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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
der vorliegenden Erfindung können
alle Aspekte des Betriebs des Ortungselements ohne die Notwendigkeit
einer kabelgebundenen Verbindung zu dem zugeordneten Netzwerk gestaltet
werden.
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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.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Orten einer Mobilstation
innerhalb eines zellularen Telekommunikationsnetzwerks nach Anspruch
1 zur Verfügung
gestellt.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ortungselement
wie in Anspruch 4 beschrieben bereitgestellt.
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Das
zellulare Telekommunikationsnetzwerk arbeitet möglichst in einer Umgebung gemäß dem Codemultiplexverfahren.
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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.
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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).
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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.
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Das
Ortungselement wird möglichst
so angepasst, dass es ein Ortungssignal in Reaktion auf ein von
der Basisstation gesendetes Anweisungssignal sendet.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Mobilstation
wie in Anspruch 7 beschrieben bereitgestellt.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung werden Ausführungsformen derselben nun,
nur als Beispiel, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
für die
gilt:
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1 stellt
eine schematische Draufsicht eines zellularen Telekommunikationsnetzwerks
nach der vorliegenden Erfindung dar;
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2 ist
ein schematisches Blockschaltbild einer Mobilstation nach der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
ein schematisches Blockschaltbild eines Ortungselements nach der
vorliegenden Erfindung;
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4 stellt
ein schematisches Blockschaltbild einer Basisstation nach der vorliegenden
Erfindung dar;
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das die von einer Mobilstation auszuführenden
Schritte zum Durchführen
eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung darlegt;
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6 stellt
ein Ablaufdiagramm dar, das die von einer Basisstation auszuführenden
Schritte zum Durchführen
eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung darlegt; und
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7 ist
ein Ablaufdiagramm, das die von einem Ortungselement auszuführenden
Schritte zum Durchführen
eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung darlegt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um
die Mobilstationen des Weiteren zu unterstützen, sendet gemäß UMTS jede
Basisstation zusätzlich
entschlüsselte
Synchronisationszeichen (wahrscheinlich ein Synchronisationszeichen
pro Schlitz pro Rahmen).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.