DE10146829B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Basisstation - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer Basisstation.
- Im Stand der Technik sind Mobilfunknetze bekannt, welche eine Vielzahl von Basis- oder Feststationen aufweisen, um jeweilige Funkzellen zu versorgen. Die Basisstationen sind dabei zum Datenaustausch mit mobilen Einrichtungen, z. B. Mobiltelefonen, vorgesehen. Es ist nun wünschenswert, die Positionen der Basisstationen zu kennen. Ein wichtiger Anwendungsfall hierfür ist die Vermessung des Funknetzes. Um die Daten der Vermessung richtig auswerten zu können, bedarf es nämlich eines Planes, der die Standorte der Basisstationen aufweist. Solche Plane sind allerdings teilweise schwer zugänglich, nicht auf dem aktuellen Stand oder gar geheim. Ebenfalls wird die Vermessung nicht von derselben Gruppe durchgeführt, die diese Pläne verwaltet. All dies erschwert die Auswertung der Meßdaten und die Analyse von Schwachstellen bzw. von Problempunkten des Funknetzes.
- Zum Stand der Technik wird ferner auf die deutsche Offenlegungsschrift
DE 199 12 475 A1 hingewiesen. Aus dieser Druckschrift ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung und Navigation, welches die Funksignale und/oder die übertragenen Informationen von Sende-/Empfangseinheiten eines Mobilfunknetzes nutzt, bekannt. Dabei arbeitet dieses Verfahren nach dem Prinzip der Messung der Signallaufzeiten und Entfernungsberechnung zwischen Sende-/Empfangseinheiten. - Aus der
DE 197 13 516 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bahnbestimmung bekannt, welches die Bahn von Strahlungsemittenten aufklärt, die sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit auf einer geradeaus gerichteten Bahn bewegen. Das Verfahren geht dabei vom Ansatz aus, dass vom Emittenten zurückgelegte Strecken im selben Verhältnis stehen wie die zugehörigen Fahrzeiten. Nach nur vier Peilungen von einer Messbasis aus, die sich mit wechselnden, mittleren Geschwindigkeiten nur einfach geradeaus fortbewegt, werden nach einer anschließenden Rechnung die Bahndaten ermittelt. - Aus der
DE 199 48 556 A1 sind Verfahren und Vorrichtungen zum Schätzen der Position und Geschwindigkeit eines Mobilempfängers (MR) unter Verwendung von entweder der Eintreffzeit (TOA) von Signalen, die vom MR empfangen werden, ihrer Eintreffphase (POA), ihrer Eintreffstärke (SOA), ihrer Eintrefffrequenz (FOA) oder einer Kombination daraus, mit Bezug auf eine Referenz, welche von einem Referenzempfänger (RR) an einem bekannten Standort erzeugt wird, bekannt. Um für die Koordinaten des MR zu lösen, ist offenbart, entweder hyperbolische Multilateration aufgrund der Eintreffzeitdifferenz (TDOA) oder lineare Multiangulation aufgrund der Eintreffphasendifferenz (PDOA) oder beide zu verwenden. - Die
EP 0 721 728 B1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Standorten für Basisstationen und Gerät zur Anwendung des Verfahrens. - Aus der
WO 02/071093A2 - Schließlich ist aus der
US 5 926 762 A ein Verfahren zur Vorhersage von Störungen in einem Mobiltelefonnetz und zur Frequenzwiederverwendungsplanung bekannt. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, und insbesondere ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß es auf einfache und schnelle Weise möglich ist, die Position einer Basisstation mit hoher Genauigkeit unabhängig von veröffentlichten Plänen zu bestimmen.
- Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an wenigstens drei Orten, jeweils die Position des Ortes, eine Nummer eines Rahmens eines von der Basisstation empfangenen Signals sowie der Zeitpunkt des Empfangs bestimmt wird, wobei hieraus die Position der Basisstation ermittelt wird, wobei jeweils aus der Differenz von zwei Zeitpunkten des Empfangs zweier Rahmen und aus der Differenz der Rahmennummern eine Laufzeitdifferenz des Signals für zwei Orte bestimmt wird.
- Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Bestimmung der Position bzw. des Standorts einer Basisstation während einer Versorgungs- und Qualitätsvermessung (drive test) von zellularen Funknetzen, z. B. Mobilfunknetzen, ermöglicht wird. Damit wird eine nachfolgende Analyse der Versorgungs- und Qualitätsmessung vereinfacht, da alle notwendigen Daten bereits unmittelbar nach der Vermessung vorliegen. Es müssen auch keine Zusatzdaten von weiteren Quellen beschafft werden.
- Vorzugsweise wird aus wenigstens zwei derartig bestimmten Laufzeitdifferenzwerten nach dem Hyperbelortungsverfahren eine Position der Basisstation ermittelt wird. Mehr als zwei Laufzeitdifferenzwerte können insbesondere herangezogen werden, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.
- Dabei wird vorzugsweise die Differenz der Rahmennummern bei dem Verfahren derart berücksichtigt, daß die Laufzeitdifferenz L im wesentlichen durch folgende Formel berechnet wird
L = t1 – t2 – [(N2 – N1)·T] - Zur exakten Definition des Zeitpunkts ist bevorzugt, daß als Zeitpunkt des Empfangs des Rahmens der Empfang eines vordefinierten Abschnitts des Rahmens gewählt wird. Dabei kann der vordefinierte Abschnitt der Anfang des Rahmens oder derjenige Abschnitt, der die Rahmennummer enthält, sein.
- Eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung der vorliegenden Erfindung ergibt sich, wenn zur Bestimmung des Position und/oder des Zeitpunkts des Empfangs eines Rahmens eine Empfängereinrichtung für ein satellitengestütztes Navigationssystem vorgesehen ist. Beispielsweise ein GPS-System kann eine Positionsbestimmung sehr genau durchführen und überträgt dabei ebenfalls ein Zeitnormal an einen GPS-Empfänger basierend auf den in den Satelliten vorgesehenen Atomuhren.
- Vorteilhafterweise ist zur Auslösung bzw. zum Start einer Messung ein Zeitimpuls eines satellitengestützten Navigationssystems vorgesehen. Auf diese Weise ist ein exakter Zeitpunkt vorgegeben, welcher insbesondere einem Signal entspricht, welches die erfindungsgemäße Messung der Position des Ortes, der Rahmennummer sowie des Zeitpunkts des Empfangs initiiert. Der Zeitimpuls ist auch periodisch wiederkehrend, so daß er sich hervorragend zur Durchführung einer gesamten Messreihe eignet. Falls kein GPS-Empfang vorliegt, wird auch das Zeitsignal nicht ausgesendet und die (nicht mögliche) Messung gar nicht erst gestartet.
- Vorteilhafterweise wird der Zeitpunkt des Empfangs des Rahmens durch einen Zeitpunkt und die Messung des zeitlichen Versatzes des Rahmes zu diesem Zeitpunkt bestimmt. Dabei ist bevorzugt, daß der Zeitpunkt durch ein Zeitnormal, insbesondere einen Zeitimpuls eines satellitengestützten Navigationssystems, vorgegeben wird. Auf diese Weise kann der Zeitimpuls unabhängig von dem zu dieser Zeit empfangenen Rahmenposition empfangen werden, wobei gleichzeitig die Genauigkeit der Messung erhöht ist.
- Verfahren während einer Fahrt durch ein Gebiet zur Durchführung einer Versorgungs- und/oder Qualitätsmessung des Mobilfunknetzes in dem Gebiet durchgeführt wird. Durch die Fahrt durch das Gebiet werden laufend unterschiedliche Orte angefahren und entsprechende Messungen durchgeführt. Parallel dazu werden Messungen gemäß der vorliegenden Erfindung gemacht, so daß nach der Fahrt die Position von Basisstationen exakt bekannt ist und die Auswertung der Versorgungsmessungen aussagekräftig durchgeführt werden kann.
- Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patenansprüchen offenbart.
- Die Erfindung, sowie weitere Merkmale, Ziele, Vorteile und Anwendungsbeispiele derselben wird bzw. werden nachfolgend anhand einer Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben bzw. entsprechende Elemente. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, und zwar unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Downlink-Kommunikation in einem Mobilfunknetz; -
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei gezeigt ist, wie jeweils Messungen durchgeführt werden; und -
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei gezeigt ist, wie aus jeweiligen Messungen gemäß2 die Position einer Basisstation bestimmt wird - In
1 ist schematisch eine Basis- oder Feststation1 gezeigt, welche zu einem Mobilfunknetz, z. B. einem GSM-Netz (GSM = global system of mobile communications), gehört. Im Betrieb kommuniziert die Basisstation über den Up- bzw. Downlink-Kanal mit Mobilstationen, beispielsweise Mobiltelefonen oder Handies. Ferner ist ein Empfänger2 gezeigt, welcher ein Antenne aufweist, und die durch den Pfeil3 (Downlink) von der Basisstation2 gesendeten Signale empfängt. Diese Signal werden in Blocken. sogenannten „frames” bzw. „Rahmen”4 , ausgesandt. Dabei weisen die von der Basisstation1 ausgesandten Rahmen jeweils eine fortlaufende Rahmennummer auf Die Länge eines Rahmens ist dabei mit einer hohen Genauigkeit konstant und liegt im Bereich von etwa 4,6 ms. Im Betrieb des Mobilfunknetzes ist der Empfänger2 ein Mobiltelefon. Bei an sich bekannten Versorgungs- und Qualitätsvermessungen (drive test) des Funknetzes im Bereich der Basisstation1 ist der Empfänger2 ein Testmobiltelefon, welches in einem Kraftfahrzeug in einem Gebiet um die Basisstation1 herumgefahren wird, um dieses auszumessen. Dabei ist ein mögliches Ziel einer derartigen Versorgungsmessung festzustellen, ob es Bereiche gibt, in denen der Empfang beispielsweise durch natürliche Hindernisse beeinträchtigt ist. - Anhand der
2 und3 wird im folgenden der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung näher erlautert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. System weist eine Empfangseinrichtung2 auf, welche bevorzugt ein Testmobiltelefon ist. Die Empfangseinrichtung2 weist einen Decoder21 zum Decodieren der von der Basisstation1 übertragenen Signale auf. Ferner weist die Vorrichtung eine Positionsbestimmungseinrichtung auf, welche vorzugsweise ein GPS-Empfänger5 (GPS = global positioning system) ist. Selbstverständlich können auch andere geeignete Positionsbestimmungseinrichtungen, insbesondere satellitengestützte Einrichtungen basierend auf einem anderen Satellitensystem als dem GPS-System, in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden. Schließlich weist die Vorrichtung eine Zeitbestimmungseinrichtung bzw. Uhr auf, welche vorzugsweise ebenfalls durch den GPS-Empfänger5 realisiert ist. Gemäß dem GPS-System wird an einen GPS-Empfänger5 nicht nur Information bezüglich des Standortes sondern auch ein hochgenaues Zeitsignal gesendet. Als hochpräzise Zeitbestimmungseinrichtung kann aber grundsätzlich auch eine andere geeignete Einrichtung beispielsweise eine Atom- oder Funkuhr verwendet werden. Insbesondere kann die verwendete Zeitbestimmungseinrichtung von der Positionsbestimmungseinrichtung unabhängig und separat vorgesehen sein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind diese aber als Einheit im GPS-Empfänger5 ausgebildet. - Die Vorrichtung wird regelmäßig in oder an einem Fahrzeug zu einer Meßfahrt eingesetzt. An einer Position, welche beispielsweise durch eine Betätigung einer Bedienungsperson ausgelöst oder automatisch, beispielsweise in regelmäßigen Zeit- oder Ortsabständen, durchgeführt wird, wird neben der Messung der Qualität des Funknetzes eine Messung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Vorzugsweise wird eine Messung durch einen GPS-Zeitimpuls ausgelöst. Wie im folgenden noch naher erläutert wird. Der GPS-Empfänger
5 liefert dazu hochgenau einen absoluten Zeitpunkt, im folgenden t1 genannt. Ferner wird der zu diesem Zeitpunkt (nächste) empfangene Rahmen4 des von der Basisstation empfangenen Signals vom Decoder21 decodiert. Der Decoder21 decodiert nicht nur die empfangenen Informationssignale, sondern insbesondere auch die Rahmennummer r1 des Rahmens4 . Eine derartige Rahmennummer ist, wie oben in Verbindung mit1 beschrieben wurde, eine Eigenschaft aller digitalen Funknetze. Diese Rahmennummer stellt, wie durch die vorliegende Erfindung erkannt wurde, ebenfalls ein relatives Zeitnormal dar. Beim Empfang des GPS-Zeitimpulses wird ein Zähler22 gestartet. Der Zähler bzw. Zeitgeber (Zeittrigger)22 liefert den zeitlichen Versatz v1 des empfangenen Rahmens mit Rahmennummer r1 zu dem absoluten Zeitpunkt t1. Der Versatz v1 ist dabei beispielsweise als die zeitliche Differenz zwischen dem absoluten Zeitpunkt und dem Beginn des Rahmens definiert. Alternativ kann der Versatz durch den Abschnitt des Rahmens4 definiert werden, in welchem die Rahmennummer r1 übertragen wird. Dazu werden zu dem Zeitpunkt t1 + v1 die Positionsdaten51 des GPS-Empfängers5 , d. h. der Ort x1 des Fahrzeugs, in einer Datenbank6 abgelegt. In der Datenbank6 wird ferner die Rahmennummer r1, sowie der zeitliche Versatz v1 des absoluten Zeitpunkts t1 zum Rahmenempfang zusätzlich zu dem absoluten Zeitpunkt t1 und diesem zugeordnet gespeichert. Somit erhält man zu einem bekannten örtlichen Bezugspunkt auch einen zeitlichen Referenzpunkt die für eine Analyse gespeichert werden. - Entsprechend wird, wenn sich das Fahrzeug weiterbewegt hat, zum vom GPS gelieferten absoluten Zeitpunkt t2 vom Decoder
21 die Rahmennummer r2 des (nächsten) Rahmens4 decodiert und der Versatz v2 bestimmt. Ferner werden zu dem Zeitpunkt t2 + v2 die Positionsdaten51 des GPS-Empfängers5 , d. h. der Ort x2 des Fahrzeugs, in der Datenbank6 abgelegt. In dem Speicher6 wird zusätzlich die Rahmennummer r2, sowie der zeitliche Versatz v2 des absoluten Zeitpunkts t2 zum Rahmenempfang zusätzlich zu dem absoluten Zeitpunkt t2 und diesem zugeordnet gespeichert. Da die Rahmen4 in einem festen Zeitintervallen gesendet werden, und zwar mit hoher Genauigkeit etwa alle 4,6 ms, was der Rahmenlänge entspricht, und der Rahmennummerunterschied r2 – r1 bekannt ist, kann man die Laufzeitdifferenz berechnen. Wenn die beiden Rahmen mit den Nummern r1 bzw. r2 gleichzeitig von der Basisstation ausgesandt worden wären, wäre die Laufzeitdifferenz einfach die Differenz der absoluten Zeitpunkte des Empfangs der Rahmen r1 und r2 an den beiden Orten x1 bzw. x2, d. h. (t1 + v1) – (t2 + v2). Um nun die reale Laufzeitdifferenz Rahmen r1 und r2 an den beiden Orten x1 bzw. x2 zu erhalten, muß die Differenz der Aussendezeitpunkte der beiden Rahmen von (t1 – v1) – (t2 + v2) abgezogen werden. Die Laufzeitdifferenz beträgt daher (t1 + v1) – (t2 – v2) – [(r2 – r1)·4,6 ms]. - Ausgehend von der an den Orten x1 bzw. x2 ermittelten Laufzeitdifferenz wird nun die Position der Basisstation mit Hilfe eines Hyperbelortungsverfahrens bestimmt. Hierzu wird auf die
3 verwiesen. Diese Laufzeitdifferenz des Funksignals zwischen zwei Orten7 ,8 (entsprechend den vorerwähnten x1 bzw. x2) bildet einen Teil der Hyperbel-Ortung. Auf eine Karte würden alle möglichen Sendestandorte, d. h. Positionen der die der Messung zugrunde liegenden Rahmen aussendenden Basisstation, von denen diese Laufzeitdifferenz entstehen würde, auf einer Hyperbellinie81 stehen. Kommt nun eine weitere Laufzeitdifferenz hinzu, entweder von einem dritten Ort9 (x3) oder zwei weiteren Orten x3 bzw. x4, wird eine zweite Hyperbel91 definiert. Somit befindet sich die Basisstation1 am Schnittpunkt10 beider Hyperbeln81 ,91 . Die Auswertung wird vorzugsweise von einem entsprechenden Mikroprozessor bzw. PC durchgeführt. - Mathematische Verfahren können die Ergebnisse mehrfacher Vermessung zur Eliminierung von Meßfehlern nutzen und dabei die Zielposition noch genauer bestimmen Dies ist besonders im oben genannten Anwendungsfall interessant, da dies kontinuierlich mit den sekündlichen GPS-Zeitimpulsen durchgeführt werden kann und somit sehr viele Meßdaten zur Verfügung stehen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Basis- oder Feststation
- 2
- Empfangseinrichtung oder Testmobile
- 21
- Decoder
- 22
- Zeitgeber
- 23
- Rahmennummer + Versatz
- 3
- Funkweg
- 4
- Datenblock (Rahmen)
- 5
- (GPS-)Empfängereinrichtung
- 51
- Positionsdaten
- 52
- Zeitimpuls
- 6
- Datensammler
- 7
- erster Meßpunkt
- 8
- zweiter Meßpunkt
- 81
- Peillinie des ersten und zweiten Meßpunkt
- 9
- dritter Meßpunkt
- 91
- Peillinie zweiter und dritter Meßpunkt
- 10
- Zielposition
Claims (10)
- Verfahren zur Bestimmung der Position einer Basisstation (
1 ) eines Mobilfunknetzes, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens drei Orten, jeweils die Position des Ortes, eine Nummer eines Rahmens (4 ) eines von der Basisstation empfangenen Signals sowie der Zeitpunkt des Empfangs des Rahmens (4 ) bestimmt wird, wobei hieraus die Position der Basisstation (1 ) ermittelt wird, wobei jeweils aus der Differenz von zwei Zeitpunkten des Empfangs zweier Rahmen (4 ) und aus der Differenz der Rahmennummern eine Laufzeitdifferenz des Signals für zwei Orte bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus wenigstens zwei derartig bestimmten Laufzeitdifferenzwerten nach dem Hyperbelortungsverfahren eine Position der Basisstation (
4 ) ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitdifferenz L im wesentlichen durch folgende Formel berechnet wird
L = t1 – t2 – [(N2 – N1)·T] 4 ) ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitpunkt des Empfangs des Rahmens (
4 ) der Empfang eines vordefinierten Abschnitts des Rahmens (4 ) gewählt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vordefinierte Abschnitt der Anfang des Rahmens (
4 ) oder derjenige Abschnitt, der die Rahmennummer enthält, ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Position und/oder des Zeitpunkts des Empfangs eines Rahmens (
4 ) eine Empfängereinrichtung (5 ) für ein satellitengestütztes Navigationssystem vorgesehen ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung durch einen Zeitimpuls eines satellitengestützten Navigationssystems ausgelöst wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt des Empfangs des Rahmens (
4 ) durch einen Zeitpunkt und die Messung des zeitlichen Versatzes des Rahmes (4 ) zu diesem Zeitpunkt bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt durch ein Zeitnormal, insbesondere einen Zeitimpuls eines satellitengestützten Navigationssystems, vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren während einer Fahrt durch ein Gebiet zur Durchführung einer Versorgungs- und/oder Qualitätsmessung des Mobilfunknetzes in dem Gebiet durchgeführt wird.
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