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DE10116798C2 - Method for improving the accuracy of position determination in a digital mobile radio network - Google Patents

Method for improving the accuracy of position determination in a digital mobile radio network

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Publication number
DE10116798C2
DE10116798C2 DE2001116798 DE10116798A DE10116798C2 DE 10116798 C2 DE10116798 C2 DE 10116798C2 DE 2001116798 DE2001116798 DE 2001116798 DE 10116798 A DE10116798 A DE 10116798A DE 10116798 C2 DE10116798 C2 DE 10116798C2
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correlation
maximum
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gsm
station
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Franz Schreib
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Siemens Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung einer Mobilstation in einem digitalen Mobilfunknetz, und insbeson­ dere auf ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung einer Mobilstation in einem digitalen Mo­ bilfunknetz nach der GSM-Norm, in welchem Informationen in bitweise strukturierten Datenpaketen, sogenannten "Bursts" ausgetauscht werden. Solche "Bursts" sind z. B. in der GSM- Spezifikation (GSM 05.02 Section 5.2.2) beschrieben.The present invention relates to a method for Improve the accuracy of positioning a Mobile station in a digital cellular network, and in particular on a method to improve the accuracy of the Position determination of a mobile station in a digital mo bilfunknetz according to the GSM standard, in which information in data packets structured bit by bit, so-called "bursts" be replaced. Such "bursts" are e.g. B. in the GSM Specification (GSM 05.02 Section 5.2.2).

Die möglichst genaue Lokalisierung von mobilen Funkgeräten, die sich in einem von einem digitalen Mobilfunknetz abgedeck­ ten Empfangs- und Sendebereich befinden, wird zusehends wich­ tiger.The most accurate localization of mobile radios, which is covered in a digital cellular network ten reception and transmission area, is increasingly important tiger.

Z. B. möchten die Mobilfunknetzbetreiber ihre Kunden mög­ lichst genau im Mobilfunknetz lokalisieren, um an den jewei­ ligen Aufenthaltsort des Benutzers einer Mobilstation indivi­ duell angepasste Werbehinweise schicken zu können. Diese Wer­ behinweise können z. B. Hinweise auf das nächstgelegenste Re­ staurant, den nächstgelegensten Buchladen oder ähnliches sein.For example, the mobile network operators want to enable their customers localize as precisely as possible in the mobile network in order to be able to current location of the user of a mobile station indivi to be able to send duellly adapted advertising notices. This who evidence can e.g. B. Notes on the closest right restaurant, the closest bookstore or similar his.

Von Seiten des Gesetzgebers wiederum wird an die Mobilfunk­ netzbetreiber z. B. die Anforderung gestellt, möglichst genau die Position eines Benutzers einer Mobilstation zu ermitteln, der über seine Mobilstation einen Notrufdienst anfordert. Da­ durch soll Mißbrauch vorgebeugt werden und Unfallopfer sollen genau lokalisiert werden können.On the part of the legislator, in turn, is the mobile phone network operator z. B. made the request as accurately as possible determine the position of a user of a mobile station, who requests an emergency service via his mobile station. because abuse is to be prevented and accident victims should be prevented can be located precisely.

Für all diese Anwendungszwecke reichen die bisher erreichten Genauigkeiten zur Lokalisierung einer Mobilstation in einem Mobilfunknetz nicht aus. For all of these applications, those achieved so far are sufficient Accuracies for locating a mobile station in one Cellular network not out.  

Verschiedene bekannte Verfahren zur Positionsbestimmung einer Mobilstation in einem digitalen Mobilfunknetz sind zum Bei­ spiel in "Positioning GSM Telephones" von C. Drane et. al. in IEEE Communications Magazine, April 1998, S. 46 ff. erläu­ tert. Insbesondere sind dort auch sogenannte "Timing Advan­ ce"-Messungen ("Vorauseilzeit"-Messungen) erläutert, wie sie weiter unten noch ausführlicher erläutert werden.Various known methods for determining a position Mobile stations in a digital cellular network are included play in "Positioning GSM Telephones" by C. Drane et. al. in IEEE Communications Magazine, April 1998, p. 46 ff tert. In particular there are also so-called "timing advan ce "measurements (" lead time "measurements) explains how are explained in more detail below.

In digitalen Mobilfunknetzen, und insbesondere in GSM Syste­ men, findet die Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation durch sogenannte "Bursts" statt, das sind Datenpakete vorspezifizierter Länge und vorspezifizier­ ter interner Struktur.In digital cellular networks, and especially in GSM systems data transfer between a base station and a mobile station by so-called "bursts" instead, the are data packets of pre-specified length and pre-specified internal structure.

In gängigen Mobilfunknetzspezifikationen, insbesondere in der GSM Norm, sind zum Austausch eines Bursts zwischen einer sen­ denden Station und einer empfangenden Station Zeitschlitze vorbestimmter Länge im Datenübertragungsprotokoll vorgesehen, innerhalb derer eine sendende Station einen Burst senden und eine damit in Verbindung stehende empfangende Station diesen Burst empfangen kann.In common mobile network specifications, especially in the GSM standard, are used to exchange a burst between a sen end station and a receiving station time slots predetermined length provided in the data transmission protocol, within which a sending station send a burst and a related receiving station Burst can receive.

Um die Kapazitäten einer Basisstation, in deren Empfangs- und Sendegebiet sich eine Vielzahl von Mobilstationen befinden kann, optimal auszunutzen, ist die Basisstation nicht für je­ de Mobilstation permanent empfangsbereit, sondern kann nur während bestimmter Zeitschlitze einen von einer bestimmten Mobilstation einlaufenden Burst tatsächlich empfangen. Dies führt dazu, dass eine sich in einem bestimmten Abstand von einer Basisstation befindliche Mobilstation einen Burst schon losschicken muss, während die Basisstation noch gar nicht be­ reit ist, diesen Burst zu empfangen. Die Basisstation muss vielmehr während der Laufzeit des Bursts von der Mobilstation zu Basisstation umgeschaltet werden, so dass sie dann zum Zeitpunkt des Eintreffens des Bursts bei der Basisstation empfangsbereit ist. To the capacities of a base station, in its receiving and Broadcast area are a variety of mobile stations can make optimal use of it, the base station is not for everyone de Mobile station permanently ready to receive, but can only during certain time slots one from a certain one Mobile station incoming burst actually received. This leads to a certain distance from a base station already has a burst must send out while the base station is not yet is ready to receive this burst. The base station must rather during the duration of the burst from the mobile station be switched to the base station so that they can then be switched to Time of arrival of the burst at the base station is ready to receive.  

Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Vorauseilzeit ("timing advance") Δt und dem Abstand Δx zwischen einer Mo­ bilstation und einer Basisstation. c ist die Lichtgeschwin­ digkeit (ca. 3.108 m/s). Der Faktor 1/2 ist zu berücksichti­ gen, da die Mobilstation den Synchronisationsburst bereits um die Laufzeit zwischen der Mobilstation und Basisstation ver­ schoben sieht. Sendet die Mobilstation ein RACH Signal (RACH = "Random Access Channel"), so ist dieses abermals um die Laufzeit zwischen Mobilstation und Basisstation verzögert. Die Vorauseilzeit ("timing advance") entspricht deshalb der doppelten Laufzeit. Fig. 1 shows the relationship between the timing advance Δt and the distance Δx between a mobile station and a base station. c is the speed of light (approx. 3.10 8 m / s). The factor 1/2 must be taken into account, since the mobile station sees the synchronization burst shifted by the duration between the mobile station and the base station. If the mobile station sends an RACH signal (RACH = "Random Access Channel"), this is again delayed by the running time between the mobile station and the base station. The timing advance is therefore twice the running time.

Vorauseilzeitmessungen ("Timing Advance"-Messungen) haben ei­ ne Auflösung, die der Dauer eines GSM Symbols entspricht, d. h. 3,77 µs. In GSM 05.04 Section 2.1.1 finden sich nähere Spezifikationen zu den im GSM Standard verwendete "Symbolen" und deren Eigenschaften. Die Dauer eines Symbols entspricht somit einem Abstand von ca. 3.108 m/s.3,77 µs = 555 m zwi­ schen Basisstation und Mobilstation.Lead time measurements ("timing advance" measurements) have a resolution that corresponds to the duration of a GSM symbol, ie 3.77 µs. GSM 05.04 Section 2.1.1 contains more detailed specifications on the "symbols" used in the GSM standard and their properties. The duration of a symbol thus corresponds to a distance of approx. 3.10 8 m / s. 3.77 µs = 555 m between base station and mobile station.

Eine Ortsauflösung von ca. 555 m ist jedoch nicht ausreichend für die Vorgaben, die die amerikanische Bundesbehörde FCC für Positionsortungsdienste vorgibt. (vgl. z. B. Christopher Dra­ ne, Malcolm Macnaughtan, and Craig Scott, "Positioning GSM Telephones", IEEE communications magazine, April 1998 oder Sirin Tekinay, Ed Chao and Robert Richton "Performance Bench­ marking for Wireless Location Systems", IEEE communications magazine, April 1998.However, a spatial resolution of approx. 555 m is not sufficient for the requirements that the American federal authority FCC for Location services. (see e.g. Christopher Dra ne, Malcolm Macnaughtan, and Craig Scott, "Positioning GSM Telephones ", IEEE communications magazine, April 1998 or Sirin Tekinay, Ed Chao and Robert Richton "Performance Bench marking for wireless location systems ", IEEE communications magazine, April 1998.

Aus WO 99/27738 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung bekannt, bei dem zur Laufzeitbestimmung Signale in einem Di­ versitätsverfahren empfangen werden und bei dem eine Mitte­ lung über mehrere Bursts durchgeführt wird.WO 99/27738 A1 describes a method for determining the position known in which signals in a Di for the determination of the transit time medical procedures are received and at which a middle is carried out over several bursts.

Aus WO 01/19112 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung bekannt, bei dem die Laufzeit direkt aus der Kanalimpulsant­ wort bestimmt wird. WO 01/19112 A1 describes a method for determining the position known, in which the running time directly from the channel impulsant word is determined.  

Aus WO 01/06275 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung bekannt, bei dem die Laufzeit aus einer Funktion bestimmt wird, die die Differenz zwischen einem Signal aus vielen ge­ mittelten Kanalimpulsantworten und einem Signal aus genauso­ viel gemittelten Burstenergien darstellt. Diese Differenz wird logarithmiert und dann weiter bearbeitet.WO 01/06275 A1 describes a method for determining the position known, in which the runtime determined from a function that is the difference between a signal of many ge averaged channel impulse responses and a signal from the same represents much averaged burst energies. That difference is logarithmic and then processed further.

Aus WO 01/18560 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung bekannt, bei dem die Laufzeit durch statistische Methoden insbesondere durch eine gewichtete Mittelung nach einer spe­ ziellen Schwerpunktformel bestimmt wird.WO 01/18560 A1 describes a method for determining the position known in which the runtime by statistical methods in particular by weighted averaging after a spe main focus formula is determined.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, verbesser­ te Verfahren zur Lokalisierung einer aktiven Mobilstation in einem digitalen Mobilfunknetz (insbesondere bei einem GSM System) bereitzustellen, in dem Timing Advance Messungen imp­ lementiert sind.The object of the present invention is therefore to improve te method for locating an active mobile station in a digital cellular network (especially with a GSM System) in which timing advance measurements imp are lemented.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem unab­ hängigen Verfahrensanspruch 1 gelöst. Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, mit dem ein erfindungs­ gemäßes Verfahren in einer maschinenlesbaren Form dargestellt wird, und welches zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basisstationen oder Mobilstationen eines digi­ talen Mobilfunknetzes heruntergeladen werden kann.This is achieved according to the invention by a method according to independent method claim 1 . Furthermore, a computer program product is provided with which a method according to the invention is presented in a machine-readable form and which can be downloaded to base stations or mobile stations of a digital mobile radio network in order to carry out a method according to the invention.

Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsfor­ men der vorliegenden Erfindung.The dependent claims relate to preferred embodiments men of the present invention.

Die Verbesserung der Genauigkeit der erfindungsgemäß vorge­ schlagenen Verfahren beruht auf Signalauswertungs- und Re­ chenverfahren, die die Tatsache ausnutzen, dass einzelne Bursts bitweise strukturiert Energie übertragen. Erfindungs­ gemäß wird dies so ausgenutzt, dass zur Vorauseilzeitmessung senderseitig ausgestrahlte Synchronisationsbits empfängersei­ tig ausgewertet werden, und eine Korrelation zwischen empfan­ genen Signalen und einzelnen Synchronisationsbits durchge­ führt wird, wobei charakteristische Korrelationskoeffizienten ausgewertet werden, die einer weiteren Abschätzung für den tatsächlichen Abstand zwischen sendender und empfangender Station zugrundegelegt werden.The improvement in the accuracy of the invention proposed method is based on signal evaluation and re processes that take advantage of the fact that individual Bursts transfer energy structured bit by bit. Fiction according to this is used in such a way that for the advance time measurement synchronization bits broadcast on the transmitter side are received be evaluated, and a correlation between received genes signals and individual synchronization bits leads, with characteristic correlation coefficients be evaluated, which is a further estimate for the actual distance between sending and receiving The station.

Dabei kann bei einem GSM-Mobilfunksystem auf in diesem be­ reits implementierte Software-Ressourcen zur Durchführung ei­ nes Timing Advance Algorithmusses zurückgegriffen werden, wie dies durch die Ansprüche 3 und 4 zum Ausdruck gebracht ist.It can be in a GSM mobile radio system in this Software resources already implemented to carry out ei The timing advance algorithm must be used, such as this is expressed by claims 3 and 4.

Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispie­ len in Verbindung mit den Zeichnungen.The advantages and features of the present invention result also from the exemplary embodiments explained below len in connection with the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den Zusammenhang zwischen der Verzögerungszeit ("timing advance") und dem Abstand einer Mobilsta­ tion zu einer Basisstation; Figure 1 shows the relationship between the delay time ("timing advance") and the distance of a Mobilsta tion to a base station.

Fig. 2 den Aufbau einer "Access Burst" in der GSM Norm; FIG. 2 shows the construction of an "access burst" in the GSM standard;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein einem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundelie­ genden Positionsbestimmungsalgorithmus ("CONTEST"- Algorithmus) in einem GSM-System; Fig. 3 is a block diagram of an embodiment of a method according to the invention a zugrundelie constricting position determination algorithm ( "contest" - algorithm) in a GSM system;

Fig. 4 den Verlauf einer interpolierten Korrelationsfunk­ tion für den RACH-Kanal in Abhängigkeit von einem Korrelationsindex, wie er bei Verwendung des "CONTEST"-Algorithmusses auftritt; und Fig. 4 shows the profile of an interpolated correlation radio tion for the RACH channel in response to a correlation index, as occurs when using the "contest"-Algorithmusses; and

Fig. 5 den Verlauf einer interpolierten Energiesummenfunk­ tion in Abhängigkeit von einem Korrelationsindex, wie er bei Verwendung des "CONTEST"-Algorithmusses auftritt. Fig. 5 shows the course of an interpolated Energiesummenfunk tion depending on a correlation index, as occurs when using the "CONTEST" algorithm.

Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft anhand der GSM- Norm erläutert. Für den Fachmann ist es aber ohne weiteres einsichtig, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch in nach anderen Mobilfunknormen betriebenen digitalen Mobilfunksyste­ men einsetzbar ist, sofern in diesen mit Synchronisationsbits strukturierte Einzeldatenpakete ("Bursts") zur Durchführung von Timing Advance Messungen benutzt werden. Es ist zudem nicht zwingend notwendig, dass Timing Advance Messungen nur im "uplink"-Betrieb (von der Mobilstation zu einer Basissta­ tion) durchgeführt werden, grundsätzlich sind auch Mobilfunk­ systeme denkbar, bei denen Timing Advance Messungen im "down­ link"-Betrieb (von der Basisstation zu einer Mobilstation) durchgeführt werden.The present invention is exemplified using the GSM Norm explained. However, it is straightforward for the expert understandable that the inventive method also in after other mobile radio standards operated digital mobile radio system men can be used, provided they have synchronization bits structured individual data packets ("bursts") for implementation of timing advance measurements. It is also not absolutely necessary that timing advance measurements only in "uplink" mode (from the mobile station to a base station tion) are carried out, in principle are also mobile communications systems conceivable in which timing advance measurements in the "down link "operation (from the base station to a mobile station) be performed.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den Aufbau eines sogenannten "Ac­ cess Burst" wie er in der GSM Norm 05.02. in Abschnitt 5.2.7 spezifiziert ist. Der Access Burst besteht aus 87 Bit, näm­ lich 7 Tailbits ("Endbits"), 41 Bit Training Sequence ("Syn­ chronsationssequenz"), 36 Bit Information und 3 Tailbits ("Endbits"). Er wird nur im "uplink"-Betrieb (also von Mobil­ station zur Basisstation hin) und im RACH benutzt. Fig. 2 shows an example of the structure of a so-called "Access burst" as it is in the GSM standard 05.02. is specified in section 5.2.7. The access burst consists of 87 bits, namely 7 tail bits ("end bits"), 41 bit training sequence ("synchronization sequence"), 36 bit information and 3 tail bits ("end bits"). It is only used in "uplink" mode (ie from the mobile station to the base station) and in RACH.

Als nächstes wird ein Algorithmus beschrieben, wie er in ei­ nem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines GSM Sys­ tems Verwendung finden kann, um den Aufenthaltsort einer Mo­ bilstation zu ermitteln.An algorithm as described in ei nem inventive method for operating a GSM system tems can be used to determine the location of a Mon to determine bilstation.

Der Algorithmus soll anhand der Fig. 2 bis 5 für den RACH Ka­ nal (random access channel) in einem GSM System beschrieben werden. Er lässt sich jedoch auch auf "normal bursts" in GSM- Systemen anwenden (vgl. GSM 05.02 Section 5.2.3).The algorithm is to be described with reference to FIGS . 2 to 5 for the RACH channel (random access channel) in a GSM system. However, it can also be applied to "normal bursts" in GSM systems (see GSM 05.02 Section 5.2.3).

Die in Fig. 2 angedeuteten 41 Synchronisationsbits in einem Access Burst sind bei dem im folgenden erläuterten Ausfüh­ rungsbeispiel wesentlich für die Durchführung eines erfin­ dungsgemäßen Ortsbestimmungsalgorithmusses.The 41 synchronization bits indicated in FIG. 2 in an access burst are essential for the implementation of a location determination algorithm according to the invention in the embodiment explained below.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein einem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden Positionsbestimmungsalgorithmus ("CONTEST"-Algorithmus = Correlation Energy Threshold Method = Korrelationsenergieschwellenverfahren)in einem GSM-System, in welchem eine Timing Advance Messung zum Austausch eines Timing Advance Werts zwischen Mobilstation und Basisstation durchgeführt wird. Fig. 3 shows a block diagram of an embodiment of a a method according to the invention underlying position determination algorithm ( "contest" algorithm = Correlation Energy Threshold Method = correlation energy threshold method) in a GSM system, in which a timing advance measure to replace a timing advance value between the mobile station and Base station is carried out.

Bei der in Fig. 3 obenliegend gezeichneten Kette einzelner Funktionsblöcke 2 bis 5 wird dabei auf Software-Ressourcen zurückgegriffen, wie sie in Basisstationen bereits implementiert sind, und die in Fig. 3 in einem Block "Timing Advance Algorithmus" zusammengefasst sind.In the chain of individual function blocks 2 to 5 shown at the top in FIG. 3, software resources are used, as are already implemented in base stations, and which are combined in FIG. 3 in a block "Timing Advance Algorithm".

Einzelheiten zu derartigen Timing Advance Algorithmen sind nicht einschlägig in der GSM-Norm spezifiziert, sondern sind in der Regel durch Mobilfunkbetreiber in ihren proprietären Spezifikationen für den Betrieb von Mobilfunkbasisstationen individuell implementiert. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann davon ausgegangen werden, dass der in Fig. 3 oben liegend gezeigte Funktionsblock "Timing Advance Algorithmus" repräsentativ ist für die zum Anmeldezeitpunkt in der Praxis von Mobilfunkbetreibern installierten Timing Ad­ vance Algorithmen.Details of such timing advance algorithms are not specifically specified in the GSM standard, but are usually implemented individually by mobile radio operators in their proprietary specifications for the operation of mobile radio base stations. For the purposes of the present invention, it can be assumed that the “timing advance algorithm” function block shown at the top in FIG. 3 is representative of the timing advance algorithms installed in practice by mobile radio operators at the time of registration.

Für weitere Erläuterung sei angenommen, es lägen 156 komplexe IQ Werte xi (Inphase-Quadrature Phase Werte) von einem AD- Wandler 1 (ADC - analog digital converter) in der Empfangs­ einheit einer Basisstation (also im "Uplink"-Betrieb) vor, die einem eingehenden Signal von einer Mobilstation entspre­ chen, die mit der Basisstation in Verbindung steht, und deren Abstand relativ zur Basisstation möglichst genau ermittelt werden soll. Die diskreten IQ Werte xi entsprechen dabei den an einer Empfangsantenne einer empfangenden Station, im vor­ liegenden Beispiel also einer GSM-Basisstation, eingehenden (analogen) Signalspannungswerten eines eintreffenden Signals.For further explanation it is assumed that there are 156 complex IQ values x i (in-phase quadrature phase values) from an AD converter 1 (ADC - analog digital converter) in the receiving unit of a base station (ie in "uplink" mode) that correspond to an incoming signal from a mobile station that is connected to the base station and whose distance relative to the base station is to be determined as precisely as possible. The discrete IQ values x i correspond to the (analog) signal voltage values of an incoming signal at a receiving antenna of a receiving station, that is, in the present example, a GSM base station.

Es sei angenommen, dass diese komplexen IQ-Werte xi, im Ba­ sisband des AD-Wandlers 1 ausgegeben werden. Die Vorgabe 0 < i = 156 ergibt sich dabei aus der Norm GSM 05.02. Section 5.2.2.It is assumed that these complex IQ values x i are output in the baseband of the AD converter 1 . The specification 0 <i = 156 results from the GSM 05.02 standard. Section 5.2.2.

Die komplexen Werte xi werden in einem Funktionsblock 2 um ungefähr 67.708 kHz herabgesetzt, was einer Drehung um 90° pro Symboldauer in der komplexen Ebene entspricht. Diese Ope­ ration ist für den Timing Advance Algorithmus bereits imple­ mentiert, wodurch sich ein lineares System für die gedrehten komplexen Werte yi ergibt.The complex values x i are reduced in a function block 2 by approximately 67,708 kHz, which corresponds to a rotation of 90 ° per symbol duration in the complex plane. This operation is already implemented for the timing advance algorithm, which results in a linear system for the rotated complex values y i .

Die nachfolgende Formel beschreibt diese Operation:
The following formula describes this operation:

Dann findet im Funktionsblock 3 beispielhaft eine Korrelation der yi mit der Synchronisationssequenz des GSM Access Bursts statt. In einer anderen Ausführungsform könnte hier auch eine Korrelation der yi mit der Synchronisationssequenz eines GSM Normal Bursts stattfinden. Then, in function block 3 , there is an example of a correlation of the y i with the synchronization sequence of the GSM access burst. In another embodiment, the y i could also be correlated with the synchronization sequence of a GSM normal burst.

Für die Korrelation der yi mit der Synchronisationssequenz des GSM Access Bursts werden z. B. die Symbole ti verwendet, welche aus den in der Norm GSM 05.02 Version 4.6.0 Abschnitt 5.2.7 definierten Bits abgeleitet werden, d. h.
For the correlation of the y i with the synchronization sequence of the GSM access burst, e.g. B. uses the symbols t i , which are derived from the bits defined in the GSM 05.02 version 4.6.0 section 5.2.7, ie

ti = BNl+7.2 - 1 (2)
t i = BN l + 7 .2 - 1 (2)

wobei hier gilt
where applies here

0 < l ≦ 41 (3).0 <l ≦ 41 (3).

Für andere Synchronisationssequenzen gilt verallgemeinernd, dass eine Synchronisation mit Bits ti stattfindet, wobei eine Anzahl lmax von Synchronisationsbits vorliegt.As a general rule for other synchronization sequences, synchronization takes place with bits t i , a number l max of synchronization bits being present.

Bei der Synchronisation mit den Synchronisationsbits eines Access Bursts werden z. B. 73 (= 68 + 5, nämlich 68 extended guard bits nach GSM 05.02 Section 5.2.7 sowie z. B. 5 Bits für die Dauer des Mobilfunkkanals) Korrelationsergebnisse cm auf folgende Weise erhalten:
When synchronizing with the synchronization bits of an access burst, e.g. B. 73 (= 68 + 5, namely 68 extended guard bits according to GSM 05.02 Section 5.2.7 and e.g. 5 bits for the duration of the mobile radio channel) Get correlation results c m in the following way:

Für andere Synchronisationssequenzen gilt verallgemeinernd, dass Korrelationsergebnisse cm auf folgende Weise erhalten:As a general rule for other synchronization sequences, correlation results c m are obtained in the following way:

Statt, wie Gleichung (5) zugrundegelegt, 5 Symboldauern kann auch eine andere Anzahl von Symbolen für die Dauer des Mobil­ funkkanals angenommen werden, so dass für die Anzahl der er­ haltenen Korrelationsergebnisse allgemein gilt:
Instead of 5 symbol durations on the basis of equation (5), a different number of symbols can also be assumed for the duration of the mobile radio channel, so that the following generally applies to the number of correlation results obtained:

0 < m ≦ mmax (5').
0 <m ≦ m max (5 ').

Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Korrelationskoeffizienten cm für den Fall der Korrelation der nach Gleichung (1) erhaltenen yi mit der Synchronisationssequenz der GSM Access Bursts, wo­ bei in dieser Darstellung die diskreten Werte cm interpoliert worden sind, so dass sich eine kontinuierliche Einhüllende als Korrelationsfunktion ergibt. FIG. 4 shows an example of the correlation coefficients c m in the case of the correlation of the y i obtained according to equation (1) with the synchronization sequence of the GSM access bursts, where in this representation the discrete values c m have been interpolated so that a results in a continuous envelope as a correlation function.

Auf der waagerechten Achse ist der Korrelationsindex m nach Gleichung (4) aufgetragen, auf der senkrechten Achse eine aus den Korrelationskoeffizienten cm durch Interpolation abgelei­ tete Korrelationsfunktion. Für die Interpolation der Korrela­ tionsfunktion aus den diskreten normierten Korrelationskoef­ fizienten nach Gleichung (4) kann an sich auf beliebige In­ terpolationsverfahren zurückgegriffen werden.The correlation index m according to equation (4) is plotted on the horizontal axis, and a correlation function derived from the correlation coefficients c m by interpolation is plotted on the vertical axis. For the interpolation of the correlation function from the discrete standardized correlation coefficients according to equation (4), any interpolation method can be used.

Die Lage des Maximums der Korrelationsfunktion ist dabei ein Maß für den Abstand zwischen der Mobilstation und der Basis­ station. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kor­ relationsindices m, m + 1 in Fig. 4 entspricht auf einer Zeit­ achse der Dauer eines Symbols im GSM-Standard, also 3.77 µs. Bewegt sich die Mobilstation relativ zur Basisstation, so verschiebt sich auch das Korrelationsmaximum. Eine Verschie­ bung des Korrelationsmaximums um die Breite eines ganzen Sym­ bols entspricht dabei einer Veränderung des Abstands zwischen Mobilstation und Basisstation um ca. 555 m.The location of the maximum of the correlation function is a measure of the distance between the mobile station and the base station. The distance between two successive correlation indices m, m + 1 in FIG. 4 corresponds on a time axis to the duration of a symbol in the GSM standard, that is to say 3.77 μs. If the mobile station moves relative to the base station, the correlation maximum also shifts. A shift in the correlation maximum by the width of an entire symbol corresponds to a change in the distance between the mobile station and base station by approximately 555 m.

In der Praxis zeigt sich jedoch, dass die genaue Lage des Korrelationsmaximums in Fig. 4 oft relativ unstabil ist, da es aufgrund von Mehrfachlaufeffekten und atmosphärischen Stö­ rungen auf dem Signalübertragungsweg zu einem "Flackern" des Korrelationsmaximums kommt, d. h. die Lage des Korrelationsma­ ximums ist nicht stabil und deshalb in der Praxis nicht zur Positionsbestimmung der Mobilstation geeignet.In practice, however, it can be seen that the exact position of the correlation maximum in FIG. 4 is often relatively unstable, since there are "flickering" of the correlation maximum due to multiple-run effects and atmospheric disturbances on the signal transmission path, ie the position of the correlation maximum is not stable and therefore not suitable for determining the position of the mobile station in practice.

Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt nun eine weitere, be­ vorzugterweise durch softwaremäßig implementierte Verfahrens­ schritte bewirkte Transformation der in Fig. 4 gezeigten Korrelationsfunktion in eine Darstellung, bei der sich eine Er­ höhung der Stabilität der Lage eines Korrelationsmaximums ge­ genüber atmosphärisch bedingten Übertragungsverzerrungen er­ gibt, und zwar unter Ausnutzung der Tatsache, dass in dem in Fig. 3 gezeigten Funktionsblock Timing Advance Algorithmus z. B. bereits vorgesehen ist, dass nach der im Funktionsblock 3 vorgesehenen Durchführung der RACH Korrelation gemäß Glei­ chung (4) die Energie von benachbarten Korrelationsergebnis­ sen entsprechend der nachfolgend angegebenen Formel (6) auf­ addiert wird.The method according to the invention now uses a further transformation of the correlation function shown in FIG. 4, preferably effected by software-implemented method steps, into a representation in which there is an increase in the stability of the position of a correlation maximum relative to atmospheric transmission distortions, namely taking advantage of the fact that in the function block timing advance algorithm shown in FIG . B. is already provided that after the execution of the RACH correlation according to equation (4) provided in function block 3 , the energy of adjacent correlation results is added according to the formula (6) given below.

In dem in Fig. 3 gezeigten Blockdiagramm ist in dem Timing Advance Algorithmus bereits eine Auswertung der Energie der Korrelationsergebnisse in zwei Funktionsblöcken 4 und 5 imp­ lementiert.In the block diagram shown in FIG. 3, an evaluation of the energy of the correlation results is already implemented in two function blocks 4 and 5 in the timing advance algorithm.

Dabei ist vorgesehen, dass z. B. mit den 73 Korrelationsergeb­ nissen aus Gleichung (4) Energiewerte en berechnet werden.It is provided that, for. B. with the 73 correlation results from equation (4) energy values e n can be calculated.

Dies geschieht z. B. nach folgender Formel
This happens e.g. B. according to the following formula

Dabei ist k eine relativ kleine Zahl gemessen an der Gesamt­ zahl 41 (verallgemeinernd mmax) der Synchronisationsbits, und c *|n+l-1 der konjugiert komplexe Wert zu cn+l-1.Here, k is a relatively small number measured from the total number 41 (generalizing m max ) of the synchronization bits, and c * | n + l-1 is the complex conjugate value to c n + l-1 .

Im vorliegenden Fall sei beispielhaft k = 5 implementiert.In the present case, let k = 5 be implemented as an example.

Mit k = 5 erhält man nach Gleichung (6) insgesamt 73 - 5 + 1 = 69 Energiewerte en. Es gilt also:
With k = 5, a total of 73 - 5 + 1 = 69 energy values e n are obtained according to equation (6). So the following applies:

0 < n ≦ 69 (7).0 <n ≦ 69 (7).

Die auf 1 normierten Werte
The values standardized to 1

werden normierte Energiewerte En genannt.are called standardized energy values E n .

Verallgemeinernd gilt:
In general, the following applies:

0 < n ≦ nmax (7').0 <n ≦ n max (7 ').

Im einem bekannten Timing Advance Algorithmus ist im Funkti­ onsblock 5 z. B. vorgesehen, dass der Timing Advance Wert durch die Bestimmung der Position mit maximaler Energie emax ermittelt wird.In a known timing advance algorithm is onsblock 5 z. B. provided that the timing advance value is determined by determining the position with maximum energy e max .

Gemäß dem hier beispielhaft für ein GSM-Mobilfunksystem be­ trachteten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nunmehr die nach Gleichung (8) ermittelten diskreten und normierten Energiewerte En als Basis für eine kontinuier­ liche Energiesummenfunktion f(z) genommen, welche mittels In­ terpolation erhalten wird. In Fig. 3 ist dies durch eine Ver­ zweigung aus dem Block "Timing Advance Algorithmus" in einen erfindungsgemäß vorgesehenen Block "Ortsbestimmungsalgorith­ mus" veranschaulicht.According to the exemplary embodiment of the present invention considered here as an example for a GSM mobile radio system, the discrete and standardized energy values E n determined according to equation (8) are now taken as the basis for a continuous energy sum function f (z) which is obtained by interpolation. This is illustrated in FIG. 3 by a branch from the “timing advance algorithm” block into a “location determination algorithm” block provided according to the invention.

Im Block "Ortsbestimmungsalgorithmus" wird im Funktionsblock 7 zunächst eine kontinuierliche Energiesummenfunktion f(z) als Einhüllende für die diskreten normierten Energiewerte En durch Interpolation berechnet.In the "location determination algorithm" block, a continuous energy sum function f (z) is first calculated as an envelope for the discrete standardized energy values E n by interpolation in function block 7 .

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für den Verlauf einer solchen kon­ tinuierlichen Energiesummenfunktion f(z), welche auf den (an sich diskreten - vgl. Gleichung (4)) Korrelationsergebnissen in Fig. 4 basiert. In Fig. 5 entspricht der Abstand zwischen zwei auf einander folgenden Energiesummenindices n, n + 1 wie­ derum der Dauer eines übertragenden Symbols, d. h. 3,77 µs. FIG. 5 shows an example of the course of such a continuous energy sum function f (z), which is based on the (per se discrete - see equation (4)) correlation results in FIG. 4. In FIG. 5, the distance between two successive energy sum indices n, n + 1 corresponds to the duration of a symbol to be transmitted, ie 3.77 μs.

Für die Interpolation der Energiesummenfunktion f(z) aus den diskreten normierten Energiewerten nach Gleichung (7) kann an sich auf beliebige Interpolationsverfahren zurückgegriffen werden. Die einfachste Form ist die lineare Interpolation.For the interpolation of the energy sum function f (z) from the discrete standardized energy values according to equation (7) can  use any interpolation method become. The simplest form is linear interpolation.

Nun besteht das Ziel darin, die Position des Maximums der E­ nergiesummenfunktion f(z) zu bestimmen, welche dem Maximum der in Fig. 4 gezeigten Korrelationsfunktion bestmöglich ent­ spricht. Wegen des in Verbindung mit Fig. 4 erläuterten "Fla­ ckerns" des Korrelationsmaximums und wegen der in Verbindung mit Gleichung (6) bei der Energiewertberechnung berücksich­ tigten Anzahl von z. B. k = 5 benachbarten Korrelationskoeffi­ zienten zeigt die Energiesummenfunktion f(z) in Fig. 5 im Be­ reich ihres Maximums den Verlauf eines abgeplatteten und im Laufe der Zeit langsam "hin und her wandernden" Korrelations­ plateaus der Höhe 1.Now the goal is to determine the position of the maximum of the energy sum function f (z), which corresponds to the maximum of the correlation function shown in FIG. 4 as best as possible. Because of the "Fla ckern" explained in connection with FIG. 4 of the correlation maximum and because of the number taken into account in connection with equation (6) when calculating the energy value, e.g. B. k = 5 adjacent correlation coefficients shows the energy sum function f (z) in FIG. 5 in the area of its maximum the course of a flattened and slowly "moving back and forth" correlation plateau of height 1 over time .

Die Geschwindigkeit, mit der die Lage des Korrelationspla­ teaus "wandert" ist je nach Zahl k der zur Bildung der Ener­ giesummenfunktion f(z) in Gleichung (6) berücksichtigen be­ nachbarten Korrelationskoeffizienten deutlich niedriger, als die Geschwindigkeit, mit der das Maximum der nach Gleichung (4) bzw. (4') ermittelten Korrelationskoeffizienten "fla­ ckert".The speed at which the location of the correlation pla Depending on the number k, teaus "wanders" is the one used to form the ener Take into account the casting sum function f (z) in equation (6) neighboring correlation coefficients significantly lower than the speed at which the maximum of the equation (4) or (4 ') determined correlation coefficients "fla ckert ".

Bei einem nur sehr langsam hin- und herwandernden Korrelati­ onsplateau der Energiesummenfunktion f(z) läßt sich z. B. die Mitte des Korrelationsplateaus relativ leicht abschätzen und als Schätzwert für das Maximum der nach Gleichung (4) bzw. (4') ermittelten Korrelationskoeffizienten annehmen.With a very slow correlation back and forth onsplateau of the energy sum function f (z) can be z. B. the Estimate the middle of the correlation plateau relatively easily and as an estimate for the maximum of the according to equation (4) or (4 ') assume the correlation coefficients determined.

Häufig stellt sich aber in der Praxis das Problem, das eine zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelte "Momentaufnahme" zur Bestimmung der Lage des Plateaus der in Fig. 5 gezeigten E­ nergiesummenfunktion f(z) keine zuverlässige Aussage darüber zuläßt, wo ein Maximum der nach Gleichung (4) bzw. (4') er­ mittelten Korrelationskoeffizienten ohne laufstreckenbedingte Verzerrungseffekte idealtypisch läge. Frequently, however, the problem arises in practice that a "snapshot" determined at a specific point in time for determining the position of the plateau of the energy sum function f (z) shown in FIG. 5 does not allow a reliable statement as to where a maximum of the equation (4) or (4 ') determined correlation coefficients without distortion effects due to the route would be ideally typical.

Hier könnte an sich eine längere Beobachtung der Lage eines langsam "wandernden" Korrelationsplateaus und eine zeitliche Mittelwertbildung Abhilfe schaffen. Bei einer Mobilstation, die über einen ausreichend langen Beobachtungszeitraum hinweg ihren Abstand relativ zu einer Basisstation nicht (merklich) ändert, kann man durch zeitliche Mittelwertbildung mehrerer in aufeinanderfolgenden Zeitabständen ermittelter Korrelati­ onsplateaus einen Mittelwert für die Mitte dieser Korrelati­ onsplateaus bilden, der wiederum als Schätzwert für das Maxi­ mum der nach Gleichung (4) bzw. (4') ermittelten Korrelati­ onskoeffizienten dient.A longer observation of the situation of a slowly "moving" correlation plateaus and a temporal Averaging Remedy. With a mobile station, over a sufficiently long observation period their distance relative to a base station is not (noticeable) changes can be made by averaging several correlates determined in successive time intervals onsplateaus an average for the middle of these correlations form plateaus, which in turn is an estimate of the maxi mum the correlates determined according to equation (4) or (4 ') on coefficient serves.

In der Praxis stellt sich aber das Problem, dass die hierfür benötigten Zeiten oft nicht zur Verfügung stehen, z. B. weil sich die Mobilstation relativ schnell zur Basisstation be­ wegt, oder aufgrund von übertragungswegbedingten Störungen nur wenige Bursts zwischen einer Basisstation und einer Mo­ bilstation ausgetauscht werden können, bevor es zu einem Ab­ bruch der Verbindung oder gegebenenfalls zu einem Weiterrei­ chen der Mobilstation von einer dezidierten Basisstation zu einer benachbarten Basisstation kommt (sogenanntes "Hando­ ver").In practice, however, there is the problem that this times are often not available, e.g. B. because the mobile station moves to the base station relatively quickly away, or due to transmission-related interference only a few bursts between a base station and a mo bilstation can be replaced before it becomes an ab break the connection or, if necessary, continue to travel Chen the mobile station from a dedicated base station an adjacent base station comes (so-called "Hando ver ").

Das heißt, auch hier zeigt sich in der Praxis oftmals das Problem, dass die momentane Lage des Korrelationsplateaus der in Fig. 5 gezeigten Energiesummenfunktion f(z) letztlich kein zuverlässiges Maß für die Abschätzung des Abstands zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation ist.In other words, the problem that the current position of the correlation plateau of the energy sum function f (z) shown in FIG. 5 is ultimately not a reliable measure for estimating the distance between a mobile station and a base station is also shown here in practice.

Es hat sich hingegen in der Praxis gezeigt, dass der Verlauf der Flanken des Korrelationsmaximums (bei ortsfester Mobil­ station) sehr stabil ist. In einer bevorzugten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung wird diese Tatsache so ausge­ nutzt, dass an der ansteigenden oder an der absteigenden Flanke der Energiesummenfunktion f(z) geprüft wird, wo die Energiesummenfunktion f(z) einen vorbestimmten Schwellwert (z. B. 50%) des auf den Wert 1 normierten Korrelationsplateaus erreicht.However, it has been shown in practice that the course the edges of the correlation maximum (in the case of a fixed mobile station) is very stable. In a preferred embodiment This fact is expressed in the present invention uses that on the ascending or on the descending Edge of the energy sum function f (z) is checked where the Energy sum function f (z) a predetermined threshold  (e.g. 50%) of the correlation plateau normalized to the value 1 reached.

Aufgrund des durch die wohldefinierten Eigenschaften der Syn­ chronisationsbits für den Idealfall (ohne Störeffekte) be­ kannten verzerrungsfreien Verlaufs einer idealtypischen Kor­ relationsfunktion lässt sich empirisch ermitteln, um welche "Versatzstrecke" z0,x ein solcher Schwellwert mit x.100% von der "idealen" Mitte des Korrelationsplateaus entfernt liegen müßte.On the basis of the distortion-free course of an ideal-typical correlation function, which is known from the well-defined properties of the synchronization bits for the ideal case (without interference effects), it can be empirically determined by which "offset distance" z 0, x such a threshold value with x.100% of the "ideal""Should be in the middle of the correlation plateau.

Bestimmt man die Lage z0,x des Schwellwerts an der an- oder absteigenden Flanke des Korrelationsmaximums, wo also x.100% des Maximalwertes des "Korrelationsplateaus" erreicht werden, so kann man unter Berücksichtigung eines vorab empirisch be­ stimmten Versatzes zcalibrate in Fig. 5 die Position zpos bestim­ men, welche einem in der Darstellung in Fig. 4 gezeigten, "i­ dealtypischen", also nicht aufgrund von übertragungsstrecken­ bedingten Verzerrungen "flackernden" Korrelationsmaximum ent­ sprechen würde. Diese Position entspricht mit größtmöglicher Wahrscheinlichkeit der exakten Position der Mobilstation.If one determines the position z 0, x of the threshold value on the rising or falling edge of the correlation maximum, i.e. where x.100% of the maximum value of the `` correlation plateau '' is reached, one can take into account a previously empirically determined offset z calibrate in Fig . 5, the position for determ men pos, which would speak to one shown in the diagram in Fig. 4, "i deal typical", not "flickering" due to transmission links related distortions correlation maximum ent. This position corresponds with the greatest possible probability to the exact position of the mobile station.

Erfindungsgemäß wird also durch Auswertung der Position von Schwellwerten an den auf- oder absteigenden Flanken einer E­ nergiesummenfunktion f(z) die genaue Position des Korrelati­ onsmaximums der Korrelationskoeffizienten cm mittels empiri­ scher Korrekturfaktoren abgeschätzt.According to the invention, the exact position of the correlation maximum of the correlation coefficients c m is estimated by means of empirical correction factors by evaluating the position of threshold values on the rising or falling edges of an energy sum function f (z).

In Fig. 5 ist veranschaulicht, wie der Wert 0,5 als Schwel­ lenwert an der ansteigenden Flanke der Energiesummenfunktion gewählt worden ist, d. h. es wird die Stelle der ansteigenden Flanke ermittelt, wo f(z0,5) = 0,5 gilt.In Fig. 5 is illustrated how the value of 0.5 lenwert as smoldering has been selected at the rising edge of the total energy function, ie the location of the rising edge is determined, where f (z 0,5) = 0.5 holds.

Von diesem Wert z0,5 ist eine vorab empirisch ermittelte Ka­ librierungskonstante zcalibrate abzuziehen (beziehungsweise bei bei der abfallenden Flanke hinzuzufügen), um einen bestmöglichen Schätzwert zpos für die tatsächliche Position des Korre­ lationsmaximums zu erhalten, d. h. im vorliegenden Beispiel
A previously empirically determined calibration constant z calibrate must be subtracted from this value z 0.5 (or added on the falling edge) in order to obtain the best possible estimated value z pos for the actual position of the correlation maximum, ie in the present example

zpos = z0,5 - Zcalibrate. (9).z pos = z 0.5 - Z calibrate . (9).

Der Abstand zwischen der Basisstation und der Mobilstation kann dann auf folgende Weise berechnet werden:
The distance between the base station and the mobile station can then be calculated in the following way:

Abstand = 555 m.zpos (10)Distance = 555 mz pos (10)

In einer Verallgemeinerung von Gleichung (9) gilt also:
In a generalization of equation (9):

zpos = z0,x - zcalibrate (9').z pos = z 0, x - z calibrate (9 ').

Setzt man in Gleichung (9) zpos = 0, so ergibt sich zcalibrate = z0,x. D. h., man erhält die gewünschte Kalibrierungskonstante zcalibrate allgemein dadurch, dass man eine Messung durchführt, wenn der Abstand zwischen Mobilstation und Basisstation gleich Null ist. Aus der Lage des Plateaus des Korrelationsmaximums der Energiesummenfunktion f(z) und der Lage des Schwellwerts z0,x lässt sich dann die Kalibrierungskonstante zcalibrate ermitteln, die auch Gültigkeit hat, wenn der Abstand zwischen Mobilsta­ tion und Basisstation ungleich Null ist.If z pos = 0 in equation (9), then z calibrate = z 0, x results. In other words, the desired calibration constant z calibrate is generally obtained by carrying out a measurement when the distance between the mobile station and base station is zero. From the position of the plateau of the correlation maximum of the energy sum function f (z) and the position of the threshold value z 0, x , the calibration constant z calibrate can then be determined, which is also valid if the distance between the mobile station and the base station is not equal to zero.

Messergebnisse des CONTEST AlgorithmussesMeasurement results of the CONTEST algorithm

Eine Version des CONTEST Algorithmusses wurde in Feldversu­ chen getestet. Dabei fand ein Vergleich mit Positionsmesswer­ ten statt, die mit GPS-Empfängern (Global Positioning System = Ortspeilung mittels von geostationären Satelliten ausge­ sandten Ortungssignalen). Es ergaben sich sehr genaue Messun­ gen mit einer Genauigkeit besser als 50 m, aber es gab auch Messungen mit einem Fehler von 460 m. Die Ergebnisse müssen noch eingehender analysiert werden. Die Fehler könnten auf Zeitmessfehlern in der "Layer 1 trace", Zeitmessfehlern in der Mobilstation oder anderen noch nicht verstandenen Ursa­ chen beruhen. Die Ergebnisse zeigen aber, dass in GSM eine Mobilstation im Prinzip mit einer Genauigkeit in der Fläche von 50 m unter Verwendung des CONTEST Algorithmusses lokali­ siert werden kann.A version of the CONTEST algorithm was developed in Feldversu Chen tested. A comparison was made with position sensors instead of GPS receivers (Global Positioning System = Geolocation using geostationary satellites sent location signals). The measurements were very precise with an accuracy better than 50 m, but there were also Measurements with an error of 460 m. The results have to  to be analyzed in more detail. The mistakes could be on Timing errors in the "Layer 1 trace", timing errors in the mobile station or other Ursa not yet understood Chen based. However, the results show that in GSM a Mobile station in principle with an accuracy in the area of 50 m using the CONTEST algorithm locally can be settled.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Positions­ bestimmung einer Mobilstation in einem digitalen Mobilfunk­ netz, insbesondere einem nach der GSM-Norm betriebenen Mobil­ funknetz, in dem Voreilzeitmessungsverfahren ("Timing Advance Measurement"-Verfahren) implementiert sind, bei denen Syn­ chronisationsbits zur Synchronisation von Zeitschlitzen ver­ wendet werden, in denen eine sendende Station zu übertragende Symbole sendet und eine empfangende Station diese empfängt, wobei zwischen bei einer empfangenden Station von einer sen­ denden Station eingehenden Signalen und vordefinierten Syn­ chronisationsbits charakteristische Korrelationskoeffizienten und daraus abgeleitete Energiekoeffizienten berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Maximums einer durch Interpolation aus den mittels Addition der Energie benachbarter Korrelationskoeffi­ zienten berechneten Energiekoeffizienten eines an einer Emp­ fangsantenne der empfangenden Station während eines Zeit­ schlitzes eintreffenden Signals abgeleiteten kontinuierlichen und über der Dauer der übertragenen Symbole aufgetragenen Energiesummenfunktion f(z) bewertet wird, und die Lage dieses Maximums als Maß für eine weitere Abschätzung für den tat­ sächlichen Abstand zwischen sendender und empfangender Stati­ on zugrundegelegt wird.1. A method for improving the accuracy of the position determination of a mobile station in a digital mobile radio network, in particular a mobile radio network operated according to the GSM standard, in which the advance measurement method ("timing advance measurement" method) is implemented, in which synchronization bits for synchronization be ver of time slots uses in which sends a transmitting station to be transmitted symbols, and a receiving station receives these, are being calculated between at a receiving station from a sen Denden station incoming signals and predefined Syn chronisationsbits characteristic correlation coefficient and derived from energy coefficients, characterized in that that the position of the maximum of an energy coefficient calculated by interpolation from the correlation coefficients by adding the energy of adjacent correlation coefficients of one at a receiving antenna of the receiving station during a time s incoming signal derived continuous and over the duration of the symbols transmitted energy sum function f (z) is evaluated, and the location of this maximum is used as a measure for a further estimate of the actual distance between the sending and receiving station. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der ansteigenden oder an der abfallenden Flanke des Graphen der über der Symboldauer aufgetragenen Energiesummen­ funktion f(z) Schwellwerte ermittelt werden, wo der Wert der Energiesummenfunktion f(z) einen vordefinierten Prozentsatz (x.100%) des normierten Maximums der Energiesummenfunktion f(z) einnimmt, und wobei ein vorab empirisch ermittelter Ver­ satz zcalibrate für den zeitlichen Abstand zwischen dem Maximum der Energiesummenfunktion f(z) und dem Schwellwert ermittelt worden ist, so dass eine um den Versatz zcalibrate gegenüber der Schwellwertposition z0,x verschobene Position im Maximum der Energiesummenfunktion mit höchstmöglicher Wahrscheinlichkeit der idealtypischen Position des Maximums der Korrelationsko­ effizienten der eingehenden Signale und der Synchronisations­ bits entspricht, welche das Maximum der Korrelationsfunktion ohne laufstreckenbedingte Verzerrungen idealtypisch einnehmen würde, und wobei aus der geschätzten idealtypischen Lage die­ ses Maximums der Korrelationsfunktion der tatsächliche räumliche Abstand zwischen Mobilstation und Basisstation ermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that threshold values are determined on the rising or falling edge of the graph of the energy sum function f (z) plotted over the symbol duration, where the value of the energy sum function f (z) contains a predefined percentage (x .100%) of the normalized maximum of the energy sum function f (z), and a previously empirically determined offset z calibrate for the time interval between the maximum of the energy sum function f (z) and the threshold value has been determined, so that one by Offset z calibrate compared to the threshold position z 0, x shifted position in the maximum of the energy sum function with the highest possible probability of the ideal-typical position of the maximum corresponds to the correlation coefficient of the incoming signals and the synchronization bits, which would ideally assume the maximum of the correlation function without distortion-related distortions, and whereby au s the estimated ideal-typical position, the maximum of the correlation function, the actual spatial distance between the mobile station and base station is determined. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen eines in einem GSM Mobilfunksystem von der Ba­ sisstation durchgeführten Timing Advance Algorithmusses fol­ gende Schritte durchgeführt werden:
  • a) Bereitstellen von eingehenden Signalwerten entsprechenden komplexen Werten xi im Basisband eines basisstationsempfängerseitigen Analog-Digital-Wandlers;
  • b) Herabsetzen der komplexen Werte xi um einen Frequenzwert, der einer Drehung um 90° in der komplexen Ebene entspricht, wodurch als Ergebnis die xi in korrespondierende Werte
    transformiert werden;
  • c) Durchführen einer Korrelation mit den Synchronisationsbits ti einer Synchronisationssequenz der GSM Access Bursts oder der GSM Normal Bursts, wodurch Korrelationsergebnisse cm auf folgende Weise erhalten werden:
  • d) Berechnen von Energiewerten
    wobei
    0 < n ≦ mmax - k + 1,
  • e) Normalisieren der Werte zu
  • f) Berechnen einer einhüllenden Interpolationskurve f(z) auf Basis der Energiewerte En;
  • g) Ermitteln einer Position z0,x eines vorbestimmten Schwell­ werts x.100% eines auf den Wert 1 normierten Korrelations­ plateaus an der ansteigenden oder abfallenden Flanke der In­ terpolationskurve;
  • h) Berechnen von zpos = z0,x ± zcalibrate mit einem empirisch vorbe­ stimmten Kalbrierungsversatzwert zcalibrate um einen bestmöglichen Schätzwert zpos für eine Position im Maximum der Energiesum­ menfunktion zu erhalten, welche mit größtmöglicher Wahr­ scheinlichkeit der Position des Maximums eines idealtypi­ schen, nicht übertragungswegbedingt verzerrten Maximums der Korrelationsfunktion der eingehenden Signale mit den Synchro­ nisationsbits entspricht;
  • i) Umrechnen der Position des Schätzwerts zpos in ein eine Ab­ schätzung des Abstands zwischen Mobilstation und Basisstation gemäß
    Abstand = 555 m.zpos.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the following steps are carried out as part of a timing advance algorithm performed in a GSM mobile radio system by the base station:
  • a) provision of incoming signal values corresponding to complex values x i in the baseband of an analog-digital converter on the base station receiver side;
  • b) lowering the complex values x i by a frequency value which corresponds to a rotation by 90 ° in the complex plane, as a result of which the x i in corresponding values
    be transformed;
  • c) performing a correlation with the synchronization bits t i of a synchronization sequence of the GSM access bursts or the GSM normal bursts, as a result of which correlation results c m are obtained in the following way:
  • d) Calculating energy values
    in which
    0 <n ≦ m max - k + 1,
  • e) normalize the values too
  • f) calculating an enveloping interpolation curve f (z) based on the energy values E n ;
  • g) determining a position z 0, x of a predetermined threshold value x.100% of a correlation plateau normalized to the value 1 on the rising or falling edge of the interpolation curve;
  • h) Calculating z pos = z 0, x ± z calibrate with an empirically predetermined calibration offset value z calibrate in order to obtain the best possible estimate z pos for a position in the maximum of the energy sum function, which with the greatest possible probability of the position of the maximum of an ideal type corresponds to the correlation function of the incoming signals with the synchronization bits not distorted due to the transmission path;
  • i) converting the position of the estimated value z pos into an an estimate of the distance between the mobile station and the base station according to
    Distance = 555 mz pos .
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt d) eine Korrelation mit der Synchronisationssequenz der GSM Access Bursts durchgeführt wird wobei die Synchronisationsbits te verwendet werden, wel­ che aus den in der Norm GSM 05.02 Version 4.6.0 Abschnitt 5.2.7 definierten Bits wie folgt abgeleitet werden:
te = BNl+7.2 - 1, wobei 0 < l ≦ 41.
4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in step d) a correlation with the synchronization sequence of the GSM access bursts is carried out using the synchronization bits t e , which che from the in the GSM 05.02 version 4.6.0 section 5.2.7 defined bits can be derived as follows:
t e = BN l + 7 .2 - 1, where 0 <l ≦ 41.
5. Computerprogrammprodukt, gespeichert auf einem computer­ lesbaren Medium, wobei das Computerprogrammprodukt maschinen­ lesbare Programmmittel zum Einlesen von in dem Computerpro­ grammprodukt enthaltenen Befehlsschritten zur Implementierung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche in ei­ ner Basisstation oder einer Mobilstation in einem digitalen Mobilfunknetz enthält.5. Computer program product stored on a computer readable medium, the computer program product being machines readable program means for reading in the computer pro Command steps for implementation contained in the gram product a method according to one of the preceding claims in ei ner base station or a mobile station in a digital Cellular network contains.
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