DE19936846A1 - Netzbasiertes drahtloses Standortbestimmungssystem zum Lokalisieren von AMPs (FDMA) Mobiltelefonen - Google Patents

Abstract

Der Zweck der Erfindung ist es, ein netzbasiertes drahtloses Standortbestimmungssystem (WLS) herzustellen, wodurch vorhandene fortschrittliche Mobiltelefonsystem-(AMPs) Frequenz Multiplex Zugriff (FDMA) Mobiltelefone passiv lokalisiert werden können, ohne eine Veränderung an den CTs oder der zellularen Antenneninfrastruktur. Die Erfindung besteht insbesondere aus Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung der Position und der Geschwindigkeit eines zellularen Telefons (CT) unter Verwendung entweder der Ankunftszeit (TOA) eines von dem CT übertragenen Signals, seiner Empfangsphase (POA), seiner Empfangsfrequenz (FOA) oder einer Kombination daraus an mehreren Antennen bei einer Anzahl von Überwachungsstationen (MSs). Um nach den Koordinaten des CT aufzulösen, verwendet das Patent entweder eine hyperbolische Multilateration auf der Basis der Empfangszeitdifferenz (TDOA) oder eine lineare Multiangulation auf der Basis der Empfangsphasendifferenz (PDOA) oder beides. Um nach der Geschwindigkeit des CT aufzulösen, verwendet das Patent FOA basierend auf der Empfangsfrequenzdifferenz (FDOA). Ein wichtiger Beitrag dieser Erfindung ist die Art und Weise, wie das CT dazu gebracht wird, Funksignale für die Zwecke der Standortbestimmung zu übertragen. Ein weiterer wichtiger Beitrag ist die Anwendung von Supra-Auflösungs-Techniken zur Erhöhung der Auflösung der ermittelten TOAs, POAs oder FOAs. Ein weiterer wichtiger Beitrag ist die Verwendung von ZF-Abtasttechniken in den Empfängern ...

Description

Gebiet der Erfindung: Diese Erfindung betrifft das Auffinden und Verfolgen von fortschrittlichen Mobiltelefonsystem- (Advanced Mobile Phone System (AMPs))- Frequenzvielfachzugriff- (Frequency Division Multiple Access (FDMA)) Mobiltelefonen (Cellular Telephones) (CTs) unter Verwendung eines netzbasierten drahtlosen Standortbestimmungssystems (Wireless Location System (WLS)).

Hintergrund der Erfindung: FDMA ist eine Mehrfachzugrifftechnik, die in einigen Standards weltweit verwendet wird, wie beispielsweise bei AMPs, welches der nordamerikanische Standard für analoge CTs ist. Es gibt auch andere Standards, wie beispielsweise den Zeitvielfachzugriff (Time Division Multiple Access (TDM A)) und den Codemultiplex-Vielfachzugriff (Code Division Multiple Access (CDMA)). Ein eigenständiges Merkmal des FDMA (von dem das Patent Gebrauch macht) ist die kontinuierliche Übertragung von Informationen über ein Frequenzband (beispielsweise während des Modus "Konversation" oder während des Modus "Warte auf Antwort", solange keine Verbindungsumschaltung, Anrufbeendigung oder kein Anrufabbruch stattfindet. Ein netzbasiertes WLS ist wichtig, da es passiv sein kann und vorhandene CTs lokalisieren kann, ohne eine Veränderung an den CTs oder der Mobilfunkantennen-Infrastruktur.

Der Bedarf an einem drahtlosen Auffinden und Verfolgen von CTs nimmt ständig zu. Einige der möglichen Dienste für das Lokalisieren von CTs sind:

• 1. Verbesserte Notfalldienste: Vor einigen Jahren nahm der Druck zur Entwicklung von Technologie zur Standortbestimmung von CTs zu. Die primäre Antriebskraft waren verbesserte 911 (E911) Dienste für Teilnehmer am Funkfernsprechen. E911 Dienste versorgen den 911 Operator mit Informationen, wie beispielsweise die anrufende Nummer, die Straßenadresse und den Namen des aktiven Teilnehmers. Eine Richtlinie betreffend die E911 Notfall-Anrufsysteme wurde von der FCC im Oktober 1996 (CC Docket No. 94-102) herausgegeben und im Dezember 1997 klar gestellt. In dem Dokument verlangt die FCC, daß zum Oktober 2001 ein 911 Funkanrufer mit einer horizontalen Genauigkeit von 125 Meter im quadratischen Mittelwert (RMS Root Mean Square) lokalisiert werden muß.
• 2. Verfolgen von betrügerischen Anrufen.
• 3. Verfolgen von gestohlenen Fahrzeugen: Üblicherweise erfordert das Verfolgen von gestohlenen Fahrzeugen den Einbau einer HF Markierung, wie beispielsweise in Bird, US Patent Nummer 5,418,537, erteilt am 23. Mai 1995 und, daß es ständig in jedem Fahrzeug verbleibt, welches verfolgt werden soll und eine neue Infrastruktur für die MSs über der gewünschten zu bedienenden Fläche. Eine alternative Lösung ist statt dessen die Verwendung von vorhandenen CTs, um Vorteil zu ziehen aus der bestehenden Abdeckung mit Zellen und der breiten Verfügbarkeit von günstigen CTs.
• 4. Flottenmanagement für Kurier- und Transuortunternehmen: Das Verwalten einer Flotte erfordert wiederum den Einbau einer HF Markierung, wie beispielsweise in Song, US Patent Nummer No. 5,208,756, erteilt am 4. Mai 1993 und Sheffer et al., US Patent Nummer 5,218,367, erteilt am 8. Juni 1993. Stattdessen können auch vorhandene CTs verwendet werden, um Vorteil zu ziehen aus der bestehenden Abdeckung mit Zellen und der breiten Verfügbarkeit von günstigen CTs.
• 5. Verfolgen von Kriminellen, die während eines Verbrechens ein CT benutzen. In diesem Fall ist es wichtig, daß das WLS passiv bleibt. Dies ist in einem netzbasierten WLS möglich.
• 6. Standortabhängige Abrechnung.

Ohne einschränkende Wirkung werden wir durch dieses Dokument hindurch ein AMPs basiertes Mobiltelefon als ein Beispiel für das zu lokalisierende CT verwenden. Eine solche Auswahl eines FDMA CT schließt aber keine anderen FDMA Standard aus und schließt in den meisten Fällen auch keine anderen Standards, wie beispielsweise einen Zeitvielfachzugriff (TDMA) und einen Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) aus. In diesem Patent schließen Mobiltelefone PCS- (persönliches Kommunikationssystem (Personal Communication Systems)) Telephone, schnurlose Telephone und Funkmarkierungen (radio tags) ein, die den Audio Bestandteil des Telefons nicht aufweisen, ein. Der Stand der Technik zum Lokalisieren von AMPs-basierten CTs ist in Smith, W. W. Jr., "Passive Location of Mobile Cellular Telephone Terminals," Proceedings 25th Annual IEEE International Carnahan Conference on Security Technology, Taipei, Taiwan, Oct 1-3, 1991, gut dokumentiert.

Ohne einschränkende Wirkung werden wir durch dieses Dokument hindurch annehmen, daß es die Intention des WLS ist, die horizontale Position des CT und seine horizontale Geschwindigkeit zu ermitteln. In dem Fall, daß sowohl die vertikale als auch die horizontale Position eines CT zu ermitteln ist, ist eine zusätzliche unabhängige Gleichung erforderlich zu der minimalen Zahl, die für eine horizontale Standortbestimmung benötigt wird.

Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt die Ubertragung eines Signals s(t) (103) durch das CT (101). Wenn das CT AMPs-basiert ist, dann überträgt es ein Signal entweder über den RECC Kanal oder über den RVC Kanal. In beiden Fällen ist die Übertragung für die Basisstation (BS) (102) vorgesehen mit dem am meisten geeigneten Empfangssignalstärkeanzeiger (Received Signal Strength Indicator (RSSI)) an einer ihrer Antennen. Ohne einschränkende Wirkung wird in Fig. 1 davon ausgegangen, daß die BS (102) zwei Antennen aufweist.

Nach der Fig. 1 zeigt die Fig. 2 die Übertragung des Signals s(t) durch das CT zur Zeit 'τ_o' und seinen Empfang durch die k^te Antenne bei der i^ten Überwachungsstation (Monitoring Site (MS)) (201) zur Ankunftszeit: τ_i,k. Um nach den horizontalen Koordinaten (x, y) des CT (202) aufzulösen, ist ein Minimum von drei MSs (mit einem Minimum von einer Antenne pro MS) erforderlich unter Verwendung einer TDOA Standortbestimmung oder ein Minimum von zwei MSs (mit einem Minimum von zwei horizontal beabstandeten Antenne pro MS) unter Verwendung einer Einfallswinkel (Angle Of Arrival (AOA)) Standortbestimmung. In beiden Fällen ist es möglich, von der zellularen Infrastruktur Gebrauch zu machen durch das Lokalisieren der MSs an den BS Stationen und zwar unter Verwendung ihrer:

• 1. Antennen mit hoher Verstärkung (entweder Diversity oder sektoriert) mit guter HF Abdeckung und einem geeigneten HF Vorfeld,
• 2. einer Hochgeschwindigkeitsverbindung zur Funkvermittlungsstelle (Mobile Switching Center) (MSC) unter Verwendung entweder einer T1-Verbindung oder einer verdrahteten Telefonverbindung (herkömmliches Telefonsystem (POTs)), und
• 3. üblichen wetterfesten temperaturregulierten Gehäuse mit einer geregelten Stromversorgung.

Es ist aber auch möglich, die MSs an Orten aufzustellen, die unabhängig sind von den zellularen BSs, da das Patent keine Unterstützung von den BSs oder von den MSC benötigt. Ohne einschränkende Wirkung geht die Fig. 2 davon aus, daß jedes MS (201) zwei Antennen besetzt.

Fig. 3 geht ohne einschränkende Wirkung davon aus, daß jede MS zwei Antennen aufweist. Fig. 3 geht auch davon aus, daß das CT weit entfernt ist von jedem MS bezogen auf die Standlinie zwischen den beiden Antennen bei jeder MS. Die zweite Annahme impliziert, daß die empfangene Wellenfront planar ist, das heißt γ_i,1≅ γ_i,2≅ γ_i, wobei:

• - γ_i,1 die Einfallsrichtung (AOA), an der ersten Antenne des i^ten MS ist
• - γ_i,2 die AOA an der zweiten Antenne des i^ten MS ist, und
• - γ_i als der Winkel definiert ist, der gebildet wird zwischen:
  • 1. der Linie, die das CT (301) und die i^te MS verbindet (worauf wir uns beziehen als Linie_1,i) und,
  • 2. der Linie, die die beiden Antennen an der i^ten MS verbindet (worauf wir uns beziehen als Linie_2,i);

in einem Uhrzeigersinn von der Linie_1,i

zur Linie_2,i

, mit i = 1, 2, 3.

Fig. 4 zeigt die Bewegungsrichtung (Direction of Travel (DOT)) 'ϕ' (401) relativ zur Nordrichtung (in einer Richtung im Uhrzeigersinn vom Norden aus) und die Geschwingigkeit v (402) des CT (404) unter Koordinaten (x, y), die zusammen die Geschwindigkeit des CT darstellen. Die k^te Antenne an der i^ten MS (403) mit den Koordinaten (x_i,k, y_i,k, z_i,k) empfängt das Signal r_i,k(t), verarbeitet es und überträgt die Standortinformation bezüglich des CT zu einem Hauptprozessor, wobei i = 1, 2, 3 ist.

Ohne einschränkende Wirkung zeigt Fig. 5 die zweidimensionale (horizontzale) Positionslinie (Line of Position (501)) für TDOA_2,1,k,m, die definiert ist als

wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist, (x_1,m, Y_1,m, Z_1,m) die Koordinaten der m^ten Antenne an MS₁ sind, (X_2,k, Y_2,k, Z_2,k) die Koordinaten der k^ten Antenne an MS₂ sind und (x, y) die Koordinaten des CT (502) sind. Dies wird erreicht unter Verwendung von TDOA-basierter Hyperbolischer Multilateration (wie es gezeigt ist in Turin, G. L. et al., "A Statistical Model of Urban Multipath Propagation," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. VT-21, No. 1, Februar 1972, und gezeigt ist in Smith, J. O. et al., "Closed-Form Least-Squares Source Location Estimation from Range-Difference Measurements," IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-35, No. 12, Dezember, 1987). In dem Fall, daß die dreidimensionalen Koordinaten des CT benötigt werden, müssen wir nach (x, y, z) auflösen unter Verwendung von

Ohne einschränkende Wirkung zeigt Fig. 6 die zwei sich schneidenden Trajektorien für die zweidimensionalen Koordinaten (x, y) des CT (603) auf der Basis von TDOA_2,1,k,m (601) und TDOA_3,1,n,m (602). Mit anderen Worten ist es möglich, nach (x, y) aufzulösen als dem Schnitt zwischen den beiden Trajektorien, die unter Verwendung von drei Ankunftszeiten (TOAs) gewonnen wurden (nach der Auswahl der richtigen Seite jeder Hyperbel). Um nach (x, y, z) aufzulösen, benötigen wird vier TOAs.

Fig. 7 zeigt die Zweite Stufe des Standortbestimmungssystems, nach dem die i^te MS ihre Positionsinformation auf einen Zentralprozessor überträgt, auf den wir als Host (701) Bezug nehmen. Der Host verwendet alle Positionsinformationen zur Bestimmung der Koordinaten (x, y) des CT und seiner Geschwindigkeit v und der DOT ϕ. Ohne einschränkende Wirkung geht Fig. 7 davon aus, daß jede MS zwei Antennen besitzt.

Fig. 8 zeigt die Beschreibung des Design I für den ZF-Abtastempfänger. Das aufgenommene HF Signal r_i,k(t) an der k^ten Antenne der i^ten MS wird zunächst durch einen HF Bandpassfilter (BPF) (802) gefiltert, durch einen HF Verstärker (803) verstärkt, und von mehreren Zwischenfrequenz (ZF) Stufen (810) abwärts umgesetzt. Jede ZF Stufe besteht aus einem Mischer (804) mit einem LO (808), welches unter Verwendung eines HF Synthesizers (809) erzeugt wird, einem ZF BPF (805) und einem ZF Verstärker (806). Nach den ZF Stufen, wird das sich ergebende ZF Signal (807) mit der ZF Frequenz f₁ von einem Vor-Aliasing Filter (811) gefiltert, von einem A/D (812) abgetastet und wieder gefiltert unter Verwendung von digitalen Filtern (813) zur Erzeugung eines digitalen ZF Signals (814) mit der Frequenz f₂, wobei f₂ < f₁. Ein optionaler Digitaler Empfangsumsetzer (DDC) (815) wird verwendet zur Abwärtswandlung des digitalen ZF Signals (814) auf das Basisband. Das resultierende Signal wird dann von einem digitalen Signalprozessor (DSP) (817) verarbeitet, um die Einfallsfrequenz (Frequency Of Arrival (FOA)) des empfangenen Signals r_i,k(t) zu bestimmen. Eine Funktion der bestimmten FOA wird auf einen Direkten Digitalen Synthesizer (DDS) (819) rückgeführt, der den RF Synthesizer (809) steuert. Der DSP (817) erzeugt auch ein Referenzsignal (820) für den DDS (819). Eine bevorzugte Quelle für das Referenzsignal (820) ist eine, die allen MSs gemeinsam ist, wie beispielsweise ein GPS Signal.

Figure 9a, 9b, 9c und 9d zeigen ein Flussdiagram für die Strategie zur Standortbestimmung. Die Standortbestimmungsstrategie besteht aus einer Zahl von Algorithmen (Kleinste Quadrate, Standort auf der Kegelachse (Location On the Conic Axis (LOCA)), Ebenenschnitt) und zahlreichen Entscheidungen. Bei einem Satz an Beobachtungen, ergeben sich 4 mögliche Ergebnisse: zwei LS Positionslösungen (908), zwei LOCA Positionslösungen (909), eine LS Positionslösung (923, 936), und keine Positionslösung (927).

Definitionen

Die nachfolgenden Definitionen gehen Definitionen für die gleichen Ausdrücke vor, die in der verfügbaren Literatur zu finden sind.

• - Basisstation (BS): ist ein Sender-Empfänger, der eine Zahl von CTs in einer Zelle bedienen kann.
• - Überwachungsstation (MS): ist ein Empfänger, der die Fähigkeit hat, alle vier Kanäle zu überwachen: RECC, FOCC, RVC und FVC. Es ist angebracht, die MS und die BS nebeneinander zu stellen, um Vorteil zu ziehen aus der vorhandenen zellularen Infrastruktur. Das Patent aber schreibt eine solche Anordnung nicht vor, da die MS alle Empfangsaufgaben ausführt, die von einer BS benötigt werden.
• - Host: ist ein Zentralprozessor zur Verarbeitung aller Standortinformationen, die von den MSs empfangen werden und zur Übertragung von Überwachungsbefehlen an alle MSs. Der Host kann auch für Standortdienste, wie beispielsweise das Flottenmanagement, Standortabhängige Abrechnung etc. verantwortlich sein. Der Host kann auch für Software/Firmware Upgrades/Re­ konfigurationen der MSs verantwortlich sein.
• - Rückwärtssteuerkanal (Reverse Control Channel (RECC)): ist der Kanal, der von dem CT zur Übertragung eines Steuersignals zur BS verwendet wird, wie beispielsweise die Anrufursprünge, Einbuchungen, etc.
• - Vorwärtssteuerkanal (Forward Control Channel (FOCC)): ist der Kanal, der von einer BS verwendet wird zur Übertragung eines Steuersignales an das CT, wie beispielsweise das Paging des CT, die Bestätigung einer Einbuchung, etc.
• - Rückwärtssprachkanal (Reverse Voice Channel (RVC)): ist der Kanal, der von der BS zugewiesen wird und der von dem CT verwendet wird zur Übertragung eines Sprachsignales an die BS während entweder des "Konversations-" Modus oder des "Warte auf Antwort" Modus.
• - Vorwärtssprachkanal (Forward Voice Channel (FVC)): ist der dem zugewiesenen RVC Kanal entsprichende Kanal und der von der BS verwendet wird zur Übertragung eines Sprachsignales an das CT während entweder des "Konversations-" Modus oder des "Warte auf Antwort" Modus.
• - Ursprünge (Oripinations): werden als Anrufe definiert, die von einem CT begonnen werden.
• - Funkrufe (Pages): werden von einer BS zu einem CT eingeleitet.
• - Konversationsmodus: Ursprünge durch das CT werden zum "Konversations-" mode nach der RVC Kanal Zuweisung durch die BS.
• - Unbeantworteter Konversationsmodus: wird definiert als ein Ursprung, der sich im Konversationsmodus befindet und der noch nicht durch den angerufenen Teilnehmer beantwortet worden ist.
• - Beantworteter Konversationsmodus: wird definiert als ein Ursprung, der sich im Konversationsmodus beindet und der durch den angerufenen Teilnehmer beantwortet worden ist.
• - Warte-Auf-Anwort-Modus Pages werden zum "Warte-Auf-Anwort" Modus nach der RVC Kanal Zuweisung durch die BS, bis sie vom CT beantwortet werden.
• - Supra-Auflösungs-Algorithmus (Super-Resolution (SR) Algorithm): ist ein Vorgang, der ein Zeitbereichssignal s(t) zu einem Frequenzbereichssignal S(f) umwandelt und zwar auf solche Weise, daß das Frequenzbereichssignal S(f), eine bessere Auflösung aufweist als es die Auflösung ist, die von der Fourier Transformation erbracht wird, d. h. S(f) besitzt eine bessere Auflösung als die Fourier Transformation {s(t)} von s(t). Vice-versa, transformiert ein SR Algorithmus ein Frequenzbereichssignal S(f) zu einem Zeitbereichssignal s(t), und zwar mit einer höheren Auflösung als es die Auflösung ist, die von einer inversen Fourier Transformation erbracht wird, d. h. s(t) besitzt eine bessere Auflösung als die inverse Fourier Transformation ^-1{S(f)} von S(f)). Beispiele des SR Algorithmus sind in der Literatur bekannt und umfassen:
  • 1. MUSIC,
  • 2. ESPRIT,
  • 3. Autoregressiver Gleitender Schnitt,
  • 4. Minimum-Varianz,
  • 5. MUSIC unter Verwendung von Statistik Höherer Ordnung,
  • 6. ESPRIT unter Verwendung von Statistik Höherer Ordnung,
  • 7. Autoregressiver Gleitender Schnitt unter Verwendung von Statistik Höherer Ordnung, oder
  • 8. Minimum-Varianz unter Verwendung von Statistik Höherer Ordnung.
• - Rayleigh Auflösung: ist die Auflösung, die von der Fourier Transformation (oder dementsprechend der inversen Fourier Transformation) angeboten wird.
• - Inverser SR Algorithmus: ist ein Algorithmus, der ein Zeitbereichssignal verarbeitet, um seine Zeitauflösung gegenüber der üblichen Rayleigh Auflösung zu verbessern. Eine bevorzugte Ausführungsform des inversen SR Algorithmus umfasst:
  • 1. einen üblichen Zeitbereichskorrelator,
  • 2. ein Zeitbereichsfenster,
  • 3. eine Fourier Transformation,
  • 4. ein Frequenzbereichsfenster,
  • 5. einen Frequenzbereichsentzerrer, und
  • 6. einen Prozessor, der einen SR Algorithmus durchführt, um die TOAs in dem Empfangssignal bei einer bestimmten MS aufzulösen.
• - Alternativ kann ein inverser SR Algorithmus ein Frequenzbereichssignal verarbeiten, um seine Frequenzauflösung über die übliche Rayleigh Auflösung hinaus zu verbessern. In diesem Fall weist eine bevorzugte Ausführungsform eines inversen SR Algorithmus auf:
  • 1. einen Frequenzbereichskorrelator,
  • 2. ein Frequenzbereichsfenster,
  • 3. eine inverse Forurier Transformation,
  • 4. ein Zeitbereichsfenster,
  • 5. einen Zeitbereichsentzerrer, und
  • 6. einen Prozessor, der einen SR Algorithmus durchführt, um die FOAs in dem Empfangsignal bei einer gegebenen MS aufzulösen.
• - Diversity Antennen: sind zellulare Antennen, die in fast jeder BS vorhanden sind. Diversity kann dabei entweder unter Verwendung einer horizontalen Trennung, einer vertikalen Trennung oder beiden erreicht werden. In diesem Patent verwenden wir horizontal getrennte Diversity Antennen als eine Maßnahme zur Bestimmung des horizontalen Einfallswinkels (AOA) des bei der MS empfangenen Funksignals. Wenn die Diversity Antennen vertikal getrennt werden, wird entweder der Erhebungs-AOA bestimmt oder die von allen Antennen bei einer bestimmten MS empfangenen Signale werden kombiniert unter Verwendung von:
  • 1. Selektions-Kombinieren,
  • 2. Maximal- Ratio-Kombinieren,
  • 3. Co-Phasen-Kombinieren, Gleichverstärkungskombinieren, oder
  • 4. andere Verfahren des Kombinierens.
• - Sektorantennen: sind zellulare Antennen, die in einigen BS verhandeln sind, die mehr als einen Sektor bedienen. Jeder Sektor besitzt eine zugewiesene Antenne (oder einen Satz von Antennen, wenn Diversity angewendet wird).
• - Fourier Transformationsbasierte Filter: sind Filters, die:
  • 1. das Zeitbereichssignal Fourier transformieren, dann
  • 2. das transformierte Signal über einem gegebenen Band abbilden und
  • 3. das abgebildete Signal invers Fourier transformieren.
• - Effektive Bandbreite: ist die Bandbreite, über die das empfangene Funksignal bei einer bestimmten MS während eines bestimmten Beobachtungsintervalles beobachtet worden ist.

Ziele der Erfindung

• - es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, ein netzbasiertes drahtloses Standortbestimmungssystem (WLS) zu schaffen, mit dem vorhandene FDMA CTs passiv lokalisiert werden können ohne eine Veränderung an dem CT oder der zellularen Antennen-Infrastruktur.
• - Insbesondere ist es die Absicht dieses Patents, die statischen und kinematischen Standortinformationen eines FDMA CT zu bestimmen, welches ein Signal s(t) zur Zeit τ_o sendet und zwar durch die Überwachung des entsprechenden Empfangsignals r_i,k(t) an der k^ten Antenne des i^ten MS.
• - Es ist auch die Absicht des Patents, Fehlerquellen auszugleichen, die die verschiedenen Technologien zur Standortbestimmung von einem AMPs-CT negativ beeinflussen und zwar auf eine einzigartige und neue Weise. Insbesondere müssen Frequenzfehler, Zeittaktversatze, Gesamtgruppenlaufzeiten, die Mehrwegausbreitung und die Interferenz ausgeglichen werden.
• - Ein weiterer Beitrag dieser Erfindung ist die Art und Weise, wie das CT dazu gebracht wird, Funksignale für die Zwecke der Standortbestimmung zu senden. Es ist beispielsweise die Absicht des Patents, eingeschaltete AMPs-CT auf eine passive Weise zu lokalisieren unter Verwendung des Signals, welches von dem CT über den RECC Kanal oder den RVC Kanal übertragen wird.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, Diversity Antennen oder Sektorantennen oder beide zur Bestimmung des AOA des CT zu einer MS zu verwenden.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die gesamte RECC Message zum Lokalisieren des CT zu verwenden, ohne alle Rohdaten zum Host zurück übertragen zu müssen. Diese Message kann eine Dauer von bis zu 125 ms (d. h. 5 Worte + Precursor = 124.8 msec) betragen, was einer großen Menge von Rohdaten entspricht.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, SR und inverse SR Algorithmen über die gesamte RECC Message zum Lokalisieren des CT zu verwenden, um die Auflösung des WLS über übliche Verfahren hinaus zu verbessern.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, ein AMPs-CT zu lokalisieren, welches einen Anruf unter Verwendung eines Signales, welches von dem CT über den RVC Kanal übertragen wird, einleitet, wenn das CT in dem "unbeantworteten Konversations-"Modus verbleibt.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, ein eingeschaltetes AMPs-CT zu lokalisieren unter Verwendung des Signales, welches von dem CT über den RVC Kanal übertragen wird, ohne Übertragungszeitkosten zu verursachen und während das CT in dem "Warte-Auf-Antwort" Modus verbleibt.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, ein AMPs-CT zu lokalisieren durch die Bestimmung der Ankunftsphase (Phase Of Arrival) (POA) von vorhandenen oder erzeugten Tönen über entweder den RECC Kanal oder den RVC Kanal. Die Phasen können gewonnen werden unter Verwendung von SR Algorithmen, um die Wirkung der Mehrwegeausbreitung (MP_i,k) zu verringern.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die bestimmte POA zur Bestimmung entweder der TOA des Signals r_i,k(t) oder seiner AOA an der k^ten Antenne der i^ten MS unter Verwendung der Ankunftsphasendifferenz (Phase Difference Of Arrival) (PDOA) zu bestimmen.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die Veränderungen der Gesamtgruppenlaufzeit durch den Empfänger an jeder MS zu verringern. Dies wird erreicht durch die Vernngerung der Wirkung der Temperatur, Interferenz und der Alterung in dem Empfänger, indem so viele wie möglich der HF Komponenten durch digitale Komponenten ersetzt werden.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, den Effekt der Empfangssoszillator- (Local Oscillator (LO)) Drift (Δf_i,k) und von Taktversatzen zu verringern. Dies wird durch die Verwendung des weltumspannenden Ortungssystems (Global Positioning System) (GPS) als eine Quelle für eine gemeinsame Referenz erreicht.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die Doppler Verschiebung (δf_i,k) bei jeder MS zu bestimmen und zwar zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung (Direction of Travel) (DOT) des CT unter Verwendung der Ankunftsfrequenzdifferenz (Frequency Difference Of Arrival) (FDOA).
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, das CT über mehrere Kanäle zu fahren, damit die effektive Bandbreite BW_eff, verbessert wird, wodurch das Auflösungsvermögen des WLS verbessert wird.
• - Eine weitere Aufgabe des Patents ist es, einen 911 Mobilfunkanrufer zu lokalisieren und seine Positionsinformation zu dem geeigneten PSAP während des "Unbeantworteten Konversations-" Modus zu übertragen.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, das drahtlose Standortbestünmungssystem auf einer regelmäßigen Basis und auf kostengünstige Weise zu kalibrieren.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, HDOP zu minimieren, indem es mehr MSs gestattet wird, sich auf das gleiche CT abzustimmen, während zur gleichen Zeit der Effekt von Störungen und von Mehrwegeausbreitungen verringert wird, indem nach der Position des CT aufgelöst wird unter Verwendung von Kleinsten Quadraten, die mit dem individuellen RSSI gewichtet werden.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die Position des CT aufzulösen unter Verwendung der Kleinsten Quadrate, wobei Fehlerkennzahlen und standardisierte Restfehler (Reste) verwendet werden zur Anzeige von Beobachtungen, die einen Fehler aufweisen könnten.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die Methode nach Chaffee oder die Ortbestimmung auf der konischen Achse (Location On the Conic Axis (LOCA)) zu verwenden, um eine Lösungsverzweigung festzustellen.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, LOCA und/oder einen Ebenenschnitt zu verwenden, um eine Ausgangsposition für die Kleinsten Quadrate bereitzustellen.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, TDOA Beobachtungen, hybride TDOA Beobachtungen und AOA Beobachtungen zum Lokalisieren des CT einzeln oder in Kombination zu verwenden.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die TDOA Informationen von zwei MSs oder die AOA von itehreren Antennen an derselben MS zu verwenden, um die AOA Ambiguität bei einer solchen MS aufzulösen.
• - Ein weiterer Zweck des Patents ist es, die Entfernungsinformationen von zwei MSs oder die AOA von mehreren Antennen an derselben MS zu verwenden, um die AOA Ambiguität bei einer solchen MS aufzulösen.

Theoretische Beschreibung der Erfindung

In einem WLS, beeinflussen viele Faktoren die Leistung des Systems:

• 1. HF Schatten und Flachschwund (flat fading),
• 2. Frequenzoffsets (einschließlich LOs Drift und Dopplerverschiebungen),
• 3. Taktfehler,
• 4. Zeitverzögerungen,
• 5. Rauschen,
• 6. Mehrwegeausbreitungen (selektiver Schwund),
• 7. Interferenz;
• 8. geographische Geometrie der MSs relativ zu dem Ziel-CT.

Jeder Faktor verschlechtert den geschätzten Standort des CT in Abhängigkeit von der eingesetzten Technologie zum Extrahieren der zur Standortbestimmung eingesetzten unabhängigen Gleichungen.

HF Übertragung: Insbesondere kann das Tiefpass-(LP)äquivalente übertragene Signal (t), modelliert werden als

(t) = e^-j2πf_cτ_o p(t - τ_o) (3)

und das übertragene HF (RF) Signal s(t) (siehe Fig. 1) kann ausgedrückt werden als

s(t) = Re{e^j2πf_ct (t)} (4)

wobei

• - Re {.} bezeichnet eine Realteiloperation;
• - f_c ist die Trägerfrequenz (im allgemeinen den MSs unbekannt, da sie vom CT abhängig ist),
• - τ_o ist die Übertragungszeit (den MSs auch nicht bekannt),
• - j = √-1 und
• - p(t) ist ein bandbegrenztes Basisbandsignal.

HF Empfang: Dann kann das LP äquivalente empfangene Signal _i,k(t), welches durch die k^te Antenna an der i^ten MS empfangen wird, modelliert werden als

und das empfangene HF Signal r_i,k(t), (siehe Fig. 2) kann ausgedrückt werden als

r_i,k(t) = Re{e^j2πf_ct _i,k(t)} (6)

wobei

• - Re {.} eine Realteiloperation bezeichnet;
• - G_i,k die Verstärkung (real) darstellt aufgrund der übertragenden und empfangenden Antennen vom CT zur k^ten Antenne der i^ten MS (eine Funktion jeweils der beiden Antennnmuster),
• - R -n|i,k die Dämpfung (real) darstellt aufgrund der Ausbreitungskanals, wobei
  • - n eine reale Zahl ist (üblicherweise zwischen 2 und 4), die vom Kanal abhängig ist, und
  • - R_i,k die Entfernung zwischen dem CT und der k^ten Antenne der i^ten MS ist,
  θ_i,k = {-2π(f_c + δf_i,k) (T_i,k + Δt_i,k)}mod 2π (7)
  die Ankunftsphase (POA) an der k^ten Antenne des i^ten MS ist, wobei:
  • 1. δf_i,k der Frequenzoffset aufgrund der Dopplerverschiebung über dem Ausbreitungskanal ist (eine Funktion der Geschwindigkeit v, und der Bewegungsrichtung (DOT), ϕ).
  • 2. τ_i,k ist die Ankunftszeit (TOA) des Signals r_i,k(t) an der k^ten Antenne der i^ten MS (eine Funktion der Entfernung R_i,k),
  • 3. Δt_i,k ist die Gesamtgruppenlaufzeit über die k^te Antenne der i^ten MS (üblicherweise eine Funktion der Frequenz),
• - w_i,k(t) das additive weiße Gausssche Rauschen (AWGN, komplex) aufgrund des thermischen Rauschens an der k^ten Antenne der i^ten MS ist (eine Funktion der Temperatur und der Bandbreite),
• - MP_i,k(t) alle Mehrwegeausbreitungskomponenten (komplex) an der k^ten Antenne der i^ten MS darstellt (eine Funktion der Umgebung und der Elevation der Antennen), und
• - I_i,k(t) die Interferenz (sowohl innerbandig als auch außerbandig) an der k^ten Antenne der i^ten MS darstellt.

Basisbandempfang: Mehrere ZF Stufen wandeln das empfangene HF Signal r_i,k(t) abwärts zu einem analogen Basisbandsignal _i,k(t), was gleichbedeutend ist mit der Ausführung der nachfolgenden Operation:

wobei

• - Δf_i,k der Frequenzfehler zwischen dem Empfangsoszillators (LOs) im CT und den LOs in dem k^ten Empfänger an der i^ten MS ist. Wir werden uns auf die Frequenz "f_i,k = f_c + δf_i,k + Δf_i,k" als die Einfallsfrequenz (FOA) über die k^te Antenne der i^ten MS beziehen; und
• - Δϕ_i,k der Phasenfehler ist zwischen den Empfangsoszillatoren (LOs) im CT und den LOs in dem k^ten Empfänger an der i^ten MS.

Digitaler Empfang: Schließlich wandelt ein Analog-auf-Digital (A-auf-D) Wandler das Basisbandsignal _i,k(t) in ein digitales Signal _i,k(m) um, was gleichbedeutend ist mit der Ausführung der nachfolgenden Operation:

_i,k(m) =_i,k(t)|_t=mΔTi,k + q_i,k(m) (9)

wobei

• - ΔT_i,k das Samplingintervall in dem k^ten Empfänger an der i^ten MS ist;
• - m eine Integerzahl ist; und
• - q_i,k(m) das Quantisierungsrauschen ist, welches abhängig ist von der Zahl der Bits in dem A-auf-D.

Quellen der Standortinformationen in Gleichung (5)

Es gibt einige Standortinformationsquellen, aus denen man eine unabhängige Gleichung aus der Gleichung (5) herausziehen kann hinsichtlich des statischen Standorts des CT, d. h. hinsichtlich der Koordinaten (x, y) des CT:

• 1. R -n|i,k,
• 2. θ_i,k, und
• 3. p(t - τ_i,k - Δt_i,k).

Zusätzlich gibt es eine Informationsquelle aus der man eine unabhängige Gleichung aus Gleichung (5) herausziehen kann bezüglich des kinematischen Standorts des CT, d. h. bezüglich der Geschwindigkeit , nämlich:

• 1. exp {j2πδf_i,k t}.

Wenn mit der statischen Information begonnen wird, so liegt vor:
1. R -n|i,k: Im statischen Fall kann die erste Quelle R -n|i,k verwendet werden zur Bestimmung von R_i,k. R -n|i,k ist aber aufgrund der Natur des Funkkanals unzuverlässig, bei dem eine HF Abschattung und ein Flachschwund den Wert des "n" in "R -n|i,k" abweichen lassen kann von 2 (für die Sichtlinie (Line Of Sight (LOS))) auf 4 (bei einer städtischen Umgebung, wie es gezeigt worden ist in Hata, M., "Empirical Formula for Radio Propagation Loss in Land Mobile Radio Services," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. VT-29, No. 3, August 1980), oder sogar 6 bei stark umbauten städtischen Umgebungen. Wenn daher für LOS zwischen dem CT und der k^ten Antenna an der i-ten MS nicht gewährt wird, kann R -n|i,k Genauigkeit nur für wenige Kilometerer für R_i,k gewähren. In dem Fall, daß für LOS gewährt werden kann (z. B. in einer flachen Umgebung, wie beispielsweise auf dem Meer oder über einem See), muß G_i,k der i^ten MS bekannt sein und "n" kann als 2 ausgewählt werden.

2. θ_i,k = {-2π(f_c + δf_i,k) (τ_i,k + Δt_i,k)}mod 2π: Die zweite Quelle, das POA

θ_i,k = {-2π(f_c + δf_i,k) (τ_i,k + Δt_i,k) + Δϕ_i,k}mod 2π (10)

kann verwendet werden zur Bestimmung der TOA τ_i,k, die in Beziehung steht zur Entfernung R_i,k zwischen der k^ten Antenne an der i^ten BS und dem CT über die folgende Relation:

R_i,k = (τ_i,k - τ_o) c (11)

wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist.

Die Übertragungszeit τ_o in (11) ist der MSs üblicherweise nicht bekannt. Man kann sie entweder:

• 1. abschätzen und dann den geschätzten Wert bei der TOA Positionierung verwenden, oder
• 2. sie unter Einsatz der TDOA Positionierung ersetzen.

Sowohl TOA als auch TDOA werden später im Patent erläutert werden. Hinsichtlich der Ermittlung von τ_o bei der TOA Positionierung ist die Ermittlung der Umlaufzeit (Round Trip Delay) (RTD) eine mögliche Methode zwischen:

• - der Übertragung von einer aktiven BS zu einem CT und
• - der Antwort des CT auf die Übertragung der aktiven BS.

In diesem Fall ist

2R_i,k = (2τ_i,k - τ_BS) c (12)

wobei τ_BS die Übertragungszeit von der BS zum CT ist. Bei der TOA Positionierung ist die "mod 2π" Operation in (10) ein Nachteil bei der Verwendung von θ_i,k zur Bestimmung von τ_i,k, was bedeutet, daß eine große Integer Ambiguität bei der TOA Bestimmung vorliegen kann.

Bei der TDOA Positionierung werden ein Paar von TOAs, τ_i,k und τ_j,m, pro unabhängige Gleichung benötigt. In diesem Fall ist der Wert der Ambiguität eine Funktion der Basislinie zwischen den zwei Empfangsantennen, d. h. zwischen

• - der k-ten Antenne in der i-ten MS und
• - der m-ten Antenne in der j-ten MS

bezogen auf die Wellenlänge entsprechend der Frequenz: f_c + δf_i,k in (10), wie es in Gleichung (13) dargestellt ist:

τ_i,k - τ_j,m = - {(θ_i,k - θ_j,m) - (Δϕ_i,k - Δϕ_j,m) + 2π n}/2πf_c - (Δt_i,k - Δt_j,m) + Zusatzterm (13)

wobei

• - τ_i,k der TOA an der kten Antenne der i^ten MS entspricht;
• - τ_j,m entspricht dem TOA an der m^ten Antenne der j^ten MS;
• - n ist die Integer Ambiguität; und
• - der Zusatzterm in (13) sich aufgrund des Vorhandenseins von δf_i,k in (10) ergibt, und von der Geschwindigkeit des CT und der Wellenlänge λ entsprechend f_c abhängig ist.

Bei der zellularen Telephonie in Nordamerika kann die Trägerfrequenz f_c Werte von 800 MHz (mit einer Wellenlänge λ von 37.5 cm) bis 1.9 GHz (mit einer Wellelänge λ von 15.8 cm) annehmen. Darüber hinaus beträgt eine realistische Geschwindigkeit für das CT 100 km/h, was entspricht:
-75 Hz < δf_i,k < 75 Hz bei f_c = 800 Mhz, oder bis
-150 Hz < δf_i,k < 150 Hz bei f_c = 1.9 GHz.

Dies führt dazu, daß:

• 1. f_c » δf_i,k, d. h. der Zusatzterm in (13) ist vernachlässigbar; und
• 2. der Wert der Ambiguität in (13) potentiell groß sein kann, wenn nicht die Basislinie zwischen den beiden Empfangsantennen klein ist bezogen auf die Wellenlänge λ entsprechend der Frequenz: f_c. Auf eine solche Lösung nehmen wir Bezug als Lösung I.

Lösung I: Wenn die Basislinie zwischen der k^ten Antenne an der i^ten MS und der m^ten Antenne an der j^ten MS relativ zur Wellenlänge λ klein ist, dann nehmen wir ohne einschränkende Wirkung an, daß die beiden Antennen zur gleichen MS gehören (was erreicht werden kann durch die Verwendung von zellularen Diversityantennen, zellularen Sektorantennen, oder einem anderen Typ von Antennen an der gleichen BS, wenn die MS mit einer BS nebeneinanderstehend angeordnet ist). In diesem Fall ist es möglich, eine Lösung unter Verwendung von entweder TDOA oder PDOA zu schaffen. Die TDOA Lösung zwischen den beiden Antennen ist eine Hyperbel, während die PDOA Lösung zwischen den beiden Antennen eine Gerade ist. Beide Lösungen nähern die genaue Lösung an und nähern sich asymptotisch an, d. h. die PDOA Gerade und die TDOA Hyperbel schneiden sich im Unendlichen.

Aus Gründen einer einfachen Notation nehmen wir an, daß:

• - die k^te Antenne an der i^ten MS Antenne₁ an der i^ten MS ist, während
• - die m^te Antenne an der j^ten MS Antenne₂ ist, ebenso an der i_ten MS.

In diesem Patent nehmen wir weiter an, daß das CT weit entfernt ist von der i^ten MS bezogen auf die Basislinie d_i,1,2, zwischen Antenne₁ und Antenne₂. Eine solche Annahme führt dazu, dass:

• 1. die empfangene Wellenfront planar ist, d. h. γ_i,1 ≅ γ_i,2 ≅ γ_i, wobei:
  • 1. γ_i,1 der Einfallswinkel (AOA) von r_i,1(t) an der Antenne₁ ist
  • 2. γ_i,2 der AOA von r_i,2(t) an der Antenne₂ ist und
  • 3. γ_i definiert ist als der Winkel zwischen:
    • 1. der Geraden, die das CT (301) und die i^te MS verbindet und,
    • 2. der Geraden, die die beiden Antennen an der i^ten MS verbindet;
  • 4. in einem Uhrzeigersinn von der Geraden aus, die vom CT und der i^ten MS zur Geraden zwischen den beiden Antennen gebildet wird.
• 2. die folgende Gleichung bezieht die Ankunftsphasendifferenz (PDOA) (θ_i,1 - θ_i,2), auf den Winkel γ_i:
  wobei:
  • 1. θ_i,1 die Ankunftsphase (POA) von r_i,1(t) an der Antenne₁ ist und
  • 2. θ_i,2 die POA von r_i,2(t) an der Antenne₂ ist.

Die Lösung für γ₁; in (14) ist

wobei k in (15) eine Integer ist, die die folgende Bedingung erfüllen muß:

Wenn beispielsweise d_i,1,2 = λ ist, dann liegen uns die folgenden möglichen Lösungen für k vor:

Einige der Lösungen in (17) sind trivial. Wenn d_i,1,2 größer wird als λ, liegen uns mehr nicht-triviale Lösungen vor. Obwohl das Vorliegen von mehr als einer Lösung eine Ambiguität vermuten läßt, ist es möglich, die Ambiguität unter Verwendung der Mothode der Kleinsten Quadrate aufzulösen, wie es nachfolgend erläutert werden wird. Dies ist nur dem Patent zu eigen.

Bei der Verarbeitung von θ_i,k zur Bestimmung von entweder τ_i,k oder γ_i, liegen uns die folgenden Fehlerquellen vor:

• - Der Effekt des Rauschens w_i,k(t) auf γ_i:
  Wenn ein lineares Antennenfeld zur Bestimmung des AOA eines als eine planare Wellenfront angenäherten HF Signals verwendet wird (d. h. eine entfernte HF Quelle angenommen wird), dann ist die untere Cramer-Rao Grenze der Varianz var(_i) der geschätzten AOA _i, gleich
  wobei
  • 1. var(_i)|_Tone die Varianz des Schätzwerts _i, der Peilung γ_i ist
  • 2. SNR_i,k|_Tone = A 2|i,k/(2σ 2|n),
  • 3. A_i,k ist die Amplitude des Signaltons
  • 4. σ_n ² ist die Rauschvarianz,
  • 5. M ist die Zahl der Elemente im Antennenfeld,
  • 6. d ist der Abstand zwischen Antennenelementen,
  • 7. f_m ist die Signaltonfrequenz, und
  • 8. c ist die Lichtgeschwindigkeit.
• - Die Auswirkung des Rauschens w_i,k(t) auf θ_i,k: Die untere Cramer-Rao Grenze schafft eine untere Grenze der Auswirkung der AWGN auf die Varianz var(_i,k)|_Tone, des Schätzwertes _i,k, der Phase θ_i,k für einen Signalton von der Frequenz f_m:
  wobei
  • 1. var(_i,k)|_Tone die Varianz des Schätzwertes _i,k oder Grösse R_i,k ist
  • 2. λ ist die Wellenlänge des Tons,
  • 3. f_m ist die Frequenz des Tons entsprechend λ (i.e. f_m = c/λ),
  • 4. SNR_i,k|_Tone = A 2|i,k/(2σ 2|n) wobei SNR_i,k der Rauschabstand an der k^ten Antenne der i^ten MS ist,
  • 5. A_i,k ist die Amplitude des Tons an der k^ten Antenne der i^ten MS,
  • 6. σ 2|n ist die Rauschvarianz,
  • 7. N_i,k ist die Samplezahl (die in direkter Beziehung steht zum Beobachtugsintervall T_i,k und zwar über T_i,k = N_i,k/f_s wobei f_s die Abtastrate ist),
  • 8. c ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit.
• - Phasenoffsets: Die Phase des Tons f_m wird um Δϕ_i,k verschoben. Mit anderen Worten muß Δϕ_i,k bestimmt werden, andernfalls ist die Phase θ_i,k verzerrt.
• - Zeitverzögerungen Δt_i,k: Die Signalverzögerung τ_i,k wird von Δt_i,k beeinflußt, die die Systemverzögerung durch die Antennen, Kabel, Filter, Verstärker etc. darstellt, Δt_i,k muß bestimmt werden, andernfalls kann die Signalverzögerung signifikant verlängert werden.
• - Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t): Bei TDOA ist die Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t) gleichbedeutend mit einer zusätzlichen Verzögerung über dem Ausbreitungskanal und muß entweder bestimmt und beseitigt oder abgeschwächt werden. In dem Fall, daß die Phasenbestimmung zur Auflösung nach dem AOA des Empfangssignals r_i,k(t) verwendet wird, liegt die Wirkung der Mehrwegeausbreitung darin, AOA von r_i,k(t) um einen Betrag abhängig vom AOA der MP_i,k(t) und der Größe zu verschieben.
• - Interferenz I_i,k(t): Abhängig vom Grad der Interference kann I_i,k(t) einen drastischen Effekt auf die Genauigkeit der bestimmten Phase aufweisen und kann den HF Eingangskreis des Empfängers sättigen. Ihre Effekte können mit sowohl analoger als auch digitaler Hardware und geeigneter Software gemildert werden, unabhängig ob sie innerhalb des Bandes oder außerhalb des Bandes auftritt.

Die praktische Beschreibung des Patents wird Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von θ_i,k und zur Abschwächung ihrer Fehlerquellen beschreiben.

3. p(t - τ_i,k - Δt_i,k): Die letzte (und am meisten bekannte) Informationsquelle, die verwendet werden kann zur Extraktion einer unahbängigen Gleichung für den statischen Standort des CT ist

P(t - τ_i,k - Δt_i,k) (20)

die zur Bestimmung von entweder τ_i,k oder γ_i,k eingesetzt werden kann:

• - Wenn τ_i,k direkt bestimmt wird, dann nehmen wir auf die Lösung als Lösung II Bezug. In diesem Fall kann entweder die TOA Positionierung oder die TDOA Positionierung verwendet werden. Bei der TOA Standortbestimmung muß die Übertragungszeit τ_o vom CT bestimmt werden. Eine mögliche Methode ist die Bestimmung von RTD zwischen der BS Übertragung und dem der CT Antwort, wie es in Gleichung (12) dargestellt ist. Bei der TDOA Standortbestimmung wird die Übertragungszeit τ_o unter Verwendung einer zusätzlichen unabhängigen Gleichung eliminiert.
• - Wenn γ_i,k aus τ_i,k bestimmt wird, dann nehmen wir auf die Lösung Bezug als Lösung III. In diesem Fall wird eine AOA Standortbestimmung eingesetzt.
• - Wenn τ_i,k indirekt auf der Basis der Tonphasen in p(t - τ_i,k - Δt_i,k) bestimmt wird, dann nehmen wir auf die Lösung Bezug als Lösung IV. Es kann wieder die TOA Standortbestimmung oder die TDOA Standortbestimmung eingesetzt werden, wie es vorstehend diskutiert worden ist.

Lösung II: Die bekannteste Methode zur Bestimmung von τ_i,k ist die Kreuzkorrelation von p(t - τ_i,k - Δt_i,k) mit p(t) (d. h. die Kreuzkorrelation von r_i,k(t) mit p(t)). Gleichbedeutend kann TDOA, τ_i,k - τ_j,m, zwischen τ_i,k an der k^ten Antenne der i^ten MS und τ_j,m an der m^ten Antenne der j^ten MS bestimmt werden durch die Kreuzkorrelation von: p(t - τ_i,k - Δt_i,k) mit p(t - τ_j,m - Δt_j,m), d. h. die Kreuzkorrelationvon r_i,k(t) mit r_j,m(t). Wenn die i^te MS und die j^te MS nicht am gleichen Standort vorliegen, dann muß man sowohl r_i,k(t) als auch r_j,m(t) zum gleichen Standort übertragen. Dies kann teuer und zeitaufwendig sein in Abhängigkeit von der Größe und der Bitauflösung von r_i,k(t) und r_j,m(t). Zudem werden sowohl p(t - τ_i,k - Δt_i,k) als auch p(t - τ_j,m - Δt_j,m) aus r_i,k(t) und r_j,m(t) gewonnen, d. h. sie sind beide rauschbehaftet. Eine wirkungsvollere und weniger rauschbehaftete Methode ist die Kreuzkorrelation von p(t - τ_i,k - Δt_i,k) mit p(t) an der i^ten MS, wie es vorstehend erwähnt worden ist und dann den bestimmten Wert τ_i,k zum Host zu übertragen. In diesem Fall muß p(t) an den i^ten und j^ten MSs bekannt sein, was p(t) eine Beschränkung auferlegt.

Lösung III: Zur Bestimmung von γ_i,j aus der TDOA Lösung τ_i,k - τ_j,m, geht das Patent davon aus, daß sich das CT weit entfernt von der k^ten Antenne an der i^ten MS und der m^ten Antenne an der j^ten MS befindet, bezogen auf ihre Basislinie d_i,j,k,m. Wie schon vorstehend erwähnt, führt eine solche Annahme praktisch dazu, daß:

• 1. Beide Antennen an der gleichen MS vorliegen.
• 2. Die empfangene Wellenfront planar ist, d. h. γ_i,1 ≅ γ_i,2 ≅ γ_i, wobei
  • 1. γ_i,1 der Einfallswinkel (AOA) an der Antenne₁ der i^ten MS ist,
  • 2. γ_i,2 der AOA an der Antenne₂ der i^ten MS ist, und
  • 3. γ_i derWinkel ist, der ausgebildet wird zwischen:
    • 1. der Geraden, die das CT (301) und die i^te MS verbindet und,
    • 2. der Geraden, die die beiden Antennen an der i^ten MS verbindet
• 3. im Uhrzeigersinn von der Geraden aus, die vom CT und der i^ten MS zur Geraden zwischen den beiden Antennen gebildet wird.
• 4. Gleichung (21) bezieht den Winkel γ_i auf die Einfallszeitdifferenz (TDOA), τ_i,1 - τ_i,2 wie folgt
  wobei
  • 1. d_i,1,2 der Abstand zwischen der ersten Antenne an der i^ten MS und der zweiten Antenne an der i^ten MS ist; und
  • 2. c die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist.

Der Vorteil bei der Bestimmung der AOA γ_i unter Verwendung von p(t - τ_i,k - Δt_i,k) in Gleichung (20) aus Gleichung (22):

anstelle der Verwendung von θ_i,k in (10) aus Gleichung (23):

ist die Tatsache, dass in Gleichung (22) keine Ambiguitäten vorliegen mit der Ausnahme von ± in der Lösung von γ_i, während Gleichung (23) eine Zahl von Unbekannten aufweisen kann in Abhängigkeit vom Wert der Integer k.

Die Nachteile der Bestimmung von AOA γ_i unter Verwendung von p(t - τ_i,k - Δt_i,k) in Gleichung (20) anstelle der Verwendung von θ_i,k in (7) sind:

• 1. zwischen den beiden Antennen wird eine kleine Basislinie benötigt; und
• 2. das Rauschen beeinflußt die Varianz var(_i,k)|_p(t) von _i,k deutlich mehr als es die Varianz var(_i,k) von _i,k beeinflußt.

Der zweite Nachteil kann erläutert werden anhand eines Vergleichs der unteren Cramer-Rao Grenze für _i,k:

mit der CRLB für _i,k:

Angenommen, daß SNR_i,k|_Tone × N_i,k in (24) gleich SNR_i,k|_p(t) in (25) ist, dann ist die Differenz zwischen (24) und (25) f_m ² in (24) verglichen mit BW² in (25). In AMPs ist das BW etwa gleich 30 KHz, während f_m gleich der Trägerfrequenz f_c ist, die gleich 800 MHz ist. Das Verhältnis zwischen den beiden Werten in dB is 88.52 dB. Dies ist eine sehr grosse Differenz. Nichtsdestotrotz ist p(t - τ_i,k - Δt_i,k) in (20) geeignet für eine TDOA Standortbestimmung, während θ_i,k in (10) geeignet ist für eine AOA Standortbestimmung, wie hier erläutert wird:

• - Unter Verwendung von θ_i,k in (10) zur Bestimmung von AOA γ_i, liegt eine untere Grenze von 5 × 10^-5 Radiant² für ein SNR von SNR_i,k|_Tone × N_i,k von 30 dB vor. Dies ist gleichbedeutend mit einer Standardabweichung für _i von 7.07 × 10^-3 Radiant, was einem Fehlerbereich von 7.11 Meter auf jeden Kilometer zwischen dem CT und den Antennen entspricht.
• - Andererseits ist p(t - τ_i,k - Δt_i,k) in (20) geeignet für eine TDOA Standortbestimmung, da in diesem Fall die Basislinie zwischen Antennen nicht klein sein muss. Angenommen, SNR, SNR_i,k|_p(t), in Gleichung (25) beträgt 30 dB, dann ist die untere Grenze der Varianz var(_i,k)|_p(t) = c² var(_i,k)|_p(t), des Bereiches R_i,k 2553 Meter², oder gleichbeldeutend, _i,k besitzt eine Standardabweichung von 50.53 meters.

Lösung IV: Wenn τ_i,k indirekt bestimmt wird auf des Basis der Tonphasen in p(t - τ_i,k - Δt_i,k), dann kann immer noch eine Integer Ambiguität in der Lösung vorliegen, wenn nicht die Wellenlänge der ausgewählten Signaltöne groß ist bezogen auf die Entfernung zwischen dem CT und der k^ten Antenne an der i^ten MS. Die ausgewählten Töne werden unten diskutiert werden, wo eine Lösung für die Integer Ambiguität dargestellt wird.

Bei der Verarbeitung von p(t - τ_i,k - Δt_i,k) zur Bestimmung von τ_i,k, liegen folgende Fehlerquellen vor:

• - Rauschen w_i(t): Die untere Cramer-Rao Grenze bildet eine untere Grenze für die Auswirkung des AWGN auf die Varianz var(_i,k)|_p(t) des Schätzwertes der Verzögerung τ_i,k:
  wobei
  • 1. var(_i,k)|_p(t) ist die Varianz des Schätzwerts _i,k der Reichweite R_i,k
  • 2. BW ist die RMS Bandbreite von p(t),
  • 3. SNR_i,k|_p(t) = 2E_i,k/N_o,
  • 4. E_i,k ist die Energie von r_i,k(t),
  • 5. N_o ist die spektrale Rauschleistungsdichte, und
  • 6. c ist die Lichtgeschwindigkeit.
• - Die Auswirkung der Bandbreite BW:
  Gleichung (26) zeigt, dass die Bandbreite des Signals eine wichtige Rolle für die Genauigkeit des drahtlosen Standortbestimmungssystems spielt. In AMPs sind die Funkfrequenz (HF) Kanäle um 30 KHz beabstandet, was eine relativ kleine BW verglichen mit Systemen ist, die in erster Linie zur Standortbestimmung ausgestaltet worden sind, wie beispielsweise die Global Positioning Systems (GPS) mit einer BW von 1 MHz zu den Standard Positioning Services (SPS) Kanälen und ISM-basierten Ortungssystemen mit einer typischen Bandbreite von 10 MHz. Beim GPS verwendet das Standortbestimmungssystem zunächst einen üblichen gleitenden Korrelator, um einen Satz von Pseudo-Abständen zu erhalten (einen Pseudo-Abstand pro Satellit) (siehe z. B. Spilker, J. J., "GPS Signal Structure and Performance Characteristics", Global Positioning System, Volume I, The Institute of Navigation, Washington D. C., 1980). Die Pseudo-Abstände werden dann bei der Multilateration weiter verwendet, um eine feste Position des GPS Empfängers zu erhalten. Eine typische Genauigkeit für einen käuflichen Ein- Punkt (d. h. kein differentieller Empfang) GPS Empfänger mit SPS liegt bei etwa 30 m RMS ohne Selektive Verfügbarkeit (Selective Availability) (SA). In direkten Proportionen ausgedrückt, sollte ein AMPs landbasiertes Standortbestimmungssystem, welches zunächst einen üblichen gleitenden Korrelator an jeder MS verwendet, um einen TOA Schätzwert des übertragenen Funksignals, gefolgt von einer hyperbolischen (differentiellen) Multilateration aller TOA Werte (die an einer zentralen Stelle verarbeitet werden), eine Standortbestimmungsgenauigkeit von annehmbaren etwa 900 m RMS anbieten können, vorausgesetzt, es liegt keine Mehrwegeausbreitung vor. Die Ursache liegt darin, dass eine Korrelationsfunktion, aus der ein TOA ermittelt werden kann, eine Genauigkeit aufweist, die auf die der Fourriertransformation begrenzt ist. Dies traditionelle Auflösungsgrenze bei Fourier-basierten Verfahren ist das Rayleigh Auflösungskriterium, wie es gezeigt worden ist in Haykin, S., "Adaptive Filter Theory", 2nd Edition, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1991. Die Weiterverarbeitung unter Verwendung von SR Algorithmen schafft oft ein Ergebnis mit höherer Auflösung, wie es gezeigt wurde von Dumont, L. R., et al., "Super-resolution of Multipath Channels in a Spread Spectrum Location System," IEE Electronic Letters, Vol. 30, No. 19, pp. 1583-1584, 15. September 1994 und gezeigt wurde von Fattouche et al., U.S. Patent No. 5,570,305 vom Oktober 1996, und von Ziskind, I. et al., "Maximum Likelihood Localization of Multiple Sources by Alternating Projection", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-36, No. 10, Oktober, 1988. Einer der Beiträge dieser Erfindung ist der Einsatz von SR und Inversen SR Algorithmen zur Verbesserung der Auflösung des WLS über die Rayleigh Auflösung hinaus, verglichen mit Stilp et al., U.S. Patent No. 5,327,144 vom 5. July 1994, welches den Korrelationspeak nicht weiter verarbeitet.
• - Die Auswirkung des Beobachtungsintervalles T_i,k:
  Das Beobachtungsintervall T_i,k weist einen direkten Bezug zur Energie E_i,k im Empfangssignal r_i,k(t) an der k^ten Antenne der i^ten MS auf, da
  

Es weist auch einen Bezug auf zur Antwort eines Filters im eingeschwungenen Zustand derart, daß die Antwort des Filters einen stätionären Zustand erreicht, solange

wobei hier BW_i,k die Bandbreite des Filters im Empfänger entsprechend der k^ten Antenne der i^th MS ist.

• - Signalverzögerungen Δt_i,k: Die Signalverzögerung τ_i,k wird beeinflußt von Δt_i,k, die die Verzögerung des Systems aufgrund der Antenne, der Kabel, der Filter, der Verstärker etc. darstellt. Δt_i,k muß bestimmt werden, da andernfalls die Signalverzögerung deutlich verlängert werden kann.
• - Interferenz I_i,k(t): In Abhängigkeit von der Höhe der Interferenz kann I_i,k(t) eine drastische Auswirkung auf die Genauigkeit der bestimmten Phase besitzen und kann den HF Eingang des Verstärkers sättigen. Ihre Auswirkungen können sowohl mit analoger als auch digitaler Hardware sowie geeigneter Software abgeschwächt werden, sei es innerhalb oder außerhalb des Bandes.
• - Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t): Die Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t) ist 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002019936846 00004 99880gleichbedeutend mit einer zusätzlichen Verzögerung über dem Ausbreitungskanal und muß entweder bestimmt und beseitigt oder abgeschwächt werden. In dem Fall, daß die bestimmte Zeitsverzögerung τ_i,k verwendet wird, um nach der TDOA zwischen dem Empfangsignal r_i,k(t) und dem Empfangsignal r_j,m(t) aufzulösen, ist die Differenz der Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t) - MP_j,m(t) der Verzerrungsfaktor, der abgeschwächt werden muß.
• - Die Auswirkung der Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t):
  Wenn die Mehrwegeausbreitung betrachtet wird, so könnte die Genauigkeit eines AMPs landbasierten WLS potentiell sogar nach weiter abnehmen. Das zellulare Frequenzband liegt zwischen 824 and 894 MHz und die Ausbreitungscharakteristika bei diesen UHF Frequenzen werden einen deutlichen Einfluß auf die Standortbestimmung durch Multilateration aufweisen, wie es in Parsons D., "The Mobile Radio Propagation Channel", John Wiley & Sons, New York, 1992 gezeigt worden ist. Dass die gemessenen Reichweiten den Sichtlinien- (LOS) abständen entsprechen, ist eine bedeutende Annahme, die gemacht wird, wenn der Standort durch Multilateration bestimmt wird. Obwohl die dominierende Übertragungsart in diesem Band LOS ist, sind Reflexionen an natürlichen und von Menschen geschaffenen Gegenständen und die Beugung an solchen Gegenständen ebenfalls Möglichkeiten. Die Mehrwegeausbreitung und die Beugung gestatten es dem zellularen Signal, sich in dicht umbauten Gegenden und innerhalb von Gebäuden auszubreiten. Jedoch führen sie auch dazu, daß die gemessenen Reichweiten länger sind als der wahre LOS Abstand, was einen Fehler in das Verfahren der Multilateration einführt. Darüber hinaus ist auch der Ausbreitungsabstand bei UHF relativ kurz. Dies gestattet die Wiederverwendung der Frequenz in einem zellularen System, beschränkt aber die Zahl der beobachtbaren Objekte in dem Multilaterationsverfahren. So verursacht beispielsweise in einer dichten urbanen Umgebung mit einem Verzögerungsspread von 3 Mikrosekunden (wie es in Hata, M., "Empirical Formula for Radio Propagation Loss in Land Mobile Radio Services", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. VT-29, No. 3, August 1980 gezeigt wurde) die Mehrwegeausbreitung, daß die Genauigkeit bei der Standortbestimmung um mehr als 1400 m RMS abnimmt. Wieder einmal ist die Ursache hierfür, daß die Korrelationsfunktion, aus der die Mehrwegeausbreitung bestimmt werden kann, eine Auflösung besitzt, die auf die der Fourier Transformation beschränkt ist, was impliziert, daß die Mehrwegeausbreitung innerhalb einer solchen Auflösung unter Verwendung von bekannten Methoden nicht auflösbar ist. Die Weiterverarbeitung unter Verwendung eines inversen SR Algorithmus führt oft zu einem Ergebnis mit höherer Mehrwegeausbreitungsauflösung, wie es von Dumont, L. R., et al. gezeigt wurde in "Super-resolution of Multipath Channels in a Spread Spectrum Location System", IEE Electronic Letters, Vol. 30, No. 19, pp. 1583-­ 1584, 15. September 1994 und von Fattouche et al., U.S. Patent No. 5,570,305 vom Oktober 1996, und gezeigt wurde von Ziskind, I. et al., "Maximum Likelihood Localization of Multiple Sources by Alternating Projection", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. Vol. ASSP-36, No. 10, Oktober, 1988. Eine weitere Annäherung an die Mehrwegeausbreitungsauflösung geht zurück auf Morley, G. D. et al., "Improved Location Estimation with pulse-ranging in presence of shadowing and multipath excess-delay effects", Electronics Letters, Vol. 31, No. 18, pp. 1609-1610, 31. Aug., 1995. Nochmals gesagt ist einer der Beiträge der Erfindung die Verwendung von SR und inversen SR Algorithmen zur besseren Auflösung der Mehrwegeausbreitungskomponenten in dem empfangenen Funksignal verglichen mit Stilp et al., U.S. Patent No. 5,327,144 vom 5. Juli 1994, welches nicht den Korrelationspeak zur Auflösung der Mehrwegeausbreitung verwendet.

Auswahl von p(t)

Hinsichtlich der Arten von zu überwachenden AMPs Signalen gibt es im wesentlichen zwei Arten:

1) Der Analoge Reverse Control Kanal (RECC)

Der RECC trägt Daten und kann einfach überwacht werden. Er wird dazu benutzt, den mobilen Teilnehmer in einer bestimmten BS zu registrieren, Anrufe zu beantworten und um Anrufe zu plazieren. Er kann sowohl bei einem TDOA als auch bei einem Einfallswinkel (AOA) und Geschwindigkeitsbestimmungs- WLS verwendet werden. Er besteht aus einem Precursor gefolgt von mehreren wiederholten Worten, die Informationen hinsichtlich des mobilen Teilnehmers und der angerufenen Nummer enthalten, sofern es ein ausgehender Anruf ist. Daher kann auf so einem Kanal ein 911 Anruf einfach verfolgt werden. Der Precursor besteht aus einer Punktsequenz (30 bits), einem Barker Code (11 bit word sync) und einem Farb Code (7 bits). Die Übertragungszeit für ein Registrierungssignal beträgt etwa 100 ms: d. h.

• - Einschalten: vernachlässigbar,
• - Precursor: 4.8 msec,
• - Wort A (MIN₁): 24 msec,
• - Wort B (MIN₂): 24 msec,
• - Wort C (ESN): 24 msec,
• - Unmodulierter Träger: 25 msec.

2) Der Analoue Reverse Voice Kanal (RVC)

Der RVC trägt hauptsächlich analoge Sprache, außer wenn der mobile Anschluß von der BS über den Vorwärtssprachkanal (FVC) "gehört (audit)" wird. In diesem Fall befindet sich der mobile Anschluß entweder im "Warte- Auf-Dienst"-Modus oder im "Warte-Auf-Antwort"-Modus und muß die auf dem FVC Kanal empfangene Anweisung beantworten durch die Antwort mit einer "blank-and-burst"-Nachricht. Die Anweisung kann eine der nachfolgenden sein:

• 1. Alarm (Alert) (zwingt das Telephon, hörbar zu klingeln);
• 2. Verbindungsabbau (Release)(zwingt das Telephon dazu, den Anruf abzubauen);
• 3. Stop Alarm (Stop Alarm);
• 4. Audit (bestätigt die zum Mobilgerät gesandte Nachricht);
• 5. Sende Angerufene-Addresse (Send Called-address);
• 6. Abfangen (Intercept);
• 7. Wartung (Maintenance);
• 8. Ändere Leistung zu Leistung Pegel 0-auf-7 (Change Power to Power level 0-to-7);
• 9. Gerichtete Übertragungswiederholung (Directed Retry);
• 10. Registrierung (Registration) (erzwingt eine weitere Registrierungauf dem RECC);
• 11. Verbindunsumschaltungen (Hand-offs);
• 12. Page Anfrage (Page Request);
• 13. Seriennummeranfrage (Serial Number Request);
• 14. Update Gemeinschafts-Geheimdaten (Shared Secret Data Update);
• 15. Abfragung (Challenge);
• 16. Update Systemparameter (System Parameter Update).

Während dieses Prozesses ist die Audiostrecke stumm geschaltet. Die "blank­ and-burst"-Message wird hauptsächlich für Verbindungsumschaltungen verwendet und auch für Dienstebestätigungen, die von der BS angefordert werden. Der Nachrichtenstrom besteht aus einer Punktsequenz (101 bits), einem Barkercode (11 bits) und mehreren wiederholten Worten, denen eine kleine Punktsequenz (37 bits) und ein Barkercode zwischen geschaltet wird. Da die Datenmessage von einzelnen Netzwerkanfragen kontrolliert wird, würde ein sich nicht im Netzwerk befindendes drahtloses Ortungssystem Schwierigkeiten haben bei der Verfolgung des RVC, der Identifizierung des mobilen Teilnehmers und der Bestimmung seines Standorts.

Anders als Stilp et al. im U.S. Patent No. 5,327,144 welches am 5. Juli 1994 erteilt wurde, macht dieses Patent Gebrauch vom FDMA Wesen eines AMPs CT, bei dem das Signal kontinuierlich über einen Frequenzkanal übermittelt wird, (außer bei von der BS erzeugten Unterbrechungen) und daher gestattet es dieses Patent, dass das Beobachtungsintervall T_i,k, vergrößert wird, wenn es gewünscht ist, indem p(t) aus dem Empfangssignal r_i,k(t) abgeleitet wird. In der analogen Welt aber ist p(t) der i^ten MS nicht bekannt, außer es ist ein vorhanderer oder erzeugter Ton. Es stehen mehrere Tonauswahlen über dem RVC Kanal zur Verfügung. Es ist die Absicht des Patents, Gleichung (5) zur Bestimmung der Position (x, y) und der Geschwindigkeit eines CT zu verwenden.

Auswahl der Töne für Lösung IV

Es gibt existierende Töne und erzeugte Töne. Beide Tonarten tragen die CT Standortinformationen in ihren Phasen (mod 2π).

Auswahl existierender Töne 1. Die Punktsequenz im Precursor auf dem RECC Kanal

Über dem RECC Kanal besteht die Manchester-kodierte Punktsequenz (dotting sequence) im Precursor aus einer Eins-Null Folge, die einige Male wiederholt wird (30 mal). Solch eine Folge kann daher unter Verwendung von Fourier Reihen angenähert werden, oder gleichbedeutend damit kann eine Zahl von Tönen verwendet werden, um die Punktsequenz zu approximieren:

wobei

• - f_m die Grundfrequenz der Punktsequenz = 5 KHz ist;
• - τ_i,k ist die Ausbreitungsverzögerung an der k^ten Antenne der i^ten MS; und
• - c_n ist der Fourier Koeffizient der Punktsequenz.

Alternativ kann nach einer Frequenzmodulation die Punktsequenz ausgedrückt werden als (wie es in Haykin, S. "An Introduction To Analog And Digital Communications", John Wiley & Sons, New York 1989 gezeigt wurde):

s(t - τ_i,k)|_Dotting = A_cRe{exp[j2πf_c(t - τ_i,k) + jβ Dotting(t - τ_i,k)]} (29b)

wobei
f_c die Trägerfrequenz ist;

• - τ_i,k ist die Ausbreitungsverzögerung an der k^ten Antenne der i^ten MS;
• - β ist der Modulationsindex der Funkwelle.

Dies führt dazu, dass die funkmodulierte Punktsequenz auch approximiert werden kann unter Verwendung einer Zahl von Tönen.

Zusammengefasst kann die Punktsequenz, ob moduliert oder nicht, angenähert werden unter Verwendung von Tönen mit Phasen, die eine Standortinformation enthalten. Der Unterschied zwischen einer funkmodulierten Punktsequenz und einer unmodulierten Punktsequenz ist die Frequenz der Töne, die die Sequenz approximieren. Wenn Modulation vorliegt, dann ist die Grundfrequenz die Trägerfrequenz f_c. Ohne Modulation ist die Grundfrequenz 5 KHz.

2. Der SAT Ton auf dem RVC Kanal

Der Überwachungsaudioton (Supervisory Audio Tone (SAT)) liegt über dem RVC vor während entweder des "Warte Auf Antwort" Modus oder des "Konversation" Modus. Nach einer FM Modulation kann der SAT Tone ausgedruckt werden als (wie es gezeigt ist in Haykin, S. "An Introduction To Analog And Digital Communications", John Wiley & Sons, New York 1989):

wobei

• - f_SAT die SAT Frequenz = 5970 Hz, 6000 Hz und 6030 Hz ist;
• - c_n ist der komplexe Fourier Koeffizient des FM modulierten SAT Tones, der eine gerade Symmetrie in seinem Realteil und ungerade Symmetrie in seinem Imaginärteil besitzt. In diesem Fall ist c_n = A_c J_n(β_SAT) wobei J_n(β_SAT) die Bessel Funktion n^ter Ordnung dieser Art ist, β_SAT ≅ 1/3 nd A_c ist die Amplitude des Trägers.

Da β_SAT klein ist, ist die Modulation ein schmalbandiges FM, d. h. das LP äquivalente Signal (t - τ_i,k)|_SAT für den SAT Ton kann ausgedrückt werden als

wie es gezeigt ist in Haykin, S. "An Introduction To Analog And Digital Communications", John Wiley & Sons, New York 1989, wobei (t) das LP Äquivalent von s(t) ist. Aus der Gleichung (30a) entspricht die Trägerfrequenz dem ersten Term in (30b) bei einer Amplitude A_c. Dies ist der Term, der zu verwenden ist für die Bestimmung von θ_i,k in (10) bei der AOA Standortbestimmung. Es ist schwieriger, θ_i,k bei der TDOA Standortbestimmung zu verwenden und zwar aufgrund der Tatsache, dass eine grosse Zahl von Ambiguitäten vorliegen kann in Abhängigkeit von der Basislinie zwischen Antennen relativ zur Wellenlänge des Trägers. Um die große Zahl von Ambiguitäten zu umgehen, können die letzten beiden Terme in Gleichung (30b) gemeinsam verwendet werden wie folgt:

(t - τ_i,k) = {Phase des 2^ten Terms in (30b) - Phase des 3^ten Terms in (30b) - π}/(2πf_SAT) (31)

3. Der Signalisierungston auf dem RVC Kanal

Der Signalisierungston (Signaling Tone) (ST) liegt über dem RVC entweder während des "Warte-Auf-Antwort"-Modus oder dem "Konversation"-Modus vor. Nach der FM Modulation, kann der ST Ton ausgedrückt werden als:

wobei

• - f_ST die ST Frequenz = 10 kHz ist; und
• - c_n der komplexe Fourier Koeffizient des FM modulierten ST Tons ist, der eine gerade Symmetrie in seinem Realteil und eine ungerade Symmetrie in seinem Imaginärteil besitzt. In diesem Fall ist c_n = A_c J_n(β_ST), wobei J_n(β_ST) die Bessel Funktion n^ter Ordnung dieser Art ist, β_ST = 0.8 nd A_c die Amplitude des Trägers ist.

Obwohl β_ST nicht klein ist, kann das LP äquivalente Signal (t - τ_i,k)|_ST für den ST Ton unter Verwendung der nachfolgenden vier Terme ausgedrückt werden:

wobei

• - die zusätzlichen Terme in Gleichung (32b) die Restterme aus der Fourier Reihe sind, die anderen Frequenzen als der Grundfrequenz f_c und ihren ersten Seitenbändern: f_c + f_ST und f_c - f_ST entsprechen.

Aus der Gleichung (32a) entspricht die Trägerfrequenz dem ersten Ausdruck in (32b) mit einer Amplitude A_c. Dies ist der Ausdruck, der zur Bestimmung von θ_i,k in (10) für die AOA Standortbestimmung zu verwenden ist. Es ist schwieriger, θ_i,k für die TDOA Standortbestimmung zu verwenden und zwar aufgrund der Tatsache, daß eine große Zahl von Ambiguitäten in Abhängigkeit von der Basislinie zwischen Antennen relativ zu der Wellenlänge des Trägers vorliegen kann. Um die große Zahl von Ambiguitäten zu umgehen, können die letzten beiden Ausdrücke in der Gleichung (32b) zusammen wie folgt verwendet werden:

(t - τ_i,k) = {Phase des 2^ten Terms in (32b) - Phase des 3^ten Terms in (32b) - π}/(2πf_ST) (33)

4. Sprachtöne auf dem RVC Channel

Jedes auf der Stimme basierende Sprachsignal besteht aus Harmonischen einer Grundfrequenz, auf die als Pitch des Sprachsignals Bezug genommen wird. Eine Gleichung ähnlich (30b) oder (32b) existiert für das gesprochene Sprachsignal. In ähnlicher Weise existiert auch eine Gleichung ähnlich (31) oder (33) ebenfalls für das gesprochene Sprachsignal. Beide Gleichungen können für die Standortbestimmung eines CT verwendet werden.

Auswahl erzeugter Töne 20 KHz Ton, erzeugt unter Verwendung einer nichtlinearen Operation am RECC Signal

Darüber hinaus ist das RECC Signal ein zyklisch stationäres Signal. Mit anderen Worten erzeugt es einen Ton, wenn eine nichtlineare Operation an ihm nach einer FM Demodulation ausgeführt wird. Wenn beispielsweise nach der FM Demodulation quadriert wird, so wird ein 20 KHz Ton erzeugt.

Die praktische Beschreibung des Patents wird Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von τ_i,k und zur Abschwächung ihrer Fehlerquellen beschreiben.

4. expl{j2π δf_i,k t }: Im kinematischen Fall, wenn sich das CT bezogen auf die MSs bewegt, dann ist die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung (DOT) des CT in diesem Patent von Interesse. Die einzige Informationsquelle, die man zur Herleitung einer unabhängigen Gleichung für die Geschwindigkeit und die DOT des CT verwenden kann, ist

exp {j2π δf_i,k t} (34)

die verwendet werden kann zur Bestimmung der Dopplerverschiebung δf_i,k. Dies wird in Fig. 6 erläutert, die von einem Dreiantennensystem ausgeht: der m^ten Antenne an MS₁ mit Koordinaten (x_1,m, y_1,m, z_1,m), der k^ten Antenne an MS₂ mit Koordinaten (x_2,k, y_2,k, z_2,k) und der n^ten Antenne von MS₃ mit Koordinaten (x_3,n, y_3,n, z_3,n). In diesem Fall sind die FOAs: f_1,m, f_2,k und f_3,n Funktionen von

• - der Bewegungsrichtung (DOT), ϕ, relativ zur Nordrichtung (Uhrzeigersinn),
• - der Bewegungsgeschwindigkeit v, und
• - den Frequenzoffsets Δf_i,k, wie folgt:
  f_1,m = f_c + δf_1,m + Δf_1,m = f_c + v/λ cos(ϕ - ϕ_1,m) + Δf_1,m (35a)
  f_2,k = f_c + δf_2,k + Δf_2,k = f_c + v/λ cos(ϕ - ϕ_2,k) + Δf_2,k (35b)
  f_3,n = f_c + δf_3,n + Δf_3,n = f_c + v/λ cos(ϕ - ϕ_3,n) + Δf_3,n (35c)
  mit
• - ϕ_1,m ist der Winkel im Uhrzeigersinn zwischen der Nordrichtung und der Linie, die gebildet wird von (x_1,m, y_1,m) und (x, y),
• - ϕ_2,k ist der Winkel im Uhrzeigersinn zwischen der Nordrichtung und der Linie, die gebildet wird von (x_2,k, y_2,k) und (x, y),
• - ϕ_3,n ist der Winkel im Uhrzeigersinn zwischen der Nordrichtung und der Linie, die gebildet wird von (x_3,n, y_3,n) und (x, y), und
• - (x, y) sind die 2-D (horizontalen) Koordinaten des CT.

Mit anderen Worten liegen drei Gleichungen (35a, b und c) mit 6 Unbekannten vor: ϕ, v, f_c, Δf_1,m, Δf_2,k und Δf_3,n. Dies ist ein Problem, welches gelöst werden kann, wenn die Frequenzoffsets Δf_i,k einander gleich gemacht werden, d. h.

wenn Δf_1,m = Δf_2,k = Δf_3,n = Δf,

dann liegen uns zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten vor: v und ϕ, nach Verwendung der Ankunftsfrequenzdifferenz (FDOA):

f_1,m - f_2,k = v/λ cos(ϕ - ϕ_1,m) - v/λ cos(ϕ - ϕ_2,k) (36a)

f_2,k - f_3,n = v/λ cos(ϕ - ϕ_2,k) - v/λ cos(ϕ - ϕ_3,n) (36b)

Auf eine solche Lösung nehmen wir als Lösung V Bezug. Es ist festzuhalten, dass in der Lösung V die Position des CT (x, y) bekannt sein muß (oder geschätzt) und zwar vor der Bestimmung der Geschwindigkeit (speed and velocity) des CT, um dazu in der Lage zu sein, ϕ_1,m, ϕ_2,k und ϕ_3,n in den Gleichungen (36) zu kennen.

Bei der Verarbeitung von exp{j2π δf_i,k t} zur Besimmung von δf_i,k liegen folgende Fehlerquellen vor:

• - Rauschen w_i,k(t): Die untere Cramer-Rao Grenze liefert eine untere Grenze auf die Auswirkung von AWGN auf die Varianz var(δ_i,k)|_Tone, der Abschätzung der Frequenz δf_i eines Tons (tone):
  

mit:

• - var(δ_i,k)|_Tone ist die Varianz des (Schätz)Wertes δ_i,k, der Frequenz δf_i,k,
• - SNR_i,k|_Tone = A 2|i,k/(2σ 2|n) ist das SNR des Tons an der k^ten Antenne der i^ten MS,
• - A_i,k ist die Amplitude des Tons an der k^ten Antenne der i^ten MS,
• - σ 2|n ist die Rauschvarianz, und
• - N_i,k ist die Zahl der Samples (die im direkten Verhältnis zum Beoachtungsintervall T_i,k steht).
• - Frequenzoffsets Δf_i,k: Wie vorstehend erwähnt, liegen drei Gleichungen (35a-­ 35c) mit 5 Unbekannten vor: ϕ, v, f_c, Δf_1,m, Δf_2,k und Δf_3,n. Diese Aufgabe kann gelöst werden, wenn die Frequenoffsets Δf_i,k entweder entfernt oder einander gleich gemacht werden, d. h. wenn Δf_1,m = Δf_2,k = Δf_3,n = Δf. Es ist realitätsnäher, dass Δf_1,m = Δf_2,k = Δf_3,n = Δf ist, als die Frequenzoffsets zu schätzen und zu beseitigen.
• - Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t): Die Auswirkung der Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t) liegt in diesem Fall darin, eine gewisse Dopplerverschiebung δf_i,k aufgrund dynamischer (nicht stationärer) Reflektoren, wie beispielsweise Autos, Bussen, Lastkraftwagen etc. hinzuzufügen.
• - Interferenz I_i,k(t): In diesem Fall spielt I_i,k(t) die gleiche Rolle bei der Verzerrung des Schätzwertes der Frequenz δf_i,k wie bei der Verzerrung des Schätzwertes der Phase θ_i,k mit der Ausnahme, daß ihre Wirkung deutlicher verringert werden kann.
• - Fehler bei der Abschätzuns von (x, y): In Gleichung (36) wird davon ausgegangen, daß die Position (x, y) des CT bekannt ist vor der Bestimmung seiner Geschwindigkeit und DOT. Dies ist üblicherweise nicht wahr und (x, y) muß zunächst bestimmt werden. Die Bestimmung von (x, y) ist nicht perfekt, was dazu führt, daß sie Fehler enthalten wird, die die Bestimmung der Geschwindigkeit des CT und seiner DOT beeinflussen können.

Die praktische Beschreibung des Patents wird Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von δf_1,m, δf_{2,k u} und δf_3,n und zur Abschwächung ihrer Fehlerquellen darlegen.

Standortbestimmungstechnologien 1. TOA/Entfernungsstandortbestimmung (Zirkulare Multilateration)

In einem 2-D (horizontal) System zur Standortbestimmung ist es möglich, die Position eines CT aus der Entfernung des CT zu wenigstens zwei MSs zu bestimmen. Der horizontale CT Positionswert ist einfach der Schnittpunkt von zwei horizontalen Kreisen mit Radien gleich den Entfernungen und Mittelpunkten an den MSs. Dieses Verfahren der Standortbestimmung kann daher als zirkulare Multilateration bezeichnet werden. Entfernungen können berechnet werden durch die Subtraktion der bekannten Übertragungszeit τ_o des Signals s(t) aus den gemessenen TOAs, τ_i,k, des Signals r_i,k(t). Es gibt drei mögliche Lösungen:

• 1. wenn die Übertragungszeit τ_o bekannt ist, dann bezeichnen wir die Standortbestimmungstechnik als Entfernungstandortbestimmung.
• 2. wenn die Übertragungszeit τ_o nicht bekannt ist und bestimmt werden muß, dann bezeichnen wir die Standortbestimmungstechnik als TOA Standortbestimmung.
• 3. Wenn die Übertragungszeit τ_o nicht bekannt ist und unter Verwendung von TDOA ersetzt werden soll, dann bezeichnen wir die Standortbestimmungstechnik als TDOA Standortbestimmung (die in den nachfolgenden beiden Abschnitten diskutiert werden wird).

Bei der Entfernungstandortbestimmung ist eine Art der Bestimmung der Übertragungszeit τ_o die Verwendung der RTD zwischen der BS Übertragung und dem Empfang der Antwort des CT's auf die Übertragung der BS. In diesem Fall wird ein Minimum von zwei unabhängigen Gleichungen benötigt, um nach den beiden Unbekannten x und y aufzulösen.

Bei der TOA Standortbestimmung liegen drei Unbekannte vor: x, y und τ_o. TOAs von drei MSs werden benötigt und die Gleichung für die k^te Antenne an der i^ten MS ist:

mit

• - τ_i,k ist die Ankunftszeit des Signals r_i,k(t) an der k^ten Antenne der i^ten MS,
• - τ_o ist die Übertragungszeit des Signals s(t) von dem CT,
• - (x, y) ist die beste bekannte 2-D Position des CT,
• - (x_1,k, y_i,k) ist die bekannte 2-D Position der k^ten Antenne an der i^ten MS wobei i = 1, . . ., N.

Wenn mehr als die minimale Zahl, wie vorstehend erläutert, an MSs verfügbar sind, dann ist von Redundanz auszugehen. Wenn ein redundanter Satz an gemessenen TOAs Fehler enthält, dann müssen die TOAs angepaßt werden, um eine eindeutige Lösung für die Unbekannten zu erhalten. Der Betrag, um den jede TOA anzupassen ist, wird als der Restfehler bezeichnet. Es sind mehrere Verfahren zur Anpassung der beobachteten TOAs verfügbar, so dass die Summe der Quadrate der Restfehler ein Minimum ist, einschließlich:

• - Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
• - Beste Lineare Erwartungstreue Schätzung,
• - Maximum-Likelihood-Schätzung,
• - Schätzung nach der Methode der Kleinsten Quadrate,
• - Momentenmethode,
• - Allgemeine Schätzung nach Bayes,
• - Lineare Schätzung nach Bayes,
• - Kalmanfilterung, etc.

In diesem Patent ist die Schätzung nach der Methode der Kleinsten Quadrate eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens, die beobachteten TOAs derart anzupassen, dass die Summe der Quadrate der Restfehler ein Minimum ist.

Auswirkung der Geometrie auf die TOA Standortbestimmung

In einem System zur Standortbestimmung spielt die Geometrie (d. h. die Relativpositionen der MSs zueinander und zum zu lokalisierenden CT) eine bedeutende Rolle, wie es in Gleichung (39) dargestellt ist

std(position) = DOP × std(_i,k) (39)

mit

• - std(_i,k) ist die Standardabweichung der Enfernungsschätzung _i,k aus Gleichung (19) oder (26), und
• - DOP ist die Dilution of Geometry, die ein Maß der Geometrie ist.

In einem 2-D Standortbestimmungssystem ist es üblich, auf die horizontale DOP (HDOP) Bezug zu nehmen, die definiert wird als

mit

• - EDOP ist die Ost (East) DOP und ist definiert als die Quadratwurzel des Elements in der 1^ten Reihe und 1^ten Spalte der C_TOA,
• - NDOP ist die Nord (North) DOP und ist definiert als die Quadratwurzel des Elements in der 2^ten Reihe und 2^ten Spalte der C_TOA,
• - C_TOA ist eine dimensionslose Matrix, die definiert ist als
  C_TOA = [A^T C₁ ^-1A]^-1,
• - C₁ ist die dimensionslose Maß-Kovarianzmatrix (die Einheitsmatrix geeigneter Dimension),
• - A ist die Designmatrix für das Modell der Gleichung (38) und ist definiert als
  und d_i,k ist der beste abgeleitete Abstand (Entfernung) zwischen dem CT und der k^ten Antenne an der i^ten MS.

Gewichtung der TOA Beobachtungen

Bei dem Vorgang der Bestimmung der Position müssen nicht alle TOA Beobachtungen die gleiche Gewichtung aufweisen. TOA Beobachtungen, die als zuverlässiger angesehen werden, können stärker gewichtet werden als diejenigen, die als weniger verläßlich gelten. Dies wird durch die Beobachtungs- Kovarianzmatrix bewerkstelligt. Die Inverse von C₁ ist die Gewichtungsmatrix. Größere Werte auf der Diagonalen von C₁ ^-1 entsprechen einer stärkeren Gewichtung der entsprechenden TOA Beobachtungen. Im Zusammenhang mit der Standortbestimmung eines zellularen Telefons ist RSSI an jeder MS eine Methode der Zuweisung von Gewichtungen für die TOAs. Ein hohes RSSI an einer MS deutet auf eine verläßliche TOA hin. Dies liegt an zwei Tatsachen:

• 1. Der RSSI an einer MS besteht üblicherweise aus der Empfangsignalstärke + Empfangsrauschleistung. Das Rauschen in dem Empfänger ist hauptsächlich ein Temperaturrauschen, das eine Funktion der Bandbreite und der Temperatur ist. Wenn zwei MSs vergleichbare Temperaturen und Bandbreiten aufweisen, dann ist die Empfangsrauschleistung in beiden MSs weitgehend die gleiche. Ein hoher RSSI deutet daher auf eine hohe Empfangsignalstärke hin, die wiederum einen hohen SNR bedeutet. Dies ist wünschenswert.
• 2. Darüber hinaus bedeutet ein höherer RSSI üblicherweise weniger Abschattung als ein niedrigerer RSSI, was wiederum weniger Mehrwegeausbreitung bedeutet. Auch dies ist wünschenswert.

Erfassung grober Fehler bei der TOA Standortbestimmung

Grobe Fehler sind große Fehler in den TOA Beobachtungen. Dies kann hervorgerufen werden durch große Schwankungen des Signalpegels aufgrund von entweder Flachschwund oder einer plötzlichen Inbandinterferenz. Wenn sie nicht beseitigt werden, so führen grobe Fehler zu erheblichen Fehlern des bestimmten Standorts. Es ist möglich, Beobachtungen zu erfassen, die grobe Fehler enthalten, indem die Fehlerkennzahl (misclosure) jeder Beobachtung während des Verfahrens der Kleinsten Quadrate beobachtet wird. Fehlerkennzahl ist dabei definiert als der Wert des Positionsmodells (38) mit der besten verfügbaren Positionsschätzung (x, y). Beobachtungen, die grobe Fehler enthalten, werden üblicherweise wesentlich größere Fehlerkennzahlen aufweisen als Beobachtungen, die keine grobe Fehler enthalten. Wenn eine Beobachtung als einen groben Fehler enthaltend erkannt wird, dann kann sie von dem Vorgang der Standortbestimmung ausgeschlossen werden.

Dieses Patent versucht die Auswirkungen der Geometrie zu verringern, das heißt den Wert von HDOP in (40) zu vernngern, indem es zugelassen wird, daß eine große Zahl von MSs ein CT überwacht. Beim zellularen Kommunikationswesen sind die Frequenzmehrfachnutzung und der Flachschwund übliche Erscheinungen. Daher läßt die Erhöhung der Zahl der überwachenden MSs (was möglicherweise HDOP verringert) im allgemeinen std(_i,k) ansteigen. Infolgedessen ist eine Ergebnisfehlererkennung äußerst wichtig als ein Teil des Verfahrens zur Verringerung des Positionsfehlers durch eine Maximierung der Zahl der MSs (und daher der Verringerung der HDOP), ohne eine starke negative Auswirkung auf die std(_i,k) hervorzurufen. In den Fällen, bei denen grobe Fehler nicht erkannt werden, können schlechte SNR an einigen MSs die Aufnahme von Messungen von denjenigen MSs hervorrufen, die die std(range) eher ansteigen lassen, als daß sie HDOP verringern. Unter Berücksichtigung dessen optimiert nun die Erfindung die Zahl der MSs, die verwendet wird, um das CT zu lokalisieren derart, daß die std(position) in (39) minimiert wird.

Grobe Fehler können auch durch eine statistische Analyse der Beobachtungsrestfehler erkannt werden, die mit dem Verfahren der Kleinsten Quadrate berechnet wurden, wie es von Vanicek, P., Krakiwsky, E., "Geodesy: The Concepts", North-Holland Publishing Company, Amsterdam, 1982 gezeigt worden ist. Der Restfehler jeder TOA Beobachtung kann durch seine eigene geschätzte Standardabweichung standardisiert werden derart, daß der gesamte Satz an Restfehlern als zur Normalverteilung gehörend betrachtet wird mit einem Nullmittelwert und einer Einheit Standardabweichung. Wenn diese Hypothese korrekt ist, dann sollten die standardisierten Restfehler innerhalb eines spezifizierten Konfidenzbereiches für die Standardnormalverteilung fallen. Eine Beobachtung, deren Restfehler einen Marker (flag) trägt, ist dafür verdächtig, einen groben Fehler zu enthalten.

2. TDOA Standortbestimmunu (Hyuerbolische Multilateration)

Anstelle der Abschätzung der unbekannten Übertragungszeit ist es möglich, sie zu eliminieren. Dies wird durch das Differenzieren von TOAs von zwei unterschiedlichen MSs bewerkstelligt. Da die Übertragungszeit beiden gemeinsam ist, ist sie aus der sich ergebenden TDOA (Ankunftszeitsdifferenz (Time Difference Of Arrival)) eliminiert. Es kann gezeigt werden, daß der Punkteort, für den eine bestimmte TDOA gültig ist, einer Hyperbel entspricht. Die Seite der Hyperbel, auf der das CT liegen muß, ist durch das Vorzeichen der TDOA bekannt. Wenn TOAs von drei MSs vorliegen, dann können zwei unabhängige TDOAs gebildet werden. Der Schnittpunkt der beiden entsprechenden Hyperbeln bestimmt die Position des CT. Dieses Verfahren wird allgemein als hyperbolische Multilateration bezeichnet.

Das 2-D Standortbestimmungsmodell für die hyperbolische Multilateration ist

mit

• - Δτ_ij,km = τ_i,k - τ_j,m, i ≠ j oder k ≠ m, und
• - τ_i,k ist die Ankunftszeit des Signals r_i,k(t) an der k^ten Antenne der i^ten MS.

Auswirkung der Geometrie auf die TDOA Standortbestimmung

Die Geometrie beeinflußt auch die TDOA Standortbestimmung. Das HDOP wird wieder aus (40) berechnet, wobei die Designmatrix nunmehr

ist, mit N in (43) gleich der Zahl der MSs. Es ist festzuhalten, dass die TOA an der k^ten Antenne der ersten MS von allen anderen TOAs subtrahiert wird.

Die dimensionslose Beobachtungskovarianzmatrix ist

Gewichtung der TDOA Beobachtungen

Eine Gewichtung der TDOA Beobachtungen ist möglich. Da aber die TDOAs eine Funktion von zwei TOAs sind, ist das Verfahren zur Zuweisung von Gewichtungen nicht länger einfach.

Erkennung grober Fehler bei der TDOA Standortbestimmung

Die Erkennung grober Fehler kann auch bei der TDOA Standortbestimmung durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang beziehen sich aber Fehlerkennzahlen und Restfehler auf TDOAs. Eine herausfallende Fehlerkennzahl oder ein Restfehler kann daher auf einem groben Fehler in beiden TOA Beobachtungen beruhen, aus denen die TDOA abgeleitet wird. Es ist dabei nicht immer möglich, die störende MS zu isolieren.

Mehrere Lösungen bei der TDOA Standortbestimmung

Zwei Hyperbelhälften, die von zwei unabhängigen TDOAs gebildet werden, können sich zweimal schneiden. Dies führt zu zwei mathematisch korrekten Lösungen. Dies trifft insbesondere für den Fall der Standorte von CTs zu, an denen kurze Distanzen und schlechte Geometrie häufig anzutreffen sind.

Die Lösungsverzweigung (das Vorhandensein von zwei Lösungen für die Gleichungen zur Standortbestimmung) ist am häufigsten beim exakt bestimmten Fall ein Problem. Bei dem exakt bestimmten Fall kann das Vorhandensein von zwei Lösungen mit einem Verfahren erfaßt werden, welches in Chaffee, J. W. et al., "Bifurcation of Pseudorange Equations", Proceedings of the 1993 National Technical Meeting, San Francisco, California, January 20-22, 1993, The Institute of Navigation angegeben ist. Obwohl es ursprünglich für die Erkennung einer Bifurkation im GPS (Global Positioning System) vorgesehen war, ist dieses Verfahren in gleicher Weise auch auf den Fall der Standortbestimmung eines CT anwendbar.

Wenn bei dem Fall der 2-D Standortbestimmung mehr als zwei TDOAs zur Verfügung stehen, dann ist die Wahrscheinlichkeit einer exakten Lösungsverzweigung ausgesprochen klein. Es ist aber möglich, daß eine Bifurkation für eine Teilmenge von zwei TDOAs existiert. In einem solchen Fall kann die zweite Lösung die Endlösung beeinflussen, die gewonnen wird, wenn alle verfügbaren TDOAs verwendet werden.

In jedem Fall kann, wenn eine Lösungsverzweigung vorliegt, der iterative Algorithmus der Kleinsten Quadrate zur Positionsbestimmung zu jeder der Lösungen konvergieren. Die Konvergenzlösung ist eine Funktion der ursprünglichen Ausgangsposition, die für den Beginn des iterativen Verfahrens der kleinsten Quadrate verwendet wird. Um zu der der tatsächlichen Position des CT entsprechenden Lösung zu konvergieren, muß die Ausgangsposition, die zu Beginn des Verfahrens der Kleinsten Quadrate verwendet wird, relativ genau sein. Wenn keine a priori Information über den Standort des CT vorliegt, dann ist ein Standortschätzalgorithmus in geschlossener Form, der von den TOA oder TDOA Beobachtungen Gebrauch macht, die einzige Auswahl.

Es sind eine Reihe von Standortschätzalgorithmen in geschlossener Form entwickelt worden. Beispiele sind die sphärische Interpolation (Smith, J. O., et al., "Closed-Form Least-Squares Source Location Estimation from Range-Difference Measurements", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-35, No. 12, Dec. 1987, pp. 1661-1669), das Verfahren nach Schau und Robinson (Schau, H. C., et al., "Passive source localization employing intersecting spherical surfaces from time-of-arrival differences", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-35, No. 8, Aug. 1987, pp. 1223-1225), das Verfahren nach Bancroft (Bancroft, S., "An algebraic solution of the GPS equations", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-21, No. 7, Jan. 1985, pp. 56-59), das Verfahren nach Chan und Ho (Chan, Y. T., et al., "A Simple and Efficient Estimator for Hyperbolic Location", IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 42, No. 8, Aug. 1994, pp. 1905- 1915), and LOCA (Location On the Conic Axis) von Schmidt, R. O. "A New Approach to Geometry of Range Difference Location", JEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-8, No. 6, Nov. 1972, pp. 821-835.

LOCA wird bei der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung verwendet. LOCA ist das mathematische Dual der hyperbolischen Trilateration. Das grundlegende Theorem der LOCA führt aus, daß TOA Differenzen für drei MSs von bekanntem Standort eine gerade Standortlinie ergeben. Diese gerade Linie ist die Hauptachse einer ebenen Kurve. Die drei MSs liegen auf der Kurve und das CT, dessen Standort zu bestimmen ist liegt auf einem der Brennpunkte der Kurve. Im Falle der Redundanz und der 3-D Standortbestimmung wird LOCA zum Ebenenschnitt erweitert, wie es von Schmidt, R. O., "A New Approach to Geometry of Range Difference Location", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-8, No. 6, Nov. 1972, pp. 821-835 gezeigt worden ist.

Der Ebenenschnitt ist in gleicher Weise auf den Fall von Redundanz bei der 2-D Standortbestimmung anwendbar.

Bei LOCA sind drei Kurvenzüge möglich: eine Ellipse, eine Hyperbel oder eine Parabel. Der Kurvenzug, der von Bedeutung ist, hängt von den Relativpositionen der MSs und des CT ab, welches lokalisiert werden soll. Jeder dieser Kurvenzüge besitzt zwei Brennpunkte (bei der Parabel liegt ein Brennpunkt im Unendlichen) und daher zwei mögliche Lösungen. Im Falle einer Ellipse wird der richtige Brennpunkt anhand der Vorzeichen der TDOAs bestimmt. Im Falle einer Parabel ist die Lösung eindeutig. Wenn der Kurvenzug aber eine Hyperbel ist, dann kann der richtige Brennpunkt nicht anhand der vorliegenden TDOAs ermittelt werden. Chaffee's Verfahren zur Erkennung einer Bifurkation in Chaffee, J. W. et al., "Bifurcation of Pseudorange Equations", Proceedings of the 1993 National technical Meeting, San Francisco, California, January 20-22, 1993, The Institute of Navigation, wird eine Bifurkation für den Fall der Hyperbel und keine Bifurkation für die Fälle der Ellipse und der Parabel angeben. Bei vier MSs erhält man einen zweiten Kurvenzug. Der Schnittpunkt der Hauptachsen der beiden Kurvenzüge ist die geschätzte Position des CT. Es liegt daher keine Mehrdeutigkeit vor und die Bifurkation ist daher kein Problem, wenn ein Ebenenschnitt beim Vorliegen von Redundanz eingesetzt wird.

Wenn die TOAs große Fehler enthalten, dann kann es sein, daß LOCA oder der Ebenenschnitt eine unbefriedigende Lösung bringen. Wenn sie als die Ausgangsposition für die Kleinsten Quadrate verwendet wird, dann kann diese unbefriedigende Lösung verursachen, daß die Kleinsten Quadrate divergieren. In diesem Fall kann die beste verfügbare Vorgehensweise darin liegen, die Koordinaten der beteiligten MSs zu mitteln und dies dann als die Ausgangsposition für die Kleinsten Quadrate zu verwenden. Eine Alternative ist die Verwendung der in etwa Koordinaten der MS, mit der das CT kommuniziert, als Ausgangsposition.

3. Hybride TDOA Standortbestimmung (Zirkulare Multilateration mit TDOAs)

In einigen Fällen ist es wünschenswert, oder sogar erforderlich, TDOAs anstelle von TOAs einzusetzen. Es ist aber, wie es vorstehend erwähnt worden ist, nicht immer möglich, grobe Fehler zu isolieren, wenn TDOAs eingesetzt werden. Es ist aber möglich, ein Standortbestimmungsmodell zu erzeugen, welches TDOAs verwendet, aber Restfehler und Fehlerkennzahlen für einzelne TOAs ergibt.

Um dies auszuführen, wird eine MS als die Referenz ausgewählt. Es wird dann die Annahme getroffen, daß die TOA am Referenzpunkt gleicht der Übertragungszeit τ_o ist. Von diesem Punkt an folgt dann die Entwicklung derjenigen der zirkularen Multilateration mit der Ausnahme, dass die TOA der Referenz MS von allen TOAs (einschließlich derjenigen der Referenz MS) abgezogen wird anstelle der Subtraktion der Übertragungszeit. Das Standortbestimmungsmodell ist dann

mit

• - Δτ_i1,k1 = τ_i,k - τ_1,1 = 1, . . ., N und
• - R_u ist die Entfernung von der Referenz- (ersten) antenne der MS₁ zur Position des CT.

Das Modell nach (45) besitzt die gleiche Struktur wie das der zirkularen Multilateration (Gleichung (38)) mit der Ausnahme, daß die dritte Unbekannte R_u ist und nicht die Übertragungszeit.

Das Modell nach (45) ergibt N Beobachtungen und daher N Restfehler und Fehlerkennzahlen für N MSs. Die N Beobachtungen aber sind eine 0 und N-1 TDOAs. Die Struktur der Gleichungen ist jene der TOA Standortbestimmung, wobei die Beobachtungen jene der TDOA Standortbestimmung sind. Daher der Name Hybride TDOA Standortbestimmung.

Auswirkung der Geometrie auf die Hybride TDOA Standortbestimmung

Die Designmatrix für die hybride TDOA Standortbestimmung ist

Es ist festzuhalten, daß (46) die gleiche wie (41) ist mit Ausnahme der Dritten Spalte, die der Dritten Unbekannten entspricht.

Die ungewichtete und unskalierte Beobachtungs-Kovarianzmatrix C₁ ist die gleiche wie diejenige bei der TOA Standortbestimmung, die Einheitsmatrix der Dimension N.

DOPs können wie vorher berechnet werden aus [A^TC₁ ^-1A]^-1.

Gewichtung der Hybriden TDOA Beobachtungen

Obwohl die Beobachtungen genau genommen TDOAs sind, so können sie als den einzelnen MSs entsprechende Beobachtungen behandelt werden. Es heißt dies, daß die erste Beobachtung, die immer Null ist, als die Beobachtung der Referenz- (oder ersten) MS betrachtet werden. Die zweite Beobachtung, die aus der TOA der Referenz MS besteht, die von der TOA der zweiten MS abgezogen wird, wird als die Beobachtung der zweiten MS behandelt und so weiter. Es können daher die N diagonalen Elemente von C₁ für die einzelnen MSs gewichtet werden.

Erkennung grober Fehler bei der Hybriden TDOA Standortbestimmung

In ähnlicher Weise sind N unabhängige Fehlerkennzahlen und Restfehler, und zwar für jede MS eine bzw. einer, für die Analyse verfügbar. Die Erkennung grober Fehler kann dann in der gleichen Weise wie bei der TOA Standortbestimmung ausgeführt werden und grobe Fehler bei einzelnen TOA Beobachtungen können erkannt werden.

Mehrfachlösungen bei der Hybriden TDOA Standortbestimmung

Da die eingesetzten Beobachtungen tatsächlich TDOAs sind, ist dieses Verfahren der Standortbestimmung der Lösungsbifurkation ausgesetzt. Die Methode zur Behandlung von mehreren Lösungen, wie sie unter der hyperbolischen Multilateration diskutiert worden ist, ist an dieser Stelle in gleicher Weise anwendbar.

4. AOA Standortbestimmung

Wenn unzweideutige AOA Messungen vorliegen, dann existieren nur zwei Unbekannte für die Standortschätzung - die 2-D Koordinaten des zu lokalisierenden CT. Es ist daher ein Minimum von zwei unabhängigen AOA Messungen erforderlich. Seien wieder (x, y) die 2-D Koordinaten des CT und (x_i,k, y_i,k) die 2-D Koordinaten der k^ten Antenne der i^ten MS. An der k^ten Antenne der i^ten MS wird der AOA γ_i,k des HF Signals, welches von dem CT kommt, gemessen. Das mathematische Standortbestimmungsmodell ist dann

(x - x_i,k)cos γ_i,k - (y - y_i,k)sin γ_i,k = 0 (47)

Wenn mehr als zwei unabhängige AOA Beobachtungen vorliegen, dann können Kleinste Quadrate verwendet werden, um eine eindeutige Lösung zu erhalten.

Ohne einschränkene Wirkung geht das Patent davon aus, daß γ_i,1 ≅ γ_i,2 ≅ . . . ≅ γ_i, das heißt, daß das CT weit entfernt ist von der i^ten MS bezogen auf die Basislinie zwischen allen Antenne an der i^ten MS, und daß die Entfernungen R_i,1 ≅ R_i,2 ≅ . . . ≅ R_i sind.

Auswirkung der Geometrie auf die AOA Standortbestimmung

Die Relativpositionen der MSs untereinander und zum CT, welches lokalisiert werden soll, sind bei der AOA Standortbestimmung auch von Bedeutung. DOP kann wieder zur Quantifizierung der Geometrie verwendet werden. Aus dem 2-D Standortbestimmungsmodell (47) wird die Designmatrix gefunden als

Die unskalierte und ungewichtete Beobachtungs-Kovarianzmatrix C₁ ist die Einheitsmatrix der Dimension N. Die DOPs können wieder aus [A^TC₁ ^-1A]^-1 gewonnen werden.

Gewichtung der AOA Beobachtungen

Die einzelnen AOA Beobachtungen können durch die Beobachtungs- Kovarianzmatrix C₁. gewichtet werden. Den AOA Beobachtungen, die als verläßlicher gelten, wird eine kleinere Varianz zugewiesen oder umgekehrt, eine stärkere Gewichtung.

Erkennung grober Fehler bei der AOA Standortbestimmung

Wie es bei den TOA oder TDOA Beobachtungen der Fall ist, können AOA Beobachtungen grobe Fehler aufweisen. Wenn redundante Beobachtungen zur Verfügung stehen, dann kann das statistische Testen der Restfehler und der Fehlerkennzahlen der Beobachtungen verwendet werden, um Beobachtungen zu erfassen, die grobe Fehler enthalten.

Bemerkungen

• 1. Wie es vorstehend erwähnt worden ist, besitzt die AOA Lösung in Gleichung (15) ein Mehrdeutigkeitsproblem, welches gelöst werden kann durch entweder
  • 1. die Verwendung von TDOA und AOA, wie es im nächsten Abschnitt erläutert wird, oder
  • 2. die Verwendung von mehr als zwei Antennen an der gleichen MS. Dies ist in Sektorzellen möglich, da jeder Sektor üblicherweise zwei Diversityantennen aufweist. Mit anderen Worten können in einer Zelle mit drei Sektoren insgesamt sechs Antennen zur Verfügung stehen.
• 2. Wenn die Diversityantennen nur vertikal beabstandet sind, dann ist der geschätzte AOA der Elevationswinkel. In diesem Fall ist es möglich, beide Diversityantennen einzusetzen, da sie voneinander unabhängig sind, das heißt sie bringen unabhängige Beobachtungen. Das einfachste Verfahren zur Verwendung beider Beobachtungen ist, sie zu kombinieren unter Verwendung der Selektionskombination (selection combining), der Maximalverhältniskombination (maximal ratio combining), gleichphasiger Kombination (co-phasing combining), Gleichverstärkungskombination (equal gain combining), oder anderer Kombinationsverfahren.

5. AOA/TDOA Standortbestimmung

Die kleinsten Quadrate erlauben die Kombination von verschiedenen Beobachtungstypen. Insbesondere ist es möglich, die 2-D Positionen unter Verwendung von sowohl AOA Beobachtungen als auch TDOA Beobachtungen innerhalb eines einzelnen Kleinsten Quadrate Ausgleichs abzuschätzen. Eine Kombination von zwei unterschiedlichen Beobachtungstypen ist insbesondere bei Situationen von Nutzen, bei denen nur zwei MSs zur Verfügung stehen zur Abschätzung des 2-D Standorts eines CT. Wenn zwei Antennen an einer einzelnen MS verwendet werden zur Bestimmung des ankommenden Signales AOA für diese MS, dann sind zahlreiche AOA Mehrdeutigkeiten möglich, wie es in der Gleichung (15) dargestellt ist. Dies liegt sowohl am Wesen der AOA Bestimmung mit einem 1-D linearen Array als auch daran, daß der Abstand zwischen Elementen größer sein kann als eine Wellenlänge. Daher sind bei nur zwei MSs und AOA Beobachtungen viele Standortlösungen möglich und es existiert keine Möglichkeit der Bestimmung, welche der vielen Lösungen die richtige ist.

Wenn aber TOA auch an jeder der beiden MSs gemessen wird (beispielsweise unter Verwendung von p(t - τ_i,k - Δt_i,k) in Gleichung (20)), dann kann ein TDOA berechnet werden. Dieses TDOA entspricht einer Hyperbelseite, die, sofern kein Fehler vorliegt, durch den Schnittpunkt von zwei der vielen Peilungslinien gehen wird, die aus den mehrdeutigen AOAs abgeleitet werden.

Wenn die AOA und TDOA Beobachtungen einen Fehler beinhalten, dann werden sich keine zwei Peilungslinien und die gemessene Hyperbelseite exakt schneiden. Für die gemessene TDOA und beliebige zwei bestimmte AOAs werden die Kleinsten Quadrate die Standortlösung erbringen, welche die Summe der Quadrate der Reste minimiert. Beobachtungsrestfehler sind verfügbar, da zwei Unbekannte vorliegen, die 2-D Koordinaten, aber drei Beobachtungen (2 AOAs und 1 TDOA).

Um das korrekte AOA Paar aus den Mehrdeutigkeiten oder Ambiguitäten herauszutrennen, wird jede AOA Kombination mit der TDOA Beobachtung nach der Methode der Kleinsten Quadrate kombiniert. Diejenige Kombination der AOAs, die zu der kleinsten Summe der Quadrate der Restfehler führt, wird als richtig ausgewählt. Die entsprechende Standortlösung wird dann als die CT Standortschätzung oder Standortermittlung verwendet.

Wenn AOA undTDOA Beobachtungen mit der Methode der Kleinsten Quadrate kombiniert werden, dann werden sowohl das Modell für die AOA Standortbestimmung (47) als auch das Modell für die TDOA Standortbestimmung (42) verwendet. Ohne einschränkdende Wirkung ist die Designmatrix A für zwei AOA Beobachtungen (eine an jeder der beiden MSs) und eine TDOA Beobachtung (für die selben zwei MSs)

wobei d_i der beste hergeleitete Abstand zwischen dem CT und der i_ten MS ist unter der Annahme, daß das CT weit entfernt ist von der MS, so daß d_i,1 ≅ d_i,2 ≅ . . . ≅ d_i, wobei d_i,k der beste hergeleitete Abstand zwischen dem CT und der k^ten Antenne an der i^ten MS für i = 1, 2 ist.

Es ist festzuhalten, daß die ersten beiden Reihen den beiden AOA Messungen entsprechen, wohingegen die dritte Reihe der TDOA Messung entspricht. Die beiden Spalten entsprechen den beiden Unbekannten x und y. Zusätzliche AOA und TDOA Messungen können aufgenommen werden, indem in (49) geeignete Reihen hinzugefügt werden. Es ist festzustellen, daß der Faktor 1/c in (43) bei der TDOA Messungsreihe von (49) fehlt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die Einheiten durch A hindurch dimensionslos sind.

Der Fehlerkennzahlvektor, der für den Kleinsten Quadrate Ausgleichsmechanismus benötigt wird, besteht nur aus den Fehlerkennzahlen aller Beobachtungen. Der Fehlerkennzahlvektor entsprechend der Designmatrix nach (49) ist

mit

• - Δτ_1,2 = τ₁ - τ₂, unter der Annahme, dass das CT weit entfernt ist von der t-ten MS, so dass τ_i,1 ≅ τ_i,2 ≅ . . . ≅ τ_i für i = 1, 2 und dass
• - x_i,1 ≅ x_i,2 ≅ . . . ≅ x_i und y_i,1 ≅ y_i,2 ≅ . . . ≅ y_i.

Da die AOA und TDOA Beobachtungen unabhängig sind, ist die unskalierte Beobachtungs-Kovarianzmatrix die Einheitsmatrix von geeigneter Dimension (Zahl der AOA Beobachtungen plus die Zahl der TDOA Beobachtungen).

Auswirkung der Geometrie auf die AOA/TDOA Standortbestimmung

Wieder kann DOP verwendet werden zur Quantifizierung der Geometrie. Die DOPs (HDOP, EDOP, NDOP) können aus [A^TC₁ ^-1A]^-1 gewonnen werden, wobei A und C₁ unmittelbar obenstehend definiert worden sind.

Gewichtung der AOA/TDOA Beobachtungen

Die einzelnen AOA und TDOA Beobachtungen können durch die Beobachtungs- Kovarianzmatrik C₁ gewichtet werden. Denjenigen AOA und/oder TDOA Beobachtungen, die als verläßlicher gelten, wird eine kleinere Varianz zugewiesen, oder ungeklärt eine größere Gewichtung.

Erkennung grober Fehler bei der AOA/TDOA Standortbestimmung

Sowohl die TDOA als auch die AOA Beobachtungen können grobe Fehler enthalten. Ein statistischer Test der Restfehler und Fehlerkennzahlen der Beobachtungen kann verwendet werden, um die Beobachtungen zu erfassen, die grobe Fehler beinhalten.

6. AOA/Entfernung Standortbestimmung

Wenn die Übertragungszeit oder die Umlaufzeit bekannt ist, dann ist die Entfernung _i von dem CT zu der i^ten MS der beobachtete Parameter. Auch in diesem Fall kann die AOA und TOA Standortbestimmung kombiniert werden, um die Position des CT mit nur zwei MSs abzuschätzen. Ohne einschränkende Wirkung ist die Designmatrix A für die beiden AOA Beobachtungen (eine an jeder der beiden MSs) und die beiden Entfernungsbeobachtungen (eine für jede der beiden gleichen MSs)

Der zu dieser Designmatrix gehörende Fehlerkennzahlvektor ist

Da die AOA und Entfernungsbeobachtungen unabhängig sind, ist die unskalierte Beobachtungs-Kovarianzmatrix die Einheitsmatrix von geeigneter Dimensionen (Zahl der AOA Beobachtungen plus die Zahl der Entfernungsbeobachtungen).

Auswirkung der Geometrie auf die AOA/Entfernungsstandortbestimmung

Wieder kann DOP verwendet werden, um die Geometrie zu quantifizieren. Die DOPs (HDOP, EDOP, NDOP) können aus [A^TC₁ ^-1A]^-1 gewonnen werden, wobei A und C₁ unmittelbar vorstehend definiert worden sind.

Gewichtung der AOA/Entfernungsbeobachtungen

Die einzelnen AOA und Entfernungsbeobachtungen können durch die Beobachtungs-Kovarianzmatrix C₁ gewichtet werden. Denjenigen AOA und/oder Entfernungsbeobachtungen, die als verläßlicher gelten, wird eine kleinere Varianz zugewiesen, oder umgekehrt, eine stärkere Gewichtung.

Erkennung grober Fehler bei der AOA/Entfernungsstandortbestimmung

Sowohl die AOA als auch die Entfernungsbeobachtungen können grobe Fehler beinhalten. Ein statistisches Testen der Reste und Fehlerkennzahlen der Beobachtung kann eingesetzt werden, um Beobachtungen zu erkennen, die grobe. Fehler beinhalten.

7. Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung

Bei einem kinematischen Standortbestimmungssystem muß der 3-D oder 2-D Standort des sich bewegenden CT zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt werden. Darüber hinaus kann, wie es vorstehend diskutiert worden ist, die Dopplerverschiebung des bei jeder MS ankommenden Signals bestimmt werden. Die Gleichungen, die die Frequenz (einschließlich der Dopplerverschiebung) des an der MS ankommenden Signals in Beziehung setzen zur CT Geschwindigkeit, DOT und der Frequenzverschiebung, sind in den Gleichungen (35) angegeben.

Das Modell zur Abschätzung der Geschwindigkeit und der DOT ist daher

f_i,k - v/λ cos(ϕ - ϕ_i,k) - Δf - f_c = 0 (53)

wobei Δf, der Frequenzversatz als bei allen MSs gleich angenommen wird. Wenn zu einem beliebigen Zeitpunkt die Position des CT (x, y) nach einem der vorstehenden Verfahren ermittelt wird, dann kann der Winkel ϕ in (53) für jede MS berechnet werden. In der Gleichung (53) sind dann f_i,k λ und ϕ_i,k die Bekannten (wobei f_i,k gemessen oder beobachtet wird), und v, ϕ, sowie Δf sind die Unbekannten. Drei MSs werden benötigt - die gleiche Zahl, wie sie erforderlich ist zur Abschätzung der 2D CT Position unter Verwendung der TOA oder TDOA Standortbestimmung.

Auswirkung der Geometrie auf die Geschwindigkeit und die Richtung der Bewegung

Die Geometrie beeinflußt auch die Ermittlung der Geschwindigkeit und der DOT. So ist es beispielsweise von selbst klar, daß, wenn sich das CT auf einer Linie rechtwinklig zu der Linie bewegt, die es und eine MS verbindet, keine Information hinsichtlich der Geschwindigkeit des CT aus den an der MS beobachteten Daten verfügbar ist.

Die Designmatrix für das Modell nach (53) ist

Die DOPs können wieder aus [A^TC₁ ^-1A]^-1 gewonnen werden. In diesem Fall werden die DOPs die DOP der Geschwindigkeit, die DOP der Bewegungsrichtung und die DOP des Frequenzversatzes sein. C₁ ist die unskalierte und ungewichtete Einheitsmatrix der Dimension N.

Praktische Beschreibung der Erfindung 1. Darstellung der Erfindung beim Lokalisieren eines eingeschalteten CT

Um ein eingeschaltetes AMPs-CT zu lokalisieren, kann man entweder den RECC oder den RVC Kanal benutzen.

1.1 Verwendung des RECC Kanals

Wenn der RECC Kanal benutzt wird, dann besteht die Erfindung aus der nachfolgenden Vorgehensweise:

Prozedur I

• 1. Einleiten eines Rufs zu dem bestimmten CT durch den Host;
• 2. Überwachen des Funkrufs (Paging) des CT durch eine BS über einen FOCC Kanal unter Verwendung einer bestimmten MS;
• 3. Erfassen und Verarbeiten der Antwort r_i,k(t) des Telefons auf den Ruf über den entsprechenden RECC Kanal durch wenigstens drei MSs; und
• 4. Verbindungsabbau durch den Host.

Die obige Prozedur, Prozedur I, geht von keiner Information der bestimmten MS aus (oder nimmt in gleichbedeutender Weise keine Information über den FOCC Kanal noch des entsprechenden RECC Kanals an). Dies weist zwei Nachteile auf:

• a) Jede MS muß wenigstens drei RECC Empfänger aufweisen, einen für den RECC Kanal, der für die zellulare Basisstation (BS) bestimmt ist und zwei für die benachbarten, die r_i,k(t) mit einem akzeptablen Pegel empfangen können.
• b) Die Vorgehensweise leidet unter der Tatsache, daß die Wahrscheinlichkeit eines Verfehlens des Ziels Nichtnull ist, das heißt, daß eine benachbarte MS gelegentlich dabei versagen wird, r_i,k(t) einzufangen.

Eine alternative Vorgehensweise, Prozedur II, die versucht, ein eingeschaltetes AMPs-CT zu lokalisieren, geht von einer Information der bestimmten MS aus. In diesem Fall besteht die Erfindung aus der nachfolgenden Vorgehensweise:

Prozedur II

• 1. Benachrichtigen der bestimmten MS und ihrer benachbarten MSs, einen Ruf zum CT von der diensterbringenden BS zu erwarten durch das Einstellen auf den entsprechenden RECC Kanal;
• 2. Einleiten eines Rufs zu dem bestimmten CT durch den Host;
• 3. Überwachen des Funkrufs des Telefons durch die diensterbringende BS über den entsprechenden FOCC Kanal;
• 4. Erfassen und Vearbeiten der Antwort r_i,k(t) des Telefons auf den Ruf über den entsprechenden RECC Kanal durch die MSs, die benachrichtigt worden sind; und
• 5. Verbindungsabbau durch den Host.

In diesem Fall,

• a) Muss jede MS nur einen abstimmbaren RECC Empfänger aufweisen.
• b) Ist die Wahrscheinlichkeit eines Verfehlens des Ziels etwas vernngert unter der Vorraussetzung, dass jede MS ein Vorabwissen über den Status des CT und seiner Identität besitzt.

Die vorstehende Vorgehensweise, Prozedur II, basiert auf der Annahme, daß die diensterbringende BS vorab bekannt ist. Dies ist möglich unter Verwendung der nachfolgenden Vorgehensweise:

Prozedur III

• 1. Einleiten eines Rufs zu dem bestimmten CT durch den Host;
• 2. Überwachen des Funkrufs des Telefons durch eine Anzahl von MSs;
• 3. Identifizieren der diensterbringenden BS;
• 4. Benachrichtigen des Host über die Identität der diensterbringenden BS;
• 5. Verbindungsabbau durch den Host.

Um wirklich passiv zu sein, sollte die Prozedur II sicherstellen, daß der Anruf von dem Host abgebaut wird, bevor ein Alarmsignal ausgegeben wird, das heißt bevor das CT hörbar klingelt.

Um die Kosten für Installation und Betrieb zu verringern, sollten die Prozeduren I, II und III die MSs in den zellularen BSs co-lociert und das Kommunikationsnetzwerk auf Basis der vorhandenen Verbindung zwischen den BSs und der Mobiltelefon-Vermittlungsstelle (Mobile Telephone Switching Office (MTSO)) besitzen. Das Patent fordert aber nicht, daß die MSs in den zellularen BSs collociert sind.

Um die Menge an Informationen zu verringern, die zwischen den Mss und dem Host übertragen werden, ist es vorzuziehen, das meiste an Verarbeitung an der MS durchzuführen. Wenn beispielsweise die TDOA für die Standortbestimmung verwendet wird, dann ist es vorzuziehen, die TOA des empfangenen RECC Signals r_i,k(t), an der i^ten MS zu messen. Das gleiche gilt auch für PDOA and FDOA. Es ist dabei vorzuziehen, POA und die FOA des r_i,k(t) an der i^ten MS zu bestimmen und die bestimmten Werte an den Host für die Zwecke der Standortbestimmung zu übertragen. In den Fällen der TOA und POA besteht die erforderliche Verarbeitung in der Korrelation des RECC Signals mit einer sauberen Fassung von sich selbst und die Information bezüglich der Korrelationspeaks zum Host zu übertragen anstelle der Durchführung einer Kreuzkorrelation zwischen jedem Paar von empfangenen RECC Signalen am Host. Im Fall der FOA besteht die erforderliche Verarbeitung aus der Korrelation des RECC Signals mit mehreren sauberen Fassungen des RECC Signals bei unterschiedlichen Frequenzen und der Übertragung der Information bezüglich der Korrelationspeaks zum Host.

Die Korrelationspeaks zwischen r_i,k(t) und einer sauberen Fassung davon kann unter Verwendung von SR Algorithmen supra-aufgelöst (super-resolved) werden. Es ist gelegentlich vorzuziehen, die SR Algorithmen am Host durchzuführen als sie an der MS durchzuführen, da es eine Zahl von rechnertechnisch aufwendigen Operationen erfordert, die am Host einfacher zu erbringen sind als an der MS. Dies führt dazu, daß der Korrelationspeak zum Host übertragen werden muß, was keine große Menge an Informationen darstellt und zum Host einfach übertragen werden kann.

Wie es vorstehend erwähnt worden ist, können Diversityantennen oder Sektorantennen oder beide für die PDOA Standortbestimmung verwendet werden. Diversity Signale können auch verwendet werden zur Verbesserung des SNR des RECC Signals durch die Kombination der beiden durch entweder Auswahl- Kombinieren, Maximal Ratio Kombinieren, oder Co-Phasen-Kombinieren. Wenn Diversity Signale eingesetzt werden, kann es effizienter sein, ein Digital Signal Prozessor (DSP) Board pro Paar an Diversity Signalen zu verwenden.

Um dazu in der Lage zu sein, das RECC Signal r_i,k(t), an der i^ten MS zu korrelieren, muß eine reine Version von r_i,k(t) (d. h. s(t)) vorab an der i^ten MS zur Verfügung stehen. Der einzige Teil des RECC Signals, der jeder MS bekannt ist, ist der Precursor, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Zeitlänge T des Precursors beträgt nur 4.8 msec. Die Zeitlänge der RECC Nachricht kann bis zu 125 msec betragen, was eine Größenordnung größer ist als der Precursor. Um das gesamte RECC Signal zu benutzen, kann man von der folgenden Prozedur Gebrauch machen:

Prozedur IV

• 1. Filtere das gesamte RECC Signal;
• 2. FM Demoduliere das gefilterte Signal;
• 3. Führe eine nichtlineare Operation an dem FM demodulierten Signal durch;
• 4. Extrahiere die Phase eines Tons, der durch die nichtlineare Operation nach Schritt 2 erzeugt wurde, wobei der Ton eine Zeitlänge von bis zu 125 msec und eine Frequenz von der doppelten Zeichengeschwindigkeit besitzen kann, das heißt eine Frequenz von 20 kHz; die Phase des Tons steht in direktem Verhältnis zu der TOA oder dem AOA des Signals.

Die nichtlineare Operation kann entweder eine quadratische Operation (d. h. Quadrieren des Signals) oder eine Verzögerungs-Produkt-Operation sein (das heißt Multiplizieren des Signals mit einer verzögerten Version von sich selbst).

Prozedur IV kann sowohl zur Erfassung des RECC Signals als auch zur Bestimmung seiner TOA verwendet werden. Dies kann erreicht werden durch die Zuschreibung der Zeit unter Verwendung eines zuverlässigen Takts entweder am Anfang des erzeugten Tons oder indem die Zeitmarke am Ende des Beobachtungsfensters gewonnen wird (letzteres wird bevorzugt).

Prozedur IV kann verbessert werden durch die Auflösung des erzeugten Tons unter Verwendung von SR Algorithmen. Darüber hinaus kann die beim Schritt 1 der Prozedur IV benötigte Filterung im digitalen Teil durchgeführt werden, um die Auswirkung der Temperatur und der Alterung auf Veränderungen der Gruppenlaufzeit zu verringern.

Die Prozeduren I und II können verbessert werden, indem sie einige Male ausgeführt werden und dann über die Standorteinformation gemittelt wird (d. h. die TDOA, PDOA oder FDOA zwischen Paaren der MSs).

Die Wahrscheinlichkeit der Standortfeststellung in den Prozeduren I und II kann erhöht werden durch die Wiederholung der Prozeduren für einige Male, bis wenigstens 3 MSs einen akzeptablen Signalpegel aufweisen. Dies muß nicht gleichzeitig zwischen 3 MSs geschehen. Die Erfindung zielt darauf ab, nur akzeptable Samples aus jedem Durchgang auszuwählen und zu kombinieren. Dieses Merkmal liegt nur bei der Erfindung vor.

Ein eingeschaltetes CT kann auch verfolgt werden, indem wiederholt den Prozeduren I ode II nachgegangen wird. Dieses Merkmal liegt nur bei der Erfindung vor.

Es liegt im Rahmen des Patents, RECC Kollisionen zu erkennen und in einem solchen Fall dann die Standortbestimmung nicht durchzuführen. Dieses Merkmale liegt nur bei der Erfindung vor.

1.2 Verwendung des RVC Kanals

Wenn der RVC Kanal verwendet wird, dann weist die Erfindung die folgenden Schritte auf:

Prozedur V

• 1. Rufen des bestimmten CT durch den Host;
• 2. Überwachen des Funkrufs des Telefons durch eine BS über einen FOCC Kanal unter Verwendung einer MS;
• 3. Überwachen der Antwort des Telefons auf den Ruf über den entsprechenden RECC Kanal durch die gleiche MS;
• 4. Überwachen der RVC Kanalzuteilung durch die gleiche MS über den entsprechenden FOCC Kanal;
• 5. Benachrichtigen einer Vielzahl von MSs die Antwort r_i,k(t) des CT über den zugewiesenen RVC während einer Beobachtungszeit T_i,k zu überwachen und zu verarbeiten und
• 6. Verbindungsabbau durch den Host.

Beim Schritt 5 kann die Benachrichtigung durch den Host geschehen und das Beobachtungsintervall T_i,k kann mit dem "Warte Auf Antwort"-Modus zusammenfallen.

Die vorstehende Vorgehensweise, Prozedur V, kann verbessert werden, indem mehrere Samples des Signals r_i,k(t) während einer Zahl von Beobachtungsintervallen herangezogen werden, während sich das Telefon in dem "Warte Auf Antwort"-Modus befindet und dann über die Standortschätzung über alle Samples gemittelt wird.

Um wirklich passiv zu sein, wird es empfohlen, daß der Anruf der Prozedur V von dem Host abgebaut wird bevor ein Alarmsignal ausgegeben wird, das heißt bevor das CT hörbar klingelt. Dies zu erreichen ist oftmals nicht möglich und es wird stattdessen empfohlen, die Auswirkung des Alarmsignals zu minimieren, indem seine Zeitdauer minimiert wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal in der Prozedur V ist die Tatsache, daß das Signal s(t), welches von dem CT während des "Warte Auf Antwort" übertragen wird, tatsächlich ein deterministisches Signal ist, das heißt eine reine Reproduktion des Signals ist an jeder MS ständig verfügbar. Dies führt zu der Tatsache, daß die Zeitdauer der Beobachtung T_i,k, von r_i,k(t) beträchtlich vergrößert werden kann relativ zu der Zeitdauer des RECC Signals, um unterschiedlichen Situationen gerecht zu werden. So kann beispielsweise in ländlichen Gegenden, in denen die Zellen groß sind, der SNR vergrößert werden, indem die Zeitdauer der Beobachtung vergrößert wird. Oder man kann ihn gleichbedeutend, wenn die Geometrie nicht gut ist (d. h. HDOP groß ist, beispielsweise eine Autobahn) verbessern, indem die Zeitdauer der Beobachtung trotzdem vergrößert wird, und die Zahl der MSs vergrößert wird, die das Signal r_i,k(t) mit einem vernünftigen Pegel empfangen. Das Patent zielt darauf ab, die Zeitdauer der Beobachtung bezüglich SNR und HDOP zu optimieren. Zusätzlich zur Vernngerung der HDOP durch die Vergrößerung der Zahl der MSs führt dies auch zur Verringerung der Auswirkung der Mehrwegeausbreitung und zwar insbesondere in urbanen Zentren.

Prozedur V kann verbessert werden, indem sie einige Male wiederholt wird und dann entweder über die Standorteinformation gemittelt wird oder über die TDOA, PDOA oder FDOA zwischen Paaren der MSs gemittelt wird. Dies sollte unter Berücksichtigung dessen ausgeführt werden, daß das Alarmsignal (d. h. ein hörbares Klingeln) entweder vermieden oder minimiert wird.

Eine geeignete Art und Weise der Verarbeitung des Signals r_i,k(t), welches von dem Telefon über den zugewiesenen RVC Kanal erzeugt wird zur Bestimmung der POA des RVC Signals (wie es beim Schritt 5 der Prozedur V angegeben ist), ist die Verwendung der nachfolgenden Prozedur:

Prozedur VI

• 1. Filtere das RVC Signal;
• 2. Extrahiere die Phase eines Tons, dessen Anwesenheit auf dem RVC Kanal bekannt ist.

Die Töne, deren Anwesenheit auf dem RVC Kanal bekannt ist, sind entweder der SAT Ton oder der ST Ton. Der ST Ton wird bevorzugt, da er einen größeren SNR als der SAT Ton aufweist. Der ST Ton ist aber nur in einigen Situationen verfügbar in Abhängigkeit von denen ausgewählten Netzoptionen.

Die Prozedur VI kann verbessert werden durch die Auflösung des ausgewählten Tons unter Verwendung von SR Algorithmen. Darüber hinaus kann die beim Schritt 1 der Prozedur VI benötigte Filterung in dem digitalen Teil durchgeführt werden, um die Auswirkung der Temperatur und der Alterung auf die Gruppenlaufzeit-Veränderung zu verringern.

Um die Auswirkung der Co-Sat und Co-ST Interferenz auf die Phase des gewünschten Tons zu vemngern, zielt die Erfindung darauf ab, digitale Schmalbandfilter von einigen Hertz Bandbreite einzusetzen (d. h. Fourier Transformation basierte Filter, gleitende Fourier Transformation basierte Filter, IIR Filter, FIR Filter, etc.). Der Fourier Transformation basierte Filter besitzt eine Bandbreite, die eine Funktion der Beobachtungszeitdauer T_i,k ist. Der IIR Filter besitzt eine Antwortzeit im eingeschwungen Zustand, die eine Funktion von T_i,k ist. Mit anderen Worten muß die Beobachtungszeitdauer T_i,k so ausgewählt werden, daß SNR (ist zu vergrößern) optimiert wird gegenüber der Bandbreite des Filters (ist zu verkleinern) gegenüber der Antwortzeit des drahtlosen Standortbestimmungssystems (ist zu minimieren).

Um die Auswirkung der Mehrwegeausbreitung MP_i,k(t) auf die Leistungsfähigkeit eines drahtlosen Bewegungs-Standortbestimmungssystems zu verbessern, zielt die Erfindung darauf ab, die verschiedenen Doppler Frequenzen Stk (die verschiedenen TOAs und verschiedenen AOAs entsprechen) aufzulösen und die Frequenz auszuwählen, die zu dem ersten Eingang gehört. Das Verfahren zur Auflösung der verschiedenen Frequenzen kann unter Verwendung von SR Algorithmen ausgeführt werden.

Es ist auch möglich, ein CT während des "Konversation"-Modus ausfindig zu machen, d. h. wenn Sprachaktivität auf dem RVC Kanal vorliegt. Dies kann erreicht werden durch die Bestimmung des Pitch des Sprachsignals und die Extraktion seiner Phaseninformation unter Verwendung der Prozedur VI.

Alternativ ist es auch möglich, ein CT während des "Konversation"-Modus zu lokalisieren, ohne das Sprachsignal selbst verarbeiten zu müssen. Es kann dies erreicht werden, indem auf stille Zeitperioden gewartet wird, wenn das Sprachsignal nicht benutzt wird, was während etwa 60% der Zeit während einer Konversation passiert. In diesem Fall kann die MS Verbindungumschaltungen folgen, wenn sich das CT zwischen Zellen bewegt, was ein Merkmal nur der Erfindung ist, wodurch ein CT während der Dauer eines Gespräches verfolgt werden kann.

Es ist Zweck des Patents, Blank-And-Burst Vorkommnisse auf dem RVC Kanal zu erfassen und die Standortbestimmung bei einem Ton (SAT, ST oder Pitch) unter Verwendung der Prozedur VI zu vermeiden. Stattdessen ist es möglich, während Blank-And Burst Ereignissen der Prozedur IV nachzugehen.

Es ist auch Zweck des Patents, einen RVC Abbruch zu erkennen, um die Abschätzung der CT Positionen zu beenden.

2. Beschreibung der Erfindung bezüglich der Standortbestimmung eines CT, welches einen Ruf einleitet

Um den Standort eines AMPs-CT zu bestimmen, welches einen Ruf einleitet, kann man entweder den RECC Kanal oder den RVC Kanal verwenden.

2.1 Einsatz des RECC Kanals

Wenn der RECC Kanal verwendet wird, besteht die Erfindung aus den nachfolgenden Schritten:

Prozedur VII

• 1. Überwachen der Erzeugung des Rufs durch das CT auf einem RECC Kanal unter Verwendung einer MS; und
• 2. Aufnehmen und Verarbeiten des Signals r_i,k(t) des CT auf dem RECC Kanal durch wenigstens drei MSs.

Es ist Ziel des Patents, RECC Kollisionen zu erkennen und dann in diesem Fall die Standortbestimmung zu unterlassen. Dies ist nur bei dem Patent der Fall.

Die obige Prozedur Prozedur VII ist eine Untermenge der obigen Prozedur I und geht von keinem Wissen der bestimmten MS aus. Dies besitzt mehrere Nachteile:

• a) Jede MS muß wenigstens drei RECC Empfänger aufweisen, einen für den RECC Kanal, der der BS zugewiesen ist und wenigstens zwei für die benachbarten BSs, welche r_i,k(t) mit einem akzeptablen Pegel empfangen können.
• b) Die Prozedur leidet unter der Tatsache, daß die Wahrscheinlichkeit eines Verfehlens des Ziels Nichtnull ist, das heißt, daß eine benachbarte MS gelegentlich daran scheitern wird, r_i,k(t) aufzunehmen, da die Wahrscheinlichkeit für die Aufnahme unter 100% ist.
• c) Wenn ein Ruf von einer Bedienungsperson unterstützt wird, dann ist es schwierig, den angerufenen Teilnehmer zu identifizieren.

Die Verwendung des RVC Kanals ist in diesem Fall gegenüber der Verwendung des RECC Kanals eine vorzuziehende Alternative, da alle Nachteile vermieden werden können.

2.2 Verwendung des RVC Kanals

Wenn der RVC Kanal verwendet wird, dann besteht die Erfindung aus den nachfolgenden Schritten:

Prozedur VIII

• 1. Überwachen der Einleitung eines Rufs durch das CT auf dem RECC Kanal durch eine MS;
• 2. Überwachen der RVC Kanalzuweisung durch eine BS auf dem entsprechenden FOCC Kanal unter Verwendung der gleichen MS; und
• 3. Benachrichtigen einer Vielzahl von MSs, das Signal r_i,k(t) des CT auf dem zugewiesenen RVC Kanal während einer Beobachtungszeit T_i,k zu überwachen und zu bearbeiten, die sich mit derjenigen deckt, während der das Telefon in dem Modus "Unbeantwortete Konversation" ist.

Die obige Prozedur Prozedur VIII kann verbessert werden, indem mehrere Samples des Signals r_i,k(t) an der k^ten Antenne der i-ten MS über eine Anzahl von Beobachtungsintervallen T_i,k aufgenommen werden, während sich das Telefon in dem Modus "Unbeantwortete Konversation" befindet, und dann die Standortschätzung über alle Samples gemittelt wird.

Ein wichtiges Merkmal für ein E911 drahtloses Standortbestimmungssystem ist die Zeit, die benötigt wird, um einen 911 Anrufer zu lokalisieren. Mit der obigen Prozedur VIII ist es möglich, einen Standort zu ermitteln, während sich das Telefon in dem Modus "Unbeantwortete Konversation" befindet, was dazu führt, daß eine Standorteinformation für die Notrufzentrale (Public Safety Answering Point) (PSAP) zu der Zeit verfügbar gemacht werden kann, zu der der 911 Anruf beantwortet wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal in der Prozedur VIII ist die Tatsache, daß die Standortwahrscheinlichkeit ein Prozent beträgt, anders als bei der Prozedur VII, bei der sie unter 100% liegt.

Ein weiteres wichtiges Merkmal bei der Prozedur VIII ist die Tatsache, daß das von dem CT während des Modus "Unbeantwortete Konversation" übertragene Signal s(t) in der Tat ein deterministisches Signal ist, das heißt eine reine Reproduktion des Signals steht bei jeder MS immer zur Verfügung. Deutlicher gesagt, besteht, wie es vorstehend erwähnt worden ist, s(t) teilweise aus entweder einem SAT Ton oder einem ST Tone während des Modus "Unbeantwortete Konversation". In diesem Fall beinden sich TOA und AOA Informationen in der Phase des Tons und können unter Verwendung der Prozedur VI extrahiert werden, während die FOA Informationen in der Frequenz des Tons enthalten sind und unter Verwendung der Prozedur X extrahiert werden können.

Dies führt zu der Tatsache, daß die Beobachtungszeitdauer T_i,k von r_i,k(t) beträchtlich vergrößert werden kann, um verschiedenen Situationen Rechnung zu tragen. So kann beispielsweise in ländlichen Gegenden, in denen die Zellen groß sind, SNR vergrößert werden, indem die Beobachtungszeitdauer vergrößert wird. Oder man kann es in gleichbedeutender Weise, wenn die Geometrie nicht gut ist (d. h. HDOP ist groß, beispielsweise bei einer Autobahn), durch die Zunahme der Beobachtungszeitdauer T_i,k, verbessern, indem die Zahl der MSs vergrößert wird, welche das Signal r_i,k(t) mit einem vernünftigen Pegel empfangen können. Es ist das Ziel des Patents, die Beobächtungszeitdauer bezüglich SNR und HDOP zu optimieren. Darüber hinaus führt zusätzlich zur Verringerung der HDOP die Zunahme der Zahl der MSs auch zur Verringerung der Auswirkung der Mehrwegeausbreitung, insbesondere in urbanen Zentren.

Die Prozedur VIII kann verbessert werden, indem der Ton unter Verwendung von SR Algorithmen aufgelöst wird. Darüber hinaus kann die beim Schritt 1 der Prozedur VI erforderliche Filterung in dem digitalen Teil durchgeführt werden, um die Auswirkung der Temperatur und der Alterung auf die Gruppenlaufzeitveränderung zu verringern.

Um die Auswirkung der Co-Sat und Co-ST Interferenz auf die Phase des gewünschten Tons zu vernngern, zielt die Erfindung darauf ab, digitale Schmalbandfilter von einigen Hertz Bandbreite einzusetzen (d. h. Fourier Transformation basierte Filter, gleitende Fourier Transformation basierte Filter, IIR Filter, FIR Filter, etc.). Der Fourier Transformation basierte Filter besitzt eine Bandbreite, die eine Funktion der Beobachtungszeitdauer T_i,k ist. Der IIR Filter besitzt eine Antwortzeit im eingeschwungen Zustand, die eine Funktion von T_i,k ist. Mit anderen Worten muß die Beobachtungszeitdauer T_i,k so ausgewählt werden, daß SNR (ist zu vergrößern) optimiert wird gegenüber der Bandbreite des Filters (ist zu verkleinern) gegenüber der Antwortzeit des drahtlosen Standortbestimmungssystems (ist zu minimieren).

Es ist auch möglich, ein CT während des Modus "Beantwortete Konversation" zu lokalisieren, wenn auf dem RVC Kanal Sprachaktivität vorliegt. Dies kann erreicht werden durch die Bestimmung des Pitch des Sprachsignals unter Verwendung der Prozedur X und der Extraktion seiner Phaseninformation unter Verwendung der Prozedur VI.

Alternativ ist es auch möglich, ein CT während des Modus "Beantwortete Konversation" zu lokalisieren, ohne das Sprachsignal selbst verarbeiten zu müssen. Dies kann erreicht werden, indem auf leise Zeitperioden gewartet wird, wenn das Sprachsignal nicht verwendet wird (was etwa 60% der Zeit während einer Konversation der Fall ist). In diesem Fall können die MSs den Zellenwechseln des CT durch die BSs folgen, wenn sich das CT in einem Bewegungsstandortbestimmungssystem zwischen den Zellen bewegt, oder es kann alternativ die Standortinformationen oder die TDOA, PDOA oder FDOA Informationen in einem stationären Standortbestimmungssystem mitteln. Dieses Merkmal der Verfolgung eines CT während der Dauer eines Gespräches gibt es nur gemäß der Erfindung.

Um die Auswirkung der Mehrwegeausbreitung auf die Leistungsfähigkeit eines drahtlosen Bewegungs-Standortbestimmungssystems zu verbessern, zielt die Erfindung darauf ab, die verschiedenen Doppler Frequenzen (die verschiedenen TOAs und verschiedenen AOAs entsprechen) aufzulösen und die Frequenz auszuwählen, die zu dem ersten Eingang gehört. Das Verfahren zur Auflösung der verschiedenen Frequenzen kann unter Verwendung von SR Algorithmen ausgeführt werden.

Ziel des Patents ist es, Zeitschlitzvorkommnisse (Blank-And-Burst Occurrences) auf dem RVC Kanal zu erkennen und die Standortbestimmung bei einem Ton (SAT, ST oder Pitch) unter Verwendung der Prozedur VI zu vermeiden. Stattdessen ist es möglich, während Zeitschlitzvorkommnissen der Prozedur IV zu folgen.

Es ist auch Ziel des Patents, einen RVC Abbruch zu erfassen und die Bestimmung der Position des CT zu beenden.

Beschreibung der Erfindung hinsichtlich der Hardware

Zur

• 1. Verringerung oder Vermeidung einer:
  • 1. Verstärkungsschwankung;
  • 2. Phasenschwankung;
  • 3. einem Trägerdurchschleifen; und
  • 4. einem Gleichstromversatz,
• 2. um dazu in der Lage zu sein, für alle Standards (analog oder digital), die gleiche HF Eingangseinrichtung auf einem festen Band zu verwenden; und
• 3. um Außerbandstörer (z. B. Funkrufe, Bündelfunk, etc.) abzuweisen unter Verwendung digitaler Filter in dem Digital Signal Processor (DSP),

beabsichtigt die Erfindung die Verwendung eines linearen Zwischenfrequenzabtastempfängers für den RVC Kanal und den RECC Kanal. Der Zwischenfrequenzabtastempfänger an der i^ten

MS ist so ausgebildet, dass er eine hohe Rückweisung, niedrige Signallaufzeitveränderung und eine gute Empfindlichkeit aufweist. Um eine hohe Rückweisung bei guter Empfindlichkeit aufzuweisen, ist der Empfänger so ausgebildet, dass er aufweist (siehe

Fig.

8):

Design I

• 1. eine Anzahl von Zwischenfrequenz (ZF) Stufen (810), die das empfangene HF Signal Re{r_i,k(t) exp(j2πf_ct)} (801) in ein ZF Signal (807) mit det ZF Frequenz f₁ umwandeln. Eine erste Rückweisung wird bei HF unter Verwendung eines HF Bandpass Filters (BPF) (802) erreicht, gefolgt von einem HF Verstärker (803) für eine gute Empfindlichkeit. Nachfolgende Rückweisungen werden an jeder ZF Stufe erreicht, die aus einem Mischer (804) gefolgt von einem Zwischenfrequenz (ZF) BPF Filter (805) und einem ZF Verstärker (806) bestehen.
• 2. Ein Vor-Aliasing Filter (811) befindet sich vor dem Analog-Zu-Digital Wandler (812), der das analoge ZF Signal zu einem digitalen ZF Signal wandelt. Die Abtastrate soll dabei unterhalb der Nyquist Rate sein, um Faltungskopien des ZF Signals (807) nahe an der unteren digitalen ZF, f₂ zu erzwingen.
• 3. Digitalfilter (813) die Rauschen und Interferenz außerhalb der digitalen ZF Bandbreite rückweisen.
• 4. Ein Digitaler Empfangsumsetzer (DDC) (804), der das (reale) digitale ZF Signal in ein (komplexes) digitales Basisbandsignal (optional) umwandelt.

Um einen niedrige Signallaufzeitsveränderung zu erreichen, wird die folgende Prozedur vorgeschlagen:

Prozedur IX

• 1. Characterisiere die Gesamtgruppenlaufzeit Δt_i,k der k^ten Antenne der i^ten MS vor der Benutzung.
• 2. Bestimme den Trägerversatz (818) (aufgrund Doppler δf_i,k und aufgrund des LO Versatzes Δf_i,k) des Signals r_i,k(t) (801) unter Verwendung eines Digitalen Signalprozessors (DSP) (817).
• 3. Stelle den Empfangsoszillator (808) in dem Empfänger entsprechend der k^ten Antenne der i^ten MS während des Empfangs von r_i,k(t) (801) auf der Basis des Trägerversatzes (818) nach obigem Schritt 2 ein.
• 4. Eliminiere Δt_i,k aus der bestimmten Ankunftszeit τ_i,k.

Erläuterung der Prozdur X: Da t_i,k eine Funktion der Frequenz ist, kann es sich von einer Frequenz zu einer anderen signifikant ändern. Darüber hinaus kann gemäß dem AMPs Standard Δf_i,k bis zu 2 kHz betragen. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Bestimmung von Δt_i,k im Schritt 1 der Prozedur IX als unabhängig von dem Trägerversatz Δf_i,k + δf_i,k zu erzwingen. Dies wird erreicht durch die Bestimmung des Trägerversatzes Δf_i,k + δf_i,k beim Schritt 2 der Prozedur IX und seiner Beseitigung beim Schritt 3 der Prozedur IX vor seiner Verarbeitung für die Zwecke der Standortbestimmung. Mit anderen Worten erzwingen die Schritte 2 und 3, daß die Gesamtgruppenlaufzeit Δt_i,k zu ihrer ursprünglichen Charakterisierung nach dem obigen Schritt 1 ähnlich bleibt, wodurch Veränderungen der Gesamtgruppenlaufzeit oder der gesamten Signallaufzeiten aufgrund von Frequenzverschiebungen verringert werden. Um Veränderungen der gesamten Gruppenlaufzeiten aufgrund von Temperatur und Alterung klein zu halten, muß der Schritt 1 in der Prozedur IX auf einer regelmäßigen Basis durchgeführt werden.

Bemerkungen

• 1. In der Prozedur IX kann der Schritt 1 als Teil eines Kalibriervorgangs, wie er untenstehend in der Prozedur XI beschrieben wird, ausgeführt werden.
• 2. In der Prozedur IX kann der Schritt 2 unter Einsatz einer diskreten Trägerrückgewinnungsschleife (Carrier Recovery Loop) (CRL), wie in der Prozedur X. beschrieben, ausgeführt werden.
• 3. In der Prozedur IX kann der Schritt 3 unter Verwendung eines Direkten Digital Synthesizers (DDS) (809) ausgeführt werden.

Die diskrete Trägerrückgewinnungsschleife besteht aus mehreren Schritten, die einige Male wiederholt werden, bis ein zufriedenstellendes Leistungsniveau erreicht wird:

Prozedur X

• 1. Führe eine digitale Signalverarbeitung an dem abgetasteten ZF Signal (814 oder 816) unter Verwendung des DSP (817) aus, um eine geeignete Zielfunktion f_obj abzuleiten.
• 2. Wenn f_obj auf innerhalb einer bestimmten Schranke optimiert worden ist, beende die Schleife, andernfalls:
• 3. suche nach einer neuen Frequenzverschiebung (818),
• 4. passe LO (808) um die neue Frequenzverschiebung (818) an und
• 5. kehre zum Schritt 1 zurück.

In der Prozedur X kann der Schritt 3 unter Verwendung eines Suchalgorithmus vom Gradienten-Typ oder eines anderen geeigneten Suchalgorithmus durchgeführt werden.

In der Prozedur X kann der Schritt 4 unter Verwendung entweder nur eines DDS (809) oder eines DDS und eines Digitalen Empfangsumsetzers (DDC) (815) ausgeführt werden. Wenn nur ein DDS (815) beim Schritt 4 zum Einsatz kommt, dann verarbeitet der Schritt 1 in der Prozedur X ein neues Signalsegment r_i,k(t) bei jeder Iteration. Wenn ein DDS (809) und ein DDC (809) beim Schritt 4 zum Einsatz kommen, dann verarbeitet der Schritt 1 in der Prozedur X bei jeder Iteration das gleiche gespeicherte Signalsegment r_i,k(t), bis der DDS (809) verwendet wird. Es wird bevorzugt, sowohl den DDC als auch den DDS einzusetzen, um die Auswirkung der Arithmetik mit endlicher Genauigkeit auf den Bestimmungsvorgang zu verringern.

In dem Fall, dass das Design I den Schritt 4 nicht umfasst, kann der DSP (817) im Schritt 1 der Prozedur X der Trägerrückgewinnungsschleife aus einem digitalen Sperrfilter (Notch-Filter) der an der gewünschten ZF Frequenz f₂ zentriert ist, bestehen, dessen Übertragungsfunktion minimiert werden soll, d. h. f_obj ist die Antwort des digitalen Notch Filters. In diesem Fall kann der Notch Filter bestehen aus

• 1. einem ersten digitalen Bandpassfilter, der zentriert ist auf die f₂ + Frequenz des gewünschten Tons; und
• 2. einem zweiten digitalen Bandpassfilter, der zentriert ist auf die f₂ - Frequenz des gewünschten Tons.

Der Bandpassfilter kann unter Verwendung von (realen) digitalen Biquadratischen Filtern implementiert werden.

Alternativ kann der DSP (817) gemäß Schritt 1 in Prozedur X der Trägerrückgewinnungsschleife aus einem digitalen Bandpassfilter bestehen, der zentriert ist auf die gewünschte ZF Frequenz f₂, dessen Übertragungsfunktion maximiert werden soll, d. h. f_obj ist die Antwort des Bandpassfilters. In diesem Fall kann der BPF als ein (komplexer) digitaler IIR Filter i^ter Ordnung (oder höher) implementiert werden.

In den Fall, dass das Design I den Schritt 4 umfasst, ist das zu verarbeitende Signal ein Basisbandsignal (816) und der digitale BPF verwandelt sich in einen einfachen (komplexen) LPF. Ein Beispiel eines solchen LPF ist ein mittelwertbildendes Filter, das alle realen Abtastwerte und alle imaginären Abtastwerte über dem Beobachtungsintervall zusammenfügt.

Um die Auswirkung von Taktfehlern und einer LO Verschiebung (oder einem Drift) Δf_i,k, zu verringern, zielt die Erfindung darauf ab, eine gemeinsame Referenz für alle LOs und für alle Takte zu verwenden. Eine geeignete gemeinsame Referenz für die LOs und für die Takte oder Synchrontakte kann aus dem GPS Signal abgeleitet werden.

Wenn alle LOs in den MSs eine gemeinsame Referenz besitzen, dann führt dies zu

Δf_1,m = Δf_2,k = Δf_3,n = Δf

in den Gleichungen (35) und daß es möglich ist, die Geschwindigkeit v und die Bewegungsrichtung (DOT) ϕ aus den Trägerverschiebungen zu gewinnen, die anhand von Prozedur X bei jeder MS unter Verwendung der diskreten Trägerrückgewinnungsschleife ermittelt werden. Dies kann erreicht werden unter Verwendung der Einfallsfrequenzdifferenz (FDOA) zwischen jedem Paar der MS, wie es in den Gleichungen (36) zum Ausdruck kommt.

Beschreibung der Erfindung hinsichtlich der Verfahren zur Kalibrierung

Ein drahtloses Standortbestimmungssystem muß vor dem Einsatz (und gelegentlich während des Einsatzes) kalibriert werden, um die Auswirkung der Gesamtgruppenverzögerung Δt_i,k, an jeder MS zu beseitigen. Darüber hinaus können Temperatur und Alterung die Gesamtgruppenverzögerung sich mit der Zeit verändern lassen. Daher ist es erforderlich, das System auf einer regelmäßigen Basis zu kalibrieren. Eine Vorgehensweise zur Kalibrierung eines drahtlosen Standortbestimmungssystems ist wie folgt:

Prozedur X1

• 1. Anrufen eines CT, dessen Standort dem Host bekannt ist;
• 2. Überwachen des Paging des CT durch eine BS über den entsprechenden FOCC Kanal unter Einsatz einer MS;
• 3. Überwachen der Antwort des Telefons auf den Funkruf über den entsprechenden RECC Kanal durch die gleiche MS;
• 4. Überwachen der RVC Kanalzuweisung durch die gleiche MS über den entsprechenden FOCC Kanal;
• 5. Benachrichtigen einer Vielzahl von MSs zur Überwachung des Signals r_i,k(t) des CT über den zugewiesenen RVC Kanal während einer Beobachtungszeit T_i,k; und
• 6. Abbau des Anrufs;
• 7. Bestimmen der relativen Gruppenverzögerung zwischen MSs durch den Vergleich des bestimmten Standort des CT mit dem bekannten Standort des CT nach der Verwendung der Prozedur X zum Ausgleich der Trägerverschiebung des CT. Der bestimmte Standort des CT basiert auf den gemessenen TDOAs des CT Signals.

Die Prozedur XI kann einige Male wiederholt werden, um einen Mittelwert der relativen Gruppenlaufzeit über die Zeit zu bilden. Um die Einsatzkosten eines CT an bekannten Standorten zu reduzieren, zielt die Erfindung darauf ab, ein CT innerhalb einer Zahl von MSs abzulegen. Dies gestattet eine automatische Kalibrierung ohne einen Bedarf an Eingriff durch den Menschen.

Um die Veränderung der relativen Gruppenlaufzeit zwischen Kalibrierungsintervallen zu minimieren, wird es empfohlen, SAW-Filter als die BPF (803, 805, 811) nach Fig. 8 zu verwenden. Auch wird es empfohlen, die SAW-Filter (803, 805; 811) in einem metallischen Block anzuordnen, um Driffteffekte aufgrund von Temperaturveränderungen zu minimieren.

Beschreibung der Erfindung bezüglich der Host-Software

Um die Auswirkung einer begrenzten BW in AMPs zu verringern, zielt die Erfindung darauf ab, entweder

• 1. SR Algorithmen zu verwenden; oder
• 2. die BW von p(t) tatsächlich zu vergrößern; oder beides.

Um die effektive BW des Kanals tatsächlich zu erweitern, muß man:

• 1. das CT dazu bringen, über eine Zahl von Kanälen (RECC, RVC oder beide) zu senden; und
• 2. die TOA Schätzung aus allen derartigen Kanälen zu kombinieren.

Ein Verfahren, das CT dazu zu zwingen, mehrere Kanäle zu verwenden, besteht aus der Wiederholung der Prozeduren I, II oder V für mehrere Male in der Hoffnung, daß der Kanal (entweder RECC oder RVC) sich von Zeit zu Zeit ändert. Der RVC Kanal hat eine bessere Chance, sich von Zeit zu Zeit zu ändern als der RECC Kanal.

Ein eigenständiges Merkmal des Patents ist die Tatsache, daß es eine Erfassungswahrscheinlichkeit von 100% besitzt. Mit anderen Worten kann der Host eine große Zahl von MSs dazu beauftragen, in Prozedur V auf den zugewiesenen RVC abzustimmen, um dadurch eine große Redundanz in den Beobachtungen zu erzeugen. Dies ist nicht notwendigerweise nützlich, wenn eine Beobachtung einen großen Fehler in sich aufweist. Andererseits führt eine große Zahl von Beobachtungen zu einem kleinen HDOP. Daher ist es erforderlich, daß der Host die Zahl der Beobachtungen optimiert, um den Standortbestimmungsfehler des CT zu minimieren.

Bei einer gegebenen Zahl von Positionierungsalgorithmen und Zahl von Methoden zur Erkennung grober Fehler macht die Erfindung Gebrauch von der in Fig. 9a, 9b, 9c und 9d dargestellten Positionierungsstrategie. Fig. 9 zeigt die bevorzugte Ausführungsform zur Abstimmung der beobachteten TOAs derart, daß die Summe der Quadrate der Restfehler ein Minimum ist. Andere Verfahren zur Abstimmung der beobachteten TOAs derart, daß die Summe der Quadrate der Restfehler ein Minimum ist, stehen zur Verfügung einschließlich:

• - Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
• - Beste lineare erwartungstreue Schätzung,
• - Maximum-Likelihood-Schätzung,
• - Momentenmethode,
• - Allgemeine Schätzung nach Bayes,
• - Lineare Schätzung nach Bayes,
• - Kalman Filterung, etc.

Der Standortbestimmungsvorgang beginnt mit einem Satz von TOA Beobachtungen aus einem Minimun von drei MSs. Wenn nur drei TOAs verfügbar sind (901) dann wird nach einer Lösungsbifurkation getestet (902). Im Falle einer Lösungsbifurkation wird der LOCA Algorithmus (903) an den TOA Beobachtungen, die zwei Lösungen hervorbringen, durchgeführt. Jede dieser beiden Lösungen wird als die Anfangsposition für die Methode der Kleinsten Quadrate (904 und 905) verwendet, was zu zwei Lösungen nach der Methode der Kleinsten Quadrate für das CT führt. Der Algorithmus der Methode der Kleinsten Quadrate an dieser Stelle und bei allen anderen Abschnitten nach Fig. 9 ist eine Hybride TDOA Positionierung mit Empfangssignalstärke, die zur Gewichtung der einzelnen MS Beobachtungen verwendet wird. Während jeder Iteration der Methode der Kleinsten Quadrate werden Fehlerkennzahlen für jede MS berechnet. Wenn i 10640 00070 552 001000280000000200012000285911052900040 0002019936846 00004 10521rgendeine Fehlerkennzahl einige Vielfache des RMS Werts des gesamten Satzes an Fehlerkennzahlen überschreitet, dann wird die zugehörige MS und ihre TOA nicht mehr weiter verwendet bei der bestimmten Ausführung der Methode der Kleinsten Quadrate.

Wenn beide Lösungen (904 und 905) nach der Methode der Kleinsten Quadrate konvergieren (906) nicht aber gleich sind, (907) dann wird angenommen, daß die Methode der Kleinsten Quadrate zu den beiden möglichen Lösungen kovergiert hat und beide Lösungen nach der Methode der Kleinsten Quadrate werden als mögliche Positionen für das CT (908) ausgegeben. Wenn eine der LS Lösungen divergiert (906) oder die konvergierenden Lösungen gleich sind (907) dann werden die beiden LOCA Lösungen aus (903) als mögliche Positionen des CT (909) ausgegeben.

Wenn bei (902) keine Bifurkation als existent gefunden wird, dann wird LOCA wieder ausgeführt (910), gibt aber nur eine Lösung aus. Diese Lösung wird als die Anfangsposition für die Methode der Kleinsten Quadrate (911) verwendet.

Wenn eine Redundanz vorliegt (901) dann wird ein Ebenenschnitt (912) (oder ein anderer geschlossenförmiger Standortermittlungsalgorithmus) ausgeführt. Die sich ergebende Lösung wird als die Anfangsposition für die Methode der Kleinsten Quadrate (913) verwendet. An dieser Stelle wird eine Überprüfung durchgeführt, ob die Methode der Kleinsten Quadrate (913 oder 911) konvergiert (914). Wenn die Kleinsten Quadrate konvergieren, dann wird eine weitere Überprüfung auf Beobachtungsredundanz durchgeführt (915). Wenn keine Redundanz gegeben ist, dann wird die Kleinste Quadrate Lösung als die Standortschätzung des CT (923) ausgegeben. Wenn eine Redundanz gegeben ist, dann werden die normalisierten Restfehler statistisch auf Normalität (916) getestet. Die ausgegebene Lösung nach den Kleinsten Quadraten (923) sollte alle Restfehler passieren. Wenn ein Restfehler fehlschlägt, dann werden die Redundanzzahlen der fehlschlagenden Beobachtungen überprüft (917). Die Redundanzzahl der i^ten Beobachtung wird definiert als

g_i = (CC₁ ^-1)_ii (55)

wobei die Kovarianzmatrix der Restfehler ist und definiert ist als

C = C₁ A[A^TC₁ ^-1A]^-1A^T. (56)

Wenn alle fehlschlagenden Beobachtungen Redundanzzahlen aufweisen, die kleiner sind als ein Schwellenwert (in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt dieser Schwellenwert 0.5) dann wird die Lösung nach den Kleinsten Quadraten als die Positionsschätzung oder -ermittlung (923) des CT ausgegeben.

Wenn Beobachtungen mit fehlschlagenden Restfehlern Redundanzzahlen aufweisen, die größer sind als der Schwellenwert (917), dann wird die Beobachtung mit einer Redundanzzahl, die größer ist als der Schwellenwert und mit dem größten standartisierten Restfehler dauerhaft aus dem Beobachtungssatz (928) entfernt. Die Anfangsposition, die für die obigen Ausführungen der Methode der Kleinsten Quadrate verwendet wird, wird gespeichert (929) und wieder bei der Methode der Kleinsten Quadrate mit dem abgschnittenen Beobachtungsdatensatz (930 oder 931) verwendet.

Sollten die Kleinsten Quadrate nun divergieren (932) dann wird die vorhergehende Kleinste Quadrate Lösung, die konvergierte, als die Positionsschätzung des CT (936) ausgegeben. Wenn die Kleinsten Quadrate konvergieren (932) und keine Redundanz (933) gegeben ist, dann wird die neue konvergente Kleinste Quadrate Lösung ausgegeben (936). Wenn eine Redundanz (933) vorliegt, dann werden die standartisierten Restfehler auf Normalität (934) getestet. Wenn alle Restfehler passieren sollten, dann wird die neu konvergente Kleinste Quadrate Lösung ausgegeben (936). Wenn andererseites alle fehlschlagenden Beobachtungen Redundanzzahlen aufweisen, die kleiner sind als ein Schwellenwert (bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieser Schwellenwert 0.5) dann wird die neu konvergente Kleinste Quadrate Lösung ausgegeben (936).

Wenn Beobachtungen mit fehlschlagenden Restwerten Redundanzzahlen aufweisen, die größer sind als der Schwellenwert (935), dann wird die Beobachtung mit einer Redundanzzahl größer als der Schwellenwert und mit dem größten standartisierten Restfehler dauerhaft aus dem Beobachtungssatz (928) entfernt. Das Verfahren läuft dann weiter, wie es unmittelbar vorstehend beschrieben worden ist.

Wenn bei (914) die Kleinsten Quadrate divergieren, dann wird die Methode der Kleinsten Quadrate wieder ausgeführt, wobei aber der Mittelwert der Koordinaten der teilnehmenden MSs als die Anfangsposition (918) verwendet wird. Wenn die Kleinsten Quadrate nun konvergieren (919) aber keine Beobachtungsredundanz (920) vorliegt, dann wird die neu konvergente Kleinste Quadrate Lösung als die Positionsschätzung des CT (923) ausgegeben. Wenn Redundanz vorliegt (920) dann werden die standartisierten Restfehler auf Normalität (921) getestet. Wenn alle Restfehler passieren sollten, dann wird die neu konvergente Kleinste Quadrate Lösung ausgegeben (923). Wenn einige der Restfehler fehlschlagen aber keine der entsprechenden Beobachtungen Redundanzzahlen aufweisen, die größer sind als der Schwellenwert (922), dann wird die neu konvergente Kleinste Quadrate Lösung ausgegeben (923).

Wenn Beobachtungen mit fehlschlagenden Restwerten Redundanzzahlen aufweisen, die größer sind als der Schwellenwert (922), dann wird die Beobachtung mit einer Redundanzzahl größer als der Schwellenwert und mit dem größten standartisierten Restfehler permanent aus dem Datensatz (928) entfernt. Das Verfahren läuft dann ab (928) wie vorstehend beschrieben weiter.

Wenn die Kleinsten Quadrate bei (919) nicht konvergieren und keine Redundanz (924) vorliegt, dann wird entweder keine Lösung ausgegeben für diesen speziellen Satz an Beobachtungsdaten oder die Lösung aus der letzten Iteration vor der Divergenz wird ausgegeben (927). Wenn Redundanz vorliegt, aber alle die standartisierten Restfehler den Normalitätstest (925) passieren, dann wird keine Lösung für diesen besonderen Satz an Beobachtungsdaten ausgegeben oder die Lösung aus der letzten Iteration vor der Divergenz wird ausgegeben (927). Sollten einige der Restfehler fehlschlagen, dann wird die Beobachtung mit dem größten standartisierten Restfehler permenent aus dem Datensatz unabhängig von seiner Redundanzzahl entfernt. Das Verfahren beginnt dann am Punkt (912) wie vorstehend beschrieben.

Die Fig. 9 sind auch anwendbar auf

• - AOA Positionierung,
• - AOA/TDOA Positionierung, und
• - AOA/Entfernungsstandortbestimmung.

Beschreibung der Erfindung bezüglich der Übertragung der Locationinformation des CT über das Internet

Da das Internet global und kostengünstig ist, kann die Kommunikation zwischen dem Host und dem Benutzer darüber ablaufen. Wenn beispielsweise ein CT 911 wegen eines Notfalls ruft, dann ist es möglich, die Positionsinformation des CT vom Host zu der PSAP über das Internet weiterzuleiten. In ähnlicher Weise kann in einem Fall, wenn ein eingeschaltetes CT von einem Benutzer zu lokalisieren ist, seine Positionsinformation von dem Host zu dem Benutzer über das Internet übertragen werden.

Die Verfügbarkeit des Internets und seine Kapazität zur Übertragung von einer CT Locationinformation auf weltweite Weise breitet die Anwendbarkeit des drahtlosen Standortbestimmungssystems über das zellulare Netzwerk hinaus aus, für welche die MSs installiert worden sind. Durch die neuese Internet Technologie wie beispielsweise Java, Javaßeans und CORBA (Common Object Request Broker Architecture), kann die Locationinformation, die sich auf dem Host befindet, mit einer Information von Dritten verbunden werden (das heißt eine Kartendatenbank oder eine Datenbank bestehend aus geokodierten Geschäftsadressen, wie beispielsweise Restaurants, Abschleppunternehmen, etc.) mit Sitz an einem anderen geographischen Standort, vielleicht sogar in einem anderen Land. Die Kombination dieser CT Locationinformation mit der Information durch Dritte kann über das Internet übertragen werden, um es Benutzern zu gestatten, ein bestimmtes CT bezüglich entweder einer Kartenposition (das heißt Straßenadresse) und/oder einem Geschäftsstandort zu vergleichen, vorausgesetzt, daß sich das CT innerhalb der Netzabdeckung für das drahtlose Standortbestimmungssystem befindet. Durch dieses Verfahren kann die CT Locationinformation und die Datenbankinformation Dritter über effiziente Java Internet Technologieverfahren für den Benutzer zugänglich gemacht oder "zugetragen" werden. Der Serviceprovider wird die verschiedenen Komponenten zusammenfügen einschließlich der CT Locationinformation, die aus dem drahtlosen Standortbestimmungssystem gewonnen wurde und der Drittinformationsdatenbasis. Der Integrationsvorgang der unterschiedlichen Datenbasen ist für den Benutzer transparent. Der Benutzer wird nur wissen, daß der standortbestimmungsbasierte Service als solcher existiert, um alle die unterschiedlichen Komponenten zusammen zu bringen, um eine vollständige Dienstleistung zu erbringen, die entweder auf einer regionalen, nationalen oder vielleicht globalen Basis angeboten werden kann. Durch das Internet können diese standortbestimmungsbasierten Dienste nun auf einer wirtschaftlichen Basis dem Kunden angeboten werden. Beispiele solcher Dienstleistugen sind das Flottenmanagement, Conciergedienste, Pannenhilfsdienste, Kindersuchdienste, etc. Legalitäts- und Sicherheitsaspekte sind ein Problem auf dem Internet und eine sichere Verbindung könnte gelegentlich erforderlich sein.

Claims (118)

1. Verfahren zur Ermittlung der Position (Location) eines eingeschalteten CT, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• 1. Rufen des CT;
• 2. überwachen des Funkrufs (Paging) des CT über einen FOCC Kanal unter Verwendung einer MS;
• 3. Aufnehmen und Verarbeiten der Antwort s(t) des CT auf den Funkruf über den entsprechenden RECC Kanal unter Verwendung einer Anzahl von MSs; und
• 4. Abbauen des Rufs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem Schritt der Benachrichtigung einer Mehrzahl von MSs, die Antwort s(t) des CT über einen spezifizierten RECC Kanal zu erwarten;

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ruf abgebaut wird, bevor es dem CT gestattet wird, ein Alarmsignal auszugeben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die MSs innerhalb einer Mehrzahl von BSs co-positioniert sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Verfahren der Ermittlung der Location des CT durchgeführt wird durch einen aus der folgenden Gruppe ausgewählten Schritt, die besteht aus:
Ermitteln der TOA des Signals s(t) bei einigen der benachrichtigten MSs,
Ermitteln der AOA des Signals s(t) bei einigen Paaren der benachrichtigten MSs, und
Ermitteln sowohl der TOA als auch der AOA von s(t) bei einigen der benachrichtigten MSs.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren der Ermittlung der AOA des CT bei einigen Paaren der benachrichtigten MSs erreicht wird durch die Co-Positionierung der MSs innerhalb einer Mehrzahl von BSs und der Ermittlung der AOA zwischen Paaren von zellularen Diversityantennen an solchen BSs oder Paaren von zellularen Sektorantennen an solchen BSs.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei nur ein RF front end pro Antenne an der BS verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin mit:
mehrfaches Wiederholen der Schritte nach Anspruch 3; dann
Bilden eines Mittelwertes der mehrfachen Locationinformationen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit folgenden Schritten:
Aufnehmen des Signals s(t), welches von dem CT übertragen wird über einen RECC Kanal an jeder einzelnen der mehreren der MSs;
FM demodulieren des empfangenen Signals s(t) an jeder einzelnen der MSs; und
Ausführen einer nichtlinearen Operation an dem FM demodulierten Signal an jeder einzelnen der MSs.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die nichtlineare Operation ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus:
einer quadratischen Operation;
einer Verzögerungsproduktoperation; und
einer Absolutbetragoperation.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung der Location eines eingeschalteten CT erreicht wird durch die Ausführung einer nichtlinearen Operation an dem empfangenen Signal s(t) an jeder einzelnen der Mehrzahl der MSs.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die nichtlineare Operation an dem empfangenen RECC Signal die Erzeugung von wenigstens einem Signalton hervorruft.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Locationvorgang durch die Ermittlung der Phasen der erzeugten Signaltöne ausgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erzeugten Signaltöne unter Verwendung von SR Algorithmen aufgelöst werden.

15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Signal s(t) vor der Ausführung der nichtlinearen Operation gefiltert wird.

16. Verfahren zur Ermittlung der Location eines CT, welches einen Ruf einleitet, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist
Überwachen der Einleitung eines Rufs über einen RECC Kanal unter Verwendung einer MS;
Überwachen der RVC Kanalzuweisung über den entsprechenden FOCC Kanal unter Verwendung der gleichen MS; und
Benachrichtigen einer Mehrzahl von MSs, das Signal s(t), welches von dem CT über den zugewiesenen RVC Kanal während einer Beobachtungszeit T erzeugt wird, die sich damit deckt, daß das CT sich im Modus "unbeantwortete Konversation" befindet, zu überwachen und zu verarbeiten.

17. Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin mit:
Aufnehmen einer Mehrzahl von Werten des Signals s(t) während einer Mehrzahl von Beobachtungsintervallen, während sich das CT im Modus "unbeantwortete Konversation" befindet;
dann Bilden eines Mittelwerts der Locationabschätzung über die Mehrzahl der Werte.

18. Verfahren zur Ermittlung der Location eines eingeschalteten CT durch Anrufen des CT;
Überwachen des Funkrufs des CT über einen FOCC Kanal unter Verwendung einer MS;
Überwachen der Antwort des CT auf den Funkruf über den entsprechenden RECC Kanal unter Verwendung der gleichen MS;
Überwachen der RVC Kanalzuweisung über den entsprechenden FOCC Kanal unter Verwendung der gleichen MS;
Benachrichtigen einer Vielzahl von MSs das Signal s(t), welches von dem CT über den zugewiesenen RVC Kanal während einer Beobachtungszeit T erzeugt wird, zu überwachen und zu verarbeiten; und
Abbauen des Rufs.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Beobachtungsintervall damit zusammenfällt, daß sich das CT im Modus "Warte auf Antwort" befindet.

20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Ruf abgebaut wird bevor es dem CT gestattet wird, ein Alarmsignal auszugeben.

21. Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin mit der Wiederholung der nachfolgenden Prozedur für einige male:
Rufen des CT;
Überwachen des Funkrufs des CT über einen FOCC Kanal unter Verwendung einer MS;
Überwachen der Antwort des CT auf den Funkruf über den entsprechenden RECC Kanal unter Verwendung der gleichen MS;
Überwachen der RVC Kanalzuweisung über den entsprechenden FOCC Kanal unter Verwendung der gleichen MS;
Benachrichtigen einer Mehrzahl von MSs das Signal s(t), welches von dem CT über den zugewiesenen RVC Kanal während einer Beobachtungszeit T erzeugt wird, zu überwachen und zu verarbeiten; und
Abbau des Rufs;
dann Bilden eines Mittelwerts über die Locationinformation über die mehreren male.

22. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Verarbeitung des Signals s(t) aus der Ermittlung der Phase besteht aus einem
SAT Signalton, welcher unter Verwendung von SR Algorithmen aufgelöst worden ist; und
einem Signalisierungston, der unter Verwendung von SR Algorithmen aufgelöst worden ist.

23. Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin mit den Schritten der
Überwachung der Einleitung eines Rufs über einen RECC Kanal unter Verwendung einer MS;
Überwachung der RVC Kanalzuweisung über den entsprechenden FOCC Kanal unter Verwendung der gleichen MS;
Benachrichtigen einer Vielzahl von MSs, das Signal s(t), welches von dem CT über den zugewiesenen RVC Kanal während einer Beobachtungszeit T erzeugt wurde, zu überwachen und zu verarbeiten, die sich damit deckt, daß das CT in entweder dem Modus "beantwortete Konversation" oder "unbeantwortete Konversation" ist; und
Verarbeiten des Signals s(t) durch jede der Mehrzahl der MSs durch die Ermittlung der Phase von einem des SAT Signaltons, der unter Verwendung von SR Algorithmen aufgelöst worden ist; und
des Signaltons, der aus dem Pitch des Sprachsignals abgeleitet und unter Verwendung von SR Algorithmen aufgelöst worden ist;
wobei die Übertragung der Positionsinformation zu dem geeigneten PSAP während des Modus "unbeantwortete Konversation" erreicht wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, weiterhin mit den Schritten der
Überwachung der Einleitung eines Rufs über einen RECC Kanal unter Verwendung einer MS;
Überwachung der RVC Kanalzuweisung über den entsprechenden FOCC Kanal unter Verwendung der gleichen MS;
Benachrichtigen einer Mehrzahl von MSs, das Signal s(t), welches von dem CT über den zugewiesenen RVC Kanal während einer Beobachtungszeit T erzeugt worden ist, zu überwachen und zu verarbeitem, die sich damit deckt, daß sich das CT im Modus "beantwortete Konversation" befindet; und
Verarbeiten des Signals s(t) an jeder der Mehrzahl der benachrichtigten MSs durch die Ermittlung der Phase eines SAT Signaltons, der unter Verwendung von SR Algorithmen aufgelöst worden ist nur bei ruhigen Zeitperioden, bei denen keine Sprache ausgegeben wird.

25. Verfahren zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Kennzeichnen einer Relativgruppenlaufzeit Δt_i,k - Δt_j,m, zwischen einer k^ten Antenne einer i^ten MS und einer m^ten Antenne einer j^ten MS vor der Verarbeitung; und
Beseitigen der Relativgruppenlaufzeit Δt_i,k - Δt_j,m, zwischen der k^ten Antenne der i^ten MS und der m^ten Antenne der j^ten MS aus der ermittelten Ankunftszeitdifferenz, τ_i,k - τ_j,m, zwischen der k^ten Antenne der i^ten MS und der m^ten Antenne der j^ten MS.

26. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das CT ein CT ist, dessen Location dem Host bekannt ist, wobei das Verfahren weiterhin folgende Schritte aufweist:
Ermitteln einer Relativgruppenlaufzeit Δt_i,k - Δt_j,m, zwischen einer k^ten Antenne einer i^ten MS und einer m^ten Antenne einer j^ten MS durch den Vergleich der ermittelten Location des CT mit der bekannten Location des CT.

27. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist
eine Mehrzahl von MSs zum Empfang des Signals s(t), welches von dem CT übertragen wird;
wobei jeder Empfänger einen ZF-Abtastempfänger aufweist mit;
einer Anzahl von ZF Stufen zur Umwandlung des empfangenen HF Signals r_i,k(t) in ein ZF Signal der ZF Frequenz f₁;
einem Vor-Aliasing Filter;
einem Analog-zu-Digital Konverter, der das analoge ZF Signal in ein digitales ZF Signal umwandelt; und
einer Einrichtung zur Verarbeitung des abgetasteten Signals.

28. ZF-Abtastempfänger nach Anspruch 27, wobei jede ZF-Stufe aufweist:
einen Mischer;
einen ZF BPF Filter; und
einen ZF Verstärker.

29. ZF-Abtastempfänger nach Anspruch 27, wobei die Abtastrate des A/D unterhalb der Nyquist Rate ist, um Aliasingkopien des digitalen ZF Signals näher an einer unteren Zwischenfrequenz f₂ zu erzwingen.

30. ZF-Abtastempfänger nach Anspruch 27, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine Funktion ausübt, die ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus den Funktionen besteht der:
Digitalfilterung zur Abweisung von Rauschen und Interferenz außerhalb der digitalen ZF Bandbreite;
dkitalen Abwärtsmischung zur Umwandlung des (realen) digitalen ZF Signals in ein (komplexes) digitales Basisbandsignal; und
einer diskreten Trägerrückgewinnungsschleife.

31. System nach Anspruch 27, wobei der ZF-Abtastempfänger niedrige Gruppenlaufzeitveränderungen über einem gewünschten Frequenzband aufweist.

32. System nach Anspruch 27, wobei der ZF-Abtastempfänger eine gemeinsame Referenz für alle die LOs und für alle die Takte aufweist.

33. System nach Anspruch 32, wobei die gemeinsame Referenz für die LOs und für die Takte GPSbasiert ist.

34. Verfahren zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Empfangen eines Empfangssignals r_i,k(t);
Ermitteln eines Trägerversatzes (aufgrund Doppler, δf_i,k, und aufgrund eines LO Versatzes, Δf_i,k) des Signals r_i,k(t); und
Abstimmen einer Anzahl von LOs in der i^ten MS während des Empfangs von r_i,k(t) auf der Basis des ermittelten Trägerversatzes.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Trägerversatz δf_i,k + Δf_i,k ermittelt wird unter Verwendung einer diskreten Trägerrückgewinnungsschleife.

36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Trägerrückgewinnungsschleife eine Wiederholung umfaßt, bis ein zufriedenstellendes Leistungsniveau erreicht ist, mit den Schritten:

• 1. Verarbeiten des abgetasteten ZF zum Ableiten einer geeigneten Zielfunktion f_obj;
• 2. Wenn f_ob auf innerhalb eines bestimmten Grenzwerts optimiert worden ist, Anhalten der Schleife, andernfalls:
• 3. Suchen nach einem neuen Frequenzversatz,
• 4. Abstimmen der LOs mit dem neuen Frequenzversatz, und
• 5. Rückkehr zum Schritt 1.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Suche nach einem neuen Frequenzversatz beim Schritt 3 unter Verwendung eines Suchalgorithmus vom Gradienten Typ ausgeführt wird.

38. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Abstimmung der LOs um den neuen Frequenzversatz unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt wird, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem DDS und einem digitalen Abwärtsumsetzer besteht.

39. System nach Anspruch 30, wobei die Verarbeitungseinrichtung die Funktion einer Trägerrückgewinnungsschleife ausführt, indem sie eine digitale Bandsperrfilteroperation an der gewünschten ZF Frequenz f₂ zentriert ausführt und deren Übertragungsfunktion eine Zielfunktion f_obj, abgeleitet aus dem abgetasteten ZF Signal ist.

40. System nach Anspruch 39, wobei die digitale Bandsperrfilteroperation umfaßt:
einen ersten digitalen Bandpassilter, der an der f₂ + Frequenz des gewünschten Signaltons zentriert ist; und
einem zweiten digitalen Bandpassfilter, der an der f₂ - Frequenz des gewünschten Signaltons zentriert ist.

41. System nach Anspruch 30, wobei die Verarbeitungseinrichtung die Funktion einer Trägerrückgewinnungsschleife durch eine digitale Bandpassfilteroperation zentriert an der gewünschten ZF Frequenz f₂ ausführt und deren Übertragungsfunktion die Zielfunktion f_ob nach Anspruch 36 ist und zu maximieren ist.

42. System nach Anspruch 41, wobei die gewünschte ZF Frequenz f₂ gleich Null ist und der digitale BPF ein LPF ist.

43. System nach Anspruch 27, wobei der Vor-Aliasingfilter ein SAW- Filter ist und dass beim System nach Anspruch 28 die Bandpassfilter SAW-Filter sind.

44. System nach Anspruch 43, wobei der SAW-Filter in einem Block aus Metall angeordnet ist zur Minimierung von Verzerrungs- und Temperatureffekten.

45. System nach Anspruch 41, wobei beide Bandpassfilter unter Verwendung von Biquadratischen Filtern implementiert sind.

46. Verfahren nach Anspruch 36, wobei der letzte ermittelte Trägerversatz zum Host von einer Mehrzahl von MSs übertragen wird zur Ermittlung der Geschwindigkeit v des CT und seiner Bewegungsrichtung.

47. Verfahren nach Anspruch 46, wobei die Geschwindigkeit des CT und seine Bewegungsrichtung als eine Funktion der Differenz zwischen den ermittelten Trägerversatzen ermittelt wird.

48. Verfahren nach Anspruch 34, weiterhin mit:
einer Mehrzahl von MSs zum Empfangen des Signals s(t), welches von dem CT übertragen wird;
wobei jeder Empfänger eine gemeinsame Referenz für jeden LO in dem Empfänger aufweist.

49. Verfahren nach Anspruch 48, wobei die gemeinsame Referenz GPS­ basiert ist.

50. Verfahren nach Anspruch 48, wobei ein Signalton aus einer Mehrzahl von aufgelösten Signaltönen ausgewählt wird derart, daß er der frühesten Ankunftszeit unter allen aufgelösten Signaltönen entspricht.

51. Verfahren nach Anspruch 27 oder 34, wobei das CT eine Innenantenne für den FOCC Empfang verwendet.

52. Verfahren nach Anspruch 27 oder 34, wobei das CT eine Innenantennengruppe für den RECC Empfang verwendet.

53. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das CT einen Inversen SR Algorithmus ausführt, der folgende Schritte umfaßt:
Korrelieren im Zeitbereich,
Anwenden einer Fenstertechnik im Zeitbereich,
Ausführen einer Fourier Transformation,
Anwenden einer Fenstertechnik im Frequenzbereich,
Abgleichen im Frequenzbereich, und
Ausführen eines SR Algorithmus zum Auflösen der TOAs in dem empfangenen Signal an einer bestimmten MS.

54. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das CT einen Inversen SR Algorithmus ausführt mit den folgenden Schritten:
Korrelieren in dem Frequenzbereich,
Anwenden einer Fenstertechnik in dem Frequenzbereich,
Ausführen einer inversen Fourier Transformation,
Anwenden einer Fenstertechnik in dem Zeitbereich,
Abgleichen in dem Zeitbereich, und
Ausführen eines SR Algorighmus zum Auflösen der FOAs in dem empfangenen Signal an einer bestimmten MS.

55. Verfahren nach Anspruch 53 oder 54, wobei der SR Algorithmus ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus den folgenden Algorithmen besteht:
MUSIC,
ESPRIT,
autoregressiver gleitender Durchschnitt,
Minimum-Varianz,
MUSIC unter Verwendung Statistik höherer Ordnung,
ESPRIT unter Verwendung Statistik höherer Ordnung,
autoregressiver gleitender Durchschnitt unter Verwendung Statistik höherer Ordnung und
Minimum-Varianz unter Verwendung Statistik höherer Ordnung.

56. Verfahren nach Anspruch 54, wobei das Kombinieren der Signale von allen Antennen ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus den folgenden Techniken besteht:
Selektions-Kombinieren,
Maximalverhältnis-Kombinieren,
Gleichphasiges-Kombinieren, und
Gleichverstärkungs-Kombinieren.

57. Verfahren zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Empfangen eines Signals s(t), welches von einem CT übertragen wird an einer Mehrzahl von MSs; wobei jede MS verwendet
einen ZF-Abtastempfänger;
eine Umwandlung des empfangenen HF Signals r_i,k(t) zu einem ZF Signal von der ZF Frequenz f₁;
das Filtern des ZF Signals mit einem Vor-Aliasingfilter;
das Umwandeln des analogen ZF Signals in ein digitales ZF Signal; und
die Verarbeitung des abgetasteten Signals.

58. System zur Ermittlung der Location eines CT unter Verwendung folgender Schritte:
Erkennen von RECC Kollisionen und Vermeiden der Standortbestimmung, wenn RECC Kollisionen auftreten; und
Erkennen von Zeitschlitz (blank-and-burst) Ereignissen auf dem RVC Kanal und Vermeiden der Standortbestimmung anhand eines Signaltons, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus SAT Signaltönen, ST Signaltönen oder des Pitch unter Verwendung der Prozedur VI.

59. Verfahren nach Anspruch 34, weiterhin gekennzeichnet durch die Erkennung eines RVC Abbruchs zur Beendigung der Ermittlung der CT Position.

60. Verfahren nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch die Ausführung eines Inversen SR Algorithmus unter Verwendung folgender Schritte:
Korrelieren in dem Zeitbereich,
Anwenden einer Fenstertechnik in dem Zeitbereich,
Ausführen einer Fourier Transformation,
Anwenden einer Fenstertechnik in dem Frequenzbereich,
Abgleichen in dem Frequenzbereich, und
Ausführen eines SR Algorithmus zum Auflösen der TOAs in dem empfangenen Signal an einer bestimmten MS.

61. Verfahren nach Anspruch 34, weiterhin mit der Ausführung eines Inversen SR Algorithmus mit folgenden Schritten:
Korrelieren in dem Frequenzbereich,
Anwenden einer Fenstertechnik in dem Frequenzbereich,
Ausführen einer inversen Fourier Transformation,
Anwenden einer Fenstertechnik in dem Zeitbereich,
Abgleichen in dem Zeitbereich, und
Ausführen eines SR Algorithmus zur Auflösung der FOAs in dem empfangenen Signal an einer bestimmten MS.

62. Verfahren nach Anspruch 60 oder 61, wobei der SR Algorithmus auf einem Algorithmus basiert, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus den nachfolgenden Algorithmen besteht:
MUSIC,
ESPRIT,
autoregressiver gleitender Schnitt,
Minimum-Varianz,
MUSIC unter Verwendung von Statistik höherer Ordnung,
ESPRIT unter Verwendung von Statistik höherer Ordnung,
autoregressiver gleitender Schnitt unter Verwendung von Statistik höherer Ordnung, oder
Minimum-Varianz unter Verwendung von Statistik höherer Ordnung.

63. Verfahren nach Anspruch 61 weiterhin mit einer Berechnungseinrichtung zum Kombinieren der Signale von allen Antennen unter Verwendung einer Technik, die aus der Gruppe der nachfolgenden Techniken ausgewählt wird:
Selektions-Kombinieren,
Maximal-Ratio-Kombinieren,
Co-Phasen-Kombinieren, und
Gleichverstärkungs-Kombinieren.

64. Verfahren zur Ermittlung der Location eines CT mit folgenden Schritten:
Verarbeiten der Locationinformation aus einer MS; und
Gewichtung der Locationinformation aus jeder MS basierend auf dem RSSI der Locationinformation.

65. Verfahren nach Anspruch 64, wobei eines der nachfolgenden Verfahren zur Auflösung der Positionsinformation des CT verwendet wird:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methode der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

66. Verfahren zur Ermittlung der Location eines CT mit folgenden Schritten:
Verarbeiten der Locationinformation; und
Verwenden von Fehlerkennzahlen und/oder standartisierter Restfehler zur Kennzeichnung von Beobachtungen, die einen groben Fehler enthalten können.

67. Verfahren nach Anspruch 66, wobei eines der nachfolgenden Verfahren zur Auflösung der Positionsinformation des CT verwendet wird:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methode der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

68. Verfahren nach Anspruch 66, wobei die markierten Beobachtungen entweder verworfen oder in der LS Lösung beibehalten werden auf der Basis ihrer Auswirkung auf die Gesamtrestfehler der LS Lösung und ihrer individuellen Redundanzzahl.

69. Verfahren nach Anspruch 68, wobei die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet und wiederholt wird ohne die markierten Beobachtungen.

70. Verfahren nach Anspruch 69, wobei neu markierte Beobachtungen entfernt und die Methode der Kleinsten Quadrate wiederholt wird, bis die Methode der Kleinsten Quadrate konvergiert oder keine redundante Beobachtungen mehr vorliegen.

71. Verfahren zur Ermittlung der Location eines CT mit folgenden Schritten:
Verarbeiten der Locationinformation; und
Verwenden eines Verfahrens, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus dem Verfahren nach Chaffee und LOCA zur Erkennung einer Lösungsbifurkation besteht.

72. Verfahren nach Anspruch 71, wobei zwei Schätzwerte der Position des CT bereit gestellt werden in dem Fall, daß eine Lösungsbifurkation vorliegt und daß keine Beobachtungsredundanz gegeben ist.

73. Verfahren nach Anspruch 66, weiterhin mit dem Schritt der Anwendung eines Hybriden TDOA Standordbestimmungsmodels nach Gleichung (45) zur Identifizierung von Fehlerkennzahlen und Restfehlern für die einzelnen MSs.

74. Verfahren nach Anspruch 73, wobei eines der nachfolgenden Verfahren verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methode der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman-Filterung.

75. Verfahren nach Anspruch 64, wobei die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT und wobei die Zahl der MSs, die bei der Standortbestimmung des CT verwendet wird, optimiert wird.

76. Verfahren nach Anspruch 75, wobei die Optimierung der Zahl der bei der Standortbestimmung des CT verwendeten MSs erreicht wird auf der Basis der Minimierung der HDOP, während das von allen MSs gemittelte empfangene RSSI maximiert wird.

77. Verfahren nach Anspruch 75, wobei die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT und ein geschlossenförmiger Algorithmus verwendet wird zur Bereitstellung einer genauen Anfangsposition für den Start des iterativen Prozesses der Methode der Kleinsten Quadrate.

78. Verfahren nach Anspruch 77, wobei der geschlossenförmige Algorithmus ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus:
LOCA,
Ebenenschnitt,
Verfahren nach Bancroft,
sphärische Interpolation,
Verfahren nach Schau und Robinson, und
Verfahren nach Chan und Ho, zur Bereitstellung einer genauen Anfangsposition zum Starten des iterativen Verfahrens der Methode der Kleinsten Quadrate.

79. Verfahren nach Anspruch 77, weiterhin mit der Verwendung der mittleren Koordinaten der teilnehmenden MSs als die Ausgangsposition für das Verfahren der Kleinsten Quadrate in dem Fall, daß die ausgewählte Lösung ein Divergieren des Verfahrens der Kleinsten Quadrate hervorruft.

80. Verfahren zur Bestimmung der Location eines CT mit den folgenden Schritten:
Verarbeiten der Locationinformation;
Quantifizierung der Auswirkung der Geometrie auf die AOA Standortbestimmung unter Verwendung der Designmatrix nach Gleichung (48);
Quantifizieren der Auswirkung der Geometrie auf die Standortermittlung mit sowohl AOA als auch TDOA Beobachtungen unter Verwendung der Designmatrix nach Gleichung (49); und
Quantifizieren der Auswirkung der Geometrie auf die Geschwindigkeits- und Bewegungsrichtungsermittlung unter Verwendung der Designmatrix nach Gleichung (54).

81. Verfahren nach Anspruch 64 oder 66, bei dem die Beobachtungen ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus
TOA,
POA, und
FOA.

82. Verfahren nach Anspruch 64, weiterhin mit den Schritten des
Ermitteln des RSSI des empfangenen Signals an ausgewählten MSs;
Ermitteln der vorhandenen Mehrwegeausbreitung unter Verwendung einer RSSI-basierten Mehrwegeausbreitungs-Modelierung;
Entfernen der ermittelten Mehrwegeausbreitung aus den entsprechenden Beobachtungen des empfangenen Signals an den ausgewählten MSs; und
Ermitteln der Location des CT unter Verwendung der korrigierten Locationinformation.

83. Verfahren nach Anspruch 64, weiterhin mit den Schritten der
Ermittlung der Location eines CT unter Verwendung der Locationinformation aus dem beobachteten empfangenen Signal an einer ausgewählten MS;
Ermitteln der bestehenden Mehrwegeausbreitung unter Verwendung der ermittelten Location des CT und einer geographie-basierten Mehrwegeausbreitungs- Modelierung;
Entfernen der ermittelten Mehrwegeausbreitung aus den entsprechenden Beobachtungen des empfangenen Signals an den ausgewählten MSs; und
nochmaliges Ermitteln der Location des CT unter Verwendung der korngierten Locationinformation.

84. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist:
einen Locationinformations-Prozessor, wobei die Locationinformation von jeder MS auf der Basis ihrer zugehörigen RSSI gewichtet ist.

85. System nach Anspruch 84, wobei der Locationinformations-Prozessor eines der nachfolgenden Verfahren verwendet zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methode der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

86. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist:
einen Locationinformations-Prozessor, bei dem Fehlerkennzahlen und/oder standartisierte Restfehler verwendet werden zur Markierung von Beobachtungen, die einen groben Fehler beinhalten könnten.

87. System nach Anspruch 86, bei dem eines der nachfolgenden Verfahren verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methoder der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

88. System nach Anspruch 86, wobei die markierten Beobachtungen entweder verworfen oder in der LS Lösung beibehalten werden auf der Basis ihrer Auswirkung auf den Gesamtrestfehler der LS Lösung und ihrer individuellen Redundanzzahl.

89. System nach Anspruch 88, wobei die Methode der Kleinsten Quadrate wiederholt wird ohne die markierten Beobachtungen.

90. System nach Anspruch 89, wobei neu markierte Beobachtungen entfernt und die Methode der Kleinsten Quadrate wiederholt wird, bis die Methode der Kleinsten Quadrate konvergiert oder keine weiteren redundanten Beobachtungen mehr vorliegen.

91. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist: einen Locationinformations-Prozessor, der ausgebildet ist zur Verwendung eines Verfahrens, welches ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus dem Verfahren nach Chaffee und LOCA besteht zur Erfassung einer Lösungsbifurkation.

92. System nach Anspruch 91, wobei zwei Schätzwerte der CT Position bereitgestellt werden in dem Fall, daß eine Lösungsbifurkation vorliegt und daß keine Beobachtungsredundanz gegeben ist.

93. System nach Anspruch 84, bei dem ein hybrides TDOA Positionsbestimmungsmodell nach Gleichung (45), welches Fehlerkennzahlen und Restfehler für die einzelnen MSs hervorbringt, verwendet wird.

94. System nach Anspruch 93, nach dem eines der nachfolgenden Verfahren zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT verwendet wird:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methoder der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

95. System nach Anspruch 84, wobei die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT und wobei die Anzahl der bei der Standortbestimmung des CT verwendeten MSs optimiert wird.

96. System nach Anspruch 95, wobei die Optimierung der Zahl der MSs, die bei der Standortbestimmung des CT verwendet wird, erreicht wird auf der Basis einer Minimierung der HDOP, während der gemittelte empfangene RSSI von allen MSs maximiert wird.

97. System nach Anspruch 84, wobei die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT, wobei das Verfahren einen geschlossenförmigen Algorithmus zur Bereitstellung einer genauen Anfangsposition zum Starten des iterativen Verfahrens der Methoden der Kleinsten Quadrate aufweist.

98. System nach Anspruch 97, wobei der geschlossenförmige Algorithmus ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus:
LOCA,
Ebenenschnitt,
Verfahren nach Bancroft,
sphärische Interpolation,
Verfahren nach Schau und Robinson, und
Verfahren nach Chan und Ho, zur Bereitstellung einer genauen Anfangsposition zum Starten des iterativen Verfahrens der Methode der Kleinsten Quadrate.

99. System nach Anspruch 84, wobei die mittleren Koordinaten der teilnehmenden MSs als die Anfangsposition für die Methode der kleinsten Quadrate verwendet wird in dem Fall, daß die ausgewählte Lösung die Methode der Kleinsten Quadrate divergieren läßt.

100. System nach Anspruch 84 mit einer Berechnungseinrichtung zum Ermitteln der RSSI des empfangenen Signals an ausgewählten MSs;
Ermittlen der vorliegenden Mehrwegeausbreitung unter Verwendung einer RSSI-basierten Mehrwegeausbreitungs-Modelierung;
Entfernen der ermittelten Mehrwegeausbreitung aus den entsprechenden Beobachtungen des empfangenen Signals an den ausgewählten MSs; und
Emitteln der Location des CT unter Verwendung der korrigierten Locationinformation.

101. System nach Anspruch 84 mit einer Berechnungseinrichtung zum
Ermitteln der Location des CT unter Verwendung von Locationinformation aus dem beobachteten empfangenen Signal an einer ausgewählten MS;
Ermitteln der vorliegenden Mehrwegeausbreitung unter Verwendung der ermittelten Location des CT und einer geograpie-basierten Mehrwegausbreitungs- Modelierung;
Entfernen der ermittelten Mehrwegeausbreitung aus den entsprechenden Beobachtungen des empfangenen Signals an den ausgewählten MSs; und
nochmaligem Ermitteln der Location des CT unter Verwendung der korrigierten Locationinformation.

102. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist:
wenigstens zwei MS, und
einen Locationinformations-Prozessor, in welchem eine Kombination von AOA und TDOA Beobachtungen verwendet wird derart, daß das CT mit nur zwei MSs lokalisierbar ist.

103. System nach Anspruch 102, nach dem eines der nachfolgenden Verfahren zur Auflösung der Positionsinformation des CT verwendet wird:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methoder der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

104. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist:
wenigstens eine MS; und
einen Locationinformations-Prozessor, in dem eine Kombination von AOA und TOA Beobachtungen verwendet werden derart, daß das CT mit nur einer MS lokalisierbar ist.

105. System nach Anspruch 104, nach dem eines der nachfolgenden Verfahren verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methoder der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

106. System nach Anspruch 104, wobei die TOA Beobachtungen basiert sind auf der Ermittlung der RTD zwischen der BS Übertragung und dem Empfang der Antwort des CT's auf die BS Übertragung.

107. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist:
wenigstens zwei MS, und
einen Locationinformations-Prozessor, in welchem eine Kombination von TOA Beobachtungen verwendet wird derart, daß das CT mit nur zwei MSs lokalisierbar ist.

108. System nach Anspruch 107, wobei eines der nachfolgenden Verfahren verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT:
Allgemeine Minimum-Varianz-Schätzung,
beste lineare erwartungstreue Schätzung,
Maximum-Likelihood-Schätzung,
Schätzung nach der Methoder der Kleinsten Quadrate,
Momentenmethode,
allgemeine Schätzung nach Bayes,
lineare Schätzung nach Bayes, und
Kalman Filterung.

109. System nach Anspruch 107 bei dem die TOA Beobachtungen basiert sind auf der Ermittlung der RTD zwischen der BS Übertragung und dem Empfang der Antwort des CT auf die BS Übertragung.

110. System nach Anspruch 102, bei dem der Locationinformations- Prozessor die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT und wobei TDOA Beobachtungen von unterschiedlichen MSs verwendet werden zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten in einer AOA Lösung.

111. System nach Anspruch 102, wobei der Locationinformations-Prozessor die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT und wobei AOA Beobachtungen von unterschiedlichen Antennen an der gleichen MS verwendet werden zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten in einer AOA Lösung.

112. System nach Anspruch 102, nach welchem eine oder mehrere Antennen an einer MS verwendet werden und nach dem eine der nachfolgenden Technkiken verwendet wird:
AOA Positionierung (Multi-Angulation),
AOA/TDOA Positionierung (Multi-Angulation/hyperbolische Multilateration),
AOA/TDOA Positionierung (Multi-Angulation/zirkulare Multilateration mit TDOAs),
AOAlEntfernungsstandortbestimmung (Multi-Angulation/zirkulare Multilateration), und
AOA/Entfernungsstandortbestimmung (Multi-Angulation/zirkulare Multilateration).

113. System nach Anspruch 107, wobei eine oder mehrere Antennen an jeder MS verwendet werden und wobei eine der nachfolgenden Techniken verwendet wird:
Entfernungsstandortbestimmung (zirkulare Multilateration) mit Umlaufverzögerung, und
AOA/Entfemungsstandortbestimmung (Multi-Angulation/zirkulare Multilateration) mit Umlaufverzögerung.

114. System nach Anspruch 104, wobei die Methode der Kleinsten Quadrate verwendet wird zur Auflösung nach der Positionsinformation des CT und wobei Entfernungsbeobachtungen von unterschiedlichen MSs verwendet werden zur Auflösung von Ambiguitäten in einer AOA Lösung.

115. System nach Anspruch 104, wobei die Ausirkung der Geometrie auf die Standortermittlung bei sowohl AOA als auch Entfernungsbeobachtungen quantifiziert wird unter Verwendung der Designmatrix nach Gleichung (51).

116. System zur Ermittlung der Location eines CT, wobei das System aufweist:
Wenigstens einen Host;
einen Locationinformations-Prozessor zur Erzeugung einer Positionsinformation; und
einer Einrichtung zur Übertragung der Positionsinformation von dem Host über das Internet zu einem Benutzer.

117. System nach Anspruch 116, bei dem die Locationinformation zu einer PSAP übertragen wird.

118. System nach Anspruch 102, 104 odoer 107 weiterhin mit einer Einrichtung zur Übertragung einer Positionsinformation über das Internet zu einem Benutzer.