WO2004017660A1 - Verfahren und anordnungen zur positionsschätzung einer mobilstation in einem zellulären mobilfunknetz - Google Patents

Verfahren und anordnungen zur positionsschätzung einer mobilstation in einem zellulären mobilfunknetz Download PDF

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WO2004017660A1
WO2004017660A1 PCT/DE2003/002267 DE0302267W WO2004017660A1 WO 2004017660 A1 WO2004017660 A1 WO 2004017660A1 DE 0302267 W DE0302267 W DE 0302267W WO 2004017660 A1 WO2004017660 A1 WO 2004017660A1
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Martin Kuipers
Kurt Majewski
Peter Stadelmeyer
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Siemens Aktiengesellschaft
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz, bei denen unter anderem eine wesentliche Geschwindigkeitsverbesserung durch eine Einschränkung des zu verarbeitenden Suchraumes sowie durch eine günstige Aufbereitung des Suchraumes erreicht wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung im Wesentlichen eine Verbesserung der Positionsgenauigkeit durch einen dynamischen Programmierschritt zur Einbeziehung mehrerer Funkmessberichte, eine Gewichtung der einzelnen Rasterzellen und eine Positionsschätzung mit Hilfe einer Schwerpunktbildung. Ferner wird ein Verfahren angegeben, durch das Konfidenzgebiete bestimmt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz
Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz, bei denen mindestens eine bedienende Basisstation und mindestens eine Nachbarbasisstation vorhanden sind, bei denen ein Suchraum in einzelne
Positionsrasterzellen unterteilt wird, bei denen ein oder mehrere Berichte mit Empfangsstärken von Basisstationen an der Position des Mobilteils oder des Mobilteils an der Basisstation erfasst und an eine Recheneinheit gemeldet werden und bei dem in der Recheneinheit die Empfangsstärken der Berichte mit für die einzelnen Positionsrasterzellen vorgegebenen Empfangsstärken verglichen werden und daraus die wahrscheinlichste Position der Mobilstation ermittelt wird.
Solche Verfahren und Anordnungen sind aus der internationalen
Patentanmeldung WO 98/15149 bekannt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die Positionsschätzung hinsichtlich der Positionsgenauigkeit und/oder der Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 15 und hinsichtlich der Anordnungen durch die Patentansprüche 24 und 25 erfindungsgemäß gelöst.
Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz, bei denen unter anderem eine wesentliche Verbesserung der Rechengeschwindigkeit durch eine Einschränkung des zu verarbeitenden Suchraumes sowie durch eine günstige Aufbereitung des Suchraumes erreicht wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung im Wesentlichen eine Verbesserung der Positionsgenauigkeit, wobei dies durch einen dynamischen Programmierschritt zur Berücksichtigung mehrerer Berichte und/oder eine Gewichtung der einzelnen Rasterzellen sowie eine Positionsschätzung mit Hilfe einer Schwerpunktbildung erfolgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 ein Übersichtsbild mit einer Mobilstation und sich überlappenden, den Basisstationen zugeordneten Suchräumen,
Figur 2 einen Suchraum einer bedienenden Basisstation zur Erläuterung der weiteren Definition des Suchraumes,
Figur 3 eine kreuzförmige Anordnung einer bestimmten Rasterzelle mit vier unmittelbaren Nachbarrasterzellen zur Erläuterung der Berücksichtigung von Bewegungen einer Mobilstation bei der Positionsschätzung und
Figur 4 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Verarbeitung mehrerer Berichte und deren Konsistenzprüfung.
In Figur 1 ist ein Gesamtsuchraum S einer bedienenden Basisstation BS, eine Mobilstation MS sowie zwei Nachbarbasisstationen NS1 und NS2 dargestellt. Der Gesamtsuchraum S der bedienen Basisstation ist üblicherweise in quadratische Rasterzellen, zum Beispiel Rasterzelle p mit dem Positionskoordinaten xp und yp unterteilt. Eine
Recheneinheit RE verwaltet Prädiktionsdateien für die Rasterzellen eines Rechtecks, das die Antenne der Basisstation BS umgibt, wobei hierbei Angaben über die Empfangsstärke der Antenne dieses Rasters gemacht sind. Solche Prädiktionsdateien werden z. B. von Planungstools erzeugt.
Anhand der Empfangsstärkevorhersagen wird das von einer Antenne bediente Gebiet AG auf die Rasterzeilen (Pixel) eingeschränkt, die eine gewisse Mindestempfangsstärke erreichen.
Eine weitere Einschränkung des Suchraumes erfolgt dadurch, dass Pixel Sl und S2, bei denen eine Nachbarbasisstation mit gleicher oder größerer Priorität stärker ist, entfernt werden.
Die Reihenfolge der Einschränkungen erfolgt typischerweise in der angegebenen Reihenfolge kann aber auch auf andere Weise erfolgen und führt dann zum schraffiert dargestellten -eingeschränkten Suchgebiet S'.
Indem der Empfangsstärke der betrachteten Antenne eine kleine
Hysterese zugeschlagen wird, kann der Suchraum sicherheitshalber, wegen der Hysterese beim Handover, etwas vergrößert werden.
In Figur 2 ist der Suchraum S der bedienenden Basisstation BS dargestellt, wobei beispielhaft eine Rasterzelle Rl mit wenig zum jeweiligen Suchraum gehörigen Nachbarrasterzellen und eine Rasterzelle R2 mit vielen zum jeweiligen Suchraum gehörigen Nachbarrasterzellen vorhanden ist. Darüber hinaus ist die Vergrößerung V des Suchraumes durch die Hysterese sowie zwei Linien rx und Rx mit gleicher Rundlaufzeit zwischen der Mobilstation und der bedienenden Basisstation gezeigt. Der Suchraum kann dadurch geglättet werden, dass Inseln, die nicht mindestens ein Pixel mit der zum Einwählen nötigen Mindestempfangsstärke aufweisen, entfernt werden oder aber Rasterzellen Rl am Rand hinzugefügt werden, um die Latenz des Umschaltens zu einer Nachbarbasisstation zu berücksichtigen.
Die Parameter sind dabei so zu wählen, dass die Fläche nicht zu klein ist, denn die Positionsabschätzung erfolgt nur innerhalb des jeweiligen Suchraums . Die Fläche soll aber auch nicht zu groß sein, denn ein zu großes Suchgebiet kann die
Lokalisierung ungenau machen und erhöht zudem die Rechenzeit.
Wenn die bedienende Basisstation mehrere Antennen bzw. Umsetzer besitzt, kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls verwendet werden, indem als Ausgangspunkt für die oben beschriebene Einschränkung das alle Prädiktionsrechtecke umfassende Gesamtgebiet S genommen wird und für jede Rasterzelle nur die Vorhersage derjenigen bedienenden Basisstation berücksichtigt, die die größte Empfangsstärke liefert.
Auf einfache Weise kann der Suchraum auch auf bestimmte Teilgebiete, bzw. Straßen, eingeschränkt werden, indem einfach überflüssige Rasterzellen entfernt werden.
Zur Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit können darüber hinaus die Rasterzellen hinsichtlich ihrer voraussichtlichen Rundlaufzeiten zwischen der Mobilstation und der bedienenden Basisstation sortiert werden. Aufgrund der Sortierung stellen die Rasterzellen bzw. Pixel und ihre aussortierten
Informationen für einen Bereich von möglichen Durchlaufzeiten ein geschlossenes Intervall dar. Somit können diese Informationen effizienter geladen und ausgewertet werden. Die voraussichtliche Rundlaufzeit setzt sich aus Verzögerungen innerhalb der Hardware und der Laufzeit des Signals von der bedienenden Antenne bis zur Mobilstation und zurück zusammen. Durch die Luft breitet sich das Signal mit Lichtgeschwindigkeit aus. Somit kann die theoretische Laufzeit des Signals von der bedienenden Basisstation zu einer Rasterzelle und zurück berechnet werden, indem der Abstand der Rasterzelle von der bedienenden Basisstation durch die halbe Lichtgeschwindigkeit geteilt wird. Der Anteil der Rundlaufzeit innerhalb der Hardware hängt nicht von der bedienten Rasterzelle ab und kann aus den Hardwaredaten entnommen oder gemessen werden. Ist also ein Rundlaufzeitmesswert x gegeben kann der Suchraum auf diejenigen Pixel des Suchraums eingeschränkt werden, die innerhalb des von der Genauigkeit des Messwerts x bestimmten Rundlaufzeitintervall rx bis Rx liegen.
Der Fall, dass eine Zelle von mehreren Antennen einer Basisstation bedient wird, kann dadurch gelöst werden, dass die Rundlaufzeit für diejenige Basisstation oder Antenne genommen wird, die die stärkste Empfangsstärkevorhersage für diese Rasterzelle hat.
-Nach der erfindungsgemäßen Einschränkung des Suchraums erfolgt nun die eigentliche erfindungsgemäße hinsichtlich der Positionsgenauigkeit verbesserte Positionsschätzung.
Für einen Funkmessdatensatz m werden die relevanten Rasterzellen bzw. Pixel im Suchraum bestimmt und für jede relevante Rasterzelle mit der Nummer φ eine Bewertung dp(m) gebildet, die den Unterschied der Messwerte im Datensatz m und ihrer Vorhersage im Pixel p misst. Hierzu werden für die Aufwärts- und Abwärtsstrecke (Up- und Downlink) , i=ul und i=dl, und für jedes Element in einer Nachbarschaftsliste der bedienenden Zelle, i=0, ...n-1, der Unterschied zwischen dem Beobachtungswert und dem Vorhersagewert δi gebildet, wobei n die Anzahl der für die Mobilstation relevanten Nachbarbasisstationen darstellt.
Falls die Sendeleistung eines Beobachtungswertes variabel ist wird die Differenz zwischen der aktuellen Sendeleistung und der Sendeleistung, die den Vorhersagen zugrunde liegt, zum Unterschied addiert. Falls der Beobachtungswert durch eine bestimmte Begrenzung abgeschnitten wurde, wird der ermittelte Unterschied ebenfalls durch eine Begrenzung abgeschnitten. Falls ein Feldstärkemesswert nicht zur Recheneinheit übertragen wurde, weil er zu klein war, so kann man eine obere Schranke für diesen Messwert annehmen und gemäß des vorigen Satzes die abgeschnittene Differenz berücksichtigen.
Die Bewertung dp(m) erfolgt dann zum Beispiel nach folgender Formel :
Figure imgf000008_0001
Der zweite Term mit dem Mittelwert der Differenzen wird entfernt, um eine Unabhängigkeit von der Antenne der Mobilstation zu erhalten. Der zweite Term kann auch mit einem Faktor multipliziert oder auf ein realistisches " Antennenverstärkungsintervall eingeschränkt werden.
Damit mehrere Funkmessdatensätze in Beziehung gesetzt werden können, obwohl sich die Mobilstation MS zwischen zwei gemeldeten Datensätzen bewegen kann, erfolgt eine sogenannte "dynamische Programmierung". Um dies näher zu erläutern ist in Figur 3 eine Rasterzelle p zusammen mit den unmittelbaren
Nachbarrasterzellen p]_ ... P gezeigt, die eine gemeinsame
Kante mit der Rasterzeile p aufweisen. Die Rasterzelle p erhielt für den ersten Funkmessdatensatz die Bewertung 100, die Rasterzelle p^_ die Bewertung 220, die Rasterzelle P2 die Bewertung 319, die Rasterzelle P3 die Bewertung unendlich und die Rasterzelle P4 die niedrigste Bewertung = 90, also die beste Übereinstimmung zwischen der gemessenen Empfangsstärke und der vorhergesagten Empfangsstärke. Für einen zweiten Funkmessdatensatz sind in der Rasterzelle p die Bewertung = 5, in der Rasterzelle Pi die Bewertung 20, in der Rasterzelle
P2 die Bewertung 75, in der Rasterzelle P3 die Bewertung 0 und in der Rasterzelle P4 die Bewertung 200 eingetragen. Aus den Rast.erzellen p, pi ... 4 wird nun das Minimum der
Bewertungen des vorhergehenden Berichts, also die Bewertung 90, zur Bewertung des aktuellen Berichts für die Rasterzelle p hinzuaddiert, wobei die resultierende Bewertung 90+5=95 entsteht. Die neue Bewertung dient dann als Grundlage zur Berücksichtigung eines eventuell vorhandenen dritten Berichts usw. bis alle Berichte zusammen schließlich in einer Gesamtbewertung berücksichtigt sind.
10
Neben den unmittelbaren Nachbarrasterzellen sind auch bspw. die übernächsten Nachbarrasterzellen oder Nachbarzellen innerhalb eines bestimmten Radius um die jeweilige Rasterzelle denkbar.
15
Das Ergebnis der sogenannten dynamischen Programmierung ist für jedes in Frage kommende Pixel für den letzten Funkmessdatensatz die minimale Summe der Bewertungen der einzelnen Berichte entlang eines Pfades, der auf benachbarte 20 .Pixel eingeschränkt ist.
Wenn TCIQ r . ..! _-]_ die k≥l vorhandenen Funkmessdatensätze darstellen, so wird zunächst mit dem ersten Datensatz mg initialisiert indem für alle Pixel p der Unterschied dp(mo) ■25 und als Gesamtbewertung DQ(P) abgespeichert wird. Danach werden der Reihe nach die Punktmessdatensätze m-j_ für i=l, ...k-1 ausgewertet. Dazu wird für jedes Pixel p zunächst das Minimum des vorherigen Summenunterschieds bzw. der Gesamtbewertung Dj__1(q) für alle Nachbarpixel q des Pixels p
30 gebildet und zu diesem Wert dp(m-j_) addiert und als neue Gesamtbewertung Dj_ (p) gespeichert.
Werden bei diesem Verfahren die Funkmessdatensätze rückwärts durchlaufen, so wird eine Gesamtbewertung für die Position 35 der Mobilstation beim ersten Funkmessbericht erzeugt. Durch Addition der Gesamtbewertungen eines vorderen Teils der Funkmessdatensätze und des rückwärts durchlaufenen hinteren Teils kann entsprechend eine Gesamtbewertung eines der mittleren Funkmessdatensätze gebildet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für jede Rasterzelle die vorhergesagten Empfangsstärken der beobachteten Stationen und außerdem die Nummern der Nachbarrasterzellen abgespeichert. Dadurch kann die Bewertung eines Funkmessdatenεatzes und der dynamische Programmierschritt schneller erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht alle, sondern nur die für einen Messdatensatz relevanten Pixel betrachtet, zum Beispiel nur diejenigen Pixel der bedienenden Mobilfunkzelle, für die die erwartete Rundlaufzeit im Bereich der im Bericht enthaltenen gemessenen Rundlaufzeit TAi liegt. Im Falle einer vorhergehenden Sortierung gemäß den erwarteten Rundlaufzeiten und einer Vorberechnung des ersten und letzten Pixels für das Intervall zwischen den Rundlaufzeiten r(TAi) und R(TAi) ist -es besonders einfach, diese Einschränkung einzuführen. Hier kann durch einen einfachen Vergleich von Pixelnummern leicht festgestellt werden, ob ein Pixel für einen Messdatensatz relevant ist oder nicht.
Falls beispielsweise durch fehlen zu vieler Berichte, sehr schnelle Positionsveränderungen oder fehlerhafter TA-Werte Inkonsistenzen auftreten, so besteht die Möglichkeit das Verfahren bei dem aktuellen Messdatensatz neu aufzusetzen. In Figur 4 ist hierzu ein Flussdiagramm gezeigt, aus dem hervorgeht, wie die Berichte nacheinander für die nachfolgenden Verfahrensschritte ausgewählt bzw. inkonsistente Berichte zu einem Neuaufsetzen der Berichtsfolge führen. Hierbei wird deutlich, dass in den Schritten 1...3 eine Initialisierung mit einem Bericht, im Schritt 4 eine Überprüfung, ob es bereits der letzte Bericht ist, in den Schritten 5 und 6 ein Hochschalten auf den nächsten Bericht bzw. den nächsten zu verarbeitenden Bericht, im Schritt 7 eine Verarbeitung des jeweiligen Berichts, im Schritt eine Konsistenzprüfung und im Schritt 9 eine Bildung von Gewichten aus konsistenten Berichten erfolgt, wobei im Falle einer im Schritt 8 festgestellten Inkonsistenz im Schritt 2 wiederum eine Initialisierung mit einem neuen Bericht erfolgt.
Durch die dynamische Programmierung wird für jedes als Position von dem der letzte Bericht stammt in Frage kommende Pixel p einen Gesamtunterschied bzw. eine Gesamtbewertung
Dk'- * 1 gebildet. Aus dieser Gesamtbewertung wird nun für die
Rasterzelle p das Gewicht nach folgender Formel berechnet:
μp:= exp(f*Dk(p) )
Dabei ist f=-0, 5/ (kσ^) , wenn k die Anzahl der in der Berechnung von der Gesamtbewertung D]c(p) berücksichtigten
Messdatensätze ist und σ ein Varianzparameter, der von der Stärke der Feldstärkeschwankungen abhängt . In einer alternativen Ausprägung erhalten die Pixel mit der kleinsten Gesamtbewertung das Gewicht eins und alle anderen Pixel das Gewicht null. Dies entspricht der Wahl eines sehr stark negativen Faktors f im vorherigen Beispiel, und vermeidet dabei den Einsatz der Exponentialfunktion.
Wenn nun p die Menge aller für den letzten Bericht in Frage kommenden Pixel darstellt und xp, yp die Koordinaten eines
Pixel p e P sind, so berechnen sich die Koordinaten X und Y des geschätzten Aufenthaltsortes der Mobilstation während der Aufnahme des letzten Messdatensatzes als
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
Darüber hinaus kann optional zusätzlich die Ungenauigkeit durch Berechnung der Streukovarianzmatrix der gewichteten relevanten Pixel des letzten Funkmessdatensatzes abgeschätzt werden. Hierzu lässt sich ein Kreis oder eine Ellipse mit minimaler Fläche angeben, so dass eine gegebenen Wahrscheinlichkeit innerhalb dieser Fläche zu sein erreicht wird.
Bezeichnet γe]θ,10θ[ die Wahrscheinlichkeit in Prozent, mit der die echte Position innerhalb des Kreises mit dem Radius R um den geschätzten Punkt mit den Koordination X, Y liegt, so wird R folgendermaßen berechnet:
Zunächst werden die Streuungen A, B in den beiden Richtungen berechnet als
Figure imgf000012_0002
γ2
Figure imgf000012_0003
Der geschätzte Fehlerradius zu einer vorgegebenen Konfidenz γ, die hier in Prozent angegeben ist, wird dann durch folgende Formel berechnet:
R:= ■ A + B l-γ/100
Alternativ hierzu wird in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Ellipse mit kleinster Fläche zur Konfidenz γ dadurch bestimmt, dass zunächst zusätzlich zu A und B die
Korrelation
Figure imgf000013_0001
berechnet wird und dann die Radien R und r sowie die Orientierung α der Ellipse als
Figure imgf000013_0002
1 , 2C α =—arctan-
2 B-A
berechnet werden. Die Orientierung 180 α /p ist die Richtung der Hauptachse in Grad, wobei Norden die Richtung 0 darstellt •und im Uhrzeigersinn gezählt wird und wobei die X-Koordinaten von Westen nach Osten und die Y-Koordinaten in Süd-Nord- Richtung verlaufen.
Natürlich können die Werte X, Y, A, B und C bei einem Durchlauf durch die in Frage kommenden Pixel der Menge P gleichzeitig berechnet werden.
In einer letzten Ausgestaltung der Erfindung sind die
Rasterzellen dreidimensional und die Pixel haben zusätzlich eine Höhenkoordinate und es werden dann bei der dynamischen Programmierung typischerweise nicht vier sondern sechs Nachbarzellen betrachtet. Entsprechend wird aus dem Unsicherheitskreis eine Unsicherheitskugel und aus der
Unsicherheitsellipse ein Unsicherheitsellipsoid, was bei der Lokalisierung in hohen Gebäuden von besonderem Interesse sein kann. Die eigentliche Positionsschätzung erfolgt vorteilhafter Weise nach einer vorhergehenden Einschränkung des Suchraumes S, kann aber selbstverständlich auch ohne diese vorhergehende Einschränkung erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Positionsschätzung einer Mobilstation (MS) in einem zellulären Mobilfunknetz, bei dem mindestens eine bedienende Basisstation (BS) vorhanden ist, bei dem ein Gesamtsuchraum in einzelne Positionsrasterzellen (p,pl,p2)) mit vorgegebenen Empfangstärken der Basisstationen unterteilt wird, bei dem in einer Recheneinheit (RE) der Gesamtsuchraum (S) in Basisstationen zugeordnete Suchräume (S0,S1, S2) aufgeteilt wird, bei dem die bedienende Basisstation festgestellt wird, bei dem durch die bedienende Basisstation der Gesamtsuchraum festgelegt wird, bei dem Berichte mit Empfangsstärken (RXLEV, RXLEVl, RXLEV2) mindestens einer Basisstation an der Position der Mobilstation und/oder der Mobilstation an mindestens einer Basisstation erfasst und an die Recheneinheit gemeldet -werden, bei dem in der Recheneinheit die Empfangsstärken der Berichte mit für die einzelnen Positionsrasterzellen vorgegebenen Empfangsstärken des Suchraumes verglichen und daraus die wahrscheinlichste Position (X,Y) der Mobilstation ermittelt werden .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei ein jeweiliger Suchraum derart gebildet wird, dass zunächst Rasterzellen ermittelt werden, bei denen die Empfangsstärke mindestens einer Basisstation größer gleich einer Mindestempfangsstärke ist und dass, zur Bildung eines jeweiligen Suchraumes für die jeweilige Basisstation, alle Rasterzellen entfernt werden, bei denen Nachbarbasisstationen mit gleicher oder größerer Priorität und einer Empfangsstärke größer gleich einer
Mindestempfangsstärke eine höhere Empfangsstärke aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem eine Hysterese für die Übergabe zwischen Basisstationen durch eine Vergrößerung (V) des Suchraumes berücksichtigt wird, wobei der Suchraum dadurch vergrößert wird, dass zu der Empfangsstärke der jeweiligen Basisstation ein kleiner Hysteresewert hinzugerechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der jeweilige Suchraum noch zusätzlich derart geglättet wird, dass Rasterzellen (Rl) mit wenig zum jeweiligen Suchraum gehörigen Nachbarrasterzellen beseitigt und Rasterzellen (R2) mit vielen zur jeweiligen Suchraum gehörigen Nachbarrasterzellen hinzugenommen werden.
5.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rasterzellen des Suchraums zunächst einmalig nach vorgegebenen Rundlaufzeiten zwischen Mobilstation und bedienender Basisstation sortiert werden und der Suchraum bei der Positionsschätzung durch ein Intervall möglicher Rundlaufzeiten (rx, Rx) in Abhängigkeit von in den Funkmessberichten vorkommenden Rundlaufzeitmesswerten weiter eingeschränkt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Vergleich und die Positionsermittlung dadurch erfolgt, dass innerhalb des Suchraumes a) eine Bewertung dp (m) für die jeweilige Rasterzelle (p) auf der Basis von Abweichungen δ± der Empfangsstärken der Basisstationen von den vorgegebenen Empfangsstärken ermittelt wird, b) eine Gesamtbewertung D (p) für die jeweilige Rasterzelle auf der Basis der Bewertungen von k Berichten für die jeweilige Rasterzelle und Nachbarrasterzellen (pl,p2,p3 ,p4) gebildet wird, c) auf der Basis der Gesamtbewertung eine Gewichtung μp gebildet wird und d) Koordinaten X und Y der geschätzten Position der
Mobilstation durch Schwerpunktsermittlung der hiermit gewichteten Rasterkoordinaten xp und yp berechnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Bewertung durch folgende Formel
Figure imgf000017_0001
ermittelt wird, wobei die Summation über die einem jeweiligen Bericht enthaltenen Empfangsstärken für die Verbindungen i= ul,dl,0, l,...,n-l erfolgt und wobei n die Anzahl der in Betracht kommenden Nachbarbasisstationen darstellt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 bei dem eine Gewichtung μp für die jeweilige Rasterzelle auf der Basis einer Funktion exp(f*Dk(p)) gebildet wird, wobei f ein vorgebbarer Parameter ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8 bei dem die Gesamtbewertung dadurch gebildet wird, dass die Bewertung des aktuellen Berichts der jeweiligen Rasterzelle und das Minimum aus einer Gesamtbewertung des vorherigen Berichts der aktuellen Rasterzelle und den Nachbarrasterzellen addiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem bei einer Inkonsistenz des aktuellen Berichts im Zusammenhang mit den vorherigen Berichten ein Zwischenergebnis zur Bildung der Gesamtbewertung durch die Bewertung des aktuellen Berichts gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem Koordinaten X und Y der geschätzten Position der Mobilstation durch die Formeln
Figure imgf000018_0001
ΣpePμP
berechnet werden, wobei P die Menge aller für den letzten Bericht in Frage kommenden Rasterzellen ist und Xp, Yp die
Koordinaten einer Raterzelle p in P .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem der mit Hilfe der Gewichtung ein Unsicherheitsgebiet ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Fehlerradius R zu einer vorgegebenen Konfidenz γ durch die Formeln
Figure imgf000018_0002
A +B
R:=.
1-γ/100
berechnet wird, wobei A und B Streuungen in den jeweiligen Richtungen sind.
14. Verfahren nach 12, bei dem die Ellipse mit kleinster Fläche zu einer vorgegebene Konfidenz γ durch die Formeln
Figure imgf000019_0001
1 , 2C = — arctan-
2 B-A
"berechnet wird, wobei A und B die Streuungen in den jeweiligen Richtungen, C die Korrelation, r und R die Radien und α die Orientierung ist.
15. Verfahren zur Positionsschätzung einer Mobilstation (MS) in einem zellulären Mobilfunknetz, bei dem mindestens eine bedienende Basisstation (BS) und mindestens eine Nachbarbasisstation (NSl) vorhanden sind, bei dem ein geografischer Bereich in einzelne
Positionsrasterzellen (p) unterteilt wird, bei dem Berichte mit Empfangsstärken (RXLEV, RXLEV1, RXLEV2 ) der Basisstationen an der Position des Mobilstation oder der Mobilstation an mindestens einer Basisstation erfasst und an eine Recheneinheit (RE) gemeldet werden, bei dem die Recheneinheit die Empfangsstärken der Berichte mit für die einzelnen Positionsrasterzellen vorgegebenen
Empfangsstärken vergleicht und daraus die wahrscheinlichste Position der Mobilstation ermittelt, bei dem der Vergleich und die Positionsermittlung dadurch erfolgt, dass a) eine Bewertung dp (m) für die jeweilige Rasterzelle auf der Basis der Abweichungen δ*-. der Empfangsstärken ermittelt wird, b) eine Gesamtbewertung Dk(p) für die jeweilige Rasterzelle auf der Basis der Bewertungen der jeweiligen Rasterzelle
(p) und von Nachbarrasterzellen (pl,p2 ,p3 ,p4) gebildet wird, c) auf der Basis der Gesamtbewertung eine Gewichtung μp gebildet wird und d) Koordinaten X und Y der geschätzten Position der
Mobilstation durch Schwerpunktsermittlung der hiermit gewichteten Rasterkoordinaten xp und yp berechnet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Bewertung durch folgende Formel
Figure imgf000020_0001
ermittelt wird, wobei die Summation über die einem jeweiligen Bericht enthaltenen Empfangsstärken für die Verbindungen i- ul,dl,0, l,...,n-l erfolgt und wobei n die Anzahl der in Betracht kommenden Nachbarbasisstationen darstellt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 bei dem eine Gewichtung μp für die jeweilige Rasterzelle auf der Basis einer Funktion exp(f*Dk(p)) gebildet wird, wobei f ein vorgebbarer Parameter ist.
18. Verfahren nach Anspruch 15 bis 17, bei dem die Gesamtbewertung dadurch gebildet wird, dass die Bewertung des aktuellen Berichts der jeweiligen Rasterzelle und das Minimum aus einer Gesamtbewertung des vorherigen Berichts der aktuellen Rasterzelle und den Nachbarrasterzellen addiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem bei einer Inkonsistenz des aktuellen Berichts im Zusammenhang mit den vorherigen Berichten ein Zwischenergebnis zur Bildung der Gesamtbewertung durch die Bewertung des aktuellen Berichts gebildet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem Koordinaten X und Y der geschätzten Position der Mobilstation durch die Formeln
._ -^ppGs μPX pePμ
Figure imgf000021_0001
berechnet werden, wobei P die Menge aller für den letzten Bericht in Frage kommenden Rasterzellen ist und Xp, Yp die
Koordinaten einer Raterzelle p in P.
21. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der mit Hilfe der Gewichtung ein Unsicherheitsgebiet ermittelt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Fehlerradius R zu einer vorgegebenen Konfidenz γ durch die Formeln
Λ ._ pePμPXP χ2 -<pePμP
Figure imgf000021_0002
A + B
R := -γ/100
berechnet wird, wobei A und B Streuungen in den jeweiligen Richtungen sind.
23. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Ellipse mit kleinster Fläche zu einer vorgegebene
Konfidenz γ durch die Formeln
Figure imgf000022_0001
1 + 2C α =—arctan-
2 B-A
berechnet wird, wobei A und B die Streuungen in den jeweiligen Richtungen, C die Korrelation, r und R die Radien und α die Orientierung ist.
24. Anordnung zur Positionsschätzung einer Mobilstation (MS) in einem zellulären Mobilfunknetz, bei der mindestens eine bedienende Basisstation (BS) und mindestens eine Nachbarbasisstation (NSl) vorhanden sind, bei der ein Gesamtsuchraum in einzelne Positionsrasterzellen (p,pl,p2)) mit vorgegebenen Empfangstärken der Basisstationen unterteilt ist, bei der eine Recheneinheit (RE) derart vorhanden ist, dass der Gesamtsuchraum (S) in Basisstationen zugeordnete Suchräume (S0,S1,S2) aufgeteilt wird, bei der die Recheneinheit derart vorhanden ist, dass mit Hilfe der bedienenden Basisstation der Gesamtsuchraum festgelegt wird, bei der eine Mobilstation derart vorhanden ist, dass Berichte mit Empfangsstärken (RXLEV, RXLEVl, RXLEV2) mindestens einer Basisstationen an der Position der Mobilstation und/oder der Mobilstation an mindestens einer Basisstation erfasst und an die Recheneinheit gemeldet werden, bei der die Recheneinheit derart vorhanden ist, dass die Empfangsstärken der Berichte mit für die einzelnen Positionsrasterzellen vorgegebenen Empfangsstärken des Suchraumes vergleicht und daraus die wahrscheinlichste Position (X,Y) der Mobilstation ermittelt werden.
25. Anordnung zur Positionsschätzung einer Mobilstation (MS) in einem zellulären Mobilfunknetz, bei der mindestens eine bedienende Basisstation (BS) und mindestens eine Nachbarbasisstation (NSl) vorhanden sind, bei der ein geografischer Bereich in einzelne
Positionsrasterzellen (p) unterteilt ist, bei der eine Recheneinheit (RE) derart vorhanden ist, dass Berichte mit Empfangsstärken (RXLEV, RXLEVl, RXLEV2 ) der Basisstationen an der Position der Mobilstation oder der Mobilstation an mindestens einer Basisstation erfasst und an eine Recheneinheit (RE) gemeldet werden, bei der die Recheneinheit derart vorhanden ist, dass die Empfangsstärken der Berichte mit für die einzelnen Positionsrasterzellen vorgegebenen Empfangsstärken verglichen und daraus die wahrscheinlichste Position der Mobilstation (X,Y) ermittelt wird, bei der die Recheneinheit derart vorhanden ist, dass der Vergleich und die Positionsermittlung dadurch erfolgt, dass a) eine Bewertung dp(m) für die jeweilige Rasterzelle auf der Basis einer Summe der quadratischen Abweichungen δχ2 der Empfangsstärken ermittelt wird, b) eine Gesamtbewertung Dk(p) für die jeweilige Rasterzelle auf der Basis der Bewertungen der jeweiligen Rasterzelle (p) und von Nachbarrasterzellen (pl,p2 ,p3 ,p4) gebildet wird, eine Gewichtung μp für die jeweilige gebildet wird und c) Koordinaten X und Y der geschätzten Position der Mobilstation durch Schwerpunktsermittlung der hiermit gewichteten Rasterkoordinaten xp und yp berechnet werden.
PCT/DE2003/002267 2002-07-16 2003-07-07 Verfahren und anordnungen zur positionsschätzung einer mobilstation in einem zellulären mobilfunknetz WO2004017660A1 (de)

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DE10232177.9 2002-07-16
DE10232177A DE10232177B3 (de) 2002-07-16 2002-07-16 Verfahren und Anordnungen zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz

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