FI110550B - Liikkuvan päätelaitteen paikannus - Google Patents

Description

110550

Liikkuvan päätelaitteen paikannus

Keksinnön ala

Keksintö liittyy yleisesti liikkuvan päätelaitteen paikan määrittämi-5 seen järjestelmässä, jossa osa tilaajayhteydestä muodostuu päätelaitteen ja liityntäsolmun välisestä radioyhteydestä. Järjestelmä voi olla solukkoraken-teinen matkapuhelinjärjestelmä, jossa päätelaite voi tilaajayhteyden aikana liikkua solusta toiseen ja liikennealueelta toiselle.

10 Tekniikan tausta

Liikkuvan päätelaitteen kuten matkaviestimen sijainti ja liikkuminen verkossa on enenevässä määrin palveluntarjoajien ja verkko-operaattoreiden tavoittelema palvelu. Perusteita tällaiselle palvelulle on useita.

Palveluntarjoajat haluavat tarjota matkaviestinpalveluja, jotka ovat paikkaan 15 sidottuja. Esimerkiksi tilaaja voi paikkatietoonsa perustuen pyytää palvelua, jossa on mahdollista hyödyntää tilaajan sen hetkistä sijaintia lähimpänä olevan yrityksen palveluita. Esimerkkeinä mainittakoon tieto lähimmästä ravintolasta, bensa-asemasta, tietyn erikoisliikkeen sijainnista, jne. Myös tietyillä yrityksillä saattaa olla tarvetta seurata liikkuvaa kalustoaan.

20 Esimerkiksi jakeluauto tai taksi voidaan ohjata nopeammin asiakkaan luo, kun auton sijainti tunnetaan. Joissakin tapauksissa viranomaiset haluavat . , seurata tietyn matkaviestimen liikkumista verkossa. Erityisen tärkeää on * · hätäpuheluiden paikantaminen. Hälytyksen tekijä ei välttämättä tiedä tai osaa i ’·* kertoa sijaintiansa. Mitä tarkemmin paikkatieto voidaan ilmoittaa sitä • * * v : 25 helpompaa ja nopeampaa on avun saaminen perille.

Matkaviestimen paikantamiseksi on jo olemassa useita erilaisia •: = = i menetelmiä. Nämä menetelmät voidaan jakaa toteutustavaltaan kolmeen eri luokkaan: verkkopaikannus, päätelaitepaikannus ja hybridipaikannus.

Verkkopaikannus perustuu radioverkon fyysiseen rakenteeseen tai 30 palvelevan solun tiettyyn peittoalueeseen. Eräs verkkopaikannuksessa käy-.···, tettävä tapa paikantaa matkaviestin on käyttää kolmiomittausmenetelmää.

Päätelaitepaikannus on päätelaitteeseen sidottu menetelmä. Esi-merkkinä mainittakoon maailmanlaajuiseen paikanmääritykseen perustuva GPS-paikannusjärjestelmä (Global Positioning System). GPS-vastaanotin .··«. 35 vastaanottaa maata kiertävien satelliittien signaaleja ja laskee signaalien si- sältämien tietojen avulla sijaintinsa. Minimissään jatkuvaan kolmiulotteiseen 2 110550 paikannukseen tarvitaan neljä yhtäaikaisesti näkyvissä olevaa satelliittia. Päätelaite voi olla joko GPS-vastaanotin tai matkaviestin, johon on integroitu GPS-vastaanotin. Paikannustarkkuus riippuu käytettävästä GPS-laitteesta; laitteita on saatavana sekä ammatti- että harrastekäyttöön.

5 Hybridipaikannuksella tarkoitetaan edellä mainittujen menetelmien yhdistelmää.

Paikannusmenetelmien paikannustarkkuus vaihtelee suuresti riippuen käyttötarkoituksesta, käyttöympäristöstä ja käytetystä paikannusmenetelmästä. Ammattikäytössä kuten maanmittauksessa vaaditaan suurempaa 10 tarkkuutta kuin vapaa-ajan käytössä. Paikannustarkkuuden vaihteluväli yhtä vastaanotinta käytettäessä on tällä hetkellä muutamasta kymmenestä metristä useisiin kilometreihin.

Solukkoverkkojärjestelmissä käytettäviä paikannusjärjestelmiä ovat muun muassa tulokulmaan (Angle Of Arrival, AOA), aikaeroon (esim E-15 OTD, Enhanced Observed Time Difference) tai korrelaation käyttöön perustuvat menetelmät. Näistä menetelmistä viimeksi mainittua tarkastellaan lyhyesti seuraavassa.

Korrelaation käyttöön perustuvan paikannusmenetelmän ajatuksena on mitata ja tallentaa tietokantaan matkaviestimen havaitsema signa-20 lointi-informaatio koko paikannusjärjestelmän peittoalueelta. Tietokannan sisältämät informaationäytteet käsittävät, käytetystä järjestelmästä riippuen, tiedon signaalin voimakkuudesta, signaalin aikaviiveestä tai kanavan impuls-" sivasteesta. GSM-jäijestelmässä määritettyjä paikasta riippuvia parametreja : '·· ovat sijaintialuekoodi LAC (Location Area Code), palvelevan solun tunniste »* ♦ v : 25 ID (Identifier), lähetyksen ajoitusparametri TA (Timing Advance) ja palvele- van solun ja naapurisolujen (yleensä 6 naapurisolua) signaalin voimakkuus. *:·· Sekä matkaviestin että verkko ovat tietoisia edellä mainituista parametreista matkaviestimen ollessa aktiivitilassa. Myös lepotilassa matkaviestin mittaa

»M

signaalinvoimakkuutta ja tietää vahvinta signaalia lähettävän solun solutun-30 nisteen. Sen sijaan verkon tiedossa on edellä mainituista parametreista ai-... noastaan sijaintialuekoodi LAC. Matkaviestin lähettää paikannuksessa tarvit- ’: * tavat parametrit paikannuspalvelimeen.

Paikannuspalvelin laskee tiettyä korrelaatioalgoritmia käyttäen ·:··: matkaviestimen paikan vertaamalla matkaviestimen lähettämää tietoa tieto- • L 35 kantaan tallennettuun informaationäytteeseen.

• · 3 110550

Edellä esitettyihin paikannusmenetelmiin liittyy erilaisia haittapuolia.

GPS-tekniikkaan perustuva paikannus on tarkka menetelmä, mutta GPS-vastaanottimen integroiminen liikkuvaan päätelaitteeseen on teollista 5 tuotantoa ajatellen kallis toteutus. Yhdistetyn GPS-vastaanotin-matkaviestimen akun kulutus on luonnollisesti huomattavasti suurempi kuin pelkän matkaviestimen. Lisäksi GPS-paikannus soveltuu huonosti kaupunki-olosuhteisiin ja sisätiloihin.

Tulokulmaan perustuva paikannusmenetelmä AOA on taloudelli-10 sesti kallis: tekniikka vaatii tukiasemaan lisäantenniryhmiä. Lisäksi menetelmä on epäkäytännöllinen mikrosolutukiasemapaikoissa. Se ei myöskään toimi optimaalisesti kaupunkiympäristössä, jossa rakennukset vaimentavat signaalia ja aiheuttavat heijastuksia signaalille. Monitieheijastumisesta johtuen signaalin tulokulman havaitseminen on vaikeampaa kaupunkimaisessa ym-15 päristössä kuin avoimessa ympäristössä, jossa on näköyhteys tukiasemaan.

Niin ikään E-OTD menetelmä vaatii päätelaitteeseen muutoksia ja uusien laitteistojen lisäämistä verkkoon.

Korrelaatioon perustuvan paikannusjärjestelmän haittapuolena on tietokannan ajan tasalla pitäminen. Verkossa tapahtuu jatkuvasti muutoksia: 20 uusia tukiasemia lisätään, vanhoja tukiasemia korvataan uusilla, jne. Tämä paikannusjärjestelmä soveltuu ehkä parhaiten pienen rajoitetun alueen toteu-. . tukseen. Koska tietokanta perustuu kenttämittauksiin, vaatii tietokannan yllä- pito päivittäisiä kenttämittauksia. Suuren alueen kattavalla verkon alueella ·' ' * toteutus vaatisi valtavia kustannuksia.

.·’ : 25

Keksinnön lyhyt yhteenveto

Keksintö liittyy radioviestintään perustuvan solukkopohjaisen ver-kon päätelaitteen geneeriseen paikannusmenetelmään. Tavoitteena on aikaansaada toteutus, jota voidaan soveltaa sekä uusiin että olemassa oleviin 30 verkkoihin suuria kustannuksia aiheuttamatta ja jossa eliminoidaan edellä .*··. esitettyjen paikannusmenetelmien epäkohdat.

Asetetut tavoitteet saavutetaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa esitetyllä tavalla. Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on kuvattu epäitsenäi-sissä vaatimuksissa.

.···. 35 Keksinnön ajatuksena on määrittää verkossa liikkuvan päätelait- teen sijaintipaikan estimaatti päätelaitteen mittaamien tietojen kuten RF- 4 110550 signaalin voimakkuuden, solu kohtaisten (tukiasemakohtaisten) radiopeitto-alueen sähkömagneettista kenttää kuvaavien ennusteparametrien, päätelaitteen sijaintipaikan todennäköisyyttä ennustavan funktion kuten sakkofunktion sekä erityisen yhdistelyfunktion avulla.

5 Radiopeittoalueen sähkömagneettista kenttää kuvaavien ennuste- parametrien toteutuksessa hyödynnetään verkon suunnittelujärjestelmän verkkosuunnittelutyökalua. Suunnittelujärjestelmän verkkosuunnittelutyökalun tekemistä ennusteparametreista muodostetaan erityiseen paikannuspalveli-meen staattinen tietokanta, jota suunnittelujärjestelmä päivittää automaatti-10 sesti ennalta määrätyin väliajoin ja/tai tarpeen vaatiessa.

Solukkoverkon kullekin solulle muodostetaan solun tukiasemien peittoaluetta kuvaava rasteroitu radiopeittoalueen malli, eräänlainen kartta-pohja. Rastereilla kuvataan käytetyn ennusteparametrin intensiteettiä esimerkiksi eri värein tai väri-intensiteetein. Toteutuksesta riippuen ennustepa-15 rametrina voi olla RF-signaalin voimakkuus, signaalin kulkuaikaviive, bitti-energia tai jokin muu peittoaluetta kuvaava parametri. Joissakin toteutuksissa voidaan yhden peittoaluetta kuvaavan parametrin sijasta käyttää useampaakin parametria.

Kun verkko saa liikkuvan päätelaitteen paikkaan liittyvän palvelu-20 pyynnön, käynnistetään päätelaitteen paikanmääritys. Verkko tietää päätelaitteen sanomassa olevien tietojen perusteella päätelaitteen identiteetin, palvelevan solun sekä palvelevan solun naapurisolut. '· *: Paikannuspalvelimen staattiseen tietokantaan on tallennettu kyseisten : ·· solujen (tukiasemien) peittoaluetta kuvaavat ennusteparametrit.

·.·’ : 25 Sakkofunktiota sovelletaan päätelaitteen mittaamaan ainakin yh- :*·: teen mittausparametriin ja sitä vastaavaan rasteroidun karttapohjan ennuste- ·:·: parametriin. Vertailun tuloksena palvelevan solun ja mahdollisesti ainakin yh- den naapurisolun karttapohjalle saadaan joukko päätelaitteen sijaintipaikkaa kuvaavia todennäköisyysarvoja. Nämä eri karttapohjilla olevat todennäköi-30 syysarvot projisoidaan erityisen yhdistelyfunktion avulla yhteen tasoon ja ra-... joitetaan yhdeksi päätelaitteen sijaintipaikan yksilöiväksi tiedoksi.

Kuvioluettelo ··"*: Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisten .··.. 35 kaaviollisten kuvioiden avulla, joista 5 110550 kuvio 1 havainnollistaa keksinnön mukaista toteutusta päätelaitteen paikantamiseksi radioviestintään perustuvassa verkossa, kuvio 2 esittää erään tukiasemasolun ennustettua peltoaluetta verkko-suunnittelujärjestelmässä, 5 kuvio 3 esittää kuviossa 2 esitetyn ennustetun peittoalueen rasterointia ruudukoiksi, kuvio 4 havainnollistaa kolmen eri solun ennustettuja kentänvoimakkuuksia tietyssä rasterointiruudukossa, kuvio 5 esittää palvelevan solun ennustettuja kentänvoimakkuuksia pohja- 10 kartalla, kuviot 6-7 esittävät palvelevan solun naapurisolujen ennustettuja kentänvoimakkuuksia pohjakartalla, kuvio 8 havainnollistaa solukohtaisen sakkofunktion palvelevan solun pohjakartan rasteriruuduiile antamia arvoja, 15 kuviot 9-10 havainnollistavat solukohtaisen sakkofunktion palvelevan solun naapurisolujen pohjakarttojen rasteriruuduiile antamia arvoja, kuvio 11 kuvaa solukohtaisten sakkofunktioiden yhdelle tasolle projisoitua paikkainformaatio ennustetta, ja kuvio 12 havainnollistaa kolmen solun sakkofunktioiden antamien todennä-20 köisyysarvojen yhdistämistä.

. . Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön mukaisen verkkopaikannusluokkaan kuuluvan geneeri-·' " sen paikannusmenetelmän ymmärtämisen helpottamiseksi tarkastellaan ku- v : 25 viosarjan 1-12 avulla, kuinka päätelaitteen paikka tarkennetaan solukkopoh- jäisessä matkaviestinverkossa yhdistämällä matkaviestimeltä saatu mittaus-:·*: tieto ja suunnittelujärjestelmältä saatu ennustetieto keskenään.

Paikannusmenetelmä ei ole sidottu mihinkään tiettyyn teknologiaan. Se voidaan toteuttaa esimerkiksi GSM (Global System for Mobile Com-30 munications), GPRS (General Packet Radio Service), UMTS (Universal .···. Mobile Telecommunications System), WLAN (Wireless Local Area ·’ Networks), jne. solukkoverkkojärjestelmissä sekä sisä- että ulkotilakäytössä.

Menetelmä ei myöskään vaadi muutoksia päätelaitteeseen.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti esimerkin .···. 35 avulla etupäässä digitaalisen GSM matkaviestinjärjestelmän yhteydessä. On 6 110550 huomattava, ettei keksintö rajoitu ainoastaan esimerkissä esitettyyn, vaan sitä voidaan muunnella kuhunkin käytettävään teknologiaan soveltuvaksi.

Kuviossa 1 päätelaitteet 100-102 ovat kiinnittyneet verkkoon liityn-täsolmujen (AN, Access Node) 103-104 ja tukiaseman (BTS, Base Transcei-5 ver Station) 105 kautta. Tarkastellaan lähemmin tukiasemaan 105 kytkeytynyttä matkaviestintä 102. Tukiasema ohjaa matkaviestimen toimintaa antamalla mm. synkronoinnin ja ilmoittamalla millä lähetysteholla matkaviestimen tulee lähettää. Matkaviestin monitoroi normaalisti kuuden naapurisolun tukiasemien yleiskanavaa BCCH (Brodcast Conrol Channel) ja tietää siksi näi-10 den tukiasemien lähetystaajuuden, tehon, solutunnisteen ja tukiaseman tun-nistuskoodin. Matkaviestin käyttää tukiaseman tunnistuskoodia ympäröivien solujen tunnistamiseen ja varmistaakseen kuuntelevansa oikeaa solua ja oikeaa taajuutta. Tämän ansiosta matkaviestin ei hyväksy esimerkiksi kauempana olevasta saman taajuuden solusta tulevaa vahvempaa signaalia, koska 15 siihen liittyvä tunnistuskoodi on väärä.

Matkaviestin mittaa tekniikan tason mukaisesti palvelevan solun tukiasemalta vastaanotetun alasuunnan signaalin voimakkuutta (RxLev) ja laatua (RxQual) ja palvelevan solun tukiasema puolestaan mittaa matkaviestimeltä vastaanotetun yläsuunnan signaalin voimakkuutta ja laatua. Tehon-20 säätöalgoritmi määrittää näiden mittaustulosten ja asennettujen tehonsäätö-parametrien perusteella sopivan lähetystehotason, joka ilmoitetaan tehon-säätökäskyssä matkaviestimelle. Alasuunnan BCCH-kantoaallolla ei voi käyt-:*·: tää tehosäätöä. Kentänvoimakkuuden muutokset johtuvat yleensä ympäris- : ’·· tössä esiintyvistä syistä; signaali vaimenee eri tavoin riippuen maastomuo- 25 doista (vuoret, laaksot, vesistöt, jne.) sekä rakennetusta ympäristöstä (kor-·:··: keat rakennukset, maanalaiset tilat, jne.). Radioaallon teho pienenee ilmassa ·:··· kulkiessaan kääntäen verrannollisena etäisyyden neliöön (d'2), mutta urbaa- .···. nissa ympäristössä maan tasolla vastaanottotehon on laskettu vaihtelevan tyypillisesti kääntäen verrannollisena etäisyyden neljänteen potenssiin (d"4).

... . 30 Kuten edellä mainittiin matkaviestin mittaa myös ympäröivien solu jen signaalitasoja. Mittaustulokset se lähettää raporttisanomana palvelevalle * · tukiasemalle, joka lähettää ne edelleen tukiasemaohjaimelle (BSC, Base Sta-:.' ’: tion Controller) (ei ole esitetty kuvassa).

·:··: Halutessaan paikkatietoon perustuvaa palvelua, matkaviestin lä- 35 hettää palvelupyyntösanoman, esimerkiksi ’’missä on lähin bensa-asema?”, palvelevalle tukiasemalle 105, josta palvelupyyntösanoma ohjataan verkossa 7 110550 edelleen tukiasemaohjaimen ja keskuksen (ei ole esitetty kuvassa ) kautta erityiselle palvelupalvelimelle 106. Miten ja missä muodossa palvelupyyntö esitetään matkaviestimessä riippuu sekä käytettävästä päätelaitteesta että palvelun tarjoajasta. Matkaviestimen pyytämä palvelu esitetään tässä ainoas-5 taan esimerkkinä. Keksintö ei rajoitu palvelun tarjoamiseen matkaviestimelle, vaan palvelua voidaan tarjota esimerkiksi toiselle palveluoperaattorille tai viranomaisille.

Havaitessaan palvelunpyyntösanoman liittyvän paikkatietoon perustuvaan palveluun, palvelupaketin lähettää paikannuspyyntösanoman pai-10 kannuspalvelimelle 107.

Paikannuspalvelin tietää sanoman sisältämien tietojen perusteella matkaviestimen identifioivan tunnisteen ja minkä solun alueella matkaviestin palvelun pyyntöhetkellä on. Vasteena pyyntöön paikannuspalvelin lähettää matkaviestimelle sanoman, jossa se pyytää matkaviestimen mittaamat RF-15 signaalin arvot, toisin sanoen palvelevan solun RF-signaalin arvon ja naapu-risolujen RF-signaalin arvot. Vasteena paikannuspalvelimen pyyntöön matkaviestin lähettää, tässä esimerkissä mittaamiensa kolmen solun C1-C3 tiedot: palvelevan solun C1 RF-signaalin arvon RX_m1 = -57 dBm, naapuriso-lun C2 RF-signaalin arvon RX_m2 = -77 dBm ja naapurisolun C3 RF-20 signaalin arvon RX_m3 = -88dBm.

Paikannuspalvelimen tietokantaan on tallennettu suunnittelujäijes-. . telmältä 108 saadut palvelevan tukiaseman ja naapuritukiasemien solujen peittoalueille mallinnetut kenttävoimakkuudet.

: " Suunnittelujärjestelmä käsittää peittoaluetietokannan ja digitaali- v : 25 sen karttapohjan solukkoverkon peittoalueesta. Karttapohja sisältää muun muassa maastotietoja (peltoa, puustoa, vesistöä, jne.), tietoja rakennuksista sekä maaston ja rakennuksien korkeuksista. Lisäksi suunnittelujärjestelmäs-sä on valmiiksi määriteltyjä radiosignaalin etenemismalleja. Peittoaluetieto-kanta sisältää radiopeittoalueen ennusteen mittaparametreille, joita ovat esi-....: 30 merkiksi tehotaso tai aikaviive. Suunnittelujärjestelmässä on verkkosuunnitte- . **. lutyökalu ja välineet solukkoverkon maantieteellisen peittoalueen rasteroimi- seksi sopivan kokoisiksi ruuduiksi ja kunkin ruudun peittämän alueen toden-' · ·.: näköisen tehotasoarvon generoimiseksi kuhunkin ruutuun.

’ Kuvio 2 havainnollistaa tukiaseman peittoalueen kentänvoimak- 35 kuutta etäisyyden funktiona. Peittoalueen eri kentänvoimakkuudet on merkitty '!,: kuvaan käyrinä. Käyriä vastaavat kentänvoimakkuusarvot on esitetty kuvassa 8 110550 dBm:inä. Tukiaseman aikaansaama radiopeittoalue luonnossa voidaan ennustaa sitä tarkemmin mitä tarkempi suunnittelujärjestelmän lähdeaineisto on. Tarkkuuteen vaikuttaa muun muassa minkälainen on kartta-aineisto (kaupunkikartat, tiekartat, maastokartat, merikartat), signaalin etenemismalli, 5 etenemismallin tarkkuus sekä mallin kalibrointi. Radioaallot etenevät maasto-olosuhteiden ja antennin säteilykuvion määräämällä tavalla, joten todellinen kuuluvuusalue on käytännössä fraktaalinen sisältäen reikiä ja saarekkeita. Ympäristöön ei voi soveltaa yksinkertaista geometriaa. Edellä esitetystä johtuen kentänvoimakkuuden tarkka määrittäminen on mahdotonta. Sen sijaan 10 keskiarvoistamalla voidaan useita luonnossa esiintyvien muuttujien vaikutuksia tasoittaa.

Kunkin solun peittoalueen ruutujen koko ja muoto riippuu käyttöympäristöstä: kaupunkiympäristössä ruutujen koko kannattaa valita pienemmäksi kuin harvaan asutuissa ympäristöissä. Jokaiselle solulle luodaan oma 15 ruudukko ja jokaiseen ruutuun generoidaan kentänvoimakkuusennusteet. Tuloksena saadaan RF-signaalin ennustetuille arvoille RX_e taulukko.

Kuviossa 3 havainnollistetaan mallinnettua solun peittoaluetta ja alueen jakoa ruudukoiksi. Kuviossa jokainen ruutu vastaa maantieteellisesti yksiselitteistä aluetta tunnettujen koordinaattien ja ruudun mittojen ja muodon 20 perusteella. Jokainen ruutu käsittää sen rajaaman alueen kyseiselle tukiase-masolulle ennustetun keskimääräisen kentänvoimakkuuden. Kuten kuvasta näkyy voi kentänvoimakkuus vaihdella suuresti joidenkin ruutujen sisään jää-väliä alueella eli kentänvoimakkuudella voi yhden ruudun sisällä olla useita : '·· eri arvoja. Tällaisessa tilanteessa suunnittelujärjestelmässä voidaan määritel- 25 lä kentänvoimakkuuden vaihteluväli kyseisessä ruudussa. Ruutukokoa voi-·.··: daan tarvittaessa pienentää tai suurentaa.

:··: Suunnittelujärjestelmä muodostaa staattisen pohjakartan, jonka se ; ·; lähettää paikannuspalvelimeen. Pohjakartan tietoja on päivitettävä jatkuvasti verkossa tapahtuvien päivittäisten muutosten vuoksi. Verkkoon mm. lisätään ..... 30 uusia tukiasemia, poistetaan vanhoja tai korvataan niitä uusilla. Pohjakartan tietojen tarkistus ja tarkennus on automaattista ja tehdään edullisesti esimer-kiksi öisin solukkoverkon tietokantaa käyttäen. Paikannuspalvelin suorittaa varsinaisen matemaattisen laskennan matkaviestimen paikan koordinaattien ·:··: määrittämiseksi.

• . _ 35 Jokainen tarkastelualueella oleva solu antaa ruutuun oman ennus- ‘ ‘ ‘. tetun keskimääräisen kentänvoimakkuuden.

9 110550

Kuvio 4 esittää kolmen solun tukiasemien aiheuttamia ennustettuja kentänvoimakkuuksia yhdessä karttaruudussa. Tässä esimerkissä valitussa ruudussa solun C1 kentänvoimakkuuden suhteellinen arvo on 2, solun C2 1 ja solun C3 5. Suhteelliset arvot määritetään keskiarvoistamalla kentänvoi-5 makkuusarvoja esimerkiksi alla olevassa taulukossa esitetyllä tavalla. Taulukon mukaisesti kentänvoimakkuuden absoluuttisen arvon ollessa tarkasteltavalla alueella välillä -71 dBm - -80 dBm, on keskiarvoistettu kentänvoimakkuuden suhteellinen arvo 4.

Absoluuttinen arvo Suhteellinen arvo (- dBm)__ 41-50__1_ 51-60__2_ 61-70__3_ 71-80__4_ 81-90 5 10

Liikkuvan päätelaitteen paikanmääritystä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin.

Ensin paikannuspalvelin poimii tietokannasta solujen C1-C3 staattiset kentänvoimakkuuksien pohjakartat, joita on havainnollistettu kuvissa 5 -” 15 7. Havainnollisuuden vuoksi kuvioihin on merkitty näkyviin ennustetut ken- : '·* tänvoimakkuusarvojen numeroarvot dBm:nä. Kuvio 5 esittää palvelevan so- v : lun C1 ennusteita. Nuoli kuvaa tukiaseman antennisuuntaa. Paikannuspalvelu·: Iin vertaa matkaviestimen lähettämää RF-signaalin arvoa pohjakartan ken- ·:··: tänvoimakkuusarvoihin. Kuvioon on merkitty näkyviin löydetyt 5 todennäköi- 20 sintä matkaviestimen paikkaa. Vastaavanlainen vertailu suoritetaan kuvion 6 solun C2 ja kuvion 7 solun C3 kentänvoimakkuuspohjakarttojen ja matkavies-,..,: timen lähettämän RF-signaalin arvon kesken. Solun C2 kartalta löytyi kuusi ja

I B

... solun C3 kartalta 11 todennäköisintä ruutua, joissa matkaviestin voisi olla.

;* Kuviossa 7 solun C3 antennielementin takakeilassa esiintyy kaksi kentän- 25 voimakkuudeltaan samanlaista arvoa kuin etukeilassa. Nämä kaksi ennustet-·: ·: tua paikkaa voidaan poistaa epätodennäköisinä, jolloin mahdollisia matka- viestimen sijaintipaikkoja jää jäljelle yhdeksän. Tähän palataan tekstissä » · tuonnempana.

10 110550

Jokaiselle solulle on edeltäkäsin määritetty oma solukohtainen niin kutsuttu sakkofunktio, jonka avulla suoritetaan vertailu ennustetun kentänvoimakkuuden Rx_e ja mitatun kentänvoimakkuuden Rx_m kesken. Sakko-funktion määritykseen vaikuttaa olennaisesti tukiaseman ja antennin fyysiset 5 sekä sähköiset ominaisuudet kuten i tukiaseman tyyppi ja ikä sekä tukiaseman sijainti (kaupungissa, maaseudulla, merellä), antennin tyyppi, sijainti (mastossa, talon seinällä), vahvistus, antennikeilan leveys sekä etukeilan ja takakeilan suhde. Tekijöitä on useita, edellä on esimerkin vuoksi mainittu ainoastaan osa tärkeimmistä tekijöistä. Sakkofunktiota on myös jatkuvasti tar-10 kistettava ja korjattava vastaamaan verkossa tapahtuvia muutoksia. Mikäli tiettyyn soluun/tukiasemaan liittyy useita epävarmuustekijöitä, voidaan sakko-funktio valita siten, ettei se sakota voimakkaasti esimerkiksi viiden yksikön poikkeamia ennustetun ja mitatun arvon välillä. Mikäli useassa eri karttaruu-dussa on sama sakkofunktion antama todennäköisyysarvo, tarkastetaan ky-15 seistä ruutua ympäröivien ruutujen todennäköisyysarvot ja suoritetaan lisä-vertailu näille ruuduille. Lisävertailun tuloksen avulla voidaan suodattaa epätodennäköiset ruutujen rajaamat alueet pois. Myös "liian kaukana" olevia hyviä todennäköisyysarvoja suodatetaan pois mikäli tulosten painopiste tukee asiaa. Sakkofunktio antaa virhepisteitä sitä enemmän mitä epätodennäköi-20 sempi tarkasteltavan ruudun alue on mahdolliseksi liikkuvan päätelaitteen sijaintipaikaksi.

·:*·: Tämän esimerkin sakkofunktiot ovat hyvin yksinkertaistettuja, niillä j ·.. havainnollistetaan ainoastaan menetelmän periaatetta. Kuvio 8 havainnollis- taa sakkofunktion F(C1) = | Rx_e - Rx_m | palvelevan solun C1 ruuduille an-25 tamia arvoja. Kuvioissa 9 havainnollistetaan sakkofunktion F(C2) = | Rx_e-Rx_m| Λ2 ensimmäisen naapurisolun C2 ruuduille antamia arvoja ja kuvios-,*··. sa 10 sakkofunktion F(C3) = | Rx_m - Rx_e | / 2 toisen naapurisolun C3 ruu duille antamia arvoja. Sakkofunktiota siis sovelletaan kuhunkin mittauspara-. metriin ja sitä vastaavaan ennusteparametriin, jolloin saadaan kullekin ruu- . · · 4 ‘ / 30 dulle liikkuvan päätelaitteen sijaintipaikkaa kuvaava todennäköisyysarvo. Ku- ·;·' vioissa pieni arvo kuvaa sitä, että mitattu ja ennustettu arvo eroavat vähän f": toisistaan eli todennäköisyys sille, että matkaviestin on kyseisen ruudukon :··; rajoittamalla alueella on suuri. Koska sakkofunktion määrittämiseen vaikutta- vat edellä esitetyt tukiasemaan liittyvät tekijät, voidaan sakkofunktion avulla ’··’ 35 sulkea pois tilanteet, joissa matkaviestin on palvelualueen väärällä puolella.

Tällaisia alueita ovat esimerkiksi antennin takakeilan peittämät alueet tai kun 11 110550 verkkosuunnittelutyökalu on käyttänyt alueen ennustamiseen liian optimistista etenemismallia. Jälkimmäinen tilanne saattaisi esiintyä liian kaukana olevasta tukiasemasta merenlahden yli syntyvälle palvelualueelle. Sakkofunktio antaa tällöin solun palvelualuearvon ennusteelle pienen todennäköisyyden.

5 Tämä on nähtävissä kuvion 10 todennäköisyysarvoista niissä ruuduissa, joissa solun C3 kentänvoimakkuudelle kuvion 7 pohjakartalla saatiin kaksi ennustettua matkaviestimen paikka antennielementin takakeilan alueelle.

Ruudut, joille sakkofunktio on antanut arvoksi 0 ennustavat suurimmalla todennäköisyydellä matkaviestimen sijaintipaikan. Tällaisia ruutuja 10 on palvelevan solun C1 ennusteessa 5 (kuvio 8), ensimmäisen naapurisolun C2 ennusteessa 16 (kuvio 9) ja toisen naapurisolun ennusteessa 8 (kuvio 10). Arvo 0 edustaa ideaali tapausta. Käytännössä suurinta todennäköisyyttä voi kuvata vaikkapa sakkofunktion antama arvo 9.

Kun kullekin solulle C1-C3 on muodostettu sakkofunktion arvot si-15 sältävä taulukko, saadut kolmen eri taulukon kunkin ruudun tulokset yhdistetään yhdeksi sakkoarvoksi, jonkin kiinnitetyn kaikkien argumenttiensa suhteen ei-vähenevän yhdistelyfunktion avulla, yhden taulukon kuhunkin ruutuun. Yksinkertaisimmat funktiot ovat sakkofunktioiden arvojen summa- ja kertolaskut. Eri soluja (tukiasemia) voidaan tässä vaiheessa painottaa eri ta-: 20 voin.

Sijaintipaikan määritys voidaan toteuttaa esimerkiksi kuvion 12 . havainnollistamalla tavalla erityistä yhdistelyfunktiota käyttäen. Soluille C1- C3 sakkofunktion määrittämät todennäköisimmät arvot siirretään yhdelle tasolle siten, että tasoille määritetään yhteinen leikkauskohta, joka projisoidaan 25 yhteen tasoon. Selvyyden vuoksi kuviossa on esitetty vain yksi leikkauskoh-* · ta. Käytännössä kullekin eri tasojen vastinruuduille määritetään leikkauskoh ta. Yhdistelyfunktion tuloksen minimi määrittää lopullisen todennäköisimmän matkaviestimen sijaintipaikan. Lopullista matkaviestimelle määritettyä sijaintipaikkaa havainnollistetaan kuviossa 11 ympyröidyllä arvolla. Tämä sakko-30 funktion ja yhdistelyfunktion ennustama paikkatieto eli paikan maantieteelliset [ koordinaatit lähetetään palvelevalle palvelimelle.

Palveleva palvelin käyttää hyväkseen yhtä tai useampaa tietokantaa, joista se valitsee matkaviestimen koordinaateista tietyllä ennalta määrä-, | tyllä etäisyydellä olevien bensa-asemien nimet ja sijaintitiedot ja lähettää luet- 35 telon sanomana matkaviestimelle. Informaation sisältö ja esitystapa riippuu 12 110550 palvelun tarjoajasta ja käytettävästä päätelaitteesta. Keksinnön kannalta ei ole tärkeää miten informaatio esitetään vastaanottajan päätelaitteella.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten liitteenä olevien kuvioiden mukaisiin esimerkkeihin, on alan ammattimiehelle selvää, että keksin-5 töä voidaan muunnella edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Esimerkiksi palvelupalvelin ja paikannuspalvelin voivat olla fyysisesti erillisiä palvelimia tai yksi palvelin. Niiden sijaintipaikka voi myös vaihdella. Suunnittelujärjestelmän lähettämä peittoalue-ennusteinformaatio voi-10 daan lähettää minkälaisessa tahansa käyttökelpoisessa sovellukseen parhaiten sopivassa muodossa. Karttapohja on ymmärrettävä keksinnössä laajemmin kuin maantieteellisenä karttana. Karttapohja ei välttämättä sisällä lainkaan maantieteellistä tietoa. Se voi sisältää esimerkiksi koordinaatteja tai liikkuvan päätelaitteen liikesuuntaa ja nopeutta kuvaavia vektoreita. Päätelait-15 teen sijaintitieto voi olla myös suhteellinen sijaintitieto.

Edellä kuvatussa esimerkissä käytettiin kolmen solun radiopeitto-aiueen mallia eli kolmesta eri tasosta muodostuvaa kolmiulotteista mallia. Menetelmää voidaan käyttää myös tilanteissa, joissa liikkuva päätelaite on harvaan asutulla seudulla, jolloin sijaintipaikan määritys on tehtävä yhden ai-20 noan solun ennustetun radiopeittoalueen avulla. Kaupungeissa puolestaan voidaan hyödyntää moniulotteisempaa mallia eli käytetään useamman kuin • · •: * ·: kolmen solun radiopeittoalueen ennustetietoja.

Paikanmäärityspalvelin voi pyytää suunnittelujärjestelmältä myös reaaliaikaisesti paikanmäärityksessä tarvittavaa informaatiota. Tämä toteu- • 25 tusvaihtoehto on kuitenkin esimerkissä esitettyä hankalampi ja hitaampi to-teutus. Koordinaattitiedon yhteydessä voidaan ilmoittaa myös muita tietoja ,···. kuten koordinaattien hyvyys. Lopputuloksena saatava matkaviestimen to- • · dennäköisin sijaintipaikka voidaan ilmoittaa myös jollakin muulla tavalla kuin , koordinaatteina.

!!!: 30 •

Claims (13)

13 110550

1. Menetelmä liikkuvan päätelaitteen paikantamiseksi solukkopoh-jaisessa radiojärjestelmässä, tunnettu siitä, että 5 vastaanotetaan päätelaitteen (100, 101, 102) mittaama, ainakin palvelevan solun sähkömagneettista kenttää kuvaava ainakin yksi mittausparametri, käytetään ainakin palvelevan solun radiopeittoaluetta kuvaavaa mallia, joka malli on muodostettu siten, että joukkoon solun radiopeittoalueen 10 sähkömagneettista kenttää kuvaavia ennusteparametreja on liitetty niiden sijaintitieto solun radiopeittoalueessa, lasketaan päätelaitteen (100, 101, 102) sijainnin todennäköisyys-arvot mallin ennusteparametrien sijaintitietoihin nähden soveltamalla ennalta määrättyä sakkofunktiota mittausparametriin ja sitä vastaavaan ennustepa-15 rametriin, yhdistetään palvelevan solun radiopeittoalueen mallin avulla ja mahdollisesti ainakin yhden naapurisolun radiopeittoalueen mallin avulla lasketut päätelaitteen (100, 101, 102) sijainnin todennäköisyysarvot joukoksi todennäköisiä sijaintipaikkoja, ja 20 rajoitetaan laskennallisesti todennäköisten sijaintipaikkojen joukko yhdeksi päätelaitteen (100, 101,102) sijaintipaikan yksilöiväksi tiedoksi.

• ·. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, _ että ennusteparametrit määritetään verkon suunnittelujärjestelmän (108) verkkosuunnittelutyökalun avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, '··' että solun radiopeittoalueen malli toteutetaan rasteriruudukkona, jonka ruu dun koko ja muoto määritetään solukohtaisesti.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että solun radiopeittoalueen malli toteutetaan rasteriruudukkona, jonka ruu-30 dun koko ja muoto määritetään palvelukohtaisesti.

:" 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, ' ; että solun radiopeittoalueen malli toteutetaan rasteriruudukkona, jonka ruu dun koko ja muoto määritetään ympäristökohtaisesti.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, ; 35 että solukohtaisten ennusteparametrien määrityksessä käytetään hyväksi kunkin solun käsittämän tukiaseman sähköisiä parametreja, sijaintipaikkaan 14 110550 liittyviä parametreja ja tiettyjä tukiaseman ympäristön ominaisuuksiin liittyviä parametreja.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että ennusteparametrit ovat tukiaseman lähettämän RF-signaalin voimak- 5 kuusarvoennusteita kyseisen radiopeittoalueen eri maantieteellisissä pisteissä.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että ennusteparametrit ovat tukiaseman lähettämän ja vastaanottopään vastaanottaman signaalin kulkuaikaviiveen ennustearvoja kyseisen radiopeitto- 10 alueen eri maantieteellisissä pisteissä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että ennusteparametrit ovat tukiaseman lähettämän ja vastaanottopään vastaanottaman signaalin bittienergian ennustearvoja kyseisen radiopeittoalueen eri maantieteellisissä pisteissä.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että päätelaite (100, 101, 102) lähettää mittaamansa mittausparametrin vasteena lähetyspyyntöön.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että joukko yksilöllisiä, solun radiopeittoalueen sähkömagneettista kenttää ,· 20 kuvaavia ennusteparametreja määritetään kullekin verkon solulle automaatti sesti ennalta sovituin aikavälein.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että solun radiopeittoalueen malli muodostetaan verkon suunnittelujärjestelmässä (108). 25

13. Päätelaitteen paikantava solukkopohjainen radiojärjestelmä, tunnettu siitä, että radiojärjestelmään kuuluu muodostusvälineet solun radiopeittoalueen mallin muodostamiseksi liittämällä kuhunkin ennusteparametriin sen sijaintitieto solun radiopeit-toalueessa, :’·. 30 laskentatoiminnallisuus, joka laskee päätelaitteen (100, 101, 102) :' ‘ ‘ sijainnin todennäköisyysarvon solun ennusteparametrin sijaintitietoon nähden soveltamalla ennalta määrättyä solukohtaista sakkofunktiota mittausparametriin ja sitä vastaavaan ennusteparametriin, yhdistämisvälineet, jotka yhdistävät palvelevan solun radiopeitto- 35 alueen mallin avulla ja mahdollisesti ainakin yhden naapurisolun radiopeitto- is 110550 alueen mallin avulla lasketut päätelaitteen (100, 101, 102) sijainnin todennä-köisyysarvot joukoksi todennäköisiä sijaintipaikkoja, ja rajoitusvälineet, jotka laskennallisesti rajoittavat todennäköisten sijaintipaikkojen joukon yhdeksi päätelaitteen (100, 101, 102) sijaintipaikan yk-5 silöiväksi tiedoksi. 18 110550