EP1407632A1 - Method and device for determining the position of subscriber devices of a radio communication system with the aid of additional positioning elements - Google Patents

Method and device for determining the position of subscriber devices of a radio communication system with the aid of additional positioning elements

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Publication number
EP1407632A1
EP1407632A1 EP02750816A EP02750816A EP1407632A1 EP 1407632 A1 EP1407632 A1 EP 1407632A1 EP 02750816 A EP02750816 A EP 02750816A EP 02750816 A EP02750816 A EP 02750816A EP 1407632 A1 EP1407632 A1 EP 1407632A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radio
signal
pell
base station
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02750816A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Mark Beckmann
Thomas Gottschalk
Siegfried Bär
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1407632A1 publication Critical patent/EP1407632A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the position of at least one subscriber device of a radio communication system, which has a multiplicity of base stations for division into radio cells, at least one location measurement signal being transmitted by at least one additional position element from at least one radio cell,
  • radio communication systems such as According to the GSM or UMTS standard, it may be of interest in practice to determine the current location or location of a particular subscriber device, in particular a mobile radio device.
  • the requirements for determining the position of the respective subscriber device can come from the respective subscriber himself, another subscriber, as well as from the network infrastructure side.
  • the invention has for its object to show a way how a position determination of the respective subscriber device can be carried out as efficiently as possible in a radio communication system.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that the respective position element monitors the radio signaling on the air interface of the respective base station to determine whether a position request signal is being transmitted to and / or by the latter, and that when such a position request signal is detected by such a listening position element is automatically sent at least one location measurement signal during at least one free signal section of the radio signaling on the air interface of the base station of its assigned radio cell.
  • the signaling on the air interface is listened to for a possible position request signal from the respective position element in the location and / or neighboring radio cell of the subscriber device to be located, and when such a position request signal is detected by such a "listening" position element independently at least one location measurement signal during at least one free signal section of the radio signaling is inserted and transmitted on the air interface of the base station of its assigned radio cell, a position determination is made possible in an effective manner.
  • the invention also relates to a device for determining the position of at least one subscriber device according to the invention of a radio communication system, which is carried out according to one of the preceding claims.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a radio cell of a radio communication system, in which the position of a mobile radio device located there can be determined using position elements according to a first variant of the method according to the invention
  • Figure 2 shows the others in a schematic representation
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the temporal structure of a time frame of the radio signaling on the air interface between a base station and a subscriber device to be located in the radio communication system according to FIGS. 1 and 2, a location measurement signal from a listening position element according to the invention in a free signal section of a time slot of this time frame Procedure has been inserted independently, and
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further variant of the method according to the invention for determining the position of a subscriber device of the radio communication system according to FIG. 2.
  • FIG. 2 shows a simplified radio communication system MCS, in which message signals, in particular, via at least one predefined air interface LSI between at least one subscriber device Mobile radio device such as UE1, and at least one base station such as NB, SB are transmitted using a time-division multiple access transmission method.
  • MCS message signals, in particular, via at least one predefined air interface LSI between at least one subscriber device Mobile radio device such as UE1, and at least one base station such as NB, SB are transmitted using a time-division multiple access transmission method.
  • UMTS universal mobile telecommunication system
  • message signals via the respective air interface in particular according to a combined TDMA / CDMA multiple access transmission method
  • TDMA time division multiple access
  • CDMA code division multiple access
  • TDD time division duplex
  • uplink signal transmission from the mobile radio device to the respective base station
  • downlink signal transmission from the respectively assigned base station to the mobile radio device
  • uplink signal transmission from the mobile radio device to the respective base station
  • downlink signal transmission from the respectively assigned base station to the mobile radio device
  • uplink signal transmission from the mobile radio device to the respective base station
  • downlink signal transmission from the respectively assigned base station to the mobile radio device
  • a single carrier frequency is used for signal transmission in the uplink and downlink direction.
  • the message signals are divided into a number of successive time slots of a predefinable time period with a predefinable time frame structure.
  • a number of subscribers who simultaneously communicate with the base station there in the same radio cell are advantageously separated from one another in terms of their message / data connections by orthogonal codes, in particular by the so-called CDMA (code division multiple access) method, in combination with time division multiplex division ,
  • CDMA code division multiple access
  • Mobile radio telephones in particular cell phones, are preferably provided as subscriber devices.
  • other message and / or data transmission devices with an associated radio unit such as Internet computers, televisions, notebooks, fax machines, etc. for communication traffic "on air", ie via an air interface, components of the radio communication network.
  • the subscriber devices can also be arranged stationary, ie stationary, in the radio network. However, they are preferably designed to be portable and can therefore be mobile, that is to say at changing locations.
  • the mobile radio system MCS usually has a multiplicity of base stations, to which mobile radio cells are respectively assigned, i.e. each base station spans a radio cell and supplies it with regard to radio traffic via at least one air interface. Within such a radio cell, its base station is responsible for communication with the subscriber device that is located there. The respective base station is preferably arranged approximately in the center of its radio cell (see FIG. 1).
  • a user device UE1 to be located is located in the radio cell of the base station SB.
  • the subscriber device UE1 is here
  • a base station is a network component that serves and controls mobile devices in a mobile radio cell via at least one air interface.
  • the base station SB in FIG. 2 is the network component that currently operates and controls the mobile terminal UE1 to be located in its current residential radio cell, ie a serving mobile radio cell, via the air interface LS.
  • SRNC Serving Radio Network Controller
  • a serving radio network controller is therefore a network component for the operation and control of one or more base stations, which are called UMTS NodeBs.
  • the serving radio network controller and the base stations assigned to it form a so-called radio network system (RNS).
  • RNS radio network system
  • Several RNS systems in turn are combined in UMTS to form a logical system unit UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network).
  • the MSC carries out all the necessary functions for circuit switched services from and to the mobile stations.
  • a communication link for an external location application (such as position determination) or an external location client (LCS client) is made possible via a connection unit GMLC (Gateway Mobile Location Center).
  • This connection unit GMLC is connected to a so-called "home location register" HLR, to which a mobile user is assigned for protocol or control purposes (for example user information).
  • An external localization unit such as an LCS client ELCS (location services) - user system (such as emergency call centers, monitoring centers, position-dependent information services) can come into contact with the MCS radio communication system via the connection unit GMLC.
  • LCS client ELCS location services
  • the mobile radio device UE1 has already established an active, existing communication connection to the base station SB in its stay radio cell.
  • This evaluation / computing unit can in particular also be part of the respective base station and / or can be implemented in the respective mobile radio device UE1 itself.
  • FIG. 1 shows an example of the radio cell CE1 from the large number of radio cells of the radio communication system according to FIG. 2.
  • This radio cell is supplied with radio technology by the approximately centrally located base station NB1.
  • the position i.e. To be able to determine the local position of the mobile radio device UE1 currently in the radio cell CE1, there are several position elements in the radio cell CE1 such as e.g. PEll additionally distributed with PE14. They are preferably placed in the area of the outer borders of the radio cell CE1.
  • the base station NB1 itself now sends one or more associated location measurement signals PS1 with PS4 via their air interface LSI, the duration of which for their path
  • Mobile radio device UE1 is located on this circle RTK with a constant radius.
  • RTT measurement round trip time
  • Mobile radio device UE1 is located on this circle RTK with a constant radius.
  • At least two further distance circles CI1 and CI3 are determined via corresponding runtime measurements of these location measurement signals by the mobile radio device UE1.
  • the distance circle CI1 identifies those locations at which a location measurement signal of the position element PEll has the same transit time for its path to the mobile radio device UE1.
  • the distance circle CI2 describes those locations at which a location measurement signal of the position element PE13 has the same transit time for its path to the mobile radio device UE1. Only the intersection of all three distance circles RTK1, CI1, CI2 clearly indicates the local position of the mobile radio device UE1.
  • the position elements PEll are expediently synchronized with PE14 with respect to the time pattern of the radio signaling on the air interface LSI of the base station NB1. This is because the starting time of the location measurement signals of the position elements is clearly defined, which facilitates the evaluation of the transit times of the location measurement signals.
  • CI3 - as with the so-called OTDOA method (observed time of arrival) - location hyperbolae may also be determined on the basis of the location measurement signals.
  • OTDOA position element measurement method observed time difference of arrival
  • the core of this position determination method is that one or more position elements (PE) are introduced per cell, with whose support position determinations can be carried out according to the principle of the OTDOA method.
  • the number of position elements is preferably determined by the network operator in accordance with the local conditions (such as topography) of the respective mobile radio cell and the required accuracy of the position determination.
  • the PEs it is possible to use the signals for position determination only in the cell in which the UE to be determined is located.
  • Signals from other NodeBs (in the neighboring mobile radio cells) for the OTDOA evaluation are basically no longer necessary. However, they can of course still be used if they are present and detected.
  • the PEs preferably have two main tasks:
  • UEs user equipments
  • the listening and transmission takes place on a frequency, in particular the downlink frequency of the mobile radio cell (serving cell). This means e.g. the frequency of the broadcast channel BCH.
  • a frequency in particular the downlink frequency of the mobile radio cell (serving cell).
  • both processes, listening and sending are expediently separated from one another in time, so that there can and should not be any overlap.
  • Cellular cell position elements available from the respectively assigned base station or serving nodeB infor- (via higher signaling layers or via the BCH) to send their assigned signal code in a specific downlink slot (DL slot).
  • DL slot downlink slot
  • the location measurement signals could now be sent to the mobile radio devices at certain times and in certain free signal sections of the DL slot of the transmission signal of the serving nodeB, i.e. the position elements could place their unique signal code sequences in signal sections of the signaling of the serving nodeB specified by the respective serving nodeB to the mobile radio devices of this mobile radio cell.
  • this could be signal sections of the BCH that it is not using or signal sections in the still unused data part of a slot.
  • the subscriber device to be localized would of course also know of the signal sections in which the position elements send their signal codes.
  • the subscriber device to be located in each case could, in accordance with the signaling timing, attempt to detect the signal codes of the PEs in this specific part of the DL slot and thereby determine the arrival times of the signal codes.
  • the further procedure and determination of the position could take place in accordance with the known OTDOA method.
  • the position elements would be configured by the respective base station or serving nodeB of the current location radio cell of the mobile radio device to be located, i.e. the serving nodeB would inform the position elements at what time in the DL slot (downlink connection between NodeB and UE) the position elements may send the signal code sequences assigned to them.
  • the serving nodeB would inform the position elements at what time in the DL slot (downlink connection between NodeB and UE) the position elements may send the signal code sequences assigned to them.
  • the following problem could arise in unfavorable constellations:
  • the position elements can change the configuration information in the BCH due to poor cellular channel conditions do not detect, ie do not evaluate, and therefore have no possibility of sending their signal code sequences at the correct timing (insertion start times) of the DL connections.
  • the reception of the respective PE signal code can be incomplete or can only take place in "fragments". Incorrect detection of the PE signal code in the receiver is possible. This would make it very difficult or even impossible to support the position determination with position elements of one or more mobile radio devices (UEs) in the relevant mobile radio cell.
  • UEs mobile radio devices
  • RRC radio resource control
  • the UEs in the serving cell are able to listen to the signal codes of the PEs from the neighboring cells.
  • the UEs After sending a position request PAS (see FIG. 1), the UEs try after a short delay phase (resulting from the time it takes for a PE to "listen" to the request and then send its signaling code) to detect known PE signal code sequences without the time of the free signal sections being explicitly communicated to them by the NodeB.
  • a short delay phase resulting from the time it takes for a PE to "listen” to the request and then send its signaling code
  • the possibility of information about free signal sections of the NodeB to the UEs for e.g. PE signal code sequences may still be possible if desired, required or required.
  • An important advantage is in particular the possibility of reducing the signaling overhead of the NodeB to the UEs or PEs in the serving cell, since the position elements now automatically insert location measurement signals into free, existing signal sections of the radio signaling. If the PEs act "independently" while listening in (or eavesdropping) on a position request by a UE to the serving nodeB (location request) in the serving cell, the signaling between PEs and serving nodeB can be saved or avoided with regard to time and signaling, ie a disruptive signaling overhead in the cell can be avoided ,
  • a next advantage to be stated is the possibility of using PEs from the neighboring mobile radio lines if they "listen" to the position request of a UE from a neighboring cell.
  • the method according to the invention can be used both in the FDD mode (frequency division duplex) and in the TDD mode of UMTS.
  • the base station NB1 spans the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS cell1). Neighboring radio cells should not play a role in the first embodiment.
  • this NodeB is controlled by an RNC. Together with this, this results in part of a radio system with a control organ, base station, mobile radio devices and position elements.
  • the mobile radio device UE1 to be located is located in the UMTS mobile radio cell CE1, the serving cell, and is supplied or operated by this base station NB1.
  • the request PAS for position determination can originate both from the mobile radio device UE1 itself and from one or more network components of the radio communication system and thus from any requesting LCS client in the network of the radio communication system (FIG. 2).
  • the mobile device UE1 always establishes an RRC connection to the base station or NodeB NB1 in order to announce the confirmation of the position request PAS to the base station NB1.
  • PEs position elements
  • UMTS cell1 UMTS cell1
  • these are the elements PEll, PE12, PE13 and PE14.
  • the PE distribution in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS cell1) is carried out in such a way that at least the signals from two PEs can be “heard” by the mobile radio device UE1 in the radio cell CE1, ie can be detected.
  • the mobile radio device UE1 is located in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS celll) close to the right cell boundary, so that there is the possibility that it can evaluate position measurement signals of the closest position elements PE13 and PE14 when a position is requested.
  • problems can arise with regard to the detection of the signals of the other PEs that are too far away (such as PEll and PE12), because these PEs are difficult or impossible to detect by the mobile radio device. The reasons are the greater distances, thereby weaker signal powers and possibly quantitatively more shadowing in the distance between the PEs and the mobile device UE1.
  • An example of a sequence scenario can be as follows: The position of the mobile radio device UE1 in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS celll) is to be determined on the basis of a position request PAS. It does not matter why and where a position request came from. Regardless of the accuracy of the position determination defined in the requirements, which is decided by the network (mainly from the RNC), the mobile radio device prepares to use position elements (PEs), ie to listen to the signaling codes of the PEs of the mobile radio cell CE1 , First, the NodeB NBl is informed with the help of a confirmation of the position request PAS.
  • PEs position elements
  • the NodeB can optionally also inform the PEs of the mobile radio cell via the BCH about the times when the respective PE inserts its assigned signal code into the DL slot structure from the NodeB to the UE.
  • the PEs can use this information in particular, for example, after a The first attempt to position the position failed. Of course, this also gets this information UE communicated, since the UE also hears the DL connection of the Serving-NodeB (NodeB).
  • the position request is also known to the PEs in the vicinity of the UE to be localized by means of “listening in” or “intercepting” the information element — “location update” - in the RRC message. After evaluating this information element, the position elements PEll, PE12, PE13 and PE14 now insert their signal code sequences as position measurement signals into the respective DL-, regardless of "commands" of the Serving-NodeB (NodeB).
  • Time shifts can be determined by correlations) to determine reception times of the code sequences.
  • the mobile radio device UE1 sends this information to the serving NodeB (NodeB).
  • NodeB or the PCF (position calculation function) in the UTRAN determines the time differences between the reception times of the PE signal code sequences. These differences are preferably mapped on spatial hyperbolas and / or distance circles according to the known ODTOA method. The common intersection of the hyperbolas is the sought position in a range of accuracy values that depends on the environment.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the temporal structure of a time frame FRi for radio signaling on the air interface LSI between the base station NB1 and the mobile radio device UE1 from FIG. 1 to be located
  • the inventive method has been inserted independently.
  • the time frame FRi of the time length TF has a large number of individual, time-sequential time slots SL0 with SL14, each of the same, consistent constant duration. Such time frames follow one another successively, that is to say continuously in the transmission of messages. This is indicated in FIG. 3 by three dots at the beginning and end of the time frame FRi.
  • a TDD frame such as FRi preferably consists of a total of 15 time slots SLO with SL14. Each time slot can be uniquely allocated either for transmissions in uplink or downlink traffic, ie reserved or made available.
  • the respective time slot e.g. SLi has 4 time sections or time sections DA1, MI, DA2, PC2, which are reserved for the transmission of different groups of signal types.
  • the first time period DA1 of the time slot SLi is pre-assigned for the transmission of user data, so-called data symbols.
  • so-called midambles are transmitted in the second, subsequent time segment or block MI.
  • These are signals for the channel estimation and / or synchronization of the respective subscriber device and / or the respective base station. Based on these channel estimation parameters, a channel equalization is carried out in the respective mobile radio device and / or the respective base station. After this time block MI there is again a time period DA2 for a further transmission of user data. Because the
  • the radio transmission of a so-called burst can thus take place with a predetermined time division or sectioning during the respective time slot.
  • a so-called burst data bundle
  • a time frame and time slot structure is provided in the respective mobile radio standard, here in the exemplary embodiment in particular in the UMTS standard (eg 3G TS 25.221 "physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (TDD)", version 3.2.0 (2000-03), 3G TS 25.305 "stage 2 functional specification of location Services in UTRAN”, version 3.1.0 (2000-03, 3G TS 25.224 “physical layer procedures (TDD)", version 3.2.0 (2000-03 ).)
  • the signaling code PS1 of one of the position elements such as PEll transmitted during time period DA1 in time slot SLi of time frame FRi, since a free signal section was available here.
  • Embodiment 2 (use of PEs from neighboring cells):
  • Embodiment 2 according to FIG. 4 is based on the basic principle of the above embodiment 1.
  • the position of the mobile radio device UE1 in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS celll) is to be determined on the basis of a position request PAS. It is irrelevant why and where a PAS position request came from. Regardless of the accuracy of position determination defined in the requirements, which is decided by the network (mainly from the RNC), the UE prepares to use position elements (PEs), i.e. to listen to the signaling codes of the PEs of the cellular cells CE1 - CE4.
  • PEs position elements
  • the NodeB NBl is informed with a confirmation of the position request PAS.
  • the NodeB can additionally inform the PEs of the mobile radio cell via the BCH about the times when the respective position element (abbreviation PE) can insert its assigned signal code into the DL slot structure from the NodeB to the UE.
  • the PEs can use this information, for example, after a first attempt at position determination has failed. This information is of course also communicated to the UE, since the UE also hears the DL connection of the Serving-NodeB (NodeBi).
  • the position request is also the position elements (PEs), namely PEll and PE14 from the current location mobile radio cell CE1 (UMTS cell1), PE21 from the neighboring mobile radio cell CE2 (UMTS cell2) and PE31 and possibly PE32 from the neighboring mobile radio cell CE3 ( UMTS cell3) in the vicinity of the mobile device UEl to be located by "listening" or “intercepting" the information element - location update - in the RRC message.
  • the named PEs add independently of
  • the mobile radio device UE1 tries to determine reception times of the code sequences.
  • the UEl sends this information to the Serving-NodeB (NodeB).
  • NodeB or the PCF in the UTRAN determines the time differences between the reception times of the PE signal code sequences. These differences are expediently depicted on local hyperbolas and / or distance circles. Their respective common intersection is the sought position in a range of accuracy values dependent on the environment.
  • the localization method described by way of example using a UMTS radio communication system is of course also applicable to other radio communication systems such as applicable according to the GPRS (general packet radio service), EDGE (enhanced data rates for GSM environments) standard.
  • GPRS general packet radio service
  • EDGE enhanced data rates for GSM environments

Abstract

In a cellular radio communication system (MCS), at least one locating measuring signal (PS1 with PS4) is emitted by at least one additional positioning element (PE11 with PE14) from at least one radio cell (CE1). According to the invention, each positioning element (PE11) monitors the radio signalising on the common air interface (LS1) of the respective base station (NB1) to see whether a positioning inquiry signal (PAS) is emitted to said station and/or from said station. When detecting a positioning inquiry signal (PAS) of said type, a monitoring positioning element (PE11) of said type independently inserts at least one locating measuring signal (PS1) into at least one free signal section (DA1) of the radio signalling.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren sowie Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Teilnehmergeräten eines FunkkommunikationsSystems mit Hilfe von zusätzlichen PositionselementenMethod and device for determining the position of subscriber devices of a radio communication system with the aid of additional position elements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung mindestens eines Teilnehmergeräts eines Funkkommunikations- systems, das eine Vielzahl von Basisstationen zur Aufteilung in Funkzellen aufweist, wobei mindestens ein Ortungsmesssignal von mindestens einem zusätzlichen Positionselement aus mindestens einer Funkzelle gesendet wird,The invention relates to a method for determining the position of at least one subscriber device of a radio communication system, which has a multiplicity of base stations for division into radio cells, at least one location measurement signal being transmitted by at least one additional position element from at least one radio cell,
In Funkkommunikationssystemen wie z.B. nach dem GSM oder UMTS Standard kann es in der Praxis ggf. von Interesse sein, den aktuellen Standort bzw. Aufenthaltsort eines bestimmten Teilnehmergerätes, insbesondere Mobilfunkgeräts, zu bestimmen. Die Anforderungen an eine Positionsbestimmung des jeweiligen Teilnehmergerätes kann dabei sowohl vom jeweiligen Teilnehmer selbst, einem anderem Teilnehmer, als auch von der Netzinfrastrukturseite her kommen.In radio communication systems such as According to the GSM or UMTS standard, it may be of interest in practice to determine the current location or location of a particular subscriber device, in particular a mobile radio device. The requirements for determining the position of the respective subscriber device can come from the respective subscriber himself, another subscriber, as well as from the network infrastructure side.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem Funkkommunikationssystem eine Positionsbe- Stimmung des jeweiligen Teilnehmergeräts möglichst effizient durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass vom jeweiligen Positionselement die Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle der jeweiligen Basisstation dahingehend überwacht wird, ob ein Positionsanfragesignal an diese und/oder von dieser übermittelt wird, und dass bei Detektion eines derartigen Positionsanfragesignals von einem solchen mithörenden Positionselement selbständig mindestens ein Ortungsmesssignal während mindestens eines freien Signalab- Schnitts der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle der Basisstation seiner zugeordneten Funkzelle gesendet wird. Dadurch, dass vom jeweiligen Positionselement in der Aufenthalts- und/oder Nachbarfunkzelle des jeweilig zu ortenden Teilnehmergeräts die Signalisierung auf der Luftschnittstelle auf ein etwaiges Positionsanfragesignal hin abgehört wird, und bei Detektion eines derartigen Positionsanfragesignals von einem solchen "mithörenden" Positionselement selbständig mindestens ein Ortungsmesssignal während mindestens eines freien Signalabschnitts der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle der Basisstation seiner zugeordneten Funkzelle eingefügt und gesendet wird, wird in effektiver Weise eine Positionsbestimmung ermöglicht. Denn eine aufwendige Zusatz- signalisierung, wie sie bei einer vorab festgelegten, d.h. starren bzw. fixen Zuordnung von Ortungsmesssignalen zu freien Zeitschlitzen der Signalisierung auf der Luftschnittstelle erforderlich wäre, kann jetzt durch das selbständige Einfügen der Ortungsmesssignale in freie Signalabschnitte durch das jeweilig beteiligte Positionselement entfallen. Dadurch ist eine flexible Ausnutzung freier Signalisierungsabschnitte auf der Luftschnittstelle ermöglicht. Eine Reduzierung der ur- sprünglich bereitgestellten Funkzellenkapazität, d.h. Übertragungsrate, und damit eine Einschränkung bei der Nutzsignal-/Nutzdatenübertragung ist somit weitgehend vermieden. Denn eine extra Vorabbereitstellung von fest zugeordneten Signalabschnitten, die eigens für die Ortungsmesssignalüber- tragung reserviert sind, kann entfallen.The invention has for its object to show a way how a position determination of the respective subscriber device can be carried out as efficiently as possible in a radio communication system. This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that the respective position element monitors the radio signaling on the air interface of the respective base station to determine whether a position request signal is being transmitted to and / or by the latter, and that when such a position request signal is detected by such a listening position element is automatically sent at least one location measurement signal during at least one free signal section of the radio signaling on the air interface of the base station of its assigned radio cell. Characterized in that the signaling on the air interface is listened to for a possible position request signal from the respective position element in the location and / or neighboring radio cell of the subscriber device to be located, and when such a position request signal is detected by such a "listening" position element independently at least one location measurement signal during at least one free signal section of the radio signaling is inserted and transmitted on the air interface of the base station of its assigned radio cell, a position determination is made possible in an effective manner. This is because complex additional signaling, as would be required in the case of a predetermined, ie rigid or fixed, assignment of location measurement signals to free time slots for signaling on the air interface, can now be dispensed with by the position element which is independently inserted into free signal sections by the position element involved in each case , This enables flexible use of free signaling sections on the air interface. A reduction in the originally provided radio cell capacity, ie transmission rate, and thus a restriction in the transmission of useful signals / useful data is thus largely avoided. This is because there is no need for extra pre-provision of permanently assigned signal sections that are reserved specifically for the location measurement signal transmission.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Positionsbestimmung mindestens eines Teilnehmergeräts eines Funkkommunikationssystems, welche nach einem der vor- hergehenden Ansprüche durchgeführt wird.The invention also relates to a device for determining the position of at least one subscriber device according to the invention of a radio communication system, which is carried out according to one of the preceding claims.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.Other developments of the invention are given in the subclaims.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend. anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :The invention and its developments are as follows. explained in more detail with reference to drawings. Show it :
Figur 1 in schematischer Darstellung eine Funkzelle eines Funkkommunikationssystems, in der mit Hilfe von Positionselementen die Position eines sich dort aufhaltenden Mobilfunkgeräts nach einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann,1 shows a schematic illustration of a radio cell of a radio communication system, in which the position of a mobile radio device located there can be determined using position elements according to a first variant of the method according to the invention,
Figur 2 in schematischer Darstellung die weiterenFigure 2 shows the others in a schematic representation
Komponenten des Funkkommunikationssystems nach Figur 1 ,Components of the radio communication system according to FIG. 1,
Figur 3 in schematischer Darstellung die zeitliche Struktur eines Zeitrahmens der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle zwischen einer Basisstation und einem zu ortenden Teilnehmergerät des Funkkommunikationssystems nach den Figuren 1 sowie 2, wobei in einen freien Signalabschnitt eines Zeitschlitzes dieses Zeitrahmens ein Ortungsmesssignal von einem mithörenden Positionselement nach dem erfindungsgemäßen Verfahren selbständig eingefügt worden ist, und3 shows a schematic representation of the temporal structure of a time frame of the radio signaling on the air interface between a base station and a subscriber device to be located in the radio communication system according to FIGS. 1 and 2, a location measurement signal from a listening position element according to the invention in a free signal section of a time slot of this time frame Procedure has been inserted independently, and
Figuren 4 in schematischer Darstellung eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsbestimmung eines Teilnehmergeräts des Funkkommunikationssystems nach Figur 2.4 shows a schematic representation of a further variant of the method according to the invention for determining the position of a subscriber device of the radio communication system according to FIG. 2.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 mit 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are provided with the same reference numerals in FIG. 1 with 4.
In Figur 2 ist der Übersichtlichkeit halber ein vereinfachtes Funkkommunikationssystem MCS abgebildet, bei dem Nachrichtensignale über mindestens eine vordefinierte Luftschnittstelle LSI zwischen mindestens einem Teilnehmergerät, insbesondere Mobilfunkgerät wie z.B. UE1, und mindestens einer Basisstation wie z.B. NB, SB nach einem Zeitmultiplex- Vielfach- zugriffs-Übertragungsverfahren übertragen werden. Es ist vorzugsweise als Mobilfunksystem nach dem UMTS (= universal mo- bile telecommunication System) -Standard ausgebildet, bei dem Nachrichtensignale über die jeweilige Luftschnittstelle insbesondere nach einem kombinierten TDMA/CDMA-Vielfachzugriffs- Übertragungsverfahren (TDMA= time division multiple access; CDMA = code division multiple access) übertragen werden. Ins- besondere wird es im sogenannten TDD- Mode betrieben (TDD= time division duplex) . Im TDD-Mode wird eine getrennte Signalübertragung in Up- und Downlink-Richtung (Uplink = Signalübertragung vom Mobilfunkgerät zur jeweiligen Basisstation, Downlink = Signalübertragung von der jeweilig zugeordneten Basisstation zum Mobilfunkgerät) durch eine entsprechende separate Zuweisung von Zeitschlitzen mittels eines Zeitmultiplex- Verfahrens erreicht. Dabei wird vorzugsweise nur eine einzige Trägerfrequenz zur Signalübertragung in Up- und Downlink-Richtung verwendet. Um eine Teilnehmerseparierung vor- nehmen zu können, wird also vereinfacht ausgedrückt bei der Funkübertragung über die Luftschnittstelle des jeweiligen Teilnehmergeräts zur zugeordneten Basisstation (und umgekehrt) eine zeitliche Aufteilung der Nachrichtensignale in eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen vorgeb- barer Zeitdauer mit vorgebbarer Zeitrahmenstruktur vorgenommen. Mehrere Teilnehmer, die zeitgleich in derselben Funkzelle mit der dortigen Basisstation in Kommunikation treten, werden in Kombination zur Zeitmultiplexaufteilung zweckmäßigerweise durch orthogonale Codes, insbesondere nach dem soge- nannten CDMA - Verfahren (code division multiple access,) voneinander hinsichtlich ihrer Nachrichten-/Datenverbindungen separiert .For the sake of clarity, FIG. 2 shows a simplified radio communication system MCS, in which message signals, in particular, via at least one predefined air interface LSI between at least one subscriber device Mobile radio device such as UE1, and at least one base station such as NB, SB are transmitted using a time-division multiple access transmission method. It is preferably designed as a mobile radio system according to the UMTS (= universal mobile telecommunication system) standard, in which message signals via the respective air interface, in particular according to a combined TDMA / CDMA multiple access transmission method (TDMA = time division multiple access; CDMA = code division multiple access). In particular, it is operated in the so-called TDD mode (TDD = time division duplex). In TDD mode, separate signal transmission in the uplink and downlink direction (uplink = signal transmission from the mobile radio device to the respective base station, downlink = signal transmission from the respectively assigned base station to the mobile radio device) is achieved by a corresponding separate allocation of time slots by means of a time division multiplex method. In this case, preferably only a single carrier frequency is used for signal transmission in the uplink and downlink direction. In order to be able to carry out a subscriber separation, to put it simply, in radio transmission via the air interface of the respective subscriber device to the assigned base station (and vice versa), the message signals are divided into a number of successive time slots of a predefinable time period with a predefinable time frame structure. A number of subscribers who simultaneously communicate with the base station there in the same radio cell are advantageously separated from one another in terms of their message / data connections by orthogonal codes, in particular by the so-called CDMA (code division multiple access) method, in combination with time division multiplex division ,
Als Teilnehmergeräte sind vorzugsweise Mobilfunktelefone, insbesondere Handys, vorgesehen. Daneben können als Teilnehmergeräte auch sonstige Nachrichten- und/oder Datenübertragungsgeräte mit zugeordneter Funkeinheit (Sende- und/oder Empfangseinheit) wie z.B. Internet Computer, Fernsehgeräte, Notebooks, Faxgeräte, usw. zum Kommunikationsverkehr "on air", d.h. über eine Luftschnittstelle, Komponenten des Funkkommunikationsnetzes sein. Die Teilnehmergeräte können dabei ggf. auch stationär, d.h. ortsfest, im Funknetz angeordnet sein. Bevorzugt sind sie aber portabel ausgebildet und können sich somit mobil, d.h. an wechselnden Orten aufhalten.Mobile radio telephones, in particular cell phones, are preferably provided as subscriber devices. In addition, other message and / or data transmission devices with an associated radio unit (transmitting and / or Receiving unit) such as Internet computers, televisions, notebooks, fax machines, etc. for communication traffic "on air", ie via an air interface, components of the radio communication network. The subscriber devices can also be arranged stationary, ie stationary, in the radio network. However, they are preferably designed to be portable and can therefore be mobile, that is to say at changing locations.
Das Mobilfunksystem MCS weist üblicherweise eine Vielzahl von Basisstationen auf, denen jeweils Mobilfunkzellen zugeordnet sind, d.h. jede Basisstation spannt jeweils eine Funkzelle auf und versorgt diese hinsichtlich des Funkverkehrs über mindestens eine Luftschnittstelle. Innerhalb einer solchen Funkzelle ist also jeweils deren Basisstation für die Kommu- nikation mit dem sich dort jeweilig aufhaltenden Teilnehmergerät zuständig. Vorzugsweise ist die jeweilige Basisstation annäherungsweise im Zentrum ihrer Funkzelle angeordnet (siehe Figur 1) .The mobile radio system MCS usually has a multiplicity of base stations, to which mobile radio cells are respectively assigned, i.e. each base station spans a radio cell and supplies it with regard to radio traffic via at least one air interface. Within such a radio cell, its base station is responsible for communication with the subscriber device that is located there. The respective base station is preferably arranged approximately in the center of its radio cell (see FIG. 1).
Hier im Ausführungsbeispiel von Figur 2 sind der Übersichtlichkeit halber lediglich zwei Basisstationen NB, SB eingezeichnet, die stellvertretend für die Vielzahl von anderen, im Funknetz vorhandenen Basisstationen sind. Ein zu ortendes Teilnehmergerät UEl befindet sich in der Funkzelle der Basis- Station SB. Insbesondere ist hier das Teilnehmergerät UElFor the sake of clarity, only two base stations NB, SB are shown here in the exemplary embodiment in FIG. 2, which are representative of the large number of other base stations present in the radio network. A user device UE1 to be located is located in the radio cell of the base station SB. In particular, the subscriber device UE1 is here
(User Equipment) allgemein ausgedrückt ein physikalisch mobiles, d.h. portables Endgerät zur Telekommunikation. Eine Basisstation ist jeweils eine Netzwerkkomponente, die mobile Endgeräte in einer Mobilfunkzelle über mindestens eine Luft- Schnittstelle bedient und ggf. kontrolliert.(User Equipment) in general terms a physically mobile, i.e. portable terminal for telecommunications. A base station is a network component that serves and controls mobile devices in a mobile radio cell via at least one air interface.
Die Basisstation SB ist hier in Figur 2 diejenige Netzwerkkomponente, die aktuell das zu lokalisierende mobile Endgerät UEl in ihrer momentanen Aufenthaltsfunkzelle, d.h. einer Ser- ving-Mobilfunkzelle, über die Luftschnittstelle LS bedient und kontrolliert. Die Basisstationen wie z.B. NB, SB sind wiederum gruppenweise zusammenfassbar und über eine Festnetz- Verbindung Iub mit einer übergeordneten Netzwerkeinheit SRNC (Serving Radio Network Controller) verbunden, die unter Zuhilfenahme eines Protokolls RRC (radio resource control= Protokoll zur Übertragung von Nachrichten zwischen mobilem Teil- nehmergerät und Serving Radio Network Controller) den Kommunikations-/Datenverkehr zwischen dem jeweiligen mobilen Teilnehmergerät und der jeweilig zugeordneten Basisstation organisiert und kontrolliert. Ein sogenannter serving radio net- work Controller ist also eine Netzwerkkomponente für die Be- dienung und Kontrolle von einer oder mehreren Basisstationen, die in UMTS NodeBs heißen. Der jeweilige serving radio network Controller sowie die ihm zugeordneten Basisstationen bilden ein sogenanntes Radio Network System (RNS) . Mehrere RNS-Systeme wiederum sind in UMTS zu einer logischen System- einheit UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) zusammengefasst . Die Vermittlungseinheit 3GMSC (=3rd Generation Mobile-services Switching Center) stellt das Interface, d.h. die Schnittstelle, zwischen dem Funksystem MSC und Festnetzen wie z.B. PLMN (public land mobile network = Öffentli- ches Landgestütztes Mobilnetzwerk) über eine Festverbindung Iu her. Das MSC führt dazu alle notwendigen Funktionen für Circuit Switched Services von und zu den Mobilstationen aus. Über eine Verbindungseinheit GMLC (Gateway Mobile Location Center) wird eine Kommunikationsverbindung für eine externe Location Applikation (wie z.B. Positionsbestimmung) oder einen externen Location Client (LCS-Client) ermöglicht. Diese Verbindungseinheit GMLC steht mit einem sogenannten "Home Location Register" HLR in Verbindung, dem ein Mobiler User für Protokoll- bzw. Kontrollzwecke (z.B. User Informationen) zu- geordnet ist. Über die Verbindungseinheit GMLC kann eine externe Lokalisierungseinheit wie z.B. ein LCS-Client ELCS (location Services)- AnwenderSystem (wie z.B. Notrufzentralen, Überwachungszentralen, positionsabhängige Informationsdienste) mit dem Funkkommunikationssystem MCS in Kontakt tre- ten. Das Mobilfunkgerät UEl hat im beispielhaft vorliegenden Verkehrszustand von Figur 2 eine aktive, bestehende Kommunikationsverbindung zur Basisstation SB in seiner Aufenthalts- Funkzelle bereits aufgebaut. Somit können Nachrichtensignale bzw. Datensignale sowohl von der Basisstation SB zum Mobilfunkgerät UEl (= downlink) als auch vom Mobilfunkgerät UEl zur Basisstation SB (= uplink) übertragen werden. An die Basisstation SB ist mit Hilfe von Netzelementen, die in der Figur 2 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet sind, eine Auswerte-/Recheneinheit AE angeschlossen. Mit deren Hilfe wird die Positionsberechnung bzw. Positionsbestimmung (PCF= position calculating function) des Mobilfunkgeräts UEl aufgrund von Messdaten vorgenommen. Dabei kann diese Auswerte-/Recheneinheit insbesondere auch Bestandteil der jeweili- gen Basisstation sein und/oder im jeweiligen Mobilfunkgerät UEl selbst implementiert sein.The base station SB in FIG. 2 is the network component that currently operates and controls the mobile terminal UE1 to be located in its current residential radio cell, ie a serving mobile radio cell, via the air interface LS. The base stations such as NB, SB can in turn be grouped together and via a fixed network Connection Iub connected to a higher-level network unit SRNC (Serving Radio Network Controller), which uses communication protocol RRC (radio resource control = protocol for the transmission of messages between mobile subscriber device and Serving Radio Network Controller) to communicate / data traffic between the respective mobile subscriber device and the respectively assigned base station organized and controlled. A serving radio network controller is therefore a network component for the operation and control of one or more base stations, which are called UMTS NodeBs. The serving radio network controller and the base stations assigned to it form a so-called radio network system (RNS). Several RNS systems in turn are combined in UMTS to form a logical system unit UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network). The switching unit 3GMSC (= 3 rd Generation Mobile-services Switching Center) provides the interface, ie the interface between the radio system MSC and fixed networks such as PLMN (public land mobile network = public ches country-supported mobile network) via a leased line Iu ago. For this purpose, the MSC carries out all the necessary functions for circuit switched services from and to the mobile stations. A communication link for an external location application (such as position determination) or an external location client (LCS client) is made possible via a connection unit GMLC (Gateway Mobile Location Center). This connection unit GMLC is connected to a so-called "home location register" HLR, to which a mobile user is assigned for protocol or control purposes (for example user information). An external localization unit such as an LCS client ELCS (location services) - user system (such as emergency call centers, monitoring centers, position-dependent information services) can come into contact with the MCS radio communication system via the connection unit GMLC. In the exemplary traffic state of FIG. 2, the mobile radio device UE1 has already established an active, existing communication connection to the base station SB in its stay radio cell. Thus, message signals or data signals can be transmitted both from the base station SB to the mobile device UE1 (= downlink) and from the mobile device UEl to the base station SB (= uplink). An evaluation / arithmetic unit AE is connected to the base station SB with the aid of network elements, which are not shown in FIG. 2 for the sake of clarity. With their help, the position calculation or position determination (PCF = position calculating function) of the mobile radio device UE1 is carried out on the basis of measurement data. This evaluation / computing unit can in particular also be part of the respective base station and / or can be implemented in the respective mobile radio device UE1 itself.
Figur 1 zeigt exemplarisch die Funkzelle CEl aus der Vielzahl von Funkzellen des Funkkommunikationssystems nach Figur 2. Diese Funkzelle wird durch die annäherungsweise zentral angeordnete Basisstation NBl funktechnisch versorgt. Um nun die Position, d.h. örtliche Lage des sich in der Funkzelle CEl momentan aufhaltenden Mobilfunkgeräts UEl bestimmen zu können, sind in der Funkzelle CEl mehrere Positionselemente wie z.B. PEll mit PE14 zusätzlich verteilt angeordnet. Vorzugsweise sind sie im Bereich der Außengrenzen der Funkzelle CEl platziert. Zur Positionsermittlung des Mobilfunkgeräts UEl sendet nun zum einen die Basisstation NBl selbst über ihre Luftschnittstelle LSI ein oder mehrere zugehörige Ortungs- messsignale PSl mit PS4 , deren Laufzeit für ihren Laufweg zumFIG. 1 shows an example of the radio cell CE1 from the large number of radio cells of the radio communication system according to FIG. 2. This radio cell is supplied with radio technology by the approximately centrally located base station NB1. Now the position, i.e. To be able to determine the local position of the mobile radio device UE1 currently in the radio cell CE1, there are several position elements in the radio cell CE1 such as e.g. PEll additionally distributed with PE14. They are preferably placed in the area of the outer borders of the radio cell CE1. To determine the position of the mobile radio device UE1, the base station NB1 itself now sends one or more associated location measurement signals PS1 with PS4 via their air interface LSI, the duration of which for their path
Mobilfunkgerät UEl von diesem gemessen und daraus ein Distanzkreis RTK1 um die Basisstation NBl als Mittelpunkt ermittelt wird (= sogenannte RTT-Messung (round trip time) . Auf diesem Kreis RTK mit konstantem Radius liegt das Mobilfunkge- rät UEl. Zur weiteren Eingrenzung dessen örtlicher Lage werden gleichzeitig oder jeweils um eine bekannte Zeitspanne zeitversetzt ein oder mehrere Ortungsmesssignale von mindes- tens zwei zusätzlichen Positionselementen wie z.B. PEll und PE13 gesendet. Über entsprechende LaufZeitmessungen dieser Ortungsmesssignale durch das Mobilfunkgerät UEl werden zumindest zwei weitere Distanzkreise CI1 und CI3 bestimmt. Dabei kennzeichnet der Distanzkreis CI1 diejenigen Orte, an denen ein Ortungsmesssignal des Positionselements PEll jeweils die gleiche Laufzeit für seinen Laufweg zum Mobilfunkgerät UEl aufweist. Der Distanzkreis CI2 beschreibt diejenigen Orte, an denen ein Ortungsmesssignal des Positionselements PE13 je- weils die gleiche Laufzeit für seinen Laufweg zum Mobilfunkgerät UEl aufweist. Erst der Schnittpunkt aller drei Distanzkreise RTK1, CI1, CI2 gibt die örtliche Lage des Mobilfunkgeräts UEl in eindeutiger Weise an.Mobile radio device UE1 measured by this and a distance circle RTK1 around base station NB1 is determined as the center point (= so-called RTT measurement (round trip time). Mobile radio device UE1 is located on this circle RTK with a constant radius. For further limitation of its local position If one or more location measurement signals of at least At least two additional position elements such as PEll and PE13 are sent. At least two further distance circles CI1 and CI3 are determined via corresponding runtime measurements of these location measurement signals by the mobile radio device UE1. The distance circle CI1 identifies those locations at which a location measurement signal of the position element PEll has the same transit time for its path to the mobile radio device UE1. The distance circle CI2 describes those locations at which a location measurement signal of the position element PE13 has the same transit time for its path to the mobile radio device UE1. Only the intersection of all three distance circles RTK1, CI1, CI2 clearly indicates the local position of the mobile radio device UE1.
Zweckmäßigerweise werden die Positionselemente PEll mit PE14 bezüglich des Zeitrasters der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle LSI der Basisstation NBl synchronisiert. Denn dadurch ist der Startzeitpunkt der Ortungsmesssignale der Positionselemente in eindeutiger Weise festgelegt, was die Auswertung der Laufzeiten der Ortungsmesssignale erleichtert.The position elements PEll are expediently synchronized with PE14 with respect to the time pattern of the radio signaling on the air interface LSI of the base station NB1. This is because the starting time of the location measurement signals of the position elements is clearly defined, which facilitates the evaluation of the transit times of the location measurement signals.
Zusätzlich oder unabhängig von den Kreisen CIl, CI3 können - wie bei der sogenannten OTDOA-Methode (observed time of arrival) - ggf. auch Ortshyperbeln aufgrund der Ortungsmesssignale bestimmt werden.In addition or independently of the circles CIl, CI3 - as with the so-called OTDOA method (observed time of arrival) - location hyperbolae may also be determined on the basis of the location measurement signals.
Nähere Angaben zu dieser sogenannten OTDOA- Positionselement- Meßmethode (OTDOA=observed time difference of arrival) finden sich in 3G TSGR1#8 (99 ) g57 : Positioning method proposal, PANASONIC, New York (USA), TSG RAN1 Meeting#8, 12.- 15.10.1999, 3G TSGR2#8 (99 ) e48 : Positioning method proposal, PANASONIC, Cheju (Korea), TSG RAN2 Meeting#8, 2.-5.11.1999, 3G TSGR2#15-R2-001718: Assessment procedure for the OTDOA-PE positioning method, PANASONIC, Sophia Antipolis (Frankreich) , TSG RAN2 Meeting#15, 21.-25.8.2000. Zusammenfassend betrachtet ist Kern dieser Positionsbestimmungsmethode, dass pro Mobilfunkzelle ein oder mehrere Positions-Elemente (PE) eingeführt werden, mit deren Unterstützung Positionsbestimmungen nach dem Prinzip der OTDOA-Methode durchgeführt werden können. Die Anzahl der Positions-Elemente wird vom Netzbetreiber vorzugsweise entsprechend den örtlichen Gegebenheiten (wie z.B. Topographie) der jeweiligen Mobilfunkzelle und der geforderten Genauigkeit der Positionsbestimmung festgelegt. Mit den PEs ist es möglich, zur Positionsbestimmung die Signale einzig nur derjenigen Mobilfunkzelle zu nutzen, in der das zu bestimmende UE sich befindet. Signale anderer NodeBs (in den benachbarten Mobilfunkzellen) für die OTDOA- Auswertung sind grundsätzlich nicht mehr nötig. Sie können aber natürlich bei Vorhandensein und Detektion trotzdem verwendet werden.More information on this so-called OTDOA position element measurement method (OTDOA = observed time difference of arrival) can be found in 3G TSGR1 # 8 (99) g57: Positioning method proposal, PANASONIC, New York (USA), TSG RAN1 Meeting # 8, 12 - 15.10.1999, 3G TSGR2 # 8 (99) e48: Positioning method proposal, PANASONIC, Cheju (Korea), TSG RAN2 Meeting # 8, 2-5.11.1999, 3G TSGR2 # 15-R2-001718: Assessment procedure for the OTDOA-PE positioning method, PANASONIC, Sophia Antipolis (France), TSG RAN2 Meeting # 15, August 21-25, 2000. In summary, the core of this position determination method is that one or more position elements (PE) are introduced per cell, with whose support position determinations can be carried out according to the principle of the OTDOA method. The number of position elements is preferably determined by the network operator in accordance with the local conditions (such as topography) of the respective mobile radio cell and the required accuracy of the position determination. With the PEs, it is possible to use the signals for position determination only in the cell in which the UE to be determined is located. Signals from other NodeBs (in the neighboring mobile radio cells) for the OTDOA evaluation are basically no longer necessary. However, they can of course still be used if they are present and detected.
Die PEs haben vorzugsweise zwei Hauptaufgaben:The PEs preferably have two main tasks:
a) Hören auf den Mobilfunkzellverkehr in Downlinkrichtung, d.h. auf die Übertragung von der NodeB zu den Mobilfunkgeräten (user equipments (UEs) ) . b) Senden eines vordefinierten, jedem Positionselement zugeordneten Signalcodes zu den Mobilfunkgeräten in Downlinkrich- tung.a) Listening to the cellular cell traffic in the downlink direction, i.e. on the transmission from the NodeB to the mobile devices (user equipments (UEs)). b) Sending a predefined signal code assigned to each position element to the mobile radio devices in the downlink direction.
Das Hören und Senden erfolgt auf einer Frequenz, insbesondere der Downlink-Frequenz der Mobilfunkzelle (Serving-Cell) . Gemeint ist dabei z.B. die Frequenz des Broadcast-Channels BCH. Beide Vorgänge, Hören und Senden, sind jedoch zweckmäßigerweise zeitlich voneinander getrennt, so dass es zu keiner Überlappung kommen kann und soll.The listening and transmission takes place on a frequency, in particular the downlink frequency of the mobile radio cell (serving cell). This means e.g. the frequency of the broadcast channel BCH. However, both processes, listening and sending, are expediently separated from one another in time, so that there can and should not be any overlap.
Liegt eine Anforderung auf eine Positionsbestimmung eines Mo- bilfunkgeräts in einer Funkzelle vor, so werden die in derIf there is a request for a position determination of a mobile radio device in a radio cell, then those in the
Mobilfunkzelle jeweilig vorhandenen Positionselemente von der jeweilig zugeordneten Basisstation bzw. Serving NodeB infor- miert (via höheren Signalisierungsschichten oder über den BCH) , ihren zugeordneten Signalcode in einem bestimmten Downlink-Slot (DL-Slot) zu senden.Cellular cell position elements available from the respectively assigned base station or serving nodeB infor- (via higher signaling layers or via the BCH) to send their assigned signal code in a specific downlink slot (DL slot).
Das Senden der Ortungsmesssignale könnte nun zu bestimmten Zeiten und in bestimmten, freien Signalabschnitten des DL- Slots des Übertragungssignals der Serving NodeB zu den Mobilfunkgeräten erfolgen, d.h. die Positionselemente könnten ihre eindeutigen Signalcodefolgen in durch die jeweilige Serving NodeB vorgegebenen Signalabschnitten der Signalisierung der Serving NodeB zu den Mobilfunkgeräten dieser Mobilfunkzelle platzieren. Z.B. könnten dies Signalabschnitte des BCH's sein, die dieser nicht nutzt oder Signalabschnitte im noch ungenutzten Datenteil eines Slots. Das jeweilig zu lokalisie- rende Teilnehmergerät wüsste dabei natürlich auch von den Signalabschnitten, in denen die Positionselemente ihre Signalcodes senden. So könnte das jeweilig zu ortende Teilnehmergerät entsprechend dem Signalisierungstiming versuchen, die Signalcodes der PEs in diesem bestimmten Teil des DL- Slots zu detektieren und dabei die Ankunftszeiten der Signalcodes bestimmen. Die weitere Verfahrensweise und Bestimmung der Position könnte entsprechend dem bekannten OTDOA- Verfahren erfolgen.The location measurement signals could now be sent to the mobile radio devices at certain times and in certain free signal sections of the DL slot of the transmission signal of the serving nodeB, i.e. the position elements could place their unique signal code sequences in signal sections of the signaling of the serving nodeB specified by the respective serving nodeB to the mobile radio devices of this mobile radio cell. For example, this could be signal sections of the BCH that it is not using or signal sections in the still unused data part of a slot. The subscriber device to be localized would of course also know of the signal sections in which the position elements send their signal codes. The subscriber device to be located in each case could, in accordance with the signaling timing, attempt to detect the signal codes of the PEs in this specific part of the DL slot and thereby determine the arrival times of the signal codes. The further procedure and determination of the position could take place in accordance with the known OTDOA method.
Bei dieser Vorgehensweise würden die Positionselemente durch die jeweilige Basisstation bzw. Serving-NodeB der momentanen Aufenthaltsfunkzelle des jeweilig zu lokalisierenden Mobilfunkgeräts selbst konfiguriert werden, d.h. die Serving-NodeB würde den Positionselementen mitteilen, zu welchem Zeitpunkt im DL-Slot (downlink- Verbindung zwischen NodeB und UE) die Positionselemente die ihnen zugeteilten Signalcodefolgen senden dürfen. Bei dieser starren, d.h. fixen Zuordnung könnte dabei insbesondere folgendes Problem in ungünstigen Konstellationen auftreten:With this procedure, the position elements would be configured by the respective base station or serving nodeB of the current location radio cell of the mobile radio device to be located, i.e. the serving nodeB would inform the position elements at what time in the DL slot (downlink connection between NodeB and UE) the position elements may send the signal code sequences assigned to them. In this rigid, i.e. Fixed assignment, the following problem could arise in unfavorable constellations:
Die Positionselemente (PEs) können die Konfigurationsinformationen im BCH aufgrund schlechter Mobilfunkkanalbedingungen nicht detektieren, d.h. nicht auswerten, und haben somit keine Möglichkeit, ihre Signalcodefolgen im richtigen Timing (Einfügestart-Zeitpunkte) der DL- Verbindungen zu senden.The position elements (PEs) can change the configuration information in the BCH due to poor cellular channel conditions do not detect, ie do not evaluate, and therefore have no possibility of sending their signal code sequences at the correct timing (insertion start times) of the DL connections.
Als ungünstige Konstellationen im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten beispielsweise folgende Fälle:The following cases are considered to be unfavorable constellations in the sense of the present invention:
- Kapazitätsaus-/Überlastung der Mobilfunkkanäle der betreffenden Mobilfunkzelle;- Capacity utilization / overload of the mobile radio channels of the mobile radio cell concerned;
- zu dicht besiedelte / bebaute Mobilfunkzelle, dadurch star- ke Mehrwegeausbreitung der Signale;- Too densely populated / built-up cell phone cell, thus strong multipath propagation of the signals;
Dadurch kann der Empfang des jeweiligen PE-Signalcodes unvollständig sein oder nur in "Bruchstücken" erfolgen. Eine Falschdetektion des PE-Signalcodes im Empfänger ist möglich. Das würde dazu führen, dass eine Unterstützung der Positionsbestimmung mit Positionselementen eines oder mehrerer Mobilfunkgeräte (UEs) in der betreffenden Mobilfunkzelle sehr erschwert oder gar nicht möglich ist.As a result, the reception of the respective PE signal code can be incomplete or can only take place in "fragments". Incorrect detection of the PE signal code in the receiver is possible. This would make it very difficult or even impossible to support the position determination with position elements of one or more mobile radio devices (UEs) in the relevant mobile radio cell.
Eine effektive, einfache sowie zuverlässige Positionsermittlung ist nun selbst bei solchen schlechten Übertragungsbedingungen dadurch möglich, dass von mindestens einem, insbesondere zwei Positionselementen die Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle der jeweiligen Basisstation dahingehend überwacht wird, ob ein Positionsanfragesignal an diese und/oder von dieser übermittelt wird, und dass bei Detektion eines derartigen Positionsanfragesignals von einem solchen mithörenden Positionselement selbständig mindestens ein Ortungsmesssignal während mindestens eines freien Signalab- Schnitts der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle der Basisstation seiner zugeordneten Funkzelle gesendet wird.An effective, simple and reliable position determination is now possible even in such poor transmission conditions in that the radio signaling on the air interface of the respective base station is monitored by at least one, in particular two position elements, to determine whether a position request signal is transmitted to and / or by the latter. and that when such a position request signal is detected by such a listening position element, at least one position measurement signal is automatically sent during at least one free signal section of the radio signaling on the air interface of the base station of its assigned radio cell.
Die Quintessenz dabei ist das "Auffangen" bzw. Mithören der Positionsanforderungen der UEs (user equipment = z.B. Mobil- funkgerät) an den zuständigen Serving-RNC über die Serving- NodeB. Die Information über eine Positionsbestimmung ist durch eine Informationselement - Location Update in der RRC- Message (RRC=radio resource control) zum Verbindungsaufbau zwischen UE und NodeB (ausführliche Erläuterungen in den Ausführungsbeispielen) - vorhanden und in der Umgebung der UE, die diese Positionsanforderung sendete, hörbar. Sobald ein oder mehrere PEs eine Positionsanforderung hören, senden sie selbständig, d.h. automatisch, ihre ihnen zugeteilten Signalcodefolgen in freien, bereits bestehenden Signalabschnitten der Signalisierung der NodeB zu den UEs.The bottom line is to "catch" or listen to the position requirements of the UEs (user equipment = eg mobile radio) to the serving RNC via the Serving NodeB. The information about a position determination is provided by an information element - location update in the RRC Message (RRC = radio resource control) for establishing a connection between the UE and NodeB (detailed explanations in the exemplary embodiments) - present and audible in the environment of the UE that sent this position request. As soon as one or more PEs hear a position request, they send their assigned signal code sequences independently, ie automatically, to the UEs in free, already existing signal sections of the signaling of the NodeB.
Da die Zuordnung der maximal 240 Signalcodes (insbesondere können die 240 ungenutzten S-SCH Codes (=secondary- synchronization Channels; in UMTS werden von 256 bereitgestellte Kanälen nur 16 allokiert und genutzt) zu entsprechenden PEs des Mobilfunknetzes den UEs im voraus durch den BCH bekannt ist (gesendet durch die NodeBs oder den höheren Sig- nalisierungsschichten beim z.B. ersten Funkkontakt = Einloggen) , ist es den UEs in der Serving Cell möglich, auf die Signalcodes der PEs aus den Nachbarzellen zu hören.Since the assignment of the maximum of 240 signal codes (in particular the 240 unused S-SCH codes (= secondary synchronization channels; in UMTS, only 16 of 256 channels provided are allocated and used) to corresponding PEs of the mobile radio network is known to the UEs beforehand by the BCH (sent by the NodeBs or the higher signaling layers when, for example, the first radio contact = logging in), the UEs in the serving cell are able to listen to the signal codes of the PEs from the neighboring cells.
Nach Absenden einer Positionsanforderung PAS (siehe Figur 1) versuchen die UEs in vorteilhafter Weise nach einer kurzen Verzögerungsphase (ergibt sich aus der Zeit, die ein PE benötigt, um die Anfrage zu "hören" und daraufhin seinen Signali- sierungscode zu senden) , die bekannten PE-Signalcodefolgen zu detektieren, ohne dass ihnen der Zeitpunkt der freien Signalabschnitte explizit durch die NodeB mitgeteilt wird. Die Möglichkeit der Information über freie Signalabschnitte der NodeB an die UEs für z.B. PE-Signalcodefolgen, ist ggf. weiterhin möglich, wenn erwünscht, gefordert oder benötigt.After sending a position request PAS (see FIG. 1), the UEs try after a short delay phase (resulting from the time it takes for a PE to "listen" to the request and then send its signaling code) to detect known PE signal code sequences without the time of the free signal sections being explicitly communicated to them by the NodeB. The possibility of information about free signal sections of the NodeB to the UEs for e.g. PE signal code sequences may still be possible if desired, required or required.
Ein wichtiger und nicht zu unterschätzender Vorteil liegt insbesondere in der Möglichkeit der Reduzierung des Ξignali- sierungsoverheads der NodeB zu den UEs bzw. PEs in der Serving-Cell, da ja jetzt die Positionselemente selbständig Ortungsmesssignale in freie, bereits vorhandene Signalabschnitte der Funksignalisierung einfügen. Bei "selbstständigem" Handeln der PEs beim Mithören (oder Abhören) einer Posi- tionsanfrage durch ein UE an die Serving-NodeB (Location Request) in der Serving-Cell, kann die Signalisierung zwischen PEs und Serving-NodeB hinsichtlich Zeit und Signalisierung eingespart bzw. vermieden werden, d.h. ein störender Signalisierungs-Overhead in der Zelle kann vermieden werden.An important advantage, which should not be underestimated, is in particular the possibility of reducing the signaling overhead of the NodeB to the UEs or PEs in the serving cell, since the position elements now automatically insert location measurement signals into free, existing signal sections of the radio signaling. If the PEs act "independently" while listening in (or eavesdropping) on a position request by a UE to the serving nodeB (location request) in the serving cell, the signaling between PEs and serving nodeB can be saved or avoided with regard to time and signaling, ie a disruptive signaling overhead in the cell can be avoided ,
Sendet gemäß einer weiteren Weiterbildung nur eine bestimmte Anzahl von PEs ihre Signalcodefolgen in die Serving-Cell, insbesondere nur diejenigen Positionselemente, die in der Nä- he des Mobilfunkgeräts sind bzw. die PositionsanforderungAccording to a further development, only a certain number of PEs sends their signal code sequences into the serving cell, in particular only those position elements that are in the vicinity of the mobile radio device or the position request
"abhören", und nicht alle möglichen, in der Funkzelle befindlichen PEs, so können weitere Einsparungen an Signalisie- rungsaufwand erreicht werden. (Beide oben erwähnten Vorteile werden im Ausführungsbeispiel 1 ausführlicher behandelt bzw. dargestellt.)"eavesdropping", and not all possible PEs in the radio cell, further savings in signaling effort can be achieved. (Both of the advantages mentioned above are dealt with or illustrated in more detail in exemplary embodiment 1.)
Ein nächster anzugebender Vorteil ist die Möglichkeit der Nutzung von PEs aus den Nachbarmobilfunkzeilen, wenn diese die Positionsanforderung einer UE aus einer Nachbarzelle "mithören". Dies setzt allerdings voraus, dass die PEs so konfiguriert sind, dass sie Kenntnisse über die Spreizungs- codes der NodeBs der Nachbarzellen haben. Nur so ist es den PEs in den Nachbarzellen möglich, die freien Signalabschnitte der NodeBs zu entdecken, um ihre eigenen Signalcodefolgen für Positionsbestimmungen geeignet zu platzieren. (Dieser Vorteil wird näher betrachtet im Ausführungsbeispiel 2.)A next advantage to be stated is the possibility of using PEs from the neighboring mobile radio lines if they "listen" to the position request of a UE from a neighboring cell. However, this presupposes that the PEs are configured in such a way that they have knowledge of the spreading codes of the NodeBs of the neighboring cells. This is the only way for the PEs in the neighboring cells to discover the free signal sections of the NodeBs in order to place their own signal code sequences for position determination. (This advantage is considered in more detail in exemplary embodiment 2.)
Auf diese Weise kann die Verfügbarkeit der Positionsbestimmung und deren Genauigkeit nicht gemindert, sondern im Gegen- teil gesteigert werden. Ein Verzicht auf extra vorrätige, bereits vorab allokierte Signalabschnitte - sogenannte IPDLs (idle period downlink) bei der bekannten OTDOA-IPDL-Methode - ist mit der vorliegenden Methode ebenfalls möglich. Damit kann ein etwaiger Funkkapazitätsverlust durch eventuelle IPDLs umgangen werden. So kann es dem Netzbetreiber gelingen, seine Zielkapazität zu erreichen, selbst mit dem zusätzlichen Dienstmerkmal bzw. Feature "Positionsbestimmungen von UEs". Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei sowohl im FDD-Mode (frequency division duplex) als auch im TDD-Mode von UMTS zum Einsatz kommen.In this way, the availability of the position determination and its accuracy cannot be reduced, but on the contrary can be increased. It is also possible with the present method to dispense with extra, pre-allocated signal sections - so-called IPDLs (idle period downlink) in the known OTDOA-IPDL method. This can avoid any loss of radio capacity due to possible IPDLs. This enables the network operator to achieve its target capacity, even with the additional service feature or feature "Positioning of UEs". The method according to the invention can be used both in the FDD mode (frequency division duplex) and in the TDD mode of UMTS.
Ausführungsbeispiel 1:Example 1:
Entsprechend Figur 1 spannt die Basisstation NBl die UMTS- Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) auf. Nachbarfunkzellen sollen im ersten Ausführungsbeispiel keine Rolle spielen. Diese NodeB wird gemäß Figur 2 durch einen RNC kontrolliert. Zusammen mit diesem ergibt sich somit ein Teil eines Funksystem mit Kontrollorgan, Basisstation, Mobilfunkgeräten und Posi- tionselementen.According to FIG. 1, the base station NB1 spans the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS cell1). Neighboring radio cells should not play a role in the first embodiment. According to FIG. 2, this NodeB is controlled by an RNC. Together with this, this results in part of a radio system with a control organ, base station, mobile radio devices and position elements.
Das zu lokalisierendes Mobilfunkgerät UEl befindet sich in der UMTS-Mobilfunkzelle CEl, der Serving-Cell, und wird von dieser Basisstation NBl versorgt bzw. bedient. Dabei kann die Anfrage PAS zur Positionsbestimmung sowohl vom Mobilfunkgerät UEl selbst, als auch von einer oder mehreren Netzwerkkomponenten des Funkkommunikationssystems und somit von irgendeinem anfragenden LCS-Client im Netzwerk des Funkkommunika- tionssystems ausgehen (Figur 2). Relevant ist dabei insbeson- dere die Tatsache, dass das Mobilfunkgerät UEl in jedem Fall eine RRC-Verbindung zur Basisstation bzw. NodeB NBl aufbaut, um die Bestätigung der Positionsanforderung PAS an die Basisstation NBl bekannt zu geben.The mobile radio device UE1 to be located is located in the UMTS mobile radio cell CE1, the serving cell, and is supplied or operated by this base station NB1. The request PAS for position determination can originate both from the mobile radio device UE1 itself and from one or more network components of the radio communication system and thus from any requesting LCS client in the network of the radio communication system (FIG. 2). Of particular relevance here is the fact that the mobile device UE1 always establishes an RRC connection to the base station or NodeB NB1 in order to announce the confirmation of the position request PAS to the base station NB1.
Des weiteren befinden sich eine gewisse Anzahl von Positionselementen (PEs) in der UMTS-Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) . Im Detail sind das hier die Elemente PEll, PE12 , PE13 und PE14. Die PE-Verteilung in der UMTS-Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) wird derart vorgenommen, dass wenigstens die Signale von zwei PEs von dem Mobilfunkgerät UEl in der Funkzelle CEl gut zu "hören", d.h. zu detektieren sind. Im allgemeinen bedeutet dies, dass die PEs zweckmäßigerweise so stationiert sind, dass die Ortungsmesssignale aller PEs in Summe die UMTS-Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) in Verbindung mit der NodeB NBl möglichst zu 100% abdecken.Furthermore, a certain number of position elements (PEs) are located in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS cell1). In detail, these are the elements PEll, PE12, PE13 and PE14. The PE distribution in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS cell1) is carried out in such a way that at least the signals from two PEs can be “heard” by the mobile radio device UE1 in the radio cell CE1, ie can be detected. In general, this means that the PEs are conveniently stationed this way are that the location measurement signals of all PEs cover the UMTS mobile cell CEl (UMTS celll) in combination with the NodeB NBl as far as possible 100%.
Gemäß Figur 1 befindet sich das Mobilfunkgerät UEl in der UMTS-Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) nahe an der rechten Zellgrenze, so dass die Möglichkeit besteht, dass es bei einer Positionsanfrage Ortungsmesssignale der am nächsten liegenden Positionselemente PE13 und PE14 auswerten kann. Hinge- gen können Probleme hinsichtlich der Detektion der Signale der anderen, zu weit entfernten PEs (wie z.B. PEll und PE12) auftreten, weil diese PEs vom Mobilfunkgerät schlecht oder gar nicht zu detektieren sind. Gründe sind die größeren Entfernungen, dadurch schwächere Signalleistungen und eventuell quantitativ mehr Abschattungen in der Entfernung zwischen den PEs und dem Mobilfunkgerät UEl.According to FIG. 1, the mobile radio device UE1 is located in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS celll) close to the right cell boundary, so that there is the possibility that it can evaluate position measurement signals of the closest position elements PE13 and PE14 when a position is requested. On the other hand, problems can arise with regard to the detection of the signals of the other PEs that are too far away (such as PEll and PE12), because these PEs are difficult or impossible to detect by the mobile radio device. The reasons are the greater distances, thereby weaker signal powers and possibly quantitatively more shadowing in the distance between the PEs and the mobile device UE1.
Ein Ablauf-Szenario kann exemplarisch folgendermaßen aussehen: Die Position des Mobilfunkgeräts UEl in der UMTS- Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) soll aufgrund einer Positionsanfrage PAS bestimmt werden. Dabei ist es nicht relevant, warum und woher eine Positionsanfrage kam. Unabhängig von der in der Anforderungen definierten Genauigkeit der Po- sitionsbestimmung, welche durch das Netzwerk entschieden wird (hauptsächlich vom RNC) , bereitet sich das Mobilfunkgerät vor, Positionselemente (PEs) einzusetzen, d.h. auf die Signa- lisierungscodes der PEs der Mobilfunkzelle CEl zu hören. Als erstes wird die NodeB NBl mit Hilfe einer Bestätigung der Po- sitionsanfrage PAS informiert. (Die NodeB kann ggf. zusätzlich die PEs der Mobilfunkzelle über den BCH über die Zeitpunkte informieren, wann das jeweilige PE seinen ihm zugeordneten Signalcode in die DL-Slotstruktur von der NodeB zur UE einfügt. Diese Informationen können die PEs insbesondere z.B. nutzen, nachdem ein erster Positionsbestimmungsversuch fehlgeschlagen ist. Diese Information bekommt natürlich auch das UE mitgeteilt, da auch das UE die DL Verbindung der Serving- NodeB (NodeB) hört.)An example of a sequence scenario can be as follows: The position of the mobile radio device UE1 in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS celll) is to be determined on the basis of a position request PAS. It does not matter why and where a position request came from. Regardless of the accuracy of the position determination defined in the requirements, which is decided by the network (mainly from the RNC), the mobile radio device prepares to use position elements (PEs), ie to listen to the signaling codes of the PEs of the mobile radio cell CE1 , First, the NodeB NBl is informed with the help of a confirmation of the position request PAS. (The NodeB can optionally also inform the PEs of the mobile radio cell via the BCH about the times when the respective PE inserts its assigned signal code into the DL slot structure from the NodeB to the UE. The PEs can use this information in particular, for example, after a The first attempt to position the position failed. Of course, this also gets this information UE communicated, since the UE also hears the DL connection of the Serving-NodeB (NodeB).)
Die Positionsanfrage ist auch den PEs in der Umgebung der zu lokalisierenden UE durch genanntes "Mithören" bzw. "Abfangen" des Informationselementes - "Location Update" - in der RRC- Message bekannt. Nach Auswertung dieses Informationselementes fügen nun die Positionselemente PEll, PE12 , PE13 und PE14 unabhängig von "Befehlen" der Serving-NodeB (NodeB) ihre Sig- nalcodefolgen als Ortungsmesssignale in die jeweilige DL-The position request is also known to the PEs in the vicinity of the UE to be localized by means of “listening in” or “intercepting” the information element — “location update” - in the RRC message. After evaluating this information element, the position elements PEll, PE12, PE13 and PE14 now insert their signal code sequences as position measurement signals into the respective DL-, regardless of "commands" of the Serving-NodeB (NodeB).
Slotstruktur in freie Signalabschnitte, d.h. in Leerzeitabschnitte der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle LSI ein. Das Mobilfunkgerät UEl versucht, mit dem Wissen der Signalcodefolgen und des dazugehörigem Positionselements (durch z.B. einen Rake-Empfänger= Korrelationsempfänger, mit demSlot structure in free signal sections, i.e. in idle periods of radio signaling on the air interface LSI. The mobile radio device UE1 tries to use the knowledge of the signal code sequences and the associated position element (e.g. by a rake receiver = correlation receiver with which
Zeitverschiebungen durch Korrelationen ermittelt werden können) Empfangszeiten der Codefolgen zu bestimmen. Diese Informationen sendet das Mobilfunkgerät UEl an die Serving-NodeB (NodeB) . Die NodeB bzw. die PCF (position calculation function) im UTRAN bestimmt dann daraus Zeitdifferenzen zwischen den Empfangszeitpunkten der PE-Signalcodefolgen. Diese Differenzen werden vorzugsweise auf Ortshyperbeln und/oder Distanzkreise entsprechend der bekannten ODTOA-Methode abgebildet. Der gemeinsame Schnittpunkt der Hyperbeln ist die ge- suchte Position in einem von der Umgebung abhängigen Genauigkeitswertebereich.Time shifts can be determined by correlations) to determine reception times of the code sequences. The mobile radio device UE1 sends this information to the serving NodeB (NodeB). The NodeB or the PCF (position calculation function) in the UTRAN then determines the time differences between the reception times of the PE signal code sequences. These differences are preferably mapped on spatial hyperbolas and / or distance circles according to the known ODTOA method. The common intersection of the hyperbolas is the sought position in a range of accuracy values that depends on the environment.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung die zeitliche Struktur eines Zeitrahmens FRi der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle LSI zwischen der Basisstation NBl und dem zu ortenden Mobilfunkgerät UEl von Figur 1. Dabei ist in einen freien Signalabschnitt eines Zeitschlitzes dieses Zeitrahmens ein Ortungsmesssignal von einem mithörenden Positionselement nach dem erfindungsgemäßen Verfahren selbständig eingefügt worden. Der Zeitrahmen FRi der zeitlichen Länge TF weist eine Vielzahl von einzelnen, zeitlich nacheinanderfol- genden Zeitschlitzen SL0 mit SL14 von jeweils derselben, kon- stanten Zeitdauer auf. Solche Zeitrahmen folgen dabei sukzessive, d.h. fortlaufend bei der Nachrichtenübertragung aufeinander. Dies ist in der Figur 3 durch jeweils drei Punkte am Anfang und Ende des Zeitrahmens FRi angedeutet. Die Struk- tur des Zeitrahmens FRi entspricht vorzugsweise der slot- Struktur eines sogenannten TDD-Frames (TDD = Time Division Duplex, frame= Zeitrahmen) . Ein TDD- Frame wie zum Beispiel FRi besteht dabei vorzugsweise insgesamt aus 15 Zeitschlitzen (= time slots) SLO mit SL14. Dabei kann jeder Zeitschlitz eindeutig entweder für Übertragungen im Uplink- oder Down- linkverkehr allokiert, d.h. reserviert bzw. bereitgestellt sein.FIG. 3 shows a schematic representation of the temporal structure of a time frame FRi for radio signaling on the air interface LSI between the base station NB1 and the mobile radio device UE1 from FIG. 1 to be located The inventive method has been inserted independently. The time frame FRi of the time length TF has a large number of individual, time-sequential time slots SL0 with SL14, each of the same, consistent constant duration. Such time frames follow one another successively, that is to say continuously in the transmission of messages. This is indicated in FIG. 3 by three dots at the beginning and end of the time frame FRi. The structure of the time frame FRi preferably corresponds to the slot structure of a so-called TDD frame (TDD = Time Division Duplex, frame = time frame). A TDD frame such as FRi preferably consists of a total of 15 time slots SLO with SL14. Each time slot can be uniquely allocated either for transmissions in uplink or downlink traffic, ie reserved or made available.
In Figur 3 ist schematisch der zeitliche Aufbau bzw. die Struktur, d.h. die zeitliche Unterteilung eines Zeitschlitzes (= time slot) wie z.B. SLi des Zeitrahmens FRi dargestellt. Der jeweilige Zeitschlitz wie z.B. SLi weist 4 Zeitabschnitte bzw. ZeitSektionen DA1, MI, DA2 , PC2 auf, die für die Übertragung von verschiedenen Gruppen von Signaltypen reserviert sind. Der erste Zeitabschnitt DA1 des Zeitschlitzes SLi ist für die Übertragung von Nutzdaten, sogenannten data symbols, vorbelegt. Danach werden im zweiten, nachfolgenden Zeitabschnitt bzw. -block MI sogenannte Midambles übertragen. Dies sind Signale für die KanalSchätzung und/oder Synchronisation des jeweiligen Teilnehmergeräts und/oder der jeweiligen Ba- sisstation. Aufgrund dieser Kanalschätzparameter wird insbesondere eine Kanalentzerrung im jeweiligen Mobilfunkgerät und/oder der jeweiligen Basisstation durchgeführt. Nach diesem Zeitblock MI folgt wiederum ein Zeitabschnitt DA2 für ei- ne weitere Übertragung von Nutzdaten. Dadurch, dass dieIn Figure 3, the temporal structure or the structure, i.e. the time subdivision of a time slot (= time slot) such as SLi of the time frame FRi shown. The respective time slot, e.g. SLi has 4 time sections or time sections DA1, MI, DA2, PC2, which are reserved for the transmission of different groups of signal types. The first time period DA1 of the time slot SLi is pre-assigned for the transmission of user data, so-called data symbols. Then so-called midambles are transmitted in the second, subsequent time segment or block MI. These are signals for the channel estimation and / or synchronization of the respective subscriber device and / or the respective base station. Based on these channel estimation parameters, a channel equalization is carried out in the respective mobile radio device and / or the respective base station. After this time block MI there is again a time period DA2 for a further transmission of user data. Because the
Midambles für die Kanalschätzung zwischen den beiden Blöcken mit den Nutzdaten bzw.- Nutzsignalen übertragen werden, wird weitgehend sichergestellt, dass der jeweilige Funkkanal optimal im Zeitmittel entzerrt werden kann. Während des vierten, letzten Zeitabschnitts PC2 des Zeitschlitzes SLi wird schließlich keine Signalübertragung vorgenommen, d.h. diese sogenannte guard period ist unbelegt, um eine Sicherheits- zeitlücke zwischen den einzelnen, zweitlich nacheinander übertragenen Zeitschlitzen zu haben. Dadurch werden insbesondere störende Signalüberlagerungen bzw. Interferenzen aufeinanderfolgender slots durch Signallaufzeitunterschiede wie z.B. bei Mehrwegeausbreitung weitgehend vermieden, so dass eine einwandfreie Signaldetektion weitgehend sichergestellt ist. Insgesamt betrachtet kann also während des jeweiligen Zeitschlitzes die Funkübertragung eines sogenannten Bursts (Datenbüschels) mit vorgegebener zeitlicher Aufteilung bzw. Sektionierung erfolgen. Detaillierte Angaben zur Zeitrahmen- und Zeitschlitzstruktur sind im jeweiligen Mobilfunkstandard, hier im Ausführungsbeispiel insbesondere im UMTS- Standard gemacht .( z . B . 3G TS 25.221 "physical Channels and mapping of transport Channels onto physical Channels (TDD)", Version 3.2.0 (2000-03), 3G TS 25.305 "stage 2 functional specification of location Services in UTRAN" , Version 3.1.0 (2000-03, 3G TS 25.224 "physical layer procedures (TDD)", Version 3.2.0 (2000-03).)Midambles for the channel estimation between the two blocks with the user data or user signals are largely transmitted, it is largely ensured that the respective radio channel can be optimally equalized over time. Finally, no signal transmission takes place during the fourth, last time segment PC2 of the time slot SLi, ie this so-called guard period is unoccupied in order to ensure a security to have a time gap between the individual time slots transmitted in succession. As a result, in particular disruptive signal overlays or interferences of successive slots due to signal propagation time differences, such as in the case of multipath propagation, are largely avoided, so that correct signal detection is largely ensured. Viewed overall, the radio transmission of a so-called burst (data bundle) can thus take place with a predetermined time division or sectioning during the respective time slot. Detailed information on the time frame and time slot structure is provided in the respective mobile radio standard, here in the exemplary embodiment in particular in the UMTS standard (eg 3G TS 25.221 "physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (TDD)", version 3.2.0 (2000-03), 3G TS 25.305 "stage 2 functional specification of location Services in UTRAN", version 3.1.0 (2000-03, 3G TS 25.224 "physical layer procedures (TDD)", version 3.2.0 (2000-03 ).)
Hier im Ausführungsbeispiel von Figur 3 wird beispielhaft der Signalisierungscode PSl eines der Positionselemente wie z.B. PEll während des Zeitabschnitts DA1 im Zeitschlitz SLi des Zeitrahmens FRi übertragen, da hier ein freier Signalabschnitt zur Verfügung stand.Here, in the exemplary embodiment in FIG. 3, the signaling code PS1 of one of the position elements, such as PEll transmitted during time period DA1 in time slot SLi of time frame FRi, since a free signal section was available here.
Ausführungsbeispiel 2 (Nutzung PEs aus den Nachbarzellen) :Embodiment 2 (use of PEs from neighboring cells):
Ausführungsbeispiel 2 gemäß Figur 4 basiert vom Grundprinzip her auf dem obigen Ausführungsbeispiel 1. Der Unterschied zu Figur 1 liegt allerdings in der Nutzung von Positionselementen (z.B. PE21 / PE31, PE32, PE33 / PE41, PE42) von Nachbarfunkzellen (CE2, CE3 , CE4) zur Positionsbestimmung für den Fall des "Mithörens" bzw. "Abfangens" des Informationselemen- tes - Location Update - in der RRC-Message (radio request control) . D.h., sollten PEs der Nachbarmobilfunkzellen (UMTS CEx, z.B.mit x= 1-4) das Informationselement ebenfalls mitbe- kommen, so sollten diese zweckmäßigerweise daraufhin reagieren, unabhängig davon, ob sie die eigene oder die Nachbarzellen bedienen.Embodiment 2 according to FIG. 4 is based on the basic principle of the above embodiment 1. The difference to FIG. 1, however, lies in the use of position elements (eg PE21 / PE31, PE32, PE33 / PE41, PE42) of neighboring radio cells (CE2, CE3, CE4) for determining the position in the event of "listening in" or "intercepting" the information element - location update - in the RRC message (radio request control). Ie, PEs of the neighboring mobile radio cells (UMTS CEx, e.g. with x = 1-4) should also include the information element. If they come, they should react appropriately, regardless of whether they serve their own cells or neighboring cells.
Ein Ablauf-Szenario könnte exemplarisch folgendermaßen aussehen:An example of a process scenario could look like this:
Die Position des Mobilfunkgeräts UEl in der UMTS- Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) soll aufgrund einer Positionsanfrage PAS bestimmt werden. Dabei ist es nicht rele- vant, warum und woher eine Positionsanfrage PAS kam. Unabhängig von der in der Anforderungen definierten Genauigkeit der Positionsbestimmung, welche durch das Netzwerk entschieden wird (hauptsächlich vom RNC) , bereitet sich das UE vor, Positionselemente (PEs) einzusetzen, d.h. auf die Signalisie- rungscodes der PEs der Mobilfunkzellen CEl - CE4 zu hören.The position of the mobile radio device UE1 in the UMTS mobile radio cell CE1 (UMTS celll) is to be determined on the basis of a position request PAS. It is irrelevant why and where a PAS position request came from. Regardless of the accuracy of position determination defined in the requirements, which is decided by the network (mainly from the RNC), the UE prepares to use position elements (PEs), i.e. to listen to the signaling codes of the PEs of the cellular cells CE1 - CE4.
Als erstes wird die NodeB NBl mit einer Bestätigung der Positionsanfrage PAS informiert. (Die NodeB kann zusätzlich die PEs der Mobilfunkzelle über den BCH über die Zeitpunkte informieren, wann das jeweiliges Positionselement (Abkürzung PE) seinen ihm zugeordneten Signalcode in die DL-Slotstruktur von der NodeB zur UE einfügen kann. Diese Informationen können die PEs z.B. nutzen, nachdem ein erster Positionsbestim- mungsversuch fehlgeschlagen ist. Diese Information bekommt natürlich auch das UE mitgeteilt, da auch das UE die DL Ver- bindung der Serving-NodeB (NodeBi) hört.)First, the NodeB NBl is informed with a confirmation of the position request PAS. (The NodeB can additionally inform the PEs of the mobile radio cell via the BCH about the times when the respective position element (abbreviation PE) can insert its assigned signal code into the DL slot structure from the NodeB to the UE. The PEs can use this information, for example, after a first attempt at position determination has failed. This information is of course also communicated to the UE, since the UE also hears the DL connection of the Serving-NodeB (NodeBi).)
Die Positionsanfrage ist auch den Positionselementen (PEs) , namentlich PEll und PE14 aus der momentanen Aufenthalts- Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll), PE21 aus der Nachbar- Mobilfunkzelle CE2 (UMTS cell2) und PE31 und ev. PE32 aus der Nachbar-Mobilfunkzelle CE3 (UMTS cell3) in der Umgebung des zu lokalisierenden Mobilfunkgeräts UEl durch "Mithören" bzw. "Abfangen" des Informationselementes - Location Update - in der RRC-Message bekannt. Nach Auswertung dieses Informations- elementes fügen nun die genannten PEs unabhängig vonThe position request is also the position elements (PEs), namely PEll and PE14 from the current location mobile radio cell CE1 (UMTS cell1), PE21 from the neighboring mobile radio cell CE2 (UMTS cell2) and PE31 and possibly PE32 from the neighboring mobile radio cell CE3 ( UMTS cell3) in the vicinity of the mobile device UEl to be located by "listening" or "intercepting" the information element - location update - in the RRC message. After evaluating this information element, the named PEs add independently of
"Befehlen" der Serving-NodeB (NodeB NBl) , d.h. selbständig, ihre Signalcodefolgen in die jeweilige DL-Slotstruktur der UMTS-Mobilfunkzelle CEl (UMTS celll) in freien, gegebenen, d.h. bereits sowieso vorhandenen Zeitabschnitten ein. Dies bedeutet natürlich für die PEs der Nachbarzellen CE2 und CE3 , dass sie zweckmäßigerweise ebenfalls über die Informationen der freien Signalabschnitte verfügen müssen."Command" the Serving-NodeB (NodeB NBl), ie independently, its signal code sequences in the respective DL slot structure of the UMTS cell phone cell CEl (UMTS celll) in free, given, ie already existing periods. Of course, this means for the PEs of the neighboring cells CE2 and CE3 that they must also expediently have the information of the free signal sections.
Das Mobilfunkgerät UEl versucht mit dem Wissen der Signalcodefolgen und des dazugehörigem PE (durch z.B. einen Rake- Empfänger = Korrelationsempfänger, mit dem Zeitverschiebungen durch Korrelationen ermittelt werden können) Empfangszeiten der Codefolgen zu bestimmen. Diese Informationen sendet das UEl an die Serving-NodeB (NodeB) . Die NodeB bzw. die PCF im UTRAN bestimmt dann daraus Zeitdifferenzen zwischen den EmpfangsZeitpunkten der PE-Signalcodefolgen. Diese Differenzen werden zweckmäßigerweise auf Ortshyperbeln und/oder Distanzkreisen abgebildet. Deren jeweiliger gemeinsame Schnittpunkt ist die gesuchte Position in einem von der Umgebung abhängigen Genauigkeitswertebereich.With the knowledge of the signal code sequences and the associated PE (e.g. through a rake receiver = correlation receiver with which time shifts can be determined by correlations), the mobile radio device UE1 tries to determine reception times of the code sequences. The UEl sends this information to the Serving-NodeB (NodeB). The NodeB or the PCF in the UTRAN then determines the time differences between the reception times of the PE signal code sequences. These differences are expediently depicted on local hyperbolas and / or distance circles. Their respective common intersection is the sought position in a range of accuracy values dependent on the environment.
Das an Hand eines UMTS- Funkkommunikationssystems beispielhaft beschriebene Lokalisierungsverfahren ist selbstverständlich auch bei anderen Funkkommunikationssystemen wie z.B. nach dem GPRS- (general packet radio Service) , EDGE- (enhanced data rates for GSM environments) Standard anwend- bar. The localization method described by way of example using a UMTS radio communication system is of course also applicable to other radio communication systems such as applicable according to the GPRS (general packet radio service), EDGE (enhanced data rates for GSM environments) standard.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Positionsbestimmung (POl) mindestens eines Teilnehmergeräts (UEl) eines Funkkommunikationssystems (MCS) , das eine Vielzahl von Basisstationen (NBl mit NB4) zur Aufteilung in Funkzellen (CEl mit CE4) aufweist, wobei mindestens ein Ortungsmesssignal (PSl mit PS4) von mindestens einem zusätzlichen Positionselement (PEll mit PE14) aus mindestens einer Funkzelle (CEl) gesendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vom jeweiligen Positionselement (PEll) die Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle (LSI) der jeweiligen Basisstation (NBl) dahingehend überwacht wird, ob ein Positionsanfragesignal (PAS) an diese und/oder von dieser übermittelt wird, und dass bei Detektion eines derartigen Positionsanfragesignals (PAS) von einem solchen mithörenden Positionselement (PEll) selbständig mindestens ein Ortungsmesssignal (PSl) während mindestens eines freien Signalabschnitts (DAl) der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle (LSI) der Basisstation (NBl) seiner zugeordneten Funkzelle (CEl) gesendet wird.1. Method for determining the position (POl) of at least one subscriber device (UEl) of a radio communication system (MCS) which has a multiplicity of base stations (NBl with NB4) for division into radio cells (CEl with CE4), at least one location measurement signal (PSl with PS4) is sent by at least one additional position element (PEll with PE14) from at least one radio cell (CEl), characterized in that the radio signaling on the air interface (LSI) of the respective base station (NBl) is monitored by the respective position element (PEll) to determine whether a position request signal (PAS) is transmitted to and / or by this, and that when such a position request signal (PAS) is detected by such a listening position element (PEll), at least one location measurement signal (PSl) during at least one free signal section (DAl) of the radio signaling on the Air interface (LSI) of the base station (NBl ) its assigned radio cell (CEl) is sent.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalisierung auf der Luftschnittstelle (LSI) nach einem Zeitmultiplexverfahren, insbesondere nach dem TDD-Mode (time division duplex) des UMTS- Standards (universal mobile telecommunication system) , durchgeführt wird.2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the signaling on the air interface (LSI) is carried out according to a time division multiplex method, in particular according to the TDD mode (time division duplex) of the UMTS standard (universal mobile telecommunication system).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Ortungsmesssignal (PSl) des jeweiligen Positionselements (PEl) ein eindeutiger Identifizierungscode zugeordnet wird.3. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the location measurement signal (PSl) of the respective position element (PEl) is assigned a unique identification code.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Teilnehmergerät (UEl) ein Mobilfunkgerät, insbesondere Mobilfunktelefon, verwendet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a mobile radio device, in particular a mobile radio telephone, is used as the subscriber device (UEl).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ortungsmesssignal (PSl) vom jeweiligen Positionselement (PEll) während mindestens eines unbelegten Signalabschnitts (DAl) des Broadcast-Kanals der Basisstation (NBl) seiner zugeordneten Funkzelle (CEl) gesendet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the location measurement signal (PSl) from the respective position element (PEll) is sent during at least one unoccupied signal section (DAl) of the broadcast channel of the base station (NBl) of its assigned radio cell (CEl).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Positionsbestimmung eines zu ortenden Teilneh- mergeräts (UEl) Ortungsmesssignale von mindestens zwei Positionselementen (PEll, PE13) herangezogen werden.6. The method as claimed in one of the preceding claims, that the position measurement signals from at least two position elements (PEll, PE13) are used for determining the position of a subscriber device (UEl) to be located.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Positionselemente (PEll mit PE14) bezüglich des7. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the position elements (PEll with PE14) with respect to
Zeitrasters der Funksignalisierung auf der Luftschnittstelle (LSI) der Basisstation (NBl) ihrer jeweilig zugeordneten Funkzelle (CEl) synchronisiert werden.Time slots of the radio signaling on the air interface (LSI) of the base station (NBl) of their respectively assigned radio cell (CEl) are synchronized.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Laufzeit des jeweiligen Ortungsmesssignals (PSl mit PS4) für dessen Laufweg zwischen seinem Positionselement (PEll mit PE14) und dem jeweilig zu lokalisierenden Teilneh- mergerät (UEl) ermittelt und zur Auswertung bereitgestellt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the transit time of the respective location measurement signal (PSl with PS4) for its path between its position element (PEll with PE14) and the subscriber device (UEl) to be located in each case is determined and made available for evaluation ,
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens ein Ortungsmesssignal (PSl) von mindestens einem Positionselement (PEll) in der jeweiligen Aufenthaltsfunkzelle (CEl) des jeweilig dort zu ortenden Teilnehmerge- räts (UEl) und/oder von mindestens einem zusätzlichen Positionselement (PE31) mindestens einer benachbarten Funkzelle (CE3) selbständig gesendet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one location measurement signal (PSl) from at least one position element (PEll) in the respective residence radio cell (CEl) of the subscriber to be located there devices (UEl) and / or at least one additional position element (PE31) of at least one neighboring radio cell (CE3) is sent independently.
10. Vorrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eines Teilnehmergeräts eines FunkkommunikationsSystems , welche nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird. 10. Device for determining the position of at least one subscriber device of a radio communication system, which is carried out according to one of the preceding claims.
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