NO325596B1

NO325596B1 - Fremgangsmate for maling av tidsforskjell, samt radiosystem

Info

Publication number: NO325596B1
Application number: NO20004893A
Authority: NO
Inventors: Ville Ruutu; Timo M Rantalainen; Marko Alanen; Ollie Hyvarinen; Gudni Gunnarsson
Original assignee: Nokia Networks Oy
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2008-06-23
Also published as: AU5946899A; FI106602B; JP2002511724A; EP1068762A1; DE69927492D1; CN1295775A; FI980724A0; NO20004893D0; US6456237B1; CN1131657C; EP1068762B1; DE69927492T2; WO1999053707A1; FI980724A; NO20004893L; US20020175860A1; AU755890B2; ATE305709T1; JP4059626B2

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for måling av en tidsforskjell, og fremgangsmåten benyttes i et radiosystem som omfatter minst to basestasjoner og en terminal, og i radiosystemet måles en observert tidsforskjell OTD for basestasjonene, og en geometrisk tidsforskjell GTD blir beregnet.

I kjente radiosystemer kan taktstyringen for et signal som kommer fra en sender til en mottaker, måles spesielt med det formål å lokalisere en terminal. I et terminal-lokaliseringssystem basert på måling av et signal fra en basestasjon, måler terminalen en observert tidsforskjell OTD for ankomst av signaler fra minst to, eller fortrinnsvis minst tre, basestasjon-par. Ved å anta at basestasjonene sender synkront, dvs. de samme signaler forlater basestasjonene samtidig, tilsvarer den observerte tidsforskjellen ved mottakingen av signalene som ankommer fra de to basestasjonene, basestasjonenes avstander, dvs. den observerte tidsforskjellen er en geometrisk tidsforskjell GTD. I dette tilfelle, når basestasjonenes lokasjon vanligvis er fast og kjent, kan det dannes hyperbler ved hjelp av forskjellene i sig-nalforplantningstider, og terminalen blir å finne ved skjæringen mellom hyperblene, på basis av målingene. En ulempe ved en slik måling er at basestasjonenes sendinger ikke er fullstendig synkrone.

Signaler fra basestasjoner kan måles ved hjelp av tidsforskjell-enheter som har en kjent lokasjon, og som kan benyttes for å bestemme en reell tidsforskjell for basestasjonenes sendinger. Den aktuelle RTD kan utnyttes videre når terminalen måler basestasjonenes observerte tidsforskjell OTD, siden basestasjonenes reelle tidsforskjell RTD kan subtraheres fra den observerte tidsforskjell OTD som måles av terminalen. Siden den observerte tidsforskjellen OTD som måles av terminalen, og basestasjonenes reelle tidsforskjell RTD, målt med tidsforskjell-enheten, blir målt på forskjellige tidspunkter på grunn av en forsinkelse som for eksempel ska-pes av en dataoverføringskanal, inneholder imidlertid målingen av den geometriske tidsforskjellen GTD fremdeles feil, og dette gir unøyaktighet ved lokasjons-bestemmelsen av terminalen.

Den internasjonale patentsøknaden WO 9635306 A1 omtaler et cellulær-radiolokasjonssystem for å bestemme lokasjonen til en mobil enhet i et system med flere basestasjoner ved å måle avstandsdifferanser fra basestasjoner på basis av tidsforskjeller ved at i tidsrammestrukturene til styringskanalene til i det minste noen av basestasjonene er synkroniserte.

WO 9205672 fremlegger en lokasjonsmetode i et mobilradiosystem hvor hver mobilenhet lytter på heltid til styringskanaler til nærliggende basestasjoner og kaller opp minst tre av disse hvoretter disse beregner avstanden.

Det er således et formål for oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for måling av en tidsforskjell, samt et radiosystem som implementerer fremgangsmåten, slik at man kan løse de ovennevnte problemer tilknyttet tidsforskjellens nøyaktighet.

Dette oppnås med en fremgangsmåte for måling av en tidsforskjell, som benyttes i et radiosystem med minst to basestasjoner og en terminal. I radiosystemet måles en observert tidsforskjell OTD for basestasjonene og en geometrisk tidsforskjell GTD beregnes. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at en tidsforskjell-enhet måler den observerte tidsforskjell OTD og sender informasjon om den til et tidsforskjell-senter som danner en reell forskjell RTD av sendingene til basestasjonene som en funksjon av tid ved å tidsstemple den dannede reelle tidsforskjell RTD til basestasjonene med tidspunktet til forekomsten.

Oppfinnelsen angår også et tilsvarende radiosystem.

For øvrig defineres oppfinnelsen gjennom de vedføyde patentkrav.

Fremgangsmåten og systemet ifølge oppfinnelsen gir mange fordeler. Målingen av den reelle tidsforskjellen RTD og den observerte tidsforskjellen OTD målt av terminalen, kan tilpasses i tid, hvilket gjør det mulig å redusere feilen som for-årsakes av den reelle tidsforskjellen RTD. Følgelig kan terminalen lokaliseres mer nøyaktig enn ved hjelp av den tidligere kjente teknikk.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives i nærmere detalj ved hjelp av foretrukne utførelsesformer, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor fig. 1 viser et radiosystem,

fig. 2 viser forandringen av en reell tidsforskjell for en basestasjon som funksjon av tid,

fig. 3A viser en langsom forandring av en reell tidsforskjell for basestasjonen som funksjon av tid, samt behov for måling, og

fig. 3B viser en rask forandring av en reell tidsforskjell for basestasjonen som funksjon av tid, samt behovet for måling.

Fig. 1 viser et radiosystem ifølge oppfinnelsen, slik som et GSM-radiosystem, men uten å begrense oppfinnelsen til dette. Radiosystemet omfatter basestasjoner 100 til 104, tidsforskjell-enheter 106 til 110, et tidsforskjell-senter

112 og terminaler 114,116. Tidsforskjell-enhetene 106 til 110 er vanligvis ubeve-gelige mottakere som lytter til sendingen fra basestasjonene 100 til 104, og måler en observert tidsforskjell for basestasjonene. Den observerte tidsforskjellen OTD dannes av en reell tidsforskjell RTD og en geometrisk tidsforskjell GTD i samsvar med formelen (1):

Den reelle tidsforskjellen har opphav I gal taktstyring under driften av basestasjonen 100 til 104. Hvis basestasjonene 100 til 104 fungerte fullstendig synkront, ville den reelle tidsforskjellen RTD ha vært null. Den geometriske tidsforskjellen GTD oppstår fra avstandene mellom basestasjonene 100 til 104 og tidsforskjell-enhetene 106 til 110. Siden lokasjonen for basestasjonene 100 til 104 og tidsforskjell-enhetene 106 til 110 er kjent, kan den geometriske tidsforskjellen GTD med én gang beregnes teoretisk, eller på grunnlag av praktiske målinger, hvorpå samme resultat alltid er tilgjengelig for eksempel i tidsforskjell-senteret 112. Tidsforskjell-senteret 112 mottar de observerte tidsforskjellene OTD målt av tidsforskjell-enhetene 106 til 110, og danner den reelle tidsforskjellen RTD for hvert baestasjon-par 100 til 104 ved subtraksjon. Tidsforskjell-senteret 112 kopler også forekomst-tidspunktet for den reelle tidsforskjellen, eventuelt måle-tidspunktet eller lignende, sammen med hver reell tidsforskjell RTD som dannes. Dette spesifiserer informasjon om basestasjonens 100 til 104 reelle tidsforskjell RTD, og samtidig er det også mulig å spesifisere annen informasjon dannet ved hjelp av den reelle tidsforskjellen RTD, sammenliknet med den tidligere kjente teknikk. Når forekomst-tidspunktet bestemmes, kan tidsforskjell-senteret 112 også utnytte hendelsen med observert tidsforskjell OTD i tidsforskjell-enheten 106-110, og i dette tilfelle infor-merer tidsforskjell-enheten 106 til 110 tidsforskjell-senteret 112 om den observerte tidsforskjellen OTD og måle-tidspunktet.

Tidsforskjell-enheten 106 til 110 befinner seg fortrinnsvis plassert slik i en celle at den kan kommunisere direkte med en antenne i basestasjonen 100 til 104. Cellen kan omfatte en eller flere tidsforskjell-enheter 106 til 110. Antennen, eller antennene, på tidsforskjell-enheten 106 til 110 kan være rundtvirkende eller ret-ningsvirkende, og ved hjelp av disse lytter tidsforskjell-enheten 106 til 110 til alle sendinger fra basestasjonen 100 til 104 ved å benytte en digital, bredbåndet mottaker.

Tidsforskjell-senteret 112 er vanligvis også et lokaliseringssenter for terminalen 114,116, og befinner seg fortrinnsvis i en mobiltjenestesentral (ikke vist i fig. 1). Tidsforskjell-senteret 112 styrer tidsforskjell-enhetene. Følgelig danner tidsforskjell-enhetene 106 till 10 og tidsforskjell-senteret 112 et system for bestemmelse av reell tidsforskjell RTD, og systemet, sammen med lokaliseringssenteret og enhetene (slik som terminaler, basestasjoner eller tidsforskjell-enheter som i tillegg til basestasjonene kan motta sendinger fra terminalen) som utfører faktiske lokasjon-smålinger, kan danne et lokaliseringssystem for terminalen 114 til 116. Lokaliseringssystemet kan utnytte basestasjonens reelle tidsforskjell på en slik måte at lokaliseringssystemet utnytter basestasjonens 100 til 104 observerte tidsforskjell OTD, målt av hver abonnentterminal 114,116, og lokaliseringssystemet, dvs. fortrinnsvis tidsforskjell-senteret 112, subtraherer den reelle tidsforskjellen RTD fra den observerte tidsforskjellen OTD for å danne terminalens 114,116 geometriske tidsforskjell GTD. Når lokaliseringssystemet kjenner den geometriske tidsforskjell GTD tilknyttet minst to av basestasjonene 100 til 104, kan abonnentterminalens 114,116 lokasjonskoordinater bestemmes i samsvar med den tidligere kjente teknikk, ved hjelp av lokasjonskoordinatene for basestasjonene100 til 104 og den geometriske tidsforskjellen GTD.

Tidsforskjell-enheten 106 til 110 omfatter fortrinnsvis en spesiell klokke 120, som tidsforskjell-enheten 106 til 110 er innrettet for å måle den observerte tidsforskjellen OTD ved hjelp av. Hvis de forskjellige tidsforskjell-enhetenes klokker 120 er synkronisert med tilstrekkelig nøyaktighet, kan måletidspunktet bli koplet sammen med hver observert tidsforskjell-måling OTD. Istedenfor klokken 120, eller i tillegg til denne, kan man med fordel benytte rammenumre i radiosystemet, og tidsforskjell-enheten 106 til 110 tidsstempler målingene ved hjelp av rammenum-rene. Tidsinformasjon kan også overføres i radiosystemet for eksempel på en sty-rings ka na I, hvoretter tidsforskjell-enheten 106 til 110 er i stand til å tidsstemple målingene ved hjelp av tidsinformasjonen.

Fig. 2 viser grafisk en vanlig måleserie utført ved hjelp av tidsforskjell-senteret 112. Tidsforskjell-senteret 112 interpolerer og ekstrapolerer, ved hjelp av målte, reelle tidsforskjeller RTD, oppførselen av basestasjonens 100 til 104 reelle tidsforskjell RTD, på andre tidspunkter enn måletidspunktet. Behandlingen av de reelle tidsforskjell-resultatene RTD er mulig og effektiv, fordi hvert reelt tidsforskjell-resultat RTD danner et par med et gitt øyeblikk i tid. Med andre ord finner målingene av den reelle tidsforskjellen RTD sted som funksjon av tid, og de danner derfor ikke noe sett av reelle tidsforskjell-resultater RTD uten en forbindelse med tid. En hvit flekk 200 indikerer en interpolert verdi av den reelle tidsforskjellen RTD mellom målepunktene 202 og 204. Et hvitt kvadrat 208 representerer i sin tur en ekstrapolert verdi av den reelle tidsforskjellen RTD etter siste målepunkt 206 i et tidsvindu. Tidsforskjell-senteret 112 filtrerer og midler fortrinnsvis de målte, reelle tidsforskjellene RTD i et forhåndsbestemt tidsvindu. Dette kan gjøres bare fordi måleresultatene for den reelle tidsforskjellen RTD er funksjoner av tid. En stiplet

linje indikerer middelverdien av den reelle tidsforskjellen RTD som funksjon av tid, og den kan beregnes på kjent måte som en minste kvadraters sum, som kan indi-keres ved hjelp av en rett linje. Lokaliseringssystemet for terminalen kan bruke den målte, reelle tidsforskjellen RTD for basestasjonen 100 til 104 med det nær-mestliggende forekomst-tidspunkt, eller den interpolerte eller ekstrapolerte verdi for den reelle tidsforskjellen RTD.

I fig. 3A forandrer basestasjonens 100 reelle tidsforskjell RTD seg langsomt som funksjon av tid. I dette tilfelle må tidsforskjell-enheten 106 til 110 måle den reelle tidsforskjellen RTD regelmessig, men relativt sjelden. I fig. 3A indikerer to piler måletidspunkter. I fig. 3B forandrer basestasjonens 100 til 104 reelle tidsforskjell seg raskt som funksjon av tid. I dette tilfelle må tidsforskjell-enheten 106 til 110 måle den reelle tidsforskjellen RTD uregelmessig, og i det minste noen gang-er temmelig hyppig. I fig. 3B indikerer piler måletidspunkter. Tidsforskjell-senteret 112 avgjør på grunnlag av sine målinger hvor ofte og hvor regelmessig tidsforskjell-enheten 106 til 110 måler hver basestasjon 100 til 104. Hyppigheten av målinger kan baseres på for eksempel på hastigheten som den reelle tidsforskjellens RTD middelverdi forandrer seg med. En mulighet for å forandre målehyppigheten reduserer behovet for signalering av måleresultatene, og følgelig radiosystemet signaleringsbelastning.

I GSM-radiosystemet kan tidsforskjell-senteret 112 sende den reelle tidsforskjell-informasjon og informasjon om forekomst-tidspunket for tidsforskjellen for eksempel i en kort melding til de nettverks-elementer som har behov for informasjonen. I tillegg til tidsforskjelll-informasjonen, eller istedenfor denne, kan mel-dingen omfatte informasjon om terminalens 114,116 lokasjon. I løsningen ifølge oppfinnelsen kan tidsforskjell-enhetene 106 til 110 og tidsforskjell-senteret 112 plasseres i radiosystemet på ønsket måte, for eksempel i forbindelse med basestasjoner. Tidsforskjell-senterets 112 funksjoner kan i det minste i en viss grad for-deles blant tidsforskjell-enhetene 106 til 110.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i det ovenstående med henvisning til eksempelet som fremgår av de vedføyde tegningene, er det åpenbart at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette, men kan modifiseres på mange måter innen den oppfinneriske idé som fremgår av de vedføyde kravene.

Claims

1. Fremgangsmåte for måling av en tidsforskjell, hvilken fremgangsmåte benyttes i et radiosystem som omfatter minst to basestasjoner (100 til 104) og en terminal (114,116), i hvilket radiosystem en observert tidsforskjell OTD for basestasjonene (100 til 104) blir målt, og en geometrisk tidsforskjell GTD blir beregnet, karakterisert ved at en tidsforskjell-enhet (106-110) måler den observerte tidsforskjell OTD og sender informasjon om den observerte tidsforskjell OTD til et tidsforskjell-senter (112) som danner en reell forskjell RTD av sendingene til basestasjonene (100 til 104) som en funksjon av tid ved å tidsstemple den dannede reelle tidsforskjell RTD til basestasjonene (100 til 104) med tidspunktet til forekomsten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den reelle tidsforskjellen RTD utnyttes ved loka-liseringen av terminalen (114,116) på en slik måte at abonnentterminalen (114, 116) måler basestasjonenes (100 til 104) observerte tidsforskjell OTD, og den reelle tidsforskjell RTD som tilsvarer denne i tid, subtraheres fra OTD.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at radiosystemet omfatter minst en tidsforskjell-enhet og et tidsforskjell-senter (112) som tidsforskjell-enheten (106 til 110) måler den observerte tidsforskjellen OTD fra og sender informasjon om den observerte tidsforskjellen OTD til tidsforskjell-senteret (112), som danner basestasjonens (100 til 104) reelle tidsforskjell RTD ved hjelp av den observerte tidsforskjellen og den geometriske tidsforskjellen GTD som funksjon av tid, og tidsforskjell-senteret (112) interpolerer og ekstrapolerer, ved hjelp av de reelle tidsforskjellene RTD, forløpet av basestasjonens (100 til 104) målte, reelle tidsforskjell RTD på andre tidspunkter enn forekomst-tidspunktet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at tidsforskjell-enheten (106 til 110) omfatter en klokke (120) med hvilken tidsforskjell-enheten (106 til 110) måler basestasjonens (100 til 104) reelle tidsforskjell RTD, og med hvilken den reelle tidsforskjellens RTD forekomst-tidspunkt bestemmes.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at tidsforskjell-senteret (112) filtrerer og midler de målte, reelle tidsforskjellene RTD i et forhåndsbestemt tidsvindu.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at basestasjonens (100 til 104) reelle tidsforskjell RTD måles i henhold til den hastighet som den reelle tidsforskjellens RTD gjennomsnittsverdi forandrer seg med.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at i GSM-radiosystemet sender tidsforskjell-senteret (112) informasjon om den målte, reelle tidsforskjell RTD, informasjon om forekomsttidspunktet for den reelle tidsforskjellen RTD, og/eller informasjon om terminalens (114,116) lokasjon i en kort melding.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i radiosystemet utføres sending i rammer, og ved tidtakingen benyttes det rammenummere, ved hjelp av hvilke forekomsttidspunktet for basestasjonenes (100 til 104) reelle tidsforskjeller RTD bestemmes.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i radiosystemet sendes informasjon på en styringskanal, og ved hjelp av denne måler tidsforskjell-enheten (106 til 110) den reelle tidsforskjellen RTD, og ved hjelp av denne bestemmes forekomsttidspunktet for den reelle tidsforskjellen RTD.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den reelle tidsforskjellen RTD måles regelmessig.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at når terminalen (114 til 116) lokaliseres, benyttes den reelle tidsforskjell RTD for de basestasjoner (100 til 104) som har nær-mestliggende forekomsttidspunkt.

12. Radiosystem som omfatter minst to basestasjoner (100 til 104) og en terminal (114,116), en tidsforskjell-enhet (106 til 110) innrettet for å måle en observert tidsforskjell OTD for basestasjonen (100 til 104), og et tidsforskjell-senter (112) som tidsforskjell-enheten (106 til 110) er innrettet for å sende sin måleinformasjon til, og hvilket radiosystem har informasjon tilgjengelig om geometriske tidsforskjeller GTD for basestasjonene (100 til 104), karakterisert ved at en tidsforskjell-enhet (106-110) er innrettet til å måle den observerte tidsforskjell OTD og til å sende informasjon om den observerte tidsforskjell OTD til et tidsforskjell-senter (112) som er innrettet til å danne en reell tidsforskjell RTD av sendingene til basestasjonene (100 til 104) som en funksjon av tid ved å tidsstemple den dannede reelle tidsforskjell RTD til basestasjonene (100 til 104) med tidspunktet til forekomsten.

13. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at det omfatter et lokaliseringssystem for terminalen (114,116), og lokaliseringssystemet er innrettet for å utnytte basestasjonenes (100 til 104) reelle tidsforskjell RTD på en slik måte at terminalen (114,116) er innrettet for å måle basestasjonenes (100 til 104) observerte tidsforskjell OTD, og lokaliseringssystemet er innrettet for å subtrahere den reelle tidsforskjell RTD fra den observerte tidsforskjell OTD for å danne terminalens (114,116) geometriske tidsforskjell GTD og bestemme terminalens (114,116) lokasjon.

14. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at tidsforskjell-enheten (106 til 110) omfatter en klokke (120) som tidsforskjell-enheten (106 til 110) er innrettet for å måle den reelle tidsforskjellen RTD med.

15. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at tidsforskjell-senteret (112) er innrettet for å in-terpolere og ekstrapolere, ved hjelp av de målte, reelle tidsforskjellene RTD, forlø-pet av basestasjonenes (100 til 104) reelle tidsforskjell RTD på andre tidspunkter enn forekomsttidspunktet.

16. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at radiosystemet er innrettet for å benytte rammenummere, og ved hjelp av disse er tidsforskjell-enheten (106 til 110) innrettet for å tidsstemple målingen av den reelle tidsforskjellen RTD.

17. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at det er innrettet for å sende tidsinformasjon på en styringskanal, og tidsforskjell-enheten (106 til 110) er innrettet for å tidsstemple målingen av den reelle tidsforskjellen RTD ved hjelp av tidsinformasjonen.

18. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at tidsforskjell-senteret (112) er innrettet for å måle den reelle tidsforskjellen RTD regelmessig.

19. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at tidsforskjell-senteret (112) er innrettet for å filt-rere og midle de målte, reelle tidsforskjellene RTD i et forhåndsbestemt tidsvindu.

20. Radiosystem ifølge krav 12, karakterisert ved at tidsforskjell-senteret (112) er innrettet for å måle basestasjonens (100 til 104) reelle tidsforskjell RTD i samsvar med den hastighet som den reelle tidsforskjellens RTD gjennomsnittsverdi forandrer seg med.

21. Radiosystem ifølge krav 13, karakterisert ved at radiosystemet er et GSM-radiosystem som det sendes korte meldinger i, og tidsforskjell-senteret (112) er innrettet for å sende en kort melding som omfatter den målte, reelle tidsforskjellen RTD, måletidspunktet tilknyttet tidsforskjellen, og/eller terminalens (114,116) lokasjon.

22. Radiosystem ifølge krav 13, karakterisert ved at lokaliseringssystemet for terminalen (114,116) er innrettet for å benytte den reelle tidsforskjell for den basestasjon (100 til 104) som er nærmest i tid.