Система определения местоположения сотового телефона

Система определения местоположения сотового телефона

Реферат

 

Система определения местоположения сотового телефона для автоматической регистрации местоположения одного или нескольких мобильных сотовых телефонов содержит три или более систем (12) сотовых станций. Каждая система сотовой станции расположена на сотовой станции системы сотовой телефонной связи. Каждая система сотовой станции включает в себя антенну, которая может быть установлена на той же вышке или здании, на которых установлена антенна, используемая системой сотовой телефонной связи, и оборудование, которое может быть размещено в помещении для оборудования соответствующей сотовой станции. Система сотовой станции связана линиями (14) связи Т1 с центральной станцией (16). Центральная станция может размещаться совместно с коммутатором мобильных телефонов системы сотовой телефонной связи. Центральная станция (16), кроме того, связана с базой данных (20), которая может находиться на удаленном от центральной станции месте и к которой может быть обеспечен доступ для абонентов. 3 с. и 42 з.п. ф-лы. 15 ил.

Изобретение в общем относится к системам мобильной сотовой телефонной связи (включая как аналоговые, так и цифровые сотовые системы), в частности к системе автоматического определения местоположения мобильных сотовых телефонов, действующих в пределах заданного географического района.

До создания настоящего изобретения не были известны системы автоматического слежения за мобильными сотовыми телефонами. Уже многие годы широко используются такие известные технологии, как радионавигация, в том числе радиопеленгация, дальняя навигация (система ЛОРАН), устройства аварийного определения местоположения для самолетов, системы наблюдения и сопровождения спутников и т.п., однако ни одна из подобных систем не применялась для автоматического определения местоположения сотовых телефонов, как это описывается здесь. Соответственно информация о предпосылках изобретения, которая в наибольшей степени уместна для понимания данного изобретения, относится к самой системе сотовой телефонной связи, а не к смежным областям радионавигации и пеленгации.

Известна система сотовой телефонной связи описана ниже со ссылками на фиг. 1A-1C. При этом следует отметить, что раскрываемые здесь принципы изобретения применимы как к аналоговым, так и к цифровым сотовым системам (например, к системе многостанционного доступа с временным разделением каналов), в которых используются аналоговые каналы управления.

Сотовые телефонные системы, как правило, включают в себя несколько сотовых станций и размещенный центрально сотовый коммутатор, называемый мобильным телефонным коммутатором (МТК). Обычно имеется от шестидесяти до ста сотовых станций в больших городах и от пятнадцати до тридцати - в менее крупных городах. Сотовые станции обычно размещаются с интервалами от половины до двадцати миль (0,926 - 37,040 км). Каждая сотовая станция обычно содержит одну или несколько антенн, установленных на треугольной платформе. Платформа помещается на вышке или на высоком здании, высота которых предпочтительно должна быть от пятидесяти до трехсот футов (15,24 - 91,44 м) над уровнем окружающей местности.

Основная идея, используемая в сотовой системе, - многократное использование частот. Эта концепция многократного использования частот реализуется схемой перекрывающихся сот, которые концептуально рассматриваются как шестиугольники. Эта концепция проиллюстрирована на фиг. 1A, на которой изображена схема сотовой системы, использующей семь отличных друг от друга наборов частот. На этой фигуре каждая заштрихованная часть представляет собой отдельный набор частот. Фиг. 1C схематически изображает основные компоненты и структуру системы сотовой телефонной связи. Как указано выше, многократное использование частот дает возможность сотовой системе использовать ограниченное число радиоканалов, чтобы обслуживать многих пользователей. Например, на фиг.1A показан участок, обслуживаемый 14 сотами, которые разделены на две группы. Каждая группа имеет сеть сотов. Каждому соту в группе присвоен отдельный набор каналов. Однако используемые в одной группе наборы повторно присваиваются другой группе, тем самым представленный в распоряжение частотный спектр используется многократно. Сигналы, исходящие из сота в каналах, присвоенных этому соту, достаточно мощные для обеспечения формирования полезного сигнала для мобильного сотового телефона, находящегося в данном соте, но недостаточно мощные для того, чтобы создавать помехи для сигналов других сотов в том же канале. Все сотовые телефоны могут настроиться на любой из этих каналов.

Федеральная комиссия по связи выделяла для использования в сотовых системах спектр шириной 25 МГц. Этот спектр делится на два диапазона по 12,5 МГц, один из которых предназначен только для проводных коммерческих сетей связи, а другой - только для беспроводных коммерческих сетей связи. В любой данной системе беспроводное обслуживание линии действует в "полосе А" спектра, а проводное - в "полосе B". Ширина сотовых каналов - 30 МГц и они включают в себя каналы управления и каналы речевых сигналов. В частности, двадцать один канал управления для систем "A" пронумерован от 313 до 333 и занимает диапазон частот в 30 кГц от 834,390 до 834,990 МГц. Каналы управления для систем "B" пронумерованы от 334 до 354 и занимают частоты от 835,020 до 835,620 МГц. Каждая сотовая станция (или, если сотовая станция согласно нижеследующему описанию подразделена на сектора, то каждый сектор этой сотовой станции) использует только один канал управления. Канал управления от сотовой станции до мобильного аппарата называется "прямым" каналом управления, а канал управления от сотового телефона к сотовому объекту называется "обратным" каналом управления. Сигналы непрерывно передаются каждой сотовой станцией по прямому каналу управления. В противоположность этому сигналы прерывисто (периодически) передаются сотовыми телефонами по обратному каналу управления. Если сотовые станции настолько близки друг к другу, что каналы управления, использующие одну и ту же частоту, создают друг другу помехи, канал управления на каждой сотовой станции, кроме этого, обозначается цифровым цветовым кодом: от нуля до трех. Это обеспечивает однозначную идентификацию каждого сотового объекта, например, в пределах от двадцати до тридцати миль (37,04 - 55,56 км).

Направленные антенны сотовой станции могут быть использованы для снижения внутриканальных помех и помех по соседнему каналу. Фиг.18 иллюстрирует, как секторные антенны могут быть использованы для уменьшения этих помех. Кружками обозначены сотовые станции, а пунктирными линиями - азимутальные кромки передних лепестков направленных антенн в секторе 120^o. Символы "A", "B" и "C" относятся одновременно к наборам каналов, сотам и сотовым станциям. Символы "1", "2" и "3" относятся одновременно к направленным антеннам и секторам сотов. Так, например, если конкретный канал назначен сектору 1 сота B, а соседние каналы назначены сотам A и C, то эти соседние каналы должны быть назначены сектору 1 в сотах A и C.

Когда сотовый телефон включается в первый раз, он сканирует все прямые каналы управления, отыскивая канал с самым сильным сигналом. Телефон затем выбирает прямой канал управления с самым сильным сигналом и принимает общие сообщения системы, которые передаются периодически, например, каждые 0,8 с. Эти общие сообщения содержат информацию о параметрах доступа в сотовую систему. Одним из этих параметров является частота регистрации, которая определяет, как часто данный телефон должен информировать систему о своем нахождении в географических пределах системы. Частоты регистрации обычно находятся в пределах от одного раза в минуту до одного раза в тридцать минут.

Общие сообщения также содержат биты "занято"/"свободно", которые представляют информацию о доступности в данное время обратного канала управления для данного сота. Когда обратный канал управления освобождается, что индицируется битом "занято"/"свободно", сотовый телефон начинает себя регистрировать, используя обратный канал управления. Сотовые телефоны регистрируют себя с частотой, определяемой сотовой системой. Требования к параметрам регистрации определяются каждой сотовой системой. Например, возможные варианты включают: 1) 7-цифровой NXX-XXXX, 2) 3-цифровой NPA и 3) 32-битовый электронный серийный номер. Каждый из этих вариантов представляет собой цифровое слово. Вследствие наличия битов цикловой синхронизации и использования методов исправления ошибок каждое цифровое слово имеет длину в 240 битов. Вместе с первоначальным потоком из 48 битов цикловой синхронизации каждая передача по сотовому телефону имеет минимальную длину в 288 битов и достигает 1488 битов. Помимо этого, каждая прерывистая передача осуществляется сотовым телефоном, включает в себя интервал немодулированной несущей. Поэтому средняя передача в обратном канале управления имеет длительность около 100 млс. Сотовые телефоны также передают сообщения в ответ на поисковые вызовы сотовой системы и в ответ на вызовы самих пользователей. Термин "поисковый вызов" используется для описания процесса определения доступности мобильного телефона для приема поступающего вызова. Дополнительная функция инициирования вызова мобильным телефоном определяется как "доступ". Функции поискового вызова и доступа осуществляются в каналах управления.

Находясь во включенном состоянии, но не в работе, мобильный сотовый телефон периодически сканирует присвоенные системе каналы управления и выделяет для использования самый сильный сигнал из найденных несущих. Когда мобильное приемное устройство настроится на эту самую сильную несущую, сотовый телефон непрерывно декодирует поток цифровых модулирующих данных, отыскивая поступающие вызовы. Любой вызов, поступающий на мобильный терминал, инициируется как обычный телефонный вызов. Набирается семи- или десятицифровой номер, и телефонная сеть направляет вызов на центральный компьютер. Номер передается по каналам управления каждого сота в системе. Когда вызываемый телефон обнаруживает свой номер в потоке поступающих данных, он отправляет свою идентификацию обратно в систему. Система использует цифровое сообщение в канале управления для выделения этому телефону канала для пользования. Телефон настраивается на этот канал и затем пользователю дается сигнал о поступающем вызове. Аналогичная последовательность имеет место, когда вызов делает пользователь сотового телефона. Пользователь набирает нужный телефонный номер в регистре телефона. Этот номер передается по каналу управления ближайшему соту (т.е. соту с самой сильной несущей). Затем компьютер системы предоставляет канал для вызова, а мобильный аппарат автоматически настраивается на этот канал.

За сравнительно короткий период своего существования сотовая связь завоевала большой успех. Новые абоненты, осознавая преимущества предоставляемой им возможности делать и принимать вызовы, находясь вне дома, пополняют ряды пользователей все в больших количествах. Во многих городах имеет место сильная конкуренция между A- и B-диапазонами при привлечении новых абонентов. Соответственно есть большая потребность в новых услугах, которые можно было бы предложить имеющимся и потенциальным абонентам. Настоящее изобретение было создано в результате осознания того обстоятельства, что подвижность, являющаяся главным преимуществом сотовой системы, в определенных обстоятельствах является одновременно и недостатком. Например, потерянный или похищенный сотовый телефон трудно восстановить. Поэтому пользователям очень пригодилась бы система, которая могла автоматически определять местоположение телефона. Кроме этого, если сотовый телефон был бы в автомобиле, а автомобиль был бы угнан, ценную услугу пользователям оказала бы система, которая, обеспечив определение местоположения телефона, также могла бы определить местонахождение автомобиля. Кроме того, возможны ситуации, когда пользователь сотового телефона может заблудиться, например, если пользователь едет по незнакомой местности ночью с телефоном в машине. Опять же большим преимуществом системы была бы ее способность автоматически определить местоположение телефона и по запросу сообщать пользователю его (пользователя) местонахождение. Аналогичным же образом пользователь сотового телефона, которому нужна неотложная медицинская помощь и который набирает экстренный телефонный номер (например, 911), возможно, не сможет сказать диспетчеру, где он находится. Системы, известные из предшествующего уровня техники, не в состоянии проследить, откуда поступил вызов по сотовому телефону. Поэтому в таких обстоятельствах пользователь сотового телефона окажется в очень трудном положении. Опять же было бы весьма полезным, если бы система могла определять местонахождение пользователя и предоставлять информацию персоналу неотложной медицинской помощи. Имеется еще множество других случаев применения для системы, обеспечивающей возможность автоматического определения местоположения сотового телефона.

В соответствии с изобретением заявлена система определения местоположения сотового телефона, предназначенная для определения местонахождения многих мобильных сотовых телефонов, каждый из которых сам периодически передает сигналы по одному из каналов из числа присвоенного набора каналов управления. Изобретение может быть осуществлено в системе, которая использует значительную часть существующей инфраструктуры сотовой системы. Например, как это описано подробнее ниже, система определения местоположения сотового телефона согласно данному изобретению может использовать вышки системы сотовой связи и помещения сотовых станций. В этом смысле система определения местоположения сотового телефона может быть наложена на сотовую систему.

Мониторинг каналов управления обеспечивает многочисленные преимущества для слежения за местонахождением сотовых телефонов. Во-первых, канал тональной частоты - это дорогой и дефицитный ресурс. Обычно для сотовых систем требуются примерно от шести до восьми секунд для присвоения канала тональной частоты определенному телефону. Если бы каналы тональной частоты применялись для слежения за местонахождением, то пришлось бы вызывать сотовый телефон и давать эту команду включить канал тональной частоты всякий раз, когда берется выборка сигнала для определения местонахождения. Это было бы неэкономичным и требовало бы значительного времени. Поэтому было бы крайне неэффективно, если бы система определения местонахождения требовала, чтобы телефон осуществлял периодические передачи по каналу тональной частоты. Во-вторых, каждая передача по каналу тональной частоты увеличивает количество вызовов, регистрируемых в соответствующей системе выставления счетов на оплату. Поэтому, если бы для системы определения местоположения требовались периодические передачи по каналу тональной частоты, это было бы очень обременительно для системы выставления счетов. В противоположность этому, передачи по каналу управления и так уже периодически осуществляются в сотовых системах. Поэтому данное изобретение совместно с существующими протоколами сотового телефона и не потребует модификации сотовой системы или отдельных сотовых телефонов. В-третьих, поскольку частотой передач в канале управления можно управлять средствами программного обеспечения, система определения местоположения согласно данному изобретению могла бы контролировать частоту передач канала управления и предлагать разным абонентам разные расценки обновления информации о местонахождении. В-четвертых, еще одно преимущество, которое дает мониторинг передач канала управления, связано с экономией энергии. Передачи в канале управления очень коротки и им требуется мало энергии по сравнению с передачами в канале тональной частоты. Соответственно требование периодических передач в канале тональной частоты обусловит значительный расход ресурса батарей питания в отдельных сотовых телефонах. Этого можно избежать с помощью мониторинга каналов управления.

Соответственно мониторинг периодических передач в канале управления дает значительные преимущества для автоматического определения местоположения мобильных сотовых телефонов. Однако мониторинг каналов управления требует обнаружения весьма слабых сигналов малой длительности, прошедших большие расстояния (например, двадцать пять миль - 46,3 км). При создании настоящего изобретения были разработаны сложные методы обработки сигналов и аппаратное обеспечение для обнаружения чрезвычайно кратких, маломощных сигналов канала управления. В связи с вышеизложенным мониторинг периодических передач канала управления (в противоположность передачам канала тональной частоты) и конкретный способ выполнения этой функции характеризуют собой значительный прогресс в развитии данной области техники.

Пример осуществления данного изобретения включает в себя по меньшей мере три системы сотовых станций и систему центральной станции. Каждая система сотовой станции содержит наземную антенну, установленную на определенной высоте; преобразователь в полосу частот модулирующих сигналов для приема сигналов сотовых телефонов и формирования сигналов полосы частот модулирующих сигналов, преобразованных из сигналов сотовых телефонов; приемник синхросигналов, общих для всех сотовых объектов и подсистему выборки сигнала полосы частот модулирующего сигнала и форматирования выбранного сигнала в группы цифровых данных. Каждая группа включает в себя заданное число битов данных и битов меток времени, в которых биты меток времени представляют время, когда приняты сигналы сотового телефона. Система центральной станции содержит средство обработки групп данных от систем сотовых станций для составления таблицы, идентифицирующей сигналы отдельных сотовых телефонов и разница во времени прихода сигналов сотового телефона для систем сотовых станций, а также средство определения на основе информации о времени прихода местонахождения сотовых телефонов, от которых получены сигналы сотовых телефонов.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения система центральной станции содержит коррелятор для осуществления взаимной корреляции битов данных каждой группы от одной сотовой станции с соответствующими битами данных каждой другой сотовой станции. Кроме того, данный предпочтительный вариант осуществления предусматривает использование базы данных для хранения данных о местонахождении, идентифицирующих сотовые телефоны и их соответствующие местонахождения, и средства обеспечения доступа к базе данных для абонентов на удаленных местах. Система также содержит средство предоставления данных о местонахождении определенному пользователю сотового телефона по запросу без установления речевого вызова, например, с помощью протокола CPDP (Протокол для передачи пакетов данных отображения предусматривает передачу данных по речевым каналам, когда они иным образом в данное время не используются). Эта особенность, в частности, полезна в связи с компьютерами типа "ноутбук" или портативными компьютерами с сотовыми модемами и программным обеспечением отображения.

Варианты осуществления изобретения также могут включать в себя средство объединения данных местонахождения с данными для выставления счетов для сотовых телефонов и формирования модифицированных данных счетов на оплату. В таком варианте осуществления данные счетов указывают стоимость каждого телефонного вызова, сделанного сотовыми телефонами в течение определенного периода времени, при этом стоимость основывается на одной из нескольких определенных заранее расценках, а модифицированные данные счетов основываются на различных расценках вызовов, сделанных с одного или нескольких заданных местоположений. Например, в системе может применяться пониженная расценка при выставлении счетов на оплату телефонных вызовов, определенных из дома или с места работы пользователя либо из другого географического места.

Варианты осуществления изобретения могут также включать в себя средство для передачи сигнала на выбранный сотовый телефон для того, чтобы дать выбранному телефону команду передать сигнал по каналу управления. Это средство позволяет системе немедленно определить местоположение этого телефона, не ожидая одной из его периодических передач по каналу управления.

Помимо этого, варианту осуществления изобретения могут включать в себя средство автоматической передачи информации о местонахождении в заданную станцию приема в ответ на прием сигнала бедствия от сотового телефона. Такое средство позволяет оказать экстренную помощь пользователю, оказавшемуся в затруднительном положении. Например, когда пользователя наберет "911", система автоматически сообщит диспетчеру данной службы местонахождение этого пользователя.

Еще одним элементом предпочтительного осуществления является средство для сравнения текущего местоположения того или иного телефона с заданным диапазоном местоположения и индикации состояния "тревоги", когда текущее местоположение находится за пределами заданного диапазона. Это средство может быть использовано, например, для уведомления родителей, когда ребенок, взявший машину родителей и сотовый телефон для "поездки в торговый центр", на самом деле поехал куда-то еще. Разумеется, возможны многие другие случаи применения этой функции объявления тревоги.

И еще одним элементом предпочтительного варианта осуществления изобретения является средство для обнаружения отсутствия передачи сигналов данным телефоном и в ответ на это автоматического поискового вызова данного телефона для инициирования передачи им сигналов. Это даст возможность системе определить местонахождение телефона, который не зарегистрировался в сотовой системе. Такое обнаружение "отсутствия передачи сигнала" могло бы, например, быть использовано для того, чтобы формировать сигнал тревоги абонента на удаленных позициях.

Помимо этого, предпочтительные варианты осуществления изобретения могут также включать в себя средство оценивания времени прибытия данного телефона в заранее определенное положение. Это можно было бы использовать, например, в связи с системой общественного транспорта для определения квазинепрерывных ориентировочных моментов прибытия автобусов на установленных маршрутах. Разумеется, возможны также другие случаи применения данного средства.

Варианты осуществления изобретения могут также включать в себя средство непрерывного слежения за конкретным телефоном посредством приема речевых сигналов, передаваемых данным телефоном по каналу тональной частоты, и определения местонахождения данного телефона по речевым сигналам. Такое слежение по каналу тональной частоты можно было бы использовать как вспомогательное для средства слежения по каналу управления. Реализация этого признака может потребовать, чтобы система определения местоположения осуществляла слежение за выделением каналов каждому телефону, местоположение которого надо определить. При слежении за выделением каналов при помощи системы определения местоположения может использоваться протокол динамического выделения каналов, используемый сотовой системой.

Данное изобретение также предусматривает способы определения местоположения одного или нескольких мобильных сотовых телефонов. Эти способы включают в себя следующие операции: а) прием сигналов по меньше мере тремя географически разделенными сотовыми станциями; б) обработка сигналов на каждой сотовой станции для формирования групп данных, каждая из которых должна содержать предписанное число битов данных и битов меток времени, причем биты меток времени представляют время, когда были сформированы группы данных на каждой сотовой станции; в) обработка групп данных для идентификации сигналов отдельного сотового телефона и разница во времени прихода сигналов сотового телефона на разные сотовые станции; г) определение, исходя из моментов времени прихода сигналов, местоположения сотовых телефонов, передавших сигналы сотовых телефонов.

Один из предпочтительных вариантов осуществления способа, соответствующего изобретению, заключается в оценивании местоположении сотового телефона посредством выполнения следующих операций: 1) создание сетки теоретических пунктов, охватывающей определенный географический район, при этом теоретические пункты разделены интервалами, определяющими заданными приращениями широты и долготы; 2) вычисление теоретических величин времени задержки для множества пар сотовых станций; 3) вычисление разности наименьших квадратов (РНК) на основе теоретических значений времени задержки и измеренных значений времени задержки для множества пар сотовых станций; 4) поиск по всей сетке теоретических пунктов и определение оптимальной теоретической широты и долготы, для которой величина РНК минимальна; 5) начиная с оптимальной теоретической широты и долготы, выполнение последующей итерации по методу линеаризированных взвешенных наименьших квадратов для определения фактической широты и долготы с точностью в пределах предписанного числа градусов или доли градуса. Предпочтительно, операция вычисления (2) включает в себя учет любых известных смещений для станции, вызванных механическими, электрическими факторами или факторами окружающей среды, причем упомянутые смещения определяются периодическим вычислением положений опорных сотовых передатчиков с известными местоположениями.

Кроме того, разность наименьших квадратов предпочтительно определяется следующей формулой: РНК = [Q₁₂ (задержка T₁₂ - задержка O₁₂)² + Q₁₃ (задержка T₁₃ - задержка O₁₃)² + ...Q_xy (задержка T_xy - задержка O_xy)²], где задержка T_xy - представляет теоретическую задержку между сотовыми станциями x и y; x и y являются индексами, представляющими сотовые станции; задержка O_xy представляет измеренную задержку между объектами x и y; Q_xy представляет коэффициент качества для измерения задержки между сотовыми станциями x и y, коэффициент качества определяется как оценка степени воздействия многолучевого распространения или иных аномалий на конкретное измерение задержки.

Кроме того, способ, соответствующий изобретению, может включать в себя обнаружение первого переднего фронта сигнала сотового телефона и режектирование последующих передних фронтов сигнала сотового телефона. Это дает возможность системе уменьшить эффекты многолучевого распространения.

Кроме того, предпочтительные варианты осуществления изобретения включают в себя оценивание скорости (скорость и направление) сотового телефона посредством выполнения операций, аналогичных тем, которые выполняются для оценивания местонахождения, включая 1) составление сетки теоретических пунктов, охватывающей заданный диапазон скоростей, при этом теоретические пункты разделены интервалами, определяемыми заданными приращениями, 2) вычисление теоретических значений разности частот для множества пар сотовых станций; 3) вычисление разности наименьших квадратов (РНК), исходя из теоретического значения разности частот и измеренной разности частот для множества пар сотовых станций; 4) поиск по всей сетке теоретических пунктов и определение оптимальной теоретической скорости, для которой значение РНК минимально; 5) начиная с оптимальной теоретической скорости, выполнение по следующей итерации по методу линеаризированных взвешенных наименьших квадратов для определения фактической скорости с точностью в пределах заданного допуска.

Прочие признаки данного изобретения описываются ниже.

На фиг. 1A изображен пример схемы многократного использования частоты, применяемой в системе сотовой телефонной связи; на фиг. 1B - схематическое изображение примера назначения каналов при использовании разбиения сотов на сектора; на фиг. 1C - схематическое изображение основных компонентов системы сотовой телефонной связи; на фиг. 2 - схема системы определения местоположения сотового телефона в соответствии с данным изобретением; на фиг. 3 - блок-схема предпочтительного варианта осуществления системы 12 сотовой станции; на фиг. 4 - блок-схема предпочтительного варианта осуществления изобретения преобразователя 12-3 полосы частот модулирующих сигналов, где использованы следующие обозначения: 1 - вход радиочастоты 2 - антенна 3 - полосовой фильтр 4 - смеситель 5 - генератор 6 - буферный усилитель 7 - делитель 8 - частота от управляющего устройства 9 - промежуточная частота 10 - выход верхней боковой полосы 11 - фильтр нижних частот 12 - автоматический регулятор усиления 13 - верхняя боковая полоса к дискретизатору 14 - квадратичный детектор 15 - к управляющему устройству 16 - монитор передней панели 17 - гетеродин 18 - смеситель 19 - выход нижней боковой полосы 20 - блок распределения мощности 21 - от управляющего устройства 22 - к управляющему устройству 23 - квадратичный детектор 24 - шина IEEE488 от компьютера 25 - синтезатор 26 - нижняя боковая полоса к дискретизатору.

На фиг. 5 изображена схема формата данных, обеспечиваемого блоком 12-5 форматирования; на фиг. 6 - блок-схема одного предпочтительного варианта осуществления системы 16 центральной станции, где использованы следующие обозначения: 1 - выборки антенны 1 2 - выборки антенны 2 3 - выборки антенны N 4 - блок схем интерфейса/деформатирования Ti CSU 5 - данные 6 - тактовый сигнал 7 - двойной регистр с плавающей запятой 8 - выбор 2 из N 9 - генератор тактового сигнала 10 - управление ЗУПВ 11 - данные A 12 - данные B1 13 - данные B2 14 - компьютер 15 - комплексный регулятор.

На фиг. 7 изображена блок-схема коррелятора для использования в системе 16 центральной станции; на фиг. 8 - упрощенная блок-схема предпочтительной последовательности операций системы центральной станции; на фиг. 9 - блок-схема с изображением примерных вариантов осуществления систем сотовых станций, используемых в системе определения местоположения, которая производит взаимную корреляцию сигналов сотовых станций; на фиг. 10-14 - блок-схемы, иллюстрирующие функционирование системы 16 сотовой станции при получении данных корреляции, данных временной задержки и разности частот и при определении местоположения сотового телефона на основе этих данных; на фиг. 15 - схема реализации способа создания модифицируемой ленты счета на оплату в соответствии с данным изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения включают в себя сеть приемников, находящихся на нескольких сотовых станциях в сотовой системе. Эти приемники прослушивают команды/ответы мобильного канала управления, которые обычно передаются в сотовой системе, и оценивают физическое местоположение каждого сотового телефона, действующего в пределах данной системы. Исходя из известной идентификации каждого телефона, полученной в результате приема в канале управления, и оценки физического местоположения телефона, система постоянно формирует поток данных в реальном времени, который поступает в базу данных. База данных может находиться там же, где расположен сотовый коммутатор, либо может быть в другом удобном месте. Поток данных, поступающий в базу данных, включает в себя ряд чисел, причем первое число является номером телефона; второе число - оценка широты, долготы и высоты передатчика; третье - метка времени измерения. Программное обеспечение базы данных, которое обрабатывает поток данных, может поддерживаться оператором системы определения местоположения, а не оператором системы сотовой телефонной связи, если они оба не одно и то же лицо.

Система определения местоположения работает с использованием частот, присвоенных каналам управления сотовой системы. Сотовые телефоны используют эти каналы управления для поддержания регулярного контакта с сотовой системой; при этом интервал времени между каждым контактом обычно не превышает тридцати минут и в общем составляет около десяти минут. Каждый канал управления включает в себя поток данных, кодированных манчестерским кодом - 10 кБ/с. На один сотовый сектор или на всю сотовую станцию используется только один канал управления. Система определения местоположения может функционировать только путем прослушивания передач сотовых телефонов по каналу управления; она не зависит от передач по каналу управления от других сотовых станций. Предпочтительно система определения местоположения включается в себя оборудование, которое размещено на вышках сотовой системы (хотя оборудование может находится и на других высоких сооружениях), в помещениях для размещения оборудования сотовых станций и на станции (ях) центрального коммутатора.

Как показано на фиг. 2, система определения местоположения сотового телефона в соответствии с данным изобретением содержит по меньшей мере три, а предпочтительно более трех, систем 12a, 12b, 12c, 12d. (Нужно отметить, что данный чертеж, как и другие чертежи, представлены в упрощенном виде, т.е. некоторые элементы и взаимосвязи не отображены). Однако приводимое здесь описание и прилагаемые чертежи достаточны, чтобы специалист в данной области мог осуществить и использовать описываемое изобретение. Каждая система сотовой станции может располагаться на сотовой станции системы сотовой телефонной связи, тем не менее это не обязательно, поскольку дополнительная антенна и приемное оборудование могут размещаться в местах, не перекрываемых полностью сотовыми станциями. На фиг. 2 также показан пользователь с сотовым телефоном 10a. Как описано ниже, каждая система сотовой станции включает в себя антенну, которая может устанавливаться на той же вышке или здании, что и антенна, используемая системой сотовой телефонной связи. Помимо этого, каждая система сотовой станции включает в себя оборудование (описывается ниже), которое можно поместить в корпусе для размещения оборудования соответствующей сотовой станции. Таким образом, система определения местоположения сотового телефона может совмещаться с системой сотовой телефонной связи, благодаря чему ее осуществление может быть достаточно экономичным. Системы 12a, 12b, 12c, 12d сотовых станций взаимосвязаны линиями связи 14a, 14b, 14c, 14d(например, линии связи T1), идущими к центральной станции 16. Центральная станция 16 может размещаться вместе с коммутатором мобильных телефонов системы сотовой телефонной связи. Центральная станция 16 может включать в себя ЗУ 18 на дисках.

Центральная станция 16, кроме того, связана с базой данных 20, которая может быть удалена от центральной станции и предоставлена для доступа абонентов. Например, на фиг. 2 показан первый терминал 22, связанный через модем (не показан) и телефонную линию с базой данных 20; второй терминал 24, связанный с базой данных 20 по радиоканалу, и третий, портативный терминал 26, носимый пользователем, у которого также есть сотовый телефон 10b, связанный с базой данных по радиоканалу. Пользователь с сотовым телефоном 10b и портативным терминалом 26 может определять свое собственное местонахождение посредством доступа в базу данных. Портативный терминал 26 может включать в себя специальное программное обеспечение картографирования для отображения местонахождения пользователя, например, на карте, на терминале 26. Кроме этого, сотовый телефон и портативный терминал можно было бы совместить в одном аппарате.

Системы сотовых станций.

На фиг. 3 представлена блок-схема предпочтительного варианта осуществления системы 12 сотовой станции. До обсуждения этого варианта осуществления системы сотовой станции следует отметить, что имеется два варианта предпочтительного осуществления для оборудования на каждой сотовой станции, при этом конкретное осуществление отдельной сотовой системы зависит от желательного уровня затрат.

Первый вариант предпочтительного осуществления включает: 1) антенну для приема сигналов сотового диапазона частот; 2) полосовой фильтр малой задержки с шириной полосы частот в 630 кГц, расположенного в десяти-пятнадцати футах (3,048 - 4,572 м) от сотовой антенны для устранения помех от соседнего канала; 3) усилитель с достаточным коэффициентом усиле