FI103248B - Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä - Google Patents

Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä Download PDF

Info

Publication number
FI103248B
FI103248B FI964353A FI964353A FI103248B FI 103248 B FI103248 B FI 103248B FI 964353 A FI964353 A FI 964353A FI 964353 A FI964353 A FI 964353A FI 103248 B FI103248 B FI 103248B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
signal
received
impulse response
estimate
terminal
Prior art date
Application number
FI964353A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI103248B1 (fi
FI964353A (fi
FI964353A0 (fi
Inventor
Kari Kalliojaervi
Original Assignee
Nokia Telecommunications Oy
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 Nokia Telecommunications Oy filed Critical Nokia Telecommunications Oy
Publication of FI964353A0 publication Critical patent/FI964353A0/fi
Priority to FI964353A priority Critical patent/FI103248B/fi
Priority to PCT/FI1997/000654 priority patent/WO1998019488A1/en
Priority to AT97910477T priority patent/ATE264042T1/de
Priority to JP52008898A priority patent/JP2001503576A/ja
Priority to CN97180143.6A priority patent/CN1238896A/zh
Priority to AU47843/97A priority patent/AU724594B2/en
Priority to DE69728553T priority patent/DE69728553T2/de
Priority to EP97910477A priority patent/EP0937368B1/en
Publication of FI964353A publication Critical patent/FI964353A/fi
Priority to US09/301,376 priority patent/US6121927A/en
Priority to NO992047A priority patent/NO992047L/no
Application granted granted Critical
Publication of FI103248B1 publication Critical patent/FI103248B1/fi
Publication of FI103248B publication Critical patent/FI103248B/fi

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/10Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Burglar Alarm Systems (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

-r 1 103248 Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä
Keksinnön ala Tämä keksintö koskee menetelmää päätelaitteen sijainnin määrit-5 tämistä järjestelmässä, jossa osa tilaajayhteydestä muodostuu päätelaitteen ja tukiaseman välisestä radioyhteydestä. Järjestelmä voi olla useita tukiasemia sisältävä solukkorakenteinen matkapuhelinjärjestelmä, jossa päätelaite voi liikenneyhteyden aikana liikkua solusta toiseen.
10 Keksinnön tausta Päätelaitteen ollessa radioyhteydessä tukiasemaan ei tieto päätelaitteen täsmällisestä sijainnista ole yleensä ollut ensiarvoisen tärkeää. Radiojärjestelmiä kuten solukkojärjestelmiä suunniteltaessa on kuitenkin otettava huomioon päätelaitteen etäisyys tukiasemasta ja erityisesti se, että etäisyys 15 muuttuu yhteyden aikana. Tämä on tärkeää etenkin aikajakoisissa digitaalisissa solukkojärjestelmissä, joissa lähetys tapahtuu lähetysaikavälillä purskeena. Jotta tukiasemalla vastaanotetut, samalla kantoaallolla vierekkäisissä aikaväleissä lähetetyt purskeet eivät menisi päällekkäin, on kunkin päätelaitteen lähettämän purskeen lopussa tietyn pituinen suoja-aika. Sitä tarvitaan, koska 20 samalla radiokantoaallolla mutta eri aikavälissä lähettävät matkaviestimet ovat satunnaisella etäisyydellä tukiasemasta, jolloin radioaaltojen etenemisaika tukiasemalta matkaviestimelle vaihtelee aikavälikohtaisesti. Suoja-aika määräytyy siten, että tukiasema mittaa lähetys/vastaanottokehyksen ajoituksen puitteissa lähettämänsä purskeen ja matkaviestimeltä vastaanottamansa purs-25 keen aikaeroa ja laskee siitä ajoitusennakon TA (Timing Advance), jonka se ilmoittaa päätelaitteelle. Tukiasema säätää siten dynaamisesti kunkin päätelaitteen lähetysaikaa siltä vastaanottaneensa purskeiden perusteella. GSM-jäijestelmässä ajoitusennakko voi saada arvoja väliltä 0-233 με, joka aikavälin keston huomioon ottaen tarkoittaa sitä, että maksimiajoitusennakkoa käyttävä 30 matkaviestin voi olla 35 km etäisyydellä tukiasemasta.
Yleisesti tiedetään, että signaalilähteen sijainnin selvittämiseen tarvitaan aina useampi kuin yksi spatiaalisesti toisistaan erotettu vastaanotin. Signaalin tulosuunnan estimointimenetelmissä estimoidaan aikaeroja, joilla sama signaali saavuttaa eri vastaanottimet. Aikaerojen estimointi suoritetaan 35 korreloimalla eri vastaanottimista saatavia ulostulosignaaleja. Signaalien välinen viive, jolla saavutetaan suurin korrelaatioarvo antaa estimaatin aika- 2 103248 erolle, mikäli kyseinen korrelaatioarvo on suurempi kuin ennalta määrätty kynnysarvo.
Solukkojärjestelmässä edellä sanottu toimii siten, että vastaanotetaan päätelaitteen lähettämää signaalia useammalla tukiasemalla tai tuki-5 asemalle, jossa on useammasta antennista ja vastaanottimesta muodostuva antenniryhmä. Eri tukiasemien vastaanottamien tai antenniryhmän vastaanottamia signaaleja korreloidaan keskenään aikaerojen ja niiden avulla signaalin tulokulman määrittämiseksi.
Näiden tunnettujen ratkaisujen epäkohtana on niiden suhteessa 10 suuri laskennallinen kompleksisuus verrattuna ratkaisujen tarjoamaan tarkkuuteen.
Tieto päätelaitteen mahdollisimman tarkasta sijainnista on kuitenkin eräissä tapauksissa tavoiteltava verkon ominaisuus. Eräs tällainen tapaus on esimerkiksi silloin kun halutaan rajoittaa päätelaitteen liikkuvuus vain tietylle 15 solun alueelle tai haluttaessa käyttää hienojakoista puhelun hinnan lasken-l taperustetta.
Eräs ratkaisu päätelaitteen sijainnin määrittämiseksi on esitetty tämän hakemuksen jättöhetkellä ei-julkisessa suomalaisessa patenttihakemuksessa no: 963382, jätetty 30.8.1996. Siinä käytetään hyväksi ajoitusen-20 nakkoarvoa, koska se on järjestelmän jo valmiiksi laskema päätelaitteen ja tukiaseman väliseen etäisyyteen verrannollinen suure. Jos käytetään vain sen hetkisen tukiaseman ja päätelaitteen välillä laskettua ajoitusennakkoa tiedetään vain, millä etäisyydellä päätelaite likimain on tukiasemasta mutta jos käytetään päätelaitteen ja useamman tukiaseman välillä laskettua
• I
25 ajoitusennakkoarvoa, saadaan selville sijaintialue kohtuullisella tarkkuudella. Jälkimmäistä tapaa tukee GSM-järjestelmän vaiheen 2 (Phase 2) ominaisuus OTD (Observed Time Difference), joka antaa suoraan etenemisaikaerot eri ' tukiasemiin. Mainitussa hakemuksessa ehdotetaan lisäksi, että koodijako- isissa (CDMA, Code Division Multiple Access) -järjestelmissä sijainti määri-30 tetään korreloimalla tukiasemien lähettämiä pilot-signaaleja.
; · Päätelaitteen sijaintitieto on erittäin tärkeä myös viranomaisverkois- ' sa. Tällaiset verkot ovat yleisöltä suljettuja solukkoverkkoja, jotka ovat erityi- sen hyvin suunniteltu toimimaan myös erilaisissa kriisitilanteissa. On tärkeää, että verkko tietää päätelaitteen sijainnin ilman, että päätelaitteen käyttäjän 35 täytyisi suusanallisesti ilmoittaa sijaintinsa. Avoimissa verkoissa sijaintitieto 3 103248 olisi toivottava ominaisuus hätäpuhelutapauksissa, koska hätäpuhelun aloittaja ei aina edes tiedä sijaintiaan.
Tämän keksinnön tavoitteena on siten päätelaitteen sijainnin määri-- tysmenetelmä, joka on laskennallisesti yksinkertainen ja jolla nykyisten verk- 5 kojen olemassa olevia ominaisuuksia voidaan mahdollisimman paljon käyttää hyväksi.
Asetetut tavoitteet saavutetaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa esitetyin määrittein.
10 Keksinnön lyhyt yhteenveto
Keksintö perustuu siihen oivallukseen, että koska radiosignaali etenee radiokanavassa monitie-etenemistä käyttäen, jolloin tukiaseman vastaanottama päätelaitteen lähettämä signaali koostuu eri reittejä edenneistä ja eri ajanhetkillä vastaanottimen saavuttavista monitiekomponen-15 teista, on kaikki signaalin tulosuunnan määrittämisessä tarvittava informaatio saatavissa monitie-edenneen signaalin aikaeroista. Monitie-edennyttä signaalia vastaanotetaan ensin tukiaseman antenniryhmällä, muodostetaan sitten yksittäisten antennielementtien vastaanottamien signaalien kanava-estimaatit ja korreloidaan niitä niiden välisten suhteellisten aikaerojen selvit-20 tämiseksi. Lopuksi näin estimoitujen kunkin antennisignaalin välisten aikaerojen avulla pystytään estimoimaan signaalin tulosuunta.
Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää perinteisellä 1-ulotteisella antenniryhmällä, ns. linear array -antennilla, joskin tällöin voidaan estimoida vain vastaanotetun signaalin tulokulma. Edullisen suoritus-25 muodon mukaisesti käytetään 2-ulotteista tai 3-ulotteista antenniryhmää. Näillä voidaan estimoida signaalin tulokulman lisäksi sen nousukulma. Tällöin voidaan geometrian sääntöjä noudattaen laskea päätelaitteen sijainti, koska tiedetään antenniryhmän korkeus maasta ja antenniryhmään tulevan signaalin tulo-ja nousukulma.
30 Sijainnin määrityksen tarkkuutta voidaan edelleen parantaa, mikäli käytetään useampia tukiasemia, joissa kussakin on samantyyppinen anten-niryhmä. Kunkin tukiaseman vastaanottaman signaalin tulosuunnan estimaatti lasketaan keksinnön mukaisella tavalla ja näistä jatkolaskennassa lasketaan näistä estimaateista lopullinen sijaintitieto.
35 Ehdotetun menetelmän merkittävä etu tunnettuihin menetelmiin verrattuna on sen laskennallinen yksinkertaisuus. Korreloitaessa ainoastaan 4 103248 kanavaestimaatteja vähenee vaadittavien laskuoperaatioiden määrä radikaalisti. Saavutettu resoluutio on vähintään yhtä hyvä kuin tunnetuilla menetelmillä, koska eri antennisignaalien välisiä aikaeroja voidaan määrittää yhden näytteenottovälin tarkkuudella ja itse aikaerojen määrittämisessä 5 säästettyä kompleksisuutta voidaan hyödyntää jälkiprosessoinnissa. Etenkin käytettäessä 2- tai 3-ulotteisia antenniryhmiä parantaa jälkiprosessointi huomattavasti saavutettavaa tarkkuutta, sillä vastaanotetun signaalin tulokulma muuttuu suhteellisen hitaasti.
10 Kuvioluettelo
Keksintö selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisten kaaviollisten kuvioiden avulla, joissa kuvio 1 esittää solukkoverkkoa, 15 kuvio 2 kuvaa antenniryhmää tukiasemalla, I kuvio 3 kuvaa vastaanotetun signaalin viivehajetta, kuvio 4 esittää vastaanottimen rakennetta kuvio 5 esittää eräitä kanavaestimaatteja, kuvio 6 havainnollistaa estimaattien korrelointia, ! 20 kuvio 7 on lohkokaavio menetelmästä ja kuvio 8 havainnollistaa etäisyyden määritystä.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus f Kuvio 1 esittää tyypillistä solukkojärjestelmää, jossa päätelaite, täs- 1 25 sä matkaviestin MS on radioyhteydessä esim. tukiasemaan BTS1, josta yh teys jatkuu edelleen langallisena yhteytenä. Päätelaite voi liikkua yhteyden katkeamatta solusta toiseen, jolloin radioyhteys siirretään vastaavasti tukiasemalta toiselle, esim. BTS1-> BTS2->BTS3.
" Eräs tunnettu TDMA-järjestelmässä käytetty päätelaitteen sijainnin 30 määrittämistapa perustuu ajoitusennakkoarvojen TA1, TA2 ja TA3 käyttämiseen. Kukin ajoitusennakko on verrannollinen etäisyyteen tukiasemasta, joten on yksikertaisesti estimoida päätelaitteen sijainti kohtuullisen tarkasti näiden ajoitusennakkoarvojen perusteella. Tämä on erityisen kätevää siksi, että ! järjestelmä joka tapauksessa laskee ajoitusennakkoarvot.
: 35 Esitetty keksintö pohjautuu oivallukseen käyttää sinänsä tunnettua antenniryhmää (antenna array). Antenniryhmä koostuu useista itsenäisenä 5 103248 antennina toimivasta antennielementeistä. Tällaisen ryhmän antennielement-. tejä vaiheistamalla voidaan aikaansaada maksimi säteilyteho haluttuun suuntaan tai avaruuskulmaan kun taas muissa suunnissa säteilyteho on hyvin pieni ts. antenniryhmää käytetään halutun keilan muodostuksessa.
5 Yksinkertaisin antenniryhmä on 1-dimensionaalinen linear array -tyyppinen ryhmä, jossa elementit ovat tasavälein samalla suoralla, kompleksisempi on 2-ulotteinen ryhmä, jossa elementit ovat samassa tasossa esim. suorakaiteen kärjissä ja kompleksisin on 3-ulotteinen ryhmä, jossa elementit muodostavat avaruuskuvion esim. kuution tai pyramidin. Kunkin antennin 10 syöttösignaaleja vs. vastaanottosignaaleja voidaan käsitellä itsenäisesti.
Kuvion 2 mukainen antennimaston 22 kärjessä oleva esimerkki-ryhmä on 3-ulotteinen ja käsittää tasavälisen hilan pisteissä xy-tasossa olevat antennielementit a, b, c, d, e, f,..., k, I sekä xy-tasossa etäisyydellä z ensimmäisestä tasosta olevat vastaavat antennielementit m,n...jne. Elementti-15 en vastaanottamia ja niille syötettäviä signaaleja käsitellään antennisignaa-lien käsittelylohkossa 21.
Oletetaan seuraavassa selostuksessa, että solukkojärjestelmä on CDMA-järjestelmä, jolloin kuvion 2 tukiasemat levittävät kullekin yhteydelle allokoitua yksilöllistä hajotuskoodia käyttäen lähetettävän informaation koko 20 lähetyskaistalle. Siten päätelaite esim. matkaviestin MS (kuvio 1) on yhteydessä esim. tukiasemaan BTS1 ja on levittänyt lähetteensä hajotuskoodiaan käyttäen koko lähetyskaistalle. Lisäksi oletetaan, että tukiasemalla on 2- tai 3-ulotteinen, esim. kuvion 2 mukainen antenniryhmä.
Päätelaitteen, jonka sijainti halutaan tietää, lähettämä CDMA-25 signaali saapuu tasoaaltona tukiasemalle sen kuhunkin antennielementtiin. Jokaiseen antennielementtiin saapuva signaali on monitie-edennyt ja koostuu siten useasta eri aikaan saapuvasta signaalikomponentista. Antenniele-mentistä signaali johdetaan edelleen sinänsä tunnettuun RAKE-vastaanot-timeen. Jokaista antennielementtiä kohden on oma vastaanotin.
30 Kuvion 4 mukainen vastaanotin käsittää N kpl korrelointilohkoja, kuviossa lohkot 41, 42... 4N. Kussakin lohkossa korreloidaan lohkoon syötettyä antennisignaalia samalla koodilla, jolla signaali on päätelaitteessa hajotettu, mutta eri aikaeroilla, jolloin tuloksena saadaan signaalin monitie-ete-nemisen komponentit. Korrelointilohkojen lukumäärän N mukaan saadaan N 35 eri monitie-etenemiskomponenttia, jotka muodostavat kyseisen antenniele-mentin ja päätelaitteen välisen radiokanavan impulssivasteen.
6 103248
Impulssivaste voi olla kuvion 3 mukainen, jos korrelointilohkoja on 4 kpl (N=4). Siinä tappi 1 on korrelointilohkon 1 tuottama, tappi 2 korrelointi-lohkon 2 tuottama jne. Tappien korkeudet kuvaavat eri teitä edenneiden komponenttien tehoja ja tapin etäisyys referenssipisteenä toimivasta nolla-5 pisteestä kuvaa impulssin aikaeroa (saapumisviivettä) tähän pisteeseen nähden. Niinpä esim. tapin 1 saapumisviive on ΔΤ1( tapin 2 saapumisviive on ΔΤ2ι tapin 3 saapumisviive on ΔΤ3 ja tapin 4 saapumisviive on ΔΤ4. Jokaiseen antennielementtiin liittyvästä vastaanottimesta saadaan vastaavat kanavaes-timaatit ja ne kaikki johdetaan yhdistämislohkoon, jossa ne yhdistetään kohe-10 rentisti. Yhdistämistulos johdetaan sitten ilmaisimelle.
Edellä esitetty on suurelta osaltaan sinänsä tunnettua tekniikkaa. Nyt menetellään keksinnön mukaisesti siten, että perinteisen yhdistämisen lisäksi korreloidaankin kunkin vastaanottimen tuottamat monitiekanavaesti-maatit. Korrelointilohkojen tuottamat kanavaestimaatit ja niiden viivearvot 15 johdetaan korreloinnin suorittavaan korrelointi- ja sijainninlaskentalohkoon 46. Signaalin tulosuunnan estimointi perustuu niiden aikaerojen estimoi-miseen, joilla sama signaali saavuttaa eri vastaanottimet, joten tämä aikaerojen estimointi suoritetaan lohkossa 56 korreloimalla eri vastaanottimista saatavia ulostulosignaaleja. Lohkon 56 tuloina ovat siten myös muiden an-20 tennielementtien vastaanottimien tuottamat kanavaestimaatit. Kanavaesti-maattien välinen viive, jolla saavutetaan suurin korrelaatioarvo, antaa estimaatin aikaerolle, mikäli kyseinen korrelaatioarvo on suurempi kuin ennalta määritelty kynnysarvo.
.. Selostetaan keksintöä kuvion 7 avulla. Korrelointi suoritetaan edul- 25 lisesti siten, että valitaan jonkin antennielementin tuottama monitiekanava-estimaatti Eref referenssiksi, vaihe 71. Esim. kuviossa 2 valitaan elementin I lähtösignaalista saatu monitiekanavaestimaatti referenssiksi. Sen jälkeen tutkitaan, kuinka paljon seuraavan antennielementin k lähtösignaalista saatua monitiekanavaestimaattia on ajallisesti siirrettävä, jotta se mahdollisim-30 man hyvin täsmäisi (matching) referenssielementin I monitiekanavaestimaat-tiin Eref, vaihe 72. Kun mahdollisimman hyvä korrelaatio on löydetty, tallennetaan siirrostieto eli viive-aika th muistiin, vaihe 73, ja suoritetaan vastaava korrelointioperaatio seuraavan antennielementin j osalta. Näin käydään kor-relointioperaatio läpi jokaisen korrelointilohkon tuottaman monitiekanavaes-35 timaatin kohdalla, jolloin antennin jokaisen elementin tulosignaalin monitiekanavaestimaatti on parhaalla sovituksella korreloitu referenssiin nähden.
i 7 103248
Huomattakoon, että antenniryhmän elementteihin liittyvien vastaanottimien täytyy olla synkronissa, jotta korrelointioperaatio tuottaisi oikean tuloksen.
Kun kaikki antennielementit on käyty läpi, on tiedossa, kuinka paljon ajallisesti kunkin elementin kanavaestimaattia (tappiesitystä kuviossa 3) 5 on siirrettävä referenssielementin vastaavaan tappiesitykseen nähden ja siten kunkin antennielementin tulosignaalin viive-ero referenssielementin tulo-signaalin nähden on saatu selville. Antennisignaalin tulokulma voidaan nyt laskea, vaihe 75.
Korrelointia havainnollistaa vielä kuvio 5, jonka yläosassa on esi-10 tetty referenssielementin I lähtösignaalin nelitappinen ( vastaanottaessa on neljä korrelointilohkoa) kanavaestimaatti ja alaosassa elementin e vastaava nelitappinen kanavaestimaatti. Kanavaestimaatit on esitetty samalla aikaskaalalla ja yhteisenä aikareferenssipisteenä on referenssielementin tappien vertailuaikapiste. Korreloinnissa haetaan aikasiirtoa, jolla elementin e kana-15 vaestimaattia on siirrettävä, jotta tietty korrelointifunktio saavuttaa maksimin.
Kuvio 6 havainnollistaa korrelaatiofunktion mahdollista kuvaajaa siirrettäessä elementin e kanavaestimaattia eri ajoilla. Havaitaan, että tässä esimerkissä paras korrelaatio saavutetaan, kun elementin e kanavaestimaattia siirretään ajalla ζ. Tämä aika on samalla antennielementtien tulosignaa-20 lien aikaero.
Kun kunkin antennisignaalin väliset aikaerot on laskettu, pystytään estimoimaan signaalin tulosuunta, kuvio 8. Jos antenniryhmä on 1-ulotteinen linear array, pystytään estimoimaan pelkästään tulosektori eli signaalin tulo-kulma a, mutta päätelaitteen etäisyyttä tukiasemasta ei kyetä laskemaan. 25 Useassa tapauksessa riittää kuitenkin jo pelkkä tieto missä sektorissa päätelaite on. Sen sijaan jos antenniryhmä on 2- tai 3-ulotteinen, saadaan selville myös signaalin nousukulma β. Koska avaruuskulma (tulokulma ja nou-sukulma) on siten tiedossa, pystytään sen ja maston korkeuden perusteella normaaleja geometria sääntöjä noudattaen laskemaan päätelaitteen etäisyys 30 d tukiasemasta. Siten on saatu selville päätelaitteen sijainti.
Ehdotetun menetelmän perustana on edellä esitetyn mukaisesti se, että kaikki signaalin tulosuunnan määrittämisessä tarvittava informaatio sisältyy vastaanottimien monitiepolkujen välisiin aikaeroihin eikä vastaanotettuun signaalin sisältyvä muu informaatio kuten käyttäjän hajotuskoodi tai lä-35 hetetty symboli vaikuta suoranaisesti tulosuunnan estimointiin.
8 103248
Keksinnön edullisin sovelluskohde on CDMA-järjestelmä, koska monitiekanavaestimaatit ovat CDMA-vastaanottimessa jatkuvasti suoraan saatavissa, eikä niitä tarvitse erikseen laskea. Sovelluskohteena voi olla myös TDMA-järjestelmä, jossa kanavakorjaimen asettamista varten laske-5 taan vastaanotetun signaalin impulssivaste. Monielementtiantennista saadaan monta vastetta, jotka suhteutetaan yhteiseen aikapisteeseen ja tämän jälkeen lasketaan aikaerot. Aikaerojen perusteella päätellään vastaanotetun signaalin tulokulma.
Kummassakin tapauksessa voidaan käyttää tarkkuuden parantami-10 seksi saadun tuloksen jälkiprosessointia esim. alipäästösuodatusta, koska signaalin tulokulma muuttuu todellisuudessa suhteellisen hitaasti. Suodatuksella voidaan poistaa satunnaiset piikit etäisyysarvioista.
Ehdotetun menetelmän samoin kuin kaikkien muidenkin tunnettujen menetelmien tarkkuus riippuu hyvin pitkälle radiokanavan laadusta. Mikäli 15 tukiaseman ja päätelaitteen välillä on suora näköyhteys (line-of-sight -tilanne) on sijainti helppo määrittää mutta tilanteissa joissa kanavadispersio on suuri ja vastaanotettu signaali koostuu pääasiassa moneen kertaan heijastuneista r kanavakomponenteista, voi päätelaitteen sijainnin määritys olla mahdotonta. Tällainen tilanne voi syntyä suurissa makrosoluissa.
20 Edellä on selostettu keksinnön menetelmää käytettäessä vain yhtä tukiasemaa. Päätelaitteen sijainnin määrityksen tarkkuutta voidaan parantaa hyödyntämällä makrodiversiteettiä ts. suorittamalla laskenta myös naapuri-, tukiasemilla. Tällöin sijainnin määrittämisessä käytetään kunkin tukiaseman laskemaa tulosuunnan estimaattia. Tämä edellyttää, että tiedot siirretään 25 yhteen paikkaan, jossa lopullinen sijaintilaskenta suoritetaan. Tukiasemien ei tarvitse olla keskenään synkronissa, muuta niillä on samanlaiset antenniryh-mät ja antenniryhmän antennielementteihin liittyvien vastaanottimien on oltava synkronissa keskenään.
lii

Claims (10)

103248 g
1. Menetelmä päätelaitteen sijainnin määrittämiseksi järjestelmässä, jossa osa tilaajayhteydestä muodostuu päätelaitteen ja tukiaseman välisestä radioyhteydestä ja jossa päätelaitteen lähettämä radiosignaali saapuu 5 monitie-edenneenä signaalina tukiaseman antenniin, joka on useista anten-nielementeistä koostuva antenniryhmä, tunnettu siitä, että - muodostetaan kunkin antennielementin vastaanottamasta signaalista radiokanavan impulssivasteen estimaatti, 10. korreloidaan kunkin impulssivasteen estimaattia sekä impulssi- vasteiden estimaattien joukosta valittua referenssiestimaattia ja valitaan niihin liittyvien antennielementtien vastaanottamien signaalien aikaeroksi se viivearvo, jolla saavutetaan suurin korrelaatioarvo, - estimoidaan päätelaitteen lähettämän radiosignaalin tulosuunta 15 saatujen aikaerojen avulla.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että antenniryhmäksi järjestetään ainakin 2-ulotteinen ryhmä, jolloin radiosignaalin tulosuunta on tieto sektorista, josta vastaanotettu signaali tulee, sekä tieto signaalin nousukulmasta.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että antenniryhmäksi järjestetään 1-ulotteinen ryhmä, jolloin radiosignaalin tulosuunta on pelkästään tieto sektorista, josta vastaanotettu signaali tulee.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä . . järjestelmä on CDMA-järjestelmä ja että käytetään CDMA-vastaanottimesta 25 suoraan saatavissa olevia impulssivasteiden estimaatteja.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä - päätelaitteen lähettämää radiosignaalia vastaanotetaan usealla tukiasemalla, - estimoidaan päätelaitteen sijainti kunkin tukiaseman estimoiman 30 radiosignaalin tulosuunnan perusteella.
6. Patenttivaatimuksen 1 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saatuja tulosuuntatietoja alipäästösuodatetaan.
7. Järjestelmä, jossa osa tilaajayhteydestä muodostuu päätelaitteen ja tukiaseman välisestä radioyhteydestä ja jossa päätelaitteen lähettä- 35 mä radiosignaali saapuu monitie-edenneenä signaalina tukiaseman antenniin, joka antenni on useasta antennielementistä koostuva antenniryhmä, 10 103248 tunnettu siitä, että järjestelmä lisäksi sisältää: - impulssivasteen muodostusvälineet (41,..,4N) jotka muodostavat kunkin antennielementin vastaanottamasta signaalista radiokanavan impulssivasteen estimaatin, 5. korrelointivälineet (46), jotka korreloivat kutakin impulssivasteen estimaattia ja impulssivasteiden estimaattien joukosta valittua referenssi-estimaattia ja valitsevat niihin liittyvien antennielementtien vastaanottamien signaalien aikaeroksi sen viivearvon, jolla saavutetaan suurin korrelaatioar-vo, 10. laskentavälineet (46), jotka estimoivat päätelaitteen lähettämän radiosignaalin tulosuunnan saatujen aikaerojen avulla.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että antenniryhmä on ainakin 2-ulotteinen ryhmä, jolloin radiosignaalin tulosuunta on tieto sektorista, josta vastaanotettu signaali tulee sekä tieto sig- 15 naalin nousukulmasta.
9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että antenniryhmä on 1-ulotteinen ryhmä, jolloin radiosignaalin tulosuunta on pelkästään tieto sektorista, josta vastaanotettu signaali tulee.
10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä 20 järjestelmä on CDMA-järjestelmä ja että impulssivasteen muodostusvälineet (41,...,4N) ovat osa sinänsä tunnettua CDMA-vastaanotinta. • · . H n 103248
FI964353A 1996-10-29 1996-10-29 Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä FI103248B (fi)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI964353A FI103248B (fi) 1996-10-29 1996-10-29 Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä
AT97910477T ATE264042T1 (de) 1996-10-29 1997-10-27 Bestimmung der position von endgeräten in einem funksystem
PCT/FI1997/000654 WO1998019488A1 (en) 1996-10-29 1997-10-27 Determination of terminal location in a radio system
JP52008898A JP2001503576A (ja) 1996-10-29 1997-10-27 無線システムにおけるターミナル位置の決定
CN97180143.6A CN1238896A (zh) 1996-10-29 1997-10-27 无线系统中终端位置的确定
AU47843/97A AU724594B2 (en) 1996-10-29 1997-10-27 Determination of terminal location in a radio system
DE69728553T DE69728553T2 (de) 1996-10-29 1997-10-27 Bestimmung der position von endgeräten in einem funksystem
EP97910477A EP0937368B1 (en) 1996-10-29 1997-10-27 Determination of terminal location in a radio system
US09/301,376 US6121927A (en) 1996-10-29 1999-04-27 Determination of terminal location in a radio system
NO992047A NO992047L (no) 1996-10-29 1999-04-28 Bestemmelse av terminalposisjon i et radiosystem

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI964353A FI103248B (fi) 1996-10-29 1996-10-29 Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä
FI964353 1996-10-29

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI964353A0 FI964353A0 (fi) 1996-10-29
FI964353A FI964353A (fi) 1998-04-30
FI103248B1 FI103248B1 (fi) 1999-05-14
FI103248B true FI103248B (fi) 1999-05-14

Family

ID=8546951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI964353A FI103248B (fi) 1996-10-29 1996-10-29 Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0937368B1 (fi)
JP (1) JP2001503576A (fi)
CN (1) CN1238896A (fi)
AT (1) ATE264042T1 (fi)
AU (1) AU724594B2 (fi)
DE (1) DE69728553T2 (fi)
FI (1) FI103248B (fi)
NO (1) NO992047L (fi)
WO (1) WO1998019488A1 (fi)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9519087D0 (en) 1995-09-19 1995-11-22 Cursor Positioning Sys Ltd Navigation and tracking system
GB9722324D0 (en) 1997-10-22 1997-12-17 Cambridge Positioning Sys Ltd Positioning system for digital telephone networks
FR2782226B1 (fr) * 1998-08-04 2000-09-08 Sagem Procede de localisation d'un telephone mobile
GB9900340D0 (en) * 1999-01-09 1999-02-24 Motorola Ltd A method of and system for estimating a time of arrival of a radio signal
US6603800B1 (en) * 1999-03-22 2003-08-05 Interdigital Technology Corporation CDMA location
AU760936C (en) * 1999-05-14 2004-04-08 Auckland Uniservices Limited Improvements in and relating to position estimation systems
GB9912724D0 (en) 1999-06-01 1999-08-04 Cambridge Positioning Sys Ltd Radio positioning system
JP2001060905A (ja) * 1999-08-19 2001-03-06 Omron Corp 通信方法及び受信機の位置検出方法並びに送信機
ES2164000B1 (es) * 1999-11-24 2003-04-16 Univ Catalunya Politecnica Procedimiento de localizacion de terminales moviles gsm
JP2001324557A (ja) * 2000-05-18 2001-11-22 Sony Corp 近距離場における信号発信源の位置をアレーアンテナを用いて推定する装置及び方法
US6950678B1 (en) 2000-05-24 2005-09-27 Lucent Technologies Inc. Control technique for a communication system
US6496535B2 (en) * 2001-03-23 2002-12-17 Navini Networks, Inc. Method and system for effective channel estimation in a telecommunication system
FI20020953A0 (fi) 2002-05-21 2002-05-21 Nokia Corp Kanavaestimointi hajaspektrijärjestelmässä
KR100565316B1 (ko) * 2003-11-28 2006-03-30 엘지전자 주식회사 다중경로에서 휴대단말기의 동기 경로 결정방법
US10281557B2 (en) 2005-12-15 2019-05-07 Polte Corporation Partially synchronized multilateration/trilateration method and system for positional finding using RF
US10834531B2 (en) 2005-12-15 2020-11-10 Polte Corporation Multi-path mitigation in rangefinding and tracking objects using reduced attenuation RF technology
US9288623B2 (en) 2005-12-15 2016-03-15 Invisitrack, Inc. Multi-path mitigation in rangefinding and tracking objects using reduced attenuation RF technology
US9052376B2 (en) 2007-10-29 2015-06-09 Nokia Technologies Oy Indoor positioning method, apparatus and system
US8326324B2 (en) 2008-01-08 2012-12-04 Wi-Lan, Inc. Systems and methods for location positioning within radio access systems
US11125850B2 (en) 2011-08-03 2021-09-21 Polte Corporation Systems and methods for determining a timing offset of emitter antennas in a wireless network
US11835639B2 (en) 2011-08-03 2023-12-05 Qualcomm Technologies, Inc. Partially synchronized multilateration or trilateration method and system for positional finding using RF
US9363004B2 (en) 2011-12-19 2016-06-07 Nokia Technologies Oy Apparatus and associated methods for switching between antennas in a multi-antenna receiver
CN103546963B (zh) 2012-07-10 2016-09-14 电信科学技术研究院 一种确定定位信息的方法和设备
US10863313B2 (en) 2014-08-01 2020-12-08 Polte Corporation Network architecture and methods for location services
US10845453B2 (en) 2012-08-03 2020-11-24 Polte Corporation Network architecture and methods for location services
US10440512B2 (en) 2012-08-03 2019-10-08 Polte Corporation Angle of arrival (AOA) positioning method and system for positional finding and tracking objects using reduced attenuation RF technology
WO2014033500A1 (en) 2012-08-31 2014-03-06 Nokia Corporation Positioning devices
KR102278860B1 (ko) * 2012-12-12 2021-07-21 폴테 코포레이션 감소된 감쇠 rf 기술을 사용하여 오브젝트들을 거리 측정하며 추적할 때의 다중―경로 완화
JP6411831B2 (ja) * 2014-09-18 2018-10-24 株式会社Soken 到来方向推定装置、位置推定装置、位置推定システム
US11255945B2 (en) 2018-03-27 2022-02-22 Polte Corporation Multi-path mitigation in tracking objects using compressed RF data
EP3874616A1 (en) * 2018-10-29 2021-09-08 Nokia Technologies Oy Apparatus and method to estimate ue position
DE102020200023A1 (de) * 2020-01-03 2021-07-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines zu ortenden Objektes sowie Feststation für ein Mobilfunkkommunikationssystem
WO2024000299A1 (zh) * 2022-06-29 2024-01-04 华为技术有限公司 一种定位方法及设备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4888593A (en) * 1987-12-15 1989-12-19 Signal Science, Inc. Time difference of arrival geolocation method, etc.
US5592180A (en) * 1992-08-20 1997-01-07 Nexus1994 Limited Direction finding and mobile location system for trunked mobile radio systems
US5583517A (en) * 1992-08-20 1996-12-10 Nexus 1994 Limited Multi-path resistant frequency-hopped spread spectrum mobile location system

Also Published As

Publication number Publication date
WO1998019488A1 (en) 1998-05-07
FI103248B1 (fi) 1999-05-14
FI964353A (fi) 1998-04-30
AU724594B2 (en) 2000-09-28
NO992047D0 (no) 1999-04-28
DE69728553T2 (de) 2005-03-24
DE69728553D1 (de) 2004-05-13
JP2001503576A (ja) 2001-03-13
FI964353A0 (fi) 1996-10-29
CN1238896A (zh) 1999-12-15
EP0937368B1 (en) 2004-04-07
NO992047L (no) 1999-06-28
EP0937368A1 (en) 1999-08-25
AU4784397A (en) 1998-05-22
ATE264042T1 (de) 2004-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI103248B (fi) Päätelaitteen sijainnin määrittäminen radiojärjestelmässä
JP4026858B2 (ja) 方向性無線通信方法及び装置
US6347234B1 (en) Practical space-time radio method for CDMA communication capacity enhancement
EP1034677B1 (en) Method and system for determining position of mobile radio terminals
JP4121560B2 (ja) 方向性無線通信方法及び装置
FI98172C (fi) Menetelmä pilottisignaalin lähettämiseksi ja solukkoradiojärjestelmä
US8660072B2 (en) Methods and apparatus for improved reference signal correlation characteristics
US6233466B1 (en) Downlink beamforming using beam sweeping and subscriber feedback
KR100426110B1 (ko) 무선 통신 장치 및 무선 통신 방법
EP0898850B1 (en) Method and apparatus for directional radio communication
US6121927A (en) Determination of terminal location in a radio system
KR20010029540A (ko) 복수의 기지국 신호를 이용한 위치 결정
WO2005002124A2 (en) Method for sparse network deployment accuracy enhancements
US6321066B1 (en) Method and apparatus for directional radio communication
CN112369086A (zh) 用于基于波束信息定位的方法、设备和计算机可读介质
GB2380881A (en) Estimating the angle of arrival at a mobile terminal
KR100622218B1 (ko) 무선통신시스템에서 단일 셀을 이용한 단말기 위치 결정장치 및 그 방법
FI113832B (fi) Menetelmä signaalin tahdistumisen suorittamiseksi langattomassa päätelaitteessa ja langaton päätelaite
WO1998008319A1 (en) Rake receiver for spread spectrum signal demodulation
WO1998008319A9 (en) Rake receiver for spread spectrum signal demodulation
Zhao et al. Mobile positioning based on relaying capability of mobile stations in hybrid wireless networks
CN115278876B (zh) 一种在5g网络和uwb共同定位的方法
KR100941697B1 (ko) 균일 원 배열 센서에서 단일 음원 신호의 위치 추정 장치 및 방법
Grosicki et al. A novel method to fight the non-line-of-sight error in AOA measurements for mobile location