NO327060B1

NO327060B1 - Procedure for positioning mobile stations

Info

Publication number: NO327060B1
Application number: NO20043183A
Authority: NO
Inventors: Magnus Sommer
Original assignee: Telia Ab
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2009-04-14
Also published as: NO20043183L; SE0200548D0; SE0200548L; WO2003071303A1; EP1481259A1; SE524493C2; AU2003206549A1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for bestemmelse av posisjonen til en mobilstasjon i et mobilkommunikasjonsnettverk. The present invention relates to a method for determining the position of a mobile station in a mobile communication network.

Antallet lokasjonsbaserte tjenester fortsetter å utvides. Slike tjenester er basert på den GSM standardiserte Cell Identity med Timing Advance teknikker, som gir posisjonsnøyaktighet som er avhengig av blant annet cellestørrelse, som kan være svært stor. Noen posisjoneringstjenester, så som nødoppringninger, krever høy nøyaktighet. Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frembringe fremgangsmåte for forbedret nøyaktighet. The number of location-based services continues to expand. Such services are based on the GSM standardized Cell Identity with Timing Advance techniques, which provides positional accuracy that is dependent on, among other things, cell size, which can be very large. Some positioning services, such as emergency calls, require high accuracy. The purpose of the present invention is to produce a method for improved accuracy.

Antallet abonnenter til andregenerasjonssystemer som benytter digital over-føringsteknologi øker jevnt. Dette er avhengig av akseptable mobiltelefonpriser, som gjør det mulig for nærmest alle i den vestlige verdenen å kjøpe en telefon. Andre grunner for økning er akseptable priser for oppringninger. Denne trenden er forventet å fortsette i fremtiden. The number of subscribers to second-generation systems that use digital transmission technology is steadily increasing. This depends on acceptable mobile phone prices, which make it possible for almost everyone in the Western world to buy a phone. Other reasons for the increase are acceptable prices for calls. This trend is expected to continue in the future.

Med lokalisering av en mobiltelefon mener vi geografisk posisjon til mobilen. Mobilposisjonering i cellulære nettverk frembringer flere tjenester så som innfor-masjonstjenester, sporingstjenester og posisjonering av nødoppringninger og stjålne mobiler. By localization of a mobile phone we mean the geographical position of the mobile phone. Mobile positioning in cellular networks produces several services such as information services, tracking services and positioning of emergency calls and stolen mobiles.

Nåværende tjenester er basert på den kjente Cell Identity og Timing Advance metoden (Cell Id + TA), se under for detaljert beskrivelse. Ulempene med denne metoden er at nøyaktigheten er direkte avhengig av celleradius, som kan være svært stor, spesielt i øde områder. Current services are based on the well-known Cell Identity and Timing Advance method (Cell Id + TA), see below for a detailed description. The disadvantages of this method are that the accuracy is directly dependent on the cell radius, which can be very large, especially in desolate areas.

US patent nr. 5.732.354 (McDonald, A. O.) omtaler en fremgangsmåte og appa-rat for å bestemme lokalisering til en mobiltelefon, hvor en mobillokaliserings-modul mottar en liste av signalstyrker mottatt av mobiltelefonen fra celleområde-antenner. Avstanden mellom mobiltelefonen og celleområdeantennene beregnes ved bruk av en feilkomponentreduseringsteknikk og en faktor som representerer en spredningsveisløyfe. De reduserte feilavstander benyttes til å geometrisk bestemme et estimat på lokaliseringsområdet innenfor deknings-området til et mobiltelefonsystem. US patent no. 5,732,354 (McDonald, A.O.) describes a method and apparatus for determining the location of a mobile phone, where a mobile location module receives a list of signal strengths received by the mobile phone from cell area antennas. The distance between the mobile phone and the cell area antennas is calculated using an error component reduction technique and a factor representing a propagation path loop. The reduced error distances are used to geometrically determine an estimate of the localization area within the coverage area of a mobile phone system.

FR 2794313 (Lefebvre, B) omtaler et geografisk posisjoneringssystem for mobiltelefoner innbefattende målinger av transmisjonseffektnivåer i nåværende og tilstøtende celler og bruk av koordinater til nåværende og tilstøtende celler. De to cellene med den høyeste effekten velges og koordinatene til deres basestasjon frembringes for beregning av posisjonen til mobiltelefonen. FR 2794313 (Lefebvre, B) discloses a geographic positioning system for mobile telephones including measurements of transmission power levels in current and adjacent cells and use of coordinates of current and adjacent cells. The two cells with the highest power are selected and the coordinates of their base station are produced for calculating the position of the mobile phone.

I CN 1284830 (Zhu Xiaodong) er det omtalt en fremgangsmåte for selvposi-sjonering av en mobilterminal. Basestasjonene sender en basestasjonskode, breddegrad og lengdegrad og tilsvarende bærer ustrålingseffekt til den aktuelle og tilstøtende basestasjoner. Ekvivalent utstrålingseffekt beregnes ved å ta hensyn til antenneforsterkning og tap til synthesizer og mater. Mobilterminalen beregner avstander til basestasjonene og bestemmer sin posisjon i samsvar med mottatt data og målt effekt og basert på kanaltransmisjonsmodell. In CN 1284830 (Zhu Xiaodong) a method for self-positioning of a mobile terminal is discussed. The base stations send a base station code, latitude and longitude and correspondingly carry radiation effect to the relevant and adjacent base stations. Equivalent radiated power is calculated by taking antenna gain and loss to synthesizer and feeder into account. The mobile terminal calculates distances to the base stations and determines its position in accordance with the received data and measured power and based on the channel transmission model.

I CN 1255816 (Zhu Xiaodong) er en tilsvarende fremgangsmåte som i CN 1284830 omtalt. In CN 1255816 (Zhu Xiaodong) a similar method to that in CN 1284830 is discussed.

Videre skal WO 01/24559 A1 trekkes frem og som omhandler en metode for å bestemme lokasjon av en mobiltelefon, WO 01/05184 A1 som viser selektering av lokasjonsbestemmelsesenheter for å bestemme posisjonen av en mobilkommunikasjonsstasjon, og US 6,263,208 B1 som omhandler geolokasjonsestimeringsmetode for CDMA utstyr basert på målinger av pilotsignalstyrke. Furthermore, WO 01/24559 A1 should be highlighted and which deals with a method for determining the location of a mobile phone, WO 01/05184 A1 which shows the selection of location determination units to determine the position of a mobile communication station, and US 6,263,208 B1 which deals with geolocation estimation method for CDMA equipment based on pilot signal strength measurements.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en fremgangsmåte med forbedret posisjoneringsnøyaktighet. Dette på grunn av at noen tjenester krever høyere nøyaktighet enn de vanlig benyttete Cell Id + TA teknikker. Et eksempel på slike tjenester er nød oppringninger. The purpose of the present invention is to produce a method with improved positioning accuracy. This is because some services require higher accuracy than the commonly used Cell Id + TA techniques. An example of such services is emergency calls.

Oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en mobilstasjon basert på signalstyrkemålinger. Signalstyrkemålingene utføres sammenhengende i et GSM system som et middel for å lette overieverings-prosedyre mellom ulike basestasjoner. To ganger hvert sekund (fremdeles i GSM tilfellet) lager mobilstasjonen en målerapport, inneholdende målte signalstyrker for signaler som kommer fra basestasjonene i de cellene listet i en nabo-celleliste. Disse rapportene blir etterfølgende sendt til basestasjonskontrolleren (BSC), som er ansvarlig for overleveringsprosedyren. Dette betyr at måle-verdiene er tilgjengelige både inni mobilstasjonen og i nettverket. The invention includes a method for determining the position of a mobile station based on signal strength measurements. The signal strength measurements are carried out continuously in a GSM system as a means of facilitating the handover procedure between different base stations. Twice every second (still in the GSM case) the mobile station creates a measurement report, containing measured signal strengths for signals coming from the base stations in the cells listed in a neighboring cell list. These reports are subsequently sent to the base station controller (BSC), which is responsible for the handover procedure. This means that the measurement values are available both inside the mobile station and in the network.

I en utførelse av foreliggende oppfinnelse blir de målte signalstyrker Sj benyttet til å bestemme koblingstap U ved å ta hensyn til uteffekt fra nabobasestasjoner Pi, som Lj = Pj - Si, hvor indeksbetegnelsen i angir de ulike basestasjonene. Posisjonen til hver basestasjon er kjent, og kan uttrykkes i koordinater. Vi angir her disse koordinatene In an embodiment of the present invention, the measured signal strengths Sj are used to determine connection loss U by taking into account the output from neighboring base stations Pi, as Lj = Pj - Si, where the index designation i indicates the various base stations. The position of each base station is known, and can be expressed in coordinates. We indicate these coordinates here

Den beregnete posisjonen til mobilstasjonen r blir nå beregnet ved bruk av belastningsformelen The calculated position of the mobile station r is now calculated using the load formula

hvor A og B er algoritmeparametre. where A and B are algorithm parameters.

Denne fremgangsmåten har liten kompleksitet for beregning og lite krav til informasjonslagring. This method has little complexity for calculation and little requirement for information storage.

I en annen utførelse av oppfinnelsen, spesielt utviklet for å ta hensyn til tilfellet når der er mangel på informasjon, blir uteffekt r beregnet ved bruk av en modifisert formel: In another embodiment of the invention, specifically developed to take into account the case when there is a lack of information, output power r is calculated using a modified formula:

hvor A<1> er et annet algoritme parameter. where A<1> is another algorithm parameter.

Ulike trekk, aspekter og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil bli bedre for-stått med henvisning til den følgende beskrivelse, vedlagte krav og vedlagte tegninger, hvor Various features, aspects and advantages of the present invention will be better understood with reference to the following description, attached claims and attached drawings, where

Fig. 1 viser en oversikt over tilknytning mellom områdene i GSM, Fig. 1 shows an overview of connections between the areas in GSM,

Fig. 2 viser GSM struktur, Fig. 2 shows the GSM structure,

Fig. 3 viser logiske kanaler, Fig. 3 shows logical channels,

Fig. 4 viser kontrollkanalhierarki, Fig. 4 shows control channel hierarchy,

Fig. 5 viser trafikkanaler, Fig. 5 shows traffic channels,

Fig. 6 viser ulike spredningsfenomen, Fig. 6 shows various scattering phenomena,

Fig. 7 viser signalstyrke som avtar eksponentielt med avstanden fra basestasjonen, Fig. 8 viser MS posisjon med CGI metode for både omni og sektorcelle, Fig. 7 shows signal strength which decreases exponentially with the distance from the base station, Fig. 8 shows MS position with the CGI method for both omni and sector cell,

Fig. 9 viser TA verdier, Fig. 9 shows TA values,

Fig. 10 viser MS sin mulige posisjon med CGI og TA for både omni og sektorceller, Fig. 10 shows the MS's possible position with CGI and TA for both omni and sector cells,

Fig. 11 viser MPS struktur, Fig. 11 shows the MPS structure,

Fig. 12 viser triangulering av signalnivå, Fig. 12 shows triangulation of signal level,

Fig. 13 viser sirkelposisjonering, Fig. 13 shows circular positioning,

Fig. 14 viser kombinasjon av styrke og Cell Id med TA, og Fig. 14 shows the combination of strength and Cell Id with TA, and

Fig. 15 viser en MS posisjonsestimeringsenhet i samsvar med én utførelse av oppfinnelsen. Fig. 15 shows an MS position estimation unit in accordance with one embodiment of the invention.

Forkortelser Abbreviations

AGCH Access Grant Channel AGCH Access Grant Channel

A-GPS Assitsted GPS A-GPS Assisted GPS

AOA Angle Of Arrival AOA Angle Of Arrival

AUC Authentication Centre AUC Authentication Centre

BCCH Broadcast Control Channel BCCH Broadcast Control Channel

BCH Broadcast Channel BCH Broadcast Channel

BSC Base Station Controller BSC Base Station Controller

BSS Base Station System BSS Base Station System

BTS Base Transceiver Station BTS Base Transceiver Station

CCCH Common Control Channel CCCH Common Control Channel

CGI Cell Global Identity CGI Cell Global Identity

DCCH Dedicated Control Channels DCCH Dedicated Control Channels

DCS Digital Communication System DCS Digital Communication System

EIR Equipment Identity Register EIR Equipment Identity Register

E-OTD Enhanced-Observed Time Differenc FACCH Fast Associated Control Channel E-OTD Enhanced-Observed Time Differenc FACCH Fast Associated Control Channel

FCCH Frequency Correction Channel FCCH Frequency Correction Channel

FDMA Frequency Division Multiple Access GMSK Gaussian Minimum Shift Keying FDMA Frequency Division Multiple Access GMSK Gaussian Minimum Shift Keying

GPS Global Positioning System GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile Communication HLR Home Location Register GSM Global System for Mobile Communication CPR Home Location Register

LA Location Area LA Location Area

LAI Location Area Identity LAI Location Area Identity

LOS LineOfSight LOS LineOfSight

MPC Mobile Positioning Centre MPC Mobile Positioning Centre

MPS Mobile Positioning System MPS Mobile Positioning System

MS Mobile Station MS Mobile Station

MSC Mobile Services Switching Centre MSC Mobile Services Switching Centre

NLOS None Line Of Sight NLOS None Line Of Sight

OMC Operations and Maintenance Centre PCH Paging Channel OMC Operations and Maintenance Center PCH Paging Channel

PLMN Public Land Mobile Network PLMN Public Land Mobile Network

RACH Random Access Channel RACH Random Access Channel

SACCH Slow Associated Channel SACCH Slow Associated Channel

SCH Synchronization Channel SCH Synchronization Channel

SDCCH Stand Alone Dedicated Control Channel SIM Subscriber Identity Module SDCCH Stand Alone Dedicated Control Channel SIM Subscriber Identity Module

SMS Short Message Service SMS Short Message Service

SS Switching System SS Switching System

TA Timing Advance TA Timing Advance

TCH Traffic Channels TCH Traffic Channels

TDMA Time Division Multiple Access TDMA Time Division Multiple Access

TOA Time Of Arrival of the signal TOA Time Of Arrival of the signal

UMTS Universal Mobile Telecommunication System VLR Visitor Location Register UMTS Universal Mobile Telecommunication System VLR Visitor Location Register

CDF Cumulative Distribution Function CDF Cumulative Distribution Function

Der er et utall posisjonsmetoder, som er standardisert i GSM 1. Disse er Cell Global Identity + Timing Advance (CGI + TA), Enhanced-Observed Time Difference (E-OTD), Assisted GPS (A-GPS) og Time Of Arrival of the signal There are countless positioning methods, which are standardized in GSM 1. These are Cell Global Identity + Timing Advance (CGI + TA), Enhanced-Observed Time Difference (E-OTD), Assisted GPS (A-GPS) and Time Of Arrival of the signal

(TOA). Flere ulike metoder er mulig å benytte for å estimere posisjonen til en mobilstasjon uavhengig av det trådløse systemet (for eksempel UMTS, GSM og IS-95) som er benyttet. Basis metodene måler Angle Of Arrival (AOA), TOA til signalet og sig na I styrken. (TOA). Several different methods can be used to estimate the position of a mobile station regardless of the wireless system (for example UMTS, GSM and IS-95) that is used. The basic methods measure the Angle Of Arrival (AOA), TOA of the signal and signal strength.

E-OTD og A-GPS metodene har en nøyaktighet på omtrent 50-150 meter og 3-150 meter respektiv. En ulempe er at de er svært kostbare å implementere, som gjør det fordelaktig å undersøke posisjoneringsteknikker for signalstyrke. The E-OTD and A-GPS methods have an accuracy of approximately 50-150 meters and 3-150 meters respectively. A disadvantage is that they are very expensive to implement, which makes it advantageous to investigate positioning techniques for signal strength.

Global System for Mobile Communication (GSM) Global System for Mobile Communication (GSM)

Der er to eksisterende trådløse lokaliseringssystemer, GPS og posisjonering i GSM nettverket. Dette avsnittet gir en kort beskrivelse av GSM nettverket. GPS systemet er utelatt. There are two existing wireless localization systems, GPS and positioning in the GSM network. This section gives a brief description of the GSM network. The GPS system is omitted.

GSM, Global System for Mobile Communications, ble utviklet som Europeisk digital mobiltelefon stand ard. Det ble først tatt i bruk i 1992 og det ble en av de hurtigst voksende og mest etterspurte telekommunikasjonsapplikasjoner noensinne. I 900 MHz båndet (GSM 900) er der tjenester som drives i minst 140 land over alle kontinenter. GSM har senere også blitt tilgjengelig i 1800 MHz i Europa, Australia og Asia; denne standarden er referert til som Digital Communications System (DCS 1800) eller GSM 1800. USA benytter GSM 1900. GSM, Global System for Mobile Communications, was developed as the European digital mobile phone standard. It was first adopted in 1992 and it became one of the fastest growing and most demanded telecommunications applications ever. In the 900 MHz band (GSM 900) there are services that are operated in at least 140 countries on all continents. GSM has later also become available in 1800 MHz in Europe, Australia and Asia; this standard is referred to as Digital Communications System (DCS 1800) or GSM 1800. The USA uses GSM 1900.

GSM skiller seg fra de trådløse systemene fra første generasjon i at den benytter digital teknologi, smalbånd tidsdelt multiple aksessoverføringsmetoder (TDMA) og avanserte overleveringsalgoritmer mellom radioceller i nettverket. Disse tillater betydelig bedre frekvensbruk enn analoge cellulære systemer og øker antallet abonnenter som kan betjenes. GSM differs from the wireless systems from the first generation in that it uses digital technology, narrowband time-division multiple access transmission methods (TDMA) and advanced handover algorithms between radio cells in the network. These allow significantly better frequency use than analogue cellular systems and increase the number of subscribers that can be served.

GSM struktur GSM structure

GSM nettverket trenger en bestemt struktur for å route innkommende oppringninger til den korrekte sentralen og til den oppringte abonnenten. Nettverket er oppdelt i flere områder. Hver operatør har hver "PLMN Service Area" (Public Land Mobile Network). Dette området har et antall ulike "MSC Service Area" The GSM network needs a specific structure to route incoming calls to the correct exchange and to the called subscriber. The network is divided into several areas. Each operator has each "PLMN Service Area" (Public Land Mobile Network). This area has a number of different "MSC Service Areas"

(Mobile Services Switching Centre). Et MSC Service Area representerer den geografiske delen til nettverket som er dekket av en MSC. Hver MSC Service Area er oppdelt i flere lokaliseringsområder, som således kan ha en mengde (Mobile Services Switching Centre). An MSC Service Area represents the geographical part of the network that is covered by an MSC. Each MSC Service Area is divided into several location areas, which can thus have a quantity

celler. En celle er et radiodekningsområde til en BTS. Nettverket identifiserer cellen ved Cell Global Identity (CGI). cells. A cell is a radio coverage area of a BTS. The network identifies the cell by the Cell Global Identity (CGI).

GSM nettverkene er svært komplekse kommunikasjonssystemer; for således å forstå posisjonering i GSM er det nødvendig og først se på systemstrukturen. GSM er hovedsakelig delt opp i svitsjesystemet (SS) og basestasjonssystemet (BSS). Hver av disse inneholder en mengde funksjonsenheter, som er implementert i ulikt utstyr (hardware). GSM networks are very complex communication systems; thus, in order to understand positioning in GSM, it is necessary to first look at the system structure. GSM is mainly divided into the switching system (SS) and the base station system (BSS). Each of these contains a number of functional units, which are implemented in different equipment (hardware).

SS omfatter de følgende enheter: SS includes the following units:

MSC Mobile Services Switching Centre MSC Mobile Services Switching Centre

MSC kontrollerer oppkall til og fra andre telefon og datakommunikasjons-systemer. MSC controls calls to and from other telephone and data communication systems.

En MSC betjener et antall basestasjonskontrollere. An MSC serves a number of base station controllers.

VLR Visitor Location Register VLR Visitor Location Register

VLR er en database inneholdende relevant informasjon om alle mobiler som for tiden er lokalisert i et tjenesteområde MSC. Dersom en mobil går over i et nytt MSC område, vil VLR koblet til den MSC forespørre data om mobilen fra HLR. Således vil et HLR være informert om hvilke MSC område mobilen er i. VLR is a database containing relevant information about all mobiles that are currently located in an MSC service area. If a mobile moves into a new MSC area, the VLR connected to the MSC will request data about the mobile from HLR. Thus, a CPR will be informed of which MSC area the mobile is in.

HLR Home Location Register CPR Home Location Register

HLR er en av de mest viktige databaser; den inneholder abonnentinformasjon så som tilleggstjenester og autentiseringsparametere. HLR inneholder også informasjon om lokaliseringen til en mobil, dvs. hvilket MSC område mobilen er i. CPR is one of the most important databases; it contains subscriber information such as additional services and authentication parameters. CPR also contains information about the location of a mobile, i.e. which MSC area the mobile is in.

AUC Authentication Centre AUC Authentication Centre

AUC frembringer HLR med ulike sett av parametere for å komplettere autentiseringen av en mobilstasjon. AUC er relatert til HLR. AUC generates CPR with different sets of parameters to complete the authentication of a mobile station. AUC is related to CPR.

EIR Equipment Identity Register EIR Equipment Identity Register

EIR er en opsjon som er opp til nettverksoperatøren å benytte. Den inkluderer alle serienumre til bestemt mobilutstyr; Dette motvirker at en stjålet eller ikke-type godkjent mobil blir benyttet. EIR is an option that is up to the network operator to use. It includes all serial numbers of certain mobile equipment; This prevents a stolen or non-type approved mobile being used.

BSS inkluderer de følgende enheter: BSS includes the following units:

BTS Base Transceiver Station BTS Base Transceiver Station

BTS er mobilens grensesnitt til nettverket. En BTS er vanligvis lokalisert i senteret til en celle. The BTS is the mobile's interface to the network. A BTS is usually located in the center of a cell.

BSC Base Station Controller BSC Base Station Controller

BSC overvåker og kontrollerer flere BTS; den kontrollerer slike funksjoner som overlevering og effektkontroll. The BSC monitors and controls multiple BTS; it controls such functions as handover and power control.

MS Mobile Station MS Mobile Station

Der er en mengde ulike MS; kjøretøyinstallerte eller håndholdte. MS har to ulike deler, det fysiske utstyret og abonnementet (Subscriber Identity Module SIM). SIM er et smartkort med en data og minnechip som er installert i et plastkort. Uten SIM kan ikke MS oppnås aksess til GSM nettverket, unntatt for nødopp-ringninger. Kun Sim kortene inneholder identitet og personalisert informasjon. There are a number of different MS; vehicle-mounted or hand-held. MS has two different parts, the physical equipment and the subscription (Subscriber Identity Module SIM). SIM is a smart card with a data and memory chip installed in a plastic card. Without a SIM, the MS cannot gain access to the GSM network, except for emergency calls. Only the Sim cards contain identity and personalized information.

OMC Operations and Maintenance Centre OMC Operations and Maintenance Centre

CMC er koblet til alt utstyret i SS og til BSS. Den håndterer feilmeldinger som kommer fra GSM nettverk og kontrollerer trafikklasten til BSC og BTS. The CMC is connected to all the equipment in the SS and to the BSS. It handles error messages coming from the GSM network and controls the traffic load to the BSC and BTS.

Frekvenser Frequencies

I GSM sender mobilstasjonen og BTS på ulike frekvensbånd. GSM 900 benytter to 25 MHz blokker og DCS 1800 benytter to 75 MHz av radiofrekvensspektrum. De to blokkene er kalt opplink (signaloverføring fra mobilstasjonen til basestasjonen) og nedlink (signaloverføring fra basestasjonen til mobilstasjonen). Mobilstasjonen sender i 890 til 915 og 1710 til 1758 MHz, og basestasjonen i 935 til 960 og 1805 til 1880 MHz. Hver operatør får en bestemt del av frekvens-spektrumet, som er oppdelt i flere frekvenskanaler. Dette er kalt Frequency Division Multiple Access (FDMA). FDMA frekvenskanaler blir deretter oppdelt i åtte TDMA luker. En tidsluke til en TDMA ramme på en bærer er kalt en fysisk kanal. Mobilstasjonen sender og mottar i den samme tidsluken. Dette betyr at åtte abonnenter (oppringninger) kan utføres på den samme bæreren. In GSM, the mobile station and BTS transmit on different frequency bands. GSM 900 uses two 25 MHz blocks and DCS 1800 uses two 75 MHz of radio frequency spectrum. The two blocks are called uplink (signal transmission from the mobile station to the base station) and downlink (signal transmission from the base station to the mobile station). The mobile station transmits in 890 to 915 and 1710 to 1758 MHz, and the base station in 935 to 960 and 1805 to 1880 MHz. Each operator gets a certain part of the frequency spectrum, which is divided into several frequency channels. This is called Frequency Division Multiple Access (FDMA). FDMA frequency channels are then divided into eight TDMA slots. A time slot of a TDMA frame on a carrier is called a physical channel. The mobile station transmits and receives in the same time slot. This means that eight subscribers (calls) can be made on the same carrier.

For å være i stand til å sende den digitale, trådløse informasjonen, må deretter informasjonen moduleres på en analog bærerbølge først. Den valgte modul-eringsmetoden for GSM er kalt GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). In order to be able to transmit the digital wireless information, the information must then be modulated onto an analogue carrier wave first. The chosen modulation method for GSM is called GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

GSM er et svært komplekst kommunikasjonssystem, som må overføre en stor variasjon av informasjon mellom mobilstasjonen og BTS. Avhengig av type informasjon som skal overføres, blir det ofte henvist til ulike logiske kanaler, dvs. ulike typer av informasjon sendes på fysiske kanaler i en bestemt orden. Disse logiske kanalene er forbundet med fysiske kanaler. Der er to grupper av logiske kanaler; kontrollkanaler og trafikkanaler. GSM is a very complex communication system, which has to transfer a large variety of information between the mobile station and the BTS. Depending on the type of information to be transmitted, it is often referred to different logical channels, i.e. different types of information are sent on physical channels in a specific order. These logical channels are connected to physical channels. There are two groups of logical channels; control channels and traffic channels.

Kontrollkanalene The control channels

Søk etter en BTS å kommunisere med er den første tingen er MS gjør etter å ha blitt slått på. Dette kan utføres ved å skanne hele frekvensbåndet, eller anvende en liste, som omfatter allokerte BCCH bærere for operatøren. Der er en mengde kontrollkanaler, som benyttes fra tiden MS slås på inntil endring av BTS under en oppringning utføres. Avhengig av deres oppgaver er der fire ulike klasser av kontrollkanaler. Disse kontrollkanalene er arrangert nedenfor i kronologisk orden. Search for a BTS to communicate with is the first thing the MS does after being turned on. This can be done by scanning the entire frequency band, or using a list, which includes allocated BCCH carriers for the operator. There are a number of control channels, which are used from the time the MS is switched on until the change of BTS during a call is carried out. Depending on their tasks, there are four different classes of control channels. These control channels are arranged below in chronological order.

Broadcast channels. BCH Broadcast channels. BCH

FCCH Frequency Correction Channel FCCH Frequency Correction Channel

Et sinusbølgesignal sendes på FCCH. Dette har to formål; å sikre at dette er BCCH bæreren og for å muliggjøre MS og synkronisere til frekvensen. A sine wave signal is sent on FCCH. This has two purposes; to ensure that this is the BCCH carrier and to enable the MS to synchronize to the frequency.

SCH Synchronization channel SCH Synchronization channel

Denne kanalen benyttes for å sikre at den valgte BTS er en GSM-BTS. MS mottar basestasjonsidentitetskode BSIC og også informasjon om TDMA ramme-nummer i denne cellen. This channel is used to ensure that the selected BTS is a GSM-BTS. The MS receives the base station identity code BSIC and also information about the TDMA frame number in this cell.

BCCH Broadcast Control Channel BCCH Broadcast Control Channel

Den siste informasjonen MS må motta er generell informasjon vedrørende cellen. Dette utføres på BCCH. Den inneholder lokasjonsområdeidentitet LAI, maksimal uteffekt og BCCH bærere for naboceller. The last information the MS must receive is general information regarding the cell. This is performed on the BCCH. It contains location area identity LAI, maximum output power and BCCH carriers for neighboring cells.

Common Control Channels. CCCH Common Control Channels. CCCH

PCH Paging Channel PCH Paging Channel

MS vil lytte til PCH innen bestemt tid for å se om nettverket ønsker å komme i kontakt med MS. Dette er for å sjekke om der er en innkommende oppringning eller en tekstmelding, SMS. The MS will listen to the PCH within a certain time to see if the network wants to contact the MS. This is to check whether there is an incoming call or a text message, SMS.

RACH Random Access Channel RACH Random Access Channel

Dersom PCH har blitt oppkalt, deretter svarer MS på RACH. RACH kan også benyttes når MS ønsker å komme i kontakt med nettverket. If the PCH has been called, then the MS responds on the RACH. RACH can also be used when the MS wants to make contact with the network.

AGCH Access Grant Channel AGCH Access Grant Channel

Nettverket benytter AGCH til å tildele SDCCH (se under) til MS. The network uses the AGCH to assign the SDCCH (see below) to the MS.

Dedicated Control Channels. DCCH Dedicated Control Channels. DCCH

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel

Denne kanalen benyttes med hensyn til oppsett av en oppringning eller sending av SMS. This channel is used with regard to setting up a call or sending an SMS.

SACCH Slow Associated Control Channel SACCH Slow Associated Control Channel

Innen bestemte tidsintervaller sender BTS informasjon om sendeeffekt og timing advance som MS skal benytte. MS sender målinger vedrørende mottatt signalstyrke og kvalitet på egen og nabobasestasjoner. Denne informasjonen sendes på SACCH. Within certain time intervals, the BTS sends information about transmission power and timing advance that the MS must use. The MS sends measurements regarding received signal strength and quality at its own and neighboring base stations. This information is sent on the SACCH.

FACCH Fast Associated Control Channel FACCH Fast Associated Control Channel

Når en overlevering mellom BTSer må utføres blir FACCH benyttet. FACCH stjeler et 20 ms segment av tale til sentralsignaleringsinformasjon. When a handover between BTSs must be carried out, the FACCH is used. FACCH steals a 20ms segment of speech to central signaling information.

Traffic Channels. TCH Traffic Channels. TCH

Der er to typer trafikkanaler; fullrate og halvrate som kan sees i fig. 5. Fullrate og halvrate er to ulike metoder for talekoding. Fullrate er den vanlige. En fullrate TCH opptar en fysisk kanal, mens to halvrate TCH kan dele en fysisk kanal. There are two types of traffic channels; full rate and half rate which can be seen in fig. 5. Full rate and half rate are two different methods of speech coding. Full rate is the usual one. One full-rate TCH occupies one physical channel, while two half-rate TCHs can share one physical channel.

Spredningsmodeller Diffusion models

Radiosignalene dempes på deres vei mellom sende- og mottakerantennene. Tapet signalstyrken utsettes for kalles veitap, henvist Lpath- Det er avhengig av blant annet avstand mellom basestasjonen og mobilstasjonen som beregnes ved bruk av veitapsmodeller. Avstanden vil deretter bli benyttet til å utlede posisjonen til mobilstasjonen. The radio signals are attenuated on their way between the transmitting and receiving antennas. The loss the signal strength is exposed to is called path loss, referred to as Lpath - It depends, among other things, on the distance between the base station and the mobile station, which is calculated using path loss models. The distance will then be used to derive the position of the mobile station.

Den mottatte effekten Pr fra basestasjonen kan benyttes til å beregne veitapet mellom basestasjonen og mobilstasjonen dersom vi vet uteffekten Pt, mottakerantenneforsterkning Gr og senderantenneforsterkning Gt. Uteffekten kan uttrykkes som The received power Pr from the base station can be used to calculate the path loss between the base station and the mobile station if we know the output power Pt, receiver antenna gain Gr and transmitter antenna gain Gt. The output can be expressed as

eller uttrykt i dB som gir veitapet or expressed in dB which gives the path loss

Der er en mengde bølgespredningsmodeller som kan benyttes for å beregne veitapet. Den enkleste en er friområdespredning. Denne modellen er basert på direktebølge mellom basestasjonen BS og mobilstasjonen MS (som kan sees fra figur 6). Dette betyr at spredningen er på siktlinjen (LOS) veien mellom trans-mitter og mottaker. There are a number of wave propagation models that can be used to calculate the path loss. The simplest one is free range propagation. This model is based on direct wave between the base station BS and the mobile station MS (as can be seen from figure 6). This means that the spread is on the line of sight (LOS) path between transmitter and receiver.

Problemet er at radiobølgen påvirkes av jorden, ulike hindringer på jorden, endring i vær og ulike former for menneskeskapte strukturer. Disse fenomenene forårsaker ikke-siktlinje (NLOS) og påvirker radiobølgespredningen med: refleksjon, penetrering, diffraksjon og oppdeling (se fig. 6). Alle disse ulike bølgene mottatt ved mobilstasjonen resulterer i en flerveis fading, også kalt fastfading. Det er med andre ord de menneskeskapte strukturer som hus og bygninger eller naturlige hindringer så som skog som omgir mobilen som forårsaker fastfading. The problem is that the radio wave is affected by the earth, various obstacles on the earth, changes in weather and various forms of man-made structures. These phenomena cause non-line-of-sight (NLOS) and affect radio wave propagation by: reflection, penetration, diffraction and splitting (see Fig. 6). All these different waves received by the mobile station result in a multi-way fading, also called fixed fading. In other words, it is the man-made structures such as houses and buildings or natural obstacles such as forests that surround the mobile phone that cause freezing.

Tenrengsammensetning og det menneskeskapte miljøet som er lokalisert mellom mottakeren og transmitteren forårsaker skyggefading. Terreng-sammensetning kan være fjellområde, kupert terreng, åpent område eller flatt terreng. Terrain composition and the man-made environment located between the receiver and the transmitter cause shadow fading. Terrain composition can be mountainous area, hilly terrain, open area or flat terrain.

Der er med andre ord tre faktorer som påvirker signalstyrke; veitap, skyggefading og fastfading (se fig. 7). In other words, there are three factors that affect signal strength; path loss, shadow fading and solid fading (see fig. 7).

Spredningstapsmodellen er vanligvis en sum av veitapmodellen Lj og skygge-fadingtap Z,. Fastfading er blitt tatt hånd om av mobilstasjonen. Det påvirker ikke spredningsmodellen. The propagation loss model is usually a sum of the path loss model Lj and shadow-fading loss Z,. Fast fading has been taken care of by the mobile station. It does not affect the dispersion model.

Disse mekanismene må beskrives ved tilnærminger i den praktiske forutsigelsen av spredningen i ulike miljøer. These mechanisms must be described by approaches in the practical prediction of the spread in different environments.

Skyggefadingstap kan være en tilfeldig variabel som følger en bestemt distri-busjon med et standardavvik på o. Det er vanligvis ikke mulig å kjenne det eksakte standardavviket og distribusjonen til miljøet. Shadow fading loss can be a random variable that follows a particular distribution with a standard deviation of o. It is usually not possible to know the exact standard deviation and distribution of the environment.

Hata modell, Cost 231-Hata modell og Cost 231 Walfisch-lkegami modell er tre ulike og mer kompliserte veitapsmodeller som kan benyttes i GSM nettverk. Disse modellene har ulike fordeler og ulemper avhengig av miljøet som de skal benyttes i. Veitapet kan vanligvis uttrykkes som Hata model, Cost 231-Hata model and Cost 231 Walfisch-lkegami model are three different and more complicated path loss models that can be used in GSM networks. These models have different advantages and disadvantages depending on the environment in which they are to be used. The road loss can usually be expressed as

hvor Ki og K2 er modellparametere som er avhengig av frekvens, mobilstasjon og basestasjon sine antennehøyder. Disse parametrene varierer for ulike veitapsmodeller. where Ki and K2 are model parameters that depend on frequency, mobile station and base station's antenna heights. These parameters vary for different road loss models.

Posisjonsteknikker i cellulære nettverk Positioning techniques in cellular networks

Der er ulike posisjoneringsteknikker som kan benyttes for å beregne lokasjonen til en terminal. Minst én operatør benytter for tiden (2002) modellen Cell Id og TA i dette nettverket. En mer detaljert beskrivelse av disse modellene og teknikkene følger nedenfor. There are various positioning techniques that can be used to calculate the location of a terminal. At least one operator currently (2002) uses the Cell Id and TA model in this network. A more detailed description of these models and techniques follows below.

Cell Global Identity ( CGI) Cell Global Identity (CGI)

Cell Global Identity, som også kalles Cell Id, er en av de enkleste og rimeligste formene for terminalposisjonering. Denne fremgangsmåten er basert på kunn-skap om den "høyeste" mottatte effekten ved terminalen, som gir BTS/celle som terminalen for øyeblikket er koblet til (brukercelle). Ved å benytte brukercelle-posisjonen kan den tilnærmete posisjonen til terminalen beregnes. Nøyaktig-heten er avhengig av cellestørrelse og om cellen har en rundstrålende BTS antenne eller om den har en retningsantenne. Når posisjonen er basert på CGI vil posisjonsestimat for omni og sektorceller se ut som dette. Radiusen til en celle kan variere fra omtrent 100 meter til 35 km. Cell Id posisjoneringsmetoden kan være nettverksbasert eller terminalbasert. Cell Global Identity, which is also called Cell Id, is one of the simplest and cheapest forms of terminal positioning. This method is based on knowledge of the "highest" received power at the terminal, which gives the BTS/cell to which the terminal is currently connected (user cell). By using the user cell position, the approximate position of the terminal can be calculated. The accuracy depends on cell size and whether the cell has an omnidirectional BTS antenna or whether it has a directional antenna. When the position is based on CGI, the position estimate for omni and sector cells will look like this. The radius of a cell can vary from about 100 meters to 35 km. The Cell Id positioning method can be network-based or terminal-based.

Timing Advance ( TA) Timing Advance (TA)

Hver frekvens på GSM systemet er oppdelt i tidsluker, som allokerer brukerne. MS kan finnes ved ulike avstander fra BTS innen en enkel celle. Avhengig av avstanden til basestasjonen må mobilen sende signalstøt på forhånd for å ankomme i rett tidsluke på BTS. Dette fenomenet er kalt Timing Advance. Basestasjonen vil sende en TA verdi mellom 0 og 63, som forteller MS hvor mye bit tid før en synkroniseringstid den må sende sitt signalstøt (se fig. 9). Each frequency on the GSM system is divided into time slots, which are allocated to users. The MS can be located at different distances from the BTS within a single cell. Depending on the distance to the base station, the mobile must send signal bursts in advance to arrive in the correct time slot at the BTS. This phenomenon is called Timing Advance. The base station will send a TA value between 0 and 63, which tells the MS how many bits of time before a synchronization time it must send its signal burst (see fig. 9).

Med andre ord blir TA benyttet for å kompensere transmisjon av tidsluker i forhold til avstand mellom MS og BS. Hvert TA trinn korresponderer til 1,85 us, som er lik til 0,5 bits. Dette gir nøyaktighet på 550 meter for TA = 0 og brukeren er i avstand 0 til 550 fra BS, TA = 1 betyr at brukeren er 550 til 1100 meter vekk fra BS og således for andre TA verdier. In other words, TA is used to compensate the transmission of time slots in relation to the distance between MS and BS. Each TA step corresponds to 1.85 us, which is equal to 0.5 bits. This gives an accuracy of 550 meters for TA = 0 and the user is at a distance of 0 to 550 from the BS, TA = 1 means that the user is 550 to 1100 meters away from the BS and thus for other TA values.

Når posisjonen er basert på TA verdi er nøyaktighet for omni og sektorceller illustrert i fig. 10. When the position is based on TA value, accuracy for omni and sector cells is illustrated in fig. 10.

Fig. 10 viser at TA verdi gjør posisjonsområdet mindre sammenlignet med Cell Id modell. Maksimal avstand mellom MS og BS er omtrent 35 km; i det tilfellet at TA er lik til 63. Fig. 10 shows that the TA value makes the position area smaller compared to the Cell Id model. The maximum distance between MS and BS is approximately 35 km; in the case that TA is equal to 63.

Signalstvrke ( SS) Signal strength (SS)

Der er mange måter hvori posisjonen kan utledes fra måling av signalene. Disse metodene benytter en kjent matematisk modell som beskriver veitaps-dempningen med avstand. MS ligger på en sirkel sentrert ved BTS. Lokasjonen til MS kan beregnes ved bruk av flere BTSer. Nøyaktigheten til disse metodene avhenger således av avstand mellom BTS og MS, på miljøet hvori brukeren er for øyeblikket og også på været. Med andre ord blir signalstyrken svakere for eksempel på grunn av dempning i vegger, refleksjon i bygninger og nedbør. There are many ways in which the position can be derived from measurement of the signals. These methods use a known mathematical model that describes the path loss attenuation with distance. The MS lies on a circle centered at the BTS. The location of the MS can be calculated using several BTSs. The accuracy of these methods thus depends on the distance between the BTS and the MS, on the environment in which the user is at the moment and also on the weather. In other words, the signal strength becomes weaker, for example due to attenuation in walls, reflection in buildings and precipitation.

I GSM systemet måler og rapporterer hver mobilstasjon signalstyrke fra opp til seks nabobasestasjoner (de seks basestasjonene med sterkest signalstyrke). Foreliggende oppfinnelse benytter denne informasjonen til å forbedre posisjons-nøyaktigheten til mobilterminalen. In the GSM system, each mobile station measures and reports signal strength from up to six neighboring base stations (the six base stations with the strongest signal strength). The present invention uses this information to improve the positional accuracy of the mobile terminal.

MobilDosisionerinassvstem ( MPS) MobilDositionerinassvstem (MPS)

På markedet eksisterer det et antall GSM posisjoneringsløsninger, for eksempel MPS (Mobile Positioning System) fra Ericsson. MPS er forberedt på å håndtere både GPS og GSm løsningene for posisjonering. Men i foreliggende situasjon benytter MPS kun CGI+TA teknikk. MPS strukturen er illustrert i fig. 11. There are a number of GSM positioning solutions on the market, for example MPS (Mobile Positioning System) from Ericsson. MPS is prepared to handle both GPS and GSM solutions for positioning. But in the present situation, MPS only uses CGI+TA technology. The MPS structure is illustrated in fig. 11.

Der er en posisjoneirngsport i MPS, som er kalt Mobile Positioning Centre (MPC). MPC virker som en port ved posisjoneringsprosedyren omfattende posisjoneringsapplikasjonene på en side og nettverksignaleringen på den andre. MPC kommuniserer med GSM nettverket og Internet. Kommunikasjonen mellom MPC og Internet oppstår ved hjelp av http-forespørsler. Den utrører også beregning av posisjonen. Avhengig av ulike indikatorer i systemet, bestemmer MPC om en MS skal bli posisjonert eller ikke og også hvilken posisjoneringsprosedyre (koordinatsystem) som skal benyttes. MPC, som er et logisk konsept, er implementert som en frittstående node og er en del av nettverket. PLMN operatøren eier det. There is a positioning port in the MPS, which is called the Mobile Positioning Center (MPC). The MPC acts as a gateway to the positioning procedure comprising the positioning applications on one side and the network signaling on the other. MPC communicates with the GSM network and the Internet. The communication between the MPC and the Internet occurs using http requests. It also affects the calculation of the position. Depending on various indicators in the system, the MPC decides whether an MS should be positioned or not and also which positioning procedure (coordinate system) should be used. MPC, which is a logical concept, is implemented as a stand-alone node and is part of the network. The PLMN operator owns it.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser Detailed description of preferred designs

Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte for å beregne posisjonen til mobilterminalen ved bruk av sendt/mottatt signalstyrke. Foretrukne utførelser omfatter triangulering av signalene; andre foretrukne utførelser omfatter lineær kombinasjon av stedsposisjoner. Disse utførelsene krever ulike innparametere og gir ulik posisjonsnøyaktighet. The present invention relates to a method for calculating the position of the mobile terminal using transmitted/received signal strength. Preferred embodiments include triangulation of the signals; other preferred embodiments include linear combination of site positions. These designs require different input parameters and provide different positional accuracy.

Lokasjonen til mobilstasjonen kan bestemmes som det unike krysningspunktet til tre sirkler; denne fremgangsmåten er nevnte triangulering av signalstyrke (se fig. 12). Den mottar derfor minst tre signalnivåer fra tre ulike basestasjoner for å beregne posisjonen. Basestasjonene er lokalisert ved senter av sirklene med radius dj som er avstanden fra mobilstasjonen til basestasjonen i. The location of the mobile station can be determined as the unique intersection of three circles; this method is the aforementioned triangulation of signal strength (see fig. 12). It therefore receives at least three signal levels from three different base stations to calculate its position. The base stations are located at the center of the circles with radius dj which is the distance from the mobile station to the base station i.

Fra ligning 5 kan dj uttrykkes som From equation 5, dj can be expressed as

Lokaliseringsberegningen av mobilstasjonen utføres ved å finne det unike krysningspunktet til de tre sirklene som er sentrert på BTSene. Ligningen for en sirkel er The location calculation of the mobile station is performed by finding the unique intersection point of the three circles centered on the BTSs. The equation of a circle is

hvor: ( x, y) er lokasjonen til mobilstasjonen i meter; where: ( x, y) is the location of the mobile station in meters;

( Xi, yi) er lokasjonen til basestasjonen / i meter; ( Xi, yi) is the location of the base station / in meters;

/ er basestasjonen nummer, i = 1,2 og 3. / is the base station number, i = 1,2 and 3.

Fig. 13 viser at mobilstasjonen kan være på to ulike steder når to basestasjoner benyttes, hvor den tredje løser uklarheten. Således at ved å kombinere disse tre sirkelligningene (se ligning 16) fra tre basestasjoner 1, 2 og 3 gir disse ligningene Fig. 13 shows that the mobile station can be in two different places when two base stations are used, where the third solves the ambiguity. So that by combining these three circular equations (see equation 16) from three base stations 1, 2 and 3 these equations give

Disse to ligningene har to ukjente størrelser x og y som er posisjonen til mobilstasjonen. Ligningene kan enkelt løses, enten ved multiplikasjon av for eksempel 17a med V og 17b med Vi \ og å subtrahere de resulterende ligningene; dette løser y, en analog teknikk løser x. Problemet med denne metoden er at den overser skyggefading. Skyggefadingen påvirker signalstyrken og gir et avvik i det virkelige krysningspunktet mellom de tre aktuelle basestasjonene. These two equations have two unknown quantities x and y which are the position of the mobile station. The equations can be easily solved, either by multiplying, for example, 17a by V and 17b by Vi \ and subtracting the resulting equations; this solves y, an analogous technique solves x. The problem with this method is that it ignores shadow fading. The shadow fading affects the signal strength and causes a deviation in the real crossing point between the three relevant base stations.

Mer enn tre signalstyrkemålinger mellom basestasjon og mobil kan ofte være tilgjengelig å benytte. En mer detaljert beskrivelse følger i de neste avsnittene. More than three signal strength measurements between base station and mobile can often be available to use. A more detailed description follows in the next sections.

Dersom vi har signalstyrkemålinger fra N ulike basestasjoner blir en total av If we have signal strength measurements from N different base stations, a total of

ulike versjoner av ligning nummer 17, som gir løsninger, oppnås. Dette er tilfellet dersom ingen av de tre cellene er samprassert, i andre tilfeller kan ikke ligning nummer 17 løses. I tilfellet N tilgjengelige signalstyrkemålinger kan all informasjon tas hensyn til for å oppnå posisjonen til mobilstasjonen. Dette kan utføres på ulike måter. En måte er ved å beregne en medianverdi av løsninger som løses ved hjelp av den tidligere metoden. Vi angir løsningene fra trianguleringsmetoden Xgroup j og ygroUp i hvor i er nummeret til løsningen. Disse løsningene kan uttrykkes i en matrise som For å oppnå posisjonen til den mobile stasjonen kan vi beregne medianverdi different versions of equation number 17, which provide solutions, are obtained. This is the case if none of the three cells are matched, in other cases equation number 17 cannot be solved. In the case of N available signal strength measurements, all information can be taken into account to obtain the position of the mobile station. This can be done in various ways. One way is by calculating a median value of solutions solved using the previous method. We indicate the solutions from the triangulation method Xgroup j and ygroUp i where i is the number of the solution. These solutions can be expressed in a matrix as To obtain the position of the mobile station, we can calculate the median value

som gir middelverdien hvis nummeret av (x^,, er oddetall og hvis det er partall blir deretter middelverdien til de to middelverdiene beregnet. which gives the mean value if the number of (x^,, is odd and if it is even) then the mean of the two mean values is calculated.

Andre løsninger som benytter de N tilgjengelige signalene skal beskrives i de følgende avsnitt. Other solutions that use the N available signals shall be described in the following sections.

I tilfellet N signalstyrkemålinger benyttes kan ligning nummer 17a skrives som en matriseligning ved alle N tilfeller. Matriseligningen vil bli In the case where N signal strength measurements are used, equation number 17a can be written as a matrix equation for all N cases. The matrix equation will be

hvor r er mobilposisjonen og er en 2 x 1 vektor. Matrisene A og / skives som A matrisen vil ha ^ rader og således er der I ^ måter å velge et par fra N basestasjoner. Den minste kvadrats avlesningsløsning til mobilposisjonen oppnås ved å løse uttrykket where r is the mobile position and is a 2 x 1 vector. The matrices A and / are sliced such that the A matrix will have ^ rows and thus there are I ^ ways to select a pair from N base stations. The least squares reading solution to the mobile position is obtained by solving the expression

Ved å vektlegge hver rad i A og f med en belastningsfaktor w kan feilen til løsningen i ligning 23 reduseres. Belastningsfaktoren er avhengig av veitap U Jo større veitap (større dj) jo mindre belastning. Dette vil føre til større avvik og bringe løsningen nærmere den sterkeste signalstyrken BTS. By weighting each row in A and f with a load factor w, the error of the solution in equation 23 can be reduced. The load factor depends on the path loss U The greater the path loss (greater dj), the less load. This will lead to greater deviations and bring the solution closer to the strongest signal strength BTS.

Belastningsfaktorene som er dannet er The load factors formed are

For å oppnå mobilposisjonen blir ligning 23 løst med matrisen A og f gitt ved To obtain the mobile position, equation 23 is solved with the matrix A and f given by

Siden den sterkeste signalstyrken som mobilstasjonen mottar ofte er, men ikke alltid, fra den nærmeste basestasjonen; Blir den vektlagte summen av basestasjonsposisjonen et godt estimat for mobilposisjonen. Since the strongest signal strength received by the mobile station is often, but not always, from the nearest base station; Does the weighted sum of the base station position provide a good estimate of the mobile position.

I en særdeles fordelaktig utførelse blir mobilstasjonsposisjonen r estimert ifølge formelen In a particularly advantageous embodiment, the mobile station position r is estimated according to the formula

hvor % er posisjonen til basestasjonen nummer i. Hver belastningsfaktor Wj blir beregnet i samsvar med det følgende uttrykk: where % is the position of base station number i. Each load factor Wj is calculated in accordance with the following expression:

hvor Wj er lik til kvotienten mellom to uttrykk; telleren er lik til 10 opphøyd i kvotienten mellom minus vekttapet for signalene fra basestasjonen i og modellpara-meteret K2. K2 er avhengig av frekvens, mobilstasjon og antennehøyde til basestasjonen som omtalt tidligere. where Wj is equal to the quotient between two expressions; the counter is equal to 10 raised in the quotient between minus the weight loss for the signals from the base station i and the model parameter K2. K2 depends on the frequency, mobile station and antenna height of the base station as discussed earlier.

Nevneren er beregnet som summen over N nabobasestasjoner av 10 opphøyd i kvotienten mellom minus veitapet for signalene fra basestasjonen i og modell-parameteret K2. The denominator is calculated as the sum over N neighboring base stations of 10 raised by the quotient between minus the path loss for the signals from base station i and the model parameter K2.

Belastningsfaktoren er en type av en normalisert avstandsvektlegning, The load factor is a type of normalized distance weighting,

I en annen utførelse av oppfinnelsen er det benyttet en kombinasjon av en av de omtalte metoder og Cell Id + TA teknikk. Nøyaktigheten for en slik utførelse vil være fellesområde mellom Cell Id med TA og signalstyrkemetoden. Fig. 14 illustrerer fellesområdet i kombinasjonen. In another embodiment of the invention, a combination of one of the mentioned methods and the Cell Id + TA technique is used. The accuracy for such an implementation will be a common area between Cell Id with TA and the signal strength method. Fig. 14 illustrates the common area in the combination.

Fig. 15 viser en estimeringsenhet 1500 for posisjonering av en mobilstasjon, omfattende en prosessor 1501 og et minne 1502. Estimeringsenheten 1500 mottar inndata 1503 inneholdende BTS signalstyrkedata sammen med BTS posisjonsdata og algoritmeparameterdata. Algoritmeparameterdata kan også, eller alternativt, være permanent lagret i minnet 1502. Minnet 1502 inneholder også dataprograminstruksjoner som instruerer prosessoren om å benytte inputinformasjon 1503 til å beregne en estimert mobilstasjonsposisjon ved bruk av en eller flere av de ovenfor beskrevne algoritmer. Fig. 15 shows an estimation unit 1500 for positioning a mobile station, comprising a processor 1501 and a memory 1502. The estimation unit 1500 receives input data 1503 containing BTS signal strength data together with BTS position data and algorithm parameter data. Algorithm parameter data may also, or alternatively, be permanently stored in memory 1502. Memory 1502 also contains computer program instructions that instruct the processor to use input information 1503 to calculate an estimated mobile station position using one or more of the algorithms described above.

Claims

1. Method for determining the position of a mobile station in a mobile communication system with a number of base stations, located at known positions, said mobile station comprises means for measuring signal strength of the signals transmitted from at least three base stations, characterized by including the steps: to measure signal strength, to make data regarding the location of the base station available, to calculate, for a number of base stations in the neighboring area of a mobile station, a standardized load factor depending on signal strength for each base station, where each load factor for the equation, corresponding to the signal strength measurements for a first and a second base station, is calculated as ten (10) raised in an expression containing path loss quantities, multiplying, for each base station, its position data for base the station with the associated load factor, while forming a set of products for each base station corresponding to position coordinates, and calculation of, by summarizing said products, the position of the mobile station.

2. Method in accordance with claim 1, characterized by further comprising the steps: calculation of load factors for linear combination, and calculation of the position of the mobile station as a weighted sum when using of said loading factors for linear combination for the position of N base stations.

3. Method in accordance with claim 2, characterized by further comprising the steps: calculation of each load factor Wj for linear combination as a ratio between a dividend and a denominator, calculation of said dividend as ten (10) raised to minus the ratio of the road loss in divided by a system-specific expression, calculation of said denominator as the sum of N expressions, and calculation of each of said N expressions as ten (10) raised to the minus path- the loss in divided by the mentioned system-specific expression.

4. Method in accordance with claim 2, characterized in that said expression contains the sum of two road losses divided by minus twenty.

5. Method in accordance with claim 1, characterized in that the position r of the mobile station is calculated in accordance with the formula where R, = (Xj, Yj), i.e. the vector of the base station position, A = a first algorithm parameter, B = a second algorithm parameter, A and B can be obtained from Hata, Cost 231-Hata, or Cost 231 Walfisch - Ikegami models, Li = path loss for base station i.

6. Method in accordance with claim 1, characterized in that the position of the mobile station is calculated in accordance with the formula where R, = the position (Xj, Yj) of the base station as described above, A<1> = a third algorithm parameter, B = the second algorithm parameter, A<1> and B can be obtained from Hata, Cost 231-Hata, or Cost 231 Walfisch - Ikegami models, Si = measured signal strength for the signals from base station i.

7. Position estimation unit for a mobile station to determine the position of a mobile station in a mobile communication system with the number of base stations located at known positions and with means to measure signal strength from at least three base stations in the neighborhood of the mobile station, whereby said unit comprises a device for receiving information about the signal strength of the signals received by the mobile station from base stations located in the neighborhood, a device for receiving information regarding the position of the base station located in the neighborhood, means for calculating an estimated position of said mobile station as a weighted sum of the positions of base stations located in the neighborhood, a device to produce an estimated position back to a base station, and a device for receiving information regarding output to said base station located in the neighborhood, characterized in that said unit includes said means for calculating an estimated position and also includes a process irng unit and a memory unit, and in that the memory unit stores computer program instructions, wherein said program instructions are arranged to instruct the processor unit to perform calculations to estimate the position of the mobile station in accordance with a predefined set of formulas, and wherein the program instructions are arranged to instruct the processor to calculate said weighted sum in accordance with the formula

8. Device in accordance with claim 7, characterized in that said device includes means for receiving information regarding antenna amplification.

9. Device in accordance with claim 7, characterized in that said program instructions are designed to instruct the processor to calculate said weighted sum in accordance with the formula

10. Unit in accordance with claim 7, characterized in that said set of formulas corresponds to

11. Mobile station in a mobile communication system, characterized in that said station comprises a position estimation unit for a mobile station in accordance with claim 7.

12. Base station in a mobile communication system, characterized in that said base system comprises a positioning estimation unit for a mobile phone in accordance with claim 7.