SE470036B - Förfarande att lokalisera en mobilstation i ett mobiltelefonsystem - Google Patents

Description

4-70 G36 10 15 20 25 30 uppstå när abonnenten från en gata i viss utomhuscell väljer att gå in i en av flera möjliga byggnader. Inomhusbasstationerna i dessa byggnader måste då definieras entydigt i de rapporterade mätningarna från vilket styrkanalfrekvenserna i alla dessa byggnader är olika. mobilen , kräver att REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning utgår dels från insikten att fasta styrkanaler för inomhusbasstationer i det ovannämnda adaptiva inomhussystemet är'utsatta för störningar, dels från insikten att inomhusbasstationerna skall kunna identifieras med säkerhet med utgångspunkt från mobilstationens rapporterade mätningar.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla inomhusbasstationer, i det följande kallade understationer, som endast har trafíkkanaler men inga styrkanaler.

Det är vidare ett syfte att lösa identifieringsproblemet för understationerna genom att reservera ett antal frekvenser av mobilsystemets tillgängliga frekvenser för detta ändamål.

Understationerna inom ett geografiskt omrâde tilldelas var och en ett unikt urval av dessa reserverade frekvenser, vilka ständigt utsträlas. Tilldelningen kan vara fast men är företrädesvis semipermanent och beordras av systemets mobilkopplingscental.

Härigenom kan hänsyn tas till lokala störningsförhâllanden och behov av ändringar i samband med utbyggnad av mobiltelefonnâtet.

Identifieringsfrekvenserna i en cell kan användas förutom för identifieringsändamàl även för att bära trafik i denna cell.

Uppfinningen har de kännetecken som framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Ett utföringsexempel av uppfinningen skall beskrivas närmare i anslutning till ritningsfigurer av vilka Figur l schematiskt visar ett cellindelat mobiltelefonsystem, Figur 2 visar tidluckor för tidsdelad radioöverföring, 10 15 20 25 30 470 036 Figur 3 visar en signalsekvens som överföres i en tidlucka, Figur 4 visar en basstation samt understationer i en byggnad och Figur 5 visar ett flödesschema över det uppfinningsenliga förfarandet. röunncsn uærönmcsronu Figur 1 visar en del av ett cellindelat mobiltelefonisystem med celler C1,C2 och C3. Cellerna har varsin basstation BS1, BS2 respektive BS3 som är anslutna till en mobilkopplingscentral MSC.

Cel len Cl hyser en byggnad l vilken har understationer som allnant betecknas MT och som är anslutna till mobilkopplings- centralen MSC genom en kabel 2. En abonnent som kan föra samtal via nobiltelefonsystemet med en mobilstation MS rör sig i cellen Cl.

Det ar ett önskemål att abonnenten skall kunna föra sitt samtal både utomhus och inne i byggnaden 1. Samtalet skall också kunna föras när mobilstationen förflyttas in i eller ut ur byggnaden utan att abonnenten skall behöva manuellt göra någon omkoppling av samtalet. Mobiltelefonisystemet skall ha låg störningsnivå aven på styrkanaler och skall före handoff tillhandahålla entydig lokalisering av mobilstationer såväl inomhus som utomhus. Dessa önskemål uppfylles av ett mobiltelefonisystem enligt föreliggande uppfinning.

Mobiltelefonisystemet i figu1'1 har av myndigheter tilldelats ett frekvensområde som indelats i ett antal frekvenser, eller egentligen frekvenspar, vars ena frekvens utnyttjas för kommunikation från basstationerna eller understationerna till mobilstationen MS, s.k. downlink, och vars andra frekvens utnyttjas i omvänd riktning, s.k. uplink. Varje frekvens är på känt sätt indelad i ett antal tidluckor för skilda samtal, vilket vanligen benâmnes TDMA, Time Division Multiple Access. I föreliggande ansökning avses med beteckningen trafikkanal en sådan tidlucka på en viss frekvens. I figur 2 visas de regelbundet återkommande tidluckorna 1-N för ett av 470 G36 10 15 20 25 35 frekvensparen. Med beteckningen T anges tiden och Tl anger varaktigheten av en tidlucka, enligt exemplet tidlucka nummer 10.

T2 anger ett tidsintervall mellan två tillfällen då tidluckan 10 översändes. För anrop och uppkoppling av förbindelser har mobiltelefonsystemet styrkanaler CC som saknar tidluckor och som upptar en hel frekvens, exempelvis såsom i den ovannämnda amerikanska standarden EIA/TIA IS-54.

Det bör observeras att benämningen kanal i radiosammanhang stundom utnyttjas för att närmast beteckna ett mellanrum mellan en sändare och en mottagare. Denna betydelse hos ordet kanal utnyttjas inte i föreliggande ansökning.

I figur 3 visas en känd signalsekvens som överföras i tidluckorna. Signalsekvensen är uppdelad i en startsekvens GR, en synkroniseringssekvens SYNC, tvä datasekvenser D1 och D2 samt en associerad styrsekvens SACCH, som är ett reserverat signalutrymme för styrsignaler.I den ovannämnda amerikanska mobiltelefon- standarden EIA/TIA IS-54 specificeras tidluckor av motsvarande sammansättning .

Figur 4 visar närmare i detalj basstationen BSl och byggnaden 1 i cellen Cl. Byggnaden har tre rum 3 med varsin understation MTl, MT2 och MTB anslutna till mobilkopplingscentralen MSC genom kabeln 2. Mobilstationen MS är visad i tre skilda positioner betecknade A, B och C respektive. tillgång till trafikkanaler, vilka tilldelas adaptivt, samt en hel frekvens som respektive, vilka är Basstationen BSl har systemets samtliga är styrkanalen CC. mobilstationen MS basstationen BS1 och mobilkopplingscentralen MSC tilldelar en samtalskanal med hjälp av styrkanalen. Vid Med hjälp av styrkanalen CC anropar skifte av kanal gär order om ny samtalskanal på den gamla samtalskanalen. Dessa funktioner utföres på känt sätt exempelvis enligt den ovannämnda amerikanska mobiltelefonstandarden, vilken dock endast anger tre tidluckor istället för antalet N som visas Antalet N tidluckor utnyttjas för att beskriva som inte är begränsad till den amerikanska i figur 2 . uppfinningen , mobiltelefonstandarden . 10 15 20 25 30 35 470 G36 Enligt uppfinningen är understationerna MT1, m2 och MTB förenklade basstationer med ett fåtal sändare/mottagare.

Understationerna saknar styrkanal men kan sända och mottaga på mobiltelefonsystemets olika trafikkanaler. Av alla de frekvenser för trafikkanaler som mobilsystemet utnyttjar och som basstationen BS1 har tillgång till, reserveras ett visst antal för identifieringsändamäl. Enligt exemplet reserveras trettio frekvenser betecknade Nol t.o.m. No30. Understationerna MT1, MT2 och MT3 tilldelas varsitt unikt urval bland dessa trettio frekvenser, varvid varje urval omfattar fem frekvenser. Var och en av understationerna utsänder ständigt sina fem tilldelade frekvenser och genom att dessa frekvenser för varje understation utgör ett unikt frekvensurval, kan de till mobilstationen MS närbelägna understationerna identifieras av mobilkopplings- centralen MSC. I stora drag kan denna identifiering beskrivas så att mobilstationen MS mäter signalstyrkor för de trettio reserverade frekvenserna och rapporterar de fem starkaste till mobilkopplingscentralen MSC. Härigenom kan basstationen BS1 beordra mobilstationen MS när den är inomhus att göra handoff till den närmast belägna av understationerna. En sådan handoff skall beskrivas närmare nedan.

Utöver sitt unika frekvensurval har understationerna MT1, MT2 0ch.MT3 tillgång till trafikkanaler för samtal. Dessa kanaler kan vara fast tilldelade. Enligt föreliggande utföringsexempel tilldelas trafikkanalerna emellertid adaptivt efterhand av mobilkopplingscentralen MSC. Det bör observeras att, vid adaptiv kanaltilldelning, de frekvenser som tillhör en understations unika frekvensurval för identifiering även kan utnyttjas av denna understation som frekvens för trafikkanaler.

Enligt utföringsexemplet har följande unika frekvensurval gjorts för understationerna.

MT1: frekvens Nol, N02, N03, N04, N05.

MT2: frekvens N01, N03, N04, N05, N06.

MT3: frekvens N01, N04, N05, N06, N07.

Det bör observeras att understationerna har frekvens N01 gemensam. Signalstyrkorna inomhus från understationerna MTI, MT2 4?o Use , 10 15 20 25 30 35 och MT3 är i allmänhet större än signalstyrkorna utomhus från basstationen BS1 pä grund av de relativt små avstánden inomhus.

Genom att jämföra styrkan hos frekvensen Nol med ett tröskelvärde kan mobilkopplingscentralen MSC avgöra om mobilstationen MS är utomhus eller inne i byggnaden, såsom skall visas närmare nedan.

Frekvenstilldelningen'tilláter'att.ett stort antal understationer inom nobiltelefonsystemet identifieras. Enligt exemplet kan 29!/25!-4! =237s1 unika frekvensurval göras. Utropstecknet betecknar på brukligt satt fakultet.

I anslutning till flödesschemat i figur 5 skall beskrivas hur det upptínningsenliga mobiltelefonsystemet fungerar. Såsom nämnts ovan tilldelas mobiltelefonsystemet sina frekvenser enligt ett block 20 och identifieringsfrekvenserna Nol - No3O utpekas, block 21. Understationerna MTI, MT2 och HT3 tilldelas enligt block 22 aina unika frekvensurval och understationerna utsänder dessa frekvenser såsom visas i ett block 23. När mobilstationen MS är X cellen Cl och själv ringer upp eller blir uppringd, tilldelar mobilkopplingscentralen MSC till basstationen BS1 en ledig av sina trafikkanaler, exempelvis första tidluckan på en frekvens Nc36. Denna kanaltilldelning, som visas i ett block 24, sker pá kant sätt och mobilstationen MS börjar föra sitt samtal på den tilldelade Mobilstationen MS mobilkopplingscentralen MSC via basstationen BS1 att avlyssna trafikkanalen. beordras av närbelägna basstationers och understationers frekvenser enligt ett block 25. Mbbilstationen rapporterar, på den associerade SACCH hos den tilldelade signalstyrkan.hos de fem starkaste frekvenserna till basstationen BS1, block 26. I ett block 27 visas att mobilkopplingscentralen MSC mottar mätningar avseende dessa frekvenser och jämför de styrsekvensen trafikkanalen, rapporterade signalstyrkorna med ett tröskelvärde Th. Om signalstyrkan för den gemensamma frekvensen Nol underskrider tröskelvärdet Th eller om frekvensen Nol inte alls påträffas, ett nN-ej n ' exempelvis i positionen A. på detta signalstyrkan hos den gemensamma frekvensen Nol. Enligt "Nej"- är mobilstationen MS sannolikt utomhus, Mobilkopplings-centralen MSC alternativ lokaliserar sätt mobilstationen med hjälp av 'i 10 15 20 25 30 35 470 036 alternativet får härvid förbindelsen till basstationen BS1 fortgå på den tilldelade trafikkanalen, första tidluckan på frekvensen No36. Om istället signalstyrkan för den gemensamma frekvensen Nol överskrider tröskelvärdet Th enligt ett alternativ "Ja" i blocket 27 är mobilstationen MS sannolikt inomhus enligt ett block 29, exempelvis i positionen B. Mobilstationen MS rapporterar härvid frekvenserna Nol, No3, No4, No5 och. No6 på den associerade styrsekvensen SACCH hos den tilldelade trafikkanalen, första tidluckan på frekvensen 36. Mobilkopplingscentralen MSC lokaliserar sålunda först mobilstationen MS inomhus med hjälp av signalstyrkan hos den gemensamma frekvensen Nol. Därefter undersöker mobilkopplingscentralen MSC enligt ett block 30 om de rapporterade frekvenserna stämmer med något av de unika frekvensurvalen. Vid ett alternativ "Ja" mobilkoplingscentralen MSC mobilstationen MS till understationen MT2 enligt ett block 31. MT2 identifieras härvid med hjälp av de rapporterade frekvenserna N03, N04, No5 och No6. Mobilkopplings- centralen MSC tilldelar, enligt ett block 32, en ledig kanal till en förbindelse 4 mellan mobilstationen MS och understationen.MT2.

Detta sker genom. att utpeka exempelvis tidluckan 10 hos en lokaliserar frekvens No3S. Mobilkopplingscentralen beordrar därefter handoff enligt ett block 33. Denna handoff utföres från den tidigare tilldelade trafikkanalen,första tidluckan på frekvensen No36, till den utpekade kanalen, tidluckan 10 hos frekvensen No35. När förbindelsen 4 är uppkopplad, kommunicerar understationen MT2 med mobilkopplingscentralen MSC över kabeln 2. Vid ett alternativ "Nej" i blocket 30 fortsätter mobilstationen MS att kommunicera via basstationen BS1 enligt blocket 24 och avlyssna identi- fieringsfrekvenserna enligt blocket 25.

Mobilstationen MS kan under samtalets gång förflyttas genom en dörr 5 till positionen C i det angränsande rummet 3.

Mobilstationen MS fortsätter att även under förbindelsen 4 avlyssna frekvenserna Nol-No30 enligt block 25. samtalet på Denna avlyssning äger rum under tidsintervallet T2 mellan tillfällen då tidluckan 10 återkommer enligt figur 2.

Mobilstationen MS rapporterar, enligt blocket 26, till mobilkopplingscentralen MSC via understationen MT2 de fem »FM 10 15 20 25 30 35 G56 starkaste frekvenserna på den associerade styrsekvensen SACCH hos den tilldelade trafikkanalen, tidluckan 10 hos frekvensen No35.

Vid någon tidpunkt när mobilstationen MS passerar dörren 5 rapporterar den de starkaste frekvenserna Nol, No4, No5, No6 och No7 till mobilkopplingscentralen MSC. Detta frekvensurval tillhör inte understationen MT2 . Mobilkopplingscentralen beordrar, enligt alternativet "Nej" i blocket 30, basstationen BS1 och mobilstationen MS att göra handoff till en ledig trafikkanal i cellen Cl hos BS1, exempelvis andra tidluckan hos en frekvens No49. Mobilstationen MS rapporterar alltjämt de starkaste frekvenserna Nol, No4, N05, No6 och No7, vilket nu sker på den associerade styrsekvensen SACCH hos andra tidluckan, frekvensen No49. Om signalstyrkan Nol tröskelvärdet Th, blocket 27, lokaliserar mobilkopplingscentralen mobilstationen MS inomhus, blocket 29. MS lokaliseras också i närheten av understationen MT3 med hjälp av dess unika frekvensurval så som beskrivits ovan i anslutning till blocken 30 och 31. En förbindelse mobilstationen MS tilldelas en av denna understations lediga blocket 32, frekvensen No37, och mobilstationen MS gör handoff till denna trafikkanal enligt blocket 33. hos frekvensen överskrider 6 mellan understationen MTB och trafikkanaler, exempelvis tredje tidluckan hos I utföringsexemplet ovan utföres vidrumsbytet handoff från understatjftonen MT2 till basstationen BS1, vilken därefter gör handoff till understationen MTB. Härigenom minskas risken att förlora samtalet vid bytet Enligt ett alternativt utförande av uppfinningen är det emellertid möjligt att göra handoff direkt från en av understatíonerna till en av understation . annan. Detta förfarande kan utnyttjas när de rapporterade signalstyrkorna för identifieringsfrekvenserna hos den nya understationen MT3 överskrider signalstyrkorna för den gamla Det är härvid lämpligt att de unika frekvensurvalen skiljer sig från varandra med mer än ett understationen MT2 . frekvensnummer .

Mobilstationen MS kan förflytta sig ut ur huset 1 genom dörren 5 och dörrar 7 och 8. Härvid omkopplas förbindelsen efterhand 10 15 20 25 30 35 470 056 mellan basstationen BSl och understationerna M'I'3, MT2 och MTl så som beskrivits ovan. När mobilstationen MS passerar dörren 8 övertar basstationen BSl förbindelsen på en av sina egna trafikkanaler, exempelvis andra tidluckan hos en frekvens No42.

Mobilstationen MS rapporterar de fem starkaste frekvenserna på den associerade styrsekvensen SACCH hos denna kanal. Styrkan hos den gemensamma frekvensen Nol kommer härvid att ligga under tröskelvärdet Th, alternativet "Nej" i blocket 27. Basstationen BS1 lokaliserar härvid mobilstationen MS utomhus och förbindelsen med basstationen BSl fortsätter på andra tidluckan hos frekvensen No42 enligt blocket 24.

Frekvenstilldelningen till understationerna kan utföras så, att endast en delmängd av de rapporterade frekvenserna behöver sammanfalla med en delmängd av de unika frekvensurvalen för understationerna. Dessa frekvensurval kan göras på exempelvis följande sätt: M'I'l: frekvens Nol, No2, N03, N04, N05 MT2: ferkvens Nol, No6, No7, No8, No9 MT3: frekvens Nol, No10, Noll, No12, Nol3 Vid ett tillfälle rapporterar mobilstationen MS frekvenserna Nol, No9, No10, Noll, Nol2. Mobilkopplingscentralen MSC kan lokalisera mobilstationen MS inomhus genom frekvensen Nol. Genom ett majoritetsbeslut på frekvenserna No10, Noll och Nol2 kan mobilkopplingscentralen MSC lokalisera mobilstationen MS till understationen MT3 och tilldela förbindelsen en av denna stations kanaler .

Om ett relativt litet antal frekvenser har reserverats för lokaliseringsändamâl, kan lokaliseringen av mobilstationen MS uppdelas i flera perioder. Detta möjliggör att ett stort antal understationer kan identifieras med hjälp av sitt unika frekvensurval enligt följande exempel. Cellen C2 har tilldelats elva numrerade frekvenser för lokaliseringsändamâl. De unika frekvensurvalen för understationerna i denna cell består av en gemensam frekvens samt två frekvenser som utsândes under en första lokaliseringsperiod och tvâ frekvenser som utsändes under en andra lokaliseringsperiod. Genom detta förfarande kan ett 10 15 20 25 30 35 W I Û G56 10 antal {l0!/2!'8!}2 = 2025 skilda understationer identifieras, trots det ringa antalet reserverade frekvenser. Det unika frekvensurvalet är således uppdelat i två delurval, vilka utsândes under varsin av lokal iseringsperioderna.

I utföringsexemplet ovan saknar understationerna MT1, MTZ och MT3 styrkanal, medan basstationen BSIL ensam har styrkanalen CC för att identifiera sig för mobilstationen MS. Uppfinningen kan emellertid utnyttjas även för understationer som har tillgång till en styrkanal och basstationerna kan på uppfinningsenligt sätt utstrâla ett unikt frekvensurval i identifieringssyfte.

I exemplet i figur 2 är understationerna placerade inomhus, men även utomhus placerade understationer kan förekomma, exempelvis inom ett fabriksomràde. Även i andra celler än cellen Cl, exempelvis i cellerna C2 och C3, kan de ovannämnda trettio reserverade frekvenserna Nol till och med No30 utnyttjas för att lokalisera understationer. I utföringsexemplet har basstationerna och understationerna adaptiv tilldelning av trafikkanaler, men även fast kanaltilldelning ligger inom ramen för uppfinningen.

Vid adaptiv kanaltilldelning, trafikkanaler uppmâtes , kan de utsedda identifieringsfrekvenserna då störningsnivân på möjliga Nol - No30 även utnyttjas för trafik av en av understationerna som använder frekvenserna för identifiering. Detta år möjligt om störningsnivån på en identifieringsfrekvens ligger under ett fastställt största värde. I utföringsexemplet i anslutning till figur 5 jämfördes samtliga rapporterade signalstyrkor från mobilstationen MS med tröskelvârdet Th. Det är emellertid möjligt att utnyttja flera tröskelvârden, exempelvis ett tröskelvârde för och ett annat den gemensamma identifieringsfekvensen Nol tröskelvârde för övriga identifieringsfrekvenserna.

Uppfinningen har ett flertal fördelar. Så som redan nämnts âr understationerna MT relativt enkla och uppfinningen möjliggör en säker lokalisering av en mobilstation. En stor fördel är att uppfinningen utnyttjar en funktion benämnd "Mobile Assisted 4-70 036 11 Handoff" hos vissa befintliga mobiltelefonsystem. Denna funktion innefattar att mobilen avlyssnar ett antal styrkanaler frân skilda basstationer och rapporterar några av de starkaste till mobilkopplingscentralen. Denna kan hårigenom utse den lämpligaste basstationen för förbindelsen med mobilstationen._ Enligt utföringsexemplet av uppfinningen utnyttjas funktionen “Mobile Assisted Handoff" för att avlyssna de reserverade frekvenserna N01 - NO30.

Claims (4)

4-70 G56 10 15 20 25 30 35 12 PATENTKRAV

1. Förfarande vid ett mobiltelefonsystem omfattande lokalisering av en mobilstation (MS), vilket mobiltelefonsystem innefattar basstationer (BS1,MT) som är anslutna till en mobilkopplings- central (MSC) och som har tilldelats ett önskat antal frekvenser, k ä n n e t e c k n a t därav att - en andel av mobiltelefonsystemets frekvenser utpekas såsom identifieringsfrekvenser (Nol-No30), - en andel av basstationerna (MT1, MT2, MT3) utses och tilldelas åtminstone (Nol,No2,No3,No4,No5; No1,No3,No4,No5,No6; No1,No4,No5,No6,No7) bland identifieringsfrekvenserna (Nol-No30), (MT1, MT2, MT3) varsitt unikt urval - de utsedda basstationena utsänder sina respektive unika frekvensurval, - mobilstationen (MS) avlyssnar identifieringsfrekvenserna (Nol- Noao), - mobilstationen (MS) rapporterar ett önskat antal av de signalstarkaste frekvenserna till mobilkopplingscentralen (MSC), (Msc) frekvenserna med de unika frekvensurvalen, - mobilkopplingscentralen jämför de rapporterade - vid en överensstämmelse mellan åtminstone en delmängd av de rapporterade frekvenserna och åtminstone en delmängd av det unika (Nol,No3,No4,No5,No6) basstationerna (MT2) utväljes denna basstation och tilldelas en trafikkanal och - mobilstationen (MS) lokaliseras till den utvalda basstationen frekvensurvalet för en av de utsedda (MT2) med den tilldelade trafikkanalen, pà vilken en förbindelse (4) upprättas med mobilstationen (MS).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav att mobilstationen (MS) signalstarkaste frekvenserna och mobilkoplingscentralen (MSC) rapporterar signalstyrkor för de jämför åtminstone en av signalstyrkorna med ett tröskelvärde (Th).

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat därav att de utsedda basstationerna (MTl,MT2,MT3) tilldelas vardera 10 15 47opos6 13 åtminstone två unika urval bland identifieringsfrekvenserna (Nol - No30), vilka frekvensurval utsändes under åtminstone två skilda lokaliseringsperioder.

4. Förfarande enligt patentkrav 1,2 eller 3, kännetecknat därav att - signalstyrkorna hos frekvenserna (Nol - No30) avlyssnas av mobilstationen (MS) under förbindelsen (4) med den utvalda basstationen (MT2), - det önskade antalet av de (No1,No4,No5,No6,No7) rapporteras av mobilstationen (MS), - de rapporterade frekvensernas benämningar jämföres med det (No1,No3,No4,No5,No6) för den utvalda signalstarkaste frekvenserna unika frekvensurvalet basstationen (MT2) och - vid en avvikelse mellan delmängden av det unika frekvensurvalet (Nol,No3,No4,No5,No6) och delmängden av de rapporterade frekvenserna (No1,No4,No5,No6,No7) överkopplas förbindelsen (4) från den utvalda basstationen (MT2) till en av basstatíonerna (BS1), vilken saknar unikt frekvensurval.