integerfolgemehrdeutigkeit von einer zweiten Frequenzspanne zu lösen, worin diese zweite Frequenzspanne breiter ist als die erste Frequenzspanne; und (e) Ermitteln der Lage von diesem mobilen Transmitter, wobei das Signal in dieser Vielzahl von schmalbandigen Kanälen genutzt wird, empfangen an diesen Empfängern, eine Zeitdifferenz der Ankunftstechnik umfassend.
  9. Eine Verfahren nach Anspruch 8, worin dieses existierende drahtlose Kommunikationssystem ein zellulares System ist, unfähig die Lage eines Transmitters zu bestimmen, mit einer Genauigkeit größer als 30,5 bis 122 Meter (quadratischer Mittelwert).
  10. Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, in dem Schritt (b) die Nutzung einer drahtlosen Mobiltelefonumschalteinheit dieses existierende drahtlose Kommunikationssystem umfasst, um das Umschalten dieses mobilen Transmitters von einer ersten schmalbandigen Kanalfrequenz zu einer zweiten schmalbandigen Kanalfrequenz zu bewirken.
  11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, worin Schritt (b) des Weiteren Vordefinieren umfasst, welche schmalbandigen Kanalfrequenzen genutzt werden sollen von diesem mobilen Transmitter und Empfangen von der mobilen Telefonumschalteinheit einen Bericht, welche schmalbandigen Kanäle von dem mobilen Transmitter genutzt wurden.
  12. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, worin Schritt (d) den Schritt beinhaltet, um die Gleichung zu lösen: φ = –fτ + nworin φ in Folgen gemessen wird, f in Hz und τ in Sekunden, und n ist ein Integer die intrinsische Integerfolgemehrdeutigkeit einer Zeitdifferenz einer Ankunftsphasenmessung repräsentiert.
  13. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, des Weiteren den Schritt beinhaltend einen Kalibrierungstransmitter zu verwenden, um eine doppelt abgezogen Zeitdifferenz der Ankunftsmessung zu erzielen.
  14. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, des Weiteren umfassend Ermittlung einer Breitbandphase gegen Frequenzcharakteristik der Übertragungen von diesem mobilen Transmitter.
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