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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bestimmen der geographischen Position einer Mobilstation in
einem TDMA-Typ Mobiltelefoniesystem, und dann insbesondere auf ein
System von der Art, die GSM-Standards verwendet.
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BESCHREIBUNG
DER HINTERGRUND-TECHNOLOGIE
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Zum
Bestimmen der Position einer Mobilstation in einem zellularen landgestützten Mobilfunksystem
sind mehrere Verfahren in dem technischen Gebiet bekannt.
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Die
PCT 96/00274 beschreibt ein derartiges Verfahren zum Bestimmen der
Position einer Mobilstation (einer mobilen Station). Die Position
der Mobilstation wird mit der Hilfe einer Triangulation nach dem
Messen und Aufzeichnen von Ausbreitungsverzögerungen und Signalstärken zwischen
der Mobilstation und benachbarten Basisstationen bestimmt. Eine
Verkehrsverbindung wird zunächst
mit der Mobilstation über
eine erste Basisstation hergestellt, und die Signalstärke und
die Ausbreitungsverzögerung
werden im Hinblick auf diese Verbindung gemessen. Um in der Lage
zu sein, die Ausbreitungsverzögerung
und die Signalstärke
zwischen der Mobilstation und einer zweiten Basisstation zu messen, ist
es erforderlich, die Funkverbindung zu übergeben (Handover), um so
die Verbindung über
die zweite Basisstation aufrecht zu erhalten. Wenn die Signalstärke und
die Ausbreitungsverzögerung
im Hinblick auf weitere Basisstationen gemessen werden, ist es erforderlich,
eine neue Übergabe
(ein Handover) zu bewirken. Auf den Abschluss des Messdurchlaufs
hin wird die Funkverbindung wiederum auf die ursprüngliche
Basisstation zurückgeschaltet.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine vollständige Übergabe (Handover) an jeder
Basisstation stattfindet, d. h. dass auch die Verkehrsverbindung über die
neue Basisstation durchgeführt
wird. Dies bedeutet, dass die Verbindung über eine nicht-optimale Basisstation aufgebaut
werden wird. Die Funkverbindung wird über Kanäle aufgebaut, die nicht zur
Verwendung in der Zelle vorgesehen sind, in der sich die Mobilstation
befindet, ein Umstand, der dazu neigt, einen störenden Einfluss auf anderen
Verkehr in dem Mobilfunksystem zu haben und auch die Qualität der eingerichteten
Verbindung zu verschlechtern.
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Die
WO 92/05672 offenbart ein ähnliches Verfahren
zum Bestimmen der Position einer Mobilstation durch Übergeben
der Mobilstation an eine Anzahl von Nachbar-Basisstationen und durch
Bestimmen der Position aus den Ausbreitungsverzögerungen, die während der Übergabe-Prozeduren
gemessen werden.
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Die
SE-B-466 376 lehrt ein anderes Verfahren zum Bestimmen der Position
einer Mobilstation in einem GSM-Typ Mobiltelefonsystem. In diesem
Fall ist es auch möglich,
die Position der Mobilstation sogar dann zu bestimmen, wenn die
Systembasisstationen nicht synchronisiert sind. Eine Basisstation misst
die Zeitverzögerung
auf die Ankunft eines Zugriffssignals hin, das von der Mobilstation
gesendet wird, im Hinblick auf die erwartete Zeitankunft des Signals
für den
Fall, dass die Mobilstation an der gleichen Stelle wie die Basisstation
angeordnet ist. Das Zugriffssignal wird von der Mobilstation über den
Zufallszugriffskanal (Random Access Channel) RACH gesendet, der
gemeinsam für
eine Funkbasisstation ist. Dieser Kanal wird verwendet, wenn die
Mobilstation in einem Ruhemodus ist. Die Messprozedur wird an mehreren
Basisstationen wiederholt, wobei drei Messwerte zur Bestimmung der
Position der Mobilstation benötigt
werden.
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Die
Mobilstation bestimmt die Basisstationen, an die ein Zugriffssignal
gesendet wird. In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
werden die Zeitverzögerungen,
die in den Basisstationen gemessen werden, zurück an die Mobilstation in der Form
von sogenannten Zeitausrichtungswerten (Time Alignment Werten) TA
gesendet. Die Mobilstation empfängt
einen TA von jeder bestimmten Basisstation und leitet den TA-Wert
zusammen mit der Identität der
Basisstation an eine Lokalisierungseinheit weiter, an der die Position
der Mobilstation bestimmt wird. Es ist erforderlich, die Mobilstation
zu modifizieren, um diese Daten zu übertragen. Es ist auch erforderlich, die
Basisstation zu modifizieren, um in der Lage zu sein, mehrere Basisstationen
zu bestimmen, zu denen ein Zugriff initiiert wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
senden die Basisstationen die gemessenen Zeitverzögerungen
an die Lokalisierungseinheit.
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Eine
Positionsauffindung wird auch in der schwedischen Patentanmeldung
SE 96005772 beschrieben. Dieses Dokument beschreibt, wie die Position
einer Mobilstation in einem TDMA-Typ Mobilfunksystem durch Messen
der Ausbreitungsverzögerung
zwischen der Mobilstation und wenigstens drei Funkbasisstationen
bestimmt werden kann. Die Mobilstation misst die Differenz in Ankunftszeiten
zwischen Signalbursts, die von den verschiedenen Basisstationen übertragen
werden. Ein Problem ist, dass die Funkbasisstationen zeitlich nicht
synchronisiert sind, was bedeutet, dass deren interne Signalburst-Übertragungsplanungen zeitlich
versetzt sind. Damit die Ausbreitungsverzögerung bekannt ist, ist es
erforderlich, die Zeit, zu der ein Signal übertragen wird, und die Zeit,
zu der dieses Signal von der Mobilstation empfangen wird, zu kennen.
Um den Übertragungszeitpunkt
einzurichten, wird eine Referenzmobilstation verwendet, deren Position
bekannt ist und damit auch die Ausbreitungsverzögerung von Signalen von benachbarten
Basisstationen. Die Referenzmobilstation misst auch die Zeitdifferenz
zwischen Signalbursts von unterschiedlichen Basisstationen. Die
Zeitdifferenz, die in der Referenzmobilstation und in der Mobilstation,
deren Position bestimmt werden soll, gemessen werden, werden an
einen Auswertungsknoten gesendet, der die Zeitversetzungen zwischen
den Mobilstationen berechnet. Eine nachfolgende Berechnung der Ausbreitungsverzögerungen
zwischen den Funkbasisstationen und der Mobilstation und damit eine
Berechnung der Position der Mobilstation kann entweder in dem Auswertungsknoten
oder in der Mobilstation bewirkt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung geht ein Problem an, welches betrifft, wie
die geographische Position einer Mobilstation in einem GSM-Typ Mobiltelefonsystem
bestimmt werden kann.
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Ein
weiteres Problem ist, dass ein Messen der Funkverbindung, was zum
Bestimmen einer Position einer Mobilstation erforderlich ist, den
Systemfrequenzplan verletzt und damit eine Funkfrequenzstörung in
dem System erhöht.
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Ein
anderes Problem bei bekannten Verfahren besteht darin, dass die
Qualität
einer eingerichteten Sprachverbindung durch die Signalisierung,
die zum Bestimmen der Position einer Mobilstation erforderlich ist,
verschlechtert wird.
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Noch
ein anderes Problem besteht in den hohen Kosten, die auftreten,
wenn es für
den Benutzer erforderlich ist, seine Mobilstation durch eine neue modifizierte
Mobilstation zu ersetzen, um selbst die Positionsauffindungsfunktion
zu verwenden.
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Noch
ein anderes Problem ist, in der Lage zu sein, die Position einer
Mobilstation in einem existierenden Mobiltelefonsystem zu bestimmen
und gleichzeitig in der Lage zu sein, eine Synchronisation zwischen
Basisstationen im Hinblick auf Signalburstübertragungen zu vermeiden.
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Ein
anderes Problem ist eines zum Erzielen eines hohen Genauigkeitsgrads
beim Bestimmen der Position einer Mobilstation.
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Demzufolge
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu ermöglichen,
dass die Position einer Mobilstation in einem Mobilfunksystem mit nicht-synchronisierten
Funkbasisstationen ohne eine Modifikation an der Mobilstation zu
erfordern, bestimmt wird, wobei allgemein existierende Funktionen
in dem landgestützten
Teil des Systems dafür verwendet
werden und die zusätzliche
Funkfrequenzstörung
im Hinblick auf deren eigenen Funkverkehr und benachbarten Funkverkehr,
verursacht durch den Positionsbestimmungsprozess, begrenzt wird.
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Eine
Verkehrsverbindung wird für
den Fall aufgebaut, dass keine Verkehrsverbindung zu Anfang mit
der Mobilstation eingerichtet worden ist, deren Position bestimmt
werden soll. In Übereinstimmung
mit dem vorliegenden Verfahren wird die Mobilstation aufgefordert,
ein Handover (eine Übergabe) auf
eine neue Basisstation auszuführen.
Die Mobilstation sendet damit Zugriffssignale an die neue Basisstation.
Die neue Basisstation bestimmt die Zeitverzögerung bei der Ankunft des
Zugriffssignals, wie bei einem typischen Handover. Die Zeitverzögerung ist
eine Messung der Ausbreitungsverzögerungen zwischen der Mobilstation
und der neuen Basisstation. Im Gegensatz zu einem normalen Handover
wird sämtliche
Signalisierung von der neuen Basisstation an die Mobilstation gesperrt,
und die Mobilstation empfängt
somit keine Bestätigung
bezüglich übertragener
Zugriffssignale. Die Mobilstation stellt dann die Verbindung mit
der alten Basisstation in Übereinstimmung
mit einer standardmäßigen nicht
erfolgreichen Handover-Prozedur wieder her. Die beschriebene Messprozedur
wird an einer oder mehreren Basisstationen wiederholt. Das Ergebnis
der Messprozedur wird verwendet, um die Position der Mobilstation
zu bestimmen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
erhält ein
Dienst- bzw. Serviceknoten einen Zugriff auf diejenigen Zeitverzögerungen,
die an wenigstens drei Basisstationen gemessen worden sind. Der
Serviceknoten ist in der Lage, die Position der Mobilstation mit
Kenntnis der Positionen der Basisstationen und mit Kenntnis der
voranstehend erwähnten
Zeitverzögerungen
auf Grundlage von früher
bekannten Berechnungsverfahren zu bestimmen. Wenn ein Zugriff auf
lediglich zwei Zeitverzögerungen
verfügbar
ist, ist es noch möglich,
die Position der Mobilstation zu bestimmen, obwohl mit einem gewissen
Grad einer Unsicherheit.
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Wenn
die Position einer Mobilstation bestimmt wird, ist es auch möglich, eine
Zeitverzögerung
zu verwenden, die mit früher
bekannten Messverfahren erhalten worden ist, z. B. in der Basisstation,
die Mobilstationen während
eines Verbindungsaufbaus bedient.
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Das
Positionsbestimmungsverfahren ist durch die Merkmale charakterisiert,
die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführt sind. Die
Vorrichtung zum Ausführen
des Verfahrens ist durch die Merkmale charakterisiert, die in dem
Kennzeichnungsteil des Anspruchs 7 aufgeführt sind.
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Nach
der Herstellung einer Verkehrsverbindung mit der Mobilstation wird
dem Basisstations-Controller
Zugriff auf eine Liste von empfangenen Signalstärken von Basisstationen gegeben,
die benachbart zu der verbundenen Funkbasisstation liegen und von
der Mobilstation zusammengestellt werden. Die Basisstationen, die
Messungen zum Bestimmen der Position der Mobilstation durchführen sollen,
werden aus dieser Liste durch den landgestützten Teil des Systems gewählt.
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Die
Mobilstation zeichnet eine Zeitreferenz für jede der Basisstationen auf,
die in der Liste enthalten sind. Die Mobilstation misst die Zeitdifferenz durch
Abhören
des Synchronisationskanals (Synchronization Channel SCH) und des
Frequenzkorrekturkanals (Frequency Correction Channel FCCH), die zu
jeder Basisstation gehören.
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Die
aufgezeichnete Zeitreferenz wird verwendet, wenn die Mobilstation
angewiesen wird, ein Handover auf eine neue Basisstation durchzuführen, die
aus der Liste gewählt
ist, die von der Mobilstation zusammengestellt wird. Die Zeitdifferenz
wird verwendet, um das Zugriffssignal an die neue Basisstation zu
der richtigen Zeit zu senden. Trotzdem wird das Zugriffssignal an
der neuen Basisstation in Bezug auf die richtige Zeitposition verzögert ankommen,
und zwar als Folge der Wellenausbreitungsverzögerung. Die neue Basisstation
zeichnet diese Zeitverzögerung
in Bezug auf die richtige Zeitposition auf.
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Die
aufgezeichnete Zeitverzögerung
entspricht der Wellenausbreitungszeit eines Signals, welches zwischen
der neuen Basisstation und der Mobilstation hin und her läuft.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bildet eine Verbesserung von früher
bekannten Verfahren, bei denen ein vollständiges Handover einer Funkverbindung
durchgeführt
wird, um zu ermöglichen,
dass die Position einer Mobilstation bestimmt wird.
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Wenn
das erfindungsgemäße Verfahren
angewendet wird, wird der Funkverkehr, der gegenwärtige Frequenzplanungen
verletzt, wobei die Verletzung zum Bestimmen der Position der Mobilstation erforderlich
ist, auf diejenigen Zugriffssignale beschränkt, die von der Mobilstation
an die Basisstation gesendet werden, die gewählt ist, um die Position der Mobilstation
zu bestimmen.
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Eine
vor sich gehende Verbindung erfährt eine
geringere Qualitätsverschlechterung,
wenn die Mobilstation einen Versuch zur Übergabe an eine funkbezogen
schlechtere Basisstation versucht, als wenn das Handover fortgesetzt
wird und die Verkehrsverbindung über
die neue Basisstation eingerichtet wird. Ein Grund ist, dass die
Funkverbindung über
die frühere
Basisstation schnell wieder hergestellt wird, wenn das Handover
unterbrochen wird.
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Ein
anderer Vorteil, der von der vorliegenden Erfindung bereit gestellt
wird, besteht darin, dass die Positionen von existierenden nicht-modifizierten
Mobilstationen bestimmt werden können.
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Die
Positionsbestimmungsfunktion verwendet existierende Handover-Funktionen.
Nur gemäßigte Änderungen
im den landgestützten
Teil des Systems werden benötigt,
um das erfindungsgemäße Positionsbestimmungsverfahren
einzuführen.
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Ein
anderer Vorteil, der von der Erfindung bereit gestellt wird, besteht
darin, dass die in den Basisstationen gemessenen Zeitverzögerungen
ohne die Notwendigkeit einer Aufrundung verwendet werden können, was
ermöglicht,
dass die Position der Mobilstation mit großer Genauigkeit bestimmt wird.
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Nachstehend
wird die Erfindung mit näheren Einzelheiten
unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon und auch
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Prinzipdiagramm, das die Konstruktion eines Mobiltelefonsystems
zeigt, in dem das erfindungsgemäße Positonierungsbestimmungsverfahren
angewendet werden kann;
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2 die
TDMA-Charakteristik-Teilung einer Trägerwelle in Zeitschlitze und
Signalbursts und deren Platzierung, wobei das GSM-System als ein
Beispiel angeführt
ist.
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3 und 4 Flussdiagramme,
die das erfindungsgemäße Verfahren
darstellen;
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5 das
Format von Informationen bezüglich
des Grunds für
eine Kanalaktivität,
wobei diese Information in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird;
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6 eine
bekannte Handover-Signalisierungssequenzplanung;
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7 eine
Signalisierungssequenzplanung zum Bestimmen der Position einer Mobilstation
in Übereinstimmung
mit der Erfindung; und
-
8 ein
Blockdiagramm, welches Einheiten, die in der Funkbasisstation enthalten
sind, und die Modifikationen, die von der Erfindung benötigt werden,
darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Vor
der Beschreibung der Erfindung wird es als geeignet angesehen, einen
Teil der Konstruktion des GSM-Systems und der Funktion, auf der
die Erfindung basiert, zu erläutern.
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Ein
GSM-Typ Mobilfunksystem ist schematisch in 1 dargestellt.
In dem dargestellten Fall umfasst das System drei Basis-Sender/Empfänger-Stationen
BTS1, BTS2 und BTS3. Die Basisstationen sind mit einem gemeinsamen
Basisstations-Controller BSC verbunden. Die Anzahl von Basis-Sender/Empfänger(Transceiver)-Stationen,
die mit dem Basisstations-Controller BSC verbunden sind, kann größer als
die Anzahl sein, die in 1 gezeigt ist.
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Jede
der Basis-Transceiver-Stationen BTS1–BTS3 bedient eine Funkzelle,
wobei die Station BTS1 die Zelle C1 bedient, die Station BTS2 die Zelle
C2 bedient usw. Der Basisstations-Controller BSC ist mit einem Mobiltelefon-Vermittlungszentrum MSC
verbunden. Weitere Basisstations-Controller können mit dem Vermittlungszentrum
MSC verbunden sein, obwohl dies in 1 nicht
gezeigt worden ist.
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Es
wird angenommen, dass sich eine Mobilstation MS in der Zelle C1
befindet und deshalb von der Basis-Transceiver-Station BTS1 über einen
gegebenen Funkkanal in Übereinstimmung
mit dem Zeitteilungs-Mehrfachzugriffs-Konzept (Time Division Multiple
ACCESS, TDMA, Trägerfrequenz,
Zeitschlitz, siehe folgenden Text) bedient wird.
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Obwohl
nicht gezeigt, ist ein Mobillokalisierungsregister (HLR, VLR) und
möglicherweise
ein Dienstknoten SN ebenfalls mit dem Mobilvermittlungszentrum MSC
verbunden, obwohl der Dienstknoten außerhalb des öffentlichen
Mobilfunknetzes angeordnet sein kann. In diesem Fall bedient der Dienstknoten
SN das Mobilfunksystem mit bestimmten Diensten. Diese Dienste werden
hier nicht im einzelnen erläutert,
weil sie keinerlei Relevanz für
das erfindungsgemäße Verfahren
haben. Der Dienstknoten SN kann jedoch in Verbindung mit einer Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden.
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Die
physikalische Funkschnittstelle ist in Übereinstimmung mit dem TDMA-Aufbau
aufgeteilt, was bedeutet, dass eine Funkträgerwelle in Zeitschlitze aufgeteilt
ist. Ein Rahmen besteht aus acht zueinander sequentiellen Zeitschlitzen.
Nach dem Aufbauen einer Verbindung weist ein Benutzer einen physikalischen
Kanal auf, der aus einem Zeitschlitz pro Rahmen, reserviert für jede aufwärts gerichtete und
abwärts
gerichtete Verbindung, besteht. 2 zeigt
einen TDMA-Rahmen, der einen normalen Signalburst und einen Zugriffsburst
enthält.
Die Länge eines
Rahmens, eines Zeitschlitzes, eines normalen Signalbursts und eines
Zugriffsbursts ist in 2 gezeigt. Auch gezeigt ist
die Verwendung der verschiedenen Bits in dem normalen Signalburst
und in dem Zugriffsburst. Für
den Fall eines aufwärts
gerichteten Kanals ist ein Zeitschlitz N drei Schlitze nach einem Zeitschlitz
n in der Abwärtsrichtung
zeitlich verschoben, wie in der Basisstation beobachtet. Ein Signalburst
von einer Mobilstation soll in einer Basisstation innerhalb des
reservierten Zeitschlitzes empfangen werden. Wie in 2 gezeigt,
weist ein Zeitschlitz nur 8,25 Bitperioden, d. h. eine 30 μs längere Dauer als
ein normaler Signalburst auf. Signalbursts von unterschiedlichen
Mobilstationen, die den gleichen Rahmen verwenden, müssen an
der Basisstation mit großer
Genauigkeit im Hinblick auf die Zeit empfangen werden, um sich nicht
zu stören.
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Logische
Kanäle
werden auf den voranstehend beschriebenen physikalischen Kanälen übertragen.
Eine verbundene Mobilstation erhält
ihre eigenen speziell vorgesehenen Steuerkanäle DCCH.
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Die
Mobilstation MS, die in 1 gezeigt ist, weist einen Verkehrsverbindungsaufbau
auf einen Verkehrskanal TCH 11 mit zugehörigen speziell vorgesehenen
Steuerkanälen
DCCH über
eine bedienende Basis-Transceiver-Station BTS1 auf. Die Mobilstation überwacht
kontinuierlich die Frequenzen, auf denen die Aussende-(Broadcast)-Steuerkanäle (Broadcast
Control Channes) BCCH an benachbarte Basisstationen senden. In 1 bezeichnen
die Referenzen BTS2 und BTS3 Stationen, die benachbart zu der Basisstation
BTS1 sind. Die Mobilstation misst die Signalstärke auf der Frequenz, auf der
die BCCH für
jede benachbarte Station sendet. Die Mobilstation hört auch
den BS-Synchronisationskanal SCH von denjenigen Basisstationen,
die am stärksten
sind, d. h. den Basisstationen, deren Signalpegel den Pegel des
Umgebungsrauschens übersteigen,
ab, um die Station zu identifizieren. Die identifizierten benachbarten
Basisstationen werden in eine Liste in der Mobilstation aufgenommen.
Die Mobilstation informiert den landgestützten Teil des Systems über die
Signalstärken
der Basisstationen, die auf der Liste aufgezeichnet sind und über deren
Identitäten
bis zu zweimal pro Sekunde. Die Mobilstation zeichnet auch eine
Zeitreferenz T1 für
jede Basisstation auf, die auf der Liste enthalten ist, indem der
Basisstations-Synchronisationskanal
SCH abgehört
wird. Die Zeitreferenz T1 zeigt die Rahmenumschaltzeit in der Basisstation
an.
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Die
Mobilstation informiert den Basisstations-Controller BSC in 1 über die
Signalstärken und
die Basisstations-Identitäten
der Basisstationen, die in der voranstehend beschriebenen Liste
enthalten sind. Der Basisstations-Controller kann entscheiden, dass
die Funkverbindung, die mit der Mobilstation MS hergestellt ist, über die
Basisstation BTS2 anstelle die Basisstation BTS1 stattfinden soll,
d. h. die Verbindung an die Basisstation BTS2 übergeben werden soll. Die Signalisierungssequenzen,
die in einer bekannten Weise zwischen der Mobilstation MS, den Basis-Transceiver-Stationen
BTS1 und BTS2 und dem Basisstations-Controller BSC mit einem Handover
(einer Übergabe)
ausgetauscht werden, sind in 6 gezeigt.
Der Basisstations-Controller BSC weist die Basisstation BTS2 an,
einen Verkehrskanal mit zugehörigen
Steuerkanälen
zum Einrichten einer Verkehrsverbindung (Kanalaktivierungs-Nachricht
bzw. CHannel ACtivation Nachricht) zu aktivieren. Die Nachricht
umfasst Information darüber,
warum die Verkehrsverbindung eingerichtet wird, in diesem Fall eine Übergabe
zwischen nicht-synchronisierten Funkbasisstationen. Die Mobilstation
MS wird dann angewiesen, ein Handover auf die Kanäle auszuführen, die
an der Basisstation BTS2 eingerichtet werden (Handover-Befehl bzw. Übergabe-Befehl). Die
Nachricht schließt
Steuerdaten (HO Referenzwert) ein. Die Mobilstation sendet dann
Handover-Zugriffsnachrichtensignale
an einen der zugewiesenen speziell verwendeten Steuerkanäle DCCH
für eine
Kommunikation mit der Basis-Transceiver-Station BTS2. Eine Uhr (T3124)
wird in der Mobilstation MS aktiviert, wenn das erste Zugriffssignal übertragen
wird. Um diese Zugriffssignale richtig in Übereinstimmung mit der Zeitplanung
der Basisstation BTS2 zu übertragen,
verwendet die Mobilstation MS die früher gemessene Zeitreferenz
t1 und führt
Korrekturen in Bezug auf den Zeitschlitz, der von dem Kanal DCCH
verwendet wird, aus, obwohl ohne eine Korrektur irgendeiner möglichen
Zeitverzögerung.
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Wenn
das Zugriffssignal überragen
wird, hat die Mobilstation MS keine Kenntnis über die Ausbreitungsverzögerung und
ist nicht in der Lage, eine Kompensation für die Zeit vorzunehmen, die
das Signal benötigt,
um die Basisstation BTS2 zu erreichen. Das Zugriffssignal wird deshalb
an der Basisstation BTS2 in Bezug auf die Ankunftsplanung des internen
Signalbursts der Basisstation BTS2 verzögert empfangen. Die Zeitverzögerung t2
wird in der Basisstation BTS2 gemessen und aufgezeichnet. Die aufgezeichnete
Zeitverzögerung
entspricht der Wellenausbreitungszeit eines Signals, welches zwischen der
Basisstation BTS2 und der Mobilstation hin und her läuft.
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Wenn
das in der Basisstation BTS2 empfangene Zugriffssignal richtige
Steuerdaten enthält, dann
macht die Basisstation BTS2 mit dem Handover weiter, indem eine
Antwort an die Mobilstation MS gesendet wird (PHYS IMFO), und sendet
an den Basisstations-Controller ein Signal, welches darüber informiert,
dass ein Handover erfasst worden ist, wobei dieses Signal die aufgezeichnete
Zeitverzögerung enthält. Die übrige Handover-Prozedur
ist für
die Erfindung von keinerlei Interesse.
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Die
gemessene Zeitverzögerung
t2 in der Basisstation wird durch 2 geteilt und auf eine Bitperiode
aufgerundet, wobei dieser Wert in der GSM-Spezifikation als „Timing-Vorlauf" („Timing
Advance") TA bezeichnet
wird. Wenn die Basis-Transceiver-Station BTS2 der Mobilstation MS
auf den Zugriffssignalen antwortet, erhält die Mobilstation MS Kenntnis über den
TA und ist bei einer fortgesetzten Signalisierung in der Lage, eine
Zeitkorrektur auch in Bezug auf die Ausbreitungsverzögerung durchzuführen. Die
Uhr T3124 wird gestoppt, wenn die Mobilstation MS eine Bestätigung über übertragene
Zugriffssignale von der Basisstation BTS2 empfangen hat.
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Die
voranstehend beschriebene Prozedur wird allgemein auf GSM-Typ Mobilsysteme
angewendet. Die Vorgehensweise, mit der die Position einer Mobilstation
in Übereinstimmung
mit der Erfindung bestimmt wird, wird nun beschrieben werden.
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Wenn
die Mobilstation, deren Position bestimmt werden soll, eine Verkehrsverbindung
nicht bereits eingerichtet hat, wird eine derartige Verbindung nun
eingerichtet bzw. hergestellt.
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Die
verbundene Mobilstation MS in 1 misst
wiederholt die Signalstärken
der Trägerwellen, über die
benachbarte Basisstationen jeweilige Broadcast-Steuerkanäle BCH überragen,
und zeichnet diese auf, und zwar in der gleichen Weise wie diejenige,
die voranstehend in Bezug auf sämtliche
verbundenen Mobilstationen MS beschrieben wurde. BTS2 ist eine von
diesen benachbarten Basis-Transceiver-Stationen. Diese Stufe wird durch den
ersten Block B1 in dem Flussdiagramm der 3 dargestellt.
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Die
Mobilstation MS decodiert auch den Synchronisationskanal SCH von
denjenigen Basisstationen, von denen die Mobilstation die stärksten Signalstärken misst,
und zeichnet auch eine Zeitreferenz für jeweilige benachbarte Basisstationen
auf. Die Zeitreferenz, die in Bezug auf die Basisstation BTS2 aufgezeichnet
ist, wird mit t1 bezeichnet. Diese Prozedur wird auch kontinuierlich
ausgeführt,
obwohl weniger häufig
als die Rate, bei der die Signalstärke gemessen wird, obwohl in
der gleichen Weise wie diejenige, die voranstehend in Bezug auf
andere verbundene Mobilstationen MS beschrieben wurde. Diese Prozedur
wird durch den zweiten Block B2 in 3 dargestellt.
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Die
Mittelwert-formulierten Leistungspegel der Signalstärken, die
von der Mobilstation in Bezug auf diejenigen Basisstationen gemessen
werden, die in der Liste enthalten sind, werden an den Basisstations-Controller
bis zu zweimal pro Sekunde berichtet. Diese Prozedur wird auch allgemein
auf sämtliche verbundene
Mobilstationen in dem GSM-System angewendet. Die Prozedur wird mit
dem dritten Block B3 in 3 symbolisiert.
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Das
Merkmal, welches spezifisch für
die Erfindung ist, tritt auf, wenn die Basisstation BTS2 von dem
Basisstations-Controller BSC einen neuen Typ von Befehl bezüglich der
Mobilstations-Positionsmessung
empfangt. Dieser Befehl bringt mit sich, dass die Basisstation BTS2
Kanäle
zum Empfangen von Zugriffssignalen von der Mobilstation MS aktiviert.
Diese Stufe wird mit dem vierten Block B4 in 3 dargestellt.
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Der
Basisstations-Controller BSC sendet dann an die Mobilstation über die
Basisstation BTS1 einen normalen Handover-Befehl, der die Mobilstation
anweist, ein Handover auf die Basisstation BSTS2 mit Information
darüber,
welcher Kanal verwendet werden soll, und auch mit Steuerdaten, auszuführen. Diese
Prozedur wird dem fünften
Block B5 in 3 dargestellt.
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Die
Mobilstation MS macht in der voranstehend beschriebenen Weise weiter,
wenn ein Handover bewirkt wird. Die Mobilstation sendet eine Anzahl von
Zugriffsbursts über
den speziell vorgesehen Steuerkanal DCCH. Die Zeit einer Übertragung
von jedem Zugriffsburst wird durch die gemessene Zeitreferenz t1
für die
Basisstation BTS2 und die Befehlsnummer in dem Rahmen für den Zeitschlitz
des speziell vorgesehenen Kanals bestimmt. Die Zeitverzögerung t2
des Zugriffssignals wird in der Basisstation BTS2 in Bezug auf die
Ankunftszeit, die von der Basisstation BTS2 für den Fall angenommen wird,
dass sich die Mobilstation an der gleichen Stelle wie die Basisstation
BTS2 befindet, gemessen. Die Zeitverzögerung wird in der gleichen
Weise wie diejenige mit einem Handover gemessen, obwohl die Basisstation BTS2,
anders wie bei einem vollständigen
Handover, sämtliche
Antworten an die Mobilstation MS sperrt. Die Mobilstation MS empfangt
somit keine Antwort auf die Zugriffssignale. Eine Uhr T3124 wird
in der Mobilstation aktiviert, wenn der erste Zugriffsburst gesendet
wird, siehe 7. Wenn die auf dieser Uhr gesetzte
Zeit bei der Abwesenheit von irgendeiner Bestätigung von der Basisstation
BTS2 abgelaufen ist, stoppt die Mobilstation MS die Übertragung
von Zugriffsbursts an die Basisstation BTS2. Die Mobilstation MS
stellt dann wieder die frühere
Verbindung über
die Basis-Transceiver-Station BTS2 in Übereinstimmung mit einer standardmäßigen Prozedur
für einen
nicht erfolgreichen Handover her. Diese Stufe ist mit dem Block
B6 in 3 dargestellt.
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Die
gemessene Zeitverzögerung
t2 wird von der Basisstation BTS2 an einen Dienstknoten, möglicherweise über andere
Knoten, zum Messen einer Datenverarbeitung und Berechnen der Position
der Mobilstation gesendet.
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Die
Prozedur in Übereinstimmung
mit dem Block B1 bis B6 wird wiederholt, wobei aber die Messprozedur
in einer anderen Basis-Transceiver-Station als BTS2 ausgeführt wird,
d. h. der gleiche Typ von Zugriff wird nun auf einen anderen Basis-Transceiver-Abschnitt,
z. B. auf BTS3 durchgeführt. 4 zeigt
eine Wiederholung der Prozedur der 3 in mehreren
Basisstationen, wonach die Position der Mobilstation auf Grundlage
der Zeitverzögerung
tn, die in den Basisstationen gemessen werden, bestimmt wird. In
dem ersten Block A1 in 4 ist eine Heraufzählzahl n
auf einen Startwert n = 2 gesetzt. Sämtliche Stufen B1–B8, die
in 3 in Bezug auf die erste Basisstation BTS2 beschrieben
wurden, werden in dem Block A2 durchlaufen. Dann wird eine Überprüfung durchgeführt, um
festzustellen, dass eine Zeitverzögerung t2 beim Messen in BTS2
erhalten worden ist, Block A3. Wenn eine derartige Zeitverzögerung t2
erhalten worden ist, „Ja" im Block A3, wird
dann eine Entscheidung darüber
getroffen, ob ein Messen in ein weiteren Basisstation wiederholt werden
soll; siehe Block A4. Wenn in dem Block A4 entschieden wird, die
Messprozedur zu wiederholen, Antwort „Ja", dann wird die Heraufzähl-Zahl
um ein Inkrement heraufgestuft, n = n + 1 im Block A5, wonach die
Prozedur in Übereinstimmung
mit den Blöcken
A2 und A3 für
eine weitere Basisstation BTS wiederholt wird, wodurch eine weitere
Zeitverzögerung
erhalten wird. Die Frage würde
dann im Block A4 wieder erhoben, ob ein Messen in einer weiteren Basisstation
wiederholt werden soll oder nicht. Mit jeder Entscheidung zum Wiederholen
einer Messung in einer weiteren Basisstation wird zunächst überprüft, dass
dort ein Zugriff auf eine derartige weitere Basisstation vorhanden
ist, die bei der Bestimmung der Position der Mobilstation teilnehmen
kann. Wenn gezeigt wird, dass eine derartige Basisstation existiert,
wird eine Basisstation auf der früher beschriebenen Liste, die
an den Basisstations-Controller von der Mobilstation MS gesendet
wird, aufgezeichnet. Wenn ein Zugriff auf Zeitverzögerungen
von nur einer oder zwei Basisstationen verfügbar ist, wird entschieden, dass
die Messprozedur wiederholt werden soll, wenn eine weitere Basisstation
gefunden wird, die an dem Messprozess teilnehmen kann. Wenn andererseits Zeitverzögerungen
von wenigstens drei Basisstationen erhalten worden sind, sollte
die Frage, ob ein weiterer Messwert die Genauigkeit, mit der die
Position der Mobilstation bestimmt werden kann, erhöhen wird
oder nicht, berücksichtigt
werden, wenn entschieden wird, ob der Messprozess wiederholt werden
soll oder nicht. Nachdem die Frage über eine weitere Messung, Block
A4, negativ beantwortet ist, wird die Position der Mobilstation
mit Hilfe der Zeitverzögerung
oder den Zeitverzögerungen,
die von den Basisstationen erhalten wird/werden, berechnet; siehe
Block A6. Ein oder mehrere Zeitverzögerungen, die von anderen Basisstationen
durch früher
bekannte Messverfahren erhalten werden, können ebenfalls bei der Bestimmung
der Position der Mobilstation verwendet werden. Um zu ermöglichen,
dass die Position mit einem hohen Zuverlässigkeitsgrad bestimmt wird,
werden vorzugsweise wenigstens drei Zeitverzögerungen, die an verschiedenen
Basisstationen gemessen werden, an dem Dienstknoten verfügbar sein.
Die Mobilstations-Position kann auch mit nur zwei Zeitverzögerungen
bestimmt werden, dann aber mit einer geringeren Zuverlässigkeit.
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Der
neue Befehl, der von der Basisstation BTS2 im Hinblick auf eine
Bestimmung der Position der Mobilstation empfangen wird, Block B4
in 3, kann aus einem modifizierten Befehl bezüglich einer Kanalaktivierung
gebildet sein. Dieser Befehl wird von dem Basisstations-Controller
BSC an die Basisstation BTS2 gesendet. Der gegenwärtige Befehl umfasst
Information darüber,
warum ein neuer Kanal aufgebaut werden sollte, z. B. ein Handover
einer Verbindung zwischen nicht-synchronisierten Basisstationen.
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5 zeigt
ein Standardformat, das in dem Befehl Kanalaktivierung (Channel
Activation) enthalten ist, um den Grund für den Befehl zu offenbaren (GSM
08.58, Version 5.0.0., 8.4.1 und 9.3.3). Das Format umfasst zwei
Felder 01 und 02 jeweils mit acht Bit, zum Anzeigen des Grunds einer
Kanalaktivierung. Das andere Feld 02 umfasst drei Bits A1, A2 und
A3, die verwendet werden, um die Ursache anzuzeigen. Die drei Bits
können
acht Symbole annehmen, von denen fünf für spezifische Zwecke in Übereinstimmung
mit GSM 08.58, Version 5.0.0. reserviert sind. Die übrigen drei
Symbole sind für
eine zukünftige
Verwendung reserviert; eines der Symbole kann verwendet werden,
um den Kanal anzuzeigen, der für
eine Positionsbestimmung aktiviert werden soll.
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7 zeigt
eine Signalisierungs-Sequenz-Planung, wie sie auftreten kann, wenn
die Kanalaktivierungs-Aufforderung oder der Befehl in Übereinstimmung
mit den obigen Ausführungen
modifiziert ist. Die Sequenzplanung ist anfänglich ähnlich zu derjenigen für eine Handover-Prozedur,
mit dem Unterschied, dass der Kanalaktivierungs-Befehl (CH ACT)
modifiziert worden ist. Wenn sie im Empfang des Zugriffssignals
von der Mobilstation MS ist, sendet die Basisstation BTS2 kein Signal
zurück,
obwohl die Basis-Transceiver-Station trotzdem an den Basisstations-Controller
die Nachricht sendet, dass ein Handover erfasst worden ist (HO DET),
wobei diese Nachricht die Zeitverzögerung t2, die in der Basisstation
BTS2 registriert ist, einschließt.
Die Zeitverzögerung
t2 wird von dem Basisstations-Controller an den Dienstknoten weitergeleitet.
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Eine Übertragung
von t2 von der Basisstation BTS2 kann alternativ beim Empfang eines
neuen Befehls diesbezüglich
durchgeführt
werden. Die Vorgehensweise, mit der der Messwert weitergeleitet wird,
ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Die
Zeitverzögerungen,
die von dem Dienstknoten empfangen werden, geben eine Entsprechung
nach den geographischen Entfernungen. Wenn die Entfernung der Mobilstation
MS zu drei Basisstationen bekannt ist, deren Positionen ebenfalls bekannt
sind, ist der Dienstknoten in der Lage, die Position der Mobilstation
MS mit Hilfe des früher
bekannten Triangulationsverfahrens zu berechnen. Damit die Triangulationsberechnung
effektiv ist, werden die Basisstationen vorzugsweise geographisch
so positioniert sein, dass sie ein Dreieck ungefähr ähnlich zu einem gleichschenkligen
Dreieck bilden. Weil es nicht immer wahrscheinlich ist, dass die
Basisstationen geographisch so zweckdienlich angeordnet sind, ist
es vorteilhaft, mehr als drei Basisstationen in die Messprozedur
einzuschließen.
Eine Zeitdispersion und eine Abrundung der Messwerte ermöglicht ebenfalls,
dass die Position der Mobilstation genauer bestimmt wird, wenn mehr
als drei Basisstationen in der Messprozedur eingeschlossen sind.
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Es
ist möglich,
dass die Mobilstation an einer Stelle positioniert ist, an der kein
Zugriff auf wenigstens drei Basisstationen zum Bestimmen der Position der
Mobilstation vorhanden ist. Die Position der Mobilstation kann trotzdem
bestimmt werden, dann aber mit einer geringen Genauigkeit, sogar
wenn ein Zugriff auf nur zwei Zeitverzögerungen, die von zwei Basisstationen
erhalten werden, vorhanden ist. Eine Zeitverzögerung, die von einer Basisstation
erhalten wird, entspricht einer gegebenen Entfernung von der Basisstation
und diese Entfernung wird auf einer Karte als ein Kreis aufgezeichnet,
auf dem sich die Mobilstation befindet. Zwei Zeitverzögerungen
von zwei Basisstationen entsprechen zwei Kreisen. Die Position der
Mobilstation entspricht einem der zwei Punkte, auf denen sich diese
zwei Kreise gegenseitig schneiden. Die bestimmte Position ist als
Folge der zwei Schnittpunkte unzuverlässig. In vielen Fällen wird
einer der Schnittpunkte die wahrscheinlichere Position der Mobilstation
sein. Dies ist dann der Fall, wenn z. B. ein Schnittpunkt einer
Autobahn entspricht, wohingegen der andere einem Waldgebiet entspricht.
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Die
bedienende Basisstation BTS1 hat immer einen gegenwärtigen Wert
der Zeitverzögerung, die
zwischen der Basisstation und der Mobilstation MS hin und her läuft. Diese
Zeitverzögerung
kann ebenfalls zusammen mit Zeitverzögerungen, die in Übereinstimmung
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
gemessen werden, von dem Dienstknoten bei der Bestimmung der Position
der Mobilstation verwendet werden.
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Es
kann passieren, dass ein vollständiges Handover
(eine vollständige Übergabe)
der Funkverbindung an eine neue Basisstation nach Initiieren der Mobilstations-Positionsbestimmungsprozedur
durchgeführt
wird, und zwar wegen Funk- oder Verkehrsgründen. In einem derartigen Fall
kann die Ausbreitungsverzögerung,
die in der neuen Basisstation gemessen wird, und die Ausbreitungsverzögerung,
die in der vorangehenden bedienenden Basisstation gemessen wird,
von dem Dienstknoten zusammen mit einer Zeitverzögerung verwendet werden, die
von dem erfidungsgemäßen Messenverfahren
zum Bestimmen der Position der Mobilstation erhalten worden ist.
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Eine
Basisstation muss modifiziert werden, um einen Befehl bezüglich einer
Mobilstations-Positionsbestimmung
zu interpretieren und in der richtigen Weise weiter zu machen. 8 ist
ein Blockdiagramm, das die Einheiten zeigt, die in der modifizierten
Basis-Transceiver-Station BTS2 enthalten sind. Die Basisstation
wird mit drei getrennten Blöcken dargestellt,
wobei der erste Block, der mit TR bezeichnet ist, der Funk-Sender/Empfänger-(Transceiver)-Teil
der Basisstation ist. Der zweite Block, der mit GR bezeichnet ist,
ist eine Schnittstelle zu dem Basisstations-Controller, z. B. der
Abis Schnittstelle im GSM. Der dritte Block, der mit CPU bezeichnet
ist, stellt einen zentralen Prozessor und eine Speichereinheit dar,
die die Basisstations-Steuerfunktionen behandeln können. Der
CPU-Block weist Datenverbindungen mit den anderen zwei Blöcken auf.
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Der
Block GR ist ein Vermittler von sämtlichen Kommunikationen zu
dem und von dem Basisstations-Controller BSC. Dies schließt Daten
zwischen BSC und BTS, sowohl Sprache als auch Daten, zwischen BSC
und der Mobilstation MS, ein. GR ist mit TR für Sprache und Daten, die zwischen
BSC und MS übergeben
werden, verbunden.
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Der
zentrale Prozessor CPU umfasst eine Decodereinheit, die die Daten,
die an BTS von MS und BSC ankommen, decodiert und die Funktionen
in den anderen Blöcken
auf Grundlage der Befehle, die von MS und BSC empfangen werden,
steuert. Der Prozessor CPU initiiert auch eine Signalisierung an BSC,
wobei die Signale über
GR gehen.
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Die
modifizierte Basisstation BTS2 unterscheidet sich von einer typischen
Basisstation durch den Steuerblock mit einem Speicherplatz M1, in
dem ein Befehl bezüglich
der Positionsmessung gespeichert ist. Eine ähnliche Modifikation sollte
in der Basisstation BTS3, die für
eine Mobilstations-Positionsbestimmung
verwendet wird, durchgeführt
werden. Die Befehle, die von dem Basisstations- Controller BSC empfangen werden, werden
mit dem voranstehend erwähnten
gespeicherten Befehl verglichen, um festzustellen, dass der ankommende
Befehl ein Positionsbestimmungsbefehl ist.
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Es
ist auch erforderlich, dass die Basisstation BTS2 in der Lage ist,
das erfindungsgemäße Verfahren
auszuführen.
Es ist damit möglich,
mit der gleichen Prozedur wie diejenige, die bei einem typischen
Handover angewendet wird, zu beginnen, obwohl es in diesem Fall
erforderlich ist, festzustellen, ob die Stufen, die bei einer Positionsbestimmungsprozedur
ausgeschlossen werden sollen, verfolgt werden sollten oder nicht.
Diese Überprüfung wird mit
Hilfe von ein oder mehreren Flags (Markern) ausgeführt, die
eingefügt
werden, wenn der Mobilstations-Positionsbestimmungsbefehl empfangen
wird. Diesbezüglich
ist der Prozessor CPU der Basisstation BTS2 mit einem weiteren Speicherplatz
M2 zum Speichern der einen oder mehreren Flags versehen.
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Wenn
ein Mobilstations-Positionsbestimmungsbefehl oder eine Aufforderung
identifiziert wird, kann die modifizierte Basisstation BTS2 die gleiche
Programmschleife wie bei einem typischen Handover beginnen, um die
gleiche Messung von Zugriffsbursts, die von der Mobilstation MS
erhalten werden, wie bei einem standardmäßigen Handover auszuführen. Anders
als bei einem standardmäßigen Handover
sollte die Basisstation BTS2 jedoch eine Bestätigung der empfangenen Zugriffsbursts
durch Einfügen
eines Flags in den Speicherplatz des zentralen Prozessors sperren.
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Als
eine Alternative zum Beginnen der Prozedur, die bei einem typischen
Handover angewendet wird, könnte
eine getrennte Programmschleife zum Bestimmen der Position der Mobilstation
verwendet werden. In diesem Fall ist es erforderlich, den Steuerteil
der Basisstation mit einem Speicherplatz (nicht gezeigt) zu versehen,
in dem die Schleife, die für
den Positionsbestimmungsprozess spezifisch ist, gespeichert werden
kann.
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Sämtliche
Basisstationen BTS2–BTS3
in 1, die die Position einer Mobilstation in Übereinstimmung
mit der Erfindung bestimmen sollen, müssen in der gleichen Weise
wie die Basisstation BTS2 modifiziert werden. Die ursprüngliche
bedienende Basisstation BTSI muss jedoch nicht modifiziert werden,
obwohl es nichts gibt, um dies zu verhindern.
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Eine
gewöhnliche
Funkbasis-Transceiver-Station in dem GSM-System kann Mobilstationen bei
maximalen Entfernungen von fünfunddreißig km bedienen.
Das GSM-System spezifiziert auch eine Funkbasis-Transceiver-Station,
die konfiguriert ist, um Mobilstationen bei einer verlängerten
Entfernung von maximal siebzig km zu bedienen.
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Die
Patentanmeldung
US 08 617,406 lehrt eine
Implementierung eines Handovers, wenn Entfernungen zwischen der
Mobilstation und der Funkbasis-Transceiver-Station größer als
fünfunddreißig km sind.
Die Lehre der Anmeldung
US 08
617,406 ist auch für
die vorliegende Erfindung anwendbar, wenn ein Handover für den Zweck
einer Bestimmung der Position der Mobilstation ausgeführt wird
und die Entfernung größer als
fünfunddreißig km zwischen
der Mobilstation und der Funkbasis-Transceiver-Station ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die voranstehend
beschriebenen und dargestellten beispielhaften Ausführungsformen
davon, einschließlich
von nur einem Basisstations-Controller
und einem Mobilvermittlungszentrum, beschränkt ist, und dass die Erfindung
mit mehreren Basisstations-Controllern und Mobilvermittlungszentren
innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche angewendet werden kann.