WO2007107128A1 - Verfahren zur abstandsbestimmung eines mobilen kommunikationsendgerätes zu mobilfunkbasisstationen und mobiles kommunikationsendgerät - Google Patents

Verfahren zur abstandsbestimmung eines mobilen kommunikationsendgerätes zu mobilfunkbasisstationen und mobiles kommunikationsendgerät Download PDF

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WO2007107128A1
WO2007107128A1 PCT/DE2006/000524 DE2006000524W WO2007107128A1 WO 2007107128 A1 WO2007107128 A1 WO 2007107128A1 DE 2006000524 W DE2006000524 W DE 2006000524W WO 2007107128 A1 WO2007107128 A1 WO 2007107128A1
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communication terminal
mobile communication
mobile
base station
radio base
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PCT/DE2006/000524
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Inventor
Bernd Burchardt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the distance of a mobile communication terminal to one or more mobile radio base stations and a mobile communication terminal.
  • Mobile communication terminals have been widely used for many years. They enable a moving subscriber carrying a mobile communication terminal (mobile phone) from almost all densely populated points on the mobile
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • GSM radio modules GSM radio modules
  • GSMPCMCIA cards GSM radio modems etc.
  • the network architecture of the GSM standard consists inter alia of a mobile radio transmission system, also called a base station subsystem, which in turn consists of mobile radio base stations (Base Transceiver Station) and assigned mobile base station control units (Base Station Controller), and a switching system.
  • a base station subsystem which in turn consists of mobile radio base stations (Base Transceiver Station) and assigned mobile base station control units (Base Station Controller), and a switching system.
  • the location of a mobile communication terminal can be determined, for example, by a method in which an additional GPS receiver is integrated into the mobile communication terminal, which evaluates a number of satellites notified for the location determination information. With the aid of suitable digital map material, the location can be determined with a measuring error-related inaccuracy of only a few square meters.
  • the distance of a mobile communication terminal to mobile radio base stations and, if several mobile radio base stations participate in the method also determine its location by using signaling information transmitted exclusively within the GSM mobile radio network.
  • This method can be dispensed with additional components (GPS receiver).
  • This signaling information is time offset values, also known in the art as timing advance value, and preferably location data of the mobile radio base stations.
  • the GSM mobile radio network in addition to the frequency division multiplexing also uses a time division multiplex method for the radio resource distribution and corresponding transmission and reception time slots are assigned to the mobile communication terminal of the current mobile radio base station, transmitted radio signals must arrive at the intended receiving time slot at the respective receiver.
  • the transmission times of the radio signals to be transmitted are typically advanced in time so that these transmitted radio signals arrive at the receiver in a timely manner. The further that mobile communication terminal is removed from the mobile radio base station, the sooner it has to send the radio signals.
  • the time offset values are regularly determined in the GSM mobile radio network by the mobile radio base station and signaled to the mobile communication terminal, whereby the GSM mobile network 63 provides different discrete time offset values and an increase in the time offset value per 550 meter distance of the mobile communication terminal from the mobile radio base station takes place. Accordingly, with this signaling information of only one mobile radio base station, the
  • the direction (angle) of the signals transmitted by the mobile communication terminal to the mobile radio base station in the mobile radio base station can also be determined as a further signal parameter. This is achieved by arranging a plurality of antennas in the mobile base station and measuring phase differences of received signals at the various antennas or field strength measurements within the used antenna device.
  • the location of the mobile communication terminal can be determined with an inaccuracy of several hundred square meters in today's GSM.
  • Mobile communication terminals not only communicate with a single mobile radio base station but also send or receive signaling information to or from several ren neighboring mobile radio base stations in designated time slots.
  • the distance of the mobile communication terminal to the three mobile radio base stations and the location of the mobile communication terminal can be determined by evaluating the above-described signaling information of three mobile radio base stations with the aid of location data three mobile base stations are determined.
  • the location of the mobile communication terminal lies within a concentric ring around the first mobile radio base station, within a concentric ring around the second mobile radio base station and within a concentric ring around the third mobile radio base station.
  • the location of the mobile communication terminal lies within the overlapping area of the three concentric rings.
  • the method can be further specified, especially if it comes to interference in the radio transmission of the signaling information to the first, second and / or third mobile radio base station.
  • the distance of the mobile communication terminal to mobile radio base stations or the location of the mobile communication terminal within the GSM mobile radio network can only be determined systemically with larger inaccuracies. It is not determinable where within one
  • the object of the present invention is therefore to specify a method for determining the distance of a mobile communication terminal to a mobile radio base station and, if appropriate, further mobile base stations and a mobile communication terminal, with which the distance determination of the mobile communication terminal to the mobile base station and possibly the other mobile base stations can be made more precise.
  • the object is achieved by a method for determining the distance of a mobile communication terminal to a first mobile base station in a mobile network, wherein for this purpose based on the communication between the mobile communication terminal and the first mobile base station following variables are compared: a. a first distance value calculated from a time offset value, b. on off
  • the object is further achieved by a mobile communication terminal for performing the method described in the preceding paragraph.
  • the determination of the distance of the mobile communication terminal to a mobile radio base station and optionally further mobile base stations can be specified.
  • the method according to patent claim 1 further developed such that the calculation and / or the comparison of the sizes in the mobile communication terminal takes place.
  • the mobile radio network is relieved of a transmission of the calculated and / or compared variables.
  • the time offset value and the output phase relationship are signaled to the mobile communication terminal by the first mobile radio base station and the measurement phase relationship in the mobile communication terminal is determined.
  • the calculation and / or the comparison of the sizes can be easily integrated into the existing GSM system.
  • the output phase relationship is determined by the mobile communication terminal and the measurement phase relationship is determined in the first mobile radio base station and the time offset value and the measurement phase relationship are signaled by the first mobile radio base station to the mobile communication terminal.
  • the calculation and / or the comparison of the variables in a component of the mobile radio network takes place.
  • the calculation and / or comparison of the variables can also take place when the user of the mobile communication terminal is not interested in determining the distance.
  • the specific distance or parameter from which the distance can be derived is signaled by the first mobile radio base station to the mobile communication terminal.
  • the mobile communication terminal is largely relieved of computing power in relation to the described method.
  • the method is expanded in a corresponding manner to further mobile radio base stations, in which further time offset values, frequency offsets, output phase relationships, measurement phase relationships and first and second carrier frequency signals to be calculated with respect to the distance determination with respect to the respective further mobile radio base station and first and second distance values be compared and / or calculated.
  • further time offset values, frequency offsets, output phase relationships, measurement phase relationships and first and second carrier frequency signals to be calculated with respect to the distance determination with respect to the respective further mobile radio base station and first and second distance values be compared and / or calculated.
  • the method is developed in such a way that the variables with location data of the first mobile radio base station and optionally further mobile base stations O
  • the location determination of the mobile communication terminal can be used for further location-based mobile radio services, generally known as location-based services.
  • the method described in the preceding paragraph is developed in such a way that the determined location is linked with stored further geographical data, and the location is displayed on displayed maps on a display unit of the mobile communication terminal.
  • the user of the mobile communication terminal can recognize his own location in the geographic map system which is familiar to him and also use location-based mobile radio services.
  • the method of the preceding or the two preceding paragraphs is developed by linking the determined location with further data from service providers in order to provide services such as emergency services (e-call),
  • emergency services e-call
  • FIG. 1 shows an inventive mobile communication terminal, which with a first, a second and a third ten mobile base station exchanges signaling messages for distance and location determination, the
  • FIGS. 1 and 2 show the result of the method according to the invention for determining the distance from a first and a second distance value
  • FIG. 3 shows the result of the method according to the invention for distance and position determination after evaluation of signaling messages exchanged with a first, a second and a third mobile radio base station.
  • FIG. 1 shows a mobile communication terminal MK according to the invention, which is provided with signaling messages TAI by a first, a second and a third mobile radio base station MB1, MB2, MB3, which are each connected to a network component NK, such as a mobile radio base station control unit or a switching system.
  • a network component NK such as a mobile radio base station control unit or a switching system.
  • TA2, TA3, AP1, AP2, AP3, SOD1, SOD2, SOD3 for distance and location determination of the mobile communication terminal MK to the first, second and third mobile radio base station MBl, MB2, MB3 receives and the received signaling messages TAI, TA2, TA3, APl, AP2 , AP3, SOD1, SOD2, SOD3.
  • Signaling information transmitted by a first mobile radio base station MB1 is modulated onto predetermined carrier frequencies TFSI1, TFS12 of the GSM mobile radio network.
  • the radio wave propagates at the speed of light, the wavelength being calculated from the quotient of the speed of light and the carrier frequency TFSI1, TFS12.
  • the phase of the received signal lies between 0 and 2 ⁇ or (0 ° and 360 °).
  • the measurement of the phase difference angle at two different carrier frequencies TFSIl, TFS12 is necessary. Since the GSM mobile radio network already uses the frequency hopping method with discrete carrier frequency intervals of 200 kHz, no further frequency algorithms are to be implemented in the GSM mobile radio network for this measuring method.
  • a first measurement phase relationship MP1 is determined in the mobile communication terminal MK.
  • This first measuring phase relationship MP1 is the phase difference angle at the receiving location, here at the receiver of the mobile communication terminal MK, between the received first carrier frequency signal TFSI1 and the received second carrier frequency signal TFS12.
  • the same value for the first measurement phase relationship MP1 only becomes more radial after 1,500 meters 1
  • the mobile communication terminal MK must be located within one of a plurality of rings around the first mobile radio base station MB1 with a ring width of approximately 20 meters, the individual rings having a radial distance of 1,500 meters from each other.
  • the mobile communication terminal MK can determine which second (ambiguous) distance value A12 is the correct one by comparing the first distance value All and the second (ambiguous) distance value A12.
  • the first distance value is All from the
  • Time offset value TA1 4 calculated.
  • the second distance value A12 symbolized by the second bar from the left, is the distance value to be assigned to the first distance value All.
  • the evaluation of the first distance value All and the second distance value A12 therefore yields a clear, exact new one
  • the mobile communication terminal MK is thus located in a "tight" ring around the first mobile radio base station MB1.
  • MK be further limited.
  • the mobile communication terminal MK may determine its distance within a ring of about 20 meters in the geographic frame of reference.
  • first carrier frequency signal TFSI1 and the second carrier frequency signal TFS12 have been transmitted by the first mobile radio base station MB1 having a known first output phase relationship AP1 (phase difference angle between first carrier frequency signal TFSI1 and second carrier frequency signal TFS12 at the time of transmission) at the transmission location ,
  • This first output phase relationship APl is fixed in the GSM MobiIfunknetz or it is the mobile communication terminal MK, if the first output phase relationship APl variable or different from case to case, the mobile communication terminal MK from the first mobile radio base station MBl signaled as well as the first frequency offset used.
  • the first mobile radio base station MB1 simultaneously transmits, on different frequency channels, not only the user data but also signaling information which is used by a mobile communication terminal MK for frequency correction, for example. Since the mobile communication terminal MK has a sufficiently short-term stable main oscillator can within a fixed
  • GSM time frame (TDMA), the measurement in which the first measurement phase relationship MPl is determined.
  • the determination of the distance of the mobile communication terminal MK can be extended if the method is additionally performed with further mobile radio base stations MB2, MB3.
  • the disclosure encompasses both the extension by a second mobile radio base station MB2, the extension by a second and third mobile radio base station MB2, MB3 as well as fourth, fifth and further mobile radio base stations.
  • the mobile communication terminal MK evaluates a second time offset value TA2 communicated by the second mobile radio base station MB2 and a third time offset value TA3 notified by the third mobile radio base station MB3 in addition to the one described above with regard to the communication with the first mobile radio base station MB1, and receives a first carrier frequency signal TFS21 and a second carrier frequency signal TFS22 with a second known frequency offset from the second mobile radio base station MB2 and receives a first carrier frequency signal TFS31 and a second carrier frequency signal TFS32 with a known third frequency offset from the third mobile radio base station MB3.
  • the first carrier frequency signal TFS21 was transmitted with respect to the second carrier frequency signal TFS22 from the second mobile radio base station MB2 with a known second output phase relationship AP2 and the second output phase relationship AP2 at the transmission location, ie at the transmitter of the second mobile radio base station MB2, is sent to the mobile communication terminal MK sig. nalized.
  • the first carrier frequency signal TFS31 was transmitted with respect to the second carrier frequency signal TFS32 from the third mobile radio base station MB3 with a known third output phase relationship AP3 and the third output phase relationship AP3 at the transmission location, ie at the transmitter of the third Mobile base station MB3, is also signaled to the mobile communication terminal MK.
  • the mobile communication terminal MK determines the second measurement phase relationship MP2 of the first carrier frequency signal TFS21 transmitted by the second mobile radio base station MB2 with respect to the second carrier frequency signal TFS22 sent by the second mobile radio base station MB2 at the receiving location, ie. H. at the receiver of the mobile communication terminal MK, and also determines the third measurement phase relationship MP3 of the first carrier frequency signal TFS31 sent by the third mobile radio base station MB3 relative to the second carrier frequency signal TFS32 sent by the third mobile radio base station MB3 at the receiving location, d. H. at the receiver of the mobile communication terminal MK.
  • the mobile communication terminal can thus, based on the first mobile radio base station MB1, a first distance value All and a second distance value A12 relative to the second mobile radio base station MB2 a first distance value A21 and a second distance value A22 and with respect to the third mobile radio base station MB3 a first distance value A31 and a calculate second distance value A32.
  • a first distance value All and a second distance value A12 relative to the second mobile radio base station MB2 a first distance value A21 and a second distance value A22 and with respect to the third mobile radio base station MB3 a first distance value A31 and a calculate second distance value A32.
  • first, second and third mobile radio base stations MB1, MB2, MB3 use direction-independent or direction-determining received signal evaluation units, only a single overlapping area results as a location area for the mobile communication terminal MK, formed by three concentric rings, a first around the first mobile radio base station MB1, a second around the second mobile radio base station MB2 and a third around the third mobile radio base station MB3.
  • FIG. 3 circular segment-like ring cut-outs around the respective mobile radio base station MB1, MB2, MB3 are shown, the dashed line representing the inner boundary line and the solid line respectively the outer boundary line.
  • the mobile communication terminal MK now determines its location as lying within the intersecting three rings.
  • Components with which MPl, MP2, MP3 measurement phase relationships of approximately 0.57 ° can be expected can be specified within a range of 2 meters * 2 meters. ⁇
  • the inventive method would also be known from the prior art coupling with location-based mobile services, readily possible without the GPS receiver ger in the mobile communication terminals MK would have to be integrated.
  • the determined location is linked with other data from service providers to z.
  • the determined location data are combined with stored further geographic data, and on a display unit of the mobile communication terminal MK, the location of the mobile communication terminal MK is displayed on maps shown, for. B. in longitude and latitude geographical or street maps.
  • the GSM mobile radio system already provides all required parameters in principle. Only program-technical adjustments of the mobile radio base stations MBL, MB2, MB3 and the mobile communication terminal MK are required in order to use the invention in all its possibilities. In the description so far, the mobile communication terminal MK evaluates the received first carrier frequency signals TFSI1, TFS21, TFS31, second carrier frequency signals TFS21, TFS22, TFS32, time offset values TAI, TA2, TA3 and, if appropriate, location data SOD1, SOD2, SOD3 and determines therefrom the respective distances and its location.
  • the distance and location determination of the mobile communication terminal can also be performed by the mobile radio network (not shown here).
  • a network component is connected to the first, second and third mobile radio base station.
  • the mobile communication terminal now determines the time offset values to be observed and communicates them to the first, second, third and / or further mobile radio base stations.
  • the mobile communication terminal transmits first carrier frequency signals and second carrier frequency signals with known frequency offsets and output phase relationships and signals the output phase relationships to the mobile radio base station (s).
  • the mobile base stations or the network component determine the measurement phase relationships, evaluate them and, taking account of evaluated time offset values, determine the current distance of the mobile communication terminal to the first, second and / or third mobile radio base stations.
  • the network component can determine the location of the mobile communication terminal.
  • the particular location of the mobile communication terminal, the network component via one of the mobile radio base stations tell the mobile communication terminal, where the determined location is linked to stored further geographic data, and displayed on a display unit of the mobile communication terminal on maps shown.
  • a transducer built up at a known distance from the transmission location could also provide measured values with which the output phase relationship at the transmission location can be determined.
  • the transducer may also be a mobile communication terminal with known location data.
  • the method according to the invention can also be designed in such a way that more than two carrier frequencies are used to determine the output phase relationship or the measurement phase relationship relative to a mobile radio base station in order to limit ambiguity or to increase the accuracy of the method.
  • the invention is not limited to the specific embodiment, but includes other modifications not explicitly disclosed, as long as the gist of the invention is utilized. This applies in particular since the person skilled in the art electronic components such as receiving mixer, frequency converter, phase comparison circuits and short-term stable oscillators for the generation and determination of frequency and phase differences are known. Likewise, those skilled in the appropriate use methods or uses are known.
  • reference frequency signals are derived from the main oscillator of the transmitter and fed to one (or more) frequency converter.
  • This frequency converter derives first and second carrier frequency signals with predetermined frequency offsets.
  • phase detector circuit Prior to transmission, associated output phase relationships between first and second carrier frequency signals are determined in a phase detector circuit.
  • the frequency of the first carrier frequency signal is conversely converted to the frequency of the second carrier frequency signal or vice versa with a frequency converter and subsequently the phase relationships of the received first carrier frequency signals in relation to the received second carrier frequency signals are determined in a phase comparison circuit and output for further evaluation.
  • this exemplary method can be formed by a multistage frequency conversion and can be applied time-sequentially or in parallel for a carrier frequency signal or all carrier frequency signals.
  • a known variation to this method is also a comparison with a system-internal reference signal.
  • the listed method for measuring phase differences between different carrier frequency signals by way of example only, without limiting the disclosed method according to the claims. The person skilled in the art, when implementing the claimed method, will use that measuring technique which appears most favorable to his target system under the respective conditions.
  • the invention is not limited to the application in technical radio systems of the GSM standard, but also used in technical radio systems that use other standards instead of the GSM standard, but in which the communication is based on partners based on frequency division multiplexing and time division multiplexing, exemplified by the UMTS.

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstandsbestimmung eines mobilen Kommunikationsendgerätes (MK) zu einer ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) und ggf. weiteren Mobilfunkbasis-Stationen (MB2, MB3) in einem Mobilfunknetz, wobei die Abstandsbestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes (MK) zur ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) und ggf. zu weiteren Mobilfunkbasisstationen (MB2, MB3) präzisiert wird. In Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem der Abstandswert (All) ausschließlich aus dem Zeitversatzwert (TAI) berechnet wird, wird durch die erste Mobilfunkbasisstation (MBl) oder das mobile Kommunikationsendgerät (MK) zusätzlich ein zweiter, im Vergleich zum obigen Abstandswert (All) genauerer, aber mehrdeutiger Abstandswert (A12) aus folgenden Parametern berechnet: Ein erstes Trägerfrequenzsignal (TFSIl) und ein zweites Trägerfrequenzsignal (TFS12) mit festem Frequenzversatz, eine Ausgangsphasenbeziehung (APl) am Sendeort des ersten Trägerfrequenzsignals (TFSIl) in Bezug zum zweiten Trä- gerfrequenzsignal (TFS12) und eine Messphasenbeziehung (MPl) am Empfangsort des ersten Trägerfrequenzsignals (TFSIl) in Bezug zum zweiten Trägerfrequenzsignal (TFS12).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Abstandsbestimmung eines mobilen Kommunikationsendgerätes zu Mobilfunkbasisstationen und mobiles Kommu- nikationsendgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstandsbestimmung eines mobilen Kommunikationsendgerätes zu einer oder mehreren Mobilfunkbasisstationen und ein mobiles Kommunikationsendge- rät.
Mobile Kommunikationsendgeräte sind seit vielen Jahren weit verbreitet. Sie ermöglichen einem sich bewegenden Teilnehmer, der ein mobiles Kommunikationsendgerät (Handy) bei sich trägt, von nahezu allen dicht besiedelten Punkten auf der
Landfläche der Erde eine Telekommunikationsverbindung zu einem anderen Teilnehmer aufzubauen bzw. von einem Teilnehmer gerufen zu werden. Die größte flächendeckende Versorgung hat zur Zeit das Mobilfunknetz, welches nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communications) spezifiziert ist und die meisten in Gebrauch befindlichen mobilen Kommunikationsendgeräte nutzen den GSM-Standard. Weitere mobile GSM- Kommunikationsendgeräte sind so genannte GSM-Funkmodule, GSMPCMCIA-Karten, GSM-Funkmodems etc.
Die Netzarchitektur des GSM-Standards besteht unter anderem aus einem MobilfunksendeSystem, auch Base Station Subsystem genannt, welches seinerseits aus Mobilfunkbasisstationen (Base Transceiver Station) und zugeordneten Mobilfunkbasisstati- onsteuerungseinheiten (Base Station Controller) besteht, und einem Vermittlungssystem.
Aufbau und Funktionsweise von zellularen Funknetzen, insbesondere das GSM-Mobilfunksystem, sind dem Fachmann bekannt und in vielen Publikationen eingehend beschrieben, so dass hier keine weitere Erläuterung dazu notwendig ist.
Der Standort eines mobilen Kommunikationsendgerätes lässt sich beispielsweise durch ein Verfahren bestimmen, bei dem ein zusätzlicher GPS-Empfänger in das mobile Kommunikationsendgerät integriert wird, der mehrere von Satelliten mitgeteilte für die Standortbestimmung relevante Informationen auswertet. Unter Zuhilfenahme entsprechenden digitalen Kar- tenmaterials lässt sich der Standort mit einer messfehlerbe- dingten Ungenauigkeit von nur wenigen Quadratmetern bestimmen.
In einem weiteren Verfahren lässt sich der Abstand eines mo- bilen Kommunikationsendgerätes zu Mobilfunkbasisstationen und, wenn mehrere Mobilfunkbasisstationen an dem Verfahren mitwirken, auch sein Standort durch Verwendung ausschließlich innerhalb des GSM-Mobilfunknetzes ausgesendeter Signalisie- rungsInformationen bestimmen. Bei diesem Verfahren kann auf zusätzliche Bauteile (GPS-Empfänger) verzichtet werden. Diese Signalisierungsinformationen sind Zeitversatzwerte, in der Fachwelt auch als Timing Advance Value bekannt, und vorzugsweise Standortdaten der Mobilfunkbasisstationen.
Da das GSM-Mobilfunknetz neben dem Frequenzmultiplexverfahren auch ein Zeitmultiplexverfahren für die Funkressourcenverteilung benutzt und entsprechende Sende- und Empfangszeitschlitze dem mobilen Kommunikationsendgerät von der aktuellen Mobilfunkbasisstation zugeteilt werden, müssen übertragene Funksignale im vorgesehenen Empfangszeitschlitz beim jeweiligen Empfänger eintreffen. Um dieses zu gewährleisten, werden typischerweise die Sendezeitpunkte der zu übertragenen Funksignale zeitlich vorverlegt, damit diese übertragenen Funksignale zeitgerecht im Empfänger eintreffen. Je weiter das mobile Kommunikationsendgerät von der Mobilfunkbasisstation entfernt ist, desto eher muss es die Funksignale versenden. Die Zeitversatzwerte werden im GSM-Mobilfunknetz von der Mobilfunkbasisstation regelmäßig ermittelt und dem mobilen Kom- munikationsendgerät signalisiert, wobei das GSM-Mobilfunknetz 63 verschiedene diskrete Zeitversatzwerte vorsieht und wobei eine Erhöhung des Zeitversatzwertes je 550 Meter Abstand des mobilen Kommunikationsendgerätes von der Mobilfunkbasisstation erfolgt. Dementsprechend lässt sich mit diesen Signalisie- rungsinformationen von nur einer Mobilfunkbasisstation der
Abstand des mobilen Kommunikationsendgerätes mit einer radialen Abstandsungenauigkeit von 550 Metern zu dieser Mobilfunkbasisstation bestimmen.
Neben dem Abstand zwischen mobilem Kommunikationsendgerät und Mobilfunkbasisstation, der wie beschrieben aus dem Signalparameter „Zeit" ermittelt wird, kann auch als weiterer Signal - Parameter die Richtung (der Winkel) der von dem mobilen Kommunikationsendgerät an die Mobilfunkbasisstation versendeten Signale in der Mobilfunkbasisstation bestimmt werden. Dieses wird durch eine Anordnung von mehreren Antennen in der Mobil- funkbasisstation und Messung von Phasendifferenzen empfangener Signale an den verschiedenen Antennen bzw. Feldstärkemessungen innerhalb der genutzten Antenneneinrichtung erreicht.
Werden beide Signalparameter „Zeit" und „Empfangswinkel" ausgewertet, kann im heutigen GSM der Standort des mobilen Kommunikationsendgeräts mit einer Ungenauigkeit von mehreren hundert Quadratmetern ermittelt werden.
Mobile Kommunikationsendgeräte kommunizieren nicht nur mit einer einzigen Mobilfunkbasisstation sondern versenden bzw. empfangen auch Signalisierungsinformation an bzw. von mehre- ren Nachbarmobilfunkbasisstationen in dafür vorgesehenen Zeitschlitzen.
Wird lediglich der Signalparameter „Zeit" und nicht der Sig- nalparameter „Empfangswinkel" gemessen, kann durch Auswertung der oben bezeichneten Signalisierungsinformationen von drei Mobilfunkbasisstationen der Abstand des mobilen Kommunikationsendgerätes zu den drei Mobilfunkbasisstationen und der Standort des mobilen Kommunikationsendgerätes unter Zuhilfe- nähme von Standortdaten der drei Mobilfunkbasisstationen bestimmt werden. Der Standort des mobilen Kommunikationsendgerätes liegt innerhalb eines konzentrischen Ringes um die erste Mobilfunkbasisstation, innerhalb eines konzentrischen Ringes um die zweite Mobilfunkbasisstation und innerhalb eines konzentrischen Ringes um die dritte Mobilfunkbasisstation.
Überschneiden sich die drei Ringe, so liegt der Standort des mobilen Kommunikationsendgerätes innerhalb der Überlappungs- flache der drei konzentrischen Ringe.
Durch Verwendung von Signalisierungsinformationen weiterer
Mobilfunkbasisstationen lässt sich das Verfahren weiter präzisieren, insbesondere dann, wenn es zu Störungen bei der Funkübertragung der Signalisierungsinformationen zur ersten, zweiten und/oder dritten Mobilfunkbasisstation kommt.
Zusammenfassend lässt sich der Abstand des mobilen Kommunikationsendgerätes zu Mobilfunkbasisstationen bzw. der Standort des mobilen Kommunikationsendgerätes innerhalb des GSM-Mobil- funknetzes systembedingt aber nur mit größeren Ungenauigkei- ten bestimmen. Es ist nicht bestimmbar, wo innerhalb eines
Bereichs von mehreren hundert Quadratmetern sich das mobile Kommunikationsendgerät befindet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Abstandsbestimmung eines mobilen Kommunikationsendgerätes zu einer Mobilfunkbasisstation und gegebenenfalls weiteren Mobilfunkbasisstationen und ein mobiles Kommunikationsendge- rät anzugeben, mit welchem die Abstandsbestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes zu der Mobilfunkbasisstation und gegebenenfalls den weiteren Mobilfunkbasisstationen präziser erfolgen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Abstandsbestimmung eines mobilen Kommunikationsendgerätes zu einer ersten Mobilfunkbasisstation in einem Mobilfunknetz gelöst, wobei zu diesem Zweck bezogen auf die Kommunikation zwischen dem mobilen Kommunikationsendgerät und der ersten Mobilfunkbasisstation folgende Größen miteinander verglichen werden: a. ein aus einem Zeitversatzwert berechneter erster Abstandswert, b. ein aus
aa) einem Frequenzversatz zwischen einem ersten Trägerfrequenzsignal und einem zweiten Trägerfrequenzsignal, bb) einer Ausgangsphasenbeziehung am Sendeort des ers- ten Trägerfrequenzsignals in Bezug zum zweiten Trägerfrequenzsignal , cc) einer Messphasenbeziehung am Empfangsort des ersten TrägerfrequenzSignals in Bezug zum zweiten Trägerfrequenzsignal
berechneter mehrdeutiger, im Vergleich zum ersten Abstandswert genauerer zweiter Abstandswert . Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein mobiles Kommunikationsendgerät zur Durchführung des im vorstehenden Absatz beschriebenen Verfahrens gelöst .
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße mobile Kommunikationsendgerät kann die AbStandsbestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes zu einer Mobilfunkbasisstation und gegebenenfalls weiteren Mobilfunkbasisstationen präzisiert werden.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In vorteilhafter Weise wird das Verfahren gemäß Patentan- spruch 1, derart weitergebildet, dass die Berechnung und/oder der Vergleich der Größen in dem mobilen Kommunikationsendgerät erfolgt. Dadurch wird das Mobilfunknetz von einer Übertragung der berechneten und/oder verglichenen Größen entlastet.
In weiterhin vorteilhafter Weise wird der Zeitversatzwert und die Ausgangsphasenbeziehung dem mobilen Kommunikationsendgerät von der ersten Mobilfunkbasisstation signalisiert und die Messphasenbeziehung im mobilen Kommunikationsendgerät ermit- telt. So lässt sich die Berechnung und/oder der Vergleich der Größen einfach in das bestehende GSM-System integrieren.
In weiterhin vorteilhafter zum vorigen Absatz alternativer Weise wird die Ausgangsphasenbeziehung von dem mobilen Kommu- nikationsendgerät ermittelt und die Messphasenbeziehung in der ersten Mobilfunkbasisstation ermittelt und der Zeitversatzwert und die Messphasenbeziehung wird von der ersten Mobilfunkbasisstation dem mobilen Kommunikationsendgerät signalisiert. So lässt sich die Berechnung und/oder der Ver- gleich der Größen flexibel zwischen dem mobilen Kommunikationsendgerät und Komponenten des Mobilfunknetzes aufteilen.
In weiterhin vorteilhafter zum dritten vorstehenden Absatz alternativer Weise erfolgt die Berechnung und/oder der Vergleich der Größen in einer Komponente des Mobilfunknetzes. Dadurch kann die Berechnung und/oder Vergleich der Größen auch dann erfolgen, wenn der Benutzer des mobilen Kommunikationsendgeräts gar nicht an Abstandsbestimmungen interessiert ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung zum vorstehenden Absatz wird der bestimmte Abstand oder Parameter, aus denen sich der Abstand herleiten lässt, von der ersten Mobilfunkbasisstation dem mobilen Kommunikationsendgerät signalisiert. Dadurch wird das mobile Kommunikationsendgerät von Rechenleistungen im Bezug zum beschriebenen Verfahren überwiegend entlastet .
In weiterhin vorteilhafter Weise wird das Verfahren in ent- sprechender Weise auf weitere Mobilfunkbasisstationen ausgedehnt, in dem weitere hinsichtlich der Abstandsbestimmung bezogen auf die jeweilige weitere Mobilfunkbasisstation zu berechnende Zeitversatzwerte, Frequenzversätze, Ausgangsphasenbeziehungen, Messphasenbeziehungen und erste und zweite Trä- gerfrequenzsignale sowie erste und zweite Abstandswerte verglichen und/oder berechnet werden. Dadurch kann auch eine Abstandsbestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes einer oder mehreren Mobilfunkbasisstationen erfolgen, wenn die Signalübertragung von der ersten Mobilfunkbasisstation gestört ist.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren derart weitergebildet, dass die Größen mit Standortdaten der ersten Mobilfunkbasis- station und gegebenenfalls weiterer Mobilfunkbasisstationen o
zur Standortbestimmung des mobilen Kommunikationsendgeräts verknüpft werden. Die Standortbestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes kann für weitere ortsbasierte Mobilfunkdienste, im allgemeinen unter dem Begriff Location Based Ser- vices bekannt, verwendet werden.
Vorteilhafterweise wird das im vorstehenden Absatz beschriebene Verfahren derart weitergebildet, dass der ermittelte Standort mit gespeicherten weiteren geografischen Daten ver- knüpft wird, und auf einer Anzeigeeinheit des mobilen Kommunikationsendgerätes der Standort auf dargestellten Landkarten angezeigt wird. Dadurch kann der Benutzer des mobilen Kommunikationsendgerätes seinen eigenen Standort in dem ihm geläufigen geografischen Kartensystem erkennen und ebenfalls orts- basierte Mobilfunkdienste nutzen.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren des vorstehenden oder der beiden vorstehenden Absätze dadurch weitergebildet, dass der ermittelte Standort mit weiteren Daten von Dienstanbie- tern verknüpft wird, um Dienste wie Rettungsdienste (e-call) ,
Bewegungsprofile, positionsbezogene Werbung oder Nachrichten etc. anzubieten und/oder zu nutzen. Somit können eine Vielzahl von Diensten genutzt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung an Hand von drei Ausführungsbeispielen erläutert .
Dabei zeigt in schematischer Darstellung die
FIG 1 ein erfindungsgemäßes mobiles Kommunikationsendgerät, welches mit einer ersten, einer zweiten und einer drit- ten Mobilfunkbasisstation Signalisierungsnachrichten zur Abstands- und Standortbestimmung austauscht, die
FIG 2 das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ab- Standsbestimmung aus einem ersten und einem zweiten Abstandswert, und die
FIG 3 das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abstands- und Standortbestimmung nach Auswertung von mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Mobilfunkbasisstation ausgetauschten Signalisierungsnachrichten.
Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes mobiles Kommunikati- onsendgerät MK, welches von einer ersten, einer zweiten und einer dritten Mobilfunkbasisstation MBl, MB2 , MB3 , die jeweils an eine Netzkomponente NK, wie eine Mobilfunkbasissta- tionssteuerungseinheit oder ein Vermittlungssystem angeschlossen sind, Signalisierungsnachrichten TAI, TA2 , TA3 , APl, AP2, AP3, SODl, SOD2 , SOD3 zur Abstands- und Standortbestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes MK zur ersten, zweiten und dritten Mobilfunkbasisstation MBl, MB2 , MB3 empfängt und die empfangenen Signalisierungsnachrichten TAI, TA2, TA3, APl, AP2 , AP3 , SODl, SOD2 , SOD3 weiterverarbeitet.
Zunächst soll jedoch das Messprinzip zur Abstandsbestimmung anhand von ausgesendeten Signalisierungsinformationen TAI, APl, SODl der ersten Mobilfunkbasisstation MBl erläutert und deren Auswertung durch das mobile Kommunikationsendgerät MK aufgezeigt werden.
Von einer ersten Mobilfunkbasisstation MBl ausgesendete Signalisierungsinformationen werden auf vorbestimmte Trägerfrequenzen TFSIl, TFS12 des GSM-Mobilfunknetzes aufmoduliert. Die Funkwelle breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, wobei sich die Wellenlänge aus dem Quotienten von Lichtgeschwindigkeit und Trägerfrequenz TFSIl, TFS12 berechnet. Die Phase des empfangenen Signals (Phasenwinkel) liegt je nach Abstand des Empfängers vom Sender zwischen 0 und 2π bzw. (0° und 360°) .
Zur Erhöhung der Genauigkeit der Abstandsbestimmung ist die Messung des Phasendifferenzwinkels bei zwei unterschiedlichen Trägerfrequenzen TFSIl, TFS12 notwendig. Da dass GSM-Mobil- funknetz bereits das Frequenzsprungverfahren mit diskreten Trägerfrequenzabständen von 200 kHz benutzt, sind keine weiteren Frequenzalgorithmen im GSM-Mobilfunknetz für dieses Messverfahren zu implementieren.
Bei einem ersten Trägerfrequenzabstand, im weiteren Frequenzversatz genannt, von 200 kHz zwischen einem ersten Trägerfrequenzsignal TFSIl und einem zweiten Trägerfrequenzsignal TFS12 wird im mobilen Kommunikationsendgerät MK eine erste Messphasenbeziehung MPl ermittelt. Diese erste Messphasenbeziehung MPl ist der Phasendifferenzwinkel am Empfangsort, hier am Empfänger des mobilen Kommunikationsendgerätes MK, zwischen dem empfangenen ersten Trägerfrequenzsignal TFSIl und dem empfangenen zweiten Trägerfrequenzsignal TFS12. Im Hinblick auf die AbstandsbeStimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes MK ist folgende Überlegung zu beachten, deren Ergebnis in Figur 2 veranschaulicht wird, wobei in der Figur 2 der Abstand von der ersten Mobilfunkbasisstation MBl jeweils in Pfeilrichtung größer wird.
Bei einem ersten Frequenzversatz von 200 kHz zwischen dem ersten Trägerfrequenzsignal TFSIl und dem zweiten Trägerfrequenzsignal TFS12 ergibt sich, das derselbe Wert für die erste Messphasenbeziehung MPl erst nach 1.500 Metern radialer 1
Abstandsveränderung zwischen der ersten Mobilfunkbasisstation MBl und dem mobilen Kommunikationsendgerät MK wieder auftritt. Dieses wird in Figur 2 durch den Abstand zwischen den benachbarten schwarzen Balken auf dem mittleren Pfeil darge- stellt. Der dargestellte Zusammenhang ergibt sich aus der Berücksichtigung des Quotienten von Lichtgeschwindigkeit und erstem Frequenzversatz. Bedenkt man nun, dass mit heutzutage in Mobilfunkbasisstationen und mobilen Kommunikationsendgeräten verwendeten elektronischen Bauteilen wie Frequenzmischer- , Frequenzumsetzer und Phasendetektorschaltungen erste Messphasenbeziehungen MPl von etwa 5° auflösbar sind, reduziert sich der auflösbare radiale Abstand zwischen erster Mobil- funkbasisstation MBl und mobilem Kommunikationsendgerät MK auf 5° /360° * 1.500 Meter = 20 Meter. Bei verbesserten elekt- ronischen Bauteilen sind selbst erste Messphasenbeziehungen MPl von 0,57° zu erwarten, die zu radial auflösbaren Abständen von etwa 2 Metern und damit sehr genauen Abstandsbestimmungen führen würden. Die systembedingten Ungenauigkeiten in der Abstandsbestimmung werden durch die Breite der Balken auf dem mittleren Pfeil in Figur 2 symbolisiert. Zusammenfassend lässt sich also mit diesem Verfahren ein genauer, aber mehrdeutiger Abstandswert A12 , im weiteren als zweiter (mehrdeutiger) Abstandswert A12 bezeichnet, berechnen.
Mit der bisher beschriebenen Methode lässt sich also bestimmen, dass sich das mobile Kommunikationsendgerät MK innerhalb eines von mehreren um die erste Mobilfunkbasisstation MBl liegenden Ringen mit einer Ringbreite von etwa 20 Metern befinden muss, wobei die einzelnen Ringe einen radialen Abstand von 1.500 Metern zueinander haben.
Durch zusätzliche Anwendung des nach dem Stand der Technik aus dem GSM-Standard bekannten Verfahrens zur Abstandsbestimmung des mobilen Kommunikationsendgeräts MK mit Hilfe der einleitend beschriebenen Auswertung des ersten Zeitversatzwertes TAI (Timing Advance Value) sind radiale Abstandsbestimmungen mit einer radialen systembedingten Ungenauigkeit von 550 Metern möglich. In Figur 2 soll die Breite der jewei- ligen Kästchen mit TAI=I, TAI=2, etc. auf dem oberen Pfeil jeweils 550 Meter symbolisieren. Auf diese Weise lässt sich ein Abstandswert All berechnen, der im weiteren als erster Abstandswert All bezeichnet wird.
Werden beide Verfahren zur Abstandsbestimmung kombiniert, lässt sich vom mobilen Kommunikationsendgerät MK durch Vergleich des ersten Abstandswertes All und des zweiten (mehrdeutigen) Abstandswertes A12 ermitteln, welcher zweite (mehrdeutige) Abstandswert A12 , der Richtige ist. In diesem Aus- führungsbeispiel wird der erste Abstandswert All aus dem
Zeitversatzwert TA1=4 berechnet. Der zweite Abstandswert A12, symbolisiert durch den zweiten Balken von links, ist der Abstandswert, der dem ersten Abstandswert All zuzuordnen ist. Die Auswertung von erstem Abstandwert All und zweitem Ab- standswert A12 ergibt also einen eindeutigen genauen neuen
Abstandswert AlNEU. Dieser wird durch den Balken auf dem unteren Pfeil in Figur 2 dargestellt. Das mobile Kommunikationsendgerät MK befindet sich also in einem „engen" Ring um die erste Mobilfunkbasisstation MBl.
Werden zusätzlich von der ersten Mobilfunkbasisstation MBl aus den vom mobilen Kommunikationsendgerät MK empfangenen Signalen Richtungsinformationen, wie im einleitenden Teil als Signalparameter „Empfangswinke1" beschrieben, gewonnen, kann der Aufenthaltsbereich des mobilen Kommunikationsendgerätes
MK weiter eingegrenzt werden.
Durch die Auswertung von ersten Standortdaten SODl der ersten Mobilfunkbasisstation MBl wie z. B. Standort im geografischen Bezugssystem (geografische Länge, geografische Breite etc.) kann das mobile Kommunikationsendgerät MK seinen Abstand innerhalb eines Ringes von etwa 20 Metern in dem geografisehen Bezugssystem bestimmen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren funktioniert natürlich nur, wenn das erste Trägerfrequenzsignal TFSIl und das zweite Trägerfrequenzsignal TFS12 von der ersten Mobilfunkbasissta- tion MBl mit einer bekannten ersten Ausgangsphasenbeziehung APl (Phasendifferenzwinkel zwischen erstem Trägerfrequenzsignal TFSIl und zweitem Trägerfrequenzsignal TFS12 im Zeitpunkt der Aussendung) am Sendeort ausgesendet wurden. Diese erste Ausgangsphasenbeziehung APl wird im GSM-MobiIfunknetz fest vorgegeben oder sie wird dem mobilen Kommunikationsendgerät MK, falls die erste Ausgangsphasenbeziehung APl veränderlich oder von Fall zu Fall unterschiedlich ist, dem mobilen Kommunikationsendgerät MK von der ersten Mobilfunkbasisstation MBl ebenso wie der verwendete erste Frequenzversatz signalisiert. Im Rahmen des GSM-Mobilfunknetzes sendet die erste Mobilfunk- basisstation MBl gleichzeitig auf verschiedenen Frequenzkanälen neben den Nutzdaten auch Signalisierungsinformationen, die von einem mobilen Kommunikationsendgerät MK beispielsweise zur Frequenzkorrektur genutzt werden. Da das mobile Kommunikationsendgerät MK einen ausreichend kurzzeitstabilen Hauptoszillator besitzt kann innerhalb eines festgelegten
GSM-Zeitrahmens (TDMA) die Messung erfolgen, bei der die erste Messphasenbeziehung MPl ermittelt wird.
Erfolgt eine Nutzdatenübertragung mittels des ersten Träger- frequenzsignals TFSIl muss für den Empfang des zweiten Trägerfrequenzsignals TFS12 im GSM-Empfänger ein Pfad dafür ausgekoppelt werden. Alternativ könnte bei so genannten „Software Defined Radios" ein entsprechender Algorithmus programmiert werden. Die Abstandsbestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes MK kann erweitert werden, wenn das Verfahren zusätzlich mit weiteren Mobilfunkbasisstationen MB2 , MB3 durchgeführt wird. Dabei umfasst die Offenbarung sowohl die Erweiterung um eine zweite Mobilfunkbasisstation MB2, die Erweiterung um eine zweite und dritte Mobilfunkbasisstation MB2, MB3 als auch um vierte, fünfte und weitere Mobilfunkbasisstationen.
Im Folgenden soll die Erweiterung des Verfahrens anhand von drei Mobilfunkbasisstationen MBl, MB2 , MB3 erläutert werden. Dabei wertet das mobile Kommunikationsendgerät MK zusätzlich zu dem im vorstehenden hinsichtlich der Kommunikation mit der ersten Mobilfunkbasisstation MBl beschriebenen einen von der zweiten Mobilfunkbasisstation MB2 mitgeteilten zweiten Zeit- versatzwert TA2 und einen von der dritten Mobilfunkbasisstation MB3 mitgeteilten dritten Zeitversatzwert TA3 aus, und empfängt ein erstes Trägerfrequenzsignal TFS21 und ein zweites Trägerfrequenzsignal TFS22 mit einem zweiten bekannten Frequenzversatz von der zweiten Mobilfunkbasisstation MB2 und empfängt ein erstes Trägerfrequenzsignal TFS31 und ein zweites Trägerfrequenzsignal TFS32 mit einem bekannten dritten Frequenzversatz von der dritten Mobilfunkbasisstation MB3. Das erste Trägerfrequenzsignal TFS21 wurde in Bezug zum zwei- ten Trägerfrequenzsignal TFS22 von der zweiten Mobilfunkbasisstation MB2 mit einer bekannten zweiten Ausgangsphasenbeziehung AP2 versendet und die zweite Ausgangsphasenbeziehung AP2 am Sendeort, d. h. am Sender der zweiten Mobilfunkbasis- Station MB2, wird dem mobilen Kommunikationsendgerät MK sig- nalisiert. Das erste Trägerfrequenzsignal TFS31 wurde in Bezug zum zweiten Trägerfrequenzsignal TFS32 von der dritten Mobilfunkbasisstation MB3 mit einer bekannten dritten Ausgangsphasenbeziehung AP3 versendet und die dritte Ausgangs- Phasenbeziehung AP3 am Sendeort, d. h. am Sender der dritten Mobilfunkbasisstation MB3, wird ebenfalls dem mobilen Kommunikationsendgerät MK signalisiert.
Das mobile Kommunikationsendgerät MK ermittelt die zweite Messphasenbeziehung MP2 des von der zweiten Mobilfunkbasis- Station MB2 versendeten ersten Trägerfrequenzsignals TFS21 in Bezug zum von der zweiten Mobilfunkbasisstation MB2 versendeten zweiten Trägerfrequenzsignal TFS22 am Empfangsort, d. h. am Empfänger des mobilen Kommunikationsendgerätes MK, und er- mittelt die dritte Messphasenbeziehung MP3 des von der dritten Mobilfunkbasisstation MB3 versendeten ersten Trägerfrequenzsignals TFS31 in Bezug zum von der dritten Mobilfunkbasisstation MB3 versendeten zweiten Trägerfrequenzsignal TFS32 ebenfalls am Empfangsort, d. h. am Empfänger des mobilen Kom- munikationsendgerätes MK.
Das mobile Kommunikationsendgerät kann somit, bezogen auf die erste Mobilfunkbasisstation MBl einen ersten Abstandswert All und einen zweiten Abstandswert A12, bezogen auf die zweite Mobilfunkbasisstation MB2 einen ersten Abstandswert A21 und einen zweiten Abstandswert A22 und bezogen auf die dritte Mobilfunkbasisstation MB3 einen ersten Abstandswert A31 und einen zweiten Abstandswert A32 berechnen. Durch Vergleich der beiden Abstandswerte All, A12, der beiden Abstandswerte A21, A22 und der beiden Abstandswerte A31, A32 können präzise neue Abstandswerte AlNEU bezogen auf die erste Mobilfunkbasisstation MBl, A2NEU bezogen auf die zweite Mobilfunkbasisstation MB2 und A3NEU bezogen auf die dritte Mobilfunkbasisstation MB3 in dem mobilen Kommunikationsendgerät MK ermittelt wer- den.
Unabhängig davon, ob die erste, zweite und dritte Mobilfunkbasisstation MBl, MB2, MB3 richtungsunabhängige oder richtungsbestimmende Empfangssignalauswerteeinheiten verwenden, ergibt sich nur eine einzige Überlappungsfläche als Aufenthaltsbereich für das mobile Kommunikationsendgerät MK, gebildet aus drei konzentrischen Ringen, einem ersten um die erste Mobilfunkbasisstation MBl herum, einem zweiten um die zweite Mobilfunkbasisstation MB2 herum und einem dritten um die dritte Mobilfunkbasisstation MB3 herum.
Durch die zusätzliche Auswertung von ersten Standortdaten SODl der ersten Mobilfunkbasisstation MBl, die diese dem mo- bilen Kommunikationsendgerät MK mitteilt, von zweiten Standortdaten SOD2 der zweiten Mobilfunkbasisstation MB2, die diese dem mobilen Kommunikationsendgerät MK mitteilt und von dritten Standortdaten SOD3 der dritten Mobilfunkbasisstation MB3, die letztere dem mobilen Kommunikationsendgerät MK mit- teilt, kann das mobile Kommunikationsendgerät MK seinen
Standort innerhalb der einzigen Überlappungsfläche in einem geografischen Bezugssystem bestimmen.
In Figur 3 sind zur weiteren Erläuterung kreissegmentartige Ringausschnitte um die jeweilige Mobilfunkbasisstation MBl, MB2, MB3 dargestellt, wobei die gestrichelte Linie jeweils die innere Begrenzungslinie und die durchgezogene Linie jeweils die äußere Begrenzungslinie darstellt. Das mobile Kommunikationsendgerät MK bestimmt nun seinen Standort als in- nerhalb der sich überschneidenden drei Ringe liegend.
Mit heutigen elektronischen Bauteilen mit denen Messphasenbeziehungen MPl, MP2, MP3 von etwa 5° auflösbar sind, lässt sich der Standort innerhalb eines Bereichs von etwa 20 Meter * 20 Meter bestimmen. Mit den verbesserten elektronischen
Bauteilen, mit denen Messphasenbeziehungen MPl, MP2, MP3 von etwa 0,57° zu erwarten sind, lässt sich der Standort innerhalb eines Bereichs von 2 Meter * 2 Meter präzisieren. ^
Die Ausdehnung des Verfahrens in entsprechender Weise auf weitere Mobilfunkbasisstationen und weitere hinsichtlich der Abstands- und Standortbestimmung auszuwertende Ausgangsphasenbeziehungen, Messphasenbeziehungen, Zeitversatzwerte und Standortdaten ist möglich, z. B. um eventuelle Störungen der Funkverbindungen zwischen dem mobilen Kommunikationsendgerät MK und der ersten, zweiten und/oder dritten Mobilfunkbasis- station MBl, MB2 , MB3 zu kompensieren.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wäre außerdem die aus dem Stand der Technik bekannte Kopplung mit ortsbasierten Mobilfunkdiensten, ohne weiteres möglich, ohne das GPS-Empfän- ger in die mobilen Kommunikationsendgeräte MK integriert werden müssten. Dabei wird der ermittelte Standort mit weiteren Daten von Dienstanbietern verknüpft, um z. B. Rettungsdienste (e-call) , Bewegungsprofile, positionsbezogene Werbung oder Nachrichten und weitere Dienste anzubieten und/oder zu nutzen.
Um die Bedienerfreundlichkeit zu vergrößern, werden die ermittelten Standortdaten mit gespeicherten weiteren geografi- schen Daten verknüpft, und auf einer Anzeigeeinheit des mobilen Kommunikationsendgerätes MK wird der Standort des mobilen Kommunikationsendgerätes MK auf dargestellten Landkarten an- gezeigt, z. B. in geografischen Längen- und Breitengraden o- der Straßenkarten.
Das GSM-Mobilfunksystem stellt schon jetzt alle benötigten Parameter prinzipiell zur Verfügung. Lediglich sind programm- technische Anpassungen der Mobilfunkbasisstationen MBl, MB2, MB3 und des mobilen Kommunikationsendgerätes MK erforderlich, um die Erfindung in ihren gesamten Möglichkeiten nutzen zu können . In der bisherigen Beschreibung wertet das mobile Kommunikationsendgerät MK die empfangenen ersten Trägerfrequenzsignale TFSIl, TFS21, TFS31, zweiten Trägerfrequenzsignale TFS21, TFS22, TFS32, Zeitversatzwerte TAI, TA2 , TA3 und gegebenen- falls Standortdaten SODl, SOD2 , SOD3 aus und bestimmt daraus die jeweiligen Abstände und seinen Standort.
Jedoch kann (hier nicht gezeigt) die Abstands- und Standort- bestimmung des mobilen Kommunikationsendgerätes auch durch das MobiIfunknetz erfolgen. Dazu ist eine Netzkomponente mit der ersten, zweiten und dritten Mobilfunkbasisstation verbunden. Das Verfahren läuft nun quasi spiegelbildlich (Sender von Signalisierungsnachrichten = mobiles Kommunikationsendgerät, Empfänger von Signalisierungsnachrichten = Mobilfunkba- sisstationen) zur obigen Darstellung ab, so dass es nur kurz erläutert wird. Im Gegensatz zum obigen Beispiel bestimmt jetzt das mobile Kommunikationsendgerät einzuhaltende Zeitversatzwerte und teilt diese der ersten, zweiten, dritten und/oder weiteren Mobilfunkbasisstationen mit. Das mobile Kommunikationsendgerät sendet erste Trägerfrequenzsignale und zweite Trägerfrequenzsignale mit bekannten Frequenzversätzen und Ausgangsphasenbeziehungen und signalisiert die Ausgangsphasenbeziehungen dem/den Mobilfunkbasisstationen. Die Mobil- funkbasisstationen oder die Netzkomponente ermitteln die Messphasenbeziehungen, werten diese aus und bestimmen unter Berücksichtigung von ausgewerteten Zeitversatzwerten den aktuellen Abstand des mobilen Kommunikationsendgerätes zur ersten, zweiten und/oder dritten Mobilfunkbasisstation.
Durch zusätzliche Auswertung von Standortdaten der ersten, zweiten und/oder dritten Mobilfunkbasisstation kann die Netzkomponente den Standort des mobilen Kommunikationsendgerätes bestimmen. Den bestimmten Standort des mobilen Kommunikationsendgerätes kann die Netzkomponente über eine der Mobil- funkbasisstationen dem mobilen Kommunikationsendgerät mitteilen, wo der ermittelte Standort mit gespeicherten weiteren geografischen Daten verknüpft wird, und auf einer Anzeigeeinheit des mobilen Kommunikationsendgerätes auf dargestellten Landkarten dargestellt wird.
Auch sind hier Zwischenlösungen denkbar. Ohne den Erfindungs- gedanken zu verlassen, ist es ist quasi beliebig ausführbar, bei welchem Partner (mobiles Kommunikationsendgerät oder Mo- bilfunkbasisstation) , welche Werte ermittelt, berechnet, verglichen und/oder dem anderen Partner signalisiert werden. Insbesondere könnte das mobile Kommunikationsendgerät lediglich als Messwertaufnehmer funktionieren, der anschließend die Messwerte an die Mobilfunkbasisstation übermittelt, in der dann weitere Berechnungen und/oder Vergleiche zur Abstandsbestimmung vorgenommen werden.
Auch könnte ein in einem bekannten Abstand vom Sendeort aufgebauter Messwertaufnehmer, Messwerte liefern, mit denen sich Ausgangsphasenbeziehung am Sendeort ermitteln lässt. Bei dem Messwertaufnehmer kann es sich auch um ein mobiles Kommunikationsendgerät mit bekannten Standortdaten handeln.
Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgebildet sein, dass bezogen auf eine Mobilfunkbasisstation mehr als zwei Trägerfrequenzen zur Ermittlung der Ausgangsphasenbeziehung bzw. der Messphasenbeziehung herangezogen werden, um Mehrdeutigkeiten einzuschränken oder die Genauigkeit des Verfahrens zu steigern.
Die Erfindung ist nicht auf das spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern schließt weitere nicht explizit offenbarte Abwandlungen mit ein, solange von dem Kern der Erfindung Gebrauch gemacht wird. Dieses gilt insbesondere, da dem Fachmann elektronische Bauelemente wie Empfangsmischer, Frequenzumsetzer, Phasenvergleichsschaltungen und kurzzeitstabile Oszillatoren zur Er- zeugung und Bestimmung von Frequenz- und Phasendifferenzen bekannt sind. Ebenso sind dem Fachmann die entsprechende Einsatzverfahren oder Verwendungszwecke bekannt.
Im jeweiligen Sender (Mobilfunkbasisstation oder mobiles Kom- munikationsendgerät) werden vom Hauptoszillator des Senders Referenzfrequenzsignale abgeleitet und einem (oder mehreren) Frequenzumsetzer zugeführt. Dieser Frequenzumsetzer leitet daraus erste und zweite Trägerfrequenzsignale mit vorgegebenen Frequenzversätzen ab. Vor der Versendung werden zugehöri- ge Ausgangsphasenbeziehungen zwischen ersten und zweiten Trägerfrequenzsignalen in einer Phasendetektorschaltung bestimmt .
Im jeweiligen Empfänger (mobiles Kommunikationsendgerät oder Mobilfunkbasisstation) wird in umgekehrter Weise die Frequenz des ersten Trägerfrequenzsignals auf die Frequenz des zweiten Trägerfrequenzsignals oder umgekehrt mit einem Frequenzumsetzer umgesetzt und anschließend werden in einer Phasenvergleichsschaltung die Messphasenbeziehungen der empfangenen ersten Trägerfrequenzsignale in Bezug zu den empfangenen zweiten Trägerfrequenzsignalen ermittelt und zur weiteren Auswertung ausgegeben .
Dieses beispielhaft aufgeführte Verfahren kann je nach Aufbau durch eine mehrstufige Frequenzkonversion ausgebildet sein und zeitsequentiell oder parallel für ein Trägerfrequenzsignal oder alle Trägerfrequenzsignale angewendet werden. Eine bekannte Variation zu diesem Verfahren ist auch ein Vergleich mit einem systeminternen Referenzsignal . Auch hier seien die aufgeführten Verfahren zur Messung von Phasenunterschieden zwischen unterschiedlichen Trägerfrequenzsignalen nur beispielhaft benannt, ohne das offenbarte Verfahren gemäß der Patentansprüche einzuschränken. Der Fachmann wird bei einer Umsetzung des beanspruchten Verfahrens diejenige Messtechnik einsetzen, die seinem Zielsystem unter den jeweiligen Bedingungen am günstigsten erscheint.
Auch ist die Erfindung nicht auf die Anwendung in technischen Funksystemen des GSM-Standards eingeschränkt, sondern ebenfalls einsetzbar in technischen Funksystemen, die statt des GSM-Standards andere Standards verwenden, in denen aber die Kommunikation zwischen Partnern auf der Basis von Frequenzmultiplexverfahren und Zeitmultiplexverfahren beruht, wobei beispielhaft das UMTS genannt ist.
Stehen jedoch neben den zugewiesenen Kanalrastern weitere Frequenzbereiche zur Verfügung, können einzelne oder alle Trägerfrequenzsignale auch außerhalb der den oben aufgeführ- ten Funkstandards zugewiesenen Frequenzbereichen ausgesendet und ausgewertet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur AbStandsbestimmung eines mobilen Kommunikationsendgerätes (MK) zu einer ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) in einem Mobilfunknetz, wobei zu diesem Zweck bezogen auf die Kommunikation zwischen dem mobilen Kommunikationsendgerät (MK) und der ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) folgende Größen miteinander verglichen werden: a) ein aus einem Zeitversatzwert (TAI) berechneter erster Abstandswert (All) , b) ein aus
aa) einem Frequenzversatz zwischen einem ersten Trägerfrequenzsignal (TFSIl) und einem zweiten Trägerfre- quenzsignal (TFS12) , bb) einer Ausgangsphasenbeziehung (APl) am Sendeort des ersten Trägerfrequenzsignals (TFSIl) in Bezug zum zweiten Trägerfrequenzsignal (TFS12) , cc) einer Messphasenbeziehung (MPl) am Empfangsort des ersten Trägerfrequenzsignals (TFSIl) in Bezug zum zweiten Trägerfrequenzsignal (TFS12)
berechneter mehrdeutiger, im Vergleich zum ersten Abstandswert (All) genauerer zweiter Abstandswert (A12) .
2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung und/oder der Vergleich der Größen in dem mobilen Kommunikationsendgerät (MK) erfolgt.
3. Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatzwert (TAI) und die Ausgangsphasenbeziehung (APl) dem mobilen Kommunikationsendgerät (MK) von der ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) signalisiert wird und die Messphasenbeziehung (MPl) im mobilen Kommunikationsendgerät (MK) ermittelt wird.
4. Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsphasenbeziehung (APl) von dem mobilen Kommunikationsendgerät (MK) ermittelt wird und die Messphasenbeziehung (MPl) in der ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) er- mittelt wird und der Zeitversatzwert (TAI) und die Messphasenbeziehung (MPl) von der ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) dem mobilen Kommunikationsendgerät (MK) signalisiert wird.
5. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung und/oder der Vergleich der Größen in einer Komponente des Mobilfunknetzes erfolgt.
6. Verfahren gemäß Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Abstand oder Parameter, aus denen sich der Abstand herleiten lässt, von der ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) dem mobilen Kommunikationsendgerät (MK) signalisiert wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in entsprechender Weise auf weitere Mobil- funkbasisstationen (MB2 , MB3) ausgedehnt wird, in dem weitere hinsichtlich der AbStandsbestimmung bezogen auf die jeweilige weitere Mobilfunkbasisstation (MB2 , MB3) zu berechnende Zeit- versatzwerte (TA2, TA3) , Frequenzversätze, Ausgangsphasenbeziehungen (AP2, AP3) , Messphasenbeziehungen (MP2 , MP3) und erste und zweite TrägerfrequenzSignale (TFS21, TFS22, TFS31, ώ 4fc
TFS32) sowie erste und zweite Abstandswerte (A21, A22, A31, A32) verglichen und/oder berechnet werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen mit Standortdaten (SODl, SOD2 , SOD3) der ersten Mobilfunkbasisstation (MBl) und gegebenenfalls weiterer Mobilfunkbasisstationen (MB2 , MB3) zur Standortbestimmung des mobilen Kommunikationsendgeräts (MK) verknüpft werden.
9. Verfahren gemäß Patentanspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Standort mit gespeicherten weiteren geo- grafischen Daten verknüpft wird und auf einer Anzeigeeinheit des mobilen Kommunikationsendgerätes (MK) der Standort auf dargestellten Landkarten angezeigt wird.
10. Verfahren gemäß Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Standort mit weiteren Daten von Dienstanbietern verknüpft wird, um Dienste wie Rettungsdienste (e- call) , Bewegungsprofile, positionsbezogene Werbung oder Nachrichten etc. anzubieten und/oder zu nutzen.
11. Mobiles Kommunikationsendgerät (MK) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Patentansprüche.
PCT/DE2006/000524 2006-03-22 2006-03-22 Verfahren zur abstandsbestimmung eines mobilen kommunikationsendgerätes zu mobilfunkbasisstationen und mobiles kommunikationsendgerät WO2007107128A1 (de)

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