WO2005034558A1 - Method and device for determining the position of a mobile communications facilities in a communications network - Google Patents

Method and device for determining the position of a mobile communications facilities in a communications network Download PDF

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WO2005034558A1
WO2005034558A1 PCT/EP2004/052251 EP2004052251W WO2005034558A1 WO 2005034558 A1 WO2005034558 A1 WO 2005034558A1 EP 2004052251 W EP2004052251 W EP 2004052251W WO 2005034558 A1 WO2005034558 A1 WO 2005034558A1
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WO
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determined
base
similarity
reception information
base stations
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PCT/EP2004/052251
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German (de)
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Joachim Bamberger
Marian Grigoras
Clemens Hoffmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0252—Radio frequency fingerprinting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G01C21/206—Instruments for performing navigational calculations specially adapted for indoor navigation

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for determining a position of a mobile grain communication device in a communication network.
  • Various techniques are known for determining a position of a mobile communication device in a communication network, which is spanned by base stations with known positions, for example a technique based on a determination of an incidence of wave fronts at the base stations or a technique on the basis of the determination of a runtime to the base stations, as is known from [1], or a technique based on a satellite-based system.
  • Runtime measurements per se are carried out in TDMA obil radio (Time Division Multiple Access mobile radio).
  • the individual mobile station which has logged into a fixed base station, is allocated a currently free time position in a TDMA frame.
  • the signals intended for the mobile station in question emanate from the base station, or - in the corresponding spectral range - the signals sent by the mobile station must arrive at the base station.
  • a mobile telephone contacts several base stations of known position within its radio range by sending or signaling a request for a position determination in a booking request.
  • the base stations contacted by the mobile phone then carry out runtime measurements initiated by the booking requests sent to them.
  • the contacted base stations which receive the relevant signaling for the position determination request, then determine a running time (half timing advance) of a simple path between the mobile phone and the respective base station. Then each of the contacted base stations sends a registration confirmation signal with the measured transit time back together with a unique identification code of the respective base station to the mobile phone.
  • the measurement accuracy of the run time determination carried out with this booking request is one bit duration, in GSM 48/13 ⁇ s, which corresponds to a simple path length of approximately 554 m.
  • a GSM network operator can additionally before offering services to telephone customers on its GSM network, for example location or distance-dependent usage tariffs.
  • determining the position of a mobile communication device can also be important for other purposes, such as for orientation for a wearer of the mobile communication device, for rescue operations, for search services, for breakdown assistance or for criminal statistics.
  • a determination of the position of a mobile communication device in a UMTS network is known from [3].
  • a position determination of a mobile radio device is already explicitly included in the standard or is required by it (TS 25.305 V3.1.0: stage 2 "Functional Specification of Location Services in UTRAN "(release 99), 3GPP TSG-RAN-WG2, 2000).
  • propagation models have the disadvantage that they have an ideal, unimpeded propagation behavior of a communication signal in a communication network based on what is often not the case for a communication network used in a real environment.
  • buildings or other obstacles can influence and significantly impede signal propagation.
  • position determination systems for mobile communication devices lead to inaccurate and incorrectly determined positions of mobile communication devices and can therefore only be used to a limited extent, particularly in buildings.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and an arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network, with which the position to be determined can be determined more reliably and without the abovementioned restrictions of position determination methods based on signal propagation models.
  • the problem is solved by the method and the arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network with the features according to the respective independent claim.
  • the method for determining a position of a mobile communication device in a communication network with base stations, each of which is at least set up to transmit a communication signal associated with the respective base station, and with predetermined, known base positions in the communication network has the following method steps: for each base position there is a first one Reception information determines which specifies at least those base stations whose associated communication signal can be received at the respective base position, For the mobile communication device, second reception information is determined at a location to be determined, which specifies at least those base stations whose respective communication signal can be received at the location to be determined; a similarity comparison is carried out between the first reception information and the second reception information, the similarity between in each case one of the first reception information items and the second reception information item is determined, that base position is used as the location of the mobile communication device to be determined, the first reception information item of which is most similar to the second reception information item.
  • the arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network with base stations, each of which is at least set up to transmit a communication signal associated with the respective base station, and with predetermined, known base positions in the communication network has: a) first evaluation units, with Which one can receive first reception information for each base position, which specifies at least those base stations whose associated communication signal can be received at the respective base position, b) a second evaluation unit with which second reception information can be determined for the mobile communication device at a location to be determined, which specifies at least those base stations whose respective communication signal can be received at the location to be determined, c) a comparison unit with which a comparison of similarity between the first reception information and the second reception information can be carried out, the respective similarity between one of the first reception information and the second reception information is determined, and with which that base position can be selected as the location of the mobile communication device to be determined, the first reception information of which is most similar to the second reception information.
  • Computer is executed, as well as a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier, set up to carry out all steps according to the inventive method, if the program is executed on a computer, are particularly suitable for carrying out the method according to the invention or one of its following explained further training.
  • a predetermined, known base position in the communication network is understood to mean that for a base position the position, described for example using absolute or relative coordinates, is known.
  • a particular advantage of the invention is that in the position determination according to the invention a position to be determined is selected from predetermined positions, methods based on methods for determining similarities, such as pattern recognition methods, "pattern matching” methods, “clustering”. Methods or other statistical methods based on probabilities can be applied.
  • the specified positions can be stored in a database.
  • the storage can also be compressed.
  • the selectable positions, the base positions are described by significant (reception) information, in this case the first reception information, which indicates signal reception at the respective selectable position mark.
  • the second reception information is collected for the mobile communication device at the location to be determined.
  • Such (receive) information is to be understood as any signal-describing quantities.
  • Information about the receivability of a signal or about the non-receivability of a signal at a position can also be characteristic of the position and thus serve as such (reception) information in the sense of the invention.
  • the similarity comparison provides the clearer and more meaningful results or the more unambiguous assignment of the position to be determined to one of the selectable positions, the more significant the reception behavior at a position, i.e. the more significant the signals that can be received at a position or the corresponding (reception) information for this position are or are.
  • the invention proves to be particularly efficient and good when the known position determination methods based on signal propagation models fail or can only be used to a limited extent, namely when obstacles or shields, such as buildings, prevent ideal and regular signal propagation.
  • the invention is therefore particularly suitable for locating mobile communication devices within buildings or commercial premises.
  • the invention or any further development described below can also be implemented by a computer program product which has a storage medium on which the computer program with program code means which carries out the invention or further development is stored.
  • a physical quantity is measured at each base position of each communication signal that can be received there, and this measured physical quantity and / or specify a quantity derived therefrom together with the specification of the associated base station in the first reception information of the respective base position. This can be done, for example, in the form of a feature vector.
  • the mobile communication device at the position to be determined, a physical quantity then being measured at the position to be determined from each communication signal that can be received there, and this measured physical quantity and / or a quantity derived therefrom together with the specification of the associated base station is specified in the second reception information.
  • Such a measured physical quantity can be: a frequency or an amplitude of a receivable communication signal.
  • a variable derived from this can be: a field strength or a runtime or a run length or a quality specification or a signal quality or a frame quality or an error specification or a bit error rate.
  • the comparison of similarity can be carried out in the invention on the basis of methods for determining similarities, such as pattern recognition methods, “ ⁇ attern-matching” methods, “clustering” methods or other statistical methods on the basis of probabilities.
  • Pattern recognition methods are known from [7]; “Pattern matching” methods are known from [8]; “Clustering” methods are known from [9].
  • the significance in determining the similarity can be increased if a distance from the position to be determined to the respective base position is taken into account.
  • the distance can be taken into account in such a way that, using a signal propagation model of a communication signal for a determined similarity, a distance is determined with which the determined similarity is weighted.
  • the similarity is described by a probability with which the location to be determined matches the respective base position.
  • a learning method is used in the comparison of similarity to optimize free parameters. This enables the differentiation significance to be increased and thus the reliability in determining the position to be increased.
  • the communication network is a cellular radio network, for example a GSM network or a wireless LAN or DECT multi-cell network, in which case a cell of such a radio network can be spanned or represented by one of the base stations.
  • a cellular radio network for example a GSM network or a wireless LAN or DECT multi-cell network, in which case a cell of such a radio network can be spanned or represented by one of the base stations.
  • FIG. 1 sketch of a DECT multi-cell network according to an embodiment
  • FIG. 2 method steps for determining a position of a mobile communication device in a commu nication network according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 1 shows a floor plan 100 of a floor 101 in a building.
  • the floor 101 shown has different rooms 102, office and supply rooms, which are arranged on both sides of a corridor 103.
  • the rooms 102 are each identified by a code 104, such as room 02.306.
  • a DECT multi-cell network (Digital Enhanced Cordless Telecommunication multi-cell network) 110 is installed in the building and thus also on the floor 101 shown, i.e. A cellular radio network based on a DECT standard is installed in floor 101.
  • the DECT multi-cell network 110 is spanned by base stations 111, which were installed in selected rooms 112 on the floor 101 and there at predetermined, known positions.
  • the base stations 111 send and receive communication signals according to the DECT standard.
  • the base stations 111 are also each identified by a code 112, such as base station BS 034.
  • Position information such as that of base stations 111 or of base positions 120 described below, is given with respect to a Cartesian coordinate system 130 with axes x 131 and y 132. This position information is determined using known position measuring systems, for example a GPS system or an ultrasound measuring system.
  • the position information for a base station is not necessarily known. If it is nevertheless known, it is possible to use the position of a base station 111 at the same time as the base position 120.
  • different measuring points MP 120, the base positions 120 were selected on the floor 101 (FIG. 2, step 210).
  • the selection can be made according to various criteria, for example positions which are distinguished by their position, easily measurable or accessible positions, positions which are already known (such as known positions of the base stations).
  • the positions of the base positions 120 are known, for example because they have been measured in advance, and are indicated in the Cartesian coordinate system 130.
  • the base positions 120 are also each identified by a code 121, for example base position BP 035.
  • Each base position 120 can thus be described by an individual reception vector 122, which is specific to the respective base position 120 and is also referred to as a specific reception pattern 122.
  • an associated receive vector 122 or an associated receive pattern 122 is in a general form:
  • such a reception pattern 122 reads:
  • the receivable base stations 111 are arranged according to their signal field strength that can be measured at the respective base position. Other order patterns are quite possible.
  • FIG. 1 Also shown in FIG. 1 is a mobile radio telephone 150 of the DECT multi-cell network 110 which operates according to the DECT standard (FIG. 2, step 220).
  • the radio telephone 150 is located at a position 160 to be determined on the floor 101.
  • the radio telephone 150 is also coupled to a field strength measuring device 151, with which the field strengths of the communication signals of the base stations 111 that can be received at the position 160 to be determined can be measured.
  • the communication signals of the base stations 111 that can be received at the position 160 to be determined are now measured and specified in a reception ector 123 or in a reception pattern 123 according to the base positions 120:
  • the reception pattern 123 of the radio telephone 150 is now compared with the reception pattern 122 of the base positions 122.
  • the 2nd specific parts of the reception pattern in particular are compared with each other.
  • criteria other than the greatest similarity can also be used for the selection of the base position, for example a limit value criterion or a limit band criterion.
  • the pattern comparison a similarity comparison using a Euclidean distance with distance-weighted similarities, is described below. It is pointed out that the distance weighting is only an extension of the actual pattern comparison, but not a necessary part of it:
  • K base stations are to be received at a position to be determined; in total, ref reference points ref or base positions were set up.
  • Similarity or a so-called overall Proximity Proxtotal 'a similarity of the reception pattern at the location to be determined to the reception pattern at a predetermined base position ref is the sum of partial Similarities, so-called partial proxies Proxj ⁇ (k index, which characterizes the respective partial proximity with respect to a base station k, calculates:
  • the partial proximity Prox] is a product of two factors, a first factor, an error weight ⁇ Errorc and a second factor, a distance measure ⁇ oist.
  • the distance measure ⁇ is a weighting of a similarity using a distance.
  • the distance measure ⁇ ist is maximum when an equivalent euclidean distance rg ⁇ is zero, and goes asymptotically to zero when reu ⁇ üd goes to infinity.
  • Pr ox ⁇ Error • ⁇ dist ( r euclid) (2)
  • P is a signal field strength or signal power
  • P ⁇ is a reference signal power of a base station at a reference distance r f j.
  • the exponent is the average spreading coefficient ⁇ of a communication signal from the respective base station.
  • a variance ⁇ is initially a freely selectable parameter that can later be optimized using a learning process and (r k - r k ) a quadratic Euclidean distance. mess ref 2
  • the square Euclidean distance (r k - r k ) can be expressed by the field, ,,, measuring strong P k measured at the position to be determined:
  • the sizes ro and Po can be excluded from the printout. Together they can then be absorbed into the variance ⁇ . These three free parameters must therefore be compressed as a single free parameter that can be optimized using a learning method.
  • the square Euclidean distance (r j-r ref k ) 2 can be calculated for all K base stations receivable at the position to be determined with respect to a selected base position ref and combined to form a similarity vector. This similarity vector is then the similarity of the reception pattern 123 of the radiotelephone 150 to the position to be determined 160 with a receiving patterns 122 a Basispositi ⁇ tions 122.
  • the error weight is defined as
  • This method therefore has two free parameters that can be optimized for a given data set, which represents the vector-valued function in a restricted spatial area, using a learning method.
  • 2 schematically shows the steps 200 carried out in the above-described position determination of the radio telephone 150:
  • Step 210 Determination of the reception pattern 122 of the base positions 120.
  • Step 230
  • Step 240
  • Position 160 of radio telephone 150 to be determined is the position of the “most similar” base position from step 240.
  • the alternative relates to the pattern comparison when determining the position of the radio telephone 150 and is a probability-based similarity comparison with distance-weighted similarities.
  • K base stations are to be received at a position to be determined; in total, ref reference points ref or base positions were set up.
  • the total proximity -P-rox otal of the reception pattern at a position to be determined with respect to a base position ref or j is again calculated as the sum of the partial proximity with respect to each receivable base station k:
  • the partial proximity is a distance measure which is at a maximum if the signal power received by the base station k at the position to be determined equals a reference power, i.e. is equal to the signal power of the same signal at a base position ref.
  • the partial proximity can be specified
  • ⁇ k j weights the difference in the received powers as a function of the received powers from the reference point. Differentiated distance evaluations can thus be introduced in different reception power ranges.
  • the free parameters a, b and c of this approach (14) can be optimized using a learning method.
  • Quality functions can be specified, with the aid of which the free parameters of the proximity measures or the conditional probability distributions can be optimized.
  • the base positions or reference points to be selected correspond to states WJ_ of the system, which are characterized by a feature vector - K W G R.
  • Features can be the signal field strength, the signal propagation time or a combination of both.
  • conditional probability P (x I Wf) corresponds to the probability of measuring a specific feature vector x at the base position ref.
  • a loss function corresponds to a location error when an incorrect reference point or an incorrect base position is selected.

Abstract

The invention relates to a method and device for determining the position of mobile communications equipment in a communications network comprising base stations transmitting communications signals and predetermined known base positions. For each base position, first receiving information (210) which displays at least the base stations whose corresponding communications signals are receivable at a respective base position is determined. A corresponding operation is carried out for mobile communications equipment at a determinable location, thereby making it possible to determine (220) second receiving information. During similarity comparison (230), the similarity between one of first receiving information and second receiving information is determined (240) and the base position as a determinable location of mobile communications equipment whose first receiving information comprises the maximum similarity (250) with second receiving information is selected.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Anordnung zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem KommunikationsnetzMethod and arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kornmunikationseiri— richtung in einem Kommunikationsnetz.The invention relates to a method and an arrangement for determining a position of a mobile grain communication device in a communication network.
Für eine Bestimmung einer Position einer mobilen Kommunikiati- onseinrichtung in einem Kommunikationsnetz,, welches aufgespannt wird durch Basisstationen mit bekannten Positionen, sind verschiedene Techniken bekannt, beispielsweise eine Technik auf der Grundlage einer Bestimmung eines Einfalls in- kels von Wellenfronten an den Basisstationen oder eine Technik aufgrund der Bestimmung einer Laufzeit zu den Basisst ati- onen, wie sie aus [1] bekannt ist, oder eine Technik aufg-rund eines satellitengestützten Systems.Various techniques are known for determining a position of a mobile communication device in a communication network, which is spanned by base stations with known positions, for example a technique based on a determination of an incidence of wave fronts at the base stations or a technique on the basis of the determination of a runtime to the base stations, as is known from [1], or a technique based on a satellite-based system.
LaufZeitmessungen an sich werden im TDMA- obilfunk (Time Division Multiple Access-Mobilfunk) durchgeführt. Der einzelnen Mobilstation, die sich bei einer ortsfesten Basisstation eingebucht hat, wird in dieser eine derzeit freie Zeitlage in einem TDMA-Rahmen zugeteilt .Runtime measurements per se are carried out in TDMA obil radio (Time Division Multiple Access mobile radio). The individual mobile station, which has logged into a fixed base station, is allocated a currently free time position in a TDMA frame.
Zu dieser Zeitlage gehen die für die betreffende Mobilsta-tion bestimmten Signale von der Basisstation ab , beziehungsweise - im entsprechenden Spektralbereich - müssen die von der -Mobilstation gesendeten Signale an der Basisstation eintreffen.At this time position, the signals intended for the mobile station in question emanate from the base station, or - in the corresponding spectral range - the signals sent by the mobile station must arrive at the base station.
Zur Bestimmung der diesen Zeitlagen zugeordneten Zeitspanznen an der Mobilstation unter Berücksichtigung der Laufzeit müssen diese zunächst grob bei der Schaffung eines Verbindungsaufbaus und dann laufend fein gemessen und verarbeitet wezr- den. Die Durchführung einer Positionsbestimmung mit Hilfe dieser so gemessenen Laufzeitwerte ist in [1] beschrieben und basiert auf einem Signalausbreitungsmodell, welches einen Zusammenhang zwischen einer Laufzeit eines sich ausbreitenden Signals und einer in einer Laufzeit zurückgelegten Strecke des Signals beschreibt.To determine the time frames associated with these time slots on the mobile station, taking into account the runtime, these must first be roughly measured and processed when a connection is established and then continuously. Carrying out a position determination with the aid of these transit time values measured in this way is described in [1] and is based on a signal propagation model which describes a relationship between a transit time of a propagating signal and a distance covered in a transit time of the signal.
Aus [2] ist ein solches Laufzeit basiertes Positionsermittlungsverfahren für ein Mobiltelefon in einem GSM-Kommunika- tionsnetz (= Global System for Mobile Communications) bekannt .Such a runtime-based position determination method for a mobile telephone in a GSM communication network (= Global System for Mobile Communications) is known from [2].
Bei diesem Positionsermittlungsverfahren nimmt ein Mobiltelefon zu mehreren in seiner Funkreichweite liegenden Basissta- tionen bekannter Position Kontakt auf, indem es in einer Ein- buchungsanforderung eine Anforderung einer Positionsbestimmung sendet bzw. signalisiert.With this position determination method, a mobile telephone contacts several base stations of known position within its radio range by sending or signaling a request for a position determination in a booking request.
Die von dem Mobiltelefon kontaktierten Basisstationen führen anschließend durch die an sie gesendeten Einbuchungsanforderungen eingeleitete LaufZeitmessungen durch. Die kontaktierten Basisstationen, die eine betreffende Signalisierung für die Positionsbestimmungsanforderung erhalten, ermitteln hierauf eine Laufzeit (halbes Timing Advance) eines einfachen Wegs zwischen dem Mobiltelefon und der jeweiligen Basisstation. Dann sendet jede der kontaktierten Basisstationen eine Einbuchungs-Bestätigungssignalisierung mit der gemessenen Laufzeit zusammen mit einem eindeutigen Identifizierungscode der jeweiligen Basisstation an das Mobiltelefon zurück.The base stations contacted by the mobile phone then carry out runtime measurements initiated by the booking requests sent to them. The contacted base stations, which receive the relevant signaling for the position determination request, then determine a running time (half timing advance) of a simple path between the mobile phone and the respective base station. Then each of the contacted base stations sends a registration confirmation signal with the measured transit time back together with a unique identification code of the respective base station to the mobile phone.
Eine Messgenauigkeit der mit dieser Einbuchungsanforderung durchgeführten LaufZeitbestimmung beträgt eine Bitdauer, also in GSM 48/13 μs, was einer einfachen Weglänge von etwa 554m entspricht.The measurement accuracy of the run time determination carried out with this booking request is one bit duration, in GSM 48/13 μs, which corresponds to a simple path length of approximately 554 m.
Basierend auf eine solche Positionsermittlung eines Mobilste- lefons in einem GSM-Netz kann ein GSM-Netzbetreiber zusätzli- ehe Serviceleistungen Telefonkunden seines GSM-Netzes anbieten, beispielsweise orts- oder entfernungsabhängige Nutzungstarife .Based on such a position determination of a mobile phone in a GSM network, a GSM network operator can additionally before offering services to telephone customers on its GSM network, for example location or distance-dependent usage tariffs.
Im allgemeinen kann eine Positionsbestimmung einer mobilen Kommunikationseinrichtung auch für andere Zwecke von Bedeutung sein, wie zur Orientierung für einen Träger der mobilen Kommunikationseinrichtung, für Rettungseinsätze, für Suchdienste, für eine Pannenhilfe oder für eine Kriminalistik.In general, determining the position of a mobile communication device can also be important for other purposes, such as for orientation for a wearer of the mobile communication device, for rescue operations, for search services, for breakdown assistance or for criminal statistics.
Aus [3] ist eine Positionsermittlung einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem UMTS-Netz (= Universal Mobile Tele- communication System-Netz ) bekannt . Bei dem entsprechenden UMTS- Mobilfunkstandart, auf welchem das UMTS-Netz basiert, ist eine Positionsermittlung eines Mobilfunkgerätes bereits explizit im Standart enthalten bzw. wird durch diesen gefordert (TS 25.305 V3.1.0 : stage 2 "Func- tional Specification of Location Services in UTRAN" (release 99), 3GPP TSG-RAN-WG2, 2000).A determination of the position of a mobile communication device in a UMTS network (= Universal Mobile Telecommunication System network) is known from [3]. With the corresponding UMTS mobile radio standard on which the UMTS network is based, a position determination of a mobile radio device is already explicitly included in the standard or is required by it (TS 25.305 V3.1.0: stage 2 "Functional Specification of Location Services in UTRAN "(release 99), 3GPP TSG-RAN-WG2, 2000).
Aus [4], [5] und [6] sind weitere Verfahren zur Positionsermittlung einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommunikationsnetz bekannt.Further methods for determining the position of a mobile communication device in a communication network are known from [4], [5] and [6].
Diese aus [1] bis [6] bekannten Positionsermittlungsverfahren basieren auf Signalausbreitungsmodelle, welche im allgemeinen eine Zusammenhang zwischen einer Änderung einer physikalischen Größe, welche ein von einem Sender ausgesendetes und sich ausbreitendes Kommunikationssignal beschreibt, bei- spielsweise eine Zeit oder eine Signalstärke, und einer von dem ausgesendeten Kommunikationssignal zurückgelegten Strecke beschreiben.These position determination methods known from [1] to [6] are based on signal propagation models which generally have a relationship between a change in a physical variable which describes a communication signal emitted and propagating by a transmitter, for example a time or a signal strength, and one describe the distance covered by the transmitted communication signal.
Solche Ausbreitungsmodelle weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie ein ideales, ungehindertes Ausbreitungsverhal- ten eines Kommunikationssignals in einem Kommunikationsnetz zugrunde legen, was häufig für ein in einer realen Umgebung eingesetztes Kommunikationsnetz nicht zutrifft.However, such propagation models have the disadvantage that they have an ideal, unimpeded propagation behavior of a communication signal in a communication network based on what is often not the case for a communication network used in a real environment.
So können beispielsweise Gebäude oder andere Hindernisse, beispielsweise geologische Formationen, eine Signalausbreitung beeinflussen und erheblich behindern.For example, buildings or other obstacles, such as geological formations, can influence and significantly impede signal propagation.
In diesen Fällen führen Positionsermittlungssysteme für mobile Kommunikationseinrichtungen zu ungenauen und zu falsch er- mittelten Positionen von mobilen Kommunikationseinrichtungen und sind deshalb nur eingeschränkt, insbesondere in Gebäuden, einsetzbar.In these cases, position determination systems for mobile communication devices lead to inaccurate and incorrectly determined positions of mobile communication devices and can therefore only be used to a limited extent, particularly in buildings.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommunikationsnetz anzugeben, mit welchen die zu bestimmende Position zuverlässiger und ohne die oben genannten Einschränkungen von auf Signalausbreitungsmodellen basierenden Positionsermittlungs- verfahren ermittelt werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a method and an arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network, with which the position to be determined can be determined more reliably and without the abovementioned restrictions of position determination methods based on signal propagation models.
Das Problem wird durch das Verfahren und die Anordnung zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommunikationsnetz mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.The problem is solved by the method and the arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network with the features according to the respective independent claim.
Das Verfahren zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommunikationsnetz mit Basisstationen, welche jeweils mindestens eingerichtet sind zum Senden eines der jeweiligen Basisstation zugehörigen Kommunikationssignals, und mit vorgegebenen, bekannten Basispositionen in dem Kommunikationsnetz, weist folgende Verfahrensschritte auf: für jede Basisposition wird eine erste Empfangsinformation bestimmt, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren zugehöriges Kommunikationssignal an der jeweiligen Basisposition empfangbar ist, für die mobile Kommunikationseinrichtung wird an einem zu bestimmenden Ort eine zweite Empfangsinformation bestimmt, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren jeweiliges Kommunikationssignal an dem zu bestimmenden Ort empfangbar ist, ein Ähnlichkeitsvergleich wird zwischen den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Empfangsinformation durchgeführt, wobei jeweils die Ähnlichkeit zwischen einer von den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Emp- fangsinformation ermittelt wird, diejenige Basisposition wird als der zu ermittelnde Ort des mobilen Kommunikationsgeräts verwendet, deren erste Empfangsinformation die größte Ähnlichkeit zu der zweiten Empfangsinformation aufweist.The method for determining a position of a mobile communication device in a communication network with base stations, each of which is at least set up to transmit a communication signal associated with the respective base station, and with predetermined, known base positions in the communication network, has the following method steps: for each base position there is a first one Reception information determines which specifies at least those base stations whose associated communication signal can be received at the respective base position, For the mobile communication device, second reception information is determined at a location to be determined, which specifies at least those base stations whose respective communication signal can be received at the location to be determined; a similarity comparison is carried out between the first reception information and the second reception information, the similarity between in each case one of the first reception information items and the second reception information item is determined, that base position is used as the location of the mobile communication device to be determined, the first reception information item of which is most similar to the second reception information item.
Die Anordnung zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommunikationsnetz mit Basisstationen, welche jeweils mindestens eingerichtet sind zum Senden eines der jeweiligen Basisstation zugehörigen Kommuni- kationssignals, und mit vorgegebenen, bekannten Basispositionen in dem Kommunikationsnetz, weist auf: a) erste Auswerteeinheiten, mit welchen für jede Basisposition eine erste Empfangsinformation bestimmbar ist, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren zugehöriges Kommunikationssignal an der jeweiligen Basisposition empfangbar ist, b) eine zweite Auswerteeinheit, mit welcher für die mobile Kommunikationseinrichtung an einem zu bestimmenden Ort eine zweite Empfangsinformation bestimmbar ist, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren jeweiliges Kommunikationssignal an dem zu bestimmenden Ort empfangbar ist, c) eine Vergleichseinheit, mit welcher ein Ähnlichkeitsvergleich zwischen den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Empfangsinformation durchführbar ist, wobei jeweils die Ähnlichkeit zwischen einer von den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Empfangsinformation bestimmt wird, und mit welcher diejenige Basisposition als der zu ermittelnde Ort des mobilen Kommunikationsgeräts auswählbar ist, deren erste Empfangsin ormation die größte Ähnlichkeit zu der zweiten Empfangsinformation aufweist.The arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network with base stations, each of which is at least set up to transmit a communication signal associated with the respective base station, and with predetermined, known base positions in the communication network, has: a) first evaluation units, with Which one can receive first reception information for each base position, which specifies at least those base stations whose associated communication signal can be received at the respective base position, b) a second evaluation unit with which second reception information can be determined for the mobile communication device at a location to be determined, which specifies at least those base stations whose respective communication signal can be received at the location to be determined, c) a comparison unit with which a comparison of similarity between the first reception information and the second reception information can be carried out, the respective similarity between one of the first reception information and the second reception information is determined, and with which that base position can be selected as the location of the mobile communication device to be determined, the first reception information of which is most similar to the second reception information.
Die Anordnung sowie ein Computerprogramm mit Programmcode- Mitteln, eingerichtet um alle Schritte gemäß dem erfinderi- sehen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einemThe arrangement and a computer program with program code means, set up to carry out all steps according to the inventive method when the program is on a
Computer ausgeführt wird, sowie ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, eingerichtet um alle Schritte gemäß dem erfinderischen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird, sind insbesondere geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner nachfolgend erläuterten Weiterbildungen.Computer is executed, as well as a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier, set up to carry out all steps according to the inventive method, if the program is executed on a computer, are particularly suitable for carrying out the method according to the invention or one of its following explained further training.
Unter einer vorgegebenen, bekannten Basisposition in dem Kom- munikationsnetz ist dabei zu verstehen, dass für eine Basisposition die Position, beschrieben beispielsweise unter Verwendung von absoluten oder relativen Koordinaten, bekannt ist .A predetermined, known base position in the communication network is understood to mean that for a base position the position, described for example using absolute or relative coordinates, is known.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei der erfindungsgemäßen Positionsbestimmung eine zu bestimmende Position aus vorgegebenen Positionen ausgewählt wird, wobei Verfahren auf der Basis von Verfahren zur Bestimmung von Ähnlichkeiten, wie Mustererkennungsverfahren, "pattern- matching"-Verfahren, "clustering"-Verfahren oder andere statistische Verfahren auf der Basis von Wahrscheinlichkeiten, angewandt werden können.A particular advantage of the invention is that in the position determination according to the invention a position to be determined is selected from predetermined positions, methods based on methods for determining similarities, such as pattern recognition methods, "pattern matching" methods, "clustering". Methods or other statistical methods based on probabilities can be applied.
Je größer dabei die Anzahl der vorgegebenen Positionen ist, desto genauer kann bei der Erfindung die zu bestimmende Posi¬ tion ermittelt werden. Die vorgegebenen Positionen können dabei in einer Datenbank gespeichert sein. Die Speicherung kann auch komprimiert erfolgen.The greater is the number of predetermined positions, the more accurately can be determined to be determined Posi ¬ tion in the invention. The specified positions can be stored in a database. The storage can also be compressed.
Ferner erweist sich bei der Erfindung in Hinblick auf die Ähnlichkeitsermittlung besonders von Vorteil, dass die auswählbaren Positionen, die Basispositionen, durch signifikante (Empfangs-) Informationen, in diesem Fall die ersten Empf ngsinformationen, beschrieben werden, welche einen Signalempfang an der jeweiligen auswählbaren Position kennzeichnen. Entsprechende Informationen, die zweite Empfangsinformation, werden für die mobile Kommunikationseinrichtung an dem zu bestimmenden Ort erhoben.Furthermore, in the case of the similarity determination, it is particularly advantageous in the case of the invention that the selectable positions, the base positions, are described by significant (reception) information, in this case the first reception information, which indicates signal reception at the respective selectable position mark. Corresponding information, the second reception information, is collected for the mobile communication device at the location to be determined.
Dabei sind unter solchen (Empfangs-) Informationen alle beliebigen Signal-beschreibende Größen zu verstehen. Auch schon eine Information über die Empfangbarkeit eines Signals bzw. über die Nicht-Empfangbarkeit eines Signals an einer Position kann kennzeichnend für die Position sein und damit als solche (Empfangs-) Information im Sinne der Erfindung dienen.Such (receive) information is to be understood as any signal-describing quantities. Information about the receivability of a signal or about the non-receivability of a signal at a position can also be characteristic of the position and thus serve as such (reception) information in the sense of the invention.
Dementsprechend liefert der Ähnlichkeitsvergleich um so eindeutigere und aussagekräftigere Ergebnisse bzw. eine um so eindeutigere Zuweisung der zu bestimmenden Position zu einer von den auswählbaren Positionen, je signifikanter das Empfangsverhalten an einer Position ist, d.h. je signifikanter die an einer Position empfangbaren Signale bzw. die entsprechende (Empfangs-) Information für diese Position sind bzw. ist .Accordingly, the similarity comparison provides the clearer and more meaningful results or the more unambiguous assignment of the position to be determined to one of the selectable positions, the more significant the reception behavior at a position, i.e. the more significant the signals that can be received at a position or the corresponding (reception) information for this position are or are.
Solches tritt in der Regel gerade dann auf, wenn die Ausbreitung eines Kommunikationssignals nicht ideal, sondern gestört und sehr unregelmäßig ist . Dann nämlich sind die an einer Position empfangbaren (gestörten) Kommunikationssignale beson- deres kennzeichnend bzw. aussagekräftig für diese Position. Anschaulich gesehen erweist sich damit die Erfindung dann als besonderes effizient und gut, wenn die bekannten Positionsermittlungsverfahren auf der Basis von Signalausbreitungsmodellen versagen oder nur eingeschränkt anwendbar sind, nämlich dann wenn Hindernisse oder Abschirmungen, wie Gebäude, eine ideale und regelmäßige Signalausbreitung verhindern.This usually occurs when the propagation of a communication signal is not ideal, but is disturbed and very irregular. Then namely that the (disturbed) communication signals receivable at a position are particularly characteristic or meaningful for this position. Clearly, the invention proves to be particularly efficient and good when the known position determination methods based on signal propagation models fail or can only be used to a limited extent, namely when obstacles or shields, such as buildings, prevent ideal and regular signal propagation.
Somit eignet sich die Erfindung besonders zur Lokalisierung von mobilen Kommunikationseinrichtungen innerhalb von Gebäu- den oder gewerblichen Werksgeländen.The invention is therefore particularly suitable for locating mobile communication devices within buildings or commercial premises.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention result from the dependent claims.
Die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die Verfahren als auch auf die Anordnung.The further developments described below relate both to the method and to the arrangement.
Die Erfindung und die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, bei- spielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.The invention and the further developments described below can be implemented both in software and in hardware, for example using a special electrical circuit.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer im weiteren beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computer- lesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.Furthermore, an implementation of the invention or a further development described below is possible by means of a computer-readable storage medium on which the computer program with program code means which carries out the invention or further development is stored.
Auch kann die Erfindung oder jede im weiteren beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem das Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.The invention or any further development described below can also be implemented by a computer program product which has a storage medium on which the computer program with program code means which carries out the invention or further development is stored.
Bei einer Weiterbildung wird an jeder Basisposition von jedem dort empfangbaren Kommunikationssignal eine physikalische Größe gemessen und diese gemessene physikalische Größe und/oder eine daraus abgeleitete Größe zusammen mit der Angabe der zugehörigen Basisstation in der ersten Empfangsinformation der jeweiligen Basisposition angeben. Dieses kann beispielsweise in Form eines Merkmalsvektors erfolgen.In a further development, a physical quantity is measured at each base position of each communication signal that can be received there, and this measured physical quantity and / or specify a quantity derived therefrom together with the specification of the associated base station in the first reception information of the respective base position. This can be done, for example, in the form of a feature vector.
Entsprechendes kann auch für die mobile Kommunikationseinrichtung an der zu bestimmenden Position erfolgen, wobei dann an der zu bestimmenden Position von jedem dort empfangbaren Kommunikationssignal eine physikalische Größe gemessen wird und diese gemessene physikalische Größe und/oder eine daraus abgeleitete Größe zusammen mit der Angabe der zugehörigen Basisstation in der zweiten Empfangsinformation angeben wird.The same can also be done for the mobile communication device at the position to be determined, a physical quantity then being measured at the position to be determined from each communication signal that can be received there, and this measured physical quantity and / or a quantity derived therefrom together with the specification of the associated base station is specified in the second reception information.
Eine solche gemessene physikalische Größe kann sein: eine Frequenz oder eine Amplitude eines empfangbaren Kommunikationssignals. Eine daraus abgeleitete Größe kann sein: eine Feldstärke oder eine Laufzeit oder eine Lauflänge oder eine Qualitätsangabe oder eine Signalqualität oder eine Framequalität oder eine Fehlerangabe oder eine Bit-Error-Rate .Such a measured physical quantity can be: a frequency or an amplitude of a receivable communication signal. A variable derived from this can be: a field strength or a runtime or a run length or a quality specification or a signal quality or a frame quality or an error specification or a bit error rate.
Ferner ist es möglich, zumindest eine von den Basisstationen an einer von den vorgegebenen, bekannten Basispositionen aufzustellen.Furthermore, it is possible to set up at least one of the base stations at one of the predetermined, known base positions.
Der Ähnlichkeitsvergleich kann bei der Erfindung auf der Basis von Verfahren zur Bestimmung von Ähnlichkeiten, wie Mustererkennungsver ahren, "ρattern-matching"-Ve fahren, "clustering"-Verfahren oder andere statistische Verfahren auf der Basis von Wahrscheinlichkeiten durchgeführt werden.The comparison of similarity can be carried out in the invention on the basis of methods for determining similarities, such as pattern recognition methods, “ρattern-matching” methods, “clustering” methods or other statistical methods on the basis of probabilities.
Mustererkennungverfahren sind aus [7] bekannt; "pattern- matching"-Verfahren sind aus [8] bekannt; "clustering"- Verfahren sind aus [9] bekannt.Pattern recognition methods are known from [7]; "Pattern matching" methods are known from [8]; "Clustering" methods are known from [9].
Die Signifikant bei der Bestimmung der Ähnlichkeit kann erhöht werden, wenn ein Abstand von der zu ermittelnden Position zu der jeweiligen Basisposition berücksichtigt wird. Der Abstand kann derart berücksichtigt werden, dass unter Verwendung eines Signalausbreitungsmodells eines Kommunikationssignals für eine ermittelte Ähnlichkeit ein Abstand ermit- telt wird, mit welchem die ermittelte Ähnlichkeit gewichtet wird.The significance in determining the similarity can be increased if a distance from the position to be determined to the respective base position is taken into account. The distance can be taken into account in such a way that, using a signal propagation model of a communication signal for a determined similarity, a distance is determined with which the determined similarity is weighted.
In einer Weiterbildung wird die Ähnlichkeit durch eine Wahrscheinlichkeit, mit welcher der zu ermittelnde Ort mit der jeweiligen Basisposition übereinstimmt, beschrieben.In a further development, the similarity is described by a probability with which the location to be determined matches the respective base position.
Insbesondere ist es möglich, die Ähnlichkeit durch eine Abstandsnorm, beispielsweise durch eine Euklidische Abstandsnorm, zu beschreiben.In particular, it is possible to describe the similarity using a distance standard, for example an Euclidean distance standard.
In einer Ausgestaltung wird bei dem Ähnlichkeitsvergleich ein Lernverfahren eingesetzt zur Optimierung freier Parameter. Damit kann die Unterscheidungssignifikanz erhöht und damit die Zuverlässigkeit bei der Positionsbestimmung erhöht wer- den.In one embodiment, a learning method is used in the comparison of similarity to optimize free parameters. This enables the differentiation significance to be increased and thus the reliability in determining the position to be increased.
In einer Ausgestaltung ist das Kommunikationsnetz ein zellulares Funknetz, beispielsweise ein GSM-Netz oder ein Wireless-LAN oder DECT-Multizellen-Netz, wobei in diesem Fall ei- ne Zelle eines solchen Funknetzes durch eine von den Basisstationen aufgespannt bzw. repräsentiert werden kann.In one embodiment, the communication network is a cellular radio network, for example a GSM network or a wireless LAN or DECT multi-cell network, in which case a cell of such a radio network can be spanned or represented by one of the base stations.
In Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im weiteren näher erläutert wird.An exemplary embodiment of the invention is shown in the figures and is explained in more detail below.
Es zeigenShow it
Figur 1 Skizze eines DECT-Multizellen-Netz gemäß einem Ausführungsbeispiels;Figure 1 sketch of a DECT multi-cell network according to an embodiment;
Figur 2 Verfahrensschritte zur Bestimmung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommu- nikationsnetz gemäß einem ersten Ausführungsbei- spiels;FIG. 2 method steps for determining a position of a mobile communication device in a commu nication network according to a first exemplary embodiment;
Ausführungsbeispiel: Gebäudeinternes DECT-Multizellen-NetzExemplary embodiment: DECT multi-cell network inside the building
In Fig.1 ist ein Grundriss 100 eines Stockwerks 101 in einem Gebäude dargestellt. Das dargestellt Stockwerk 101 weist verschieden Räume 102, Büro- und Versorgungsräume, auf, welche beidseitig an einem Gang 103 angeordnet sind. Die Räume 102 sind jeweils durch einen Code 104, wie beispielsweise Raum 02.306, gekennzeichnet.1 shows a floor plan 100 of a floor 101 in a building. The floor 101 shown has different rooms 102, office and supply rooms, which are arranged on both sides of a corridor 103. The rooms 102 are each identified by a code 104, such as room 02.306.
In dem Gebäude und damit auch in dem dargestellten Stockwerk 101 ist ein DECT-Multizellen-Netz (Digital Enhanced Cordless Telecom unications-Multizellen-Netz) 110 installiert, d.h. in dem Stockwerk 101 ist ein zellulares Funknetz auf Basis eines DECT-Standard installiert.A DECT multi-cell network (Digital Enhanced Cordless Telecommunication multi-cell network) 110 is installed in the building and thus also on the floor 101 shown, i.e. A cellular radio network based on a DECT standard is installed in floor 101.
Der DECT-Standard ist in [10] beschrieben.The DECT standard is described in [10].
Das DECT-Multizellen-Netz 110 wird aufgespannt durch Basisstationen 111, welche in ausgewählten Räume 112 des Stockwerks 101 und dort an vorbestimmten, bekannten Positionen installiert wurden. Die Basisstationen 111 senden und empfangen Kommunikationssignale gemäß dem DECT-Standard.The DECT multi-cell network 110 is spanned by base stations 111, which were installed in selected rooms 112 on the floor 101 and there at predetermined, known positions. The base stations 111 send and receive communication signals according to the DECT standard.
Die Basisstationen 111 sind ebenfalls jeweils durch einen Code 112, wie beispielsweise Basisstation BS 034, gekennzeichnet .The base stations 111 are also each identified by a code 112, such as base station BS 034.
Positionsangaben, wie die der Basisstationen 111 oder die von nachfolgend beschriebener Basispositionen 120, sind bezüglich eines karthesischen Koordinatensystems 130 mit Achsen x 131 und y 132 angegeben. Die Bestimmung dieser Positionsangaben erfolgt unter Verwendung bekannter Positionsmesssysteme, beispielsweise einem GPS-Systems oder einem Ultraschall- Messsystem. Eine Kennzeichnung einer Basisstation 111 lautet dementsprechend: Basisstation BS 034 (x=-27.1; y=-l.l).Position information, such as that of base stations 111 or of base positions 120 described below, is given with respect to a Cartesian coordinate system 130 with axes x 131 and y 132. This position information is determined using known position measuring systems, for example a GPS system or an ultrasound measuring system. A base station 111 is accordingly identified as follows: base station BS 034 (x = -27.1; y = -ll).
Es ist anzumerken, dass die Positionsangabe für eine Basisstation nicht notwendigerweise bekannt sein uss. Falls sie trotzdem bekannt ist, ist es möglich die Position einer Basisstation 111 zugleich auch als Basisposition 120 zu verwenden.It should be noted that the position information for a base station is not necessarily known. If it is nevertheless known, it is possible to use the position of a base station 111 at the same time as the base position 120.
Ferner wurden in dem Stockwerk 101 verschiedene Messpunkte MP 120, die Basispositionen 120, ausgewählt (Fig.2, Schritt 210) . Die Auswahl kann unter verschiedenen Kriterien erfolgen, beispielsweise durch ihre Lage ausgezeichnete Positio- nen, leicht vermessbare oder zugängliche Positionen, bereits bekannte Positionen (wie zum Beispiel bekannte Positionen der Basisstationen) .Furthermore, different measuring points MP 120, the base positions 120, were selected on the floor 101 (FIG. 2, step 210). The selection can be made according to various criteria, for example positions which are distinguished by their position, easily measurable or accessible positions, positions which are already known (such as known positions of the base stations).
Die Positionen der Basispositionen 120 sind bekannt, weil beispielsweise vorab vermessen, und in dem karthesischen Koordinatensystem 130 angegeben. Auch sind die Basispositionen 120 jeweils durch einen Code 121, beispielsweise Basisposition BP 035, gekennzeichnet.The positions of the base positions 120 are known, for example because they have been measured in advance, and are indicated in the Cartesian coordinate system 130. The base positions 120 are also each identified by a code 121, for example base position BP 035.
Eine Kennzeichnung einer Basisposition 120 lautet dementsprechend: Basisposition BP 035 (x=0.1; y=-17.9).A base position 120 is identified accordingly: base position BP 035 (x = 0.1; y = -17.9).
An jeder Basisposition 120 wurden Feldstärkenmessungen für die an der jeweiligen Basisposition empfangbaren, von den Ba- sisstationen 111 ausgesendeten Kommunikationssignale durchgeführt .At each base position 120, field strength measurements were carried out for the communication signals that can be received at the respective base position and sent out by the base stations 111.
Entsprechende Messgeräte zur Messung von Feldstärken sind allgemein bekannt .Corresponding measuring devices for measuring field strengths are generally known.
Es ist anzumerken, dass auch andere, ein Kommunikationssignal kennzeichnende Größen, jeweils alleine oder auch in Kombina- tion, beispielsweise eine Frequenz, eine Amplitude, eine Laufzeit, eine Lauflänge, eine Qualitätsangabe, eine Signalqualität, eine Framequalität, eine Fehlerangabe, eine Bit- Error-Rate, anstelle der Feldstärke oder in Kombination ver- wendet werden kann.It should be noted that other variables that characterize a communication signal, either alone or in combination. tion, for example a frequency, an amplitude, a running time, a running length, a quality specification, a signal quality, a frame quality, an error specification, a bit error rate, can be used instead of the field strength or in combination.
Jede Basisposition 120 lässt sich somit durch einen individuellen, für die jeweilige Basisposition 120 spezifischen Empfangsvektor 122, auch als spezifisches Empfangsmuster 122 be- zeichnet, beschreiben.Each base position 120 can thus be described by an individual reception vector 122, which is specific to the respective base position 120 and is also referred to as a specific reception pattern 122.
Für eine Basisposition 120 lautet dementsprechend ein zugehöriger Empfangsvektor 122 oder ein zugehöriges Empfangsmuster 122 in allgemeiner Form:Accordingly, for a base position 120, an associated receive vector 122 or an associated receive pattern 122 is in a general form:
1. allgemeiner Teil:1st general part:
Basisposition BP "Code 121" (x= ...; y= ...):Base position BP "Code 121" (x = ...; y = ...):
2. spezifischer Teil: ("Code der ersten (am stärksten) empfangbaren Basisstation"; gemessene Signalfeldstärke= ... [dBm] ) ("Code der zweiten (am zweitstärksten) empfangbaren Basisstation"; gemessene Signal- feldstärke= ...[dBm]) u.s.w. .2nd specific part: ("Code of the first (strongest) receivable base station"; measured signal field strength = ... [dBm]) ("Code of the second (strongest) receivable base station"; measured signal field strength = ... [ dBm]) etc ,
In einem konkreten Fall (für die Basisposition 035) lautet ein solches Empfangsmuster 122:In a specific case (for base position 035), such a reception pattern 122 reads:
BP 035 (x=0.1; y=-17.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 - 67dBm) (001 -104dBm) .BP 035 (x = 0.1; y = -17.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 - 67dBm) (001 -104dBm).
Die empfangbaren Basisstationen 111 sind in diesem Fall entsprechend ihrer an der jeweiligen Basisposition messbaren Signalfeldstärke geordnet . Andere Ordnungsmuster sind durchaus möglich.In this case, the receivable base stations 111 are arranged according to their signal field strength that can be measured at the respective base position. Other order patterns are quite possible.
Zusammenfassend sind folgende Informationen (auszugsweise zur Veranschaulichung) bei dem Ausführungsbeispiel bekannt: Basisstationen 111: BP 001 (x=5.7; y=-1.9) BP 034 (x=0.1; y=-17.9) BP 084 (x=-10.1; y=7.9)In summary, the following information (excerpts for illustration) are known in the exemplary embodiment: Base stations 111: BP 001 (x = 5.7; y = -1.9) BP 034 (x = 0.1; y = -17.9) BP 084 (x = -10.1; y = 7.9)
Basispositionen 120: BP 035 (x=0.1; y=-17.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 - 67dBm) (001 -104dBm)Base positions 120: BP 035 (x = 0.1; y = -17.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 - 67dBm) (001 -104dBm)
BP 017 (x=-0.1; y=-27.9): (001 -114dBm) (004 -145dBm) (073 157dBm)BP 017 (x = -0.1; y = -27.9): (001 -114dBm) (004 -145dBm) (073 157dBm)
BP 735 (x=110.1; y=-100.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 67dBm) (001 -104dBm)BP 735 (x = 110.1; y = -100.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 67dBm) (001 -104dBm)
Auch ist in Fig.l ein mobiles, nach DECT-Standard arbeitendes Funktelefon 150 des DECT-Multizellen-Netz 110 dargestellt (Fig.2, Schritt 220). Das Funktelefon 150 befindet sich an einer zu bestimmenden Position 160 in dem Stockwerk 101.Also shown in FIG. 1 is a mobile radio telephone 150 of the DECT multi-cell network 110 which operates according to the DECT standard (FIG. 2, step 220). The radio telephone 150 is located at a position 160 to be determined on the floor 101.
Das Funktelefon 150 ist auch mit einem Feldstärkenmessgerät 151 gekoppelt, mit welchem die Feldstärken der an der zu bestimmenden Position 160 empfangbaren Kommunikationssignale der Basisstationen 111 messbar sind.The radio telephone 150 is also coupled to a field strength measuring device 151, with which the field strengths of the communication signals of the base stations 111 that can be received at the position 160 to be determined can be measured.
Bei der Bestimmung der Position des Funktelefons 150 werden nun die an der zu bestimmenden Position 160 empfangbaren Kommunikationssignale der Basisstationen 111 gemessen und entsprechend der Basispositionen 120 in einem Empf ngs ektor 123 oder in einem Empfangsmuster 123 angegeben:When determining the position of the radio telephone 150, the communication signals of the base stations 111 that can be received at the position 160 to be determined are now measured and specified in a reception ector 123 or in a reception pattern 123 according to the base positions 120:
Funktelefon X (x=?; y=?) : (034 -32dBm) (084 -57dBm) (023 - 60dBm) (001 -124dBm) .Radiotelephone X (x = ?; y =?): (034 -32dBm) (084 -57dBm) (023 - 60dBm) (001 -124dBm).
In einem Mustervergleich (Fig.2, Schritt 230 und Schritt 240), welcher nachfolgend beschrieben ist, werden nun das Empfangsmuster 123 des Funktelefons 150 mit den Empfangsmustern 122 der Basispositionen 122 verglichen. In dem Mustervergleich werden insbesondere jeweils die 2. spezifischen Teile der Empfangsmuster miteinander verglichen. Der Mustervergleich liefert die größte Übereinstimmung bzw. Ähnlichkeit zwischen dem Empfangsmuster 123 des Funktelefons 150 und dem Empf ngsmuster 122 der Basisposition 035 (120) : Funktelefon X (x=?; y=?) : (034 -32dBm) (084 -57dBm) (023 -60dBm) (001 -124dBm)In a pattern comparison (FIG. 2, step 230 and step 240), which is described below, the reception pattern 123 of the radio telephone 150 is now compared with the reception pattern 122 of the base positions 122. In the pattern comparison, the 2nd specific parts of the reception pattern in particular are compared with each other. The pattern comparison provides the greatest match or similarity between the reception pattern 123 of the radio telephone 150 and the reception pattern 122 of the base position 035 (120): radio telephone X (x = ?; y =?): (034 -32dBm) (084 -57dBm) (023 -60dBm) (001 -124dBm)
BP 035 (x=0.1; y=-17.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 -67dBm) (001 -104dBm)BP 035 (x = 0.1; y = -17.9): (034 -34dBm) (084 -55dBm) (023 -67dBm) (001 -104dBm)
Als die zu bestimmende Position 160 des Funktelefons 150 (x=?; y= ?) wird nun die Position der Basisposition 035 (120) mit der Positionsangabe (x=0.1; y=-17.9) verwendet bzw. angesetzt (Fig.2, Schritt 250).As the position 160 of the radio telephone 150 to be determined (x = ?; y =?), The position of the base position 035 (120) with the position specification (x = 0.1; y = -17.9) is now used or applied (FIG. 2, Step 250).
Damit lautet die Positionsangabe des Funktelefons 150: Funktelefon X (x=0.1; y=-17.9).The position specification of the radio telephone 150 is therefore: radio telephone X (x = 0.1; y = -17.9).
Es ist anzumerken, dass auch andere Kriterien als die der größten Ähnlichkeit für die Auswahl der Basisposition herangezogen werden kann, beispielsweise ein Grenzwertkriterium oder ein Grenzbandkriterium.It should be noted that criteria other than the greatest similarity can also be used for the selection of the base position, for example a limit value criterion or a limit band criterion.
Im folgendem wird der Mustervergleich, ein Ähnlichkeitsvergleich unter Verwendung eines euklidischen Abstands mit ab- standsgewichteten Ähnlichkeiten, beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abstandsgewichtung nur eine Erweiterung des eigentlichen Mustervergleichs, nicht aber notwendiger Be- standteil desselben, ist:The pattern comparison, a similarity comparison using a Euclidean distance with distance-weighted similarities, is described below. It is pointed out that the distance weighting is only an extension of the actual pattern comparison, but not a necessary part of it:
An einer zu bestimmenden Position sind K Basisstationen zu empfangen; insgesamt wurden Ref Referenzpunkte ref bzw. Basispositionen eingerichtet. Ähnlichkeit bzw. eine sogenannte Gesamtproximitat Proxtotal' eine Ähnlichkeit des Empfangsmusters an dem zu bestimmenden Ort zu dem Empfangsmuster an einer vorgegebenen Basisposition ref wird als Summe von Teil- ähnlichkeiten, sogenannten Teil-Proxi itäten Proxjς (k Index, welcher die jeweilige Teil-Proximtät bezüglich einer Basisstation k kennzeichnet, berechnet:K base stations are to be received at a position to be determined; in total, ref reference points ref or base positions were set up. Similarity or a so-called overall Proximity Proxtotal 'a similarity of the reception pattern at the location to be determined to the reception pattern at a predetermined base position ref is the sum of partial Similarities, so-called partial proxies Proxjς (k index, which characterizes the respective partial proximity with respect to a base station k, calculates:
K Pr oxtotal = ∑Proxk (1) k=lK Pr ox total = ∑Prox k (1) k = l
Die Teil-Proximität Prox] ist ein Produkt aus zwei Faktoren, einem ersten Faktor, einem Fehlergewicht ηErrorc und einem zweiten Faktor, einem Abstandsmaß ηoist • Anschaulich gesehen ist das Abstandsmaß ηπist eine Gewichtung einer Ähnlichkeit unter Verwendung eines Abstands.The partial proximity Prox] is a product of two factors, a first factor, an error weight ηErrorc and a second factor, a distance measure ηoist. Clearly, the distance measure ηπis a weighting of a similarity using a distance.
Das Abstandsmaß ηπist ist maximal, wenn ein äquivalenter euk- lidischer Abstand rg^^ Null ist, und geht asymptotisch gegen Null, wenn reu^üd gegen unendlich geht.The distance measure ηπist is maximum when an equivalent euclidean distance rg ^^ is zero, and goes asymptotically to zero when reu ^ üd goes to infinity.
Pr ox = ηError • ηdist(reuklid) (2)Pr ox = η Error • ηdist ( r euclid) (2)
Der äquivalente euklidischen Abstand reu^ü^ wird definiert über die Annahme eines approximativ gültigen Ausbreitungsgesetzes :The equivalent Euclidean distance reu ^ ü ^ is defined by the assumption of an approximately valid law of propagation:
P=P0 0 (3) VreuklidP = P 0 0 (3) V r euclid
Dabei ist P eine Signalfeldstärke bzw. eine Signalleistung, Pθ eine Referenzsignalleistung einer Basisstation in einem Referenz-Abstand rfj . Der Exponent ist der im Mittel gültige Ausbreitungskoeffizient χ eines Kommunikationssignals der je- weiligen Basisstation.P is a signal field strength or signal power, Pθ is a reference signal power of a base station at a reference distance r f j. The exponent is the average spreading coefficient χ of a communication signal from the respective base station.
Damit wird reu ii(j: reuklid = r0
Figure imgf000019_0001
(4) lpo,This makes r eu ii (j: r euclid = r 0
Figure imgf000019_0001
(4) l p o,
Mit diesem äquivalentem euklidischen Abstand wird die Teil- Proximität Proxk zu:With this equivalent Euclidean distance, the partial proximity Prox k becomes:
Figure imgf000019_0002
Figure imgf000019_0002
Dabei ist eine Varianz σ zunächst ein frei wählbarer Parameter, der später unter Verwendung eines Lernver ahrens optimiert werden kann und (r k- r k) ein quadratischer euklidischer Abstand. mess ref 2 Der quadratische euklidische Abstand (r k- r k) kann durch die an der zu bestimmenden Position gemessenen Feld, ,, , mess starken P k ausgedrückt werden:A variance σ is initially a freely selectable parameter that can later be optimized using a learning process and (r k - r k ) a quadratic Euclidean distance. mess ref 2 The square Euclidean distance (r k - r k ) can be expressed by the field, ,,, measuring strong P k measured at the position to be determined:
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0003
Dabei können die Größen ro sowie Po aus dem Ausdruck ausge- klammert werden. Gemeinsam können sie dann in die Varianz σ absorbiert werden. Diese drei freien Parameter sind demnach als ein einziger freier Parameter zu verdichten, der unter Verwendung eines Lernverfahrens optimiert werden kann.
Figure imgf000019_0004
Der quadratische euklidische Abstand (r j- rref k)2 kann für alle an der zu bestimmenden Position empfangbaren K Basisstationen bezüglich einer ausgewählten Basisposition ref berechnet und zu einem Ähnlichkeitsvektor zusammengefasst werde . Dieser Ähnlichkeitsvektor gibt dann die Ähnlichkeit des Empfangsmuster 123 des Funktelefons 150 an der zu bestimmenden Position 160 mit einem Empfangsmustern 122 einer Basispositi¬ onen 122 an.The sizes ro and Po can be excluded from the printout. Together they can then be absorbed into the variance σ. These three free parameters must therefore be compressed as a single free parameter that can be optimized using a learning method.
Figure imgf000019_0004
The square Euclidean distance (r j-r ref k ) 2 can be calculated for all K base stations receivable at the position to be determined with respect to a selected base position ref and combined to form a similarity vector. This similarity vector is then the similarity of the reception pattern 123 of the radiotelephone 150 to the position to be determined 160 with a receiving patterns 122 a Basispositi ¬ tions 122.
Zur Bestimmung des Fehlergewichtes ηError wird eine Fehler¬ fortpflanzung der Entfernungsbestimmung in Abhängigkeit vom Fehler in der Leistungsbestimmung berechnet: ör Δr = — ΔP (7) dBTo determine the error weight ηError an error ¬ reproduction is the distance determination in dependence of the calculated error in the power determination: ör .DELTA.R = - .DELTA.P (7) dB
Aus dem mittleren Ausbreitungsgesetz berechnet sich diese Ableitung zuThis derivation is calculated from the mean propagation law
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
Das Fehlergewicht wird definiert alsThe error weight is defined as
ΗError ( 9 )
Figure imgf000020_0002
ΗError (9)
Figure imgf000020_0002
Auch bei diesem Faktor können die Größen rg, PQ, χ sowie ΔP zu einem gemeinsamen Parameter zusammengefasst werden.With this factor too, the variables rg, PQ, bei and ΔP can be combined into a common parameter.
Bei diesem Verfahren gibt es also zwei freie Parameter, die für einen gegebenen Datensatz, der die vektor-wertige Funktion in einem eingeschränkten räumlichen Gebiet repräsentiert, unter Verwendung eines Lernverfahrens optimiert werden können. Fig.2 zeigt schematisch die bei oben beschriebener Positionsermittlung des Funktelefons 150 durchgeführten Schritte 200:This method therefore has two free parameters that can be optimized for a given data set, which represents the vector-valued function in a restricted spatial area, using a learning method. 2 schematically shows the steps 200 carried out in the above-described position determination of the radio telephone 150:
Schritt 210: Ermittlung der Empfangsmuster 122 der Basispositionen 120.Step 210: Determination of the reception pattern 122 of the base positions 120.
Schritt 220:Step 220:
Ermittlung des Empfangsmuster 123 des Funktelefons 150 an der zu bestimmenden Position 160.Determination of the reception pattern 123 of the radio telephone 150 at the position 160 to be determined.
Schritt 230:Step 230:
Ähnlichkeitsvergleich zwischen dem Empfangsmuster 123 des Funktelefons 150 und der Empfangsmuster 122 der Basispositio- nen 122.Similarity comparison between the reception pattern 123 of the radio telephone 150 and the reception pattern 122 of the base positions 122.
Schritt 240:Step 240:
Bestimmung der Basisposition 122, deren Empfangsmuster 122 zu dem Empfangsmuster 123 des Funktelefons 150 die größte Ähn- lichkeit besitzt.Determination of the base position 122, the reception pattern 122 of which is most similar to the reception pattern 123 of the radio telephone 150.
Schritt 250:Step 250:
Zu bestimmende Position 160 des Funktelefons 150 ist die Position der "ähnlichsten" Basisposition aus Schritt 240.Position 160 of radio telephone 150 to be determined is the position of the “most similar” base position from step 240.
Im folgenden wird eine Alternative des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es werden im obigen eingeführte Bezeich- nungen verwendet.An alternative of the first embodiment is described below. The terms introduced above are used.
Die Alternative betrifft den Mustervergleich bei der Positionsbestimmung des Funktelefons 150 und ist ein wahrschein- lichkeitsbasierter Ähnlichkeitsvergleich mit abstandsgewich- teten Ähnlichkeiten.The alternative relates to the pattern comparison when determining the position of the radio telephone 150 and is a probability-based similarity comparison with distance-weighted similarities.
An einer zu bestimmenden Position sind K Basisstationen zu empfangen; insgesamt wurden Ref Referenzpunkte ref bzw. Basispositionen eingerichtet.K base stations are to be received at a position to be determined; in total, ref reference points ref or base positions were set up.
Die Gesamt -Proximity -P-rox otal des Empfangsmusters an einer zu bestimmenden Position bezüglich einer Basisposition ref bzw. j wird wieder als Summe der Teil-Proximitäten bezüglich jeder empfangbaren Basisstation k berechnet:The total proximity -P-rox otal of the reception pattern at a position to be determined with respect to a base position ref or j is again calculated as the sum of the partial proximity with respect to each receivable base station k:
Pr o
Figure imgf000022_0001
(10) Per
Figure imgf000022_0001
(10)
Die Teil-Proximität ist ein Abstandsmaß, das maximal ist, wenn die von der Basisstation k an der zu bestimmenden Position empfangene Signalleistung gleich einer Referenzleistung, d.h. gleich der Signalleistung desgleichen Signals an einer Basisposition ref ist. MitThe partial proximity is a distance measure which is at a maximum if the signal power received by the base station k at the position to be determined equals a reference power, i.e. is equal to the signal power of the same signal at a base position ref. With
Figure imgf000022_0002
(iι;
Figure imgf000022_0002
(Iι;
der an der zu bestimmmenden Position empfangenen Signalleis- mess tung Pk [dbm] der Basisstation k, der an der Basispositi- ref on ref bzw. j gemessenen Leistung Pkj [dbm] der Basisstation k, und einer beliebigen Funktionthe signal power measurement P k [dbm] of the base station k received at the position to be determined, the power P k j [dbm] of the base station k measured at the base position on ref or j, and any function
σkj = σkj(PkD ef) (12)σ k j = σ kj (P kD ef ) (12)
kann die Teil-Proximität angegeben werden zuthe partial proximity can be specified
Figure imgf000022_0003
Die Funktion σkj gewichtet die Differenz der Empfangsleistungen in Abhängigkeit der vom Referenzpunkt empfangenen Leistung. Es können somit differenzierte Abstandsbewertungen in unterschiedlichen Empfangsleistungsbereichen eingeführt werden. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Polynomansatz zweiter Ordnung gewählt σkj = a(p f ~ b)2 + c (14)
Figure imgf000022_0003
The function σ k j weights the difference in the received powers as a function of the received powers from the reference point. Differentiated distance evaluations can thus be introduced in different reception power ranges. In the present embodiment, a second order polynomial approach is chosen σ k j = a ( pf ~ b) 2 + c (14)
Die freien Parameter a, b und c dieses Ansatzes (14) können wie bei dem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Lern- Verfahrens optimiert werden.As in the exemplary embodiment, the free parameters a, b and c of this approach (14) can be optimized using a learning method.
Allgemein ist zu dem Ausführungsbeispiel und der Alternative anzumerken, dass sich die beschrieben Ähnlichkeitsvergleiche im allgemeinen als Klassifikationsverfahren einordnen und im Kontext der Bayes' sehen Entscheidungstheorie [9] formulieren lassen.In general, it should be noted in relation to the exemplary embodiment and the alternative that the similarity comparisons described can generally be classified as a classification method and can be formulated in the context of Bayes' decision theory [9].
Es können Gütefunktionen (risk funetions) angeben werden, mit Hilfe derer die freien Parameter der Proximitätsmaße bzw. die bedingten Wahrscheinlichkeitsverteilungen optimiert werden können.Quality functions (risk functions) can be specified, with the aid of which the free parameters of the proximity measures or the conditional probability distributions can be optimized.
In der Bayes' sehen Betrachtungsweise entsprechen die auszuwählenden Basispositionen bzw. Referenzpunkte Zuständen WJ_ des Systems, welche durch einen Merkmalsvektor — K W G R charakterisiert sind.In the Bayes' view, the base positions or reference points to be selected correspond to states WJ_ of the system, which are characterized by a feature vector - K W G R.
Merkmale können die Signalfeldstärke, die Signallaufzeit oder Kombination aus beiden sein.Features can be the signal field strength, the signal propagation time or a combination of both.
Die bedingte Wahrscheinlichkeit P(x I Wf) entspricht der Wahrscheinlichkeit an der Basisposition ref einen bestimmten Merkmalsvektor x zu messen. Eine Verlustfunktion (loss func- tion) entspricht einem Ortungsfehler bei Auswahl eines fal- sehen Referenzpunktes bzw. einer falschen Basisposition. In diesem Dokument sind folgende Schriften zitiert:The conditional probability P (x I Wf) corresponds to the probability of measuring a specific feature vector x at the base position ref. A loss function (loss function) corresponds to a location error when an incorrect reference point or an incorrect base position is selected. The following writings are cited in this document:
[1] Rappaport T.S., Reed J.H. et al . , "Position Location U- sing Wireless Communications on Highways of the Future", IEEE Communication Magazine, S . 33 - 41, Okt. 1996.[1] Rappaport T.S., Reed J.H. et al. , "Position Location Us- ing Wireless Communications on Highways of the Future", IEEE Communication Magazine, p. 33-41, Oct. 1996.
[2] DE 198 36 778 AI[2] DE 198 36 778 AI
[3] TS 25.305 V3.1.0: stage 2 "Functional Specification of Location Services in UTRAN" (release 99), 3GPP TSG-RAN- WG2, 2000[3] TS 25.305 V3.1.0: stage 2 "Functional Specification of Location Services in UTRAN" (release 99), 3GPP TSG-RAN-WG2, 2000
[4] United States Patent, Patent Number 5,883,598[4] United States Patent, Patent Number 5,883,598
[5] United States Patent, Patent Number 6,094,168[5] United States Patent, Patent Number 6,094,168
[6] United States Patent, Patent Number 6,108,553[6] United States Patent, Patent Number 6,108,553
[7] PCT-Anmeldung, PCT Nummer PCT/DE00/01648[7] PCT registration, PCT number PCT / DE00 / 01648
[8] Pattern Recognition Group, Home Page, erhältlich am 26.09.2001 unter: http: //www-imt .unine . ch/www/grp_hu/www/welcome.html[8] Pattern Recognition Group, Home Page, available on September 26, 2001 at: http: // www-imt .unine. ch / www / grp_hu / www / welcome.html
[9] Duda R. O., Hart P.E., "Pattern Classification and Scene Analysis", John Wiley & Sons, 1973[9] Duda R. O., Hart P.E., "Pattern Classification and Scene Analysis", John Wiley & Sons, 1973
[10] The Digital Cordless Telecommunications Standard for the World, erhältlich am 26.01.2001 unter: http : //www. deetweb.com/dectforum/aboutdect/aboutdect .htm [10] The Digital Cordless Telecommunications Standard for the World, available on January 26, 2001 at: http: // www. deetweb.com/dectforum/aboutdect/aboutdect .htm

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommunikationsnetz mit Basis- Stationen, welche jeweils mindestens eingerichtet sind zum Senden eines der jeweiligen Basisstation zugehörigen Kommunikationssignals, und mit vorgegebenen, bekannten Basispositionen in dem Kommunikationsnetz, bei dem für jede Basisposition eine erste Empfangsinforma- tion bestimmt wird, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren zugehöriges Kommunikationssignal an der jeweiligen Basisposition empfangbar ist, bei dem für die mobile Kommunikationseinrichtung an einem zu bestimmenden Ort eine zweite Empfangsinformation be- stimmt wird, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren jeweiliges Kommunikationssignal an dem zu bestimmenden Ort empfangbar ist, bei dem ein Ähnlichkeitsvergleich zwischen den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Empfangsinformation durchgeführt wird, wobei jeweils die Ähnlichkeit zwischen einer von den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Empfangsinformation ermittelt wird, bei dem diejenige Basisposition als der zu ermittelnde Ort des mobilen Kommunikationsgeräts verwendet wird, deren erste Empfangsinformation die größte Ähnlichkeit zu der zweiten Empfangsinformation aufweist.1. Method for determining a position of a mobile communication device in a communication network with base stations, each of which is at least set up to transmit a communication signal associated with the respective base station, and with predetermined, known base positions in the communication network, in which a first receive information for each base position - Determination is determined which specifies at least those base stations whose associated communication signal can be received at the respective base position, in which a second reception information item is determined for the mobile communication device at a location to be determined, which specifies at least those base stations whose respective communication signal indicates can be received at the location to be determined, in which a similarity comparison is carried out between the first received information and the second received information, the respective similarity between one of the first reception information and the second reception information is determined, in which that base position is used as the location of the mobile communication device to be determined, the first reception information of which has the greatest similarity to the second reception information.
2. Verfahren nach Anspruch 1,2. The method according to claim 1,
- bei dem an jeder Basisposition von jedem dort empfangbaren Kommunikationssignal eine physikalische Größe gemessen wird und diese gemessene physikalische Größe und/oder eine daraus abgeleitete Größe zusammen mit der Angabe der zugehörigen Basisstation in der ersten Empfangsinformation der jeweiligen Basisposition angeben wird und/oder - bei dem an dem zu bestimmenden Ort von jedem dort empfangbaren Kommunikationssignal eine physikalische Größe gemessen wird und diese gemessene physikalische Größe und/oder eine daraus abgeleitete Größe zusammen mit der Angabe der zugehörigen Basisstation in der zweiten Empfangsinformation angeben wird.- in which a physical quantity is measured at each base position of each communication signal receivable there and this measured physical quantity and / or a quantity derived therefrom is specified together with the specification of the associated base station in the first reception information of the respective base position and / or - in which a physical quantity is measured at the location to be determined from each communication signal that can be received there, and this measured physical quantity and / or a size derived therefrom together with the specification of the associated base station in the second reception information.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die gemessene physikalische Größe eine Frequenz oder eine Amplitude des empfangbaren Kommunikationssignals und/oder die daraus abgeleitete Größe eine Feldstärke oder eine Laufzeit oder eine Lauflänge oder eine Qualitätsangabe oder eine Signalqualität oder eine Framequalität oder eine Fehlerangabe oder eine Bit-Error-Rate ist.3. The method according to claim 2, wherein the measured physical quantity is a frequency or an amplitude of the receivable communication signal and / or the quantity derived therefrom is a field strength or a transit time or a run length or a quality specification or a signal quality or a frame quality or an error specification or a Bit error rate is.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine von den Basisstationen an einer von den vorgegebenen, bekannten Basispositionen aufgestellt ist.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the base stations is set up at one of the predetermined, known base positions.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ähnlichkeitsvergleich unter Verwendung eines Verfahrens eines "pattern matching"-Verfahrens durchgeführt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the similarity comparison is carried out using a method of a "pattern matching" method.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ähnlichkeitsvergleich unter Verwendung eines Verfahrens eines "Clustering"-Verfahrens durchgeführt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the similarity comparison is carried out using a method of a "clustering" method.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei der Bestimmung der Ähnlichkeit ein Abstand von der zu ermittelnden Position zu der jeweiligen Basisposition berücksichtigt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, in which a distance from the position to be determined to the respective base position is taken into account when determining the similarity.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Abstand derart berücksichtigt wird, dass unter Verwendung eines Signalausbreitungsmodells eines Kommunikationssignals unter Verwendung der ermittelten Ähnlichkeit der Abstand ermittelt wird, mit welchem die ermittelte Ähnlichkeit gewichtet wird. 8. The method as claimed in claim 7, in which the distance is taken into account in such a way that the distance with which the determined similarity is weighted is determined using a signal propagation model of a communication signal using the determined similarity.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ähnlichkeit durch eine Wahrscheinlichkeit, mit welcher der zu ermittelnde Ort mit der jeweiligen Basisposi¬ tion übereinstimmt, beschrieben wird,9. The method according to any one of the preceding claims, in which the similarity is described by a probability that the match to be determined place with the respective base Posi ¬ tion,
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ähnlichkeit durch eine Abstandsnorm, insbesondere durch eine Euklidische Abstandsnorm, beschrieben wird.10. The method according to any one of the preceding claims, in which the similarity is described by a distance standard, in particular by an Euclidean distance standard.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei dem Ähnlichkeitsvergleich ein Lernverfahren eingesetzt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, in which a learning method is used in the similarity comparison.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Kommunikationsnetz ein zellulares Funknetz ist.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the communication network is a cellular radio network.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das zellulare Funknetz ein GSM-Netz oder ein Wire¬ less-LAN oder DECT-Multizellen-Netz ist.13. The method of claim 12, wherein the cellular radio network is a GSM network or a wire-less ¬ LAN or DECT multi-cell network.
14. Anordnung zur Ermittlung einer Position einer mobilen Kommunikationseinrichtung in einem Kommunikationsnetz mit Basisstationen, welche jeweils mindestens eingerichtet sind zum Senden eines der jeweiligen Basisstation zugehörigen Ko muni- kationssignals, und mit vorgegebenen, bekannten Basispositionen in dem Kommunikationsnetz, a) mit ersten Auswerteeinheiten, mit welchen für jede Basisposition eine erste Empfangsinformation bestimmbar ist, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren zugehöriges Kommunikationssignal an der jeweiligen Basis¬ position empfangbar ist, b) mit einer zweiten Auswerteeinheit, mit welcher für die mobile Kommunikationseinrichtung an einem zu bestimmenden Ort eine zweite Empfangsinformation bestimmbar ist, welche mindestens diejenigen Basisstationen angibt, deren jeweiliges Kommunikationssignal an dem zu bestimmenden Ort empfangbar ist, c) mit einer Vergleichseinheit,14. Arrangement for determining a position of a mobile communication device in a communication network with base stations, each of which is at least set up to transmit a communication signal associated with the respective base station, and with predetermined, known base positions in the communication network, a) with first evaluation units which a first reception information can be determined for each base position, which indicates at least those base stations whose corresponding communication signal to the respective base ¬ position receivable is) b with a second evaluation unit with which the mobile communication device at a location to be determined a second receiving information determined is which specifies at least those base stations whose respective communication signal can be received at the location to be determined, c) with a comparison unit,
- mit welcher ein Ähnlichkeitsvergleich zwischen den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Empfangsinformation durchführbar ist, wobei jeweils die Ähnlichkeit zwischen einer von den ersten Empfangsinformationen und der zweiten Empfangsinformation bestimmt wird, undwith which a similarity comparison between the first reception information and the second reception information can be carried out, the similarity between one of the first reception information and the second reception information being determined, and
- mit welcher diejenige Basisposition als der zu ermittelnde Ort des mobilen Kommunikationsgeräts auswählbar ist, dere erste Empfangsinformation die größte Ähnlichkeit zu der zweiten Empfangsinformation aufweist.with which that base position can be selected as the location of the mobile communication device to be determined, the first reception information of which is most similar to the second reception information.
15. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß Anspruch 1 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.15. Computer program with program code means to carry out all steps according to claim 1 when the program is executed on a computer.
16. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gemäß Anspruch 15, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.16. Computer program with program code means according to claim 15, which are stored on a computer-readable data carrier.
17. Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß Anspruch 1 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. 17. A computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier in order to carry out all the steps according to claim 1 when the program is executed on a computer.
PCT/EP2004/052251 2003-09-29 2004-09-21 Method and device for determining the position of a mobile communications facilities in a communications network WO2005034558A1 (en)

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