DE69936990T2 - Ortungssystem für ein Mobiltelefonnetz - Google Patents

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zellulares Telekommunikations-Netzwerk und insbesondere auf ein Verfahren zum Orten einer mit einem solchen Netzwerk kommunizierenden Mobilstation (MS). Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf ein zellulares Telekommunikations-Netzwerk, das gemäß einem Protokoll des Codemultiplexverfahrens (CDMA) arbeitet. In einigen solcher Systeme senden Basis-Sendeempfangs-Stationen (BTS) innerhalb des gleichen Abschnitts des Hochfrequenzspektrums an alle MS, was als der Downlink bezeichnet wird, während alle MS in einem anderen Abschnitt des Hochfrequenzspektrums senden, was als der Uplink bezeichnet wird.
  • Es gibt für solche Systeme eine Anforderung, dass den innerhalb des Netzwerks arbeitenden MS ermöglicht wird, durch das Netzwerk geortet zu werden (d.h. dass die Position solcher MS bestimmt werden kann). Ein kürzlich vorgelegter Vorschlag zum Erreichen dieses Ziels umfasst eine Mobilstation, die zusätzlich zu der Hauptbasisstation, mit der sie kommuniziert, versucht, Signale zu erfassen, die von zumindest zwei geografisch getrennten Basisstationen gesendet wurden. Die MS kann dann die Ankunftszeit der von den zumindest zwei anderen Basisstationen empfangenen Signale über seine versorgende Basisstation g an das Netzwerk berichten. Vorausgesetzt, dass das Netzwerk Kenntnis über den Zeitpunkt hat, an dem die Signale die jeweiligen anderen Basisstationen verlassen haben, ist es in der Lage, die Zeit zu berechnen, die die Signale benötigen, um von den anderen Basisstationen zu der Mobilstation zu gelangen, und daraus die Entfernung der MS zu jeder dieser Basisstationen zu berechnen. Eine Gesamtlaufzeitmessung ermöglicht die Berechnung der Entfernung der MS zu der versorgenden BTS. Informationen über die Entfernung der MS zu zumindest 3 BTS, deren exakte Position bekannt ist, ermöglichen dem Netzwerk, Triangulation durchzuführen und die Position der MS auszuwerten.
  • Es besteht jedoch eine Schwierigkeit bei der Umsetzung dieses Verfahrens in einem CDMA-System, da alle Basisstationen innerhalb eines gemeinsamen Frequenzbereichs (dem Downlink, manchmal auch als Abwärtsstrecke bezeichnet) senden. Damit Signale auf einem bestimmten Kanal erfasst werden können, müssen sie mit einer Leistung empfangen werden, die ein bestimmtes Verhältnis zur Gesamtleistung aller anderen in dem gleichen Abschnitt des Spektrums gesendeten Signale hat. Kanäle, die von jeder BTS gesendet werden, werden mit einer Leistung gesendet, die für einen Empfang nur innerhalb des Zellbereichs geeignet ist, um eine übermäßige Störung für andere Zellen zu vermeiden. Die Leistung, mit der ein beliebiger einzelner Kanal von einer beliebigen BTS in anderen Zellen empfangen wird, ist niedrig und genügt gewöhnlich nicht einer Anforderung an das Leistungsverhältnis, das die Anforderungen einer Ankunftszeitmessung erfüllen würde. Dies gilt insbesondere für MS, die sich in der Nähe ihrer versorgenden BTS befinden, wo die Leistung von dieser BTS – die als Störung für Messungen an Signalen von anderen BTS betrachtet wird – sehr hoch ist. Um dieses Problem zu lösen, ist vorgeschlagen worden, dass, wenn eine Mobilstation geortet werden soll, die Hauptbasisstation, mit der diese Mobilstation kommuniziert, alle Übertragungen in dem Downlink für kurze Zeiträume zu vorgegebenen Zeiten einstellt, um der Mobilstation zu ermöglichen, zu diesen Zeiten die Übertragungen von anderen Basisstationen zu erfassen.
  • Es gibt bei diesem Verfahren mehrere Nachteile, einschließlich der folgenden drei Hauptnachteile. Erstens ist die Hauptbasisstation während jeder Zeichenpause (oft als ein inaktiver Schlitz bezeichnet) nicht in der Lage, jegliche Informationen an eine beliebige Mobilstation zu senden, mit der sie kommuniziert. Zweitens muss, da die Basistationen üblicherweise nicht miteinander synchron sind, irgendein Mechanismus bereitgestellt werden, um allen Basisstationen zu ermöglichen, Kenntnis über den relativen Takt aller benachbarten Basisstationen zu haben. Dies macht das Netzwerk zusätzlich komplexer. Drittens erfordert die Mobilstation eine automatische Verstärkungsregelungs-Einheit (AGC) mit ziemlich hoher Spezifikation als Teil ihrer Empfangsschaltung, um in der Lage zu sein, schnell von dem Erfassen der Übertragungen von ihrer Hauptbasisstation zu dem Erfassen der Übertragungen mit viel niedrigerer Leistung von anderen weiter entfernten Basisstationen umzuschalten.
  • Ortungselemente nach dem Stand der Technik wie die von Dunn et al. in US-Patent 5.600.706 beschriebenen erfordern für ihre Arbeit absolute Taktreferenzen. Dunn führt Bereichs-Sende-Empfänger (30) genannte Ortungselemente an, die regelmäßig angepasst werden, um ungefähr synchronisierte digitale Entfernungssignale zu senden. Mobile Einheiten überwachen regelmäßig einen Hilfskanal, um die digitalen Entfernungssignale zu empfangen. Hauptempfänger kommunizieren mit den Bereichs-Sende-Empfängern und dienen zum Synchronisieren mit dem Takt der Entfernungssignale.
  • In EP-568.824 an Vendetti et al. senden Markierungssender Zonen-Erkennungssignale bei Empfang und Identifizierung durch ein beliebiges mobiles Endgerät innerhalb der Zone. Das mobile Endgerät informiert das Netzwerk über seine aktuelle Zone und wird mit einer für die Zone geeigneten Gebühr belastet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung können alle Aspekte des Betriebs des Ortungselements ohne die Notwendigkeit einer kabelgebundenen Verbindung zu dem zugeordneten Netzwerk gestaltet werden.
  • Ein bekanntes Alternativverfahren zum Orten von Mobilstationen innerhalb eines zellularen CDMA-Telekommunikationsnetzwerks umfasst den Einsatz von Beacons, die im gesamten Netzwerk strategisch positioniert sind. Die Beacons senden einfach Signale mit einem bekannten Leistungspegel, die in der Lage sind, durch die ausreichend nahe gelegenen Mobilstationen innerhalb des Netzwerks erfasst zu werden. Die durch die Beacons gesendeten Signale umfassen Informationen, die die Beacons identifizieren. Eine Mobilstation, die geortet werden möchte, erfasst die Signale und misst die Stärke der empfangenen Signale. Aus der Stärke der empfangenen Signale und der bekannten gesendeten Leistung wird der Pfadverlust bewertet und daraus die Entfernung, die einem solchen Verlust in dieser speziellen Umgebung entsprechen würde. Informationen über die Entfernung der MS zu zumindest 3 geografischen Positionen (Beaconpositionen) ermöglichen die Berechnung der Position der MS. Die mit diesem Verfahren verbundenen Nachteile bestehen darin, dass das Messen der Stärke des empfangenen Signals nicht sehr zuverlässig ist, der Pfadverlust umgebungsabhängig ist und die Abhängigkeit möglicherweise nicht sehr genau ist, und die Beacons auf dem Downlink senden, was einen gewissen Kapazitätsverlust erzeugt.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Orten einer Mobilstation innerhalb eines zellularen Telekommunikationsnetzwerks nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
  • Dieses Verfahren zum Orten einer Mobilstation (d.h. zum Bestimmen der Position der Mobilstation) hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber Verfahren, die ausschließlich darauf beruhen, dass die Mobilstation Übertragungen von Basisstationen erfasst, die geografisch von der Hauptbasisstation getrennt sind, mit der die Mobilstation kommuniziert (d.h. der versorgenden Basisstation). Es ist zum Beispiel nicht erforderlich, dass die Hauptbasisstation, mit der die Mobilstation kommuniziert, für kurze Zeiträume (d.h. während inaktiver Schlitze) alle Übertragungen einstellt, damit die Ortung stattfinden kann. Des Weiteren ermöglicht der Einsatz dedizierter Ortungselemente solchen Ortungsele menten, geografisch so positioniert zu sein, dass die Funktion des Ortens von Mobilstationen optimiert wird. Im Gegensatz dazu wird die Position von Basisstationen in erster Linie durch die Notwendigkeit vorgeschrieben, dass jede Basisstation erfolgreich an eine beliebige Mobilstation sendet, die sich innerhalb des Bereichs befindet, für den diese Basisstation die Hauptverantwortung trägt (wobei ein solcher Bereich üblicherweise als eine Zelle bezeichnet wird). Das oben erörterte Verfahren nach dem Stand der Technik umfasst im Wesentlichen eine Mobilstation, die Übertragungen von Basisstationen in unterschiedlichen Zellen an die Zelle erfasst, in der die Mobilstation positioniert ist. Im Gegensatz dazu kann nach der vorliegenden Erfindung ein Ortungselement innerhalb der gleichen Zelle wie die Mobilstation positioniert sein, und es kann so positioniert sein, dass insbesondere die geografischen Merkmale in dieser Zelle berücksichtigt werden, die es der Mobilstation erschweren könnten, in bestimmten Bereichen dieser Zelle (zum Beispiel vor einem hohen Gebäude, hinter dem eine benachbarte Basisstation positioniert ist), Übertragungen von benachbarten Basisstationen zu empfangen.
  • Die Funkschnittstelle arbeitet vorzugsweise entsprechend einem Protokoll oder einer Umgebung gemäß dem Codemultiplexverfahren. Dies macht die vorliegende Erfindung besonders nützlich, da sie eine Reihe von Problemen überwindet, die für CDMA-Systeme typisch sind. Ein bekanntes Verfahren zum Orten einer Mobilstation innerhalb eines GSM-Systems umfasst zum Beispiel das Einsetzen von Horchposten, die Übertragungen von der Mobilstation abhören; durch Bestimmen der Ankunftszeit dieser Übertragungen bei den Horchposten in Verbindung mit einer Kenntnis des relativen Taktes der Übertragungen der Basisstation ist es möglich, die relative Entfernung zwischen den Horchposten und der Mobilstation abzuleiten, und hierdurch (vorausgesetzt, dass die Positionen der Horchposten bekannt sind) ist es möglich, die Position der Mobilstation abzuleiten. Ein solches System funktioniert jedoch nicht innerhalb eines CDMA-Systems, in dem alle Mobilstationen auf dem Uplink senden, da die Horchposten nicht in der Lage sind, ein beliebiges einzelnes Mobilsignal von anderen in der Nähe der Horchposten positionierten Mobilstationen zu rekonstruieren, die ebenfalls auf dem Uplink senden. Nichtsdestotrotz ist die vorliegende Erfindung auf Nicht-CDMA-Systeme anwendbar, obwohl sie besonders vorteilhaft ist, wenn sie auf CDMA-System angewendet wird.
  • Das Ortungssignal wird vorzugsweise zu einer vorgegebenen Zeit relativ zu dem Takt der Übertragungen von einer Basisstation, mit der die Mobilstation kommuniziert, gesendet, und der Wert der Ankunftszeit ist ebenfalls möglichst relativ zu dem Takt der Übertragungen von der Basisstation, wodurch Informationen in dem Netzwerk, zu dem die BTS gehört, unter Verwendung einfacher Algebra zusammen mit einer Kenntnis der Zeit, die Signale benötigen, um die Entfernung zwischen der Basisstation und dem Ortungselement und zwischen der Basisstation und der Mobilstation zurückzulegen, die Zeit bestimmen können, die das Ortungssignal benötigt, um von dem Ortungselement zu der Mobilstation zu gelangen. Jede Basisstation könnte zum Beispiel in einem Kanal bekannte Signale senden, deren Hauptfunktion es ist, den Mobilstationen zu ermöglichen, sich mit den Übertragungen von der Basisstation zu synchronisieren (ein solcher Kanal könnte zum Beispiel als der Pilotkanal oder als ein Synchronisationskanal bezeichnet werden). Üblicherweise werden alle Übertragungen von der Basisstation zeitlich in Rahmen unterteilt, und jeder Rahmen kann weiter in Schlitze unterteilt werden. Jeder Rahmen könnte zum Beispiel eine Dauer von 10 Millisekunden aufweisen. Sobald das bekannte Signal oder der Kanal, in dem das bekannte Signal gesendet wird, erfasst worden ist, ist die Mobilstation synchron mit der Basisstation und hat folglich Kenntnis darüber, wann jeder neue von der Basisstation gesendete Rahmen beginnt. Dies ermöglicht es der Mobilstation, andere Kanäle zu erfassen. Des Weiteren können die verschiedenen von der Basisstation gesendeten Rahmen auch in Hyperrahmen oder Mehrfachrahmen eingeteilt werden, wobei jeder von ihnen eine bestimmte feste Anzahl von Rahmen umfassen kann. Eine erfolgreiche Erfassung des Synchronisationskanals ermöglicht es einer Mobilstation außerdem festzustellen, wann ein neuer Mehrfachrahmen beginnt.
  • Das Ortungselement sendet vorzugsweise nur periodisch, so dass es sich über längere Zeitabschnitte in einem Zustand befindet, in dem es keine Signale sendet, als dass es sich in einem Zustand befindet, in dem es Signale sendet. Es ist besonders wünschenswert, dass der Betriebszeitanteil des Sendens gegenüber dem Nicht-Senden über Zeiträume von mehr als einer Stunde kleiner als ein Prozent ist. Dies hat den Vorteil, dass die über die Ortungselemente gesendeten Signale (die allen Mobilstationen, die kein Orten erfordern, nur als Störgeräusch erscheinen) im Durchschnitt nur eine relativ geringe Menge an Störgeräuschen erzeugen. Da die Ortungselemente nur selten senden müssen, ist des Weiteren die durchschnittliche von den Ortungselementen verbrauchte Leistung relativ gering und ermöglicht so eine relative lange Batterie-Lebensdauer (wenn, wie bevorzugt, eine oder mehrere Batterien zum Versorgen der Ortungselemente verwendet werden).
  • Das Ortungselement sendet vorzugsweise Signale, die nicht von den Basisstationen innerhalb des Netzwerks verwendet werden. In dem vorgesehenen Universal Mobile Telecommunications Standard (UMTS-Standard) wird zum Beispiel ein mathematisches Ver fahren eingesetzt, um zweihundertsechsundfünfzig Spreizcodes mit einer Länge von 256 Chips zu erzeugen, von denen sechzehn für den Einsatz in dem Synchronisationskanal ausgewählt worden sind. Keiner dieser Spreizcodes wird zum Verteilen von Verkehrsdaten weder durch die Basisstationen noch durch die Mobilstationen verwendet. Die sechzehn für den Einsatz durch die Synchronisationskanäle bestimmten Codes werden periodisch durch die BTS gesendet, üblicherweise ein solcher Code in jedem Schlitz und eine eindeutige Kombination der 15 in den 15 Schlitzen in jedem Rahmen gefundenen Codes. Diese Kombination würde wiederholt in jedem Rahmen gesendet. Die MS versucht, den Synchronisationskanal nur in eingeschaltetem Zustand und während der Messungen der Stärke von angrenzenden Basisstation-Kanälen (z.B. Handover-Vorbereitung) zu erfassen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sendet jedes Ortungselement einen der zweihundertsechsundfünfzig Spreizcodes mit einer Länge von 256 Chips, die nicht für den Einsatz durch Basisstationen als Synchronisationszeichen gemäß UMTS bestimmt sind, als sein Ortungssignal. Jedes Ortungselement hat vorzugsweise nur einen solchen ihm zugeordneten Code, und jedes Ortungselement innerhalb einer bestimmten Zelle weist einen unterschiedlichen ihm zugeordneten Code auf. Dies würde es den Ortungselement-Signalen (PE-Signalen), an denen Messungen durch die MS durchgeführt werden, gestatten, eindeutig mit dem sendenden Ortungselement (PE) verknüpft zu sein.
  • Das Ortungselement befindet sich vorzugsweise zumindest in Einweg-Übertragung über die Funkschnittstelle mit der Basisstation, und das Verfahren schließt möglichst des Weiteren ein, dass die Basisstation das Ortungselement anweist, das Ortungssignal zur nächsten vorgegebenen Zeit zu senden, die relativ zu der Erfassungszeit durch das Ortungselement eines durch die Basisstation gesendeten Signals oder eines Teils eines Signals ist.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform dieser Erfindung senden die Ortungselemente ihre Signale regelmäßig zu vorgegebenen Zeiten, die relativ zu der Erfassungszeit durch die Ortungselemente eines durch die Basisstation und ohne Anweisung durch die BTS gesendeten Signals oder eines Teils eines Signals ist.
  • Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ortungselement wie in Anspruch 4 beschrieben bereitgestellt.
  • Das zellulare Telekommunikationsnetzwerk arbeitet möglichst in einer Umgebung gemäß dem Codemultiplexverfahren.
  • Das Ortungselement umfasst vorzugsweise eine Basisstation-zu-Ortungselement-Empfangseinrichtung zum Empfangen von durch die Basisstation gesendeten Signalen. Dies ermöglicht es jedem Ortungselement, Anweisungen von der Basisstation zu empfangen und zu bestimmen, wie die Übertragung seiner Ortungssignale relativ zu dem Takt der Basisstation unter Verwendung der Funkschnittstelle zeitlich festgelegt werden soll. Auf diese Weise können alle Aspekte des Betriebs des Ortungselements ohne die Notwendigkeit einer kabelgebundenen Verbindung zu dem zugeordneten Netzwerk gestaltet werden.
  • Die Ortungselement-zu-Mobilstation-Sendeeinrichtung wird möglichst so angepasst, dass sie Ortungssignale nur periodisch und vorzugsweise nur als Reaktion auf das Erfassen eines Anweisungssignals von der Basisstation sendet. Dies hat eine Reihe von oben erörterten Vorteilen, die mit Leistungsaufnahme und dem Nicht-Erzeugen von zu vielen Störgeräuschen für andere Mobilstationen in der Umgebung des Ortungselements zusammenhängen, und gestattet es außerdem dem Ortungselement, die Übertragungen von der Basisstation erfolgreich zu empfangen und zu erfassen (es ist zu beachten, dass im Allgemeinen das Ortungselement seine eigenen Ortungssignale nicht zu derselben Zeit auf dem Downlink senden darf, zu der es Signale von der Basisstation auf dem Downlink empfängt).
  • Das Ortungselement umfasst des Weiteren möglichst eine Schalteinrichtung zum Verbinden einer gemeinsamen Antenne entweder mit der Ortungselement-zu-Mobilstation-Sendeeinrichtung oder mit der Basisstation-zu-Ortungselement-Empfangseinrichtung. Es ist zu beachten, dass, da das Ortungselement seine Ortungssignale nur periodisch senden muss, es für das Ortungselement nicht erforderlich ist, eine Duplexeinrichtung zu umfassen, die in jedem Fall nicht üblicherweise in der Lage wäre zu gestatten, dass Eingabe- und Ausgabesignale voneinander getrennt gehalten werden, wenn beide Signale in dem Downlink enthalten wären.
  • Das Ortungselement wird möglichst so angepasst, dass es ein Ortungssignal in Reaktion auf ein von der Basisstation gesendetes Anweisungssignal sendet.
  • Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Mobilstation wie in Anspruch 7 beschrieben bereitgestellt.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden Ausführungsformen derselben nun, nur als Beispiel, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
  • 1 stellt eine schematische Draufsicht eines zellularen Telekommunikationsnetzwerks nach der vorliegenden Erfindung dar;
  • 2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Mobilstation nach der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Ortungselements nach der vorliegenden Erfindung;
  • 4 stellt ein schematisches Blockschaltbild einer Basisstation nach der vorliegenden Erfindung dar;
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die von einer Mobilstation auszuführenden Schritte zum Durchführen eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung darlegt;
  • 6 stellt ein Ablaufdiagramm dar, das die von einer Basisstation auszuführenden Schritte zum Durchführen eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung darlegt; und
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm, das die von einem Ortungselement auszuführenden Schritte zum Durchführen eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung darlegt.
  • Das zellulare Telekommunikations-Netzwerk 1 umfasst eine Vielzahl von Basisstationen 4, 6, bzw. 7 zusammen mit einer Vielzahl von Ortungselementen 3 bzw. 5. Um eine Mobilstation 2 zu orten, werden Ortungssignale von den Ortungselementen 3 bzw. 5 gesendet und können durch die Mobilstation 2 erfasst werden. Die Mobilstation 2 ist in der Lage, die Erfassung von Signalen von den Ortungselementen 3 bzw. 5 mit der Identität der Ortungselemente 3 bzw. 5, die jedes jeweilige Ortungssignal gesendet haben, und mit der Erfassungszeit relativ zu der Zeit der Erfassung eines durch die Basisstation 4 gesendeten Signals oder eines Teils eines Signals durch die Mobilstation 2 zu verknüpfen.
  • Diese Informationen werden dann an die Hauptbasisstation 4 gesendet, mit der die Mobilstation 2 kommuniziert. Die Ortungselemente 3 bzw. 5 sind synchron mit der Hauptbasisstation 4 (d.h. sie sind synchron mit den Downlink-Übertragungen der versorgenden Basisstation), und folglich ist die Übertragungszeit der Ortungssignale bekannt. Durch Berechnen der von den Übertragungssignalen zum Zurücklegen der Entfernung zwischen den Ortungselementen 3 und der Mobilstation 2 benötigten Zeit ist es möglich, die Entfernung der Mobilstation 2 von jedem der Ortungselemente 3 zu berechnen. Unter Verwendung einer Gesamtlaufzeit-Messung kann die Entfernung zwischen der Basisstation 4 und der Mobilstation 2 berechnet werden. Sobald die Entfernung der Mobilstation 2 von zumindest 3 geografisch getrennten Positionen bekannt ist, kann die Position der Mobilstation 2 durch Triangulation berechnet werden.
  • In dem zellularen Telekommunikations-Netzwerk 1 wird der durch das Netzwerk abgedeckte geografische Bereich in eine Vielzahl von Zellen 10, 11 bzw. 12 unterteilt. Die Zellen 5 werden in Gruppen von drei Zellen zusammengefasst, um ungefähr hexagonale Bereiche 15 mit drei Basisstationen 4, 6 bzw. 7 zu bilden, die in der Gruppe 8 in der Mitte des Hexagons liegen, wobei jede der Basisstationen 4, 6 bzw. 7 in einer Ecke ihrer jeweiligen Zelle 10, 11 bzw. 12 positioniert ist, so dass die Grenzen der drei Zellen 10, 11 bzw. 12 sich mit ungefähr 120 Grad Abstand zueinander von der Gruppe 8 der drei Basisstationen 4, 6 bzw. 7 weg erstrecken.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf ein zellulares Telekommunikations-Netzwerk 1 anwendbar, das gemäß einem Protokoll des Codemultiplexverfahrens (CDMA-Protokoll) arbeitet, um einer Vielzahl von Datenverkehrs-Kanälen zu gestatten, zwischen den Basisstationen 4, 6 bzw. 7 und den Mobilstationen 2 über die Funkschnittstelle gesendet zu werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf so genannte Breitband-CDMA-Protokolle (WCDMA-Protokolle), wie zum Beispiel dasjenige, das bestimmt ist, einen Teil des Universal Mobile Telecommunications Standards (UMTS-Standards) zu bilden. Die Prinzipien des WCDMA sind in der Technik wohl bekannt und werden hier nicht genau beschrieben. Um jedoch sicherzustellen, dass die beabsichtigte Bedeutung von in dieser gesamten Patentschrift verwendeten Fachbegriffen deutlich ist, wird eine kurze Übersicht über die Prinzipien von CDMA, die in der Serie 25 (25.2xx) der technischen Spezifikation zu 3GPP dargelegt werden, durch Bezugnahme hier eingeschlossen. Um in CDMA-Systemen einen Kanal von einem anderen zu unterscheiden, wird jedes über einen Kanal zu übertragende Datensignal durch einen Spreizcode, der für diesen Kanal spezifisch ist, gespreizt.
  • Der verwendbare Satz an Spreizcodes ist endlich. Obwohl im Allgemeinen ausreichend viele Spreizcodes für den Einsatz durch eine einzelne Basisstation verfügbar sind, kann es notwendig sein, dass Spreizcodes durch angrenzende Basisstationen wiederverwendet werden. Da es kein festes Taktverhältnis zwischen Basisstationen gibt, kann es sein, dass Übertragungen von zwei nahe gelegenen Basisstationen, die beide den gleichen Spreizcode verwenden, durch eine Mobilstation empfangen werden und einander stören und so die Mobilstation am Rekonstruieren sowohl des einen als auch des anderen Signals hindern. Um dies zu verhindern, werden alle an eine bestimme Basisstation oder von einer bestimmten Basisstation gesendeten Signale mit einem Verwürfelungscode verwürfelt, der entweder für jede Basisstation eindeutig ist oder der durch das Netzwerk ausreichend selten wiederverwendet wird, so dass beliebige zwei Basisstationen, die den gleichen Verwürfelungscode einsetzen, ausreichend weit voneinander entfernt sind, damit keine wesentlich Störung auftritt.
  • Um die Mobilstationen des Weiteren zu unterstützen, sendet gemäß UMTS jede Basisstation zusätzlich entschlüsselte Synchronisationszeichen (wahrscheinlich ein Synchronisationszeichen pro Schlitz pro Rahmen).
  • Nun auf 2 Bezug nehmend, umfasst die Mobilstation 2 eine Antenne 205, ein Duplexgerät 210, einen Hochfrequenz-Empfangsblock (HF-Empfangsblock) 215, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 220, einen angepassten Filter 225, einen Digitalprozessor 250, einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 260 und einen HF-Sendeblock 270. Der HF-Sendeblock 270 wird so dargestellt, dass er einen Modulator 272, einen Uplink-Empfängeroszillator (Uplink-LO) 273, einen HF-Mischer 274, einen Uplink-Bandpassfilter 276 und einen HF-Leistungsverstärker 278 umfasst.
  • Es wird nun der Betrieb der Mobilstation 2 beschrieben. Ein auf die Antenne 205 auftreffendes HF-Signal, das eine fallende Frequenz innerhalb des Downlink-Frequenzbereichs aufweist, fließt im Wesentlichen ungehindert durch das Duplexgerät 210 zu dem HF-Empfangsblock 215. Das Duplexgerät 210 dient einfach dazu, von der Antenne 205 empfangenen Downlink-Signalen zu ermöglichen, zu dem HF-Empfangsblock 215 übertragen zu werden, und gleichzeitig von dem HF-Sendeblock 270 ausgegebenen Uplink-Signalen zu ermöglichen, von der Antenne 205 gesendet oder übertragen zu werden. Zusammen mit dem ADC 220 verarbeitet der HF-Empfangsblock 215 die eingehenden Downlink-Signale, um sie von Hochfrequenz auf Basisband herunterzuwandeln und um digitale Abtastwerte der empfangenen Signale zu erzeugen, die durch rein digitale Be standteile weiterverarbeitet werden können. Im Allgemeinen kann von dem HF-Empfangsblock angenommen werden, dass er die analogen HF-Signale zu analogen Basisbandsignalen herunterwandelt, und von dem ADC 220 kann angenommen werden, dass er die analogen Basisbandsignale von analog nach digital umwandelt. Der ADC 220 arbeitet bei einer Abtastrate, die höher ist als die Chiprate des empfangenen Signals.
  • Das von dem ADC 220 ausgegebene überabgetastete digitale Signal wird parallel sowohl an den angepassten Filter 225 als auch an den digitalen Verarbeitungsblock 250 weitergegeben. Der angepasste Filter 225 wird in 2 nur zur Veranschaulichung als von dem digitalen Verarbeitungsblock 250 getrennter Bestandteil dargestellt, da es wahrscheinlich ist, dass alle digitalen Verarbeitungsschritte einschließlich des durch den angepassten Filter 225 durchgeführten Prozesses innerhalb eines einzelnen Digitalprozessors (DSP) ausgeführt werden, der über eine zugeordnete Speichereinrichtung verfügt und der anfänglich so programmiert ist, dass er alle erforderlichen Funktion durchführt. Der angepasste Filter 225 ist in erster Linie zuständig für die Erfassung von Signalen, wenn ein oder mehr beliebige der folgenden Parameter nicht vollständig bekannt sind: der Takt des empfangenen Signals (d.h. wo der Start eines Schlitzes, Zeichens oder Rahmens etc. beginnt oder endet), der Spreizcode oder der Verwürfelungscode. Im Gegensatz dazu wird der digitale Verarbeitungsblock 250 hauptsächlich für das Rekonstruieren eines Datensignals eingesetzt, wenn alle obigen Parameter bekannt sind. Folglich könnte beim Einschalten der Mobilstation 2 der angepasste Filter 225 zunächst versuchen, ein von der nächstgelegenen Basisstation 4 gesendetes Synchronisationszeichen zu erfassen. Zu diesem Zweck könnte er geringfügig mehr als die einem Schlitz entsprechenden von dem ADC 220 ausgegebenen Abtastwerte speichern und versuchen, die Reihe von so gespeicherten Abtastwerten mit all den verschiedenen für Synchronisationszeichen verwendeten Spreizcodes unter Verwendung eines Schiebefensterverfahrens, bei dem das Fenster der Abtastwerte um einen Abtastwert weitergeschoben wird, nachdem all die Spreizcodes an den Chips entsprechenden, diesem Fenster entsprechenden Abtastwerten getestet worden sind, in Beziehung zu setzen. Wenn nur eine gute Korrelation für einem einzelnen Schlitz entsprechende Chips gefunden wird, kann abgeleitet werden, dass das Synchronisationszeichen, das mit dem Spreizcode verknüpft ist, der die hohe Korrelation erzielt hat, durch die nächstgelegene Basisstation gesendet worden ist. Des Weiteren sind dem angepassten Filter 225 nun Taktinformationen über die Basisstation bekannt, und wenn er dem nächsten Schlitz entsprechende Abtastwerte prüft, kann er das korrekte Fenster viel schneller anpeilen, um die anschlie ßenden Synchronisationszeichen zu bestimmen. Sobald das gesamte Synchronisationswort auf diese Weise decodiert worden ist, kann die Mobilstation die Identität der Hauptbasisstation ermitteln, verfügt über Einzelheiten über ihre Taktinformationen und kann sogar den Verwürfelungscode ableiten, der durch die betreffende Basisstation eingesetzt wird. Diese Informationen können dann durch den digitalen Verarbeitungsblock 250 eingesetzt werden, um einen der durch die Basisstation gesendeten verwürfelten Kanäle zu decodieren, wie zum Beispiel den Pilotkanal, um der Mobilstation zu ermöglichen, mehr Taktinformationen, wie zum Beispiel Informationen mit Bezug auf den Start eines jeden Mehrfachrahmens, zu beziehen. Danach kann der digitale Verarbeitungsblock 250 den Paging Indication Channel (Rufanzeigekanal – PICH) überwachen, um festzustellen, ob er irgendwann durch die Basisstation gerufen wird.
  • Sobald die Mobilstation 2 synchron mit der Basisstation 4 ist, kann sie Nachrichten auf dem Uplink an die Basisstation 4 senden. Zu diesem Zweck wird ein zu sendendes Datensignal unter Verwendung eines ihm durch die Basisstation 4 zugewiesenen Spreizcodes und möglicherweise außerdem unter Verwendung eines Verwürfelungscodes gespreizt. Das Signal wird dann an den DAC 260 ausgegeben, der das digitale Signal in ein entsprechendes analoges Signal umwandelt. Die Ausgabe aus dem DAC 260 wird dann durch den HF-Sendeblock 270 verarbeitet, der letztlich ein Uplinksignal zum Übertragen durch die Antenne 205 über das Duplexgerät 210 ausgibt. Innerhalb des HF-Sendeblocks 270 moduliert der Modulator 272 das analoge Signal zum Beispiel unter Verwendung eines Modulationsverfahrens wie die Binär-Phasenumtastung (BPSK). Das modulierte Signal wird dann mit Hilfe des Uplink-Empfängeroszillators 273 und des HF-Mischers 274 auf die Uplink-Frequenz heraufgewandelt. Der Uplink-Bandpassfilter 276 filtert das durch den Mischer 274 ausgegebene Signal, um jegliche unerwünschten Oberschwingungen oder andere Störbestandteile außerhalb des Uplink-Frequenzbereichs zu entfernen, und sendet das gefilterte Signal an den Leistungsverstärker 178, der das Signal verstärkt, bevor er das Signal an das Duplexgerät 210 ausgibt.
  • Es wird nun auf 3 Bezug genommen, worin ein Ortungselement 3 dargestellt wird, das eine Antenne 305, einen ersten Schalter 310, einen HF-Empfangsblock 315, einen ADC 320, einen angepassten Filter 325, einen digitalen Verarbeitungsblock 350, einen DAC 360 und einen HF-Sendeblock 370 umfasst. Der HF-Sendeblock 370 umfasst einen Modulator 372, einen Uplink-Empfängeroszillator 373 und einen Uplink-Mischer 374, einen Uplink-Bandpassfilter 376, einen Uplink-Leistungsverstärker 378, einen zweiten Schalter 379, einen Downlink-Empfängeroszillator 383, einen Downlink-Mischer 384, einen Downlink-Bandpassfilter 386 und einen Downlink-Leistungsverstärker 388.
  • Die Funktion des Ortungselements 3 ist vergleichbar mit der der Mobilstation 2. Statt mit dem Duplexgerät 210 wird für das Ortungselement jedoch ein Schalter 310 bereitgestellt, da es nicht gleichzeitig Signale senden und empfangen muss. Wenn das Ortungselement 3 sendet, verbindet stattdessen der Schalter 310 die Antenne 305 mit dem HF-Sendeblock 370, und wenn das Ortungselement 3 nicht sendet, verbindet der Schalter 310 die Antenne 305 mit unserem HF-Sendeblock 315. Zusätzlich zu einem Uplink-Empfängeroszillator 373, einem Uplink-Mischer 374, einem Uplink-Bandpassfilter 376 und einem Uplink-Leistungsverstärker 378, über die es wie auch die Mobilstation 2 zum Senden von Signalen auf dem Uplink verfügt, umfasst das Ortungselement 3 in ähnlicher Weise darüber hinaus einen Downlink-Empfängeroszillator 383, einen Downlink-Mischer 384, einen Downlink-Bandpassfilter 386 und einen Downlink-Leistungsverstärker 388 zusammen mit einem Schalter 379 zum Verbinden entweder des Ausgangs des Uplink-Leistungsverstärkers 378 oder des Ausgangs des Downlink-Leistungsverstärkers 388 mit dem ersten Schalter 310. Die zusätzlichen Downlink-Übertragungsbestandteile ermöglichen dem Ortungselement 3, entweder in dem Uplink- oder in dem Downlink-Frequenzbereich zu senden.
  • Schließlich sollte beachtet werden, dass das Ortungselement 3 des Weiteren nicht etliche zusätzliche Merkmale erfordert, die von der Mobilstation 2 benötigt werden, um es in die Lage zu versetzen, als ein persönliches Kommunikationsgerät eingesetzt zu werden. Das Ortungselement 3 erfordert zum Beispiel keinen Bildschirm, keine Eingabetasten, Sprachcodierer oder andere solcher Funktionen, die von einer Mobilstation 2 benötigt werden, die die Form eines tragbaren persönlichen Kommunikationsgerätes wie zum Beispiel eines Mobiltelefons hat.
  • Nun auf 4 Bezug nehmend, ist die Basisstation 4 so dargestellt, dass sie eine Antenne 405, ein Duplexgerät 410, einen HF-Empfangsblock 415, einen ADC 420, einen digitalen Verarbeitungsblock 450, einen DAC 460, einen HF-Sendeblock 470 und eine Verbindungseinrichtung 451 umfasst, um der Basisstation 4 zu gestatten, mit einer Mobilvermittlungsstelle (MTSO) 480 verbunden zu sein.
  • Die Ausführung und die Funktion einer WCDMA-Basisstation, wie zum Beispiel der Basisstation 4, ist in der Technik allgemein bekannt und wird hier nicht sehr genau be schrieben. Die Grundfunktion ist jedoch insofern im Wesentlichen ähnlich wie die der Mobilstation 2 und des Ortungselements 3, als von der Antenne 405 auf dem Uplink empfangene Signale über das Duplexgerät 410 an den HF-Empfangsblock 415 und den ADC 420 weitergegeben werden, der überabgetastete digitale Abtastwerte zum Verarbeiten über den digitalen Verarbeitungsblock 450 erzeugt. Innerhalb des digitalen Verarbeitungsblocks 450 (der erheblich komplizierter und leistungsstärker als die entsprechenden digitalen Verarbeitungsblöcke sowohl in der Mobilstation 2 als auch in dem Ortungselement 3 ist) werden die empfangenen digitalen Abtastwerte in eine Anzahl von Teilkanälen (einen von jeder mit der Basisstation 4 kommunizierenden Mobilstation) umgewandelt, und die ursprünglich von den Mobilstationen gesendeten Datensignale werden rekonstruiert. Die Basisstation 4 umfasst darüber hinaus die Einrichtung 451 zum Verbinden der Basistation 4 über eine kabelgebundene Verbindung mit einer Mobilvermittlungsstelle (MTSO) 480, wo Verbindungen zu dem öffentlichen Telefonnetz (PSTN) oder zu anderen Basisstationen über kabelgebundene Verbindungen und von dort zu weiteren Mobilstationen über die Funkschnittstelle etc. hergestellt werden können. Des Weiteren wird die Basisstation 4, wo es möglich ist, durch das öffentliche Stromnetz oder in abgelegeneren Gebieten alternativ durch ihren eigenen Stromerzeuger angetrieben.
  • Es wird nun auf 5 Bezug genommen, wobei die Schritte, die durch Mobilstation 2 unternommen werden müssen, um durch das Netzwerk geortet zu werden, die Schritte des Startschritts 500 zum Starten des Programms, des Schritts 510 des Überwachens von Basisstation-Signalen, des Entscheidungsschritts 520 zum Feststellen, ob eine Ortungsanweisung empfangen worden ist, des Schritts 530 des Bestimmens eines Ortungssignalsfensters oder von Ortungssignalfenstern, des Schritts 540 des Versuchens, ein Ortungssignal oder Ortungssignale zu erfassen und eines Schritts 550 des Berichterstattens von Ergebnissen an die Basisstation umfassen.
  • In dem Schritt 510 des Überwachens der Basisstation-Signale stützt sich die Mobilstation üblicherweise auf eine vorgegebene Übereinkunft, nach der ein bestimmtes H-Pegel-Signal durch die Basisstation gesendet wird, das die Mobilstation als eine Ortungsanweisung erkennt.
  • Der nächste Schritt 520 zum Feststellen, ob eine Ortungsanweisung empfangen worden ist, veranlasst den Anweisungsfluss, zu dem vorangehenden Schritt 510 zurückzukehren, wenn keine Ortungsanweisung empfangen worden ist oder der Anweisungsfluss auf andere Weise zu dem Schritt 530 des Bestimmens eines Ortungssignalfensters oder von Ortungssignalfenstern bewegt wird. In dem Schritt 530 identifiziert die Mobilstation 2 ein erwartetes Fenster, innerhalb dessen sie erwartet, ein Ortungssignal zu finden, das bei dieser Ausführungsform die Form eines von keiner der Basisstationen 4 innerhalb des Netzwerks 1 verwendeten Synchronisationszeichens annimmt. Die Bestimmung des erwarteten Fensters des Empfangs des Ortungssignals wird in diesem Fall durch Prüfen der von der Basisstation 4 empfangenen Ortungsanweisung durchgeführt, die Einzelheiten der erwarteten Fenster der Ankunft der Ortungssignale in sich einschließt. Die Ortungsanweisung umfasst darüber hinaus Einzelheiten darüber, welche Synchronisationszeichen die Mobilstation in den jeweiligen Ortungssignalfenstern zu empfangen erwarten sollte. Die so durch die Mobilstation 2 bestimmten Informationen werden dann an den angepassten Filter 225 zum Einsatz in dem nächsten Schritt 540 des Versuchens des Erfassens des Ortungssignals weitergegeben. In dem Schritt des Versuchens, die Ortungssignale zu erfassen, speichert der angepasste Filter 225 alle die digitalen Abtastwerte, die in das erwartete Ankunftsfenster der Ortungssignale fallen, und versucht, jeden Schiebefenster-Abschnitt der Abtastwerte mit dem jeweiligen Synchronisationszeichen-Spreizcode in Beziehung zu setzen (es ist zu beachten, dass zu diesem Zweck der angepasste Filter 225 so angepasst werden muss, dass er nicht nur die Synchronisationszeichen erfasst, wie sie durch Basisstationen gesendet werden, sondern auch Synchronisationszeichen, die durch Ortungselemente gesendet werden und die sich in dieser Ausführungsform von denen unterscheiden, die durch Basisstationen gesendet werden). Wenn eine hohe Korrelation entsprechend dem gewünschten Synchronisationszeichen in dem erwarteten Fenster festgestellt wird, wird dann der genaue Startzeitpunkt für dieses erfasste Synchronisationszeichen bestimmt und an den digitalen Verarbeitungsblock 250 zusammen mit der Identität des Synchronisationszeichens zur Verwendung in dem folgenden Schritt 550 des Berichterstattens an die Basisstation weitergegeben. In dem abschließenden Schritt 550 des Berichterstattens an die Basisstation werden die Ergebnisse des Schritts 540 an die Basisstation als Teil einer H-Pegel-Signalinformation zurückgesendet. Es ist zu beachten, dass das gesamte Programm ausgeführt wird, ohne den Fluss von Verkehrsdaten zwischen der Mobilstation 2 und der Basisstation 4 zu unterbrechen. Es ist des Weiteren außerdem zu beachten, dass es in Schritt 540 möglich ist, dass jedes Ortungssignal über mehr als einen einzigen Pfad von der Mobilstation 2 empfangen werden könnte (als eine Folge davon, dass das Ortungssignal zum Beispiel von einem hohen Gebäude oder Hügel etc. abgelenkt wird), wobei in einem solchen Fall der angepasste Filter die Ankunftszeit des frühesten auf solche Weise erfassten Signals zurückmeldet, da dies dem kürzesten erfassten Pfad zwischen dem Ortungselement und der MS entspricht. Wenn jedes Ortungselement in einer Vielzahl von vorgegebenen rela tiven Zeitinstanzen sendet, meldet die Mobilstation 2 den frühesten relativen Pfad von all den erfassten Instanzen von Signalen von Ortungselementen zurück.
  • Nun auf 6 Bezug nehmend, führt die Basisstation 4 die folgende Schritte aus, um die Mobilstation 2 zu orten: einen Startschritt 600, einen Schritt 610 zum Überwachen auf eine Ortungsanforderung, einen Schritt 620 zum Feststellen, ob eine Ortungsanforderung empfangen worden ist, einen Schritt 630 zum Benachrichtigen der Mobilstation, einen Schritt 640 zum Rufen von Ortungselementen, einen Schritt 650 zum Erwarten einer Antwort von Mobilstationen, einen Schritt 660 zum Feststellen, ob eine Antwort von einer Mobilstation in Ordnung ist, einen Schritt 670 zum Neukonfigurieren von Ortungselementen, einen zweiten Schritt 680 zum Benachrichtigen einer Mobilstation und einen Schritt 690 zum Berichten an den Prozessor. Der Bildschirm für einen Ortungsanforderungs-Schritt 610 erfordert von der Basisstation die Überwachung einer Anzahl von möglichen Quellen für eine solche Anforderung zur Ortung einer Mobilstation 2. Insbesondere muss die Basisstation auf entweder von einer Mobilstation 2 oder von dem Netzwerk 1 über die MTSO 480 empfangene Ortungsanforderungen überwachen. Der Feststellungsschritt 620 veranlasst entweder den Anweisungsfluss, zu dem vorangehenden Schritt 610 zurückzukehren, wenn keine solche Anforderung empfangen worden ist, oder er veranlasst alternativ den Anweisungsfluss, zu dem nachfolgenden Schritt 630 überzugehen, falls eine Ortungsanforderung empfangen worden ist. In den Schritten 630 und 640, die in beliebiger Reihenfolge oder tatsächlich gleichzeitig ausgeführt werden können, weist die Basisstation 4 die Mobilstation 2 an, zumindest zwei Ortungssignale zu suchen, die in zwei getrennten Fenstern auftreten, und sie informiert die Mobilstation sowohl darüber, wann sie suchen soll, als auch darüber, nach welchem Synchronisationszeichen sie in dem Ortungssignal genau suchen soll. Zusätzlich ruft die Basisstation 4 in Schritt 640 die Ortungselemente 3 bzw. 5 unter Verwendung des PICH, so dass sie ein Ortungssignal zum nächsten zugeordneten Zeitpunkt senden können. Es ist zu beachten, dass die Basisstation 4 in einem Speicher Einzelheiten all der Ortungselemente innerhalb ihrer Zelle und daher unter ihrer Führung gespeichert hat, und welche die vorgegebenen Übertragungszeiten der Ortungselemente sind und welches ihr zugehöriges Synchronisationszeichen ist. So könnte zum Beispiel in dem Fall, dass eine Ortungsanforderung von der MTSO 480 am Beginn eines neuen Mehrfachrahmens empfangen wird, der nächste vorgegebene Zeitpunkt für das Ortungselement 3, um ein Ortungssignal zu senden, zum Zeitpunkt des Empfangs des dritten Rahmens in jedem Mehrfachrahmen durch das Ortungselement 3 sein, und sein Synchronisationszeichen könnte einen Index 110 von den 256 möglichen haben. Innerhalb des dritten Rahmens (relativer BTS-Takt) verfügt das Ortungselement über ein weiteres vorgegebenes schmales Fenster innerhalb eines vorgegebenen Schlitzes oder innerhalb einer Vielzahl von Schlitzen. Das Fenster wird üblicherweise als zwei Offsets vom Beginn des Schlitzes in Form einer Anzahl von Chips, die den Beginn und das Ende des Fensters kennzeichnen, angegeben. Das Fenster wird üblicherweise dergestalt sein, dass es sich nicht mit dem Fenster überschneidet, innerhalb dessen die BTS normalerweise die zu dem Synchronisationskanal gehörigen Symbole sendet. Eine solche Taktinformation ist so gestaltet, dass die Ortungselemente durch die BTS vor dem Zeitpunkt gerufen werden können, zu denen die Mobilstation 2 durch die BTS 4 angewiesen worden ist, nach Symbolen durch die Ortungselemente zu suchen. Danach schreitet die Basisstation 4 zu dem nachfolgenden Schritt 650 voran, in dem sie eine Antwort von der Mobilstation 2 erwartet. Falls die Mobilstation bei der Erfassung der sowohl durch das Ortungselement 3 als auch durch das Ortungselement 5 ausgegebenen Ortungssignale erfolgreich ist, sendet die Mobilstation an die Basisstation 4 mit Einzelheiten darüber zurück, wann genau die Ortungssignale empfangen wurden relativ zu dem Zeitpunkt der Erfassung eines Signals oder eines Teils eines Signals durch die Mobilstation, das durch die Basisstation zusammen mit dem zugehörigen Synchronisationszeichen gesendet worden ist, das empfangen worden ist, um zu bestimmen, von welchen Ortungselementen die Ortungssignale empfangen worden sind. Sobald die Antwort empfangen worden ist, bestimmt die Basisstation in dem nachfolgenden Schritt, ob die Antwort ausreichend Informationen enthält, um zu ermöglichen, dass die Position der Mobilstation 2 berechnet wird. Falls nicht genügend Informationen vorliegen (zum Beispiel, falls die Mobilstation 2 bei der Erfassung des durch die Ortungselemente 5 innerhalb des bezeichneten Fensters ausgegebenen Ortungssignals erfolglos war), wird der Anweisungsfluss zu Schritt 650 des Neukonfigurierens des Ortungselements oder der Ortungselemente weitergegeben. In diesem Schritt werden alle Ortungselemente, deren Signale durch die Mobilstation nicht erfolgreich erfasst worden waren, durch die Basisstation neu konfiguriert. In einer Ausführungsform wird dies wie folgt ausgeführt:
    Die Basisstation 4 ruft erneut diejenigen Ortungselemente 5, deren Ortungssignale nicht erfolgreich von der Mobilstation 2 erfasst worden waren. Eine vereinbarte Übereinkunft bestimmt, dass dieses erneute Rufen eines Ortungselements innerhalb einer vorgegebenen Zeit (zum Beispiel innerhalb von 30 Rahmen) das Ortungselement anweist, dass es sein Sendesignal irgendwie neu konfigurieren muss, um der Mobilstation 2 eine bessere Möglichkeit zum Erfassen des Ortungssignals einzuräumen. In einer Ausführungsform umfasst die Neukonfiguration einfach das Neusenden ihres Ortungssignals durch die Ortungselemente zum nächsten zugeordneten Zeitpunkt mit einem Leistungspegel, der um ein in einem Speicher des Ortungselements 5 gespeicherten vorgegebenen Maß erhöht ist.
  • Entweder vor, nach oder gleichzeitig mit Schritt 670 führt die Basisstation 4 darüber hinaus den Schritt 680 des Benachrichtigens der Mobilstation 2 über ein neues Fenster aus, innerhalb dessen sie versuchen sollte, das zu dem nicht gehörten Ortungselement gehörende Synchronisationszeichen zu erfassen. Von Schritt 680 kehrt der Anweisungsfluss zu Schritt 650 zurück, der eine Antwort von der Mobilstation 2 erwartet, um festzustellen, ob das Ortungssignal diesmal korrekt erfasst worden ist. Falls es immer noch nicht erfasst worden ist, kann die Basisstation fortfahren, die die Schritte 660, 670, 680 und 650 umfassende Schleife zu durchlaufen, bis das Ortungssignal korrekt erfasst worden ist. Sobald eine ausreichende Antwort von der Mobilstation empfangen worden ist, die angibt, dass genügend Ortungssignale erfasst worden sind, um die Berechnung der Position der Mobilstation 2 zu ermöglichen, wird der Anweisungsfluss weitergegeben an Schritt 690 des Berichterstattens der Ergebnisse an einen Prozessor, der einen Teil der MTSO 480 bildet, wo Triangulation auf Basis der Informationen über die Position der Basisstation 4 und des Ortungselements 3 bzw. 5 zusammen mit den Informationen ausgeführt werden kann, aus denen die jeweiligen Entfernungen von der Mobilstation 2 zu der Basisstation 4 und den Ortungselementen 3 bzw. 5 zur Berechnung der Position der Mobilstation 2 ausgeführt werden können. Die Positionsinformationen über die Mobilstation 2 werden dann von der MTSO 480 an diejenige Partei, welche auch immer ursprünglich die Informationen angefordert hatte, weitergegeben.
  • Nun auf 7 Bezug nehmend, sind die durch das Ortungselement 5 auszuführenden Schritte wie folgt: Startschritt 700, Schritt 705 zum Initialisieren der Sendeparameter, Schritt 710 zum Überwachen des PICH, Schritt 715 zum Feststellen, ob die eigene I.D. empfangen worden ist, Schritt 720 zum Feststellen der Übertragungszeit, Sendeschritt 725, Schritt 730 zum Starten der Zeitschrankenuhr, Schritt 735 zum Überwachen der BTS-Übertragung, Schritt 740 zum Feststellen, ob eine Anforderung zum erneuten Senden empfangen worden ist, Schritt 745 zum Feststellen, ob die Zeitschranke erreicht worden ist, und Schritt 750 zum Neukonfigurieren der Sendeparameter. Wenn das Ortungselement 3 zuerst EINgeschaltet wird, ist der erste Schritt, in dem es arbeitet, Schritt 705, in dem es verschiedene Sendeparameter auf Anfangswerte setzt. Die Art von Sendeparametern, die es zu diesem Zeitpunkt setzt, umfassen die Sendeleistung des Signals und die Zeiten, zu denen die Ortungssignale gesendet werden. Es ist zu beachten, dass um die Möglichkeiten einer Mobilstation 2, das Ortungssignal in einer schwächer werdenden Umgebung, in der die Mobilstation durch verschiedene Spitzen und Tröge der Signalamplitude fährt, erfolgreich zu empfangen, zu vergrößern, das Ortungselement 3 jedes Ortungssignal mehrmals in ziemlich rascher Folge senden kann. Durch Verändern der Zeiten zwischen den Übertragungen kann es möglich sein, die Chancen der Mobilstation zu erhöhen, das Ortungssignal abhängig von der Umgebung und der Art und Weise, in der sich die Mobilstation durch die Umgebung bewegt, zu erfassen. Ein weiterer Sendeparameter könnte zum Beispiel die tatsächliche Beschaffenheit des gesendeten Signals sein. In dem folgenden Schritt 710 überwacht das Ortungselement den PICH (es ist zu beachten, dass bevor das Ortungselement dies tun kann, es sich selbstverständlich mit der Basisstation synchronisieren muss, und dies kann auf genau die gleiche Weise geschehen, wie es wie oben beschrieben bei der Mobilstation 2 erfolgt). Der folgende Schritt 715 stellt fest, ob das Ortungselement eine Markierung (flag) auf dem PICH erfasst, die seiner eigenen Rufgruppe entspricht, die üblicherweise alle Ortungselemente in der Zelle umfassen würde, oder nicht. Wenn keine Markierung erfasst wird, kehrt der Anweisungsfluss zu dem vorangehenden Schritt 710 zurück und fährt fort, auf diese Weise eine Schleife auszuführen, bis er eine Benachrichtigung über den PICH empfängt, woraufhin der Anweisungsfluss zu dem nachfolgenden Schritt 720 des Feststellens, zu welcher Zeit das Ortungselement sein Ortungssignal senden sollte, übergeht. Um festzustellen, zu welcher Zeit das Ortungselement sein Ortungssignal senden sollte, folgt es einem vordefinierten Algorithmus, der in einem Speicher gespeichert ist und der das Berücksichtigen der initialisierten Sendeparameter umfasst. Das Ortungselement 3 kann zum Beispiel über drei anfänglich bestimmte Zeiten innerhalb eines Mehrfachrahmens verfügen, zu denen es sein Ortungssignal senden soll, und es wählt die nächste ihm zur Verfügung stehende dieser Zeiten aus, nachdem es eine Rufanzeige von der BTS empfangen hat. Um schwächer werdende Umgebungen zu bewältigen, kann, wie oben erwähnt, das Ortungselement darüber hinaus sein Ortungssignal einmal oder mehrmals erneut senden, nachdem sein Ortungssignal zum ersten Mal gesendet worden ist. Folglich könnte das Ortungselement 3 als erste ihm zur Verfügung stehende Zeit zum Senden seines Ortungssignals nach dem Empfangen einer Rufanzeige am Beginn eines neuen Mehrfachrahmens haben, dass es sein Ortungssignal zum ersten Mal zu Beginn des fünften Schlitzes des dritten Rahmens (d.h. zu dem Zeitpunkt, an dem das Ortungselement den Beginn des fünften Schlitzes des dritten Rahmens der Übertragung von der Basisstation 4 empfangen würde) und dann wieder 5 Schlitze später, um den Empfang durch sich schnell bewegende Mobilstationen zu unterstützen, und wieder am Beginn des fünften Schlitzes 10 Rahmen später für sich langsamer bewegende Mo bilstationen senden soll. Sobald die Übertragungszeiten in Schritt 720 festgesetzt worden sind, geht der Anweisungsfluss zu dem nachfolgenden Schritt 725 über, in dem das Ortungssignal gesendet wird. Der Anweisungsfluss geht dann zu dem nachfolgenden Schritt 730 über, in dem eine Zeitschrankenuhr gestartet wird. Die Zeitschrankenuhr bildet einen Teil des digitalen Verarbeitungsblocks 250 und zählt einfach Schlitze oder Rahmen der Übertragung durch die Basisstation. Von Schritt 730 geht der Anweisungsfluss zu Schritt 735 über, in dem das Ortungselement wiederum den PICH überwacht. Schritt 740 stellt fest, ob eine Anforderung zum erneuten Senden empfangen worden ist, die in dieser Ausführungsform durch Empfangen einer Rufanzeige für die Ortungselement-Gruppe innerhalb des PICH innerhalb einer vorgegebenen Zeit erfasst wird. Falls keine neue Rufanzeige an die Gruppe der Ortungselemente innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls, das 30 Rahmen umfassen kann, gegeben wird, gehen die Ortungselemente zurück zum Überwachen des PICH, um ihre Symbole nach dem Erfassen einer Anzeige für ihre Gruppe zu senden. Falls diese Anzeige für ihre Gruppe jedoch früher als 30 Rahmen nach der letzten Anzeige eintrifft, wird dies als ein Signal zum Kommunizieren mit der BTS wahrgenommen, um eine Nachricht zum erneuten Konfigurieren zu empfangen. Alle Ortungselemente in einer Zelle folgen genau dem gleichen Verfahren wie eine MS, die eine Markierung auf dem ihrer Gruppe entsprechenden PICH wahrnimmt. Dies umfasst das Lesen des S-CCPCH (des zentralgesteuerten Hilfskanals) und das Lesen der in einem bestimmten Rahmen übermittelten IDs. Von all den Ortungselementen in der Zelle, die fortgefahren sind, den S-CCPCH zu lesen, identifiziert üblicherweise nur eines seine ID und fährt fort, Verbindung mit der BTS über die Funkschnittstelle aufzunehmen, um eine Nachricht zum erneuten Konfigurieren zu empfangen. In Schritt 750 werden einer oder mehrere der Sendeparameter neu konfiguriert, um der Mobilstation, die beim ersten Mal das Ortungssignal nicht erfolgreich empfangen hatte, eine bessere Möglichkeit zu geben, das Ortungssignal beim zweiten Mal zu empfangen. Die direkteste Neukonfiguration umfasst einfach das Erhöhen der Leistung des gesendeten Ortungssignals um einen vorgegebenen Prozentsatz, zum Beispiel das Erhöhen der Leistung um zehn Prozent. Darüber hinaus kann die Übertragungszeit in eine neue Übertragungszeit geändert werden, die näher liegt, als zum Beispiel wieder den fünften Schlitz des zehnten Rahmens zu wählen. Es ist zu beachten, dass das Ortungselement wahrscheinlich eine Anzahl von möglichen Übertragungszeiten in einem gesamten Mehrfachrahmen dauerhaft gespeichert hat und dass es im Allgemeinen automatisch als Teil des Schritts 720 die nächste solche verfügbare Übertragungszeit auswählt. In Schritt 750 können jedoch die Häufigkeit, mit der das Ortungssignal erneut gesendet wird, und die Zeitintervalle zwischen wiederholten Übertragungen verändert werden, um die Möglich keiten einer sich schnell bewegenden Mobilstation zu verbessern und um das Ortungssignal in einer schwächer werdenden Umgebung zumindest einmal zu empfangen. Sobald die Sendeparameter neu konfiguriert worden sind, geht der Anweisungsfluss zu Schritt 720 über, wonach er um die Schritte 725, 730 und 735 eine Schleife zurück zu der Schleife der Schritte 735, 740 und 745 ausführt, bis schließlich festgestellt ist, dass die Mobilstation das Ortungssignal erfolgreich empfangen hat, an welchem Punkt der Anweisungsfluss, wie zuvor beschrieben, zu Schritt 705 zurückkehrt.
  • Obwohl oben eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben worden ist, sind viele alternative Ausführungsformen vorgesehen, die ebenfalls in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst zum Beispiel jede Zelle 10 innerhalb des Netzwerks 1 zwei oder mehr Ortungselemente 3 bzw. 5, wodurch eine beliebige Mobilstation innerhalb der Zelle 10 geortet werden kann, indem Ortungssignale von zumindest zwei der Ortungselemente 3 bzw. 5 innerhalb ihrer Zelle erfasst werden (da als ein dritter Festpunkt die Entfernung von der Mobilstation 2 bekannt ist und von der Basisstation 4 gebildet wird). Es ist jedoch beabsichtigt, dass die Ortungselemente 3 bzw. 5 eingesetzt werden können, um das Verfahren der Abwärtsstrecke und des inaktiven Schlitzes zu erweitern, wie in der Einleitung dieser Patentschrift erörtert worden ist. In dieser Ausführungsform ist es möglich, nur ein einzelnes Ortungselement nur innerhalb derjenigen Zellen zu positionieren, wo die Geografie eine einfache Erfassung eines oder mehrerer Signale von benachbarten Basisstationen durch eine Mobilstation verhindert. In diesem Fall funktioniert das Ortungselement 3 weitgehend auf die gleiche Weise wie oben beschrieben. Die Mobilstation 2 muss jedoch eine ausreichend leistungsstarke automatische Verstärkungsregelungs-Einheit umfassen, um zu ermöglichen, dass die erheblich weniger leistungsstarken Übertragungen für weiter entfernte Basisstationen während eines inaktiven Schlitzes zusätzlich zu der oben beschriebenen Funktionsweise erfasst werden. Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich, dass die Mobilstation 2 in der Lage ist, im Voraus Kenntnis von dem Synchronisationssymbol zu haben, das eine entfernte Basisstation während eines inaktiven Schlitzes sendet.
  • Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform das Ortungselement 3 ein Synchronisationszeichen sendet, das von keiner Basisstation 4, 6 bzw. 7 innerhalb des Netzwerks 1 verwendet wird, ist es in ähnlicher Weise möglich, dass die Ortungselemente eine Synchronisation einsetzen, die ebenfalls durch die Basisstationen verwendet wird. In diesem Fall könnte es Verwechslungen zwischen den Ortungselementen und den Basisstationen geben. Es gibt zwei Möglichkeiten für Verwechslungen. Die erste ist, dass eine Mobilstation, die versucht, sich mit einer Basisstation zum Zwecke eines Soft Handovers zu synchronisieren, stattdessen ein Signal von einem Ortungselement decodieren könnte und auf diese Weise irregeführt werden könnte. Um dieses Problem zu bewältigen, muss die Mobilstation 2 feststellen, dass, falls ein Synchronisationszeichen in einem Schlitz, aber nicht wieder zur gleichen Zeit in dem nachfolgenden oder dem nachfolgenden Schlitz erfasst wird etc., das Synchronisationszeichen tatsächlich von einem Ortungselement und nicht von einer Basisstation empfangen worden ist. Die zweite Möglichkeit für Verwechslungen umfasst eine Mobilstation, die versucht, ein Ortungssignal von einem Ortungselement zu erfassen, und dies mit einem ähnlichen Synchronisationszeichen von einer benachbarten Basisstation verwechselt. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, muss irgendein Aspekt des Ortungselement-Signals es von einem ähnlichen Signal von einer benachbarten Basisstation unterscheiden. Die einfachste Methode, dies zu erreichen, wäre, das Ortungselement sein Ortungssignal einmal oder mehrmals wiederholen zu lassen mit einem Intervall zwischen den wiederholten Übertragungen, das nicht gleich ist mit einem Schlitz, wie er von den Basisstationen durchgeführt wird. Das Ortungselement könnte zum Beispiel sein Ortungssignal nach einem halben Schlitz wiederholen. Es ist zu beachten, dass die Fähigkeit der Mobilstation, mit einem ziemlich hohen Grad an Genauigkeit das erwartete Fenster des Empfangs des Ortungssignals vorherzubestimmen, die Möglichkeit der Verwechslung zwischen einem Ortungssignal und einem Synchronisationssignal von einer Basisstation ziemlich gering werden lassen sollte und das Netzwerk sich einfach auf die Unwahrscheinlichkeit verlassen könnte, dass solche Verwechslungen auftreten. Es ist jedoch vorzuziehen, irgendeinen Mechanismus bereitzustellen, durch den die Mobilstation zwischen einem Ortungselement-Signal und einem Basisstations-Signal unterscheiden kann.
  • Obwohl das Ortungselement 3 in der bevorzugten Ausführungsform so beschrieben worden ist, dass es über Bestandteile zum Senden auf dem Uplink verfügt, sind diese nicht grundsätzlich erforderlich, und es könnte auf sie verzichtet werden, da ein Protokoll verwendet werden könnte, das keine Rückmeldung von dem Ortungselement 3 an die Basisstation 4 erfordert. Es wird jedoch bevorzugt eine solche Übertragungsschaltung eingeschlossen, um dem Ortungselement zu ermöglichen, der Basisstation regelmäßig Bericht zu erstatten, um die Basisstation über seinen Status zu informieren (es kann zum Beispiel regelmäßig über den Batterieladezustand Bericht erstatten, so dass seine Batterie ersetzt oder wieder aufgeladen werden kann, bevor sie leer wird).
  • In der üblichen Ausführungsform dieses im Zusammenhang mit UMTS arbeitenden Ortungssystems kommunizieren einige MS mit mehr als einer BTS gleichzeitig (Soft-Handover-Situation). Da die Ortungselemente üblicherweise mit einem Takt arbeiten, der dem Takt der Basisstation entspricht, in deren Zelle sie positioniert worden sind, müssen jegliche durch die MS durchgeführten Messungen mit dem Takt der BTS verknüpft werden, die die Ortungselemente unter ihrer Steuerung warnt, Ortungssignale zu senden. Es kann ein Verfahren existieren, durch das die BTS, mit der die MS zuerst eine Kommunikation aufgebaut hatte, diejenige ist, die die Ortungssignale unter ihrer Steuerung aktiviert.
  • Falls die Ortungselemente ständig senden, zum Beispiel, um regelmäßige Positionsmessungen durch alle MS in der Zelle zu ermöglichen, bekommt die MS Informationen über die eindeutigen durch die Ortungselemente gesendeten Ortungssignale in ihren versorgenden und angrenzenden Zellen, so dass sie Messungen mit dem Takt der entsprechenden BTS verknüpfen kann, wenn sie sich im Soft Handover befindet.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Orten einer Mobilstation (2) in einem zellularen Netzwerk (1), das eine steuernde Basisstation (4) und eine Vielzahl von Ortungselementen (3, 5) enthält, die Ortungssignale erzeugen können, wobei die steuernde Basisstation Kommunikationsvorgänge innerhalb einer Zelle steuert und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die steuernde Basisstation die folgenden Schritte durchführt: Erzeugen eines Ortungs-Anweisungssignals und Senden desselben zu einer Mobilstation, wobei das Ortungs-Anweisungssignal eine erwartete Ankunftszeit der Ortungssignale an der Mobilstation angibt, Rufen der Vielzahl von Ortungselementen (3, 5) innerhalb der Zelle (10), um so die Vielzahl von Ortungselementen (3, 5) zu veranlassen, Ortungssignale zu erzeugen und zu senden, wobei jedes der Ortungssignale Informationen umfasst, die das Ortungselement identifizieren, das das Ortungssignal gesendet hat; und Empfangen eines Berichtes von der Mobilstation (2) in einem Uplink-Kommunikationsvorgang über die Ergebnisse der Erfassung der Ortungssignale durch die Mobilstation (2).
  2. Verfahren zum Orten einer Mobilstation (2) nach Anspruch 1, wobei, wenn die berichteten Ergebnisse der Erfassung anzeigen, dass eine Mobilstation (2) das von einem bestimmten Ortungselement (3) gesendete Ortungssignal nicht empfangen hat, das bestimmte Ortungselement (3) von der Basisstation (4) durch erneutes Rufen eines Ortungselementes (3) innerhalb einer vorgegebenen Zeit neu konfiguriert wird.
  3. Verfahren zum Orten einer Mobilstation (2) nach Anspruch 2, wobei das Ortungselement (3) neu konfiguriert wird, um sein Ortungssignal zu der nächsten zugewiesenen Zeit mit einem Leistungspegel zu senden, der um ein vorgegebenes Maß erhöht wurde.
  4. Ortungselement (3) zum Einsatz beim Orten von Mobilstationen (2), die mit einer steuernden Basisstation (4) eines zellularen Netzwerks (1) über eine Funkschnitt stelle kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Ortungselement (3) so eingerichtet ist, dass es mit Downlink-Sendevorgängen der steuernden Basisstation (4) synchronisiert und Ortungssignale zu vorhersagbaren Zeiten nach Empfang eines Rufsignals von der steuernden Basisstation sendet, wobei die Ortungssignale Informationen umfassen, die das Ortungselement (3) identifizieren.
  5. Ortungselement (3) nach Anspruch 4, das so eingerichtet ist, dass es Signale periodisch zu vorgegebenen Zeiten relativ zu der Zeit der Erfassung eines Signals oder eines Teils eines Signals, das durch die Basisstation (4) gesendet wurde, durch das Ortungselement (3) und ohne Anweisung durch die Basisstation (4) sendet.
  6. Ortungselement (3) nach Anspruch 4 oder 5 zum Einsatz in einem zellularen CDMA-Netzwerk (1), in dem die Ortungssignale eindeutige Spreizcodes umfassen, die mit jedem Ortungselement verknüpft sind.
  7. Mobilstation (2) zum Kommunizieren mit einem zellularen Netzwerk (1), das eine steuernde Basisstation (4) und eine Vielzahl von Ortungselementen (3, 5) umfasst, die Ortungssignale erzeugen können, wobei die Mobilstation (2) so eingerichtet ist, dass sie mit Downlink-Sendevorgängen von der steuernden Basisstation (4) synchronisiert, und gekennzeichnet ist durch: eine Einrichtung zum Erfassen von Ortungssignalen, die von Ortungselementen (3, 5) gesendet werden, die mit den Downlink-Sendevorgängen synchronisiert sind, wobei jedes Ortungssignal Informationen umfasst, die das Ortungselement (3, 5) identifizieren, das das Ortungssignal gesendet hat, eine Einrichtung zum Empfangen von Ortungs-Anweisungssignalen von der steuernden Basisstation (4), die vor dem Empfang der Ortungssignale an der Mobilstation gesendet werden, wobei die Ortungs-Anweisungssignale die erwartete Ankunftszeit und die Art der zu erfassenden Ortungssignale anzeigen, und eine Einrichtung zum Berichten der Ergebnisse der Erfassung der Ortungssignale zu der steuernden Basisstation (3) in Uplink-Kommunikation zwischen der Mobilstation (2) und der Basisstation (4).
  8. Mobilstation nach Anspruch 7, die so eingerichtet ist, dass sie mit einem zellularen CDMA-Netzwerk arbeitet.
DE69936990T 1999-10-06 1999-10-06 Ortungssystem für ein Mobiltelefonnetz Expired - Lifetime DE69936990T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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