WO2011157605A1 - Method and apparatus for localization - Google Patents

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WO2011157605A1
WO2011157605A1 PCT/EP2011/059483 EP2011059483W WO2011157605A1 WO 2011157605 A1 WO2011157605 A1 WO 2011157605A1 EP 2011059483 W EP2011059483 W EP 2011059483W WO 2011157605 A1 WO2011157605 A1 WO 2011157605A1
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WO
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signal
station
pack
time
ack
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/059483
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alejandro Ramirez
Maksym Marchenko
Christian SCHWINGENSCHLÖGL
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to CN2011800298833A priority patent/CN102947723A/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-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
    • G01S5/10Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
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    • G01S5/02Position-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
    • G01S5/0252Radio frequency fingerprinting
    • G01S5/02521Radio frequency fingerprinting using a radio-map
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • Method and apparatus for determining the location relates to a method, an on ⁇ direction and a use for determining the location of a mobile station by a plurality of base stations.
  • Methods are known in the prior art for determining the location of a first station by means of a plurality of second stations, which provide for measuring a propagation time of a signal transmitted wirelessly between the stations.
  • the first station will be referred to as mobile station, the second station as base station or "access point”.
  • the proportionality ty includes a proportionality factor which speaks ent ⁇ a good approximation to the value for the vacuum speed of light.
  • Is Requested changed ⁇ to determine the signal propagation time. For example, an error of only one microsecond in the determination of the signal propagation time or the signal propagation time difference causes an error of 300 m in the calculation of the distance.
  • a known method for determining the time difference of the arrival envisages the use of a transmitting station and several receiving stations. All stations are synchronized in time so that the propagation time of a transmitted signal can be determined on the basis of the time difference. can be measured.
  • the signal transmitted by the transmitting station is the same as that used to measure all distances.
  • Another known method referred to in the art as “Round Trip Time of Flight” and abbreviated below as RTT, provides a forward and backward signal according to the method mentioned below. According to this method, an outward signal is sent from a second station to a first station.
  • the first station After the first station receives the outgoing signal, the first station responds with a return signal to the second station.
  • the second station measures the Zeitdif ⁇ ference between the transmission time of the Hinsignals and the time of arrival of the return signal and determines from this the runtime. In determining the duration of an internal processing delay in the first station is zusharm ⁇ Lich to be considered. Since no synchronization is required, the complexity of the system is advantageously reduced.
  • Another advantage of the method is that no RTT expli ⁇ deficits measurement or together by and with the first Sta ⁇ tion is required.
  • data packets are usually transmitted using known communication protocols, which are automatically answered by the other party. For example, according to a known protocol WLAN (Wireless Local Area Network) which is based on the IEEE 802.11 standard, made of an intrinsic property of the IEEE 802.11 standard use, that each data packet by the receiver UNMIT ⁇ telbar an affirmative data packet (Acknowledge) quit ⁇ is being done.
  • WLAN Wireless Local Area Network
  • alternative communication protocols also support such acknowledgment, for example, wireless communication protocols such as ZigBee, Bluetooth, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), GSM (Global Mobile Telecommunications System). bal System for Mobile Communications), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), etc.
  • wireless communication protocols such as ZigBee, Bluetooth, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), GSM (Global Mobile Telecommunications System). bal System for Mobile Communications), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), etc.
  • the time duration between the outward and return signal is measured, and from this time period a distance between the initiating station, for example the base station, and the mobile station, for example a PDA (Personal Digital Assistant), is determined.
  • the thus determined running time results in a distance of the mobile station to the base station.
  • said method For a determination of the position of the mobile station, said method must be performed according to the geometric principles e.g. trilateration with at least three base stations. From a respective term, a distance of the mobile station is determined to a respective base station. With the location coordinates of the respective base stations to be presupposed as known, a location determination of the mobile station based on a trilateration is undertaken.
  • geometric principles e.g. trilateration with at least three base stations. From a respective term, a distance of the mobile station is determined to a respective base station. With the location coordinates of the respective base stations to be presupposed as known, a location determination of the mobile station based on a trilateration is undertaken.
  • the object is achieved by a method according to the main claim, a device according to the independent claim and a use according to the independent claim.
  • the inventive method for locating a station by means of a plurality of base stations comprises transmitting a signal; receiving the signal at at least one base station and acknowledging the signal after receiving it by transmitting an acknowledgment signal.
  • the method further provides a receipt of the acknowledgment signal to min ⁇ least one of the plurality of base stations and detecting a respective between receiving the signal and the receipt of the acknowledgment signal elapsed period of time on at least one of the plurality of base station. Subsequently, a group of detected duration values is formed from the respective detected time periods.
  • a carry out a pattern matching between the group is ER- trimmed time values with at least one group vomit ⁇ cherter time values, wherein the at least one group ge ⁇ -stored time duration values is assigned to a predetermined position of the station.
  • the method according to the invention therefore provides an RTTDoA method in which a group, for example a vector, is formed on the basis of detected duration values.
  • This vector from The captured duration values are compared with stored vectors by means of a pattern matching and, based on this pattern matching, a position of the station is determined.
  • the stored vectors ie the vectors from stored time duration values, are assigned to a respectively predetermined position of the station, wherein a plurality of positions and their associated vectors are determined from time duration values, for example within the scope of a learning phase, and the specific vectors from time duration values together with their respective position get saved.
  • the proposed solution takes advantage of the technicalities of wireless communication systems by having only one base station communicating directly with the mobile station, with other base stations "listening" to that communication as soon as they are in range.
  • the acknowledgment signal is seen in response to the receiver of the signal.
  • the confirmation signal is therefore not necessarily directed to the original sender of the signal.
  • the invention has the advantage that for a determination of the position of the mobile station no complex mathematical methods, ie in particular no trilaterations and associated linear calculations, must be performed. Instead, methods of pattern matching are used according to the invention, which provide with respect to the computing power of an pattern determination unit significantly lower on ⁇ requirements.
  • the present invention has the advantage that no knowledge of the position, ie the location coordinates of the base stations used in each case is required, which has hitherto formed the basis for a location determination by means of trilateration. According to the invention, it is only necessary in a possible learning phase to determine some vectors of duration values in a communication of the mobile station with a plurality of base stations, wherein each vector of duration values must be assigned the position of the station at the time of the collection of the respective vector of duration values.
  • the transmission of the signal is provided by an initiating base station.
  • a reception of the signal takes place at the station, and at least one further Ba ⁇ sisstation.
  • a confirmation of the signal after the reception is performed from the station by sending a Bestrelifactssig ⁇ Nals.
  • the method further provides for receipt of the acknowledgment signal at the station and at at least one of the plurality of base stations.
  • an initiation of the method from the side of a base ⁇ station is provided.
  • the transmission of the signal by the station or mobile station is provided.
  • a reception of the signal takes place at a base station, which will also transmit an acknowledgment signal in the further course, and at at least one further base station, preferably several base stations, which merely "listen” to the further communication.
  • An acknowledgment of the signal after it is received is made by the previously explained base station by sending an acknowledgment signal.
  • the method further provides for receipt of the acknowledgment signal at the station and at at least one of the plurality of base stations.
  • Figures 1 to 3 is a structural diagram for schematically illustrating an embodiment of he ⁇ inventive locating method
  • FIGS. 4 to 20 show a structure diagram for a schematic representation of a sequence of the location determination method according to the invention
  • Figure 21 is a structural diagram for schematically illustrating a base station
  • FIG. 22 is a structural diagram for schematically illustrating a method for determining the location of a mobile station.
  • Figures 1 to 3 show a first representation of an embodiment of the location determination method according to the invention.
  • the method used is also called "Round Trip Time Difference of Arrival" method
  • FIG. 1 shows a transmission of a signal PACK by a base station BS m initiating the exemplary method.
  • the signal PACK is sent, for example, but not necessarily , as a data packet PACK.
  • signals PACK of other structure can also be used, in particular also analog signals.
  • the signal PACK is designed as data packet PACK, without limiting the generality.
  • the data packet PACK can either be undirected, eg as
  • Broadcast data packet or directionally encoded.
  • a mobile station MS is noted as a recipient in a corresponding field of the data packet PACK.
  • the further base stations BS also receive the data packet PACK. These start each local internal - not shown - time detection devices at the respective reception of the data packet PACK at the respective base stations BS.
  • the mobile station MS to the BS on Basisstati ⁇ responds with an acknowledgment signal ACK after reception of Da ⁇ tenvola PACK.
  • the acknowledgment signal is like the signal ACK designed as a data packet.
  • the acknowledge signal ACK is detected also by the further Ba ⁇ sisstationen BS in whose reception area, the local time detection means of the base stations BS upon receipt of the acknowledgment signal ACK to be stopped. It is thus proposed that base stations BS, which are not currently involved in a point-to-point transmission, "listen" to the transmission channel and the time duration between the receipt of the data packet PACK and the acknowledgment message ACK sent by the mobile station MS in response measure up. In order to determine the position of the station MS from the respective time periods determined at the base stations, mathematical solutions have been proposed hitherto which provide for elaborate modeling of the environment and knowledge of the position of the station MS. In addition, a precise knowledge of the position of the respective base stations was required.
  • a timing diagram of the RTTDoA method will be explained in conjunction with FIG.
  • a progression of time is in Figure 3 applied from top to bottom, so that older times are further up and younger times further down in Fi ⁇ gur 3 are arranged.
  • a base station BS, m denotes the initiating Basisstati ⁇ on, which communicates with the mobile station MS.
  • a ge ⁇ dashed line shown indicates the signal propagation time of the data packet PACK that is sent from the base station BS to the mobile station MS m.
  • a solid line in each case represents the Bes ⁇ actuating signal ACK in the form of a data packet, which is sent from the mobile station MS to the base station BS m .
  • the further base stations BSi, BS j "listen to the communication channel".
  • the base station BSi is arranged geometrically closer to the base station BS m , while the base station BSj is further spaced.
  • Figure 3 illustrates in a vertical direction a respective elapsed time ATBSi, ATBSj, ATBS m at the base stations BSi, BSj, BS m.
  • the base station BS sends the data packet PACK m to the mobile station MS.
  • the packet triggers the Zeiterfas ⁇ sungs owneden the base stations BSi and BS j . It is known in the art to have a processing time
  • Tprocess by the mobile station MS before answering with the acknowledgment signal ACK to the base station BS m to be considered.
  • This delay by a processing time Tprocess is several orders of magnitude greater than the propagation times of the radio signals.
  • the solid lines between the mobile station MS and the base stations BSi, BS j have different to the dashed line pitch.
  • FIG. Figures 4 to 13 show detailed illustrations of the RTTDoA locating method according to the invention.
  • the abbreviation AP with a respective index is selected for a base station BS.
  • Figure 4 shows how a first base station AP] _ sends a signal PACK to the mobile station MS.
  • One of the base station AP] _ associated - not shown - Zeiter is started at the time of sending the data packet PACK.
  • the time detector is stopped when the corresponding acknowledgment signal ACK has been received.
  • the base station AP3 is the first that receives the Gesen ⁇ finished package.
  • the base station AP3 starts a local time detection device (not shown).
  • Figure 5 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ⁇ tion AP] PACK data packet arrives at the mobile station MS. Thereafter, the mobile station MS prepares a response, namely the transmission of the acknowledgment signal ACK in response to the data packet PACK.
  • Figure 6 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ⁇ tion AP] PACK data packet arrives at the base station AP2.
  • a local - not shown - time detection device is started.
  • Figure 7 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ⁇ tion AP] PACK data packet arrives at the base station AP5.
  • a local - not shown - time detection device is started.
  • Figure 8 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ⁇ tion AP] PACK data packet arrives at the geometric farthest base station AP4.
  • a local - not shown - time detection device is started.
  • Figure 9 shows a timing at which the light emitted by the mobile station MS ACK signal arrives at the base station AP4 ⁇ which is geometrically closest to the mobile station MS. The to that shown in Figure 8
  • Time started time detection device of Basissta ⁇ tion AP4 is now stopped.
  • FIG. 10 shows a time at which the acknowledgment signal packet ACK arrives at the base station AP2.
  • the local time recording device is stopped there.
  • FIG. 11 shows a time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station AP] _, whereupon the local time recording device there is stopped.
  • FIG. 12 shows a time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station AP5.
  • the local time recording device is stopped there.
  • Figure 13 shows a time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station AP3, which is furthest away from the mobile station MS in this case.
  • the time detecting means of the base station AP3 is stopped.
  • all base stations AP have completed their measurements.
  • a respective elapsed time period between the start and the stop of the time recording device is determined.
  • the measured time values do not directly due to the complex geometry of the distances associated with the ge ⁇ measured period of time.
  • elaborate mathematical modeling had to be applied according to the prior art.
  • Figures 14 to 20 show timing diagrams.
  • Figure 14 illustrates a time when the base station BS m starts transmission to the mobile station MS. Since the base station BSi has a smaller distance from the base station BS m than the mobile station MS, the data packet PACK first arrives at the base station BSi.
  • Figure 15 illustrates a time when the packet PACK has arrived at the mobile station MS.
  • FIG. 16 illustrates a time at which the data packet
  • PACK arrives at the farthest-positioned base station BS j .
  • Figure 17 represents a time at which the mobile MS on static now prepared an ACK signal and has from ⁇ sent, which is first arrived at the closest positioned base station BS j.
  • FIG. 18 illustrates a point in time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station BS m .
  • the distance between the mobile station MS and the base station BS m is smaller than the distance between the mobile station MS and the base station BS m . between the mobile station MS and the base station BS ⁇ .
  • FIG. 19 represents a time at which the acknowledgment signal ACK finally arrives at the base station BSi. Reference is made to the different gradients of the solid line caused by the spatial geometry of the participating stations.
  • Figure 20 illustrates in vertical directions represents the time period values ATBS m, ATBSi, ATBSj, which have been measured by the respective internal Zeiter ⁇ acquisition devices of the base stations BS m, BSi, BS j. This information is now used for the location of the station MS.
  • the detected to the further Basisstatio ⁇ NEN BSi, BSj time values ATBSi, ATBSj be for example transmitted to the initi ⁇ ierende base station BS m.
  • a knowledge of the time duration value ATBS m ie the detection of a between the transmission of the signal PACK by the initiating base station BS m and the receipt of the acknowledgment signal ACK at the initiating base station BS m elapsed time ATBS m , not necessarily required for the position determination of the station MS.
  • the determination of the processing time Tp r OCES s in the station MS is using the compositions of the invention not required for Bestim ⁇ tion of the position of the station MS, as discussed below.
  • the method according to the invention provides, based on the detected duration values ATBS m , ATBSi, ATBSj, a group, eg a
  • This vector of detected duration values ATBS m , ATBSi, ATBSj is determined by means of pattern matching. stored vectors matched and determined based on this pattern match a position of the station.
  • the stored vectors, ie, the vectors of stored time values ATBS m, ATBSi, ATBS j are expected to be a ⁇ voted position of the station associated with the example, be determined during a training phase.
  • the station MS is positioned, for example, on a plurality of calibration points, each with a predetermined position and known location coordinates.
  • An analog RTTDoA method is carried out at the respective calibration points as part of the training phase, wherein the vectors of the time duration values determined using this RTTDoA method are respectively stored together with the known position of the respective calibration points at which they were determined with the station , In other words, after the learning phase has been completed, a position is assigned to each stored vector of time duration values.
  • an assignment of each ⁇ atom of time values for the position of the station can also be performed in such a manner that the station of the row is positioned after at substantially arbitrary locations, at a respective location, a determination of the vector of the RTTDoA- method The actual position of the station is also determined at this location using a parallel location determination (eg surveying, GPS, extrapolation from known coordinates, etc.).
  • a parallel location determination eg surveying, GPS, extrapolation from known coordinates, etc.
  • the location coordinates for the respective actual position of the station have been defined and stored in the learning phase according to the above-mentioned first alternative prior to the determination of the vector in the pattern determination unit, so that in the learning phase, the station in turn to predefined ⁇ calibration points is positioning.
  • the station in turn to predefined ⁇ calibration points is positioning.
  • Location coordinates are alternatively transmitted to the pattern determination unit for the respective actual, determined by parallel location determination position after determination of the vector and stored there.
  • this pattern matching is performed on the initiating base station BS m as the sender of the signal PACK.
  • this base station BS m is preferably also the group or the vector of detected duration values of all other base stations BSi, BS j before.
  • a pattern matching unit (not shown) associated with the initiating base station BS m , for example, now performs the pattern matching with the vector of stored duration values, also called the "calibration vector", which was assigned to a specific position of the station MS within the learning phase.
  • the pattern matching an adjustment based on a maximum likelihood algorithm is performed. In this case, a respective subtraction is provided between the vector of detected duration values and a respective vector of stored duration values. The method is performed successively on the vector of detected duration values and each respective vector of stored duration values, resulting in a respective result vector as a result of the respective subtraction.
  • the individual components of a respective result vector are then added to a respective scalar result size using a root mean square calculation method.
  • the respective scalar result size is compared with all other scalar result size.
  • the smallest scalar result size results when the position of the station MS to be determined is closest to a position stored during the learning phase.
  • the ge from the vector ⁇ -stored time values corresponds to stored position to a good approximation of the position to be determined the station MS.
  • refinement of the position determination is made by extrapolating between the calibration vectors most similar to the vector of detected duration values.
  • neural network techniques are used to perform the pattern matching.
  • detection of the time period value m ATBS the initiating base station BS ⁇ m is not necessary, since a corresponding number of vectors from detected period values of the other base stations are sufficient. Furthermore, a detection of the processing time T pr0 ces s ge ⁇ Gurss Figure 17 et seq. Not necessary, since this is merely a constant between the time of transmission to the initiating base station BS m and the transmission time at the station MS corresponding to the in-mentioned subtraction between Vector from detected duration values and a respective vector would be eliminated from stored duration values.
  • This pattern matching method is particularly suitable for scenarios where there is no direct line of sight (LOS) between some or all base stations and the station. This is especially the case in typical "indoor” scenarios or in the urban environment.
  • LOS line of sight
  • the inventive method is particularly suitable in local situations where strong reflections of the signals exchanged, ie for example in the area of most full amounts of water or in an industrial production environment where typically there are many reflec ⁇ -saving metal objects ,
  • the transmission of the signal by the station or mobile station is provided.
  • a reception of the signal Nals takes place at a base station, which will also send a confirmation signal in the further course, and at least min ⁇ another base station, preferably a plurality of base stations of the further communication only "listen".
  • An acknowledgment of the signal after it is received is made by the previously explained base station by sending an acknowledgment signal.
  • the method further provides ei ⁇ NEN receipt of the acknowledgment signal at the station and on at least one of the plurality of base stations. According to this second alternative embodiment of the method according to the invention, therefore, an initiation of the method by the station is provided.
  • FIG. 21 schematically shows a base station BS m on which the method according to the invention can be used.
  • the base station BS m has the already mentioned Zeiterfas ⁇ sungs founded 110 and a pattern determining unit 120th
  • the inventive method for position determination ⁇ a mobile station is shown schematically.
  • a first step 210 two signals PACK, ACK are exchanged between an mth base station BS m and the mobile station MS.
  • the time intervals between the reception of the two signals PACK, ACK are respectively detected at all other base stations by means of the time recording devices 110.
  • the location of the mobile station MS is determined by means of the pattern determination unit 120 by means of the detected time periods.

Abstract

The present invention relates to a method and an apparatus for localization of a mobile station using a modified RTTDoA method, wherein determining the position of the mobile station does not require the performance of complex mathematical modelling operations, that is to say particularly trilateration operations and linear calculations linked thereto. Instead, the invention involves the application of methods of pattern comparison, which makes substantially lower demands on the computation power of a pattern determination unit. The method and the apparatus are particularly suitable for localization in confined spaces.

Description

Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vor¬ richtung und eine Verwendung zur Ortsbestimmung einer mobilen Station mittels einer Vielzahl von Basisstationen. Method and apparatus for determining the location, the present invention relates to a method, an on ¬ direction and a use for determining the location of a mobile station by a plurality of base stations.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Ortsbestimmung einer ersten Station mittels einer Mehrzahl von zweiten Stationen bekannt, die eine Messung einer Ausbreitungszeit eines drahtlos zwischen den Stationen übertragenen Signals vorsehen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im Folgenden fallweise die erste Station als mobile Station, die zweite Station als Basisstation oder »Access Point« bezeichnet. Methods are known in the prior art for determining the location of a first station by means of a plurality of second stations, which provide for measuring a propagation time of a signal transmitted wirelessly between the stations. In the following, without limitation of generality, the first station will be referred to as mobile station, the second station as base station or "access point".
Bei den bekannten Verfahren zur Ortsbestimmung wird Gebrauch von einer Proportionalität der Ausbreitungszeit des Signals zu einer Entfernung der Stationen gemacht. Die Proportionali- tät beinhaltet einen Proportionalitätsfaktor, der in guter Näherung dem Wert für die Vakuumlichtgeschwindigkeit ent¬ spricht . In the known method of location determination, use is made of a proportionality of the propagation time of the signal to a distance of the stations. The proportionality ty includes a proportionality factor which speaks ent ¬ a good approximation to the value for the vacuum speed of light.
Aufgrund der Größe dieses Proportionalitätsfaktors wird eine extreme Genauigkeit zur Bestimmung der Signallaufzeit gefor¬ dert. Beispielsweise verursacht ein Fehler von lediglich ei¬ ner Mikrosekunde in der Bestimmung der Signallaufzeit oder des Signallaufzeitunterschieds einen Fehler von 300 m in der Berechnung des Abstands. Due to the size of proportionality extreme accuracy Is Requested changed ¬ to determine the signal propagation time. For example, an error of only one microsecond in the determination of the signal propagation time or the signal propagation time difference causes an error of 300 m in the calculation of the distance.
Ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Zeitunterschieds der Ankunft, in der Fachwelt auch als »Time Difference of Ar- rival« und im Folgenden abkürzend als TDoA bezeichnet, sieht eine Verwendung einer Sendestation und mehrere Empfangsstati- onen vor. Alle Stationen sind zeitlich so synchronisiert, dass die Ausbreitungszeit eines übertragenen Signals anhand des Zeitunterschieds bestimmt werden kann. gemessen werden kann. Das durch die Sendestation ausgesendete Signal ist das gleiche, das zur Messung aller Entfernungen verwendet wird. Ein weiteres bekanntes Verfahren, in der Fachwelt auch als »Round-Trip-Time of Flight« und im Folgenden abkürzend als RTT bezeichnet, sieht ein Hin- und Rücksignal gemäß dem im folgenden genannten Verfahren vor. Gemäß diesem Verfahren wird ein Hin-Signal von einer zweiten Station zu einer ersten Station gesendet. Nachdem die erste Station das Hin-Signal empfängt, antwortet die erste Station mit einem Rück-Signal an die zweite Station. Die zweite Station misst die Zeitdif¬ ferenz zwischen dem Sendezeitpunkt des Hinsignals und dem Zeitpunkt eines Eintreffens des Rücksignals und bestimmt dar- aus die Laufzeit. Bei der Bestimmung der Laufzeit ist zusätz¬ lich eine interne Verarbeitungsverzögerung in der ersten Station zu berücksichtigen. Da keine Synchronisation erforderlich ist, ist die Komplexität des Systems in vorteilhafter Weise verringert. A known method for determining the time difference of the arrival, also referred to in the professional world as the "Time Difference of Ar- rival" and abbreviated hereafter as TDoA, envisages the use of a transmitting station and several receiving stations. All stations are synchronized in time so that the propagation time of a transmitted signal can be determined on the basis of the time difference. can be measured. The signal transmitted by the transmitting station is the same as that used to measure all distances. Another known method, referred to in the art as "Round Trip Time of Flight" and abbreviated below as RTT, provides a forward and backward signal according to the method mentioned below. According to this method, an outward signal is sent from a second station to a first station. After the first station receives the outgoing signal, the first station responds with a return signal to the second station. The second station measures the Zeitdif ¬ ference between the transmission time of the Hinsignals and the time of arrival of the return signal and determines from this the runtime. In determining the duration of an internal processing delay in the first station is zusätz ¬ Lich to be considered. Since no synchronization is required, the complexity of the system is advantageously reduced.
Ein weiterer Vorteil des RTT-Verfahrens ist dass keine expli¬ zite Messung oder Zusammenarbeit von und mit der ersten Sta¬ tion erforderlich ist. Zur Bestimmung der Signallaufzeit werden nämlich üblicherweise Datenpakete unter Verwendung be- kannter Kommunikationsprotokolle übertragen, welche von der Gegenseite automatisch beantwortet werden. Beispielsweise wird gemäß einem bekannten Protokoll WLAN (Wireless Local Area Network), welches auf dem Standard IEEE 802.11 basiert, von einer intrinsischen Eigenschaft des Standards IEEE 802.11 Gebrauch gemacht, dass jedes Datenpaket vom Empfänger unmit¬ telbar durch ein bestätigendes Datenpaket (Acknowledge) quit¬ tiert wird. Another advantage of the method is that no RTT expli ¬ deficits measurement or together by and with the first Sta ¬ tion is required. In order to determine the signal propagation time, data packets are usually transmitted using known communication protocols, which are automatically answered by the other party. For example, according to a known protocol WLAN (Wireless Local Area Network) which is based on the IEEE 802.11 standard, made of an intrinsic property of the IEEE 802.11 standard use, that each data packet by the receiver UNMIT ¬ telbar an affirmative data packet (Acknowledge) quit ¬ is being done.
In ähnlicher Weise unterstützen auch alternative Kommunikati- onsprotokolle eine derartige Quittierung, beispielsweise drahtlose Kommunikationsprotokolle wie ZigBee, Bluetooth, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) , GSM (Glo- bal System for Mobile Communications) , WiMAX (Worldwide Inte- roperability for Microwave Access) usw. Similarly, alternative communication protocols also support such acknowledgment, for example, wireless communication protocols such as ZigBee, Bluetooth, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), GSM (Global Mobile Telecommunications System). bal System for Mobile Communications), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), etc.
Zur Bestimmung der Laufzeit wird die Zeitdauer zwischen dem Hin- und Rücksignal gemessen und aus dieser Zeitdauer ein Abstand zwischen der initiierenden Station, beispielsweise der Basisstation, und der mobilen Station, beispielsweise ein PDA (Personal Digital Assistant), bestimmt. Aus der so bestimmten Laufzeit ergibt sich ein Abstand der mobilen Station zur Ba- sisstation. To determine the transit time, the time duration between the outward and return signal is measured, and from this time period a distance between the initiating station, for example the base station, and the mobile station, for example a PDA (Personal Digital Assistant), is determined. The thus determined running time results in a distance of the mobile station to the base station.
Für eine Bestimmung der Position der mobilen Station muss das genannte Verfahren nach den geometrischen Prinzipien z.B. einer Trilateration mit mindestens drei Basisstationen durchge- führt werden. Aus einer jeweiligen Laufzeit wird ein Abstand der mobilen Station zu einer jeweiligen Basisstation bestimmt. Mit den als bekannt vorauszusetzenden Ortskoordinaten der jeweiligen Basisstationen wird eine Ortsbestimmung der mobilen Station auf Basis einer Trilateration vorgenommen. For a determination of the position of the mobile station, said method must be performed according to the geometric principles e.g. trilateration with at least three base stations. From a respective term, a distance of the mobile station is determined to a respective base station. With the location coordinates of the respective base stations to be presupposed as known, a location determination of the mobile station based on a trilateration is undertaken.
Gemäß einem weiteren herkömmlichen hybriden Verfahren, mit dem die Vorteile von TDoA genutzt und die Nachteile der Ver¬ wendung von RTT vermieden werden können, werden die Vorteile der Beschaffenheit von Funkkanälen genutzt, indem lediglich eine Basisstation direkt mit der mobilen Station kommuniziert, wobei die weitere in Reichweite befindliche Basissta¬ tionen dieser Kommunikation »zuhören«. Auf hybride Verfahren wird im Folgenden auch als RTTDoA-Verfahren (»Round Trip Time Difference of Arrival «) Bezug genommen. According to another conventional hybrid method with which the advantages of TDOA utilized and the disadvantages of the Ver ¬ application can be avoided by RTT to take advantage of the nature of radio channels to be used by only one base station communicates directly with the mobile station, wherein the further in range Basissta ¬ tions of this communication "listen". Hybrid methods are also referred to below as the RTTDoA method ("Round Trip Time Difference of Arrival").
Eine auf dieses RTTDoA-Verfahren gerichtete Patentanmeldung ist von der Anmelderin mit dem Titel »Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung« unter der Anmeldenummer 10 2008 032 749.2 am 11.07.2008 beim Deutschen Patent- und Markenamt hin- terlegt worden. A patent application directed to this RTTDoA method has been deposited with the German Patent and Trademark Office by the Applicant under the application number 10 2008 032 749.2 entitled "Method and Apparatus for Location Determination" on 11.07.2008.
Das genannte RTTDoA-Verfahren weist zwar den Vorteil auf, dass die gesamte Menge an erforderlichen Messungen gegenüber den voraus genannten Verfahren erheblich reduziert werden kann. Andererseits weist dieses Verfahren jedoch den Nachteil auf, dass ein erheblicher mathematischer Aufwand zur Bestimmung der Umgebung sowie der Position einer mobilen Station benötigt wird. Zudem ist eine Kenntnis der Position der Ba¬ sisstationen erforderlich. Although the mentioned RTTDoA method has the advantage that the entire amount of required measurements compared to the previously mentioned method can be significantly reduced. On the other hand, however, this method has the disadvantage that considerable mathematical effort is required to determine the environment and the position of a mobile station. In addition, a knowledge of the position of the Ba ¬ sisstationen is required.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Ort einer mobilen Station mittels einer Mehrzahl von Basisstationen der- art zu bestimmen, dass eine aufwändige mathematische Model¬ lierung der Umgebung weitgehend unterbleiben kann. It is an object of the present invention, the location of a mobile station by means of a plurality of base stations DER art to determine that a complex mathematical model ¬-regulation of the environment can largely be avoided.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch, eine Vorrichtung gemäß dem Nebenanspruch und eine Verwendung gemäß dem Nebenanspruch gelöst. The object is achieved by a method according to the main claim, a device according to the independent claim and a use according to the independent claim.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ortsbestimmung einer Station mittels einer Mehrzahl von Basisstationen umfasst ein Senden eines Signals; einen Empfang des Signals an mindestens einer Basisstation und ein Bestätigen des Signals nach dessen Empfang durch Senden eines Bestätigungssignals. Das Verfahren sieht weiterhin einen Empfang des Bestätigungssignals an min¬ destens einer der Mehrzahl von Basisstationen sowie ein Erfassen einer jeweiligen zwischen dem Empfang des Signals und dem Empfang des Bestätigungssignals verstrichenen Zeitdauer an mindestens einer der Mehrzahl von Basisstation vor. Anschließend erfolgt ein Bilden einer Gruppe von erfassten Zeitdauerwerten aus den jeweiligen erfassten Zeitdauern. Auf Basis dieser Gruppe von erfassten Zeitdauerwerten erfolgt ei- ne Durchführung eines Musterabgleichs zwischen der Gruppe er- fasster Zeitdauerwerte mit mindestens einer Gruppe gespei¬ cherter Zeitdauerwerte, wobei die mindestens eine Gruppe ge¬ speicherter Zeitdauerwerte einer voraus bestimmten Position der Station zugeordnet ist. The inventive method for locating a station by means of a plurality of base stations comprises transmitting a signal; receiving the signal at at least one base station and acknowledging the signal after receiving it by transmitting an acknowledgment signal. The method further provides a receipt of the acknowledgment signal to min ¬ least one of the plurality of base stations and detecting a respective between receiving the signal and the receipt of the acknowledgment signal elapsed period of time on at least one of the plurality of base station. Subsequently, a group of detected duration values is formed from the respective detected time periods. On the basis of this group of detected time duration values a carry out a pattern matching between the group is ER- trimmed time values with at least one group vomit ¬ cherter time values, wherein the at least one group ge ¬-stored time duration values is assigned to a predetermined position of the station.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also ein RTTDoA- Verfahren vor, bei dem anhand erfasster Zeitdauerwerte eine Gruppe, z.B. ein Vektor gebildet wird. Dieser Vektor aus er- fassten Zeitdauerwerten wird mit Hilfe eines Musterabgleichs mit gespeicherten Vektoren abgeglichen und anhand dieses Musterabgleichs eine Position der Station bestimmt. Die gespeicherten Vektoren, also die Vektoren aus gespeicherten Zeitdauerwerten, sind einer jeweils voraus bestimmten Position der Station zugeordnet, wobei mehrere Positionen und deren zugehörige Vektoren aus Zeitdauerwerten beispielsweise im Rahmen einer Anlernphase bestimmt werden und die bestimm- ten Vektoren aus Zeitdauerwerten zusammen mit deren jeweiliger Position gespeichert werden. The method according to the invention therefore provides an RTTDoA method in which a group, for example a vector, is formed on the basis of detected duration values. This vector from The captured duration values are compared with stored vectors by means of a pattern matching and, based on this pattern matching, a position of the station is determined. The stored vectors, ie the vectors from stored time duration values, are assigned to a respectively predetermined position of the station, wherein a plurality of positions and their associated vectors are determined from time duration values, for example within the scope of a learning phase, and the specific vectors from time duration values together with their respective position get saved.
Die vorgeschlagene Lösung nutzt die technischen Gegebenheiten von drahtlosen Kommunikationssystemen, indem lediglich eine Basisstation direkt mit der mobilen Station kommuniziert, wobei weiteren Basisstationen dieser Kommunikation »zuhören«, sobald sie in Reichweite sind. The proposed solution takes advantage of the technicalities of wireless communication systems by having only one base station communicating directly with the mobile station, with other base stations "listening" to that communication as soon as they are in range.
Das Bestätigungssignal ist als Reaktion des Empfängers des Signals zu sehen. Das Bestätigungssignal ist daher nicht not¬ wendigerweise an den ursprünglichen Absender des Signals gerichtet . The acknowledgment signal is seen in response to the receiver of the signal. The confirmation signal is therefore not necessarily directed to the original sender of the signal.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass für eine Bestimmung der Position der mobilen Station keine aufwändigen mathematischen Verfahren, also insbesondere keine Trilaterationen und damit verbundene lineare Berechnungen, durchgeführt werden müssen. Stattdessen werden erfindungsgemäß Methoden eines Mustervergleichs angewandt, welche bezüglich der Rechenleis- tung einer Musterbestimmungseinheit erheblich geringere An¬ forderungen stellen. The invention has the advantage that for a determination of the position of the mobile station no complex mathematical methods, ie in particular no trilaterations and associated linear calculations, must be performed. Instead, methods of pattern matching are used according to the invention, which provide with respect to the computing power of an pattern determination unit significantly lower on ¬ requirements.
Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass keine Kenntnis der Position, also der Ortskoordinaten der jeweils eingesetzten Basisstationen erforderlich ist, welche bislang die Basis für eine Ortsbestimmung mittels Trilateration bildete . Erfindungsgemäß ist lediglich in einer etwaigen Anlernphase eine Bestimmung einiger Vektoren von Zeitdauerwerten in einer Kommunikation der mobilen Station mit einer Mehrzahl von Basisstationen erforderlich, wobei jedem Vektor von Zeitdauer- werten die Position der Station zum Zeitpunkt der Erhebung des jeweiligen Vektors von Zeitdauerwerten zugeordnet werden muss . The present invention has the advantage that no knowledge of the position, ie the location coordinates of the base stations used in each case is required, which has hitherto formed the basis for a location determination by means of trilateration. According to the invention, it is only necessary in a possible learning phase to determine some vectors of duration values in a communication of the mobile station with a plurality of base stations, wherein each vector of duration values must be assigned the position of the station at the time of the collection of the respective vector of duration values.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.
Gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Senden des Signals durch eine initiierende Basisstation vorgesehen. Ein Empfang des Signals erfolgt an der Station sowie an mindestens einer weiteren Ba¬ sisstation. Eine Bestätigung des Signals nach dessen Empfang erfolgt von der Station durch Senden eines Bestätigungssig¬ nals. Das Verfahren sieht weiterhin einen Empfang des Bestätigungssignals an der Station und an mindestens einer der Mehrzahl von Basisstationen vor. Gemäß dieser ersten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also eine Initiierung des Verfahrens von Seiten einer Basis¬ station vorgesehen. Gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Senden des Signals durch die Station bzw. mobile Station vorgesehen. Ein Empfang des Signals erfolgt an einer Basisstation, welche im weiteren Verlauf auch ein Bestätigungssignal senden wird, sowie an min- destens einer weiteren Basisstation, vorzugsweise mehreren Basisstationen, welche der weiteren Kommunikation lediglich »zuhören«. Eine Bestätigung des Signals nach dessen Empfang erfolgt durch die vorher erläuterte Basisstation durch Senden eines Bestätigungssignals. Das Verfahren sieht weiterhin ei- nen Empfang des Bestätigungssignals an der Station und an mindestens einer der Mehrzahl von Basisstationen vor. Gemäß dieser zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens ist also eine Initiierung des Verfahrens von Seiten der Station vorgesehen. According to a first alternative embodiment of the method according to the invention, the transmission of the signal is provided by an initiating base station. A reception of the signal takes place at the station, and at least one further Ba ¬ sisstation. A confirmation of the signal after the reception is performed from the station by sending a Bestätigungssig ¬ Nals. The method further provides for receipt of the acknowledgment signal at the station and at at least one of the plurality of base stations. According to this first alternative embodiment of the method according to the invention, therefore, an initiation of the method from the side of a base ¬ station is provided. According to a second alternative embodiment of the method according to the invention, the transmission of the signal by the station or mobile station is provided. A reception of the signal takes place at a base station, which will also transmit an acknowledgment signal in the further course, and at at least one further base station, preferably several base stations, which merely "listen" to the further communication. An acknowledgment of the signal after it is received is made by the previously explained base station by sending an acknowledgment signal. The method further provides for receipt of the acknowledgment signal at the station and at at least one of the plurality of base stations. According to this second alternative embodiment of the invention Thus, according to the method, an initiation of the method by the station is provided.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispie¬ len in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen : The present invention will be described in more detail with reference to Ausführungsbeispie ¬ len in connection with the figures. Show it :
Figuren 1 bis 3 ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines er¬ findungsgemäßen Ortsbestimmungsverfahrens ; Figures 1 to 3 is a structural diagram for schematically illustrating an embodiment of he ¬ inventive locating method;
Figuren 4 bis 20 ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines Ablauf des erfindungsgemäßen Ortsbestimmungsverfahrens ; FIGS. 4 to 20 show a structure diagram for a schematic representation of a sequence of the location determination method according to the invention;
Figur 21 ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Basisstation; Figure 21 is a structural diagram for schematically illustrating a base station;
Figur 22 ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines Verfahrens zur Ortsbestimmung einer mobilen Station. FIG. 22 is a structural diagram for schematically illustrating a method for determining the location of a mobile station.
Figuren 1 bis 3 zeigen eine erste Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ortsbestimmungsverfahrens. Das dabei zu Einsatz kommende Verfahren wird auch als »Round Trip Time Difference of Arrival«-Verfahren Figures 1 to 3 show a first representation of an embodiment of the location determination method according to the invention. The method used is also called "Round Trip Time Difference of Arrival" method
(RTTDoA) bezeichnet . (RTTDoA).
Figur 1 zeigt ein Senden eines Signals PACK durch eine das beispielhaft dargestellte Verfahren initiierende Basisstation BSm. Das Signal PACK wird beispielsweise, jedoch nicht not¬ wendigerweise, als Datenpaket PACK gesendet. Alternativ sind auch Signale PACK anderer Struktur verwendbar, insbesondere auch Analogsignale. In der folgenden Darstellung wird jedoch ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einer Gestaltung des Signals PACK als Datenpaket PACK ausgegangen. Das Datenpaket PACK kann entweder ungerichtet, z.B. als FIG. 1 shows a transmission of a signal PACK by a base station BS m initiating the exemplary method. The signal PACK is sent, for example, but not necessarily , as a data packet PACK. Alternatively, signals PACK of other structure can also be used, in particular also analog signals. In the following description, however, it is assumed that the signal PACK is designed as data packet PACK, without limiting the generality. The data packet PACK can either be undirected, eg as
Broadcast-Datenpaket , oder gerichtet kodiert sein. In letztem Fall ist in einem entsprechenden Feld des Datenpakets PACK eine mobile Station MS als Empfänger vermerkt. Die weiteren Basisstationen BS empfangen ebenfalls das Datenpaket PACK. Diese starten jeweils lokale interne - nicht dargestellte - Zeiterfassungseinrichtungen beim jeweiligen Empfang des Datenpakets PACK an der jeweiligen Basisstationen BS. Gemäß Figur 2 antwortet die mobile Station MS der Basisstati¬ on BS mit einem Bestätigungssignal ACK nach Empfang des Da¬ tenpakets PACK. Das Bestätigungssignal ist wie das Signal ACK als Datenpaket gestaltet. Das Bestätigungssignal ACK wird ebenso durch die weiteren Ba¬ sisstationen BS in deren Empfangsbereich erfasst, wobei die lokalen Zeiterfassungseinrichtungen der Basisstationen BS bei Empfang des Bestätigungssignals ACK gestoppt werden. Es wird also vorgeschlagen, dass Basisstationen BS, die derzeit nicht in eine Punkt-zu-Punkt-Übertragung einbezogen sind, dem Übertragungskanal »zuhören« und die Zeitdauer zwischen dem Empfang des Datenpakets PACK und der von der mobilen Station MS als Antwort gesendeten Bestätigungsnachricht ACK messen. Zur Bestimmung der Position der Station MS aus den jeweiligen an den Basisstationen ermittelten Zeitdauern wurden bislang mathematische Lösungen vorgeschlagen, welche eine aufwändige Modellierung der Umgebung und Kenntnis der Position der Station MS vorsahen. Zudem war eine genaue Kenntnis der Position der jeweiligen Basisstationen erforderlich. Broadcast data packet, or directionally encoded. In the latter case, a mobile station MS is noted as a recipient in a corresponding field of the data packet PACK. The further base stations BS also receive the data packet PACK. These start each local internal - not shown - time detection devices at the respective reception of the data packet PACK at the respective base stations BS. According to Figure 2, the mobile station MS to the BS on Basisstati ¬ responds with an acknowledgment signal ACK after reception of Da ¬ tenpakets PACK. The acknowledgment signal is like the signal ACK designed as a data packet. The acknowledge signal ACK is detected also by the further Ba ¬ sisstationen BS in whose reception area, the local time detection means of the base stations BS upon receipt of the acknowledgment signal ACK to be stopped. It is thus proposed that base stations BS, which are not currently involved in a point-to-point transmission, "listen" to the transmission channel and the time duration between the receipt of the data packet PACK and the acknowledgment message ACK sent by the mobile station MS in response measure up. In order to determine the position of the station MS from the respective time periods determined at the base stations, mathematical solutions have been proposed hitherto which provide for elaborate modeling of the environment and knowledge of the position of the station MS. In addition, a precise knowledge of the position of the respective base stations was required.
Die weitere Figurenbeschreibung erfolgt unter weiterer Bezugnahme auf die Funktionseinheiten von jeweils vorausgehenden Figuren. Identische Bezugszeichen in verschiedenen Figuren repräsentieren hierbei identische Funktionseinheiten. The further description of the figures is made with further reference to the functional units of respective preceding figures. Identical reference symbols in different figures here represent identical functional units.
Ein Zeitablaufdiagramm des RTTDoA-Verfahrens wird in Verbindung mit Figur 3 erläutert. Ein Fortschreiten der Zeit ist in Figur 3 von oben nach unten aufgetragen, sodass ältere Zeitpunkte weiter oben und jüngere Zeitpunkte weiter unten in Fi¬ gur 3 angeordnet sind. Eine Basisstation BSm bezeichnet die initiierende Basisstati¬ on, welche mit der mobilen Station MS kommuniziert. Eine ge¬ strichelt dargestellte Linie bezeichnet die Signallaufzeit des Datenpakets PACK, das von der Basisstation BSm zu der mobilen Station MS gesendet wird. A timing diagram of the RTTDoA method will be explained in conjunction with FIG. A progression of time is in Figure 3 applied from top to bottom, so that older times are further up and younger times further down in Fi ¬ gur 3 are arranged. A base station BS, m denotes the initiating Basisstati ¬ on, which communicates with the mobile station MS. A ge ¬ dashed line shown indicates the signal propagation time of the data packet PACK that is sent from the base station BS to the mobile station MS m.
Eine jeweils durchgezogen dargestellte Linie stellt das Bes¬ tätigungssignal ACK in Form eines Datenpakets dar, das von der mobilen Station MS zu der Basisstation BSm gesendet wird. Die weiteren Basisstationen BSi, BSj »hören den Kommunikati- onskanal ab«. Die Basisstation BSi ist geometrisch näher an der Basisstation BSm angeordnet, während die Basisstation BSj weiter beabstandet ist. A solid line in each case represents the Bes ¬ actuating signal ACK in the form of a data packet, which is sent from the mobile station MS to the base station BS m . The further base stations BSi, BS j "listen to the communication channel". The base station BSi is arranged geometrically closer to the base station BS m , while the base station BSj is further spaced.
Figur 3 stellt in einer vertikalen Richtung eine jeweilige verstrichene Zeitdauer ATBSi, ATBSj , ATBSm an den Basisstationen BSi,BSj,BSm dar. Die Basisstation BSm sendet das Datenpaket PACK zu der mobilen Station MS. Das Paket löst die Zeiterfas¬ sungseinrichtungen der Basisstationen BSi und BSj aus. Im Stand der Technik ist bekannt, eine VerarbeitungszeitFigure 3 illustrates in a vertical direction a respective elapsed time ATBSi, ATBSj, ATBS m at the base stations BSi, BSj, BS m. The base station BS sends the data packet PACK m to the mobile station MS. The packet triggers the Zeiterfas ¬ sungseinrichtungen the base stations BSi and BS j . It is known in the art to have a processing time
Tprocess durch die mobile Station MS vor einer Beantwortung mit dem Bestätigungssignal ACK an die Basisstation BSm zu berücksichtigen. Diese Verzögerung durch eine Verarbeitungszeit Tprocess ist um mehrere Größenordnungen größer als die Ausbrei- tungszeiten der Radiosignale. Tprocess by the mobile station MS before answering with the acknowledgment signal ACK to the base station BS m to be considered. This delay by a processing time Tprocess is several orders of magnitude greater than the propagation times of the radio signals.
Die durchgezogenen Linien zwischen der mobilen Station MS und den Basisstationen BSi, BSj weisen eine zu der gestrichelten Linie unterschiedliche Steigung auf. The solid lines between the mobile station MS and the base stations BSi, BS j have different to the dashed line pitch.
Die verstrichenen Zeiten, die durch eine im Übrigen beliebige Basisstation BS gemessen werden, sind in Figur 3 vertikal dargestellt . Figuren 4 bis 13 zeigen ausführliche Darstellungen zum erfindungsgemäßen RTTDoA-Ortsbestimmungsverfahren . In Figuren 4 bis 13 ist für eine Basisstation BS das Kurzzeichen AP mit einem jeweiligen Index gewählt. The elapsed times, which are measured by an otherwise arbitrary base station BS, are shown vertically in FIG. Figures 4 to 13 show detailed illustrations of the RTTDoA locating method according to the invention. In FIGS. 4 to 13, the abbreviation AP with a respective index is selected for a base station BS.
Figur 4 zeigt, wie eine erste Basisstation AP]_ ein Signal PACK zu der mobilen Station MS sendet. Eine der Basisstation AP]_ zugeordnete - nicht dargestellte - Zeiterfassungsein- richtung wird zu Zeitpunkt des Sendens des Datenpakets PACK gestartet. Die Zeiterfassungseinrichtung wird gestoppt, wenn das entsprechende Bestätigungssignal ACK empfangen wurde. Aufgrund der Rundsendeeigenschaften des Funkmediums und der örtlichen Anordnung der Basisstationen in diesem Ausführungs- beispiel, ist die Basisstation AP3 die erste, die das gesen¬ dete Paket empfängt. Zum Zeitpunkt dieses Empfangs startet die Basisstation AP3 eine lokale - nicht dargestellte - Zeiterfassungseinrichtung . Figur 5 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das durch die Basissta¬ tion AP]_ ausgesendete Datenpaket PACK an der mobilen Station MS eintrifft. Daraufhin bereitet die mobile Station MS eine Antwort, und zwar das Aussenden des Bestätigungssignals ACK als Antwort auf das Datenpaket PACK vor. Figure 4 shows how a first base station AP] _ sends a signal PACK to the mobile station MS. One of the base station AP] _ associated - not shown - Zeiterfassungsein- direction is started at the time of sending the data packet PACK. The time detector is stopped when the corresponding acknowledgment signal ACK has been received. Because of the broadcast properties of the radio medium and the local arrangement of the base stations in this exemplary example, the base station AP3 is the first that receives the Gesen ¬ finished package. At the time of this reception, the base station AP3 starts a local time detection device (not shown). Figure 5 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ¬ tion AP] PACK data packet arrives at the mobile station MS. Thereafter, the mobile station MS prepares a response, namely the transmission of the acknowledgment signal ACK in response to the data packet PACK.
Figur 6 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das durch die Basissta¬ tion AP]_ ausgesendete Datenpaket PACK an der Basisstation AP2 eintrifft. An der Basisstation AP2 wird eine lokale - nicht dargestellte - Zeiterfassungseinrichtung gestartet. Figure 6 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ¬ tion AP] PACK data packet arrives at the base station AP2. At the base station AP2 a local - not shown - time detection device is started.
Figur 7 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das durch die Basissta¬ tion AP]_ ausgesendete Datenpaket PACK an der Basisstation AP5 eintrifft. An der Basisstation AP5 wird eine lokale - nicht dargestellte - Zeiterfassungseinrichtung gestartet. Figure 7 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ¬ tion AP] PACK data packet arrives at the base station AP5. At the base station AP5 a local - not shown - time detection device is started.
Figur 8 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das durch die Basissta¬ tion AP]_ ausgesendete Datenpaket PACK an der geometrisch am weitesten entfernten Basisstation AP4 eintrifft. An der Ba- sisstation AP4 wird eine lokale - nicht dargestellte - Zeiterfassungseinrichtung gestartet . Figure 8 shows a time at which the _ emitted by the Basissta ¬ tion AP] PACK data packet arrives at the geometric farthest base station AP4. At the sisstation AP4 a local - not shown - time detection device is started.
Zu diesem Zeitpunkt haben nunmehr alle Basisstationen AP2,..., AP5 das durch die Basisstation AP]_ gesendete Datenpaket PACK empfangen. Mittlerweile oder nach einer weiteren Zeitdauer ist die interne Verarbeitungszeit Tpr0ces s in der mobilen Sta¬ tion MS abgelaufen und es wird ein Bestätigungssignal ACK (»Acknowledge«) an die Adresse der Basisstation AP]_ ausgesen- det. At this point in time, all base stations AP2,..., AP5 have now received the data packet PACK sent by the base station AP ] _. Meanwhile, or after a further period of time, the internal processing time T pr0 ces s in the mobile Sta ¬ tion MS has expired and it is ( "Acknowledge") to the address of the base station AP] an acknowledgment signal ACK _ ausgesen- det.
Figur 9 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das durch die mobile Station MS ausgesendete Bestätigungssignal ACK an der Basis¬ station AP4 eintrifft, welche der mobilen Station MS geomet- risch am nächsten ist. Die zu dem in Figur 8 dargestelltenFigure 9 shows a timing at which the light emitted by the mobile station MS ACK signal arrives at the base station AP4 ¬ which is geometrically closest to the mobile station MS. The to that shown in Figure 8
Zeitpunkt gestartete Zeiterfassungseinrichtung der Basissta¬ tion AP4 wird nun gestoppt. Time started time detection device of Basissta ¬ tion AP4 is now stopped.
Figur 10 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das Bestätigungssig- nalpaket ACK an der Basisstation AP2 eintrifft. Die dortige lokale Zeiterfassungseinrichtung wird gestoppt. FIG. 10 shows a time at which the acknowledgment signal packet ACK arrives at the base station AP2. The local time recording device is stopped there.
Figur 11 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das Bestätigungssignal ACK an der Basisstation AP]_ eintrifft, worauf die dortige lo- kale Zeiterfassungseinrichtung gestoppt wird. FIG. 11 shows a time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station AP] _, whereupon the local time recording device there is stopped.
Figur 12 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das Bestätigungssignal ACK an der Basisstation AP5 eintrifft. Die dortige lokale Zeiterfassungseinrichtung wird gestoppt. FIG. 12 shows a time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station AP5. The local time recording device is stopped there.
Figur 13 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das Bestätigungssignal ACK an der Basisstation AP3 eintrifft, die in diesem Fall von der mobilen Station MS am weitesten entfernt ist. Die Zeiterfassungseinrichtung der Basisstation AP3 wird gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt haben alle Basisstationen AP ihre Messungen beendet . An jeder Zeiterfassungseinrichtung der jeweiligen Basisstation AP wird nun eine jeweils verstrichene Zeitdauer zwischen dem Start und dem Stopp der Zeiterfassungseinrichtung ermittelt . Figure 13 shows a time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station AP3, which is furthest away from the mobile station MS in this case. The time detecting means of the base station AP3 is stopped. At this time, all base stations AP have completed their measurements. At each time recording device of the respective base station AP, a respective elapsed time period between the start and the stop of the time recording device is determined.
Die gemessenen Zeitdauerwerte entsprechen aufgrund der komplexen Geometrie nicht direkt den Entfernungen, die der ge¬ messenen Zeitdauer zugeordnet ist. Um auf Grundlage dieser Messungen zu der Position der mobilen Station MS zu gelangen, mussten gemäß dem Stand der Technik aufwändige mathematische Modellierungen angewendet werden. The measured time values do not directly due to the complex geometry of the distances associated with the ge ¬ measured period of time. In order to arrive at the position of the mobile station MS on the basis of these measurements, elaborate mathematical modeling had to be applied according to the prior art.
Zum besseren Verständnis des zeitlichen Ablaufs zeigen Figuren 14 bis 20 zeitliche Ablaufdiagramme . For a better understanding of the timing, Figures 14 to 20 show timing diagrams.
Figur 14 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem die Basisstation BSm die Übertragung zu der mobilen Station MS beginnt. Da die Basisstation BSi einen kleineren Abstand von der Basisstation BSm als die mobile Station MS aufweist, trifft das Datenpaket PACK zuerst an der Basisstation BSi ein. Figure 14 illustrates a time when the base station BS m starts transmission to the mobile station MS. Since the base station BSi has a smaller distance from the base station BS m than the mobile station MS, the data packet PACK first arrives at the base station BSi.
Figur 15 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem das Packet PACK bei der mobilen Station MS angelangt ist. Figur 16 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem das DatenpaketFigure 15 illustrates a time when the packet PACK has arrived at the mobile station MS. FIG. 16 illustrates a time at which the data packet
PACK an der am entferntesten positionierten Basisstation BSj eintrifft . PACK arrives at the farthest-positioned base station BS j .
Figur 17 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem die mobile Stati- on MS nunmehr ein Bestätigungssignal ACK vorbereitet und ab¬ gesandt hat, welches zunächst an der am nähesten positionierten Basisstation BSj eingetroffen ist. Figure 17 represents a time at which the mobile MS on static now prepared an ACK signal and has from ¬ sent, which is first arrived at the closest positioned base station BS j.
Figur 18 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem das Bestätigungs- signal ACK an der Basisstation BSm eintrifft. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Entfernung zwischen der mobilen Station MS und der Basisstation BSm kleiner als die Entfer- nung zwischen der mobilen Station MS und der Basisstation BS±. FIG. 18 illustrates a point in time at which the acknowledgment signal ACK arrives at the base station BS m . According to this embodiment, the distance between the mobile station MS and the base station BS m is smaller than the distance between the mobile station MS and the base station BS m . between the mobile station MS and the base station BS ±.
Figur 19 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem das Bestätigungs- signal ACK abschließend an der Basisstation BSi eintrifft. Es wird auf die unterschiedlichen Steigungen der durchgezogenen Linie hingewiesen, die durch die räumliche Geometrie der teilnehmenden Stationen verursacht ist. Figur 20 stellt in vertikalen Richtungen die Zeitdauerwerte ATBSm, ATBSi, ATBSj dar, die durch die jeweils internen Zeiter¬ fassungseinrichtungen der Basisstationen BSm,BSi,BSj gemessen worden sind. Diese Informationen werden nun für die Ortsbestimmung der Station MS verwendet. FIG. 19 represents a time at which the acknowledgment signal ACK finally arrives at the base station BSi. Reference is made to the different gradients of the solid line caused by the spatial geometry of the participating stations. Figure 20 illustrates in vertical directions represents the time period values ATBS m, ATBSi, ATBSj, which have been measured by the respective internal Zeiter ¬ acquisition devices of the base stations BS m, BSi, BS j. This information is now used for the location of the station MS.
Hierzu werden beispielsweise die an den weiteren Basisstatio¬ nen BSi,BSj erfassten Zeitdauerwerte ATBSi,ATBSj an die initi¬ ierende Basisstation BSm übermittelt. Im Unterschied zum Stand der Technik ist unter Anwendung der erfindungsgemäßen Mittel eine Kenntnis des Zeitdauerwerts ATBSm, also der zur Erfassung einer zwischen dem Senden des Signals PACK durch die initiierende Basisstation BSm und dem Empfang des Bestätigungssignals ACK an der initiierenden Ba- sisstation BSm verstrichene Zeitdauer ATBSm, nicht unbedingt erforderlich für die Positionsbestimmung der Station MS. For this, the detected to the further Basisstatio ¬ NEN BSi, BSj time values ATBSi, ATBSj be for example transmitted to the initi ¬ ierende base station BS m. In contrast to the prior art, using the means according to the invention, a knowledge of the time duration value ATBS m , ie the detection of a between the transmission of the signal PACK by the initiating base station BS m and the receipt of the acknowledgment signal ACK at the initiating base station BS m elapsed time ATBS m , not necessarily required for the position determination of the station MS.
Im Unterschied zum Stand der Technik ist unter Anwendung der erfindungsgemäßen Mittel die Bestimmung der Verarbeitungszeit Tproces s in der Station MS nicht erforderlich für die Bestim¬ mung der Position der Station MS, wie weiter unten erläutert wird . In contrast to the prior art, the determination of the processing time Tp r OCES s in the station MS is using the compositions of the invention not required for Bestim ¬ tion of the position of the station MS, as discussed below.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, anhand der erfass- ten Zeitdauerwerte ATBSm, ATBSi, ATBSj eine Gruppe, z.B. einenThe method according to the invention provides, based on the detected duration values ATBS m , ATBSi, ATBSj, a group, eg a
Vektor zu bilden. Dieser Vektor aus erfassten Zeitdauerwerten ATBSm, ATBSi, ATBSj wird mit Hilfe eines Musterabgleichs mit ge- speicherten Vektoren abgeglichen und anhand dieses Musterab- gleichs eine Position der Station bestimmt. To form vector. This vector of detected duration values ATBS m , ATBSi, ATBSj is determined by means of pattern matching. stored vectors matched and determined based on this pattern match a position of the station.
Die gespeicherten Vektoren, also die Vektoren aus gespeicher- ten Zeitdauerwerten ATBSm, ATBSi, ATBSj , sind einer voraus be¬ stimmten Position der Station zugeordnet, die beispielsweise im Rahmen einer Anlernphase bestimmt werden. The stored vectors, ie, the vectors of stored time values ATBS m, ATBSi, ATBS j are expected to be a ¬ voted position of the station associated with the example, be determined during a training phase.
Im Rahmen einer etwaigen Anlernphase wird die Station MS zum Beispiel auf einer Mehrzahl von Kalibrierungspunkten mit jeweils vorbestimmter Position und jeweils bekannten Ortskoordinaten positioniert. An den jeweiligen Kalibrierungspunkten wird im Rahmen der der Anlernphase ein analoges RTTDoA- Verfahren durchgeführt, wobei die mit Hilfe dieses RTTDoA- Verfahrens jeweils ermittelten Vektoren der Zeitdauerwerte jeweils zusammen mit der bekannten Position des jeweiligen Kalibrierungspunkte gespeichert werden, an dem diese mit der Station ermittelt wurden. Mit anderen Worten ist nach Ab- schluss der Anlernphase jedem gespeicherten Vektor von Zeit- dauerwerte eine Position zugeordnet. As part of a possible learning phase, the station MS is positioned, for example, on a plurality of calibration points, each with a predetermined position and known location coordinates. An analog RTTDoA method is carried out at the respective calibration points as part of the training phase, wherein the vectors of the time duration values determined using this RTTDoA method are respectively stored together with the known position of the respective calibration points at which they were determined with the station , In other words, after the learning phase has been completed, a position is assigned to each stored vector of time duration values.
Gemäß einer zweiten Alternative kann eine Zuordnung des je¬ weiligen Vektors von Zeitdauerwerten zur Position der Station auch in der Weise erfolgen, dass die Station der Reihe nach an weitgehend beliebigen Orten positioniert wird, an einem jeweiligen Ort eine Bestimmung des Vektors nach dem RTTDoA- Verfahren erfolgt und an diesem jeweiligen Ort auch die tatsächliche Position der Station mit Hilfe eines parallelen Ortsbestimmung (z.B. Vermessung, GPS, Extrapolation aus be- kannten Koordinaten usw.) ermittelt wird. According to a second alternative, an assignment of each ¬ weiligen vector of time values for the position of the station can also be performed in such a manner that the station of the row is positioned after at substantially arbitrary locations, at a respective location, a determination of the vector of the RTTDoA- method The actual position of the station is also determined at this location using a parallel location determination (eg surveying, GPS, extrapolation from known coordinates, etc.).
Die Ortskoordinaten für die jeweilige tatsächliche Position der Station sind in der Anlernphase gemäß der oben genannten ersten Alternative vor der Bestimmung des Vektors in der Mus- terbestimmungseinheit definiert und gespeichert worden, so dass in der Anlernphase die Station der Reihe nach an vorde¬ finierten Kalibrierungspunkten zu positionieren ist. Gemäß der oben genannten zweiten Alternative werden die The location coordinates for the respective actual position of the station have been defined and stored in the learning phase according to the above-mentioned first alternative prior to the determination of the vector in the pattern determination unit, so that in the learning phase, the station in turn to predefined ¬ calibration points is positioning. According to the second alternative mentioned above, the
Ortskoordinaten alternativ für die jeweilige tatsächliche, durch Parallelortsbestimmung ermittelte Position nach Bestimmung des Vektors an die Musterbestimmungseinheit übermittelt und dort gespeichert. Location coordinates are alternatively transmitted to the pattern determination unit for the respective actual, determined by parallel location determination position after determination of the vector and stored there.
Eine solche Anlernphase ist dann entbehrlich, wenn die Räum¬ lichkeiten vorher bekannt sind und die gespeicherten Vektoren mit zugehöriger Position schon im Auslieferungszustand der initiierenden Basisstation gespeichert sind. Such a learning phase is then not necessary if the cavities ¬ possibilities are known in advance and the stored vectors are stored with the associated position already in the delivery state of the initiating base station.
Im Folgenden wird erläutert, wie eine Durchführung des Mus- terabgleichs zwischen der Gruppe bzw. dem Vektor erfasster Zeitdauerwerte mit mindestens einem Vektor gespeicherter Zeitdauerwerte zur Bestimmung einer Position der Station MS durchgeführt wird. In the following, it will be explained how a performance of the pattern matching between the group or the vector of detected duration values with at least one vector of stored duration values for determining a position of the station MS is carried out.
Beispielsweise, jedoch nicht notwendigerweise, wird dieser Musterabgleich an der initiierenden Basisstation BSm als Sen- der des Signals PACK vorgenommen. An dieser Basisstation BSm liegt vorzugsweise auch die Gruppe bzw. der Vektor erfasster Zeitdauerwerte aller weiteren Basisstationen BSi,BSj vor. For example, but not necessarily, this pattern matching is performed on the initiating base station BS m as the sender of the signal PACK. At this base station BS m is preferably also the group or the vector of detected duration values of all other base stations BSi, BS j before.
Nachdem gemäß den obigen Ausführungen alle Zeitdauerwerte ATBSi,ATBSj der übrigen Basisstationen ermittelt wurden, wird eine Gruppe bzw. ein Vektor von erfassten Zeitdauerwerten aus den jeweiligen erfassten Zeitdauern der übrigen Basisstationen gebildet. Eine - nicht dargestellte - Musterabgleichseinheit , welche beispielsweise der initiierenden Basisstation BSm zugeordnet ist, führt nun den Musterabgleich mit dem Vektor gespeicherter Zeitdauerwerte, auch »Kalibrierungsvektor« genannt, welcher innerhalb der Anlernphase einer bestimmten Position der Station MS zugeordnet wurde, durch. Gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Muster- abgleichs wird ein Abgleich auf Basis eines »Maximum- Likelihood« -Algorithmus durchgeführt. Dabei ist eine jeweilige Subtraktion zwischen dem Vektor aus erfassten Zeitdauerwerten und einem jeweiligen Vektor aus gespeicherten Zeitdauerwerten vorgesehen. Das Verfahren wird nacheinander mit dem Vektor aus erfassten Zeitdauerwerten und jedem jeweiligen Vektor aus gespeicherten Zeitdauerwerten durchgeführt, wobei sich ein jeweiliger Ergebnisvektor als Ergebnis der jeweiligen Subtraktion ergibt. After all the duration values ATBSi, ATBS j of the remaining base stations have been determined according to the above statements, a group or a vector of detected time duration values is formed from the respective detected time durations of the remaining base stations. A pattern matching unit (not shown) associated with the initiating base station BS m , for example, now performs the pattern matching with the vector of stored duration values, also called the "calibration vector", which was assigned to a specific position of the station MS within the learning phase. According to an exemplary embodiment for performing the pattern matching, an adjustment based on a maximum likelihood algorithm is performed. In this case, a respective subtraction is provided between the vector of detected duration values and a respective vector of stored duration values. The method is performed successively on the vector of detected duration values and each respective vector of stored duration values, resulting in a respective result vector as a result of the respective subtraction.
Die einzelnen Komponenten eines jeweiligen Ergebnisvektors werden sodann unter Anwendung eines Root-Mean-Square- Berechnungsverfahrens in eine jeweilige skalare Ergebnisgröße addiert. Die jeweilige skalare Ergebnisgröße wird dabei mit allen anderen skalaren Ergebnisgröße verglichen. The individual components of a respective result vector are then added to a respective scalar result size using a root mean square calculation method. The respective scalar result size is compared with all other scalar result size.
Die kleinste skalare Ergebnisgröße ergibt sich dabei dann, wenn die zu bestimmende Position der Station MS am nächsten zu einer während der Anlernphase gespeicherten Position liegt. In diesem Fall entspricht die anhand des Vektors ge¬ speicherter Zeitdauerwerte (Kalibrierungsvektor) gespeicherte Position in guter Näherung der zu bestimmenden Position der Station MS. Eine Verfeinerung der Positionsbestimmung wird durch eine Extrapolation zwischen den Kalibrierungsvektoren vorgenommen, welche dem Vektor erfasster Zeitdauerwerte am ähnlichsten sind. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung werden Verfahren neuronaler Netzwerke zur Durchführung des Musterab- gleichs angewandt. The smallest scalar result size results when the position of the station MS to be determined is closest to a position stored during the learning phase. In this case the ge from the vector ¬-stored time values (calibration vector) corresponds to stored position to a good approximation of the position to be determined the station MS. Refinement of the position determination is made by extrapolating between the calibration vectors most similar to the vector of detected duration values. In alternative embodiments of the invention, neural network techniques are used to perform the pattern matching.
Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Erfassung des Zeitdauerwertes ATBSm der initiierenden Basis¬ station BSm nicht erforderlich, da eine entsprechende Anzahl an Vektoren aus erfassten Zeitdauerwerten der weiteren Basisstationen ausreichen. Weiterhin ist eine Erfassung der Verarbeitungszeit Tpr0ces s ge¬ mäß Figur 17 ff. nicht notwendig, da diese lediglich eine Konstante zwischen der Übertragungszeit auf der initiierenden Basisstation BSm und der Übertragungszeit an der Station MS darstellt, die bei der erwähnten Subtraktion zwischen dem Vektor aus erfassten Zeitdauerwerten und einem jeweiligen Vektor aus gespeicherten Zeitdauerwerten eliminiert werden würde . For the application of the method according to the invention, detection of the time period value m ATBS the initiating base station BS ¬ m is not necessary, since a corresponding number of vectors from detected period values of the other base stations are sufficient. Furthermore, a detection of the processing time T pr0 ces s ge ¬ Mäss Figure 17 et seq. Not necessary, since this is merely a constant between the time of transmission to the initiating base station BS m and the transmission time at the station MS corresponding to the in-mentioned subtraction between Vector from detected duration values and a respective vector would be eliminated from stored duration values.
Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Kenntnis der genauen Position der eingesetzten Basisstationen BS i , B S j , B Sm entbehrlich, da zu Gunsten des erfindungsgemäßen Musterabgleichs eine Berechnung der geometrischen Verhältnis- se entfallen kann. Using the method according to the invention, a knowledge of the exact position of the base stations BS i, BS j , BS m used can be dispensed with, since a calculation of the geometric relationships can be dispensed with in favor of the pattern matching according to the invention.
Dieses Musterabgleichsverfahren eignet sich insbesondere für Szenarien, in denen keine direkte Sichtlinie (Line of Sight, LOS) zwischen einigen oder allen Basisstationen und der Sta- tion besteht. Dies ist insbesondere in typischen »Indoor«- Szenarien oder im städtischen Umfeld der Fall. This pattern matching method is particularly suitable for scenarios where there is no direct line of sight (LOS) between some or all base stations and the station. This is especially the case in typical "indoor" scenarios or in the urban environment.
Durch den Wegfall der mathematischen Modellierung der Umgebung eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere in örtlichen Situationen, bei denen starke Reflexionen der ausgetauschten Signale vorliegen, also z.B. in der Umgebung von umfangsreichen Wassermengen oder in einer industriellen Produktionsumgebung, bei der typischerweise viele reflektie¬ rende Metallgegenstände vorliegen. By eliminating the mathematical modeling of the environment, the inventive method is particularly suitable in local situations where strong reflections of the signals exchanged, ie for example in the area of most full amounts of water or in an industrial production environment where typically there are many reflec ¬-saving metal objects ,
Die Figurenbeschreibung erläutert eine Implementierung anhand einer ersten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß der eine Initiierung des Verfahrens von Seiten einer Basisstation vorgesehen . The description of the figures explains an implementation based on a first alternative embodiment of the method according to the invention, according to which initiation of the method by a base station is provided.
Gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Senden des Signals durch die Station bzw. mobile Station vorgesehen. Ein Empfang des Sig- nals erfolgt an einer Basisstation, welche im weiteren Verlauf auch ein Bestätigungssignal senden wird, sowie an min¬ destens einer weiteren Basisstation, vorzugsweise mehreren Basisstationen, welche der weiteren Kommunikation lediglich »zuhören«. Eine Bestätigung des Signals nach dessen Empfang erfolgt durch die vorher erläuterte Basisstation durch Senden eines Bestätigungssignals. Das Verfahren sieht weiterhin ei¬ nen Empfang des Bestätigungssignals an der Station und an mindestens einer der Mehrzahl von Basisstationen vor. Gemäß dieser zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also eine Initiierung des Verfahrens von Seiten der Station vorgesehen. According to a second alternative embodiment of the method according to the invention, the transmission of the signal by the station or mobile station is provided. A reception of the signal Nals takes place at a base station, which will also send a confirmation signal in the further course, and at least min ¬ another base station, preferably a plurality of base stations of the further communication only "listen". An acknowledgment of the signal after it is received is made by the previously explained base station by sending an acknowledgment signal. The method further provides ei ¬ NEN receipt of the acknowledgment signal at the station and on at least one of the plurality of base stations. According to this second alternative embodiment of the method according to the invention, therefore, an initiation of the method by the station is provided.
Figur 21 zeigt schematisch eine Basisstation BSm, auf der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann. Die Basisstation BSm weist hierzu die bereits erwähnte Zeiterfas¬ sungseinrichtung 110 sowie eine Musterbestimmungseinheit 120 auf . In der Figur 22 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Orts¬ bestimmung einer mobilen Station schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt 210 werden zwei Signale PACK, ACK zwischen einer m-ten Basisstation BSm und der mobilen Station MS ausgetauscht. Mittels der Zeiterfassungseinrichtungen 110 werden in einem zweiten Schritt 220 die Zeitdauern zwischen dem Empfang der beiden Signale PACK, ACK jeweils an allen weiteren Basisstationen erfasst. Im dritten Schritt 230 wird schließlich mittels der Musterbestimmungseinheit 120 der Ort der mobilen Station MS mittels der erfassten Zeitdauern be- stimmt. FIG. 21 schematically shows a base station BS m on which the method according to the invention can be used. For this purpose, the base station BS m has the already mentioned Zeiterfas ¬ sungseinrichtung 110 and a pattern determining unit 120th In the figure 22, the inventive method for position determination ¬ a mobile station is shown schematically. In a first step 210, two signals PACK, ACK are exchanged between an mth base station BS m and the mobile station MS. In a second step 220, the time intervals between the reception of the two signals PACK, ACK are respectively detected at all other base stations by means of the time recording devices 110. Finally, in the third step 230, the location of the mobile station MS is determined by means of the pattern determination unit 120 by means of the detected time periods.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor¬ richtung eignen sich neben einer Ortsbestimmung in geschlossenen Räumen auch für die Ortsbestimmung außerhalb geschlos- sener Räume, da in diesem Fall in der Regel gewährleistet ist, dass sich keine Hindernisse zwischen den Stationen be¬ finden, die die Übertragung zwischen den Stationen stören könnte . The process of the invention and the invention Before ¬ direction are in addition to a determination of position in closed rooms and for locating outside closed-sener rooms, as is guaranteed in this case the rule that there are no obstructions between the stations be ¬ that the Transmission between stations could interfere.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Ortsbestimmung einer Station (MS) mittels einer Mehrzahl von Basisstationen (BS±, BS j , BSm) , 1. A method for locating a station (MS) by means of a plurality of base stations (BS ±, BS j , BS m ),
umfassend, full,
a) Senden eines Signals (PACK) ; a) sending a signal (PACK);
b) Empfang des Signals (PACK) an mindestens einer der Mehrzahl von Basisstation (BSi,BSj); b) receiving the signal (PACK) at at least one of the plurality of base stations (BSi, BSj);
c) Bestätigen des Signals (PACK) nach dessen Empfang durch Senden eines Bestätigungssignals (ACK) ; c) acknowledging the signal (PACK) after receiving it by sending an acknowledgment signal (ACK);
d) Empfang des Bestätigungssignals (ACK) an mindestens einer der Mehrzahl von Basisstationen (BSi , BSj , BSm) ; d) receiving the acknowledgment signal (ACK) at at least one of the plurality of base stations (BSi, BSj, BSm);
e) Erfassen einer jeweiligen zwischen dem Empfang des Signals (PACK) und dem Empfang des Bestätigungssignals (ACK) verstrichenen Zeitdauer an mindestens einer der Basisstationen (BSi, BSj ) ; e) detecting a respective time elapsed between the receipt of the signal (PACK) and the receipt of the acknowledgment signal (ACK) at at least one of the base stations (BSi, BSj);
f) Bilden einer Gruppe von erfassten Zeitdauerwerten aus den jeweiligen erfassten Zeitdauern, f) forming a group of detected duration values from the respective detected time periods,
g) Durchführen eines Musterabgleichs zwischen der Gruppe er- fasster Zeitdauerwerte mit mindestens einer Gruppe ge¬ speicherter Zeitdauerwerte, wobei die mindestens eine Gruppe gespeicherter Zeitdauerwerte einer voraus bestimm¬ ten Position der Station (MS) zugeordnet ist. g) performing a pattern matching between the group ER- trimmed duration time values with at least one group ge ¬-stored time period value, wherein the at least one set of stored time values of a forward-limited hours ¬ th position of the station (MS) is assigned.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
al) dass das Signal durch eine initiierende Basisstation al) that the signal through an initiating base station
(BSm) gesendet wird,  (BSm) is sent,
bl) dass das Signal (PACK) zusätzlich an der Station (MS) empfangen wird; bl) that the signal (PACK) is additionally received at the station (MS);
cl) dass das Signal (PACK) nach dessen Empfang an der Station (MS) durch Senden eines Bestätigungssignals (ACK) von der Station (MS) bestätigt wird; c1) that the signal (PACK) is acknowledged upon receipt thereof at the station (MS) by sending an acknowledgment signal (ACK) from the station (MS);
dl) dass des Bestätigungssignals (ACK) zusätzlich an der Sta¬ tion (MS) empfangen wird. dl) that the acknowledgment signal (ACK) is additionally received at the Sta ¬ tion (MS).
3. Verfahren nach Anspruch 1, 3. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, al) dass das Signal durch die Station (MS) gesendet wird, cl) dass das Signal (PACK) nach dessen Empfang an einer der Basisstationen (BSm) durch Senden eines Bestätigungssig¬ nals (ACK) von der besagten Basisstation (BSm) bestätigt wird; characterized, al) that signal by the station (MS) is sent, cl) that the signal (PACK) after its reception at one of the base stations (BS m) by sending a Bestätigungssig ¬ Nals (ACK) (from said base station BS m) is confirmed;
dl) dass des Bestätigungssignals (ACK) zusätzlich an der Sta¬ tion (MS) empfangen wird. dl) that the acknowledgment signal (ACK) is additionally received at the Sta ¬ tion (MS).
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch, marked by,
mittels einer der Basisstation (BS±,BSj) zugeordneten Zeiterfassungseinrichtung erfolgendes Erfassen des Zeitdauerwerts zwischen dem Empfang des Signals (PACK) und Empfang des Bestätigungssignals (ACK) . detecting the time duration value between the reception of the signal (PACK) and the receipt of the acknowledgment signal (ACK) by means of a time detection device assigned to the base station (BS ±, BS j ).
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, 5. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass als Musterabgleich ein Maximum-Likelihood-Verfahren angewandt wird. that a maximum likelihood method is used as pattern matching.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6. The method according to any one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass als Musterabgleich ein Neuronales-Netzwerk-Verfahren angewandt wird. that a neural network method is used as pattern matching.
7. Vorrichtung zur Ortsbestimmung einer Station (MS), mit 7. Device for determining the location of a station (MS), with
einer initiierenden Basisstation (BSm) zum Aussenden eines Signals (PACK) ; an initiating base station (BS m ) for transmitting a signal (PACK);
der mobilen Station (MS) zum Empfang des Signals (PACK) und zur Bestätigen des Signals (PACK) nach dessen Empfang mittels eines Bestätigungssignals (ACK) ;  the mobile station (MS) for receiving the signal (PACK) and for acknowledging the signal (PACK) after receiving it by means of an acknowledgment signal (ACK);
mindestens einer weiteren Basisstation (BS±,BSj) zum Emp¬ fang des Signals (PACK) sowie zum Empfang des Bestäti¬ gungssignals (ACK), jeweils umfassend eine Zeiterfassungs- einrichtung (110) zur Erfassung einer zwischen dem Empfang des Signals (PACK) und dem Empfang des Bestätigungssignals (ACK) an der weiteren Basisstation (BS±,BSj) verstrichenen Zeitdauer; einer Musterbestimmungseinheit (120) zur Bildung einer Gruppe von erfassten Zeitdauerwerten aus den jeweiligen erfassten Zeitdauern und weiterhin eingerichtet zum Mus- terabgleich zwischen der Gruppe erfasster Zeitdauerwerte mit mindestens einer Gruppe gespeicherter Zeitdauerwerte, wobei die mindestens eine Gruppe gespeicherter Zeitdauer¬ werte einer voraus bestimmten Position der Station (MS) zugeordnet ist. at least one further base station (BS ±, BSj) for Emp ¬ fang of the signal (PACK), and for receiving the Affirmation ¬ supply signal (ACK) each comprising a time recording means (110) for detecting a between the reception of the signal (PACK) and the receipt of the acknowledgment signal (ACK) at the further base station (BS ±, BS j ) elapsed time; a pattern determination unit (120) to form a group of detected period values of the respective detected time periods, and further adapted to muscle terabgleich between the group of detected time values with at least one set of stored time values, wherein the at least one set of stored time values ¬ a predetermined position of the Station (MS) is assigned.
8. Vorrichtung zur Ortsbestimmung einer Station (MS), mit der mobilen Station (MS) zum Aussenden eines Signals 8. Device for determining the location of a station (MS), with the mobile station (MS) for transmitting a signal
(PACK) ;  (PACK);
einer Basisstation (BSm) zum Empfang des Signals (PACK) und zur Bestätigen des Signals (PACK) nach dessen Empfang mittels eines Bestätigungssignals (ACK) ; a base station (BS m ) for receiving the signal (PACK) and for acknowledging the signal (PACK) after receiving it by means of an acknowledgment signal (ACK);
mindestens einer weiteren Basisstation (BS±,BSj) zum Emp¬ fang des Signals (PACK) sowie zum Empfang des Bestäti¬ gungssignals (ACK), jeweils umfassend eine Zeiterfassungs¬ einrichtung (110) zur Erfassung einer zwischen dem Empfang des Signals (PACK) und dem Empfang des Bestätigungssignalsat least one further base station (BS ±, BSj) for Emp ¬ fang of the signal (PACK), and for receiving the Affirmation ¬ supply signal (ACK) each comprising a time recording ¬ means (110) for detecting a between the reception of the signal (PACK) and receiving the acknowledgment signal
(ACK) an der weiteren Basisstation (BS±,BSj) verstrichenen Zeitdauer; (ACK) at the other base station (BS ±, BS j ) elapsed time;
einer Musterbestimmungseinheit (120) zur Bildung einer Gruppe von erfassten Zeitdauerwerten aus den jeweiligen erfassten Zeitdauern und weiterhin eingerichtet zum Mus- terabgleich zwischen der Gruppe erfasster Zeitdauerwerte mit mindestens einer Gruppe gespeicherter Zeitdauerwerte, wobei die mindestens eine Gruppe gespeicherter Zeitdauer¬ werte einer voraus bestimmten Position der Station (MS) zugeordnet ist. a pattern determination unit (120) to form a group of detected period values of the respective detected time periods, and further adapted to muscle terabgleich between the group of detected time values with at least one set of stored time values, wherein the at least one set of stored time values ¬ a predetermined position of the Station (MS) is assigned.
9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8 , 9. Use of a device according to one of claims 7 and 8,
gekennzeichnet durch, marked by,
die Musterbestimmungseinheit (120) zum Ausführen eines Ver¬ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6. the pattern determining unit (120) for executing a driving Ver ¬ according to any one of claims 1 to. 6
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