DE10118777A1 - Verfahren und System zum Bestimmen der Position eines Mobilfunkgerätes - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Mobilfunkgerätes (2) unter Verwendung eines Mobilfunksystems mit einer Vielzahl von Funkstationen (1), die von dem Mobilfunkgerät (2) empfangbare Funksignale aussenden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf: durch Messung und/oder Berechnung der Signale mehrerer Funkstationen (1) an einer Vielzahl von Orten wird eine Referenz-Stationsmuster-Datenbank aufgenommen, in der bestimmten Referenz-Stationsmuster Positionsinformationen zugeordnet sind; ein Mobilfunkgerät (2) empfängt die Signale mehrerer Funkstationen (1), durch welche ein ortsabhängiges Stationsmuster gebildet wird; über einen Vergleich des empfangenen Stationsmusters mit den Referenz-Stationsmustern der Referenz-Stationsmuster-Datenbank wird eine Zuordnung zu einem Referenz-Stationsmuster hergestellt und darüber die Position des Mobilfunkgerätes (2) bestimmt. Außerdem betrifft die Erfindung ein System zum Bestimmen der Position des Mobilfunkgerätes 2.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Mobilfunk­ gerätes unter Verwendung eines Mobilfunksystems mit einer Vielzahl von Funkstationen, die von dem Mobilfunkgerät empfangbare Funksignale aussenden. Außerdem betrifft die Erfin­ dung ein System zum Bestimmen der Position eines Mobilfunkgerätes.

Bei Mobilfunksystemen wird über ein Vielzahl von Funkstationen ein Netz bereitgestellt, über das Mobilfunkgeräte, die für dieses Netz eingerichtet sind, kommunizieren können. Neben der Hauptanwendung der Sprachübermittlung werden inzwischen in Mobilfunksystemen eine Vielzahl von weiteren Diensten angeboten. Beispiele hierfür sind Sprachdienste, Notrufdien­ ste, die Möglichkeit der Faxübertragung sowie Kurznachrichtendienste (Short Message Ser­ vice SMS). Ferner ist es inzwischen möglich über Mobilfunkgeräte Zugang zum Internet zu erlangen (WAP Wireless Application Protocol). Außerdem werden inzwischen paketorien­ tierte Datenübertragungsdienste (GPRS) angeboten.

Ein umfangreiches weiteres Anwendungsfeld für solche und neue Dienste ergibt sich durch die Möglichkeit, das im Netz befindliche Mobilfunkgerät zu lokalisieren. Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit verschiedene Lokalisierungstechnologien entwickelt, durch die der aktuelle Aufenthaltsort eines Mobilfunkgerätes zu jedem Zeitpunkt festgestellt werden kann.

In dem zellulär aufgebauten GSM-Netz ist es möglich die aktuelle Zelle zu bestimmen, indem sich ein Mobilfunkgerät befindet. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung wird bei diesem Verfahren im wesentlichen durch die Größe der Zellen bestimmt. Bei den derzeitigen GSM- Netzen ergibt sich eine Genauigkeit zwischen 500 Meter bis zu 10 Kilometer. Bei einer derar­ tigen Genauigkeit läßt sich zwar bestimmen, in welcher Stadt und ggf. auch in welchem Stadtteil sich das Mobilfunkgerät befindet, für viele Anwendungen ist dies jedoch zu ungenau. Außerdem ergibt sich in Gebieten, die nicht ausreichend versorgt sind, das Problem, daß die Versorgung über mehrere entfernte Funkstationen erfolgen kann, so daß die genaue Zuord­ nung zu einer Zelle nicht möglich ist.

Die Genauigkeit des Zellenidentifikationsverfahrens konnte durch die sog. Time-of-Arrival- Methode erhöht werden, bei der der Laufzeitunterschied der zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät ausgetauschten Signale berücksichtigt wird. Als weitere Bestimmungs­ größe kann der Empfangspegel des Mobilfunkgeräts ermittelt werden. Dieser unterliegt je­ doch sehr stark örtlichen Bebauungen und eignet sich daher nur bedingt zur Erhöhung der Genauigkeit. In dicht bebauten Gebieten ergibt sich außerdem das Problem, daß die Signale oft reflektiert werden, was zu weiteren Ungenauigkeiten bei der Laufzeitbestimmung führt. Mit diesem Verfahren kann derzeit eine Positionsbestimmung im Bereich zwischen 300 Meter und 1 Kilometer erlangt werden.

Eine weitere Erhöhung kann durch die sog. Enhanced-Observed-Time-Difference-Methode erreicht werden, bei der nicht nur die Laufzeit der Signale zwischen Mobilfunkgerät und Ba­ sisstation gemessen wird, sondern zusätzlich die Laufzeit der Signale zu mindestens zwei weiteren benachbarten Funkstationen. Wird ferner die bei den Funkstationen empfangene Si­ gnalstärke berücksichtigt, läßt sich die Position des Mobilfunkgeräts mit Hilfe trigonomischer Berechnungen auf 50 Meter bis 200 Meter genau bestimmen. Auch bei diesem Verfahren er­ geben sich jedoch Probleme in dicht bebauten Gebieten. Außerdem müssen nachteilhafterwei­ se für die Nutzung dieses Verfahrens die Mobilfunkgeräte modifiziert werden.

Eine erhebliche Steigerung der Genauigkeit konnte bislang nur durch die Integration eines GPS-Empfängers in das Mobilfunkgerät erreicht werden. Bei diesem System empfängt der GPS(Global Positionings System)-Empfänger Signale von mehreren Satelliten, aus denen er die Position mit einer Genauigkeit von ca. 2 bis 10 Meter bestimmen kann. Nachteilhaft an diesem System ist jedoch, daß das Mobilfunkgerät Sichtkontakt zu mehreren GPS-Satelliten haben muß und so mit nicht innerhalb von Gebäuden und in Straßenschluchten funktioniert. Außerdem ist der Energiebedarf dieses Systems sehr hoch und die Integration des GPS- Empfängers führt zu höheren Kosten bei der Herstellung eines solchen Mobilfunkgerätes.

In der EP 0 783 235 A2 wird beispielsweise ein System und ein Verfahren zur Positionsbe­ stimmung eines Mobilfunkgerätes vorgeschlagen. In dem dort beschriebenen System wird die Position des Mobilfunkgerätes anhand der Zelle bestimmt, in der sich das Mobilfunkgerät befindet.

Ein weiteres Verfahren zum Bestimmen des Ortes eines Mobiltelefons in einem Mobilfunksy­ stem ist in den US 6,112,095; US 6,108,557; US 6,101,390 und der US 5,732,354 beschrie­ ben. Bei den dort beschriebenen Verfahren überträgt ein Mobiltelefon ein Signal an ein An­ tennenfeld mit mehreren Antennen. Die empfangenen Signale werden an einen Prozessor übertragen, über den die Ortsbestimmung des Mobiltelefons erfolgt. Hierfür hat der Prozessor eine Datenbank mit Signalsignaturen mit den dazugehörigen Orten gespeichert. Die Daten­ bank wird dadurch gewonnen, daß Signale zu definierten Zeitpunkten von definierten Orten, die über ein GPS-System bestimmt werden, an die Antennen gesandt werden. Bei der Ortsbe­ stimmung anhand des Signals des Mobiltelefons wird ausgenutzt, daß es über verschiedene Wege, beispielsweise durch Streuung an Gebäuden, zu den jeweiligen Antennen gelangt und die in den Antennen empfangenen Signale des Mobiltelefons damit ortsabhängige Charakteri­ stika aufweisen. Nachteilhaft an diesem Verfahren ist, daß die Ortsbestimmung über die von dem Mobiltelefon ausgesandten Signale schwierig ist, gerade dann, wenn keine Streuungen auftreten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen die Position eines Mobilfunkgerätes auf einfache Weise möglichst genau bestimmt werden kann, wobei Modifikationen an dem Mobilfunkgerät vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 8 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen ergeben.

Erfindungsgemäß wird durch Messung und/oder Berechnung der Signale mehrerer Funksta­ tionen an einer Vielzahl von Orten eine Referenz-Stationsmuster-Datenbank aufgenommen, in der bestimmten Referenz-Stationsmustern Positionsinformationen zugeordnet sind. Ein Mo­ bilfunkgerät empfängt die Signale mehrerer Funkstationen, durch welche ein ortsabhängiges Stationsmuster gebildet wird. Über einen Vergleich des empfangenen Stationsmusters mit den Referenz-Stationsmustern der Referenz-Stationsmuster-Datenbank wird eine Zuordnung zu einem Referenz-Stationsmuster hergestellt und darüber die Position des Mobilfunkgerätes bestimmt. Vorteilhafterweise müssen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Modifika­ tionen an herkömmlichen Mobilfunkgeräten vorgenommen werden. Außerdem müssen neben dem über die Funkstationen bereitgestellten Netz keine weiteren Einrichtungen in das Mobil­ funksystem aufgenommen werden, sofern die Rechen- und Speicherkapazität nicht erschöpft ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann damit auf sehr einfache Weise und sehr kosten­ günstig mit herkömmlichen Mobilfunkgeräten in den derzeit bestehenden Netzen verwirklicht werden. Dabei kann eine Genauigkeit der Positionsbestimmung in Abhängigkeit von der Dichte der Funkstationen von unter 50 Metern erreicht werden.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stationsmuster von der relativen Anordnung der Signale verschiedener Funkstationen hinsichtlich Stationscha­ rakteristika und Amplitudenhub sowie der Lage dieser Anordnung zueinander gebildet. Bei dem Vergleich zwischen dem empfangenen Stationsmuster und den Referenz-Stationsmustern wird vorteilhafterweise nur die relative Anordnung der Signale berücksichtigt, d. h. ein Offset kann bei der Amplitude vernachlässigt werden. Durch diese Maßnahme können Verschiebun­ gen der relativen Anordnung der Signale innerhalb des Amplitudenhubs, die z. B. durch Unter­ schiede der verwendeten Mobilfunkgeräte oder beim Gebrauch dieser Mobilfunkgeräte verur­ sacht werden, für die Positionsbestimmung eliminiert werden.

Beim Erstellen der Referenz-Stationsmuster-Datenbank kann beispielsweise für jedes Refe­ renz-Stationsmuster eine Funkverbindung zwischen einem Meß-Mobilfunkgerät und den Funkstationen, deren Signale empfangen werden, hergestellt werden und dann ein definierter Ortsbereich vermessen werden. Da sich das Meß-Mobilfunkgerät nicht von einem herkömm­ lichen Mobilfunkgerät unterscheidet, kann auf diese Weise durch den Empfang von Stations­ mustern von einer Vielzahl von Benutzern des Netzes, deren Position bekannt ist, sehr schnell eine Referenz-Stationsmuster-Datenbank erstellt werden. Eine andere Möglichkeit zum Er­ stellen der Referenz-Stationsmuster-Datenbank besteht darin, die Stationsmuster in Abhän­ gigkeit vom Ort zu berechnen. Diese Berechnung kann mit Daten erfolgen, die dem Betreiber des Mobilfunksystems bekannt sind. Zu diesen Daten zählen die Standorte der Funkstationen sowie die Charakteristika der von diesen Stationen ausgesendeten Signale.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die von dem Mobilfunkgerät empfangenen Signale an das Mobilfunksystem übertragen und der Ver­ gleich des empfangenen Stationsmusters mit den Referenz-Stationsmustern kann in einem gesonderten Auswertesystem oder in Einrichtungen des Mobilfunksystems durchgeführt wer­ den. Der Bedarf an Rechen- und Speicherkapazität wird hierdurch vorteilhafterweise von dem Mobilfunkgerät auf Einrichtungen des Mobilfunksystems verlagert.

Die von dem Mobilfunkgerät empfangenen Signale können auch an das Auswertesystem per Sim-Application-Toolkit als Datenpaket übertragen werden. Außerdem können die für das Mobilfunkgerät ermittelte Positionsinformation von dem Mobilfunksystem an das Mobil­ funkgerät übertragen werden, so daß der Benutzer des Mobilfunkgeräts auf sehr einfache Wei­ se seine Position ermitteln kann. Die Übertragung dieser Positionsinformation kann dabei über einen Kurznachrichtendienst (SMS) oder einen Internetdienst (WAP) erfolgen.

Das Stationsmuster, d. h. sowohl die in der Datenbank gespeicherten Referenz-Stationsmuster als auch die Stationsmuster, die von dem Mobilfunkgerät durch Empfang der Signale der Funkstationen gebildet werden, enthalten Information über die Stärke der Signale der Funk­ stationen und Informationen über die Zuordnung der Signale zu den Funkstationen. Die Stati­ onsmuster können dabei Frequenzmuster sein, bei denen die Signale verschiedener Funksta­ tionen bei verschiedenen Frequenzen empfangen werden. Außerdem kann die Zuordnung zu den Funkstationen über Codes erfolgen, die von den einzelnen Funkstationen mit ausgesandt werden.

Das erfindungsgemäße System zum Bestimmen der Position eines Mobilfunkgerätes verwen­ det ein Mobilfunksystem mit einer Vielzahl von Funkstationen, die von dem Mobilfunkgerät empfangbare Funksignale aussenden. In dem Positionsbestimmungssystem ist eine Referenz- Stationsmuster-Datenbank gespeichert, in der für verschiedene Orte Referenz-Stationsmuster mit Empfangsdaten von Funkstationen an diesem Ort enthalten sind. Das Mobilfünkgerät weist Mittel zum Empfangen von Signalen mehrerer Funkstationen auf, wobei die empfange­ nen Signale ein ortsabhängiges Stationsmuster bilden. Außerdem weist das Positionsbestim­ mungssystem Vergleichmittel auf, durch die ein empfangenes Stationsmuster mit den Refe­ renz-Stationsmustern der Referenz-Stationsmuster-Datenbank vergleichbar ist und eine Zu­ ordnung zu einem Referenz-Stationsmuster und der dazugehörigen Positionsinformation her­ stellbar ist.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch das Mobilfunksystem mit den Funkstationen 1 sowie ein sich in dem Netz der Funkstationen 1 befindliches Mobilfunkgerät 2,

Fig. 2 zeigt schematisch wie gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Referenz- Frequenzmuster aufgenommen wird, und

die Fig. 3 bis 11 zeigen Frequenzmuster, wobei die mit A bezeichneten Figuren Referenz- Frequenzmuster, die mit B bezeichneten Figuren von einem Mobilfunkgerät während eines Anrufs empfangene Frequenzmuster und die mit C bezeichneten Figuren in einem Kraftfahr­ zeug empfangene Frequenzmuster betreffen.

Bei dem Verfahren zur Positionsbestimmung des Mobilfunkgerätes wird zunächst eine Refe­ renz-Stationsmuster-Datenbank aufgenommen. Danach wird von einem Mobilfunkgerät ein Stationsmuster empfangen und die Position des Mobilfunkgeräts über einen Vergleich dieses empfangenen Stationsmusters mit den Stationsmustern der Referenz-Stationsmuster- Datenbank bestimmt. Bei der Erstellung der Stationsmuster-Datenbank werden bestimmte Orte festgelegt, an denen die Stationsmuster für die Datenbank aufgenommen werden sollen. Bei welchen Orten diese Stationsmuster aufgenommen werden, hängt einerseits davon ab, wie wichtig diese Orte für die spätere Positionsbestimmung der Mobilfunkgeräte ist, und anderer­ seits wie charakteristisch das Stationsmuster an diesem Ort ist. Insbesondere sollten die in der Datenbank enthaltenen Stationsmuster ausreichend gut unterscheidbar sein. Vorteilhafterwei­ se werden beispielsweise Stationsmuster an Kreuzungen, Telefonzellen, Geldautomaten, Bus­ haltestellen und bestimmten Geschäften aufgenommen.

In dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel wurde in einem innerstädtischen Bereich eine Positionsbestimmung durchgeführt. Dabei wurden als POI (Points of Interest) Straßenkreu­ zungen gewählt. Der kleinste Abstand zwischen zwei Kreuzungen betrug 30 Meter. Die Stra­ ßenkreuzungen wurden zunächst vermessen und die Meßergebnisse in der Referenz- Stationsmuster-Datenbank aufgenommen. Danach wurden bei einem 10 Sekunden dauernden Anruf Stationsmuster von einem Mobilfunkgerät aufgenommen und gespeichert. Die Stati­ onsmuster könnten außerdem auch ohne einen Anruf ermittelt werden, wenn ein geeignetes Endgerät, wie z. B. ein Mobiltelefon, in einem GSM-Netz verwendet werden würde. Über ei­ nen Vergleich der aufgenommenen Stationsmuster und der in der Datenbank gespeicherten Referenz-Stationsmuster wurde schließlich die Position des Mobiltelefons bestimmt.

Bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel war das Stationsmuster ein Frequenzmuster. Bei der Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels werden daher die Stationsmuster als Frequenzmuster bezeichnet. Dabei konnten die Signale, die von verschiedenen Funkstationen empfangen wurden, dadurch unterschieden werden, daß sie bei verschiedenen Kanälen, d. h. bei verschiedenen Frequenzen, empfangen wurden. Die Signale der einzelnen Funkstationen lagen dabei in einem bestimmten Amplitudenbereich. Der Amplitudenbereich, innerhalb des­ sen Signale empfangen wurden, wird als Amplitudenhub bezeichnet.

Zunächst wird beschrieben, wie die Referenz-Frequenzmuster aufgenommen wurden. Die Messungen sind in einem GSM-1800-Mobilfunknetz durchgeführt worden. In Fig. 2 ist sche­ matisch eine Straßenkreuzung und die zu dieser benachbarten Funkstationen des Mobilfunk­ systems, die allgemein mit 1 bezeichnet sind, gezeigt. Dabei ist die Funkstation 1A die Basis­ station für diese Straßenkreuzung, d. h. die Straßenkreuzung befindet sich in der Zelle der Funkstation 1A. Außerdem können im Bereich der Straßenkreuzung noch Signale der näch­ sten Funkstationen 1B, 1C und 1D empfangen werden. Die Signale, die an einem bestimmten Ort von den benachbarten Funkstationen 1 empfangenen werden können, bilden ein sog. Fre­ quenzmuster. In den Fig. 3 bis 11 sind solche Frequenzmuster gezeigt. Dabei sind auf der X- Achse Empfangskanäle aufgetragen, die jeweils einen bestimmten Frequenzbereich Δf abdec­ ken. Auf der Y-Achse ist der Amplitudenhub des in einem bestimmten Frequenzkanal emp­ fangenen Signals aufgetragen. Typischerweise zeigen die Frequenzmuster in bestimmten Ka­ nälen Signale in einem bestimmten Amplitudenbereich. Die Kanäle, in denen Signale gemes­ sen werden, können bestimmten Funkstationen 1 zugeordnet werden. Beispielsweise bei dem in Fig. 4A gezeigten Frequenzmuster können Signale von zumindest acht verschiedenen Funkstationen 1 unterschieden werden. Charakteristisch für das Frequenzmuster ist dabei die relative Anordnung der Signale verschiedener Funkstationen hinsichtlich der Frequenz (bzw. dem Kanal) und dem Amplitudenhub. Weniger wichtig für das Frequenzmuster ist die abso­ lute Lage dieser relativen Anordnung in dem Frequenzband. Ein Offset in der absoluten Lage kann durch verschiedene ortsunabhängige Einflüsse hervorgerufen werden. Die relative An­ ordnung der Signale ist jedoch stark ortsabhängig, so daß über sie eine sehr genauere Ortsbe­ stimmung durchgeführt werden kann. In diesem Sinne bildet die relative Anordnung der Si­ gnale des Frequenzmusters einen "Fingerabdruck" des Netzes für einen bestimmten Ort.

Beim Aufnehmen des Referenz-Frequenzmusters der Kreuzungen wurde jeweils der kom­ plette Kreuzungsbereich und die Straßeneinmündung bis zu einem Abstand von ca. 10 bis 15 Metern abgeschritten und dabei die Signale der Funkstationen 1A bis 1D gemessen. Der abge­ schrittene Bereich ist in Fig. 2 mit 3 bezeichnet. Als Meßgerät wurde ein Mobiltelefon der Fa. Nokia, Typ 6150 und eine NIB-Software, verwendet. Die Messungen wurden in einem Fre­ quenzbereich von 1825,2 MHz bis 1848,4 MHz vorgenommen. Während des Abschreitens der Kreuzung bestand eine andauernde Telefonverbindung. Die dabei aufgenommenen Refe­ renz-Frequenzmuster Ihr verschiedene Kreuzungen sind in den Fig. 3A bis 8A gezeigt. Es wird bemerkt, daß die in Fig. 2 gezeigte Anordnung nur beispielhaft ist und nicht die tatsäch­ lichen Anordnungen der Funkstationen 1 und des Kreuzungsbereichs 3 wiedergibt.

Ferner wurden Referenz-Frequenzmuster mit einem Indoor-Meßgerät aufgenommen. Sie sind in den Fig. 9A bis 11A wiedergegeben. Bei den Messungen wurde das Mobilfunkgerät Sa­ gem, Typ OT35 verwendet, das an einen tragbaren Computer mit einer Software der Firma Rhode & Schwarz angeschlossen wurde. Die aufgenommenen Referenz-Frequenzmuster wur­ den zusammen mit der dazugehörigen Ortsinformation in einer Datenbank abgespeichert.

Nachdem die Referenz-Frequenzmuster-Datenbank erstellt worden ist, wurde die Position eines Mobiltelefones mittels den Daten eines 10 Sekunden dauernden Anrufs bestimmt. Das Mobiltelefon befand sich dabei im Bereich der für die Datenbank vermessenen Kreuzungen. Fig. 1 zeigt schematisch das Mobiltelefon 2 und die dieses umgebenden Funkstationen 1. Da­ bei ist wiederum die Basisstation, in deren Zelle sich das Funktelefon 2 befindet, mit 1A be­ zeichnet, die benachbarten Funkstationen, von denen das Mobiltelefon 2 Signale empfängt, mit 1 B, 1C, 1D und weiter entferntere Funkstationen, von denen keine oder zu schwache Si­ gnale empfangen werden, sind mit 1E, 1F, 1G, 1H, 1I bezeichnet. Die während des 10 Sekun­ den dauernden Kurzgesprächs empfangenen Signale der benachbarten Funkstationen 1 wur­ den gespeichert, aufbereitet und konnten den jeweiligen Kreuzungen zugeordnet werden. Die empfangenen Frequenzmuster sind in den Fig. 3B bis 11B gezeigt. Außerdem wurden noch Frequenzmuster aufgenommen, bei dem sich das Mobiltelefon 2 innerhalb eines Kraftfahr­ zeugs befand. Diese Frequenzmuster sind in den Fig. 3C, 4C und 8C gezeigt.

Visuell wurde ein Vergleich eines empfangenen und von dem Mobiltelefon 2 übermittelten Frequenzmusters mit den Referenz-Frequenzmustern der Referenz-Frequenzmuster- Datenbank durchgeführt und dadurch eine Zuordnung zu einem bestimmten Referenz- Frequenzmuster hergestellt. Diese Zuordnung kann auch automatisch mittels des Computers eines Auswertesystems oder des Mobilfunksystems erfolgen. Da jedem Referenz- Frequenzmuster eine bestimmte Position zugeordnet ist, läßt sich so die Position des Mobil­ telefons 2 ermitteln, bei der dieses das Frequenzmuster, für welches der Vergleich durchge­ führt wurde, empfing. Diese bestimmte Position kann dem Mobiltelefon als Kurznachricht (SMS) oder per WAP übertragen werden oder für die Bereitstellung von LBS (Location Based Services) dienen.

Der Vergleich der Frequenzmuster kann mit herkömmlichen Algorithmen durchgeführt wer­ den. Ferner ist auch ein rein visueller Vergleich der Muster möglich. Folgende Eigenschaften der Frequenzmuster wurden im vorliegenden Ausführungsbeispiel berücksichtigt:

Zunächst wurde geprüft, ob in einem Referenz-Frequenzmuster bei gleichen Kanalabständen, d. h. bei gleicher relativer Anordnung der Kanäle, Signale von Funkstationen 1 enthalten ist. Wurde ein solches Frequenzmuster oder mehrere solcher Frequenzmuster in der Referenz- Frequenzmuster-Datenbank gefunden, wurde ein Vergleich der gemessenen Leistungen (bzw. des Amplitudenhubs) aller erkannten Stationen durchgeführt. Dabei wurden nur Leistungsbe­ reiche, die durch GSM spezifiziert sind, berücksichtigt. Daraufhin wurden die Amplituden der von den erkannten Funkstationen empfangenen Signale bezüglich ihrer relativen Anordnung verglichen.

Als Ergebnis dieses Versuchs konnten 96% aller während eines 10 Sekunden andauernden Anrufs aufgezeichneten Frequenzmuster einem Referenz-Frequenzmuster zugeordnet werden und somit die Position des Mobiltelefons sehr genau bestimmt werden. Es wird bemerkt, daß dabei Frequenzmuster von Mobiltelefonen verschiedener Hersteller und unterschiedlichen Typs berücksichtigt wurden. Auch wurden verschiedene Telefonierverhalten, z. B. mit und ohne ein Headset geprüft. Ferner konnte die Positionsbestimmung auch dann erfolgen, wenn während des Anrufs die Zelle wechselte, z. B. auch bei ungefähr gleich starken Signalen.

Folgende Änderungen und Ergänzungen können bei dem vorstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel durchgeführt werden. Sie können einzeln oder zusammen vorgenommen werden und führen zu neuen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen.

Als Mobilfunkgerät 2 können nicht nur Mobiltelefone verwendet werden, sondern alle mobi­ len Geräte, über die Signale der Funkstationen 1 empfangen werden können. Z. B. könnte an­ statt des Mobiltelefons auch ein internetfähiger tragbarer Organizer verwendet werden.

Der Vergleich zwischen den von dem Mobilfunkgerät 2 empfangenen Stationsmuster und den Referenz-Stationsmustern erfolgt vorteilhafterweise in einer stationären Einrichtung des Mo­ bilfunksystems. In diesem Fall werden die von dem Mobilfunkgerät 2 empfangenen Signale bzw. die Stationsmuster an das Mobilfunksystem, z. B. per Sim-Application-Toolkit, als Da­ tenpaket an ein übergeordnetes Netzelement übertragen. Bei einem GSM basierten System erfolgt diese Übertragung automatisch, so daß keine Veränderungen an herkömmlichen GSM- Mobilfunkgeräten vorgenommen werden müssen.

Außerdem ist es möglich, daß der Vergleich in dem Mobilfunkgerät 2 selbst erfolgt. In diesem Fall sollte das Mobilfunkgerät 2 jedoch über eine ausreichende Speicherkapazität sowie eine genügend hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit verfügen. Bei herkömmlichen Mobilfunkgerä­ ten 2 kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Mobilfunkgerät 2 an einen tragbaren Computer angeschlossen wird.

Ferner können die Signale bzw. die Stationsmuster auch von dem Mobilfunkgerät 2 an exter­ ne Einrichtungen, die nicht zum Netzbetreiber gehören, versenden. Die Auswertung erfolgt in diesem Fall über ein separates Auswertesystem.

Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden die Referenz-Stationsmuster durch ein Mobilfunkgerät gemessen. Ist das Netzdesign, d. h. die Anordnung der Funkstationen 1, sowie die von diesen ausgesandten Signalen sehr genau bekannt, können die Referenz- Stationsmuster auch für jeden Ort berechnet werden. Änderungen der Referenz- Stationsmuster-Datenbank müssen nur dann vorgenommen werden, wenn das Netzdesign des Mobilfunksystems geändert wird. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn neue Funkstationen 1 hin­ zukommen oder bestehende in deren Konfiguration geändert werden (Antennen, Tilt, Aus­ richtung, Sendeleistung, Frequenz- bzw. Stationscharakteristika). Außerdem muß die Refe­ renz-Stationsmuster-Datenbank angepaßt werden, wenn sich die Topographie oder Gebäude­ struktur verändert. Insbesondere neue Gebäude in der Umgebung von Funkstationen 1 führen zu Veränderungen der Stationsmuster. Diese Anpassungen der Referenz-Frequenzmuster- Datenbank können durch erneute Messungen sowie durch Berechnungen durchgeführt wer­ den. Es kann unter Umständen auch eine Aktualisierung der Datenbank ausreichend sein.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen konnte eine Auflösung von unter SO Meter er­ zielt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. System erschließen sich somit neue Anwendungen für herkömmliche Mobilfunkgeräte. Beispiele hierfür sind die Straßenna­ vigation, das Flottenmanagement sowie Notrufdienste. Allgemein kann die vorliegende Erfin­ dung für alle vom Ort des Mobilfunkgeräts 2 abhängigen Dienste (LBS, Location Based Ser­ vices) verwendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines Mobilfunkgerätes (2) unter Verwendung eines Mobilfunksystems mit einer Vielzahl von Funkstationen (1), die von dem Mobilfunkgerät (2) empfangbare Funksignale aussenden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• 1. durch Messung und/oder Berechnung der Signale mehrerer Funkstationen (1) an einer Vielzahl von Orten wird eine Referenz-Stationsmuster-Datenbank aufgenommen, in der be­ stimmten Referenz-Stationsmustern Positionsinformationen zugeordnet sind;
  • - ein Mobilfunkgerät (2) empfängt die Signale mehrerer Funkstationen (1), durch wel­ che ein ortsabhängiges Stationsmuster gebildet wird;
  • - über einen Vergleich des empfangenen Stationsmusters mit den Referenz- Stationsmustern der Referenz-Stationsmuster-Datenbank wird eine Zuordnung zu einem Refe­ renz-Stationsmuster hergestellt und darüber die Position des Mobilfunkgerätes (2) bestimmt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stationsmuster von der relativen Anordnung der Signale verschiedener Funkstationen (1) hinsichtlich Stationscharakteristika und Amplitudenhub und der Lage dieser Anordnung zueinander gebildet wird und daß bei dem Vergleich zwischen dem empfangenen Stationsmu­ ster und den Referenz-Stationsmustern die relative Anordnung der Signale berücksichtigt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erstellen der Referenz-Stationsmuster-Datenbank für jedes Referenz-Stationsmuster eine Funkverbindung zwischen einem Meß-Mobilfunkgerät und den Funkstationen (1), deren Signale empfangen werden, hergestellt wird und ein definierter Ortsbereich vermessen wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Mobilfunkgerät (2) empfangenen Signale an das Mobilfunksystem übertra­ gen werden und der Vergleich in Einrichtungen des Mobilfunksystems durchgeführt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Mobilfunkgerät (2) empfangenen Signale an ein Auswertesystem per Sim- Application-Toolkit als Datenpaket übertragen werden.

6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Positionsinformation von dem Mobilfunksystem an das Mobilfunkgerät (2) übertragen wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Positionsinformation über einen Kurznachrichtendienst (SMS) er­ folgt.

8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stationsmuster Informationen über die Stärke der Signale der Funkstationen (1) und über die Zuordnung der Signale zu den Funkstationen (1) enthalten ist.

9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stationsmuster Frequenzmuster sind, bei denen die Signale verschiedener Funkstatio­ nen (1) bei verschiedenen Frequenzen empfangen werden.

10. System zum Bestimmen der Position eines Mobilfunkgerätes (2) unter Verwendung eines Mobilfunksystems mit einer Vielzahl von Funkstationen (1), die von dem Mobilfunkgerät (2) empfangbare Funksignale aussenden, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Positionsbestimmungssystem eine Referenz-Stationsmuster-Datenbank gespeichert ist, in der für verschiedene Orte Referenz-Stationsmuster mit Empfangsdaten von Funkstationen (1) an diesem Ort enthalten sind;
daß das Mobilfunkgerät (2) Mittel zum Empfangen von Signalen mehrerer Funkstatio­ nen (1) aufweist, wobei die empfangenen Signale ein ortsabhängiges Stationsmuster bilden; und
daß das Positionsbestimmungssystem Vergleichmittel aufweist, durch die ein empfan­ genes Stationsmuster mit den Referenz-Stationsmustern der Referenz-Stationsmuster- Datenbank vergleichbar ist und eine Zuordnung zu einem Referenz-Stationsmuster und der dazugehörigen Positionsinformation herstellbar ist.