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Title:
POSITIONAL DETERMINATION OF A USER IN A MOBILE COMMUNICATIONS SYSTEM WITH EMISSION DIVERSITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/002012
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for increasing the precision during the determination of system parameters dependent on the propagation delay, e.g. for a positional determination, in a mobile communications system with emission diversity, according to which a subscriber data signal and a reference signal are assigned to a subscriber. The subscriber data signal is emitted by at least two antenna devices on the emission side, whereas the reference signal is emitted exclusively by one antenna device on the emission side. The reference signal is used to precisely determine signal propagation delays, upon which the system parameters depend.

Inventors:
FAERBER MICHAEL (DE)
HOFMANN JUERGEN (DE)
SOTEK KAREL (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/006539
Publication Date:
December 31, 2003
Filing Date:
June 20, 2003
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
FAERBER MICHAEL (DE)
HOFMANN JUERGEN (DE)
SOTEK KAREL (DE)
International Classes:
G01S5/02; H04B7/06; H04B7/10; H04W64/00; (IPC1-7): H04B7/06; H04Q7/38
Domestic Patent References:
WO2002011315A22002-02-07
Foreign References:
US20020022502A12002-02-21
DE10031178A12002-01-17
Other References:
HIRAMATSU K ET AL: "TRANSMIT DIVERSITY APPLIED ON THE CDMA/TDD CELLULAR SYSTEMS", VTC 2000-SPRING. 2000 IEEE 51ST. VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE PROCEEDINGS. TOKYO, JAPAN, MAY 15-18, 2000, IEEE VEHICULAR TECHNOLGY CONFERENCE, NEW YORK, NY: IEEE, US, vol. 2 OF 3. CONF. 51, 15 May 2000 (2000-05-15), pages 1170 - 1174, XP000968054, ISBN: 0-7803-5719-1
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Datenübertragung in einem Funkkommunikati onssystem, bei dem einem Teilnehmer ein Teilnehmerdatensignal und ein Referenzsignal zugeordnet wird, bei dem das Teilnehmerdatensignal sendeseitig über min destens zwei Antenneneinrichtungen abgestrahlt wird, und bei dem das Referenzsignal sendeseitig über ausschließ lich eine Antenneneinrichtung abgestrahlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Referenzsignal in vorgegebenen Zeitabständen periodisch oder in zufällig ge wählten Zeitabständen unperiodisch abgestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Referenzsig nal wechselweise über je eine der mindestens zwei Anten neneinrichtungen gesendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Referenzsignal für eine auf einer Signallaufzeitmes sung beruhende Positionsbestimmung des Teilnehmers verwen det wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem eine empfangssei tige Bewertung der gemessenen Signallaufzeiten des wech selweise gesendeten Referenzsignals erfolgt und für weite re Positionsbestimmungen diejenige Antenneneinrichtung zur Abstrahlung des Referenzsignals ausgewählt wird, deren Ausbreitungspfad einem LineOfSightKriterium am besten entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Positionsbe stimmung mit Hilfe des TimingAdvanceMechanismus durchge führt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Teilnehmerdatensignal und das Referenzsignal mit Hilfe eines ZeitschlitzVielfachzugriffsverfahrens über tragen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem als Referenzsignal eine Trainingssequenz eines zur Synchronisation dienenden Zeit schlitzes verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei einem GSM Mobilfunksystem als Referenzsignal eine verlängerte Trai ningssequenz des SCHZeitschlitzes verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sendeseitig Referenzsignale herstellerspezifisch in einer Tabelle abgelegt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens zwei Antenneneinrichtungen mit zueinander orthogonalen Polarisationen oder mindestens zwei polari sationsgleiche Antenneneinrichtungen, die einen festen Abstand zueinander aufweisen, verwendet werden.
Description:
POSITIONSBESTIMMUNG EINES NUTZERS IN EINEM FUNKKOMMUNIKATIONSSYSTEM MIT SENDESEITIGEM DIVERSITY Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Funkkommunikationssystem, bei dem ein Teilnehmerdaten- signal sendeseitig über mindestens zwei Antenneneinrichtungen abgestrahlt wird.

Bei Funkkommunikationssystemen werden zur Qualitätsverbesse- rung einer Datenübertragung sogenannte"Diversity-Verfahren", beispielsweise als"Space-Diversity-Verfahren"oder als"Po- larisations-Diversity-Verfahren"bezeichnet, verwendet.

Bei einem sendeseitig verwendeten Space-Diversity-Verfahren gelangt ein abzustrahlendes trägerfrequentes Teilnehmerdaten- signal als Nutzdatensignal an mindestens zwei Antennenein- richtungen, die einen Abstand von mehrere Wellenlängen zuein- ander aufweisen und die gleich polarisiert sind.

Bei einem sendeseitig verwendeten Polarisations-Diversity- Verfahren gelangt das abzustrahlende Teilnehmersignal eben- falls an mindestens zwei Antenneneinrichtungen, die jedoch unterschiedliche Polarisationen aufweisen. Typischerweise sind zwei Antenneneinrichtungen in einem gemeinsamen Anten- nengehäuse angeordnet.

Diversity-Verfahren sind sowohl sendeseitig als auch emp- fangsseitig verwendbar und dienen zur Verbesserung der Über- tragungsqualität durch Verbesserung einer betrachteten Emp- fangssituation.

Bei Funkkommunikationssystemen, wie beispielsweise beim GSM- Mobilfunksystem oder beim GERAN-Mobilfunksystem, wird bei- spielsweise ein sendeseitiges Teilnehmersignal in zwei Teil- signale aufgeteilt, die dann über zwei Carrier-Units"zur

Abstrahlung an zwei räumlich getrennte, gleichpolarisierte Antenneneinrichtungen gelangen. Da die Carrier-Units bauart- bedingte Toleranzen in den jeweiligen Signalpfaden der Teil- signale aufweisen, gelangen die beiden Teilsignale mit unter- schiedlichen Signallaufzeiten zur Abstrahlung. Zusätzlich er- geben sich für jedes einzelne Teilsignal im Funkfeld durch Mehrwegeausbreitung spezifische Ausbreitungspfade mit unter- schiedlichen Signallaufzeiten und Signaldämpfungen.

Empfangsseitig erfolgt eine Überlagerung der einzelnen Teil- signale zum Teilnehmersignal, wobei systemtechnisch ein soge- nannter"Diversity-Gewinn"erzielt wird. Über den Diversity- Gewinn ist wiederum eine Funkzellenvergrößerung bzw. eine Reichweitenvergrößerung zwischen Sender und Empfänger erziel- bar.

Beim Empfänger wiederum sind die unterschiedlichen Ausbrei- tungspfade entsprechend zu berücksichtigen, was eine erhöhte Komplexität beim Empfänger bedeutet.

Bei Mobilfunksystemen, wie beispielsweise beim GSM-Mobil- funksystem, wird bei einer Datenübertragung zwischen einem mobilen Teilnehmer und einer Basisstation eine Positionsbe- stimmung (Location Service) des Teilnehmers, beispielsweise mit Hilfe des sogenannten"Timing-Advance-Mechanismus, TA", durchgeführt. Dabei werden Signallaufzeiten eines Referenz- signals bei der Datenübertragung zwischen Teilnehmer und Ba- sisstation bestimmt und mit deren Hilfe die Position des Teilnehmers ermittelt.

Ungenauigkeiten bei der Positionsbestimmung sind direkt auf Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Signallaufzeit des Re- ferenzsignals zurückzuführen.

Beim GSM-Mobilfunksystem sind mit Hilfe des TA-Mechanismus Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von ca. 200 Me- tern realisierbar, wobei neben dem TA-Mechanismus zur Positi-

onsbestimmung noch weitere standardisierten Verfahren wie As- sisted-GPS (A-GPS), Enhanced-Observed-Time-Difference (E-OTD) bzw. Cell-ID-Timing-Advance (CITA) bekannt sind.

Eine Positionsbestimmung ist mit einer erforderlichen Genau- igkeit bei einem sendeseitig durchgeführten Diversity- Verfahren nur unter großem Aufwand bzw. nicht mehr durchführ- bar, bedingt durch die Mehrwegeausbreitung und durch die un- terschiedlichen Signallaufzeiten in den jeweiligen Carrier- Units.

Für laufzeitabhängige bzw. laufzeitkritische Systemparameter oder Systemeigenschaften bei der Datenübertragung, beispiels- weise bei einem"Synchronised-Handover"bzw. bei einem"Pseu- do-Synchronised-Handover", treten entsprechende Probleme auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für eine Datenübertragung in einem Funkkommunikationssystem derart zu realisieren, dass Vorteile eines sendeseitig einge- setzten Diversity-Verfahrens unter weitgehender Vermeidung von durch Mehrwegeausbreitung bedingten Nachteilen nutzbar sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An- spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind in einem Funkkommu- nikationssystem mit sendeseitigem Diversity-Verfahren lauf- zeitkritische Systemparameter, beispielsweise für eine Posi- tionsbestimmung, unter Verwendung des Referenzsignals ausrei- chend genau ermittelbar.

Besonders vorteilhaft wird die Funkzellengröße bzw. die Ver- sorgungsreichweite für alle einer Funkzelle zugeordneten Teilnehmer während der Ermittlung der laufzeitkritischen Sys- temparameter beibehalten, da die Teilnehmerdaten als Nutzda-

ten weiterhin über mindestens zwei der Antenneneinrichtungen sendeseitig abgestrahlt werden.

Für die Ermittlung von genau zu bestimmenden Signallaufzeiten für die laufzeitkritischen Systemparameter wird das Referenz- signal verwendet.

Bei Funkkommunikationssystemen mit Zeitschlitz-Vielfach- zugriffsverfahren, bei denen die einzelnen Teilnehmersignale in Zeitschlitzen aufgeteilt in periodisch wiederkehrenden Rahmen übertragen werden, wird beispielsweise nur bei jedem n-ten Rahmen eine erfindungsgemäße Referenzsignalübertragung durchgeführt. Dadurch werden Übertragungsressourcen einge- spart.

Zwar würde mit n=l bei einer in jedem Rahmen erfolgenden Re- ferenzsignalübertragung zu einem betrachteten Teilnehmer bei- spielsweise eine Positionsbestimmung sehr genau werden, je- doch würde durch ständigen Verlust des Diversity-Gewinns eine zuverlässige Funkversorgung des Teilnehmers unsicher werden.

Wird eine Positionsbestimmung anhand eines Timing-Advance- Mechanismus durchgeführt, so gelangt das Referenzsignal über ausschließlich eine Antenneneinrichtung zur Abstrahlung, wo- durch beim Empfänger Mehrdeutigkeiten bei der Signallaufzeit- messung des Referenzsignals vermindert werden.

Erfindungsgemäß wird bei Funkkommunikationssystemen mit Zeit- schlitz-Vielfachzugriffsverfahren das Referenzsignal in einem Zeitschlitz übertragen, wobei dieser Zeitschlitz bzw. der zur Übertragung verwendete Burst für jeden Funkkommunikationsend- gerätehersteller spezifisch festgelegt sein kann.

Um für verschiedene Hersteller herstellerspezifische Refe- renzsignale an der entsprechenden Zeitschlitzposition über- tragen zu können, sind die Referenzsignale sendeseitig-bei- spielsweise bei der Basisstation-herstellerspezifisch in

einer Tabelle hinterlegt und abrufbar. Dadurch wird ermög- licht, dass Endgeräte verschiedener Hersteller im Funkkommu- nikationssystem eines Netzbetreibers betrieben werden können.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Positionsbestimmung periodisch oder in zufällig gewählten Zeitabständen.

Das Referenzsignal wird beim GSM-Mobilfunksystem bzw. beim GERAN-Mobilfunksystem bevorzugt mit Hilfe des sogenannten SCCH-Kanals übertragen, der in jedem zehnten Rahmen wieder- holt wird. Als Referenzsignal wird erfindungsgemäß eine ver- längerte Trainingssequenz eines zur Synchronisation dienenden SCH-Zeitschlitzes verwendet.

Ein zur Synchronisation dienende Zeitschlitz dient mobilen Endgeräten von Nachbarzellen zum sogenannten"Monitoring", wobei im IDLE-Frame ein Nachbarzellen-Endgerät die Nutzinfor- mationen des SCH-Kanals dekodiert. Durch den darin enthalte- nen Betreibercode erkennt das Nachbarzellen-Endgerät, ob es auf die zugehörige Zelle des SCH-Kanals zugreifen darf oder nicht. Durch das erfindungsgemäße periodische Abschalten des sendeseitigen Diversity-Verfahrens in nur jedem n-ten Rahmen wird gewährleistet, dass Nachbarzellen-Endgeräte den Versor- gungsbereich der dem SCH-Kanal zugeordneten Zelle entspre- chend beobachten können.

Erfindungsgemäß wird dann beispielsweise bei jedem hunderts- ten Rahmen eine Positionsbestimmung mit Hilfe einer sogenann- ten Location-Measurement-Unit, LMU"durchgeführt, die be- reits jetzt üblicherweise bei jeder Basisstation als Baugrup- pe verfügbar ist. Die LMU weist als zusätzliche Funktion ein a priori Wissen über die zur Positionsbestimmung zu verwen- denden Rahmen bzw. deren Rahmennummern auf. Ein Kommunikati- onsendgerät eines Teilnehmers bestimmt Laufzeiten des Refe- renzsignals und meldet diese zur Basisstation zurück, wobei durch wiederholte Messungen Toleranzen bei der Positionsbe- stimmung reduziert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Referenzsignal eines Teilnehmers wechselweise über die min- destens zwei Antenneneinrichtungen abgestrahlt und es erfolgt eine empfangsseitige Bewertung der gemessenen Referenzsignal- laufzeiten für jede verwendete Antenneneinrichtung. Die ge- ringste Referenzsignallaufzeit entspricht am besten dem soge- nannten"line of sight"-Ausbreitungspfad. Für weiter durchzu- führende Positionsbestimmungen wird die derart ermittelte An- tenneneinrichtung zur Abstrahlung des Referenzsignals bevor- zugt verwendet.

Werden mehr als zwei Antenneneinrichtungen zur Abstrahlung verwendet, steigt die Wahrscheinlichkeit an, den Line-Of- Sight-Ausbreitungspfad zu detektieren, wodurch eine Steige- rung der Genauigkeit bei der Positionsbestimmung ermöglicht wird.

Zur Überprüfung der Genauigkeit der Positionsbestimmung er- folgt von Zeit zu Zeit ein Wechseln der Antenneneinrichtungen zur Referenzsignal-Abstrahlung mit nachfolgender Laufzeit- Bewertung.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an- hand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt : FIG 1 ein Funkkommunikationssystem zur Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens.

FIG 1 zeigt ein Funkkommunikationssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine Basisstation BTS beinhaltet zur Übertragung von Teilneh- mersignalen sechs Carrier-Units CU1 bis CU6, die zu übertra- gende Teilnehmersignale über ein Netzwerk Core erhalten.

Ein Teilnehmerdatensignal TN1, das einem ersten Teilnehmer TN zugeordnet ist, gelangt zur Abstrahlung an zwei Antennen

ANT1 und ANT2, mit deren Hilfe ein sendeseitiges Diversity- Verfahren realisiert ist. Ein Referenzsignal REF, das dem ersten Teilnehmer TN ebenfalls zugeordnet ist, wird hingegen erfindungsgemäß nur über eine erste Antenne ANT1 abgestrahlt.

Das Teilnehmerdatensignal TN1 und das Referenzsignal REF, die von der ersten Antenne ANT1 abgestrahlt werden, gelangen über einen Ausbreitungspfad AP1 zum Teilnehmer TN, während das Teilnehmerdatensignal TN1, das von einer zweiten Antenne ANT2 abgestrahlt wird, über einen Ausbreitungspfad AP2 zum Teil- nehmer TN gelangt.

Wird bei einem GSM-Mobilfunksystem das Referenzsignal REF mit Hilfe eines SCH-Synchronisationskanals übertragen, so wird das Referenzsignal REF wechselweise durch die beiden Antennen ANT1 bzw. ANT2 wie folgt abgestrahlt : - bei allen geraden TDMA-Rahmen über die erste Antenne ANT1 und - bei allen ungeraden TDMA-Rahmen über die zweite Antenne ANT2.

Ein BSS-SMLC ordnet dann Signallaufzeitmessungen an, die auf den Referenzsignalen REF der geraden oder ungeraden TDMA- Rahmen basieren. Damit sind sowohl bei der Local-Measurement- Unit LMU als auch beim mobilen Teilnehmer TN das durch die BSS-SMLC signalisierte Zeitmultiplex bekannt.

Das BSS-SMLC wertet dann die Signallaufzeiten für die jewei- ligen Ausbreitungspfade AP1 und AP2 aus und selektiert für spätere Positionsbestimmungen denjenigen Ausbreitungspfad, der mit einer geringen Signallaufzeit einem direkten Ausbrei- tungspfad (Line-Of-Sight-Kriterium) am besten entspricht.