SE466376B - Foerfarande foer lokalisering i mobilradiosystem - Google Patents

Description

466 576 40 2 Ytterligare utföringsformer av uppfinningen är angivna i de åtföljande patentkraven.

KÛRTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till åtföljande ritningar, varav fig 1 är ett diagram som åskådliggör den använda matematiska metoden, fig 2 illustrerar schematiskt mobilradíosystemets uppbyggnad, fig 3A är ett flödesschema för förfarandet enligt uppfinningen, fig 35 är en fortsättning på flödesschemat i fig 3A enligt en första utföringsform av uppfinningen, fig 4 är en fortsättning av flödesschemat i fig 3A enligt en andra utföringsform av uppfinningen, och fíg 5 är ett flödesschema för att upprätta en lista över basstationer och ingår som en del av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÜREDRAGNA UTFÜRINGSFURMER Innan uppfinningen förklaras i detalj är det lämpligt att definiera vissa begrepp som är vanliga inom området. Posítionering innebär att ett rörligt föremål har förmågan att bestämma sin egen position, med eller utan deltagande av omgivningen. Lokalisering innebär att omgivningen har förmåga att bestämma positionen för ett rörligt föremål, med eller utan deltagande av det observerade föremålet. Navigering innebär att positionering/lokalisering används som ett verktyg för att ta sig från en startpunkt till en ändpunkt.

Föreliggande uppfinning avser främst lokalisering, dvs omgivningens kontroll av de rörliga föremålens position, i det här fallet mobilstationer i ett mo- biltelefonnät. Föreliggande uppfinning faller också inom den grupp av system där vinklar och/eller avstånd mäts i förhållande till fasta punkter. I sådana system används olika geometriska metoder. En sådan metod är den s k cirkel- metoden.

I fig 1 illustreras de geometriska villkoren för cirkelmetoden. Den är baserad på mätning av tre oberoende sträckor, d1, dz, d3. Med tre givna referenspunkter p1, pz, p3 i ett plan är det möjligt att fastställa koordinaterna för varje annan punkt i samma plan med hjälp av avstånden mellan referenspunkterna och vederbörande punkt.

Um referenspunkterna har koordinaterna pn = (an, bn), n = 1, 2, 3 fås den okända punkten (X0, yg) av följande ekvationssystem. (x - a )2 + (y - b )2 = d 2 (X0 81% (o b1)2_d12 o'22*>'o"22*22 (Xnraz) *(Yo'b3) :dai 40 466 376 3 Även andra matematiska metoder kan användas med föreliggande uppfinning, t ex hyperbelmetoden.

En beskrivning av GSM-systemet kan fås i GSM Recommendations 03, 04 och 05. Nedan följer endast en kortfattad sammanställning av enheterna som an- vänds i föreliggande uppfinning. CEPT GSM (Groupe Speciale Mobile) upprätta- des 1982 för att formulera specifikationer för ett paneuropeiskt mobilradio- system.

Den funktionella arkitekturen visas i fig 2. Systemet innefattar ett basstationsystem BSS med en basstationstyrenhet BSC (Base Station Controller) och basstationer BTS (Base Transceiver Station). Systemet innefattar också mobilstationer MS, en mobiltelefonväxel, MSC (Mobile Services Switching Centre) med hemmaregister HLR (Home Location Register) och besöksregister VLR (Visitor Location Register.

Två gränssnitt är för närvarande obligatoriska, nämligen radiogräns- snittet och gränssnittet mellan mobiltelefonväxeln och basstationssystemet.

Radiogränssnittet är definierat enligt den skiktande modellen och det fysiska skiktet innefattar en TDMA-struktur (Time Division Multiple Access) med åtta tidsluckor per radiobärvåg. TDMA-strukturen används av kanaler, logiska kanaler, i högre skikt. De logiska kanalerna är uppdelade i trafikkanaler och styrkanaler.

När mobilstationen, oftast ett fordon, rör sig händer det att den inträ- der i en ny basstations område. Mobilen måste detektera detta "områdesskift" för att förse hemmaregistret med dess korrekta vistelseområde. Detta innebär att mobilen kontinuerligt måste avsöka alla basstationernas styrkanaler BCCH (Broadcast Control Channels). Den mäter de mottagna effekterna och ordnar de för ögonblicket starkaste stationerna i en tabell. Denna funktion är mycket användbar eftersom mobilstationerna vid lokaliseringen behöver veta vilka tre basstationer som är bäst att använda.

GSM-systemet innehåller en funktion som kallas "adaptiv raminställning" AFA (Adaptive Frame Alignment). Åtta tidsluckor bildar en TDMA-ram. TDMA- ramarna på alla frekvenskanalerna skall vara inriktade med varandra. Vid bas- stationen fördröjs TDMA-ramen på upplänken med en fast period om tre tids- luckor från starten av TDMA-ramen på nedlänken. Vid mobilstationen justeras det för fördröjningen av signalens fortbredning. Fördröjningen kallas "tids- avstånd" TA (Timing Advance). Det är processen för att justera för denna fördröjning som kallas adaptiv ramsinställning AFA.

Tidsavståndet TA mäts av en basstation varje gång den detekterar en sändning på kanalen RACH (Random Access Channel). Tidsavståandet TA är defi- nierat som fördröjningen av RACH-signalen i förhållande till en förväntad signal från en mobilstation på avståndet noll. Det uppmätta värdet avrundas | 466 376 4 till närmaste bitperiod och signaleras till mobilstationen. Värdet på tids- avståndet TA kan tolkas som ett mått på avståndet till basstationen. Osäker- heten beräknas vara ca 277 meter.

Enligt föreliggande uppfinning används AFA-funktionen för avståndsmät- ning för lokalisering av mobiler i ett mobiltelefonsystem. Metoden drar nytta av att mobilerna kontinuerligt avlyssnar omkringliggande basstationers styr- kanal och håller resultaten i en tabell ordnad efter signalstyrka. Det finns inget behov av synkronisering mellan basstationerna i denna metod. Metoden beskrives med hänvisning till flödesschemana i fig 3A och 38. Metoden initi- eras med en lokaliseringsbegäran. Hur denna begäran initieras ingår inte i föreliggande uppfinning. I första villkorsboxen avgörs om styrkanalerna BCCH är kända för basstationerna inom det publika mobilnätet PLMN (Public Land Mobile Network). Om inte, beskrives nedan. fastställes dessa enligt flödesschemat i fig 5 som .Därefter mäter mobilstationen signalstyrkorna på styrkana- lerna BCCH, väljer ut de tre bästa och lagrar deras frekvenser och identiteter. Ûm cellen är spärrad tillåts lokalisering endast ifall det rör sig om en nödlokalisering som alltså jämställs med nödsamtal. I GSM är det tillåtet att göra nödsamtal via en spärrad cell.

Flödesschemat fortsätter i fig 38 där mobilen sänder åtkomstskurar AB (Access Bursts) till de tre valda basstationerna BTS nr N på direktåtkomst- kanalen RACH (Random Access Channel). beräknar tídsavståndet och signalerar till mobilstationen. Mobilstationen mottar tre TA-värden på AGCH (Access Grant Channel) och sänder dessa tillsam- mans med respektive basstationers identiteter BSIC (Base Station Identity Code) och egen identitet till ett lokaliseringscentrum eller en lokalise- Basstationen detekterar åtkomstskuren, _1 ringsenhet. Noggrannheten för denna metod beräknas vara 560 meter. 40 I stället för att låta mobilstationen motta tidsavståndsvärdena kan man låta den sända en lokaliseringsbegäran till basstationerna i enlighet med en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning. Vid mottagandet av en sådan begäran sänder basstationerna i stället tidsavståndsvärdena med veder- börande mobilstationsidentiteter till lokaliseringsenheten. Eftersom denna metod använder TA-värdena innan de avrundas och sänds till mobilstationen (i föregående metod avrundas de mottagna TA-värdena till närmaste bitperiod) blir noggrannheten bättre än 280 meter. Detta tillvägagångssätt kräver emel- lertid skapande av ett nytt kommando i GSM-systemet, dvs lokaliseringsbegä- ran. Den alternativa utföringsformen skiljer sig i den andra halvan av flö- desschemat i fig 3A, BB, varvid flödesschemat i fig 4 ersätter det i fig BB.

"Här mottar mobilen en speciellt avsedd styrkanal SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) från basstationerna och sänder lokaliseringsbegä- ran på denna kanal. Därefter kopplas basstationen bort och mobilen mottar en 40 466 376 onumrerad bekräftelse UA (Unnumbered Acknowledgement) liksom i föregående utföringsform.

I fig 5 visas hur mobilen upprättar en lista över styrkanalerna BCCH från alla basstationerna i nätet PLMN. Listan ordnas efter signalstyrkorna hos bärvågorna.

Det är möjligt att förbättra noggrannheten för metoderna ovan genom att använda fler än tre basstationer. Ett annat sätt är att kombinera lokalise- ringsmetoderna, med varandra eller med någon annan metod, t ex hyperbel- metoden.

Det finns många möjliga tillämpningar för förfarandet enligt uppfinnin- gen. Exempel som kan nämnas är tjänster vid nödsituationer och trafikledning.

Vid nödsituationer kan fördröjningen mellan en trafikolycka och ankomsten av 'tv hjälpen minskas genom att mobiltelefoner finns tillgängliga i fordonen. Redan i dag rapporteras nära 100% av alla trafikolyckor i Sverige med hjälp av mobiltelefoner. Emellertid kan situationen ytterligare förbättras genom en automatiserad lokalisering av mobiltelefonerna i enlighet med föreliggande uppfinning.

Det finns många verksamheter som kan ha nytta av trafikledning med hjälp av automatisk lokalisering, t ex kurirtjänster, paketlämning, spedition, färdtjänst och taxi, m m. En lokaliseringstjänst ger ett snabbt val av det närmaste fordonet. Detta innebär naturligtvis snabbare reaktion på kunders önskemål och en mera effektiv användning av fordon och förare. Effektiv an- vändning av fordonen innebär också minskad miljöförstöring. Lokaliserings- tjänsten möjliggör för trafikledningen att spåra fordonen i realtid på en karta på sin datorskärm.

Det kommer inte att innebära några problem för GSM-systemets nätoperatö- rer att debitera för lokaliseringstjänsten. Nätoperatören har kontroll över det korta meddelandet till lokaliseringsenheten. Meddelandet är nödvändigt för att lokaliseringssystemet skall fungera och operatören skulle kunna ta en avgift för detta meddelande. Det är också möjligt att ha en abonnemangsavgift på informationen om basstationernas koordinater. Nätoperatören kan använda en del av styrkanalen BCCH för att varsla trafiken inom en cell där en olycka har inträffat. Det är möjligt att ha en abonnemangsavgift på denna informa- tion. Vidare har nätoperatören som erbjuder en lokaliseringstjänst ett bättre konkurrensläge.

I

Claims (6)

466 10 15 20 25 30 35 376 é PATENTKRAV

1. Förfarande för lokalisering i mobilradiosystem inne- fattande mobilstationer och basstationer, kännetecknat av att varje mobilstation kontinuerligt lyssnar på styr- kanaler från omkringliggande basstationer, att minst tre basstationer väljes av mobilstationen, att mobilstationen anropar de valda basstationerna, att var och en av de valda basstationerna beräknar sitt avstånd till mobilstationen genom att mäta tidsfördröjningen orsakad av radiosignalens fortberedning på sträckan mellan respektive basstation och mobilstationen, att de beräknade avståndsuppgifterna och identitetsupp- gifterna för mobilstationen och de valda basstationerna sänds till en lokaliseringsenhet, och att mobilens lokalisering bestämmes i lokaliserings- enheten.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att mobilstationen anropar de valda basstationerna med en átkomstsignal, att basstationerna meddelar de beräknade avstånden till mobilen, och att mobilstationen sänder uppgifterna till lokali- seringsenheten. _

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att mobilstationen anropar de valda basstationerna med en lokaliseringsbegäransignal, att basstationerna sänder uppgifterna till lokali- seringsenheten.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, känne- tecknat av att avstånden mellan mobilstationen och respek- tive basstation beräknas genom att mobilstationen bildar ett tidsavstàndsvärde baserat på nämnda fördröjning och att bas- stationen mäter tidsavstándsvärdet som ett mått på avståndet.

5. Förfarande enligt krav 4, kânnetecknat av att mobi- lens lokalisering beräknas med hjälp av cirkelmetoden.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, känne- tecknat av att basstationerna med de starkaste signal- styrkorna väljes.