DE10105678A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Paketdaten-dienst-fähigen Funkstationen in einem Kommunikationssystem - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Paketdaten-dienst-fähigen Funkstationen in einem KommunikationssystemInfo
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- DE10105678A1 DE10105678A1 DE2001105678 DE10105678A DE10105678A1 DE 10105678 A1 DE10105678 A1 DE 10105678A1 DE 2001105678 DE2001105678 DE 2001105678 DE 10105678 A DE10105678 A DE 10105678A DE 10105678 A1 DE10105678 A1 DE 10105678A1
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ortsbestimmung von Paketdatendienst-fähigen Stationen (MS) in einem Funk-Kommunikationssystem (GSM), wobei jede Station (MS) über zumindest eine Funkschnittstelle (V) innerhalb einer Funkzelle (Z) mit deren zugeordneter netzseitiger Netzstation (BTS) kommuniziert, wobei seitens des Netzes periodisch bzw. auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Stationen (MS) durchgeführt wird. DOLLAR A Um eine schnelle Bereitstellung der Ortsinformationen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, netzseitig aktuelle Aufenthaltsorte sowie erfahrene Funkbedingungen der Station(en) (MS) zu speichern. DOLLAR A Vorteilhafterweise können bei Paketdatendienst-fähigen Stationen (MS) für andere Zwecke bekannte Verfahren zum Bestimmen verwendet werden. Zum Bestimmen der Empfangsfeldstärke und/oder des Interferenzpegels, zum Durchführen eines Zellwechsels und/oder zum Aktivieren einer Polling-Anforderung verwendet werden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ortsbestim
mung von Paketdatendienst-fähigen Funkstationen in einem Kom
munikationssystem mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1 bzw. ein Kommunikationssystem mit Einrichtun
gen zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen, bei
spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten, mit
Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt
stelle zwischen sendender und empfangender Station (Basissta
tion bzw. Teilnehmerstation) übertragen. Das Abstrahlen der
elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen
zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Fre
quenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA-
oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren (TD/CDMA: Time/Code Divi
sion Multiple Access) über die Funkschnittstelle, beispiels
weise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Fre
quenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.
In bestehende Mobilfunknetze nach dem GSM-Standard (GSM: Glo
bal System for Mobile Communications) mit Frequenzen zwischen
400 MHz und 2000 MHz werden derzeit neuartige Datendienste
wie der Paketdatendienst GPRS (General Packet Radio Service)
sowie dessen Erweiterung EDGE/EGPRS (Enhanced Data Rates for
GSM Evolution/Enhanced GPRS) eingeführt. Die Übertragung im
Mobilfunknetz findet hierbei nicht verbindungsorientiert bzw.
nicht leitungsvermittelt, sondern in Form von Paketdaten
statt. Diese Art der Übertragung nutzt die gegebenen Übertragungsressourcen
im Mobilfunknetz beispielsweise durch Mul
tiplexing besser aus.
Beim TDMA-Verfahren, wie z. B. bei GSM oder auch TDD-UMTS
(TDD: Time Division Duplex), ist für eine TDMA-Komponente ei
ne Aufteilung eines breitbandigen Trägers mit z. B. einem Fre
quenzbereich von 5 MHz bei UMTS oder eines schmalbandigen
Trägers mit z. B. 200 kHz bei GSM in mehrere Zeitschlitze
gleicher Zeitdauer vorgesehen. Bei TDD-UMTS wird auf der
gleichen Trägerfrequenz ein Teil der Zeitschlitze in Abwärts
richtung DL (Downlink) von der Basisstation zur Teilnehmer
station und ein Teil der Zeitschlitze in Aufwärtsrichtung UL
(Uplink) von der Teilnehmerstation zur Basisstation benutzt.
Beim GSM-Standard sind für die Aufwärtsverbindung und die Ab
wärtsverbindung jeweils acht Zeitschlitze auf zwei durch ei
nen Duplexabstand getrennten 200 kHz Trägerfrequenzen vorge
sehen. Zur Datenübertragung bei den Paketdatendiensten
GPRS/EGPRS nach dem GSM-Standard wird jedem Zeitschlitz ein
Paket-Daten-Verkehrskanal PDTCH (Packet Data Traffic Channel)
zugeordnet. Die Paket-Daten-Verkehrskanäle sind unidirektio
nal. Eine Übertragung findet entweder in Aufwärtsverbindung
(UL) für die Paketdatenübertragung von der Teilnehmerstation
zur Basisstation oder in Abwärtsverbindung (DL) für die Pa
ketdatenübertragung von der Basisstation zur Teilnehmerstati
on statt. Dabei kann ein Paketdaten-Verkehrskanal einem Teil
nehmer bei einer statischen Kanalvergabe (fixed allocation
nach GSM 04.60) fest für ein bestimmtes Zeitintervall oder
bei einer dynamischen Kanalvergabe (dynamic allocation nach
GSM 04.60) mehreren Teilnehmern gleichzeitig zugewiesen wer
den, d. h. mehrere Teilnehmer werden auf diesem Paketdaten-
Verkehrskanal versorgt (Multiplexing). Das gilt für die Auf-
und Abwärtsverbindung unabhängig voneinander.
Bei diesen Systemen ist es für eine Vielzahl von Zwecken er
forderlich die momentanen Standorte von Teilnehmerstationen
zu bestimmen. Zur effizienten Realisierung der Ortsbestimmung
sind Ortsbestimmungsdienste (Location Services) bekannt, die
auch für Teilnehmerstationen für paketdatenfähige (GPRS,
EDGE) Mobilfunkdienste in GSM-Mobilfunknetzen eingesetzt wer
den.
Für leitungsvermittelte Dienste (Circuit Switched Services)
gibt es im Standard bereits eine Vielzahl von Verfahren wie
TA (Timing Advance), E-OTD (Enhanced Observed Time Differen
ce), GPS (Global Positioning System), etc. Bei dem Verfahren
TA erhält beispielsweise das zuständige Mobilstations-
Lokalisierungszentrum (SMLC: Serving Mobile Location Center)
eine Anfrage nach der gegenwärtigen Position einer bestimmten
Teilnehmerstation. Falls die Teilnehmerstation zu diesem
Zeitpunkt untätig ("idle") ist, wird sie vom Netz aus ange
sprochen bzw. ein "Paging" ausgeführt, woraufhin das Netz der
Teilnehmerstation einen Kanal zuweist. Im reservierten bzw.
geschalteten Zustand ("dedicated mode") ist die Teilnehmer
station bereits auf einem Kanal aktiv. Das zuständige Mo
bilstations-Lokalisierungszentrum fordert daraufhin den im
Basisstationssystem aktuell verwendeten TA sowie optional den
zuletzt von der Teilnehmerstation gesendeten Meßbericht (Mea
surement Report) vom Basisstationssystem an. Nach Weitergabe
dieser Daten an das zuständige Mobilstations-
Lokalisierungszentrum wird dort die Position der Teilnehmer
station nach bekannten Verfahren berechnet und abschließend
das Positionsergebnis an die anfragende Einheit weitergelei
tet. Ferner gibt es auch Verfahren, bei denen etwa die Teil
nehmerstation eigenständig kontinuierlich ihre Position be
rechnet und dem Netz aufgrund von Anfragen mitteilt, bzw.
Verfahren, die eine Ortsbestimmung mittels einer externen
Hardware, z. B. einer sogenannten Lokationsbestimmungseinheit
(LMU: Location Measurement Unit), vornehmen.
Nachteilig ist bei solchen Verfahren, dass das Netz der Teil
nehmerstation dedizierte Kanäle zuweisen muss, beispielsweise
zur Abfrage von positionsrelevanten Meßdaten, was letztend
lich nachteilig für die Zellkapazität ist. Ferner kann stets
nur eine Teilnehmerstation nach der anderen abgefragt werden.
Das Basisstationssystem muss auf Anfragen hin jedesmal Kon
takt mit der Teilnehmerstation aufnehmen, bevor es die für
die Position relevanten Meßdaten an das zuständige Mobilsta
tions-Lokalisierungszentrum liefern kann. Ohne vorherige An
frage ist also dem Netzwerk bei bestehenden Ortsbestimmungs-
Verfahren (LCS: location service) die Position einer Teilneh
merstation nicht bekannt.
Bei solchen Ortsbestimmungsverfahren werden für sich bekannte
Berechnungsmethoden zur Ortsbestimmung der Teilnehmerstatio
nen verwendet, beispielsweise beim TA Verfahren Laufzeit-
Werte zwischen Teilnehmerstation und versorgender Basisstati
on.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Verfahren zur Ortsbestimmung von Paketdatendienst-fähigen
teilnehmerseitigen Stationen in einem Kommunikationssystem
bzw. eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfah
rens vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Ortsbestimmung von
Paketdatendienst-fähigen teilnehmerseitigen Stationen in ei
nem Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Patentan
spruchs 1 bzw. das Kommunikationssystem mit Einrichtungen zum
Durchführen eines solchen Verfahrens mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 10 bzw. einen Speicher dafür gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen
Ansprüchen.
Durch dieses Verfahren muss das Netz der Teilnehmerstation
vorteilhafterweise keine dedizierten Kanäle zuweisen, so dass
die Zellkapazität geschont wird. Außerdem können nicht nur
einzelne Teilnehmerstationen eine nach der anderen abgefragt
werden, sondern auch mehrere zugleich.
Zumindest eine netzseitige Einrichtung, die vorzugsweise Be
standteil des Basisstationssystems ist, hält Orts-
Informationen über die Teilnehmerstationen in ihrem Bereich
gespeichert, so dass sie auf Anfragen sofort, ohne nochmals
Kontakt zur entsprechenden Teilnehmerstation aufnehmen zu
müssen, die Position dieser Teilnehmerstation bzw. die posi
tionsrelevanten Meßdaten liefern kann.
Für GPRS/EGPRS-fähige Teilnehmerstationen ist somit ein Ver
fahren bereitgestellt, bei dem das Basisstationssystem stets
über den Ort der Teilnehmerstationen bzw. die positionsrele
vanten Meßdaten in seinen Zellen informiert ist, so dass das
Basisstationssystem eine Anfrage von höheren Ebenen/Layern
ohne Triggern der gewünschten Teilnehmerstation sofort beant
worten kann. Ferner kann das Netzwerk durch das Setzen von
Triggerpunkten - beispielsweise durch die Definition eines
bestimmten Orts-Bereiches in seinem Versorgungsbereich - so
fort nachgeordnete Funktionseinheiten selbsttätig ohne Anfra
ge informieren, wenn eine Teilnehmerstation diesen Ortsbe
reich betritt, sich dort aufhält oder diesen verlässt. In
diesem Fall kann die SMLC-Funktionalität netzseitig bzw. im
Basisstationssystem integriert sein oder sich abgesetzt in
einer separaten Einrichtung (physikalisches oder stand-alone
SMLC) befinden. Anhand der gewonnenen Informationen wie dem
Ort aller Teilnehmerstationen, dem Signalpegel (Signal-Level)
der diese bedienenden Zelle(n) (Serving-Cell) sowie der Nach
barzellen und der Interferenz-Level am Ort der Teilnehmersta
tionen kann das Netz eine komplette Funkfeldplanungs-Karte
sowie eine hochgenaue Verteilungskarte der Teilnehmerstatio
nen in den Zellen erstellen. Das Verfahren kommt ohne zusätz
liche neue Messeinrichtungen, d. h. auch ohne zusätzliche neue
Baugruppen bzw. Hardware aus.
Eine bevorzugte Basis des Verfahrens beruht darauf, dass
GPRS/EGPRS-fähige Teilnehmerstationen im Prinzip permanent im
Netz angemeldet und diesem bekannt sind (GPRS attached). Das
Netzwerk kann hierbei die Teilnehmerstation im Speziellen
bzw. über Broadcast-Systeminformationen alle Teilnehmerstati
onen in der Zelle auffordern, periodisch Meldungen zu schi
cken, aus denen das Netzwerk die Position der Teilnehmersta
tion ermittelt. Daher kann das Netz bei bekannter Teilneh
merstations-Position Trigger-Punkte setzen, bei denen das
Netz beim Betreten/Verlassen eines bestimmten Zellbereichs,
z. B. eines Einkaufszentrums, sofort Informationen, z. B. Wer
bung, Sonderangebote, Kinoprogramm, etc. zum Beispiel mittels
SMS (Short Message Service) an die Teilnehmerstation senden
kann.
Das Verfahren basiert vorteilhafterweise komplett auf bekann
ten Signalisierungen der GSM-Spezifikationen, die allerdings
sehr vorteilhaft und in gänzlich neuer Kombination ausgenutzt
werden, z. B. sogenannter "Network Controlled Cell Reselecti
on", "Network Controlled Measurement Reports" und "Extended
Measurement Reports" Das Verfahren funktioniert sowohl bei
einer Teilnehmerstation im Ruhezustand wie auch im Betriebs
zustand (idle bzw. packet transfer mode).
Der Vorteil der Verwendung von GPRS/EGPRS liegt darin, dass
keine dedizierten Kanäle vergeben werden müssen. Statt dessen
liefern die Teilnehmerstationen periodische Meßberichte (Mea
surement Reports), wobei diese vorteilhafterweise stets nur
einen 20 ms langen Funkblock bzw. einige wenige Funkblöcke für
längere Nachrichten auf einem Paketdatenkanal (PDCH) belegen,
bzw. die Teilnehmerstationen werden bei Bedarf auf sogenannte
gemeinsam verwendete Kanäle (shared channels) zugewiesen, wo
sie im Multiplexverfahren mit anderen Teilnehmerstationen ih
re Daten übertragen.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt außerdem darin,
dass sogenannte Class A-Telefone, bzw. DTM (dual transfer
mode) oder auch Simple Class A-Telefone im Gegensatz zu den
heutigen Betriebsverfahren (E-OTD, GPS auf Basis von lei
tungsvermittelten Diensten) den Ortsbestimmungsdienst (LCS)
ohne Service-Interrupt bedienen können, obwohl gleichzeitig
leitungsvermittelt telefoniert wird. Dies ist möglich, da bei
(Simple) Class A-Teilnehmerstationen ein gleichzeitiger Be
trieb von Sprache und Daten möglich ist, d. h. der Ortsbestim
mungs-Dienst kann auf dem paketvermittelnden (packet swit
ched) Kanal bedient werden, während auf dem leitungsvermit
telten (circuit switched) Kanal ein Gespräch läuft.
Die beim einfachsten Ausführungsbeispiel verwendeten Algo
rithmen sind für sich bekannte Verfahrenselemente, die zur
Bestimmung und Mitteilung des Interferenzpegels in einer Zel
le am Ort der Teilnehmerstation MS, für den Zellwechsel bzw.
optional Paket/Datenabrufanforderungen verwendet werden. Die
se Drei sind mittels des beschriebenen Verfahrens jedoch auch
zur Ortsbestimmung einsetzbar.
Das Verfahren kann auf alle GPRS/EGPRS fähigen Teilnehmersta
tionen in der Zelle angewendet werden. Um die Last im Netz
werk zu reduzieren, können jedoch auch nur einzelne Teilneh
mer bedient werden. Das kann auch dazu benutzt werden, diesen
Dienst nur gegen Entgelt zur Verfügung zu stellen.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Überblick über ein Funk-
Kommunikationssystem,
Fig. 2-4 Die im GSM Standard verfügbaren Meldungen für die
Measurement Reports, die zum Durchführen eines Ver
fahrens zur Ortsbestimmung einer GPRS-fähigen Teil
nehmerstation verwendet werden können.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht ein Mobilfunksystem als
Beispiel eines Funk-Kommunikationssystems aus einer Vielzahl
von Mobilvermittlungsstellen MSC sowie Dienste- und Zugangsnetzknoten
SGSN (Serving GPRS Support Node), die untereinan
der vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN oder
einem Paketdatennetz PDN herstellen. Weiterhin sind diese Mo
bilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einer Ba
sisstations-Steuereinrichtung BSC/einer Einrichtung RNM zum
Zuteilen von funktechnischen Ressourcen verbunden. Jede die
ser Einrichtungen BSC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu
zumindest einer Basisstation BTS. Eine solche Basisstation
BTS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu teil
nehmerseitigen bzw. Teilnehmer-Stationen, z. B. mobilen Stati
onen MS oder anderweitigen mobilen und stationären Endgeräten
aufbauen. Die Basisstationen und die diese steuernden Ein
richtungen bilden ein Basisstationssystem (BSS/Base Station
System).
Durch jede Basisstation BTS wird zumindest eine Funkzelle Z
gebildet, innerhalb derer eine Kommunikation mit Teilnehmer
stationen MS, MS1, . . . möglich ist. Bei einer Sektorisierung
oder bei hierarchischen Zellstrukturen werden pro Basisstati
on BTS auch mehrere Funkzellen Z versorgt. Typischerweise ü
berschneiden sich die Bereiche benachbarter Funkzellen, so
dass ein Wechsel von dem Bereich einer Funkzelle Z in den Be
reich einer anderen Funkzelle Z problemlos möglich sind.
In Fig. 1 sind beispielhaft bestehende Verbindungen V1, V2,
V3 zur Übertragung von Nutzinformationen und Signalisierungs
informationen zwischen mobilen Teilnehmer-Stationen MS und
einer Basisstation BTS und eine Anforderung zur Ressourcenzu
teilung oder eine kurze Bestätigungsmeldung in einem
Zugriffskanal (P)RACH ((Packet) Random Access CHannel) durch
eine weitere mobile Station MS dargestellt. Weiterhin ist ein
Organisationskanal BCCH (Broadcast Control CHannel) darge
stellt, der zur Übertragung von Nutz- und Signalisierungsin
formationen mit einer definierten Sendeleistung von jeder der
Basisstationen BTS für alle mobilen Stationen MS bereitge
stellt wird.
Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll-
und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile
davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere
Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, insbesondere für
Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß.
Gemäß einer beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform kann
bei einem solchen System ein Verfahren zur Ortsbestimmung ei
ner oder mehrerer Teilnehmerstationen MS für das Paketdaten
system GPRS/EGPRS im Übertragungsmodus ("transfer Mode") mit
aktiver Paketdatenübertragung (Temporary Block Flow: TBFs)
und im Ruhezustand ("idle Mode") angewendet werden. Im Netz
wird für die angemeldeten Teilnehmerstationen MS im Bereich
der Basisstations-Steuereinrichtung BSC oder evtl. auch im
unterstützenden Netzknoten für ein bedienendes Paketdatennetz
(SGSN: Serving GPRS Support Node) oder im SMLC eine Datenlis
te X angelegt, in der für die jeweiligen Teilnehmerstationen
MS Ort, Timing Advance TA in der jeweiligen Zelle Z (Serving-
Cell), RXLEV-Werte (RXLEV: REceive LEVel/Empfangspegel) und
Interferenz-Werte abgespeichert werden.
Zur Steuerung der Verfahrensabläufe kann beispielsweise auf
für sich bekannte Kontroll-Meldungen und Steuermechanismen
zurückgegriffen werden, die für sich genommen bekannt sind,
derzeit (siehe z. B. GSM 04.60, GSM 05.08) jedoch für jeweils
gänzlich andere Zwecke eingesetzt werden.
Die von der Teilnehmerstation ans Netz übermittelten Meldun
gen und ihre Inhalte sind in den Fig. 2-4 skizziert.
Beispielhafte Algorithmus-Abläufe können insbesondere für das
Anmelden einer Paketdatendienst-fähigen Teilnehmerstation und
die externe Anforderung einer Positionsbestimmung bereitge
stellt werden.
Beim Anmelden einer Teilnehmerstation für GPRS/EGPRS am Netz
soll deren Position kontinuierlich bestimmt und abgespeichert
werden, weshalb die Teilnehmerstation aufgefordert wird, die
Messberichte (Measurement Reports) periodisch zu schicken.
Das Netz wertet diese sowie die TA-Messwerte aus und berech
net die Position der Teilnehmerstation MS. Eventuell wird die
Teilnehmerstation MS dazu noch per "NC Cell Reselection" in
die Nachbarzellen versetzt.
Für das Bedienen von eingehenden externen Teilnehmerstations-
Positionsanforderungen können, wenn die Position der Teilneh
merstation MS im Netz hinreichend genau bekannt ist, diese
Informationen vom Basisstationssystem BSS direkt übermittelt
werden. Ansonsten muss die Teilnehmerstation MS gepollt wer
den, um die Position erst zu bestimmen bzw. um die Positions
angaben hinreichend zu verbessern.
Bei GPRS/EGPRS werden sogenannte "NC Measurement Reports"
bzw. netzinitiierte Messberichte von dedizierten bzw. allen
Teilnehmerstationen MS in der Zelle Z periodisch an die netz
seitigen Einrichtungen gesendet, wenn dies von der Basissta
tion BTS über eine per Rundfunk- bzw. Nachrichtenkanal mitge
teilte Anforderung, z. B. die PSI 5 Pa
cket System_Information_Message, gefordert
wird(NC_CONTROL_ORDER-Feld). Die Periode solcher Sendungen
kann beim derzeit bekannten System mittels entsprechender
Rundfunk/broadcast-Parameter für Teilnehmerstationen MS im
Ruhezustand (idle mode) (NC_Reporting_Period) bzw. für Teil
nehmerstationen MS im Übertragungsmodus (transfer mode)
(NC_Reporting_Period_C) zwischen 0,48 und 60,44 Sekunden ein
gestellt werden. Die Meldung enthält die Kennung TLLI (Tempo
rary Logical Link Identifier) der Teilnehmerstation sowie den
Empfangspegel (RXLEV_SERVING CELL) und die Interferenz
(INTERFERENCE_SERVING CELL) in der Zelle (siehe Fig. 2, 3) am
Ort der Teilnehmerstation MS. Ferner werden auch die Emp
fangspegel der Nachbarzellen übertragen (RXLEV_N).
Weiterhin können für Teilnehmerstationen MS im Ruhezustand
(idle mode) periodisch sogenannte erweiterte Messberichte
bzw. "EXTENDED Measurement Reports" an die netzseitigen Ein
richtungen geschickt werden (EXT_CONTROL_ORDER). Die Periode
ist hier derzeit zwischen 60 und 7.680 Sekunden einstellbar.
Dieser Bericht bzw. Report beinhalt neben der Teilnehmerken
nung (TLLI) den Interference-Level am Ort der Teilnehmersta
tion MS auf allen derzeit acht Zeitschlitzen
(I_LEVEL_TN0 . . . 7) sowie die Empfangsfeldstärkewerte RXLEV der
Nachbarzellen (RXLEV_N) am Ort der Teilnehmerstation MS.
Die zu messende Nachbarzell-Liste (ARFCN, BSIC, . . .) wird der
Teilnehmerstation MS zuvor vom Netz zugewiesen (z. B. derzeit:
(BA(GPRS), NC_FREQUENCY_LIST, EXT FREQUENCY LIST)).
Netzseitig kann vorgegeben werden, dass anstelle von allen
nur von bestimmten Teilnehmerstationen MS in der Zelle Z sol
che Messberichte (NC Measurement Reports bzw. Extended Measu
rement Reports) periodisch ans Netz gesendet werden sollen.
Dazu gibt es derzeit die Nachricht/Message "Pa
cket Measurement Order". Eine Beschränkung auf die Übermitt
lung der Ortsangaben nur einzelner Teilnehmerstationen MS ist
vorteilhaft, wenn sich z. B. zu viele Teilnehmerstationen MS
in einer Zelle befinden, so dass es eventuell eine Überlast
situation geben könnte, bzw. wenn nicht alle Teilnehmerstati
onen MS den Ortsbestimmungsdienst (LCS) nutzen sollen, bei
spielsweise weil die Teilnehmer der entsprechenden Teilneh
merstationen MS nicht für diesen Dienst angemeldet und zuge
lassen sind.
Außerdem kann die Periode zum Mitteilen der positionsrelevan
ten Meßdaten ans Netz für verschiedene Teilnehmerstationen MS
unterschiedlich eingestellt werden, was zu gewissen Quali
tätsunterschieden bei der Genauigkeit führt. So können sich
bewegende Teilnehmerstationen MS angewiesen werden ihre posi
tionsrelevanten Meßdaten öfter zu senden, als Teilnehmersta
tionen MS, die sich gar nicht oder nur langsam bewegen.
Die Messdaten teilt die Teilnehmerstation MS im Ruhezustand
(idle Mode) dem Netz vorteilhafterweise mit, indem sie zu
nächst einen Zugriff (Access) auf das Netz durchführt und da
bei einen oder mehrere Funk/Radio-Blöcke anfordert. Anhand
des Zugriffssignals (Access Burst), kann die Basisstation BTS
sofort den Zeitfortschritt (Timing Advance TA) und somit den
Abstand zwischen Teilnehmerstation MS und der Basisstation
BTS bestimmen. Bei den derzeitigen Verfahren ist dies mit ca.
500 m Genauigkeit möglich. Durch Mittelung mehrerer TA Werte
lässt sich diese Genauigkeit jedoch erhöhen.
Mittels der zusätzlich vorhandenen Werte der Empfangsfeld
stärke RXLEV der Nachbarzellen, allgemein bekannten elektro
magnetischen Ausbreitungs-Gesetzen und den bekannten Positio
nen der Basisstationen BTSn der Nachbarzellen Zn, lässt sich
schließlich der Ort der Teilnehmerstation MS genauer, jedoch
in der Regel noch grob berechnen.
Ist weiterhin eine Karte mit Netzplanungsdaten, z. B. voraus
berechneten Signalfeldstärken im Versorgungsgebiet des Net
zes, gespeichert, lässt sich der Ort der Teilnehmerstation MS
durch einen automatisierbaren Vergleich mit der Karte noch
genauer bestimmen. Hierzu kann ein iteratives Verfahren ver
wendet werden, da durch das hier beschriebene Verfahren eine
hochgenaue Pegel/Interferenz-Karte berechnet wird, die dann
wiederum oben als Eingabe für weitere Berechnungen dienen
kann.
Die Verknüpfung der Daten mit der Teilnehmerstation MS und
deren Abspeicherung in einer netzseitigen Einrichtung wie dem
Speicher X der Basisstations-Steuereinrichtung BSC (bzw. in
Paketnetzen der sogenannte Serving GPRS Support Node (SGSN)
oder das SMLC) erfolgt vorzugsweise über Identifizierungs
kennzeichen, wie den für sich bekannten TLLI (Temporary Logi
cal Link Identifier), der für jede Teilnehmerstation MS ein
deutig ist und in den oben genannten Nachrichten/Messages
enthalten ist.
Zur weiteren Verbesserung der Ortsbestimmung kann das Netz
bzw. dessen Basisstations-Steuereinrichtung BSC die Teilneh
merstation MS im Ruhezustand (idle mode) mittels derzeit z. B.
einer netzgesteuerten Zellenverschiebung ("Network Controlled
Cell Reselection") nacheinander von der die Teilnehmerstation
bedienenden Zelle Z (Serving Cell) in die Nachbarzellen Zn
verschieben, in deren Empfangsbereich sich die Teilnehmersta
tion MS ebenfalls befindet. Vorteilhafterweise ist die Zahl N
solcher Nachbarzellen Zn, in die diese Teilnehmerstation MS
verschiebbar ist, zumindest drei (N <= 3). Derzeit verwendbar
ist dafür die für sich bekannte Nachricht/Message "Pa
cket_Cell_Change_Order".
Vorteilhafterweise ist dabei durch die Verwendung von Diens
ten bzw. Verfahren des GPRS-Dienstes keine Unterbrechung von
bestehenden Diensten ("Service Interrupt") erforderlich, da
im Ruhezustand (idle mode) keine Daten verschickt werden. Bei
Anwendung des Verfahrens für Teilnehmerstationen MS im Über
tragungsmodus (transfer mode) können dabei jedoch Daten ver
loren gehen, die später nochmals neu bzw. wiederholt übertra
gen werden müssen.
Vorteilhafterweise soll eine verfahrensgemäß zu verschiebende
Teilnehmerstation MS zunächst immer in die Nachbarzelle(n)
mit der größten Empfangsfeldstärke RXLEV geschoben werden.
Durch das Verschieben bekommt das Netz auch Angaben über den
Zeitfortschritt TA zu N Nachbar-Basisstationen BTSn und kann
nun mit bekannten Methoden, wie der Schnittpunktberechnung
der N Abstands-Kreise um die N Basisstationen BTSn, den Ort
noch genauer berechnen. Um mit der Datenhaltung konsistent zu
bleiben und den Verwaltungsaufwand zu minimieren, sollte eine
Teilnehmerstation MS vorzugsweise immer nur zwischen den Zel
len eines Basistations-Steuereinrichtungs (BSC)-Gebietes ver
schoben werden.
Ausgehend von der vorstehend aufgeführten geringen Auflösung
des TA-Wertes von ca. 500 m kann die Auflösung stark verbes
sert werden, indem das Netz die periodisch von den Teilneh
merstationen MS hereinkommenden TA-Werte über die Zeit mit
telt. Die gleiche Mittelung sollte auch für die Werte der
Empfangsfeldstärken RXLEV der Serving-Zelle und der Nachbar
zellen durchgeführt werden. Ein weiteres Verbesserungspoten
zial liegt in der Überabtastung (Oversampling) der Zugriff
signale (Access Bursts) in der Basisstation BTS bzw. der Aus
nutzung weiterer Equalizer-Werte.
Das Netz kann auch von Teilnehmerstationen MS in der Paket
übertragungsbetriebsart (packet transfer mode) die Zugriffs
signale (Access Bursts) auf dem Zeitsteuerkanal für Paketda
ten PTCCH (Packet Timing Control Channel) in die Mittelung
einfließen lassen, die derzeit pro Teilnehmerstation MS ca.
alle 2 Sekunden ans Netz geschickt werden. Reicht diese In
formation bei einer Teilnehmerstation MS bezogen auf die Ge
nauigkeit nicht aus, dann kann das Netz die Teilnehmerstation
MS abfragen bzw. "pollen", z. B. mittels der sogenannten "Pa
cket_Polling_Request" Nachricht. Hierbei schickt die Teilneh
merstation MS im Uplink vier aufeinanderfolgende Access
Bursts für Paketsteuerbestätigungen ("Pa
cket_Control_Acknowledgements"). Durch mehrfaches Pollen in
kurzen Zeitabständen kann sich das Netz eine beliebige Anzahl
von Access Bursts zur hochgenauen Bestimmung des Zeitfort
schritts TA einer Teilnehmerstation MS in einer Zelle Z bzw.
Zn verschaffen.
Pro Zelle Z werden in naher Zukunft oftmals voraussichtlich
mehrere Hundert bis wenige Tausend Teilnehmerstationen MS im
Netz angemeldet sein. Diese große Anzahl sowie die große Men
ge periodisch hereinkommender oder von bestimmten Teilnehmer
stationen MS direkt angeforderten Daten reicht über eine län
gere Zeit gemittelt aus, sehr gute Träger/Interferenz-(C/I)-
Karten (C/I: Carrier to Interference) des Netzes zu bekommen.
Außerdem gibt die Ortsbestimmung die Möglichkeit, die Verteilung
von Teilnehmerstationen MS in der Zelle Z zu beobachten.
Im Bereich erkannter Häufungspunkte (Hot Spots) lassen sich
durch die Installation neuer Basisstationen BTS Engpässe ver
meiden.
Beschränkt man die Mittelung auf bestimmte Tageszeiten, kann
der Operator seine Netzabdeckung z. B. zur Hauptverkehrszeit
(Busy Hour) und zu anderen ausgewählten Tages- und Nachtzei
ten ermitteln.
Für den Operator besteht derzeit die Möglichkeit, einzelne
Teilnehmerstationen MS mit bekanntem "Temporary Logical Link
Identifier" (TLLI) zu überwachen bzw. zu tracen. Für bestimm
te Ereignisse (Events) und Lokalitäten wie z. B. Einkaufszent
ren lässt sich genau bestimmen, welcher Teilnehmer in ein be
stimmtes Gebiet eintritt bzw. dieses wieder verlässt. Mittels
E-Mail, Kurznachrichtendienst SMS oder sonstigem lässt sich
ein Service mit großem Potential für Werbung etc. bieten,
wenn die Ortsdaten der Teilnehmerstationen MS mittels des
Verfahrens fortlaufend im netzseitigen Speicher X abgespei
chert werden. Sobald ein neuer Speichereintrag für ein be
stimmtes Gebiet vorgenommen wird, kann an die zugehörige
Teilnehmerstation MS direkt oder über ein darüber informier
tes Werbezentrum eine entsprechende Informations-Nachricht
gesendet werden.
Vorteilhafterweise können die Ortsbestimmungsdaten (LCS-
Daten) für die Teilnehmerstation MS verschlüsselt werden, um
unerlaubte Zugriffe auf diese Datenabläufe und Datengehalte
(Traces) der Teilnehmerstation MS zu verhindern.
Anhand der gewonnenen Informationen wie den momentanen Auf
enthaltsorten aller Teilnehmerstationen MS in den Zellen Z,
der Signal-Level der die Teilnehmerstationen MS bedienenden
Zellen (Serving-Cells) Z sowie der Nachbarzellen Zn und dem
Interferenz-Level am Ort der jeweiligen Teilnehmerstation MS
kann das Netzwerk somit eine komplette C/I-Karte erstellen
sowie eine Karte, welche die Verteilung der Teilnehmerstatio
nen MS in den Zellen Z angibt. Dies dient der Detektion von
Hot-Spots und erleichtert die Entscheidung, wo neue Basissta
tionen aufgebaut werden müssen. Ferner können anhand der Kar
ten die bisherige Netzplanung überprüft werden und bestehende
Planungshilfsmittel angepasst werden. Die Karte kann wieder
in den Ortsbestimmungsprozess eingeführt werden, um so ein
adaptives Verfahren zu erhalten, wodurch ein Selbst-
Lernendes/Optimierendes-Netz aufbaubar ist. Solche Karten
lassen sich insbesondere für verschiedene Tageszeiten erstel
len, z. B. Busy Hour, Nachtzeit.
Die Verwendung von für sich bekannten GPRS-Verfahren bietet
eine geschickte Verknüpfung bestehender GSM-Signalisierung
zur Ansammlung der nötigen Informationen. Ohne erhöhten Auf
wand zu betreiben, findet im Gegensatz zu heutigen Verfahren
eine permanente Ortsbestimmung der Teilnehmerstationen MS
statt.
Insbesondere besteht die Möglichkeit Triggerpunkte zu setzen,
so dass Teilnehmerstationen MS, die sich in einem bestimmten
Bereich, z. B. einem Einkaufszentrum, aufhalten, sofort über
SMS, E-Mail oder sonstiges mit Informationen, z. B. Werbung,
Sonderangeboten etc., versorgt werden können.
Die Anwendung des Verfahrens ist insbesondere für Class A
bzw. Simple Class A-Teilnehmerstationen vorteilhaft, da bei
bestehenden Sprachverbindungen kein "Service-Interrupt" nötig
ist.
Es können alle Teilnehmerstationen MS in der Zelle bzw. nur
für den Ortsbestimmungsdienst LCS angemeldeten Teilnehmersta
tionen MS mit dem Ortsbestimmungsdienst LCS oder darauf auf
bauenden Diensten versorgt werden. Auch die Genauigkeit der
Messungen kann MS spezifisch festgelegt werden, z. B. durch
individuelle Einstellung der Messberichtperioden (Measure
ment-Report-Perioden) und/oder durch zusätzliches Pollen der
Teilnehmerstation MS zur Initiierung von Zugriffsanforderun
gen (Access Bursts) zur orts- bzw. Zeitfortschritt-(TA)-
Bestimmung. Vorteilhaft sind eine größere Periodizität in der
Hauptverkehrszeit, um möglichst wenig Netzkapazität zu bean
spruchen, und sehr kleine Periodizitäten während der Nacht,
wenn die Netzlast relativ gering ist.
Die für sich bekannte "NC Cell Reselection" kann für Teilneh
merstationen MS im Ruhe- und im Verbindungs- bzw. Übertra
gungszustand (idle bzw. transfer mode) verwendet werden, um
Werte von der die Teilnehmerstation bedienenden Zelle Z sowie
den angrenzenden Nachbarzellen Zn zu bekommen. Es werden Mit
telungen für Zeitfortschritt TA, Empfangsfeldstärke RXLEV,
etc. durchgeführt, um bei den Berechnungen eine größere Ge
nauigkeit zu erzielen.
Über Paketabrufanforderungen (Packet_Polling_Request) lassen
sich zusätzlich eine beliebige Anzahl von Zugriffsanforderun
gen (Access Bursts) von einer Teilnehmerstation MS generie
ren, um den TA-Wert noch genauer zu bekommen. Verschlüsselung
der Daten im Netzwerk verhindern einen unerlaubten Zugriff.
Bei der Übermittlung jedes Messberichts macht die Teilnehmer
station einen Zugriff mittels Access Bursts auf dem
RACH/PRACH (Random Access Channel bzw. Packet Random Access
Channel), bei dem das Netzwerk den TA-Wert misst und den TA-
Wert sowie andere positionsrelevanten Messdaten der Zelle und
der Nachbarzellen unter der Kennung der Teilnehmerstation ab
legt. Die Genauigkeit des TA-Werts erhöht sich dabei durch
die Mittelung über mehrere Zugriffe. Reicht diese Genauigkeit
des TA Wertes in einer Zelle nicht aus, soll das Netzwerk ei
ne Datenverbindung auf einem Paketdatenkanal (PDCH: Packet
Data Channel) aufbauen. Dabei wird die Teilnehmerstation ein
mal bzw. mehrfach hintereinander aufgefordert, mittels Access
Bursts sogenannte Packet Control Acknowledgements auf diesem
Paketdatenkanal zu schicken. Das wird z. B. mittels der der
zeit bekannten Nachricht "Packet Polling Request" erreicht.
Ist die Position des Teilnehmers nicht hinreichend genau,
kann das Netzwerk die Teilnehmerstation über sogenanntes
"Network Controlled Cell Reselection" (Packet Cell Change Or
der) in ausgewählte Nachbarzellen überweisen. Die dort ge
machten Messungen und TA-Werte werden ebenfalls unter der
Kennung der Teilnehmerstation abgelegt.
Befindet sich eine Teilnehmerstation im sogenannten Packet
Transfer Mode, d. h. eine Paketdatenverbindung ist aktiviert,
wertet das Netzwerk darüberhinaus auch die TA-Werte aus, die
es derzeit über den "Packet Timing Control Channel" (PTCCH)
ca. alle 2 Sekunden zur kontinuierlichen TA-Einstellung über
mittelt bekommt.
Claims (11)
1. Verfahren zur Ortsbestimmung von Paketdatendienst-fähigen
Stationen (MS) in einem Funk-Kommunikationssystem (GSM), wo
bei jede Station (MS) über zumindest eine Funkschnittstelle
(V) innerhalb einer Funkzelle (Z) mit deren zugeordneter
netzseitiger Netzstation (BTS) kommuniziert, wobei
seitens des Netzes ein- oder mehrfach auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Stati on (en) MS durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
netzseitig aktuelle Aufenthaltsorte der Station(en) (MS) und/oder die zur Bestimmung des Aufenthaltsortes von der(den) Station(en) (MS) und der zugehörigen Netzstation (BTS) aufge nommenen Meßdaten gespeichert werden.
seitens des Netzes ein- oder mehrfach auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Stati on (en) MS durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
netzseitig aktuelle Aufenthaltsorte der Station(en) (MS) und/oder die zur Bestimmung des Aufenthaltsortes von der(den) Station(en) (MS) und der zugehörigen Netzstation (BTS) aufge nommenen Meßdaten gespeichert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) die
Station(en) keine dedizierte Verbindung mit dem Netzwerk ha
ben muss(müssen).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) ein-
oder mehrfach ein Verfahren zum Durchführen eines Zellwech
sels unabhängig davon verwendet wird, ob die Station(en) (MS)
aktiv im Übertragungsmodus oder passiv im Ruhemodus
ist (sind).
4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
die Genauigkeit der im Speicher abgelegter Ortswerte und
Messwerte, insbesondere Empfangspegel, Interferenzpegel
und/oder Vorhaltezeit (Timing Advance TA) der Station(en)
(MS) über die Zeit gemittelt und verbessert werden.
5. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) ein-
oder mehrfach ein Verfahren zum Aktivieren der Station (MS)
mittels einer Polling-Anforderung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
netzseitige Einrichtungen bei einer Anforderung des Aufent
haltsorts zumindest einer Station (MS) direkt die netzseitig
gespeicherten Werte geliefert bekommen.
7. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
die Station (MS) zum Bestimmen des Aufenthaltsortes von einer
netzseitigen Einrichtung (BTS) in einer Paketdatendienst-
Betriebsart (GPRS/EGPRS) angesprochen wird.
8. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
mittels der gespeicherten Werte Karten zur Darstellung von
Signalfeldstärke, Interferenzpegel oder der Netzauslastung
erstellt werden.
9. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem das
Netz anhand der gespeicherten Ortswerte und bei der Erfüllung
vordefinierter Triggerpunkte selbständig Nachrichten an die
Station (MS) versendet bzw. andere Netz-seitige Einheiten da
zu veranlasst.
10. Kommunikationssystemeinrichtung zum Durchführen eines
Verfahrens nach einem vorstehenden Anspruch zur Ortsbestim
mung von Paketdatendienst-fähigen Stationen (MS) in einem
Funk-Kommunikationssystem (GSM), mit
zumindest einer netzseitigen. Netzstation (BTS) zum Betrei ben zumindest einer Funkzelle (Z) innerhalb der zumindest ei ne Station (MS) mit der Netzstation (BTS) über eine Funk schnittstelle (V) bei Bedarf kommuniziert, wobei
zumindest einer Netzeinrichtung zum Anweisen der Stati on (en) (MS) auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) durchzuführen,
gekennzeichnet durch
einen netzseitigen Speicher (X) zum Speichern aktueller Aufenthaltsorte oder zum Speichern zur Bestimmung von Aufent haltsorten erforderlicher TA-Werte und/oder Emp fangs/Interferenz-Pegel der Station(en) (MS).
zumindest einer netzseitigen. Netzstation (BTS) zum Betrei ben zumindest einer Funkzelle (Z) innerhalb der zumindest ei ne Station (MS) mit der Netzstation (BTS) über eine Funk schnittstelle (V) bei Bedarf kommuniziert, wobei
zumindest einer Netzeinrichtung zum Anweisen der Stati on (en) (MS) auf Anforderung eine Ortsbestimmung zum Bestimmen des Aufenthaltsortes der Station(en) (MS) durchzuführen,
gekennzeichnet durch
einen netzseitigen Speicher (X) zum Speichern aktueller Aufenthaltsorte oder zum Speichern zur Bestimmung von Aufent haltsorten erforderlicher TA-Werte und/oder Emp fangs/Interferenz-Pegel der Station(en) (MS).
11. Aufenthaltsortspeicher (X) für das Kommunikationssystem
nach Anspruch 10 oder zum Speichern von nach einem Verfahren
gemäß einem der Ansprüche 1-9 bestimmter aktueller Aufent
haltsorte von Station(en) (MS).
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001105678 DE10105678A1 (de) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Paketdaten-dienst-fähigen Funkstationen in einem Kommunikationssystem |
PCT/EP2002/000447 WO2002063909A1 (de) | 2001-02-08 | 2002-01-17 | Verfahren und vorrichtung zur ortsbestimmung von paketdatendienst-fähigen funkstationen in einem kommunikationssystem |
EP02715448A EP1358777A1 (de) | 2001-02-08 | 2002-01-17 | Verfahren und vorrichtung zur ortsbestimmung von paketdatendienst-fähigen funkstationen in einem kommunikationssystem |
US10/467,412 US20050075112A1 (en) | 2001-02-08 | 2002-01-17 | Method and device for localising packet data service-capable radio stations in a communication system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001105678 DE10105678A1 (de) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Paketdaten-dienst-fähigen Funkstationen in einem Kommunikationssystem |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10105678A1 true DE10105678A1 (de) | 2002-08-29 |
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ID=7673254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2001105678 Withdrawn DE10105678A1 (de) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Paketdaten-dienst-fähigen Funkstationen in einem Kommunikationssystem |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10105678A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2001-02-08 DE DE2001105678 patent/DE10105678A1/de not_active Withdrawn
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Title |
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ETSI TS 101 724 V.8.0.0 (2000-10), (GSM 03.71 version 8.0.0 Release 1999), ETS), Sophia Antipolis Cedex, France, Oktober 2000, S. 1-13, 18-24, 38-51, 70-78, 98-107 * |
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EP2262331A3 (de) * | 2006-06-09 | 2011-03-09 | Vodafone Holding GmbH | Ortsbestimmungen von mobilen Endgeräten in einem Mobilfunknetz und Anwendungen derselben |
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