DE10124811A1 - Verfahren zur Positionsbestimmung - Google Patents
Verfahren zur PositionsbestimmungInfo
- Publication number
- DE10124811A1 DE10124811A1 DE2001124811 DE10124811A DE10124811A1 DE 10124811 A1 DE10124811 A1 DE 10124811A1 DE 2001124811 DE2001124811 DE 2001124811 DE 10124811 A DE10124811 A DE 10124811A DE 10124811 A1 DE10124811 A1 DE 10124811A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- terminal
- elements
- signal
- assigned
- mobile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zur Positionsbestimmung von mobilen Endgeräten in Mobilfunknetzen. Dabei werden zwischen dem Endgerät und mehreren Positionselementen Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen von gesendeten Signalcodes, welche dem jeweils sendenden Gerät eindeutig zugeordnet sind, ermittelt und aus diesen Daten wird die Position des Endgeräts ermittelt. Es werden dabei entweder den einzelnen Positionselementen koordiniert Zeiträume vorgegeben, in denen die jeweiligen Positionselemente ihre Signalcodes an das Endgerät senden dürfen, oder das Endgerät sendet einen dem Endgerät zugeordneten Signalcode an die Positionselemente.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Posi
tion eines mobilen Endgeräts innerhalb eines Mobilfunknetzes,
bei welchem zwischen dem Endgerät und mehreren Positionsele
menten, deren Positionen im Mobilfunknetz bekannt sind, Lauf
zeiten und/oder Laufzeitdifferenzen von Signalcodes, welche
dem jeweils sendenden Gerät eindeutig zugeordnet sind, ermit
telt werden und unter Verwendung dieser Laufzeiten und/oder
Laufzeitdifferenzen die Position des mobilen Endgeräts ermit
telt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Systeme so
wie ein mobiles Kommunikationsendgerät zur Durchführung eines
solchen Verfahrens.
Für viele zusätzliche Funktionen eines Mobilfunkgeräts, bei
spielsweise Notruffunktionen, Navigationsfunktionen oder In
formationsdienste, welche ortsbezogene Informationen anbie
ten, ist eine Positionsbestimmung des jeweiligen Mobilfunkge
räts notwendig. Für die Positionsermittlung von Mobilfunkge
räten gibt es die verschiedensten Verfahren. So sind z. B. im
aktuellen UMTS-Standard Release 99 vier verschiedene Methoden
definiert.
Eine erste Methode ist die sogenannte Cell-ID-Methode. Hier
bei erfolgt die Positionsbestimmung anhand der Kennung der
Mobilfunkzelle, in der sich das Endgerät zum Zeitpunkt der
Positionsanfrage bzw. -bestimmung befindet. Dabei wird der
Mittelpunkt der Mobilfunkzelle als Position des Endgeräts an
genommen. Es handelt sich dementsprechend nur um eine grobe
Positionsbestimmung, die von der Größe der jeweiligen Mobil
funkzelle abhängt. Die Ungenauigkeiten liegen bei 100 m und
mehr. Die Genauigkeit kann durch zusätzliche Messungen ver
bessert werden, indem beispielsweise die Laufzeit eines be
kannten Signals von der Basisstation zum Endgerät und/oder
zurück ausgewertet wird. Diese Zeitmessung ergibt mathema
tisch verknüpft mit der Lichtgeschwindigkeit einen Abstand
zwischen der Basisstation und dem Endgerät. Die Position des
zu lokalisierenden Endgeräts ist damit nicht nur grob be
stimmt, sondern es ist dann bekannt, dass es sich auf einem
bestimmten Kreis, dessen Radius durch den ermittelten Abstand
gegeben ist, in der Mobilfunkzelle befindet. Eine solche ein
fache Laufzeitmessung wird auch als TOA-Methode (Time of Ar
rival) bezeichnet.
Eine zweite Methode ist die sogenannte Assisted-GPS-Methode.
Hierbei handelt es sich um eine Positionsbestimmung mit akti
ver GPS-Unterstützung. Das Endgerät muß hierzu über einen ge
eigneten GPS-Empfänger verfügen, um die GPS-Signale von min
destens drei sichtbaren Satelliten zu empfangen. Die gemesse
nen Signale werden mit Assistenzsignalen, welche GPS-
Empfänger im Mobilfunknetzwerk gemessen haben und die als Re
ferenz dienen können, verknüpft, um so eine möglichst genaue
Ortsbestimmung zu erreichen. Die damit erreichbaren Genauig
keiten in der Positionsangabe liegen bei derzeit ca. 5 bis 10
m.
Eine dritte Methode ist die sogenannte OTDOA-Methode (Obser
ved Time Difference of Arrival). Diese Methode basiert auf
Laufzeit-Messungen von Signalen der Luftschnittstelle zwi
schen mehreren Basisstationen und dem zu lokalisierenden End
gerät. Gemäß dieser Methode versucht das zu lokalisierende
Endgerät ein Paar eines bekannten Signals von zwei ortsver
schiedenen, benachbarten Basisstationen zu detektieren. Die
Empfangszeitpunkte des Signals werden dann zur Auswertung an
eine Rechnereinheit - im Allgemeinen PCF (Position Calcula
tion Function) genannt - gesandt, welche die Differenz der
Empfangszeiten auswertet. Diese Empfangszeitendifferenz be
schreibt einen Hyperboloid, wodurch angegeben ist, dass der
Aufenthaltsort des Endgeräts auf einer Hyperbel liegt. Durch
die Einbeziehung einer weiteren Basisstation wird eine zweite
Hyperbel ermittelt. Der Aufenthaltsort des Endgeräts befindet
sich dann an einem der beiden Schnittpunkte der zwei Hyper
beln. Für eine eindeutige Positionsbestimmung ist folglich
noch eine weitere Information nötig, wobei entweder eine
vierte Basisstation genutzt werden kann, um eine weitere Dif
ferenzmessung durchzuführen oder beispielsweise eine einfache
Laufzeitmessung (TOA) zur eigenen Basisstation durchgeführt
wird, um anhand dieser Laufzeitmessung dann zu entscheiden,
welcher der beiden Hyperbelschnittpunkte der tatsächliche
Aufenthaltsort ist. Ebenso kann beispielsweise auch in Zellen
mit einer Sektorierung die Information über den Sektor, in
dem sich das Endgerät aktuell befindet, zur Entscheidung he
rangezogen werden. Die Berechnung der Position aus den Diffe
renzen der Laufzeiten hat den Vorteil, dass Bearbeitungszei
ten in dem sendenden und dem empfangenden Gerät automatisch
herausdividiert werden und somit die Positionsbestimmung ge
nauer ist.
Insbesondere in den Fällen, in denen sich das Endgerät nah an
der das Endgerät aktuell bedienenden Basisstation befindet,
kann es vorkommen, dass die Signale dieser Basisstation die
zur Differenzmessung benötigten Signale der anderen Basissta
tion überdecken. Damit eine Detektion von Signalen anderer
Basisstation möglich ist, wird bei der sogenannten OTDOA-
IPDL-Methode (Observed Time Difference of Arrival-Idle Period
Downlink) die Übertragung der Basisstation, welche das zu lo
kalisierende Endgerät bedient, für kurze Zeitperioden, die
sogenannten IPDLs, ausgeschaltet. Diese Sendepausen werden
dann von dem Endgerät genutzt, um die Empfangszeitpunkte der
Signale der Nachbarbasisstationen zu detektieren. Durch die
vorübergehende Abschaltung der Übertragung von Signalen der
bedienenden Basisstation tritt natürlich ein Kapazitätsver
lust bzw. Informationsverlust in der entsprechenden Mobil
funkzelle auf. Andererseits wird mit dieser Methode aber eine
Genauigkeit in der Positionsbestimmung bis zu ca. 20 m er
reicht.
Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung im Netz selber
auch ohne GPS-Unterstützung zu verbessern und gleichzeitig
die Belastung für das Mobilfunknetz gering zu halten, wurde
bereits allgemein eine weitere Methode der eingangs genannten
Art vorgeschlagen. Hierbei werden in einer Mobilfunkzelle
mehrere Positionselemente stationiert, mit deren Unterstüt
zung Positionsbestimmungen nach dem Prinzip der OTDOA-Methode
durchgeführt werden können. Die Anzahl der Positionselemente
wird dabei vom Netzbetreiber entsprechend den örtlichen Gege
benheiten der jeweiligen Mobilfunkzelle und der geforderten
Genauigkeit der Positionsbestimmung festgelegt. Die Positi
onselemente haben dabei zwei Hauptaufgaben. Sie hören zum ei
nen auf den Mobilfunkverkehr in der jeweiligen Zelle im soge
nannten "Downlink", d. h. in der Übertragungsrichtung von der
jeweiligen Basisstation zu den in der Zelle befindlichen Mo
bilfunkgeräten. Zum anderen senden sie einen vordefinierten,
jedem Positionselement zugeordneten Signalcode zu den zu lo
kalisierenden Endgeräten, wobei diese Sendung ebenfalls in
einem Downlink-Kanal erfolgt. Das Hören und Senden erfolgt
dabei auf einer definierten Downlink-Frequenz der Mobilfunk
zelle. Vorzugsweise wird hierzu ein Steuersignalkanal verwen
det, auf dem keine Nutzinformationen wie Sprachsignale gesen
det werden, beispielsweise der sogenannte Broadcast Channel
(BCH). Bei dem Broadcast Channel handelt es sich um einen Ka
nal zur Übermittlung von allgemeinen Informationen von der
Basisstation zu den Endgeräten innerhalb der Mobilfunkzelle.
Beide Vorgänge, Hören und Senden, sind jedoch zeitlich von
einander getrennt, so dass es zu keiner Überlappung kommt.
Die einzelnen Positionselemente platzieren beim Senden unab
hängig voneinander beliebig ihre Signalcodes in freien Sig
nalabschnitten der Downlink-Datenstruktur, beispielsweise in
bestimmten Signalabschnitten des BCH, die ansonsten nicht ge
nutzt werden. Es können aber auch freie Signalabschnitte an
derer Downlink-Kanäle verwendet werden. Das zu lokalisierende
Endgerät selbst ist über die freien Signalabschnitte, in de
nen die einzelnen Positionselemente ihre Signalcodes senden
können, informiert und kann entsprechend dem allgemeinen Sig
nalisierungstiming versuchen, die Signalcodes der Positions
elemente innerhalb der Downlink-Datenübermittlung zu detek
tieren und so die genauen Ankunftszeiten der Signalcodes zu
bestimmen. Die weitere Verfahrensweise und Bestimmung der Po
sition erfolgt dann gemäß dem oben beschriebenen OTDOA-
Verfahren.
Mit Hilfe dieser Positionselemente ist es möglich, zur Posi
tionsbestimmung nur die Signale einer einzigen Mobilfunkzelle
zu nutzen, in der sich das zu bestimmende Endgerät befindet.
Signale anderer Basisstationen der benachbarten Mobilfunkzel
len sind für die Positionsbestimmung grundsätzlich nicht mehr
nötig. Sie können aber, sofern sie ohnehin vorhanden sind und
eine Detektion möglich ist, trotzdem verwendet werden. Somit
ist auch die Einführung der IPDLs nicht mehr zwingend notwen
dig, was den in der OTDOA-IPDL-Methode erwähnten Kapazitäts
verlust der Zelle vermeidet. Theoretisch können aber auch
IPDLs zusätzlich eingesetzt werden, um die Genauigkeiten in
dem Verfahren weiter zu erhöhen.
Ein Problem dieses Verfahrens besteht darin, dass eine Viel
zahl von Positionselementen unabhängig voneinander ihre Sig
nalcodes innerhalb der freien Signalabschnitte eines bestimm
ten Downlink-Kanals sendet. Bei ungünstigen Konstellationen
kann dies dazu führen, dass viele - im Extremfall alle - Po
sitionselemente zum gleichen Zeitpunkt bzw. fast gleichzeitig
ihren spezifischen Signalcode senden. Dies führt zu einem un
vollständigen Empfang bzw. einem Empfang in Bruchstücken der
Signalcodes der einzelnen Positionselemente am Endgerät. In
folgedessen kann es zu Falschdetektionen kommen, oder das Mo
bilfunkgerät ist nicht in der Lage, die benötigten drei Mes
sungen für eine Positionsbestimmung nach der OTDOA-Methode
durchzuführen. Damit ist dann eine Unterstützung der Positi
onsbestimmung mittels Positionselementen sehr erschwert oder
im Extremfall gar nicht mehr möglich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu dem
genannten Stand der Technik zu schaffen, bei der unter Nut
zung von Positionselementen im Mobilfunknetz eine möglichst
genaue Ortsbestimmung eines Mobilfunkgeräts durchführbar ist
und dabei bei gleichzeitiger, möglichst geringer Kapazitäts
belastung des Mobilfunknetzes eine Störung der Positionsele
mente untereinander oder des Datentransfers zwischen der Ba
sisstation und dem Endgerät vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1
sowie durch entsprechende Systeme zur Durchführung eines sol
chen Verfahrens gemäß den Patentansprüchen 18 und 21 gelöst.
Die Unteransprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der Systeme.
Nach einer ersten erfindungsgemäßen Methode werden dabei den
einzelnen Positionselementen koordiniert Zeiträume vorgege
ben, in denen das jeweilige Positionselement seinen spezifi
schen Signalcode an das mobile Endgerät senden darf. Dabei
wird beispielsweise explizit nach einer Positionsanforderung
festgelegt, welches Positionselement zu welchem Zeitpunkt in
einem nächsten freien oder in den nächsten aufeinanderfolgen
den freien Signalabschnitten in einem Downlink-Kanal der
Übertragung zwischen der Basisstation und dem Endgerät senden
darf. Das heißt, die einzelnen Positionselementen senden da
mit nach wie vor ihre Signalcodes innerhalb des Downlink-
Kanals, jedoch in einer genau vorgegebenen, zeitlich geordne
ten Sendezeitfolge.
Diese Vorgabe der Zeiträume erfolgt vorzugsweise von einer
Kontrolleinheit des Mobilfunknetzes aus, beispielsweise durch
das sogenannten RNC (Radio Network Controller). Dies ist eine
Netzwerkkomponente für die Bedienung und Kontrolle mehrerer
Basisstationen. Die Kontrolleinheit kann sich aber auch an
beliebiger anderer Stelle im Netz, beispielsweise in einem
MSC (Mobil Switching Center) oder in einer Basisstation, be
finden. Ebenso kann die Kontrolleinheit auch Teil des Endge
räts selber sein.
In den Fällen, in denen die Kontrolleinheit sich innerhalb
des Mobilfunknetzes befindet, wird vorzugsweise vor einem
Senden der Signalcodes durch die Positionselemente dem Endge
rät durch die Kontrolleinheit über die jeweilige Basisstation
übermittelt, in welchem Zeitraum welches Positionselement
welchen Signalcode sendet. Das zu lokalisierende Endgerät
kann dann mit der Zusatzinformation, in welchem Zeitraum wel
ches Positionselement welches Signal sendet, diese Signalco
defolgen detektieren. Durch die explizite Kenntnis über die
zu erwartenden Signalcodes der jeweiligen Positionselemente
zu gezielten Zeitpunkten können sämtliche Receiveroperatio
nen, wie das Durchführen von Kreuzkorrelationen, die Signal
suche im Signalraum oder die Abstimmung der Empfangsfilter
des Endgeräts, nur darauf abgestimmt werden, die betreffenden
Signalcodes zu detektieren. Durch die Vorgabe der genauen
Zeitpunkte wird eine Fehldetektion durch gleichzeitiges
Versenden von Signalcodes zweier Positionselemente sicher
vermieden. Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Vorteil
liegt darin, dass dadurch der zeitgleiche Signaloverhead in
der Signalisierung der Positionselemente zum lokalisierenden
Endgerät innerhalb der aktuellen Mobilfunkzelle im Gegensatz
zu den bisherigen Verfahren reduziert wird.
Als Positionselement im Sinne dieser Erfindung kann im Übri
gen auch die Basisstation selber betrachtet werden, welche
sich in einer Zusatzfunktion ebenso wie ein Positionselement
verhalten kann und beispielsweise einen ähnlichen Signalcode
wie die Positionselemente aussenden kann bzw. empfangen kann.
Da aber zwischen dem Endgerät und der Basisstation ohnehin
ein ständiger Datenaustausch durchgeführt wird, können auch
diese Daten zu Laufzeitmessungen herangezogen werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser
Methode wird nur ein Teil der zur Verfügung stehenden Positi
onselemente ausgewählt, die dann tatsächlich einen Zeitraum
zugewiesen bekommen, in welchem sie ihre spezifischen Signal
codes senden können. Hierbei bietet es sich an, nur den Posi
tionselementen einen Zeitraum zuzuweisen, von denen vermutet
wird oder bekannt ist, dass sie sich am nächsten am Endgerät
befinden. Informationen über die ungefähre Position des End
geräts können aus vorherigen Messungen oder aus einfachen
Vormessungen, z. B. einfachen TOA-Messungen zwischen Endgerät
und Basisstation etc., gewonnen werden. Alle anderen Positi
onselemente senden dann keine Signalcodes. Da durch die ge
ordnete Sendezeitfolge die Detektierung sicherer geworden ist
und ohnehin die Messung der Signale von maximal vier Positi
onseinheiten ausreicht, um eine sichere Positionsbestimmung
durchzuführen, kann auf diese Weise unnötiger Signalisie
rungsaufwand innerhalb der Mobilfunkzelle eingespart werden.
Ebenso erfolgt vorzugsweise eine Zuweisung von Zeiträumen
bzw. von Sendekanälen sowie die Übermittlung von Positionsan
fragen an die Positionselemente oder das Endgerät erst, nach
dem die für die Positionsbestimmung zuständige Kontrollein
heit des Mobilfunknetzes selber eine Positionsanfrage empfan
gen hat. Hierbei kann insbesondere auch innerhalb der Kon
trolleinheit überprüft werden, ob das jeweilige anfragende
Gerät bzw. die anfragende Stelle überhaupt berechtigt ist,
die Position des jeweiligen Endgeräts feststellen zu lassen.
Bei den Signalcodes der Positionselemente muss es sich um
Signalcodes handeln, welche das jeweilige Positionselement
eindeutig gegenüber dem Endgerät charakterisieren, d. h. die
einzelnen Positionselemente müssen Signalcodes senden, die
sich von denen anderer Positionselemente für das Endgerät
leicht unterscheiden lassen. Hierzu bietet es sich beispiels
weise an, als Signalcodes für die Positionselemente Synchro
nisationscodes zu verwenden, die an sich zur Synchronisation
einer Datenübermittlung zwischen der Basisstation und den von
ihr zu bedienenden Endgeräten und/oder anderen Basisstationen
vorgesehen sind, aber nicht benötigt werden. So sind derzeit
beispielsweise im UMTS-Standard 256 sogenannte S-SCH-Codes
definiert, welche als Synchronisationscodes genutzt werden
können. Von diesen 256 S-SCH-Codes werden lediglich 16 ge
nutzt. Für die Positionselemente stünden daher beim derzeiti
gen Standard 240 ungenutzte S-SCH-Codes zur Verfügung.
Die eigentliche Berechnung der Position aus den gemessenen
Laufzeiten bzw. Laufzeitdifferenzen kann beispielsweise ent
weder im Endgerät selbst oder in einer Kontrolleinheit des
Mobilfunknetzes mit einer entsprechenden Berechnungseinheit
durchgeführt werden. Im zweiten Fall muss das Endgerät nach
einem Empfang der Signalcodes der Positionselemente das Mess
ergebnis der Laufzeitmessung, d. h. die einzelnen Laufzeiten
oder die Laufzeitdifferenzen, an die Berechnungseinheit des
Mobilfunknetzes übermitteln.
Ein System zur Bestimmung der Position des mobilen Endgeräts
nach dieser ersten erfindungsgemäßen Methode benötigt neben
dem zu lokalisierenden Endgerät eine Mehrzahl von Positions
elementen, deren Positionen im Mobilfunknetz bekannt sind,
Mittel, um die Laufzeiten bzw. Laufzeitdifferenzen der jewei
ligen Signalcodes zu messen sowie Mittel, um unter Verwendung
der Laufzeiten bzw. Laufzeitdifferenzen die Position des mo
bilen Endgeräts zu ermitteln. Darüber hinaus benötigt das
System eine Kontrolleinheit, welche dem einzelnen Positions
element koordinierte Zeiträume vorgibt, in denen das jeweili
ge Positionselement einen dem Positionselement zugeordneten
Signalcode an das mobile Endgerät senden darf.
Vorzugsweise ist diese Kontrolleinheit mit einer den Positi
onselementen zugeordneten Basisstation verbunden, so dass die
Übermittlung der betreffenden Zeiträume an die einzelnen Po
sitionselemente mittels dieser Basisstation über die Luft
schnittstelle erfolgt und keine Verkabelung zu den einzelnen
Positionselementen notwendig ist.
Bei der zweiten erfindungsgemäßen Methode senden nicht die
Positionselemente einen für sie jeweils charakteristisches
Signalcode an das Endgerät, sondern das mobile Endgerät sen
det stattdessen einen dem Endgerät zugeordneten Signalcode an
die Positionselemente. Das heißt, die Übertragung des Signal
codes zur Laufzeitmessung erfolgt auf einem Uplink-Kanal, d.
h. auf einem Kanal, auf dem das jeweilige Endgerät an die be
dienende Basisstation sendet.
Diese im Uplink-Kanal gesendeten Signale können sowohl an den
Positionselementen als auch zusätzlich an der betreffenden
Basisstation gemessen werden. Dabei werden jeweils die Emp
fangszeitpunkte ermittelt. Aus den Differenzen der Empfangs
zeitpunkte oder aus den absoluten Laufzeiten kann dann nach
dem oben beschriebenen Verfahren die Positionsbestimmung er
folgen. Die Auswertung der Signale erfolgt, wie bei der ers
ten Methode, in einer entsprechenden Recheneinheit, der sog.
Position Calculation Function (PCF), unabhängig, wo diese an
geordnet ist, entweder innerhalb des Mobilfunknetzes, bei
spielsweise innerhalb der besagten Kontrolleinheit, oder in
dem Endgerät selbst.
Voraussetzung ist natürlich, dass die einzelnen Positionsele
mente die den einzelnen Mobilfunkgeräten innerhalb der Mobil
funkzelle zugewiesenen Signalcodes kennen. Ebenso müssen die
Positionselemente darüber informiert werden, wenn ein be
stimmter Benutzer mehrere Signalcodes hat. Diese Informati
onsübermittlung kann beispielsweise - ähnlich wie bei der
ersten erfindungsgemäßen Methode - mittels einer Downlink-
Signalisierung der Basisstation erfolgen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Verfahrens wird als Signalcode des Endgeräts ein
dem Endgerät zum jeweiligen Zeitpunkt ohnehin zugeordneter
Spreizungscode verwendet, mit dem dieses Endgerät an die Ba
sisstation der betreffenden Mobilfunkzelle sendet. Bei einem
solchen Spreizungscode handelt es sich um den Code, mit des
sen Hilfe eine zu übersendende Bit-Folge gespreizt wird, um
das Signal in sogenannte Chips zu zerlegen. Die Zerlegung der
einzelnen Bits in Chips hat den Vorteil, dass die einzelnen
Signaleinheiten weniger Energie transportieren und damit nur
schwer abzuhören sind. Bei einem Spreizungscode von 16 wird
beispielsweise ein Bit in 16 Chips zerlegt. Die Verwendung
der Spreizungscodefolgen der Endgeräte zur Charakterisierung
des jeweiligen Endgeräts auch gegenüber den Positionselemen
ten hat den Vorteil, dass als Signal zur Positionsbestimmung
Signale ausgewertet werden, die im normalen Signalisierungs
verkehr zwischen den Endgeräten und der aktuellen Basisstati
on sowieso vorkommen und somit ausschließlich Intrazellsigna
le zur Nutzung verwendet werden.
Diese zweite erfindungsgemäße Methode hat gegenüber den ande
ren Verfahren, bei denen die Signalcodes im Downlink von den
Positionselementen zum Endgerät gesendet werden, folgende
Vorteile:
Zum einen wird vermieden, dass die Positionselemente - bei spielsweise im Broadcast Channel - Informationen für eine be stimmte Konfiguration zur Positionsermittlung erhalten müs sen. Eine solche Konfigurationsinformation ist bei schlechten Mobilfunkkanalbedingungen zum Teil nicht möglich. Solche un günstigen Konstellationen sind beispielsweise gegeben, wenn ohnehin innerhalb der Downlink-Mobilfunkkanäle der betreffen den Mobilfunkzelle eine Kapazitätsauslastung bzw. -überlas tung besteht oder wenn die Mobilfunkzelle sehr dicht bebaut ist und dadurch eine starke Mehrwegeausbreitung der Signale vorliegt.
Zum einen wird vermieden, dass die Positionselemente - bei spielsweise im Broadcast Channel - Informationen für eine be stimmte Konfiguration zur Positionsermittlung erhalten müs sen. Eine solche Konfigurationsinformation ist bei schlechten Mobilfunkkanalbedingungen zum Teil nicht möglich. Solche un günstigen Konstellationen sind beispielsweise gegeben, wenn ohnehin innerhalb der Downlink-Mobilfunkkanäle der betreffen den Mobilfunkzelle eine Kapazitätsauslastung bzw. -überlas tung besteht oder wenn die Mobilfunkzelle sehr dicht bebaut ist und dadurch eine starke Mehrwegeausbreitung der Signale vorliegt.
Eine Unterstützung der Downlink-Positionsbestimmung mittels
der Positionselemente von einem oder mehreren Endgeräten in
nerhalb der betreffenden Mobilfunkzelle wäre dann sehr er
schwert oder gar nicht möglich, so dass beispielsweise bei
einer Verschlechterung der Mobilfunkkanalbedingungen während
des Betriebs eine Änderung der Wahl der Positionsermittlungs
technologie sogar notwendig wäre. Es müssten dann wiederum
IPDLs oder GPS eingesetzt werden. Dies würde zu einem erhöh
ten Signalisierungsaufwand führen und zusätzliche Absprachen,
beispielsweise eine erneute Positionsermittlungsanfrage etc.
zwischen dem zu lokalisierenden Endgerät und der bedienenden
Basisstation, erfordern.
Weiterhin kann eine hohe Kapazitätsauslastung der Downlink-
Mobilfunkkanäle dazu führen, dass die einzelnen Positionsele
mente im Downlink-Kanal keinen Platz mehr haben, ihre Signal
codes zu senden. Auch dieses Problem wird durch eine Uplink-
Signalisierung gemäß dieser zweiten Methode der Erfindung
vermieden.
Ein anderer nicht zu unterschätzender Vorteil des zweiten
Signalisierungsverfahrens im Uplink-Kanal besteht in der er
heblichen Reduzierung des Signalisierungs-Overheads der Ba
sisstation zu den Endgeräten bzw. auch zu den Positionsele
menten in der aktuellen Zelle. Da das Verfahren entsprechend
dieser zweiten Methode den aktiven Positionsbestimmungsmetho
den zuzuordnen ist, bei denen die Endgeräte selbständig aktiv
werden können, gehen die Aktionen größtenteils vom Endgerät
aus, was Absprachen zwischen dem Endgerät und der Basisstati
on über eventuelle freie Signalabschnitte im Uplink-Kanal und
einzuführende Pausen für Messungen begrenzt bzw. unnötig
macht.
Ein weiterer besonderer Vorteil dieses zweiten Verfahrens be
steht außerdem in der Möglichkeit der einfachen optionalen
Nutzung von Positionselementen der Nachbarzellen. Dies setzt
lediglich voraus, dass die Positionselemente der Nachbarzel
len so instruiert werden, dass sie ebenfalls die spezifischen
Signalcodes der Endgeräte der Nachbarzellen kennen, bei
spielsweise so konfiguriert sind, dass sie die Spreizungsco
des der Endgeräte aus den Nachbarzellen erkennen können. Die
Verwendung der Positionselemente der Nachbarzellen ist aller
dings etwas komplizierter als die reine Nutzung von Positi
onselementen in der eigenen aktuellen Mobilfunkzelle, da ein
solcher Informationsaustausch zwischen den beteiligten Zellen
interzellspezifischer Art ist und den Signalisierungs-
Overhead erhöhen kann.
Ein System zur Durchführung dieses zweiten erfindungsgemäßen
Verfahrens muss wiederum neben dem zu lokalisierenden Endge
rät eine Mehrzahl von Positionselementen aufweisen, Mittel,
um Laufzeit oder Laufzeitdifferenzen von Signalen zwischen
diesen Geräten zu messen sowie Mittel, um unter Verwendung
der Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen die Position des
mobilen Endgeräts zu ermitteln. Dabei muss das Endgerät
selbst Mittel zum Versenden eines dem Endgerät zugeordneten
Signalcodes an die Positionselemente aufweisen, und die Posi
tionselemente müssen jeweils eine Empfangseinrichtung zum
Empfang des Signalcodes eines Endgeräts sowie Mittel zum Ge
winnen von Informationen zur Bestimmung der Laufzeit des Sig
nalcodes vom Endgerät zum betreffenden Positionselement auf
weisen.
Vorzugsweise weisen die Positionselemente außerdem jeweils
eine Sendeeinrichtung auf, um die gewonnenen Laufzeitinforma
tionen über die Basisstation an eine Kontrolleinheit zu über
mitteln. Alternativ können die Positionselemente auch die
Laufzeitinformationen an das Endgerät übermitteln.
Dem jeweiligen Endgerät kann ein spezieller Kanal zur Aussen
dung seines Signalcodes zugeordnet werden. Alternativ hierzu
kann die Sendung auch auf einem allgemeinen Kanal erfolgen,
beispielsweise auf dem sog. PRACH-Kanal, auf dem die einzel
nen Endgeräte unaufgefordert Meldungen an das Mobilfunknetz,
d. h. zur bedienenden Basisstation, senden dürfen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schalten die Positions
elemente erst nach Empfang einer Positionsanfrage in einen
Bereitschaftszustand, um einen Signalcode eines Endgeräts zum
Ermitteln der Laufzeit zu empfangen. Dies hat den Vorteil,
dass die Positionselemente erst nach einer entsprechenden
Nachricht nach bestimmten Signalcodes von bestimmten Endgerä
ten suchen müssen und nicht ständig durch unnötige Mithörak
tivitäten auf allen möglichen Kanälen blockiert sind.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel muss dabei zunächst
die Kontrolleinheit des Mobilfunknetzes eine entsprechende
Positionsabfrage erhalten und beispielsweise deren Authenti
zität und Zulässigkeit prüfen. Nach Erhalt dieser Positions
abfrage an die Kontrolleinheit des Mobilfunknetzes versendet
diese über die Basisstation an das zu lokalisierende Endgerät
einen entsprechenden Befehl, um einen Signalcode zur Positi
onsermittlung auszusenden. Die Positionselemente haben hier
eine sogenannte Mithörfunktion im Downlink-Signalisierungs
verkehr der Mobilfunkzelle, sofern für die Übermittlung des
Befehls an das Endgerät zur Aussendung des Signalcodes ein
allgemeiner Kanal verwendet wird. Das heißt, die Positions
elemente hören diesen Befehl ab und schalten dann beispiels
weise in den Bereitschaftszustand, um den entsprechenden Sig
nalcode vom Endgerät zu empfangen. Eine andere Variante der
Bekanntmachung der Positionsanfrage an die Positionselemente
ist eine explizite Downlink-Signalisierung über einen sog.
"Dedicated Channel" nur für die betreffenden Positionselemen
te, welche zur Positionsbestimmung benötigt werden. Bei
spielsweise können das wiederum die Positionselemente sein,
welche sich in einer bestimmten Umgebung um das jeweilige
Endgerät befinden. Voraussetzung hierfür ist, dass eine grobe
Bestimmung der Position des Endgeräts innerhalb der Zelle be
reits mit einem einfachen vorgeschalteten Verfahren erfolgt
ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel werden
den Positionselementen mit der Positionsanfrage auch die dem
jeweiligen Endgerät zugeordneten Signalcodes bzw. der Sprei
zungscode und/oder der zugeordnete Sendekanal übermittelt.
Diese Übermittlung kann auf beliebige Weise im Zusammenhang
mit der Positionsanfrage erfolgen, d. h. zum einen kann die
Positionsanfrage beispielsweise diese Information direkt ent
halten oder die Übersendung der Informationen erfolgt bei
spielsweise kurz nach der Positionsanfrage.
Insbesondere bei einem solchen Uplink-Signalisierungs
verfahren ist es sinnvoll, wenn auch die Basisstation selber
Empfangszeitmessungen durchführt und diese der Berechnungs
einrichtung zur Berechnung der Position aus den Laufzeiten,
der PCF, zur Verfügung stellt. Da die Basisstation sowieso
die Hauptempfängerin der Uplink-Signale des Endgeräts ist,
stellt dies kein zusätzliches Problem dar und bietet eine
größere Sicherheit und Genauigkeit bei der Positionsermitt
lung.
Bei beiden erfindungsgemäßen Methoden kann der Signalcode au
ßerdem auch Informationen über den genauen Sendezeitpunkt -
eine Art Zeitstempel - umfassen, so dass auf diese Weise eine
absolute Laufzeitmessung nach der TOA-Methode möglich ist.
Bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise zum
Senden der Signalcodes und/oder zur Übermittlung der Positi
onsanfragen oder zur Übermittlung von bestimmten vorgegebenen
Sendezeiträumen oder zum Senden der Signalcodes immer ein
Steuerinformationskanal des Mobilfunknetzes genutzt, d. h. es
werden nicht die Kanäle genutzt, auf denen die Nutzdaten,
beispielsweise Gesprächsdaten oder andere Daten, übertragen
werden.
Beide erfindungsgemäßen Verfahren haben den Vorteil, dass
IPDLs der aktuellen bedienenden Basisstation innerhalb der
aktuellen Zelle nicht benötigt werden. Da keine Abschaltung
bzw. Ruhepausen irgendwelcher Kanäle in der Zelle notwendig
sind, wird die Übertragungskapazität durch die erfindungsge
mäßen Verfahren auch nicht vermindert. Des Weiteren sind kei
ne zusätzlichen Module in den Endgeräten oder in den statio
nären Einheiten des Mobilfunknetzes notwendig, wie dies z. B.
bei den verschiedenen GPS-Verfahren der Fall ist.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige
fügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher er
läutert. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die
einzelnen Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinatio
nen, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen er
findungswesentlich sein können. Insbesondere können alle nur
verfahrensmäßig beschriebenen Merkmale auch bezüglich eines
Systems zur Durchführung des Verfahrens erfindungswesentlich
sein und umgekehrt. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Positionsbestim
mung mittels der TOA-Methode unter Zuhilfenahme von Positi
onselementen in einer Mobilfunkzelle,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Positionsbestim
mung mit einer OTDOA-Methode,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Positionierung meh
rerer Positionselemente und Basisstationen in benachbarten
Mobilfunkzellen,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines typischen Aufbaus
eines Mobilfunknetzes,
Fig. 5 ein Beispiel einer Downlink-Datenstruktur (hier einer
TDD-Slotstruktur) des Datenverkehrs von einer Basisstation zu
einem Endgerät,
Fig. 6 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Einfügen von
Signalcodes von Positionselementen in die Downlink-
Datenstruktur gemäß Fig. 5,
Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Einfügen von
Signalcodes der Positionselemente in die Downlink-
Datenstruktur gemäß Fig. 5,
Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Einfügen von
Signalcodes von Positionselementen in die Downlink-
Datenstruktur gemäß Fig. 5,
Fig. 9 ein Beispiel einer Uplink-Datenstruktur (hier eine
TDD-Slotstruktur) des Datenverkehrs von einem Endgerät zur
Basisstation,
Fig. 10 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Einfügen ei
nes Signalcodes eines Endgeräts in die Datenstruktur gemäß
Fig. 9,
Fig. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Einfügen ei
nes Signalcodes eines Endgeräts in die Datenstruktur gemäß
Fig. 9.
In den Figuren und in der nachfolgenden Beschreibung wird bei
der Darstellung des Aufbaus des Mobilfunknetzes und bei den
Datenstrukturen der einzelnen Kanäle von einem UMTS-Standard
ausgegangen. Hierbei handelt es sich aber lediglich um ein
spezielles Ausführungsbeispiel. Die Erfindung ist nicht auf
einen UMTS-Standard beschränkt, sondern kann prinzipiell bei
jedem anderen beliebigen Mobilfunkstandard, beispielsweise
GSM, ebenfalls zum Einsatz kommen, sofern in diesem System
Positionselemente in den Mobilfunkzellen stationiert werden.
In allen Ausführungsbeispielen wird außerdem davon ausgegan
gen, dass sämtliche Positionselemente und die Basisstation
feststehen. Im Prinzip ist dies aber nicht unbedingt notwen
dig. Es reicht aus, wenn zum jeweiligen Zeitpunkt der Fest
stellung der Position des Endgeräts die Position der anderen
Geräte bekannt ist. Üblicherweise handelt es sich aber um
feststehende Geräte. Für die Laufzeitmessung und die nachfol
gende Berechnung der Position ist es im Übrigen unerheblich,
ob das Signal vom Endgerät an die jeweiligen feststehenden
Geräte oder umgekehrt gesendet wird. Entscheidend ist ledig
lich die Zeit, die das Signal von dem sendenden Gerät zum
empfangenden Gerät braucht. Diese Zeitdauer ist aber im Ide
alfall nur abhängig von der Distanz der Geräte zueinander.
Fig. 1 zeigt einen typischen Aufbau einer Mobilfunkzelle C
mit einer Basisstation BS und mehreren Positionselementen PE.
Insgesamt befinden sich in dem dargestellten Ausführungsbei
spiel in der Mobilfunkzelle C vier verschiedene Positionsele
mente PE1, PE2, PE3, PE4 um die Basisstation BS herum angeord
net. Weiterhin ist in der Figur ein Endgerät UE dargestellt,
dessen Position festgestellt wird. Zur Positionsfeststellung
wird hier die TOA-Methode verwendet, bei der die absolute
Laufzeit eines Signals zwischen einer fest stationierten Sta
tion, d. h. der Basisstation BS, oder einem Positionselement
zum Endgerät UE festgestellt wird.
Wie aus dieser Figur einfach zu ersehen ist, ergibt die Lauf
zeitmessung eines Signals zwischen der Basisstation BS und
dem Endgerät UE einen Kreis TB um die Basisstation BS, auf
dem sich das zu lokalisierende Endgerät UE befinden kann. Die
Laufzeitmessungen von Signalen zwischen einem ersten Positi
onselement PE1 und dem Endgerät UE sowie zwischen einem zwei
ten Positionselement PE3 und dem Endgerät UE ergeben zwei
weitere Kreise T1, T3 um die beiden Positionselemente PE1 und
PE3. Der gemeinsame Schnittpunkt aller drei Kreise T1, T3, TB
ist dann im idealen Fall die gesuchte Position P des Endge
räts UE. Eine derartige Laufzeitmessung ist sowohl bei einem
FDD-Verfahren (Frequency Division Duplex-Verfahren) als auch
in einem TDD-Verfahren (Time Division Duplex-Verfahren) mög
lich. Im FDD-Verfahren ist ein solcher Kreis TB auch als RTT-
Kreis (Round Trip Time) bekannt, im TDD-Verfahren als RxTD-
Kreis (Receive Timing Deviation).
Ein Problem bei dieser einfachen TOA-Methode besteht darin,
dass die gemessenen Laufzeiten durch interne Verarbeitungs
zeiten in den Geräten verfälscht werden können. Eine größere
Genauigkeit lässt sich mit der sogenannten OTDOA-Methode er
reichen, deren Grundprinzip in Fig. 2 dargestellt ist.
Bei dieser Methode werden die Differenzen der Laufzeiten von
Signalen zwischen dem zu lokalisierenden Endgerät UE und zwei
verschiedenen fest positionierten Geräten, beispielsweise der
Basisstation BS und einem Positionselement PE1, PE2 oder zwei
Positionselementen PE1, PE2 gemessen bzw. aus den absoluten
Laufzeiten berechnet. Durch die Differenzmessung bzw. -
berechnung werden absolute Fehler in den Laufzeiten bereits
zumindest teilweise herausdividiert, so dass eine Positions
bestimmung mit den Laufzeitdifferenzen genauer ist als mit
den absoluten Laufzeiten.
Genau wie aufgrund einer absoluten Laufzeitmessung feststeht,
dass sich das zu lokalisierende Endgerät auf einem Kreis mit
einem Radius entsprechend der Laufzeit um das stationäre Ge
rät befinden muss, lässt sich mit Hilfe einer Differenzmes
sung zwischen den Laufzeiten zu zwei stationären Geräten
festlegen, dass sich das zu lokalisierende Endgerät auf einer
Hyperbel zwischen den beiden stationären Geräten befinden
muss, da die Hyperbel definiert ist als der geometrische Ort
aller Punkte, für die die Differenz der Abstände von zwei ge
gebenen festen Punkten konstant ist. In Fig. 2 ist zum einen
eine erste Hyperbel ΔT1,2 eingezeichnet, welche sich aus ei
ner Laufzeitdifferenzmessung zwischen den Laufzeiten eines
Endgeräts UE an der Position P zu dem Positionselement PE1
und zu dem Positionselement PE2 ergibt. Außerdem ist eine
zweite Hyperbel ΔT2,BS eingezeichnet, welche sich aus einer
Laufzeitdifferenzmessung zwischen den Laufzeiten des Endge
räts UE zur Basisstation BS und zum Positionselement PE2 er
gibt. Die Breite der beiden Hyperbeln ΔT2,BS, ΔT1,2 stellt
hierbei den Fehler in der Laufzeitdifferenzmessung dar. Die
Genauigkeit ist hierbei von der Umgebung, z. B. von der Bebau
ungsdichte und der Art der Bebauung etc. abhängig.
In Fig. 2 ist nur ein kleiner Ausschnitt des gesamten Bildes
dargestellt. Es ist aber klar, dass sich die beiden Hyperbeln
ΔT2,BS, ΔT1,2 nicht nur an dem darstellten Schnittpunkt,
sondern noch an einem weiteren Punkt schneiden. Durch die
beiden Laufzeitdifferenzmessungen wird daher nur festgelegt,
dass sich das gesuchte Endgerät UE an einem der beiden
Schnittpunkte bzw. in einem der beiden Schnittpunktfelder be
finden muss. Mit Hilfe einer einfachen TOA-Messung zwischen
dem Endgerät UE und einem der festen Geräte, beispielsweise
hier der Basisstation BS, lässt sich dann feststellen, in
welchem der Hyperbel-Schnittpunkte sich das Endgerät UE be
findet.
Fig. 3 zeigt einen erweiterten Ausschnitt aus einem Mobil
funknetz mit mehreren benachbarten Zellen C1, C2, C3, C4. Jede
dieser Zellen hat jeweils eine eigene Basisstation BS1, BS2,
BS3, BS4. Außerdem befinden sich auch in jeder dieser Zellen
mehrere Positionselemente PE11, PE12 . . . PE41, PE42 usw. In der
Regel werden bei der vorliegenden Erfindung - soweit möglich
- nur die Positionselemente und die Basisstation der eigenen
Zelle, in der sich das Endgerät UE gerade befindet, herange
zogen, um die Position des Endgeräts UE zu bestimmen. Dadurch
werden der Aufwand eines zellübergreifenden zusätzlichen Da
tenverkehrs und Absprachen vermieden. Sofern aber keine be
sonders hohe Netzauslastung besteht und sich die Gelegenheit
bietet, mit Hilfe von Positionselementen oder Basisstationen
benachbarter Zellen eine bessere Genauigkeit oder eine
schnelleren Positionsbestimmung zu erreichen, kann dennoch
auf die Positionselemente und Basisstationen der Nachbarzel
len zurückgegriffen werden. Dies gilt auch in solchen Fällen,
in denen eine Positionsbestimmung mit den in der eigenen Zel
le zur Verfügung stehenden Mitteln nicht möglich ist.
Die Verteilung der Positionselemente PE in den Zellen wird
derart angenommen, dass zumindest zwischen zwei Positionsele
menten und einem beliebig in der jeweiligen Zelle angeordne
ten Endgerät UE eine gute Verbindung besteht, so dass mögli
cherweise von einem Positionselement PE ausgesendete Signale
gut vom Endgerät UE zu detektieren sind oder umgekehrt von
einem Endgerät UE ausgesendete Signale gut an den Positions
elementen PE zu detektieren sind. Befindet sich das Endgerät
UE gemäß der Abb. 3 in der ersten Mobilfunkzelle C1 nah
an der rechten Zellgrenze, so besteht die Möglichkeit, dass
Laufzeitmessungen zwischen den Positionselementen PE11 und
PE14 zum Endgerät UE sowie zwischen der Basisstation BS und
dem Endgerät UE leicht durchführbar sind, da hier eine gute
Signalverbindung besteht. Hingegen könnten Probleme hinsicht
lich der Detektion von Signalen der sich an der linken Zell
grenze befindenden Positionselemente PE12 und PE13 auftreten.
Gründe hierfür sind die größere Entfernung sowie eine dadurch
schwächere Signalleistung sowie evtl. quantitativ mehr Ab
schattungen in der Entfernung zwischen den jeweiligen Positi
onselementen PE12, PE13 und dem Endgerät UE.
Fig. 4 zeigt einen typischen Aufbau der Verschaltung von
verschiedenen Zellen zu einem Mobilfunknetz nach dem UMTS-
Standard. Dabei sind mehrere Basisstationen (in der Darstel
lung der Einfachheit halber zwei Basisstationen BS1, BS2) mit
einem sogenannten RNC (Radio Network Controller) verbunden.
Der RNC ist allgemein eine Netzwerkkomponente für die Bedie
nung und Kontrolle von einer oder mehreren Basisstationen.
Die Basisstationen werden im UMTS-Standard auch als NodeB be
zeichnet. Die Basisstation BS1, die gerade das Endgerät UE
bedient, wird auch als Serving-NodeB (S-NodeB) bezeichnet.
Der aktuell das Endgerät UE bedienende RNC wird dementspre
chend auch als S-RNC bezeichnet. Der RNC bildet gemeinsam mit
den NodeB im UMTS-System ein sogenanntes RNS (Radio Network
System). Mehrere solcher RNS sind dann zu einem UTRAN (Uni
versal Terrestrial Radio Access Network) verschaltet und wer
den von einem sog. 3G-MSC (3rd Generation Mobileservices
Switching Center) bedient. Dieses 3G-MSC (oder kurz MSC ge
nannt) stellt das Interface zwischen dem Funksystem und den
Festnetzen dar. Das MSC führt dazu alle notwendigen Funktio
nen für Circuit Switched Service von und zu den Mobilstatio
nen aus. Weiterhin ist an diesem MSC ein sog. GMLC (Gateway
Mobile Location Center) angeschlossen. Dies ist die Verbin
dungseinheit für eine externe Location Application oder einen
externen Location Services Client (LCS-Client). Ebenso ist an
dieses GMLC das sog. HLR (Home Location Register) angeschlos
sen, in welchem die notwendigen Daten der Nutzer des Mobil
funknetzes wie PIN-Codes, Gesprächsdaten für Protokollzwecke
etc. gespeichert sind. Über das MSC kann außerdem eine Ver
bindung zu anderen öffentlichen, landgestützten Mobilnetzwer
ken, auch PLMN (Public Land Mobile Network) genannt, herge
stellt werden.
In einem Ausführungsbeispiel zu der ersten erfindungsgemäßen
Methode wird von einem solchen Aufbau des Mobilfunknetzes
ausgegangen. Weiterhin wird angenommen, dass sich ein zu lo
kalisierendes Mobilfunkgerät UE in einer der Zellen befindet
und von einer bestimmten Basisstation BS versorgt bzw. be
dient wird. Die Position dieses Endgeräts UE soll bestimmt
werden. Hierzu erhält eine Kontrolleinheit KE - im vorliegen
den Fall die aktuell dieses Endgerät bedienende S-RNC (siehe
Fig. 4) - eine Positionsanfrage. Dabei ist es für die Erfin
dung nicht relevant, warum oder woher eine solche Positions
anfrage kommt. Sie kann beispielsweise vom Mobilfunkgerät
selbst ausgehen oder vom Mobilfunknetz bzw. von irgendeinem
anfragenden LCS-Client (Fig. 4) innerhalb des Netzwerkes.
Relevant ist lediglich die Tatsache, dass eine solche Positi
onsanfrage existiert, so dass das jeweilige Endgerät UE eine
sog. RRC-Verbindung zum S-RNC aufbauen muss, um die Positi
onsanforderung zu bestätigen und um die weiteren Vorgänge zur
Positionsbestimmung zu ermöglichen. RRC (Radio Resource
Control) ist hierbei das Protokoll zur Übertragung von allge
meinen Nachrichten zwischen dem Endgerät UE und dem S-RNC.
Die Anforderung über eine Positionsbestimmung, beispielsweise
durch das Endgerät UE, kann durch ein spezielles Informati
onselement im Datenverkehr, das sog. "Location Update" in der
RRC-Nachricht beim Verbindungsaufbau zwischen dem Endgerät UE
und dem S-RNC, übermittelt werden.
Das S-RNC wählt dann in Abhängigkeit von der in der Anforde
rung definierten Genauigkeit der Positionsbestimmung die Me
thode zur Positionsbestimmung aus. Diese Auswahl ist generell
abhängig von Parametern wie Genauigkeit der Methode, Schnel
ligkeit der Methode oder der Fähigkeit des Endgeräts UE, die
se Methode zu unterstützen. Anschließend werden von dem S-RNC
die Positionselemente bestimmt, die in der Nähe des zu loka
lisierenden Endgeräts UE liegen. Dies ist z. B. durch Auswer
tung des sog. Measurement-Protokolls möglich. Es handelt sich
hierbei um eine grobe Abschätzung durch TOA-Laufzeitmessun
gen, die Kreise ergeben, wo sich die verschiedenen Endgeräte
in einer Zelle befinden, wobei der Mobilfunkkanal, der z. B.
für die Leistungsregelung notwendig ist, nicht einbezogen
wird.
Nachdem entsprechende Positionselemente hinsichtlich ihrer
geographischen Lage ausgewählt wurden, werden die Sendeti
mings festgelegt, d. h. es werden die Zeiträume bestimmt,
wann die einzelnen Positionselemente in welchem Abschnitt der
Downlink-Datenstruktur ihren Signalcode senden dürfen.
Diese Festlegung wird danach über einen Downlink-Kanal, in
der Regel den BCH (Broadcast Channel), welcher für allgemei
nen Informationen genutzt wird, an das Endgerät UE und die
Positionselemente PE bekannt gegeben. Alternativ kann hierzu
aber auch ein gerichteter (Dedicated) Kanal nur zu dem jewei
ligen zu lokalisierenden Endgerät UE und zu den betreffenden
Positionselementen PE, die genutzt werden sollen, verwendet
werden. Somit haben alle Positionselemente genaue Kenntnis
über den jeweiligen Sendezeitpunkt bzw. den Sendezeitraum, in
dem sie ihren spezifischen Signalcode an das zu lokalisieren
de Endgerät senden können. Ebenso ist das zu lokalisierende
Endgerät UE über die Sendezeiträume der einzelnen PEs infor
miert. Außerdem wird das zu lokalisierende Endgerät auch über
die jeweiligen spezifischen Signalcodes der einzelnen Positi
onselemente, die diese aussenden, informiert.
Als Signalcodes können beispielsweise die im UMTS-Standard
bisher ungenutzten S-SCH-Codes zur Synchronisation zwischen
der Basisstation und den Endgeräten und/oder anderen Basis
stationen genutzt werden. Hierbei stehen insgesamt 240 unge
nutzte Codes zur Verfügung. Diese Codes können innerhalb ei
ner Mobilfunkzelle fest den einzelnen Positionselementen zu
geordnet werden und können beispielsweise den einzelnen End
geräten bereits im Voraus, d. h. schon vor einer Positions
anfrage beim ersten Kontakt des Endgeräts mit der jeweiligen
Basisstation, beim Einloggen, bekannt gegeben werden. Auch
hierzu kann wiederum der Broadcast Channel verwendet werden.
Die verschiedenen Positionselemente werden dann ihre zugeord
neten Signalcodes genau nach den Vorgaben in die Downlink-
Datenstruktur von der Basisstation BS zum Endgerät UE einfü
gen. Das Endgerät UE versucht dann, mit Wissen der jeweiligen
Signalcodes sowie des dazugehörigen Positionselements PE und
der Empfangszeiträume die genauen Empfangszeiten der Signal
codes zu bestimmen. Dies ist beispielsweise mit Hilfe eines
Rake-Empfängers möglich. Hierbei handelt es sich um einen
Korrelationsempfänger, mit dem Zeitverschiebungen durch Kor
relationen ermittelt werden können. Diese Informationen sen
det dann das Endgerät UE über die Basisstation an eine Kon
trolleinheit im Mobilfunknetz, beispielsweise hier das S-RNC,
zurück. Im S-RNC oder in einer anderen angeschlossenen Ein
richtung des Mobilfunknetzes befindet sich eine Berechnungs
einheit, die sog. PCF (Position Calculation Function). Diese
bestimmt, wie eingangs beschrieben, aus den Werten die Zeit
differenzen zwischen den Empfangszeitpunkten der Signalcodes
der Positionselemente PE, bildet diese Differenzen auf Hyper
beln ab und sucht dann nach den gemeinsamen Schnittpunkten
der Hyperbeln, um so die Position - in einem von der Umgebung
abhängigen Genauigkeitswertebereich - festzustellen.
Eine typische Downlink-Datenstruktur DLD sowie Möglichkeiten
der Einpassung der Signalcodes der Positionselemente in diese
Downlink-Datenstruktur DLD wird in den Fig. 5 bis 8 be
schrieben.
Hierbei zeigt Fig. 5 zunächst eine typische Downlink-
Datenstruktur im TDD-Verfahren eines UMTS-Standards, eine so
genannte Slot-Struktur. Dargestellt ist im unteren Teil von
Fig. 5 ein Rahmen mit einer Länge von 10 ms, welcher insge
samt in 15 Slots unterteilt ist.
Im oberen Teil ist die genaue Struktur eines einzelnen Slots
dargestellt. Ein solcher Slot besteht aus 2560 Chips. Der
Slot ist in sog. DPDCH-Abschnitte (Dedicated Physical Data
Channel), in welchen Nutzdaten transportiert werden, und
DPCCH-Abschnitte (Dedicated Physical Control Channel), in
welchen Steuerdaten transportiert werden, unterteilt.
Der Slot beginnt mit einem ersten DPDCH-Abschnitt, in dem die
Bits eines ersten Datenstrings als Nutzdaten eingefügt werden
können. Daran schließt sich ein DPCCH-Abschnitt an, welcher
zunächst die sog. TPC-Daten (Transmit Power Control) enthält,
welche eine Leistungsangabe wiedergeben. Der zweite Teil die
ses DPCCH-Abschnitts enthält den TFCI (Transport Format Com
bination Indicator), der aussagt, wie die Informationen für
den Transport zerlegt werden und wie die Daten dementspre
chend wieder zusammengesetzt werden müssen. An diesen DPCCH-
Abschnitt schließt sich dann die sog. Midamble an. Diese Mi
damble ist eine bekannte Referenzbitfolge von 512 oder 256
Chip Länge. Er dient dazu, um die Qualität des Kanals zu
schätzen und Verzerrungen und Zeitverzögerungen im Empfänger
wieder herauszurechnen. An die Midamble schließt sich wieder
um ein DPDCH-Abschnitt an, welcher einen zweiten Datenstring
Data 2 enthalten kann. Den Abschluss eines Slots bildet der
sogenannte "Pilot". Dieser Pilot ist auch unter dem Begriff
"Guard Period" bekannt. Er dient dazu, um Überlappungen zwi
schen zwei aufeinander folgenden Slots und damit einhergehen
de Signalverfälschungen zu vermeiden.
In der Regel sind die Slotstrukturen in den verschiedensten
Mobilfunkstandards im TDD-Verfahren in dieser oder ähnlicher
Form aufgebaut.
Fig. 6 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, wie ein einzel
ner Signalcode eines Positionselements PE in einen Slot ein
gebaut werden kann. Der Slot ist ähnlich aufgebaut wie der
Slot in Fig. 5, jedoch gibt es Unterschiede im Detail. Hier
bei beginnt der Slot mit 256 Chips, die für das Codesignal
PES einer PE, hier beispielsweise dem zweiten Positionsele
ment PE2, zur Verfügung stehen. Die Länge dieser Signalcode
folge PES ist also genau der Zeitraum TPE2, in dem das Posi
tionselement PE2 seinen Signalcode senden darf. An diese Sig
nalcodefolge PES schließt sich dann die Midamble mit einer
Länge von 512 Chips an. Dahinter befindet sich ein freier Da
tenteil, um andere Nutzdaten von der Basisstation zum Endge
rät zu übertragen. Der Slot schließt dann wie üblich mit ei
nem Pilot ab. Ebenso sind die anderen Slots innerhalb des
Rahmens aufgebaut, wobei bei einigen der Slots am Beginn je
weils ein Positionselement eine Signalfolge senden darf. In
den übrigen Slots wird dieser Abschnitt beispielsweise von
Nutzsignalen der Basisstation an das Endgerät besetzt. In dem
in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sendet ein ers
tes Positionselement PE1 in einem Zeitabschnitt TPE1 inner
halb des Slots #1. Dem zweiten Positionselement PE2 ist der
Zeitabschnitt TPE2 in dem vergrößert dargestellten Slot #i
(i = 2 bis 13) zugewiesen. Dem dritten Positionselement PE3
ist schließlich der Zeitabschnitt TPE3 im Slot #14 zugewie
sen.
Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem mehre
re Positionselemente PE1, PE2, PE3 ihre Signalcodes PES1,
PES2, PES3 innerhalb eines einzelnen Slots unterbringen dür
fen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich je
weils drei Abschnitte, in denen die Positionselemente PE1,
PE2 und PE3 ihre Signalcodes PES1, PES2, PES3 senden dürfen, am
Anfang des Slots. Die Länge TPE1, TPE2, TPE3 dieser Signalco
des PES1, PES2, PES3 darf jeweils wieder maximal 256 Chips
betragen. Die drei Abschnitte sind gegeneinander durch Guard-
Chips, im vorliegenden Fall jeweils 69 Guard-Chips, getrennt,
um die Überlappungsgefahr zu mindern. An den letzten Ab
schnitt, in welchem das dritte Positionselement PE3 seinen
Signalcode PES3 senden darf, schließt sich dann die Midamble
mit 512 Chips an. Danach kommt wiederum ein freier Datenteil
von 976 Chip Länge und abschließend der Pilot.
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8 dargestellt.
Hierbei sind die Signalcodes der Positionselemente jeweils
auf dem ersten Datenteil vor der Midamble und dem zweiten Da
tenteil nach der Midamble verteilt. Die Slotstruktur beginnt
hier mit 256 Chips, die zur Übersendung des Signalcodes PES1
des ersten Positionselements PE1 zur Verfügung stehen. Daran
schließen sich 395 freie Chips an, denen der zweite Abschnitt
TPE2 von 256 Chips nachfolgt, in dem das zweite Positionsele
ment PE2 seinen Signalcode PES2 senden darf. Anschließend an
diesen Abschnitt TPE2 für den Signalcode PES2 des zweiten Po
sitionselements PE2 befindet sich dann die Midamble mit 512
Chip Länge. Getrennt durch 69 Guard-Chips folgt dann schließ
lich ein Abschnitt TPE3 von 256 Chips, der für das dritte Po
sitionselement PE3 zur Verfügung steht, damit dieses seinen
Signalcode PES3 senden kann. Schließlich bleiben weitere 592
freie Chips, die dann durch den üblichen Pilot beendet wer
den.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen lediglich drei Möglichkeiten, die
Sendezeiträume TPE1, TPE2, TPE3 für die Signalcodes PES1,
PES2, PES3 der Positionselemente PE1, PE2, PE3 exakt in die
Slotstruktur einzufügen. Es sind darüber hinaus noch zahlrei
che weitere Möglichkeiten denkbar. Ebenso können auch Signal
codes von mehr als drei Positionselementen oder von der Ba
sisstation selbst eingefügt werden.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der zweiten erfin
dungsgemäßen Methode wird von einem Aufbau des Mobilfunknet
zes ausgegangen, wie er im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis
4 beschrieben wurde. Auch hier wird wiederum angenommen, dass
sich ein zu lokalisierendes Mobilfunkgerät UE innerhalb einer
Mobilfunkzelle befindet und mittels einer Basisstation BS vom
zuständigen S-RNC versorgt bzw. bedient wird. Ebenso beginnt
hier die Positionsbestimmung wieder mit einer Anfrage zur Po
sitionsbestimmung an eine Kontrolleinheit KE - beispielsweise
wie in Fig. 4 die S-RNC - wobei es auch hier irrelevant ist,
von wem die Anfrage zur Positionsbestimmung letztendlich
kommt.
Nachdem eine Positionsanforderung an der Kontrolleinheit KE,
vorliegt, wird diese Positionsanfrage beispielsweise durch
ein Informationselement wie das Location Request in der RRC-
Message eines allgemeinen Downlink-Signals zu dem zu lokali
sierenden Endgeräts und auch zu den Positionselementen der
entsprechenden Mobilfunkzelle gesendet. Dabei haben die Posi
tionselemente eine sog. Mithörfunktion im Downlink-Signali
sierungsverkehr der Mobilfunkzelle, sofern diese Informatio
nen über einen allgemeinen Kanal (einen sogenannten Common-
Kanal) gesendet werden. Alternativ können auch gerichtete
Downlink-Kanäle verwendet werden. Sofern eine solche explizi
te Signalisierung über einen gerichteten Kanal erfolgt, so
wird diese Information nur an die Positionselemente weiterge
leitet, welche für die Positionsbestimmung eingesetzt werden
sollen. Falls die Positionsanfrage vom Endgerät selbst kam,
wird diese Anfrage von der Kontrolleinheit KE auf ähnliche
Weise bestätigt.
Nach Bekanntwerden einer Positionsanforderung bzw. der nach
folgenden Bestätigung der Kontrolleinheit, dass die Positi
onsanfrage durchgeführt werden darf, sendet das zu lokalisie
rende Endgerät UE seinen zugeordneten Signalcode UES. Bei dem
Signalcode UES handelt es sich im vorliegenden Fall um die
Spreizungscodefolge, welche dem jeweiligen Endgerät UE ohne
hin innerhalb der Mobilfunkzelle eindeutig zugeordnet ist.
Das Senden kann beispielsweise auf dem sogenannten PRACH er
folgen. Hierbei handelt es sich um einen Uplink-Kanal, auf
dem die Endgeräte unaufgefordert Meldungen an das System bzw.
an die Basisstation senden dürfen. Alternativ kann eine sog.
Restriktion durchgeführt werden, d. h. es wird dem Endgerät
zuvor von der Kontrolleinheit KE über die Basisstation mitge
teilt, auf welchem speziellen Uplink-Kanal (z. B. PUSCH) das
Endgerät seinen Signalcode UES senden darf. Die Information
der Kanalwahlrestriktion muss dann auch den Positionselemen
ten bekannt gegeben werden.
Die Übersendung des Signalcodes UES, beispielsweise der
Spreizungscodefolge, erfolgt dann im nächsten freien Uplink-
Slot des vorgegebenen Kanals. Die einzelnen Positionselemente
versuchen, sofort nach Bekanntgabe einer Positionsanfrage
Mitteilungen auf dem PRACH oder auf dem vorgegebenen Kanal
des entsprechenden Endgeräts unabhängig voneinander und unab
hängig von der Basisstation zu detektieren. Ebenso kann auch
die Basisstation selbst versuchen, die eindeutige Signalfolge
des Endgeräts zu detektieren.
Die Detektion kann jeweils wieder mittels eines Rake-
Receivers oder eines Match-Filters erfolgen. Das heißt, die
Messung erfolgt mit Hilfe von Autokorrelationsfunktionen mit
dem Wissen der bekannten, vom Endgerät gesendeten Signalco
des. Sofern alle Positionselemente über die Positionsanfrage
informiert sind, können dementsprechend auch alle Positions
elemente versuchen, die Signalfolge zu detektieren.
Nach der Detektion des Signalcodes UES werden dann die Emp
fangszeiten an den einzelnen Positionselementen bestimmt.
Diese Information senden die Positionselemente und die Basis
station an die PCF (Position Calculation Function), welche
die eigentlichen Berechnungen zur Positionsbestimmung durch
führt. Diese PCF bestimmt beispielsweise aus den absoluten
Zeiten zur Durchführung der OTDOA-Methode die Zeitdifferenzen
zwischen den Empfangszeitpunkten und bildet diese Differenzen
auf Hyperbeln ab. Der gemeinsame Schnittpunkt der Hyperbeln
ist dann wieder die gesuchte Position. Alternativ kann auch
eine Messung allein nach dem TOA-Verfahren durchgeführt wer
den, oder es wird eine Mischung aus OTDOA und TOA, wie im Zu
sammenhang mit Fig. 2 beschrieben, durchgeführt. Die PCF
kann sich dabei an beliebiger Stelle im Mobilfunknetz, aber
auch in dem Endgerät selber befinden. In diesem Fall werden
die Messergebnisse von den Positionselementen PE und von der
Basisstation BS vorzugsweise direkt an das Endgerät UE und in
die darin befindliche PCF übermittelt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden zusätzlich auch
die Positionselemente der Nachbarzellen zur Positionsbestim
mung mit genutzt. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein Teil
der Positionselemente der Nachbarmobilfunkzellen ebenfalls
das Informationselement in der RRC-Message, das Location Up
date, empfängt. In dem Moment, wo dieses Informationselement
empfangen wird, reagieren die betreffenden Positionselemente
daraufhin automatisch, unabhängig davon, ob sie die eigene
oder die Nachbarzelle bedienen. Das heißt, sie versuchen un
abhängig von den Abläufen in der jeweiligen Zelle, in der
sich das Endgerät UE befindet, ebenfalls den Signalcode des
betreffenden Endgeräts UE zu detektieren. Dies bietet sich
selbstverständlich vor allem dann an, wenn die Übermittlung
des Informationselements sowie auch die Sendung des charakte
ristischen Signalcodes UES des Endgeräts UE auf Common-
Kanälen durchgeführt wird. Weitere Voraussetzung ist, dass
die in der Zelle verwendeten Spreizungscodes und Midambles
den Positionselementen in den Nachbarzellen bekannt sind.
Dies ist beispielsweise auch durch eine explizite Übermitt
lung der Spreizungscodes und Midambles, beispielsweise auf
einem Common-Kanal, möglich.
Die Messergebnisse werden dann nach Abschluss der Messung als
Uplink-Signale von den Positionselementen der Nachbarzellen
an die Basisstation der Zelle, in der sich das zu lokalisie
rende Endgerät befindet, gesendet. Dort werden die Signale
der PCF zugeführt bzw. an die PCF im Endgerät UE übermittelt.
Alternativ kann auch eine Übermittlung über die jeweilige Ba
sisstation der Nachbarzelle und das Mobilfunknetz erfolgen.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen ein typisches Ausführungsbeispiel
einer Uplink-Datenstruktur ULD sowie zwei verschiedene Mög
lichkeiten, die Signalcodefolge UES, hier den Spreizungscode
des Endgeräts UE, innerhalb dieser Uplink-Datenstruktur ULD
unterzubringen.
Fig. 9 zeigt hierbei eine TDD-Uplink-Struktur eines Slots in
der Datenübermittlung vom Endgerät UE zur Basisstation BS.
Ein solcher Slot umfasst wieder 2560 Chips, dementsprechend
beträgt die Slotlänge 2560 mal der Chiplänge, welche ca. 0,26
µsec. beträgt. Der Slot beginnt mit einer Anzahl von frei be
legbaren Datensymbolen. Im dargestellten Modus beträgt ein
Symbol maximal 16 Chips. Anschließend an diese frei belegba
ren Datensymbole schließt sich ein TFCI-Abschnitt an (Trans
port Format Combination Indicator), welcher aussagt, wie die
Informationen für den Transport zerlegt wurden. Auf diesen
TFCI-Abschnitt folgt die Midamble von 512 oder 256 Chip Länge
und anschließend ein TPC-Abschnitt (Transmit Power Control),
welcher die Leistungsangaben enthält. An den TPC-Abschnitt
schließt sich dann der zweite Teil des TFCI an. Darauf folgt
wieder ein Abschnitt mit frei belegbaren Datensymbolen und am
Schluss eine Guard Period, welche die gleiche Funktion hat
wie der Pilot in der zuvor beschriebenen Downlink-
Datenstruktur.
Fig. 10 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem der
eindeutige Signalcode UES des sendenden Endgeräts, hier der
Spreizungscode des Endgeräts, im ersten frei belegbaren Da
tenteil vor der Midamble des Slots angeordnet wird.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die
ser Spreizungscode UES im zweiten belegbaren Datenteil, d. h.
hinter der Midamble, angeordnet ist.
Neben diesen Beispielen gibt es auch noch weitere beliebige
Möglichkeiten, einen eindeutigen Signalcode eines Endgeräts
innerhalb eines Uplink-Slots einzuordnen. Ebenso können an
stelle des Spreizungscodes auch andere eindeutige Signalcodes
verwendet werden. Die Verwendung des Spreizungscodes bietet
sich von daher an, da ein solcher Spreizungscode dem Endgerät
innerhalb einer Mobilfunkzelle ohnehin eindeutig zugeordnet
ist. Außerdem kann der übersendete Signalcode auch noch einen
Zeitstempel enthalten, welcher Auskunft über den genauen Sen
dezeitpunkt gibt, so dass unter Verwendung dieses Sendezeit
punkts und des Empfangszeitpunkts auch die absoluten Laufzei
ten des Signals vom Endgerät zum jeweils empfangenden Gerät
ermittelt werden können.
BCH Broadcast Channel
DPDCH Dedicated Physical Data Channel
DPCCH Dedicated Physical Control Channel
FDD Frequency Division Duplex
GMLC Gateway Mobile Location Center
GPS Global Positioning System
HLR Home Location Register
IPDL Idle Period Downlink
LCS Location Services
MSC Mobileservices Switching Center
NodeB
DPDCH Dedicated Physical Data Channel
DPCCH Dedicated Physical Control Channel
FDD Frequency Division Duplex
GMLC Gateway Mobile Location Center
GPS Global Positioning System
HLR Home Location Register
IPDL Idle Period Downlink
LCS Location Services
MSC Mobileservices Switching Center
NodeB
Basisstation entsprechend dem UMTS-Standard
OTDOA Observed Time Difference of Arrival
PCF Position Calculation Function
PLMN Public Land Mobile Network
PRACH Physical Random Access Channel
RNC Radio Network Controller
RNS Radio Network System
RRC Radio Resource Control
RTT Round Trip Time
RxTD Receive Timing Deviation
S-SCH Secondary-Synchronisation Channel
S-RNC Serving Radio Network Controller
TDD Time Division Duplex
TFCI Transport Format Combination Indicator
TOA Time Of Arrival
TPC Transmit Power Control
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network
3G-MSC
OTDOA Observed Time Difference of Arrival
PCF Position Calculation Function
PLMN Public Land Mobile Network
PRACH Physical Random Access Channel
RNC Radio Network Controller
RNS Radio Network System
RRC Radio Resource Control
RTT Round Trip Time
RxTD Receive Timing Deviation
S-SCH Secondary-Synchronisation Channel
S-RNC Serving Radio Network Controller
TDD Time Division Duplex
TFCI Transport Format Combination Indicator
TOA Time Of Arrival
TPC Transmit Power Control
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network
3G-MSC
3
rd
Generation Mobileservices Switching Center
BS, BSi
Basisstationen (i =
1
bis
4
)
C, Ci
C, Ci
Mobilfunkzellen (i =
1
bis
4
)
DLD Downlink-Datenstruktur
KE Kontrolleinheit
PA Positionsanfrage
PE, PEi
DLD Downlink-Datenstruktur
KE Kontrolleinheit
PA Positionsanfrage
PE, PEi
Positionselemente (i =
1
bis
4
;
11
bis
42
)
PES, PESi
PES, PESi
Signalcodes der Positionselemente (i =
1
bis
3
)
Ti
Ti
RTT-Kreis (i = B,
1
,
3
)
TPE, TPEi
TPE, TPEi
Zeiträume (i =
1
bis
3
)
UE Endgerät
UES Signalcode des Endgeräts
ULD Uplink-Datenstruktur
ΔT1,2
UE Endgerät
UES Signalcode des Endgeräts
ULD Uplink-Datenstruktur
ΔT1,2
Hyperbel einer Laufzeitdifferenzmessung
ΔT2,BS
ΔT2,BS
Hyperbel einer Laufzeitdifferenzmessung
Claims (27)
1. Verfahren zur Bestimmung der Position (P) eines mobilen
Endgeräts (UE) innerhalb eines Mobilfunknetzes, bei welchem
zwischen dem Endgerät (UE) und mehreren Positionselementen
(PE), deren Positionen im Mobilfunknetz bekannt sind, Lauf
zeiten und/oder Laufzeitdifferenzen von gesendeten Signalco
des (PES, UES), welche dem jeweils sendenden Gerät (PE, UE)
eindeutig zugeordnet sind, ermittelt werden und unter Verwen
dung dieser Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen die Posi
tion (P) des mobilen Endgeräts (UE) ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass den einzelnen Positionselementen (PE) koordiniert Zeit räume (TPE) vorgegeben werden, in denen das jeweilige Positi onselement (PE) einen diesem Positionselement (PE) zugeordne ten Signalcode (PES) an das mobile Endgerät (UE) senden darf oder
dass das mobile Endgerät (UE) einen dem Endgerät (UE) zuge ordneten Signalcode (UES) an die Positionselemente (PE) sendet.
dass den einzelnen Positionselementen (PE) koordiniert Zeit räume (TPE) vorgegeben werden, in denen das jeweilige Positi onselement (PE) einen diesem Positionselement (PE) zugeordne ten Signalcode (PES) an das mobile Endgerät (UE) senden darf oder
dass das mobile Endgerät (UE) einen dem Endgerät (UE) zuge ordneten Signalcode (UES) an die Positionselemente (PE) sendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den einzelnen Positionselementen (PE) vorgegebenen
Zeiträume (TPE) zum Senden ihrer Signalcodes (PES) in frei
belegbaren Signalabschnitten der Datenübermittlungsstruktur
(DLD) im Datenverkehr von einer aktuell das Endgerät (UE) be
dienenden Basisstation (BS) zu dem Endgerät (UE) liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass den einzelnen Positionselementen (PE) die Zeiträume
(TPE) zum Senden ihrer Signalcodes (PES) von einer Kontroll
einheit (KE) des Mobilfunknetzes vorgegeben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur ein Teil der zur Verfügung stehenden Positionsele
mente ausgewählt wird, denen ein Zeitraum zugewiesen wird, in
dem die jeweiligen Positionselemente ihren zugeordneten Sig
nalcode senden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur einer Anzahl von Positionselementen ein Zeitraum zur
Sendung eines Signalcodes zugewiesen wird, welche sich auf
grund einer vorherigen Positionsabschätzung und/oder vorher
gehenden Positionsermittlung mit einer bestimmten Wahrschein
lichkeit am nächsten am zu lokalisierenden Endgerät befinden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass den betreffenden Positionselementen (PE) die Zeiträume
(TPE) zum Senden der Signalcodes (PES)
über eine den Positionselementen (PE) zugeordnete Basisstati
on (BS) übermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor einem Senden von Signalcodes (PES) durch die Positi
onselemente (PE) dem Endgerät (UE) über die Basisstation (BS)
übermittelt wird, in welchem Zeitraum (TPE) welches Positi
onselement (PE) welchen Signalcode (PES) sendet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalcodes der Positionselemente Synchronisations
codes umfassen, die zur Synchronisation bei der Datenüber
mittlung von der Basisstation zu anderen Basisstationen
und/oder zu den von ihr zu bedienenden Endgeräten nicht benö
tigt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Endgerät (UE) nach einem Empfang der Signalcodes
(PES) der Positionselemente (PE) das Messergebnis einer Lauf
zeitmessung an eine Kontrolleinheit (KE) des Mobilfunknetzes
übermittelt.
10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionselemente (PE) nach einem Empfang eines Sig
nalcodes (UES) von einem Endgerät (UE) das Messergebnis einer
Laufzeitmessung an das Endgerät (UE) und/oder an eine Kon
trolleinheit (KE) des Mobilfunknetzes übermitteln.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Endgerät ein Sendekanal zur Aussendung eines Signal
codes zugeordnet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Signalcode (UES) des Endgeräts einen dem Endgerät
zum jeweiligen Zeitpunkt zugeordneten Spreizungscode umfasst.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionselemente (PE) erst nach Empfang einer Posi
tionsanfrage in einen Bereitschaftszustand geschaltet werden,
um einen Signalcode (UES) eines Endgeräts (UE) zum Ermitteln
der Laufzeit zu empfangen.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass den verschiedenen Positionselementen (PE) mit der Posi
tionsanfrage der dem jeweiligen Endgerät (UE) zugeordnete
Signalcode (UES) und/oder der zugeordnete Kanal übermittelt
wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Signalcode Informationen über den genauen Sendezeit
punkt umfasst.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Zuweisung von Zeiträumen und/oder eines Sendekanals
und/oder die Übermittlung einer Positionsanfrage an die Posi
tionselemente und/oder das Endgerät durch eine Kontrollein
heit (KE) des Mobilfunknetzes erst erfolgt, nachdem die Kon
trolleinheit (KE) eine Positionsanfrage (PA) empfangen hat.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Senden der Signalcodes und/oder zur Übermittlung von
Positionsanfragen und/oder zur Übermittlung der Zeiträume
und/oder der Sendekanäle zum Senden der Signalcodes jeweils
ein Steuerinformationskanal des Mobilfunknetzes genutzt wird.
18. System zur Bestimmung der Position eines mobilen Endge
räts innerhalb eines Mobilfunknetzes nach einem Verfahren ge
mäß einem der Ansprüche 1 bis 17,
mit einem zu lokalisierenden Endgerät (UE),
mit einer Mehrzahl von Positionselementen (PE), deren Po sitionen im Mobilfunknetz bekannt sind,
mit Mitteln, um Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen von dem jeweils sendenden Gerät (UE, PE) eindeutig zuge ordneten Signalcodes (UES, PES) zwischen dem Endgerät (UE) und den verschiedenen Positionselementen (PE) zu messen und
mit Mitteln, um unter Verwendung der Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen die Position (P) des mobilen Endgeräts (UE) zu ermitteln,
gekennzeichnet durch
eine Kontrolleinheit (KE), welche den einzelnen Positionsele menten (PE) koordiniert Zeiträume (TPE) vorgibt, in denen das jeweilige Positionselement (PE) einen dem Positionselement (PE) zugeordneten Signalcode (PES) an das mobile Endgerät (UE) senden darf.
mit einem zu lokalisierenden Endgerät (UE),
mit einer Mehrzahl von Positionselementen (PE), deren Po sitionen im Mobilfunknetz bekannt sind,
mit Mitteln, um Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen von dem jeweils sendenden Gerät (UE, PE) eindeutig zuge ordneten Signalcodes (UES, PES) zwischen dem Endgerät (UE) und den verschiedenen Positionselementen (PE) zu messen und
mit Mitteln, um unter Verwendung der Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen die Position (P) des mobilen Endgeräts (UE) zu ermitteln,
gekennzeichnet durch
eine Kontrolleinheit (KE), welche den einzelnen Positionsele menten (PE) koordiniert Zeiträume (TPE) vorgibt, in denen das jeweilige Positionselement (PE) einen dem Positionselement (PE) zugeordneten Signalcode (PES) an das mobile Endgerät (UE) senden darf.
19. System nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontrolleinheit (KE) mit einer den Positionselemen
ten (PE) zugeordneten Basisstation (BS) verbunden ist, um den
betreffenden Positionselementen (PE) die Zeiträume (TPE) zum
Senden der Signalcodes über die Basisstation zu übermitteln.
20. System nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Endgerät (UE) Mittel zum Übersenden der gemessenen
Laufzeiten oder der Laufzeitdifferenzen an eine Kontrollein
heit (KE) des Mobilfunknetzes aufweist.
21. System zur Bestimmung der Position eines mobilen Endge
räts (KE) innerhalb eines Mobilfunknetzes nach einem Verfah
ren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17,
mit einem zu lokalisierenden Endgerät (UE),
mit einer Mehrzahl von Positionselementen (PE), deren Po sitionen im Mobilfunknetz bekannt sind,
mit Mitteln, um Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen von dem jeweils sendenden Gerät (UE, PE) eindeutig zuge ordneten Signalcodes (UES, PES) zwischen dem Endgerät (UE) und den verschiedenen Positionselementen (PE) zu messen und
mit Mitteln, um unter Verwendung der Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen die Position (P) des mobilen Endgeräts (UE) zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Endgerät (UE) Mittel zum Versenden eines dem Endge rät (UE) zugeordneten Signalcodes (UES) an die Positionsele mente (PE) aufweist
und dass die Positionselemente (PE) jeweils eine Empfangsein richtung zum Empfangen des Signalcodes (UES) eines Endgeräts (UE) sowie Mittel zum Gewinnen von Informationen über die Laufzeit des Signalcodes (UES) vom Endgerät (UE) zum betref fenden Positionselement (PE) aufweisen.
mit einem zu lokalisierenden Endgerät (UE),
mit einer Mehrzahl von Positionselementen (PE), deren Po sitionen im Mobilfunknetz bekannt sind,
mit Mitteln, um Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen von dem jeweils sendenden Gerät (UE, PE) eindeutig zuge ordneten Signalcodes (UES, PES) zwischen dem Endgerät (UE) und den verschiedenen Positionselementen (PE) zu messen und
mit Mitteln, um unter Verwendung der Laufzeiten und/oder Laufzeitdifferenzen die Position (P) des mobilen Endgeräts (UE) zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Endgerät (UE) Mittel zum Versenden eines dem Endge rät (UE) zugeordneten Signalcodes (UES) an die Positionsele mente (PE) aufweist
und dass die Positionselemente (PE) jeweils eine Empfangsein richtung zum Empfangen des Signalcodes (UES) eines Endgeräts (UE) sowie Mittel zum Gewinnen von Informationen über die Laufzeit des Signalcodes (UES) vom Endgerät (UE) zum betref fenden Positionselement (PE) aufweisen.
22. System nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionselemente (PE) jeweils eine Sendeeinrich
tung aufweisen, um die gewonnenen Laufzeitinformationen über
eine dem betreffenden Positionselement (PE) zugeordnete Ba
sisstation (BS) an eine Kontrolleinheit (KE) des Mobilfunk
netzes zu übermitteln.
23. System nach Anspruch 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontrolleinheit (KE) Mittel aufweist, um einem zu lokalisierenden Endgerät (UE) einen Signalcode (UES) zuzuord nen und/oder einen Sendekanal zum Senden des Signalcodes zu zuweisen,
und dass die Kontrolleinheit (KE) Mittel aufweist, um Infor mationen über den dem Endgerät (UE) zugeordneten Signalcode (UES) und/oder den zugewiesenen Sendekanal an die Positions elemente (PE) zu übermitteln.
dass die Kontrolleinheit (KE) Mittel aufweist, um einem zu lokalisierenden Endgerät (UE) einen Signalcode (UES) zuzuord nen und/oder einen Sendekanal zum Senden des Signalcodes zu zuweisen,
und dass die Kontrolleinheit (KE) Mittel aufweist, um Infor mationen über den dem Endgerät (UE) zugeordneten Signalcode (UES) und/oder den zugewiesenen Sendekanal an die Positions elemente (PE) zu übermitteln.
24. System nach einem der Ansprüche 18 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontrolleinheit (KE) Mittel (PCF) zum Bestimmen der
Position unter Verwendung der gemessenen Laufzeiten und/oder
der Laufzeitdifferenzen aufweist.
25. System nach einem der Ansprüche 18 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Endgerät Mittel zum Bestimmen der Position unter
Verwendung der gemessenen Laufzeiten und/oder der Laufzeit
differenzen aufweist.
26. Mobiles Kommunikationsendgerät zur Durchführung eines
Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 mit Mitteln zur
Versendung eines Signalcodes (UES) an die Positionselemente
(PE).
27. Mobiles Kommunikationsendgerät (UE) zur Durchführung ei
nes Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 mit Mitteln
zum Empfang von Informationen über bestimmten Positionsele
menten (PE) zugeordnete Sendezeiträume und mit Mitteln, um in
diesen Sendezeiträumen (TPE) von den betreffenden Positions
elementen (PE) ausgesendete Signalcodes (PES) zu detektieren
und die Laufzeiten dieser Signalcodes (PES) von den jeweili
gen Positionselementen (PE) zum Endgerät (UE) und/oder Lauf
zeitdifferenzen zwischen den von verschiedenen Positionsele
menten (PE) gesandten Signalcodes (PES) zu ermitteln.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001124811 DE10124811A1 (de) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | Verfahren zur Positionsbestimmung |
PCT/DE2002/001410 WO2002096142A1 (de) | 2001-05-21 | 2002-04-16 | Verfahren zur positionsbestimmung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001124811 DE10124811A1 (de) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | Verfahren zur Positionsbestimmung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10124811A1 true DE10124811A1 (de) | 2002-11-28 |
Family
ID=7685640
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001124811 Withdrawn DE10124811A1 (de) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | Verfahren zur Positionsbestimmung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10124811A1 (de) |
WO (1) | WO2002096142A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10304192A1 (de) * | 2003-01-29 | 2004-08-05 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs |
DE10318425A1 (de) * | 2003-04-23 | 2004-11-25 | Siemens Ag | Verfahren und Anordnung zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz |
DE10344118A1 (de) * | 2003-09-24 | 2005-05-04 | Prodim Consult Ges Fuer Produk | Verfahren zur Ermittlung der Menge von Objekten sowie Einrichtung und Ortungsmodul hierzu |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109076482B (zh) * | 2016-03-17 | 2021-05-04 | 索尼移动通讯有限公司 | 在通信网络中执行至少一个定位功能的装置、方法、介质 |
CN111815361B (zh) * | 2020-07-10 | 2024-06-18 | 北京思特奇信息技术股份有限公司 | 区域边界计算方法、装置、电子设备及存储介质 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU1792099A (en) * | 1997-12-01 | 1999-06-16 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Positioning system and method for cellular mobile radio |
-
2001
- 2001-05-21 DE DE2001124811 patent/DE10124811A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-04-16 WO PCT/DE2002/001410 patent/WO2002096142A1/de not_active Application Discontinuation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10304192A1 (de) * | 2003-01-29 | 2004-08-05 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs |
WO2004068161A1 (de) | 2003-01-29 | 2004-08-12 | Volkswagen Ag | Verfahren und eine vorrichtung zur bestimmung der position eines fahrzeugs |
DE10318425A1 (de) * | 2003-04-23 | 2004-11-25 | Siemens Ag | Verfahren und Anordnung zur Positionsschätzung einer Mobilstation in einem zellulären Mobilfunknetz |
DE10344118A1 (de) * | 2003-09-24 | 2005-05-04 | Prodim Consult Ges Fuer Produk | Verfahren zur Ermittlung der Menge von Objekten sowie Einrichtung und Ortungsmodul hierzu |
DE10344118B4 (de) * | 2003-09-24 | 2008-12-04 | prodim consult Gesellschaft für Produktionsdaten- und Informationsmanagement mbH | Verfahren zur Ermittlung einer geschätzten Menge von Objekten sowie Einrichtung hierzu |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002096142A1 (de) | 2002-11-28 |
WO2002096142B1 (de) | 2003-01-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60126348T2 (de) | Positionsbestimmungsverfahren und -system | |
DE60103848T2 (de) | Einrichtung und verfahren zur ortung einer mobil-station in einem zellularen cdma system | |
DE60118765T2 (de) | Verfahren und Vorrichtungen zum Lokalisieren von drahtlosen Sendern | |
EP1348976B1 (de) | Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen der Funkempfangsrichtung in einem Mobilkommunikationsnetz | |
DE60312168T2 (de) | System zum finden einer mobilen einheit | |
DE69821213T2 (de) | Verfahren und Einrichtung zur Standorterfassung einer mobilen Station | |
DE102014119709B4 (de) | Verfahren zur Bestimmung des Standorts drahtloser Vorrichtungen | |
DE102014119708A1 (de) | Verfahren zur Bestimmung des Standorts drahtloser Vorrichtungen | |
DE102013021439A1 (de) | Verfahren zum Bestimmen des Standorts drahtloser Vorrichtungen | |
DE202008018008U1 (de) | Standort der Basisstation | |
DE102008006231A1 (de) | Verfahren zur Unterdrückung einer Nutzung eines Mobilfunknetzes in einem Gebiet | |
EP2689615B1 (de) | System und verfahren zum funkbasierten lokalisieren eines endgeräts | |
DE10134589B4 (de) | Verfahren sowie Vorrichtung zur Positionbestimmung von Teilnehmergeräten eines Funkkommunikationssystems mit Hilfe von zusätzlichen Positionselementen in benachbarten Funkzellen | |
DE10124811A1 (de) | Verfahren zur Positionsbestimmung | |
DE10345224B4 (de) | Verfahren zur Positionsschätzung einer Teilnehmerstation eines Funkkommunikationssystems sowie Netzeinrichtung | |
EP1407632A1 (de) | Verfahren sowie vorrichtung zur positionsbestimmung von teilnehmergeräten eines funkkommunikationssystems mit hilfe von zusätzlichen positionselementen | |
DE10033537A1 (de) | Verfahren und Anordnungen in einem Telekommunikationssystem | |
EP1361773A1 (de) | System und Verfahren zur Positionsbestimmung | |
DE10221649A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung | |
EP1463357A1 (de) | Verfahren zur Positionsbestimmung einer mobilen Station und Positionsbestimmungseinheit | |
DE10314169A1 (de) | Verfahren zur Positionsbestimmung einer mobilen Station und Positionsbestimmungseinheit | |
DE10150104A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Position einer mobilen Sende- und/oder Empfangseinheit | |
EP1466494B1 (de) | Verfahren zur positionsbestimmung | |
DE10038278A1 (de) | Verfahren zur Positionsbestimmung in Mobilfunksystemen mit TDMA-Vielfachzugriffsverfahren | |
EP1168874A1 (de) | Verfahren sowie Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Teilnehmergeräten eines Funkkommunikationssystems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |