NO311279B1 - Fremgangsmåte og anordning for å bestemme posisjonen for en mobilkommunikasjonsenhet, samt fremgangsmåte og system for åpåvirke pris og tilgjengelighet for mobile kommunikasjonstjenester - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning for å bestemme hvorvidt en mobil kommunikasjonsenhet befinner seg innenfor et begrenset romvolum. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte og et system for å påvirke prisen på tjenester knyttet til bruken av en mobil kommunikasjonsenhet, og en fremgangsmåte og et system for styring av tilgjengeligheten for en mobil kommunikasjonsenhet.

En velkjent dppgavestilling er å bestemme den geografiske posisjonen for en mobil kommunikasjonsenhet. En tidligere begrunnelse for å ønske slik informasjon, har vært behovet for å kunne oppspore opprinnelsesstedet for en nødsamtale som er initiert av en mobiltelefon. Et annet bruksområde er styring av en mobiltelefons tilgjengelighet som funksjon av dens geografiske posisjon, for eksempel i den hensikt å hindre bruken av mobiltelefoner som befinner seg i et visst område, eksempelvis innenfor en skole eller en kino. Et ytterligere bruksområde er generering av geografisk differensierte takster, for eksempel for å gi rabatt på mobiltjenester som foretas fra en gitt geografisk region. Ved slike mekanismer kan man påvirke bruksmønsteret til de mobile teletjenestene på visse geografiske steder på en mer positiv og smidig og fleksibel måte enn ved forbud og sanksjoner.

Spesielt er det ønskelig å kunne bestemme hvorvidt en mobil kommunikasjonsenhet befinner seg innenfor et begrenset romvolum, særlig om den befinner seg innenfor et skarpt avgrenset romvolum av vilkårlig form, slik som innenfor en bygning eller innenfor bestemte rom i en bygning.

En fremgangsmåte eller en anordning for å fremskaffe informasjon av sistnevnte art, åpner for ytterligere anvendelsesområder: Et eksempel er forretninger som ønsker å tiltrekke seg kunder ved å tilby gunstige priser på mobile teletjenester inne i sine lokaler. Et annet anvendelsesområde er bedrifter som er store forbrukere av mobile teletjenester, og som man dermed kan tilby gunstige kvantumsrabatter for bruk av mobile kommunikasjonsenheter innenfor sine lokaliteter.

En ytterligere anvendelse er det tilfelle at eieren av et rom eller en bygning ønsker at bruken av mobiltelefon skal begrenses, for å hindre allmenne forstyrrelser fra mobiltelefoner som ringer, eller uønsket lyd fra mennesker som snakker i mobiltelefonen.

Det finnes pr. i dag mange såkalte internett-kaféer der eieren av serveringsstedet gir sine kunder gratis internett-tilgang for å trekke kunder til stedet. Tilsvarende kan man tenke seg en WAP-café der kundene med sin egen WAP-mobiltelefon kan surfe på WAP til en gunstig pris inne i lokalitetene til kafeen eller at de ved hjelp av sin PC og en mobil kommunikasjonsenhet kan koble seg til internett og surfe til lave takster innenfor bestemte soner.

I dag ser man også at det settes opp mobiltelefon-bokser på business-lounger der man skjermes fra støy fra lokalet, samtidig som folk i området ikke sjeneres av høylytt snakking i mobiltelefon. Ved å tilby gunstige takster i slike avgrensede mobiltelefon-bokser, vil man kunne stimulere til hyppigere bruk av slike.

I en del sammenhenger er det viktig å differensiere begrensningen av samtaler til en mobiltelefon slik at viktige samtaler kan slippes gjennom selv om abonnenten befinner seg i et rom der man ikke ønsker normal bruk av mobiltelefonen. For å få til en mer myk og brukervennlig begrensning av bruken tillater denne oppfinnelsen brukeren selv å kunne velge om samtalen er viktig nok til å gjennomføres ved at det er ilagt en høy takst på teletjenesten i det aktuelle rommet.

I denne søknaden er det gitt et konkret eksempel for en GSM applikasjon, men prinsippet er anvendelig på alle mobile kommunikasjonssystem der man kan gå inn i den eksisterende infrastrukturen og sette inn lokalt peile- og monitoreringsutstyr for å finne posisjonen til en mobil enhet med særdeles høy presisjon. Eksempler på andre mobile kommunikasjonssystem som dette prinsippet kan anvendes på er trådløse nettverk (Wireless LAN) og systemet for bredbånds mobilkommunikasjon UMTS og andre fremtidige trådløse kommunikasjonssystem.

Det er tidligere beskrevet en rekke løsninger på oppgaven å bestemme posisjonen for en mobiltelefon.

Fra US patent 5 758 288 er det kjent teknikker for å bestemme posisjonen for en mobiltelefon, og for å påvirke taksten for bruk av mobiltelefonen på grunnlag av den bestemte posisjonen. Posisjonsbestemmelsen er basert på måling av en tidsforsinkelse for et signal fra mobiltelefonen til basestasjonen innenfor et nettverk av celler. Ved å sammenligne tidsforsinkelse fra mobiltelefonen til flere basestasjoner, kan man finne posisjonen til en telefon med en gitt nøyaktighet.

En kjent teknikk basert på måling av tidsforsinkelse for transmisjon av signalet fra mobiltelefonen til basestasjonen, har vesentlige ulemper: En første ulempe er begrensningen i oppnåelig oppløsning og nøyaktighet. En tidsluke ved GSM-kommunikasjon varer 577 \ xs, der stige- og fall-tiden til pulsen er ca. 10 |j,s. Stige- og falltiden tilsvarer en distanse på 3 km for radiosignalet, og dette legger begrensninger på den nøyaktigheten som er mulig å oppnå. Pr. i dag regnes en nøyaktighet på 125 m som grensen for hva systemer som baserer seg på måling av tidsforsinkelse kan oppnå ved realisering.

En andre ulempe er at den kjente teknikken ikke vil være tilstrekkelig ved anvendelser i høyhus, der man ønsker å lokalisere telefonen til et avgrenset område inne i bygget. Dette skyldes at den tilveiebringer en posisjon i to dimensjoner, og dermed ikke kan skjelne fra hverandre mobiltelefoner som befinner seg i ulike etasjer. Figur 4 viser forskjellen ved posisjonering basert på tidsforsinkelse mellom signalet til basestasjonene i cellesystemet og det tidligere kjente prinsippet med lokal peiling av mobilenheten. To høyhus, 24 og 25, ligger i et område som faller innenfor cellene i et mobilkommunikasjonssystem. Ved å måle tidsforsinkelsen til én eller flere basestasjoner får man løsningsmengden, 26, for mulige posisjoner til mobilenheten. Figur 4 viser at siden basestasjonene befinner seg hovedsakelig i et plan, blir løsningsmengden et sett av plan som i dette tilfelle spenner ut løsningsmengden i form av en sylinder. I motsetning til dette, består løsningen ifølge oppfinnelsen i å plassere peileutstyr tett innpå mobiltelefonen, slik at man finner en løsningsmengde, 27, som i dette illustrerte tilfellet har form av en kube, men som generelt kan ha en vilkårlig form.

Fra internasjonal patentsøknad WO-97/49255 er det kjent en teknikk der man kan finne posisjonen til en telefon som befinner seg innenfor en spesiell basestasjons-celle. For å oppnå tilstrekkelig presisjon er det imidlertid påkreve med celler med svært liten utstrekning - også kalt pico-celler. Bruk av pico-celler for å finne posisjonen til telefonen har sine klare begrensninger ved at romvolumet som dekkes av denne er gitt av kombinasjonen av antenne-egenskaper til pico-cellen, mobiltelefonen samt følsomheten til mobiltelefonen og basestasjonen som utspenner pico-cellen. Siden posisjonsbestemmingen er avhengig av kommunikasjonsradiusen til pico-cellen, vil denne variere med hvilken type mobiltelefon som benyttes, hvilken antenne denne mobiltelefonen har, lokale varierende forhold som objekter som beveger seg inne i cellen samt vær, temperatur, interferens og andre miljøfaktorer. Man er ikke garantert en avgrenset dekning i den forstand at signalet fra en pico-celle i en etasje ikke vil kunne bli mottatt i etasjen under.

Fra internasjonal patentsøknad WO-98/34412 og WO-98/18232 er det kjent en teknikk der man kan lage områder der uønsket bruk av mobiltelefon kan hindres ved at man sender ut et støysignal fra en antenne plassert i området som blokkerer for mottak av signalene. Slik teknikken er beskrevet vil den sende et kontinuerlig støysignal i frekvensbåndet til mobiltelefonen. Dette er imidlertid svært utilstrekkelig for eksempel GSM systemene der utgangseffekten til basestasjon og mobilenhet justeres fortløpende i forhold til varierende strekningstap mellom basestasjon og mobilenhet.

En annen ulempe med de tidligere kjente løsninger er således at de ikke med tilstrekkelig grad av nøyaktighet kan benyttes for å bestemme hvorvidt en mobiltelefon befinner seg innenfor et begrenset romvolum, og spesielt ikke innenfor et skarpt avgrenset romvolum av vilkårlig form, slik som innenfor en bygning eller innenfor et rom i en bygning.

Fra internasjonal patentsøknad WO-98/28860 er det kjent en teknikk som dekker til antennen når en dekoder detekterer et på forhånd kjent signal ved at telefonen befinner seg inne i et område der et slikt signal sendes ut. Det er også kjent teknikker fra nyere patentsøknader der telefonen programmeres til å gå over til. stille ringingeller slås av ved hjelp av innretninger som benytter BlueTooth™, infrarød transmisjon eller andre overføringssystemer som forteller mobiltelefonen at den er inne i et område der man ønsker å unngå unødig oppringing. Den største ulempen med alle disse systemene er at de fordrer at mobiltelefonen inneholder en spesiell programvare og/eller maskinvare for å kunne nyttiggjøre seg den ønskede funksjonaliteten.

En første hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte av den art som er nevnt i den innledende del av det etterfølgende selvstendige krav 1, og som ikke er beheftet med ulempene knyttet til de tidligere kjente løsningene.

I samsvar med oppfinnelsen oppnås denne hensikten ved hjelp av de trekkene som fremgår av den kjennetegnende delen av det selvstendige krav 1.

En andre hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning av den art som er nevnt i den innledende del av det etterfølgende selvstendige krav 2, og som ikke er beheftet med ulempene knyttet til de tidligere kjente løsningene.

I samsvar med oppfinnelsen oppnås denne hensikten ved hjelp av de trekkene som fremgår av den kjennetegnende delen av det selvstendige krav 2.

Ytterligere hensikter er å tilveiebringe en fremgangsmåte, henholdsvis et system, for å påvirke en pris på en tjeneste knyttet til bruken av en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker prisen er hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del av et ytre romvolum, hvor fremgangsmåten og systemet ikke har de nevnte ulempene.

Dette oppnås ved hjelp av trekkene i den kjennetegnende delen av krav 3, henholdsvis 7.

Ytterligere hensikter er å tilveiebringe en fremgangsmåte, henholdsvis et system, for å styre tilgjengeligheten for en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker tilgengeligheten er hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del av et ytre romvolum, hvor fremgangsmåten og systemet ikke har de nevnte ulempene.

Dette oppnås ved hjelp av trekkene i den kjennetegnende delen av krav 4, henholdsvis 8.

Ytterligere hensikter er å tilveiebringe en fremgangsmåte, henholdsvis et system, for å sende spesifikk informasjon til en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker informasjonen som sendes er hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del av et ytre romvolum, hvor fremgangsmåten og systemet ikke har de nevnte ulempene.

Dette oppnås ved hjelp av trekkene i den kjennetegnende delen av krav 5, henholdsvis 9.

Ytterligere hensikter er å tilveiebringe en fremgangsmåte, henholdsvis et system, for å utføre en betalingstjeneste ved hjelp av en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker informasjonen som sendes er hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del av et ytre romvolum, hvor fremgangsmåten og systemet ikke har de nevnte ulempene.

Dette oppnås ved hjelp av trekkene i den kjennetegnende delen av krav 6, henholdsvis 10.

Fremgangsmåtene, anordningen og systemet ifølge oppfinnelsen baserer seg på retnings-peiling av bærebølgen som sendes ut fra den mobile kommunikasjonsenheten. Ved å bruke flere sensorer til å retningsbestemme bærebølgen i det aktuelle rommet kan man skjelne signaler som sendes ut i det aktuelle rommet fra signaler som smitter fra mobile kommunikasjonsenheter i tilgrensende rom.

I motsetning til kjente teknikker der man bruker pico-celler eller krysspeiling mellom flere celler, kan man ved fremgangsmåtene, anordningen og systemet ifølge oppfinnelsen definere et geometrisk romvolum som et polygon med vilkårlig form. Kjente teknikker som baserer seg på posisjonering ved bruk av pico-celler kan kun definere romvolum som består av sfærer eller interseksjon av sfærer, idet kun avstanden mellom basestasjonen og telefonen kan måles.

En annen fordel med fremgangsmåtene, anordningen og systemet ifølge oppfinnelsen er at de utelukkende er basert på avlytting av signalet fra den mobile kommunikasjonsenheten. Dette betyr at man slipper avansert frekvensplanlegging ved utplassering av utstyret i det eksisterende cellebaserte kommunikasjonssystemet i forhold til en løsning basert på pico-celler. Ved en realisering av et stort antall pico-celler og celler med større dekningsområde innenfor et lite geografisk område, kreves det avansert frekvensplanlegging, monitorering av ytelse og det blir større sannsynlighet for feil i senderen i en av pico-cellene, noe som kan forstyrre kommunikasjonen til mobilenhetene i denne cellen samt tilgrensende celler.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere med henvisning til tegningene, der

fig. 1 er et perspektivriss som illustrerer et system der oppfinnelsen inngår,

fig. 2 er et perspektivriss som illustrerer prinsippet for bestemmelse av den mobile kommunikasjonsenhetens posisjon ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 blokkskjematisk illustrerer et system ifølge oppfinnelsen, installert i en eksisterende infrastruktur for cellebasert mobilkommunikasjon,

fig. 4 er en skjematisk illustrasjon av en ulempe ved kjent teknikk,

fig. 5 er et blokkskjema som nærmere illustrerer et system i samsvar med oppfinnelsen, sammen med eksisterende infrastruktur for cellebasert mobilkommunikasjon,

fig. 6 er et tidsdiagram som illustrerer et eksempel på en kommunikasjonssekvens som kjøres under en lokasjonsoppdatering,

fig. 7 er et vektordiagram som illustrerer vinkelfeil i posisjonsangivelsen, og fig. 8 er et blokkskjema som illustrerer en realisering av et system i samsvar med oppfinnelsen.

Hovedprinsippet for oppfinnelsen er illustrert i figur 1. Her illustrerer 1 et ytre romvolum, og 2 et begrenset romvolum som i sin helhet befinner seg innenfor det ytre romvolumet 1. En mobil kommunikasjonsenhet 3 kan befinne seg et sted innenfor det ytre romvolumet 1. I samsvar med oppfinnelsen skal det avgjøres om den mobile kommunikasjonsenheten 3 befinner seg innenfor det begrensede romvolumet 2.

En kontrollenhet 4 beregner kontinuerlig posisjonen til den mobile kommunikasjonsenheten 3 innenfor det ytre romvolumet 1. Kontrollenheten 4 er tilknyttet et nettverk 5, som er et generelt telekommunikasjonsnettverk som kan omfatte ett eller flere mobile kommunikasjonsnett. Kontrollenheten 4 avgjør på grunnlag av posisjonsmålinger, sammenholdt med lagret informasjon om utstrekningen av og grensene for den begrensede romvolumet 2, hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten 3 befinner seg innenfor det begrensede romvolumet 2.

Dersom den mobile kommunikasjonsenheten 3 bestemmes å være innenfor det definerte romvolumet 2, skal det i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen gjøres en påvirkning av pris for teletjenestene til denne mobilenheten. Dette gjøres ved at kontrollenheten 4 sender en melding til nettverket 5 for å rapportere at telefonen befinner seg innenfor det definerte romvolumet 2.1 samsvar med en annen utførelse av oppfinnelsen vil meldingen i stedet bevirke at det iverksettes tiltak for styring av tilgjengeligheten for den mobile kommunikasjonsenheten 3.

Prinsippet for bestemmelse av den mobile kommunikasjonsenhetens posisjon er illustrert i figur 2, der 7, 8, 9, 10 og 11 er radiomottakere, og 3 er en mobil kommunikasjonsenhet som befinner seg innenfor det ytre romvolumet 1. Mottakerne 7, 8, 9 og 10 spenner ut en matrise definert av indeksene a, b og c i figur 1, der a, b, c kan innta verdier fra 1 til uendelig. Dersom a, b og c er 1, består matrisen av en enkel mottaker. Mottakeren 11 er en vilkårlig mottaker i denne matrisen, med tilsvarende indekser i, j, k. Alle mottakerne befinner seg innenfor et gitt, ytre romvolum 1, og er innrettet for å motta radiosignaler fra mobile kommunikasjonsenheter som befinner seg innenfor romvolumet 1.

En mobil kommunikasjonsenhet 3 befinner seg innenfor romvolumet 1. Den fysiske strekningen fra den mobile kommunikasjonsenheten 3 til den vilkårlige mottaker 11 er definert som d(i,j,k). Signalet fra den mobile

kommunikasjonsenheten som fanges opp i en vilkårlig mottaker 11 er gitt ved:

der s( t) er radiosignalet som sendes fra den mobile kommunikasjonsenheten og Cijfc( t) er strekningstapet mellom senderen og den vilkårlige mottakeren, som kan deles opp på følgende måte:

der Lijk( t) er strekningsdempingen for signalet mellom den mobile kommunikasjonsenheten og mottaker R(i,j,k), og <Pijk( t) er fasedreiningen for signalet mellom den mobile kommunikasjonsenheten 3 og mottaker R(i,j,k).

Posisjonen til den mobile kommunikasjonsenheten kan finnes gjennom løsning av likningsmatrisen som er gitt av rfjk( t) der s( t) er lik for alle ligningene og man i tillegg har informasjon om den geometriske konfigurasjonen for mottakerne i systemet. Dermed kan posisjonen for den mobile kommunikasjonsenheten 3 gis i et definert koordinatsystem, og nøyaktigheten er gitt av antall mottakere, geometrisk konfigurasjon og hvilke parametre som inngår i målingen for de enkelte mottakerne.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i form av et eksempel på en realisering.

Et system for å bestemme posisjonen for en mobil kommunikasjonsenhet så som en mobiltelefon, spesielt for å gjøre en prisdiskriminering mellom bruk av telefonen i et første og et andre rom i en bygning, hvor systemet er installert i en eksisterende infrastruktur for cellebasert mobiltelefonkommunikasjon, er vist i figur 3.

Systemet i figur 3 er et vanlig cellebasert kommunikasjonssystem som består av cellene 19,20 og 21 som gis av basestasjonene 12, 13 og 14. En mobiltelefon 3 som befinner seg innenfor innenfor én eller flere av cellene 19, 20, 21, altså innenfor dekningsområdet til de tre cellene, er i ferd med å sette opp en samtale. Under samtaleoppsettet sendes det signaler fra mobiltelefonen 3 til basestasjonene 12, 13 og 14. Anordninger ifølge oppfinnelsen fanger opp disse signalene, og benytter dem til å finne posisjonen til mobiltelefonen 3 ved å krysspeile signalet som sendes fra mobiltelefonen 3.

Et første rom 15 og et andre rom 16 i en bygning inneholder anordninger 17 og 22, henholdsvis 23 i samsvar med oppfinnelsen, hvilke anordninger er innrettet for å utføre kortholds-peiling av mobiltelefonen 3 med tanke på posisjonering med høy presisjon, spesielt for å gjøre en prisdiskriminering mellom bruk av telefonen i de to rommene. På grunnlag av en krysspeiling mellom de to anordningene 17 og 22 i det første rommet tilveiebringes posisjonsinformasjon med en gitt usikkerhet, illustrert ved 18. Denne posisjonsinformasjonen brukes til å gi en spesiell prising på teletjenestene når mobiltelefonen befinner seg innenfor rommet 15.

Et blokkskjema for systemet som bruker posisjonen til en mobiltelefon og bruker dette til å påvirke pris, tilgjengelighet, informasjon og betalingstjenester er vist i figur 5. Den eksisterende strukturen for et mobilt cellebasert kommunikasjonssystem 29 inneholder et sett med basestasjoner 30 med sine respektive antenner 28. Trafikken til disse basestasjonene styres av kontrollsenteret 31 som forbinder infrastrukturen for de faste installasjonene med fast-nettet 33 for transmisjon av data og/eller tale. En mobil kommunikasjonsenhet 3 befinner seg innenfor dekningsområdet til en innretning for posisjonering av mobiltelefonen 37. Signalet som sendes fra mobiltelefonen fanges opp av mottakerantennene 34 og radiopeileren 35 finner den relative posisjonen til mobiltelefonen 3. Signalet fra mobiltelefonen 3 fanges også opp i enheten for bestemmelse av identitet (ID) 36 til mobiltelefonen. Data om posisjon og identitet føres til applikasjonskontrolleren 38 som kan programmeres til å ta beslutninger om videre handling eller bare formidle lokal posisjon. Data eller beslutninger sendes via en nettverkskontroller 39 gjennom nettverket 32 til den eksisterende infrastrukturen som håndterer informasjonen. For å unngå inntrenging i systemet er det lagt inn en sikkerhetsmodul 30 (SIM-kort) som sikrer at kanalen mellom de to delsystemene 29 og 37 er sikker.

Radiopeileren søker i frekvensbåndet etter signal på frekvensene som benyttes til kommunikasjon med mobiltelefonen. Dette kan enten være et rent lineært søk eller et intelligent søk basert på informasjon over aktuelle frekvenser som benyttes for den eller de cellene som overlapper området. Etter at radiopeileren har funnet frekvensen som er i bruk, måles faseforskj ellen mellom to signaler som mottas i respektive antenner som er plassert på en vegg inne i det aktuelle rommet. Avstanden mellom de to måleantennene velges ut fra måleintervallet til fasemåleren samt størrelsen på den sektoren som skal dekkes. Dersom sektoren er på 180° og fasemåleren måler faseforskj ellen i intervallet [0°, 360°], må avstanden være mindre enn en halv bølgelengde, tilsvarende 180° signalfase, for ikke å få flertydighet i sektoren. For mottak i GSM-båndet på 900 MHz svarer dette til en avstand på ca. 16,6 cm mellom måleantennene. Informasjonen om signalets retning sendes til applikasjonskontrolleren.

For å oppnå en nøyaktig posisjonering, er signal-støyforholdet samt signal-interferensforoldet av stor betydning som vist i figur 7, der vinkelfeilen i posisjonsangivelsen er vist ved vektoranalyse. Signalet som mottas, 44, er sammensatt av signalet som det ideelle mottatte signal fra mobiltelefonen, 41, støy som genereres i mottakeren, 42, og interferens, 43, som skyldes andre radiosendere i frekvensbåndet ellers uønskede refleksjoner fra vegger og andre objekter mellom mobilenheten og mottakeren. Innvirkningen av støy og interferens resulterer i en målefeil på fase, 45.

Interferens i denne sammenhengen er i første rekke uønskede refleksjoner fra bygninger, vegger og lignende. Sensor-geometrien, antall og signalbehandling brukes for å redusere interferens-komponenten, og ved å plassere radiopeileutstyret i kort avstand fra mobiltelefonen i det aktuelle rommet der man skal finne posisjonen oppnår man også et bra signal-støyforhold. Vinkelfeilen i målingene, e, er gitt ved S/N og S/I i dB ved:

Dersom man ser bort fra signal-interferens-forholdet, vil signal-støyforhold på 40 dB gi en vinkelfeil på +/- 0,6°. Vinkelfeilen vil være normalfordelt og sannsynligheten for at absolutt vinkelfeil er mindre enn 0,6° er ca. 68%. Ved å øke signal-støyforholdet til 46 dB øker sannsynligheten for absolutt vinkelfeil mindre enn 0,6° til ca. 95% og ved å øke signal-støyforholdet ytterligere til 52 dB øker sannsynligheten for at absolutt vinkelfeil er mindre enn 0,6° til ca. 99,994%.

For å finne nøyaktig vinkelposisjon i et miljø med refleksjoner kan det være påkrevd med adaptiv signalprosessering der miljøets geometriske form tas inn som del av betingelsene i et adaptivt nettverk. En analogi kan trekkes mot den menneskelige hjerne som på bakgrunn av to sensorer for lyd klarer å bestemme signalets retriing 360° rundt hodet selv om kun to sensorer skulle tilsi en flertydighet med tanke på signaler foran og bak hodet.

Utgangsstyrken på transmisjon fra en mobilenhet blir styrt av basestasjonen, og for å finne dynamikken til signalet som mottas må man derfor beregne ut fra om maksimal utgangsstyrke blir benyttet på kort avstand mellom mobiltelefonen og utstyret, eller om minimum utgangsstyrke benyttes på en lang avstand mellom mobiltelefonen og utstyret. Dette setter utstyrets sensitivitet og maksimal virkeradius.

For signaltransmisjon i 900 MHz båndet kan følgende transmisjonsbudsjett brukes som veiledende:

Minimum mottatt signalnivå:

Maksimum mottatt signalnivå:

Den beregnede link-marginen gjelder for data-transmisjon. Symbol-raten i GSM er ca. 270 kBps (1625/6 kBps), og modulasjonen er gaussisk minimum differensiell faseskift i 4 kvadranter - såkalt 4GMSK. Den lave symbol-raten gjør at systemet kan anses uavhengig av modulasjonsformen dersom målesensorene er plassert nær hverandre. Bølgelengden til det modulerte signalet er i fritt rom ca. 1,1 km, og målesensorene er plassert innenfor en avstand på ca. 16,6 cm som beregnet tidligere i eksempelet. Dermed kan vi benytte hele sendepulsen til måling av faseforskjell mellom sensorene. Sendepulsen har en varighet på 542,8 |j.s, dette korresponderer til en målebåndbredde på 1.8 KHz. Dersom dette settes inn i transmisjonsbudsjettet får vi et signal-støyforhold på 92 dB for en distanse på 100 m. Vi må ha et signal-støyforhold på 52 dB for å oppå en nøyaktighet på +/- 0,6° med en sannsynlighet på 99,9994%. Det gir en link-margin på 40 dB, og er to decibel mindre enn for data-transmisjon. Dermed settes maksimal virkeradius av radiopeileren. Link-marginen tilsier en stor virkeradius, men dersom denne overstiger ca. 1/10 av bølgelengden til det modulerte signal kan ikke lenger kanaldispersjon ignoreres og det vil komplisere realiseringen. For en enkel realisering er derfor 100 m virkeradius og frisiktsbetingelser vesentlig for å gi en god nøyaktighet. ID-dekoderen søker i frekvensbåndet på tilsvarende måte som radiopeileren etter datatransmisjon på frekvensene som benyttes til kommunikasjon med mobiltelefonen.

Et eksempel på en kommunikasjonssekvens som kjøres under en lokasjonsoppdatering er vist i figur 6. Ved oppsettet av samtalen mellom den mobile kommunikasjonsenheten 3 og basestasjonen 30 for en GSM mobiltelefon utveksles meldingene som anvist og det kan trekkes ut informasjon om IMSI (International Mobile Subscriber Identity) eller TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity). Dersom ID-dekoderen har mulighet for de-kryptering av kommunikasjon som er kodet med A5-algoritmen i GSM systemene kan man også trekke ut IMEI (International Mobile Equipment Identity). Denne informasjonen identifiserer selve apparatet mens IMSI eller TMSI brukes for å trekke ut identiteten til abonnementet (SIM-kortet) som benyttes i apparatet. Informasjonen sendes til applikasjonskontrolleren som kobler informasjonen sammen med informasjonen fra radiopeileren. Ved å plassere utstyret i kort avstand fra mobiltelefonen unngår man kanal-dispersjon for dataoverføringen ved at tidsdifferansene fra utsendt signal ved multiple refleksjoner over kortere avstander blir relativt små. I stedet blir hovedutfordringen å håndtere utkansellering av bærebølgen som skyldes lokale refleksjoner ved at man har flere antenner og dekodere for å motta og dekode data.

Applikasjonskontrolleren styrer funksjonaliteten ved at enheten bestemmer om mobiltelefonen er innenfor et definert romvolum med en gitt geometrisk utstrekning.

Ved at applikasjonskontrolleren er styrt av programvare kan funksjonaliteten endres etter behov. I enkelte applikasjoner kan det være hensiktsmessig å desentralisere beslutninger og handlingene som skal foretas dersom mobilenheten er innenfor det definerte romvolumet. I det tilfellet det skal sendes en SMS reklamemelding til abonnenten som befinner seg innenfor romvolumet, kan det ligge abonnentslister i applikasjonskontrolleren slik at det lokale apparat sender SMS'melding til abonnenten direkte.

I et system for fullstendig mobiltelefonfrie soner kan applikasjonskontrolleren ta en beslutning om å stanse samtalen dersom abonnenten befinner seg innenfor det definerte romvolumet. Dette kan gjøres ved at applikasjonskontrolleren sender en SS7 melding (Signaleringssystem nr. 7 som benyttes for signalering i telesystemer). Dette kan for eksempel bryte samtalen eller sette innringeren over til mobilsvar.

Et system for posisjonsbestemt prisdiskriminering kan realiseres ved at applikasjonskontrolleren lagrer tidspunkt for samtalen, varighet og posisjon. Disse data lagres i en fil som ligger i applikasjonskontrolleren og som sendes til det sentrale avregningssystemet med gitte intervall, for eksempel én gang i døgnet. Avregningen til abonnenten justeres der i forhold til om hele eller deler av samtalen foregikk innenfor et gitt romvolum som har en spesiell prising.

En annen løsning kan være å gjøre beslutninger og handlinger fra et sentralt system ved at applikasjonskontrolleren rapporterer posisjon, abonnent ID og tidspunkt løpende for abonnenter som befinner seg innenfor det definerte romvolumet.

Siden dette er sensitiv informasjon med tanke på mulig svindel, må systemet inneholde sikkerhetsmoduler, slik at meldingene kan autentiseres. Nettverkskontrolleren har tilknyttet et SIM-kort (Secure Identification Module) eller en SAM (Secure Authentication Module), som sikrer at meldingene som sendes inn til nettverket for avregning blir korrekt autentisert.

En realisering av utstyret er vist i figur 8. Applikasjonskontrolleren, 38, søker etter basestasjoner på frekvensbåndene 925-935 MHz, 935-960 MHz og 1805-1880 MHz og mottar data fra basestasjonene i nærheten ved basestasjonsmottakeren, 46. Denne mottakeren er for øvrig nærmest identisk med en mottaker i en standard GSM mobiltelefon. På grunnlag av denne informasjonen settes det opp en liste med frekvenser som brukes av mobilenhetene innenfor cellene til de respektive basestasjonene som overlapper i området.

Applikasjonskontrolleren 38 søker deretter kontinuerlig etter data på frekvensene som er i bruk ved transmisjon fra mobilenheten til basestasjonen i frekvensbåndene 880-890 MHz, 890-915 MHz og 1710-1785 MHz. Dersom det oppdages trafikk på disse frekvensene gis det tilbakemelding om dette både fra radiopeileren 35 og ID-dekoderen 36. Radiopeileren beregner posisjonen til signalet samtidig som data fra mobilenheten dekodes. Deretter kommuniseres dataene til sentralsystemet gjennom forskjellige alternative grensesnitt. Til denne kommunikasjonen benyttes en nettverkskontroller 39. Det eksterne grensesnittet sikres mot uautorisert inntrenging ved hjelp av SIM-kortet 40. Dataene som sendes til sentralsystemet kan være av forskjellig format alt avhengig av valg av applikasjon som tidligere nevnt under beskrivelsen av applikasjonskontrolleren. En strømforsyning 47 med batteri sørger for at utstyret har høyest mulig driftssikkerhet.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å bestemme hvorvidt en mobil kommunikasjonsenhet (3) befinner seg innenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at den omfatter - på et antall mottakssteder i det ytre romvolumet (1) å motta et signal som sendes ut fra den mobile kommunikasjonsenheten (3), - å tilveiebringe målinger av fase, frekvens og/eller amplitude for en bærebølge av hvert mottatte signal, - å beregne den mobile kommunikasjonsenhetens posisjon i det ytre romvolumet på bakgrunn av nevnte målinger, og - å avgjøre om den beregnede posisjonen er innenfor den begrensede delen (2) av det ytre romvolumet (1).

2. Anordning for å bestemme hvorvidt en mobiltelefon (3) befinner seg innenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at den omfatter - på et antall mottakssteder i det ytre romvolumet (1), en mottaker innrettet for å motta et signal som sendes ut fra mobiltelefonen (3), - en måleinnretning forbundet med hver mottaker, innrettet for å tilveiebringe målinger av fase, frekvens og/eller amplitude for en bærebølge av hvert mottatte signal, - beregningsmidler innrettet for å beregne den mobile kommunikasjonsenhetens posisjon i det ytre romvolumet på bakgrunn av nevnte målinger, og - bestemmelsesmidler for å avgjøre om den beregnede posisjonen er innenfor den begrensede delen (2) av det ytre romvolumet (1).

3. Fremgangsmåte for å påvirke en pris på en tjeneste knyttet til bruken av en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker prisen er hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en fremgangsmåte som angitt i krav 1.

4. Fremgangsmåte for å styre tilgjengeligheten for en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker tilgjengeligheten er hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en fremgangsmåte som angitt i krav 1.

5. Fremgangsmåte for å sende informasjon til en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker informasjonen som sendes er hvorvidt den mobile kommunikasjonsenheten befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en fremgangsmåte som angitt i krav 1.

6. Fremgangsmåte for utføre en betalingstjeneste fra en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker betalingstjenesten er hvorvidt mobiltelefonen befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en fremgangsmåte som angitt i krav 1.

7. System for å påvirke en pris på en tjeneste knyttet til bruken av en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker prisen uttrykker hvorvidt mobiltelefonen befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en anordning som angitt i krav 2.

8. System for å styre tilgjengeligheten for en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker tilgjengeligheten er hvorvidt mobiltelefonen befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en anordning som angitt i krav 2.

9. System for å sende informasjon til en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker informasjonen som sendes er hvorvidt mobiltelefonen befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en anordning som angitt i krav 2.

10. System for å utføre en betalingstjeneste fra en mobil kommunikasjonsenhet, hvor en betingelse som påvirker betalingstjenesten er hvorvidt mobiltelefonen befinner seg innenfor eller utenfor en begrenset del (2) av et ytre romvolum (1), karakterisert ved at nevnte betingelse bestemmes ved hjelp av en anordning som angitt i krav 2.