BRPI0609085A2 - métodos para obter dados de localização e para calcular a localização de um terminal de rádio móvel em uma rede de comunicações por rádio, sistema, e, terminal de rádio móvel - Google Patents

Abstract

METODOS PARA OBTER DADOS DE LOCALIZAçãO E PARA CALCULAR A LOCALIZAçãO DE UM TERMINAL DE RADIO MóVEL EM UMA REDE DE COMUNICAçõES POR RADIO, SISTEMA, E, TERMINAL DE RADIO MóVEL. Um método e sistema para calcular a localização de um terminal de rádio móvel em uma rede de comunicações por rádio. O método fornece a coleta de medidas de parâmetros de sinal de rádio no terminal de rádio móvel que são então processadas e transmitidas para um processador da rede para calcular a localização do terminal de rádio móvel. As medidas coletadas podem ser filtradas e subconj untos das medidas também podem ser selecionados de acordo com suas adequações para aplicações particulares.

Description

"MÉTODOS PARA OBTER DADOS DE LOCALIZAÇÃO E PARACALCULAR A LOCALIZAÇÃO DE UM TERMINAL DE RÁDIOMÓVEL EM UMA REDE DE COMUNICAÇÕES POR RÁDIO, SISTEMA,E, TERMINAL DE RÁDIO MÓVEL"

CAMPO TÉCNICO

Esta invenção se refere a métodos e aparelhos para localizarum terminal de rádio móvel dentro de uma rede de comunicações via rádio.

DOCUMENTOS PRIORITÁRIOS

O presente pedido reivindica prioridade para:

Pedido de Patente Provisório Australiano No. 2005901735com o título "Mobile Location" e depositado em 8 de abril de 2005; Pedido dePatente Provisório Australiano No. 2005903577 com o título "EnhancedTerrestrial Mobile Location" e depositado em 6 de julho de 2005; e Pedido dePatente Provisório Australiano No. 2005906105 com o título "Profile BasedCommunications Service" e depositado em 4 de novembro de 2005. Oconteúdo inteiro para cada uma dessas aplicações é aqui incorporado parareferência.

INCORPORAÇÃO PARA REFERÊNCIA

Os seguintes pedidos de patentes co-pendentes sãoreferenciadas nas descrições seguintes:

- PCT / AU2005 / 001358 com o título "Radio Mobile UnitLocation System";

- PCT / AU2006 / 000347 com o título "Enhanced MobileLocation and System";

- PCT / AU2006 / 000348 com o título "Enhanced MobileLocation";

Pedido de Patente Internacional Co-pendente "ereivindicando prioridade para Pedido de Patente Provisório Australiano Nos.2005901735, 2005903577 e 2005906105.O conteúdo inteiro de cada um desses pedidos é aquiincorporado para referência.

FUNDAMENTOS

Há uma gama de sistemas existentes para localizar telefonesmóveis. Estes podem ser agrupados em três categorias com a seguir:

Sistemas baseados em Rede. Tais sistemas efetuam as medidasde parâmetros de sinal assim como calculo de localização em um ou maisservidores baseados em rede.

Sistemas baseados em aparelho de telefone. Nestes sistemas,ambas as medidas e os cálculos de localização são efetuados no aparelho detelefone.

Híbridos. Nestes sistemas as medidas são efetuadas em umlugar enquanto o cálculo de posições é efetuado em um outro. Por exemplo, oaparelho de telefone pode fazer as medidas e reportá-las para uma entidadebaseada na rede onde os cálculos de localização são efetuados. Em algunscasos as medidas são pré-processadas antes de enviar.

Limitações dos sistemas atuais

Durante operação de um serviço baseado em uma localizaçãoparticular, um fator chave determinante no sucesso do serviço é o custo para ousuário. No caso dos serviços baseados em uma localização, uma grandeproporção desses custos é devido a realmente obter a estimativa delocalização. Em muitos casos, o custo é primeiramente acarretado por obter asmedidas de parâmetros de sinal para o cálculo de localização. Com umexemplo, em um sistema híbrido assistido de aparelho de telefone, a entidadebaseada na rede tem de abrir uma conexão com o rádio móvel e solicitar asmedidas. O aparelho de telefone por sua vez precisa transmitir as medidaspara a entidade solicitante. Esta troca consome recursos da rede e como umresultado acarreta um custo. Também, recursos de rede são finitos e assimsendo limitando o número de usuários que podem ser acompanhadossimultaneamente assim como necessitando manter um compromisso comrelação a outros serviços que requerem os recursos de rede. Nos parágrafosseguintes vamos realçar as limitações dos sistemas atuais comparados com osistema desta invenção. As limitações primárias são custo excessivo oudesempenho inadequado.

Sistemas baseados em rede

Nos sistemas baseados em rede, equipamentos baseados narede medem parâmetros de sinais recebidos provenientes do rádio móvel. Osequipamentos de medição podem ser estações base de rede de rádio móvel oureceptores auxiliares instalados como uma superposição para uma redeexistente. Em cada caso há um requisito fundamental para o rádio móvel, ouseja transmitir em ordem para sinais a serem disponibilizados para a medida.

Este representa uma limitação séria para qualquer serviço baseado emlocalização onde monitoração freqüente de uma localização de um rádiomóvel é necessária mas o uso da localização para benefícios comerciais émuito menos freqüente. Para ilustrar, considere uma aplicação de propagandade rádio móvel. Uma loja ou cadeia partícula deseja conhecer quando umcliente registrado se aproxima de uma loja. O objetivo é transmitir umapropaganda direcionada talvez acompanhada por uma oferta de descontolimitada por tempo para atrair receptor para dentro da loja. Para operar taluma aplicação com o sistema de localização baseado em rede, medidas delocalização periódica teriam de ser efetuadas, digamos a cada intervalo de 10minutos. Cada uma dessas medidas de localização requer que o rádio móvelseja ativado, acarretando um custo em termos de recursos de rede e uso debateria no rádio móvel. Como um custo indicativo, no tempo corrente,operadores de rádio móvel aparecem cobrando uma taxa por solicitaçãosimilar aquela cobrada para Short Message Service (SMS). No exemplo aolado, as solicitações de localização poderiam continuar por um períodoestendido de dias ou mesmo semanas sem o cliente sendo localizado perto daloja. O resultado é um custo acumulado muito grande para as localizaçõessem o proprietário da loja tendo a oportunidade de enviar uma únicapropaganda. Proprietários de loja e outros usuários em potencial similares detal um sistema não usam serviços sob tais termos.

Sistemas de localização híbridos

Nas arquiteturas híbridas mais comuns, medidas são feitasatravés do aparelho de telefone e então fornecidas a uma entidade baseada narede para cálculo da posição, a limitação neste caso é a mesma que parasistemas baseados em rede. Cada avaliação de posição requer a transferênciade medidas do aparelho de telefone para a entidade baseada na rede. Estatransferência pode ser via SMS, Serviço de Rádio por Pacote Geral (GPRS)ou outro transportador sem fio, contudo todos acarretam um custo finito quese acumula com cada ciclo e em proporção não fixas para o benefíciocomercial sendo derivado.

Soluções baseadas em aparelho de telefone

As limitações descritas nos parágrafos anteriores podem sersuperadas usando um sistema no qual a localização do usuário pode sermonitorada sem um custo de transação. No exemplo de aplicação acima, umcusto somente deveria ocorrer quando o cliente estivesse nas vizinhanças daloja. Sistemas baseados em aparelho de telefone podem fornecer tal umasolução.

Há soluções baseadas em aparelho de telefone. Talvez a maisbem conhecida é a solução baseada em satélite na qual um receptor deSistema de Posicionamento Global (GPS) é integrado com o aparelho detelefone. Este tipo de sistema pode fornecer monitoração precisa, de custolivre da posição e uma transação somente quando útil. Uma desvantagemdesta solução é a relativa baixa penetração dos aparelho de telefoneshabilitados ao GPS no mercado. Isto significa que serviços baseados emlocalização usando tais aparelhos de telefone podem ser oferecidos somente auma pequena porcentagem de assinantes de rádio móvel. Também, operaçãoconfiável de receptores de GPS geralmente é limitada a ambientes externoscom a visão razoável do céu.

Uma outra solução baseada em aparelho de telefone existentefornece um grosseiro cálculo de posição baseado em Identidade de Célula(CID). Isto usa a localização da estação base correntemente atendendo o rádiomóvel. O rádio móvel conhece a identidade da estação base atendente. Se orádio móvel tem disponível uma tabela de identificadores de estação base elocalizações correspondentes, então uma localização aproximada pode sercalculada. Enquanto esta abordagem evita o custo de transação de localizaçãorepetida, ela sofre de uma desvantagem maior devido a inexatidão daslocalizações. Em alguns casos os erros podem ser de vários quilômetros.

Embora técnicas são conhecidas para obter exatidão melhorada usandoalgoritmos mais sofisticados, estas são inadequadas para implementação ouem um aparelho de telefone ou mais particularmente em um cartão de Módulode Identidade de Assinante (SIM) devido aos recurso de processamento ememória muito limitados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecidoum método para obter dados de localização, o método compreendendo:

- obter pelo menos uma medida de uma grande quantidade deparâmetros de sinal de rádio em um primeiro momento;

- obter pelo menos uma medida subseqüente de uma grandequantidade de parâmetros de sinal de rádio subseqüentes em um segundomomento;

- aplicar a pelo menos uma medida e a pelo menos umamedida subseqüente a um filtro para obter os dados de localização.

Em uma forma, a pelo menos uma medida e a pelo menos umamedida subseqüente são obtidas através de um terminal de comunicação derádio móvel.

Em um aspecto, os dados de localização são armazenados paratransmissão subseqüente a um processador para uso no cálculo de localização.

Em uma outra forma, os dados de localização são transmitidosa um processador intermitentemente.

Em uma forma adicional, os dados de localização sãotransmitidos a um processador em intervalos de tempo regulares.

Em uma outra forma, os dados de localização são transmitidosao processador após solicitação.

Em uma outra forma, os dados de localização são transmitidosao processador após solicitação do processador.

Em uma outra forma, os dados de localização são transmitidosao processador após solicitação de um usuário do terminal de rádio móvel.

Em um outro aspecto, os dados de localização são transmitidosapós uma mudança na localização do terminal de rádio móvel.

Em um aspecto adicional, medidas adicionais de uma grandequantidade de parâmetros de sinal de rádio adicionais são obtidas, até queuma área de armazenamento do terminal de radio móvel esteja cheia.

Em uma outra forma, o método também compreendeselecionar um subconjunto da pelo menos uma medida ou pelo menos umamedida subseqüente obtida para filtragem de acordo com uma aplicaçãoespecífica.

Em uma outra forma, o método também compreendearmazenar uma grande quantidade de dados de localização.

Em uma outra forma, o método também compreendeselecionar um subconjunto dos dados de localização de acordo com umaaplicação específica.

Em uma forma adicional, os dados de localização sãotransmitidos em uma mensagem de dados de comprimento variável.Em um outro aspecto, o comprimento da mensagem de dados édeterminado de acordo com uma aplicação específica.

Em uma outra forma, o método também compreendeperiodicamente remover uma ou mais da pelo menos uma medida e ou a pelomenos uma medida subseqüente.

Em uma outra forma, o passo de periodicamente remover auma ou mais da pelo menos uma medida e a uma ou mais da pelo menos umamedida subseqüente e feito de acordo com sua relevância.

Em um outro aspecto, o método também compreendeselecionar um subconjunto dos dados de localização obtidos para transmissão,de acordo com a relevância do subconjunto.

Em um outro aspecto, o método também compreendeselecionar um subconjunto dos dados de localização obtidos para transmissão,de acordo com o tamanho da mensagem de dados de transmissão.

Em um aspecto adicional, a grande quantidade de parâmetrosde sinal de rádio inclui pelo menos um parâmetro de sinal de rádio nãoambíguo e pelo menos um parâmetro de sinal de rádio ambíguo.

Em uma forma, o parâmetro de sinal de rádio ambíguo éresolvido antes de ser aplicado ao filtro.

Em uma forma adicional, o passo de resolver o parâmetro desinal de rádio ambíguo é adiado para sempre que possível antes de seraplicado ao filtro.

Em um outro aspecto, o método também compreende enviarinformação de assistência para o terminal de rádio móvel.

Em uma forma adicional, uma estimativa de localização écalculada no terminal de rádio móvel usando a informação de assistência.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, éfornecido um método para calcular a localização de um terminal de rádiomóvel em uma rede de comunicações via rádio, o método compreendendo:receber processos de dados de localização de acordo com ométodo de qualquer um dos aspectos anteriores, relacionando a localização doterminal de rádio móvel; e processar os dados para calcular a localização doterminal de rádio móvel.

Em uma forma, o passo de processar compreende minimizar afunção de custo.

Em uma forma adicional, a função de custo é dada por:

C (x) = Cr (x) + Ct (x) + C11 (x)

onde:

Cr é o custo associado com observações da potência do sinal;Ct é o custo associado com observações de avanço detemporização; e

Cu é o custo associado com observações de células nãoreportadas.

Em uma forma adicional, Cr, Ct e Cu são calculados como aseguir:

<formula>formula see original document page 9</formula>

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, éfornecido um sistema para efetuar os passos de qualquer um dos aspectosanteriores da presente invenção.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, éfornecido um terminal de rádio móvel para efetuar os passos do primeiroaspecto da presente invenção.DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS

Figura 1 - ilustra a arquitetura do sistema proposto;

Figura 2 - é um fluxograma de processo do processamentopara resolver ambigüidades nas duas medidas;

Figura 3 - mostra um arranjo em uma rede de acordo com umaspecto da presente invenção;

Figura 4 - mostra um arranjo em uma rede de acordo com umoutro aspecto da presente invenção;

Figura 5 - ilustra uma estimativa de posição calculada usandoparâmetros de um ambiente urbano;

Figura 6 - ilustra uma estimativa de posição calculada usandoparâmetros de um ambiente rural; e

Figura 7 - ilustra a computação de um centróide de célula

DESCRIÇÃO DETALHADA

A presente invenção será agora descrita em detalhes comreferência a uma ou mais modalidades da invenção, exemplos dos quais sãoilustrados nos desenhos anexados. Os exemplos e modalidades são fornecidospara efeito de explicação somente e não devem ser considerados comolimitantes do escopo da invenção. Além do mais, características ilustradas oudescritas como parte de uma modalidade podem ser usadas com uma ou maisoutras modalidades para fornecer uma nova combinação adicional.

Será entendido que a presente invenção cobrirá essas variaçõese modalidades assim como variações e modificações que seriam entendidaspelas pessoas com habilidade na técnica.

Ao longo deste relatório descritivo, o termo "rádio móvel "ou"telefone de rádio móvel "é usado de forma sinônima com termos tais com o"telefones celulares "ou "terminal de rádio móvel", e será entendido paraenglobar qualquer tipo de terminal de rádio móvel tal com um telefonecelular, Assistente Digital Pessoal (PDA), Iap top ou outros computadores derádio móvel, ou radio de localização.

Na descrição a seguir, quando processamento é descrito comosendo realizado no terminal de rádio móvel, será entendido que oprocessamento poderia ser realizado no aparelho de telefone, no Módulo deIdentificação Assinante (SOM) que é inserido no aparelho de telefone, em umprocessamento adicional ou cartão inteligente inserido no aparelho detelefone, ou em uma combinação de dois ou mais desses.

Será também entendido que muito do processamento queocorre na implementação de vários aspectos da presente invenção podetambém ser distribuído entre o aparelho de telefone, um ou mais elementos derede dentro da rede de comunicações via rádio e / ou um ou mais elementosfora da rede de comunicações via rádio. Também será entendido que ainvenção pode ser aplicada a qualquer aplicação na qual a estimativa delocalização para um terminal de rádio móvel é requerida.

Arquitetura

Figura 1 mostra uma parte de uma rede de comunicações viarádio 10 tendo transmissores ou estações base de transceptores 1, 2, e 3.também mostrado na Figura 1 está um terminal de rádio móvel ou rádiomóvel 20 e um servidor 30. O servidor pode ou ser integrado na rede ouassociado com a rede.

Em uma modalidade da presente invenção, medidas deparâmetros de rádio relacionadas com a localização do terminal de rádiomóvel são feitas no terminal. Estas podem incluir identificadores de células,freqüência de canal, outros códigos de identificação tais como códigos deidentidade de estação base, ou códigos de mistura, e tempos incluindo tempode viagem de ida e volta ou diferenças de tempo. Em uma forma destamodalidade, as medidas são feitas repetidamente em uma taxa configurável.

As medidas são adicionadas em acumulador com descrito abaixo. Quando asmedidas são requeridas em um servidor baseado na rede para um cálculo delocalização, alguma ou todas das informações no acumulador de medida sãocodificadas em uma mensagem e transmitidas ao servidor. Opcionalmente ainformação é comprimida, com ou sem perda. Esta transmissão pode seriniciada por uma mensagem de solicitação proveniente do servidor,alternativamente, a transmissão pode ser acionada pelo rádio móvel aodetectar uma mudança suficiente na posição. Os tipos de medidas disponíveispodem variar dependendo da aplicação, das capacidades de medida doterminal de rádio móvel assim como do tipo de rede de rádio e dotransportador usado para transportar os dados. Por exemplo, em uma rede deGSM, onde um cartão SIM é usado para hospedar o componente do terminalde rádio móvel do sistema, as medidas podem incluir identificadores decélulas servindo, ARFCNs, BSICs e níveis de sinal recebido, em um outroexemplo, onde a rede é uma rede de UMTS, as medidas podem incluir um oumais identificadores de células servindo, um ou mais medidas (RSCP) denível de sinal de canal de piloto (CPICH), uma ou mais medidas de retardo deviagem de ida e volta (RTT) e uma ou mais medidas de diferença de tempo(compensação de SFN-SFN). Em ainda um outro exemplo, onde a rede é umarede de CDMA, as medidas poderiam incluir um ou mais IDs de estação base,um ou mais níveis de recebido de canal de piloto (PICH), uma ou maiscompensações de PN e um ou mais retardos de viagem de ida e volta.

Ás vezes, quando o terminal tem uma conexão estabelecidacom a rede, medidas de avanço de tempo estão disponíveis e também podemser usadas. De fato em algumas implementações, incluindo SIM ToolKit emGSM, pode ser possível detectar o estabelecimento de uma conexão e deforma oportunista coletar uma ou mais medidas de temporização em taisvezes. Em outros casos quando o software é implementado diretamente noterminal, as medidas podem incluir todos dos tipos de medidas mencionadasacima mais diferenças de tempo.

As medidas de parâmetros de rádio são processadas noservidor para obter uma estimativa de localização como descrita abaixo.

Comparado com sistemas existentes nos quais uma medida de localização éobtida simplesmente através de processamento do mais recente conjunto demedida disponível no terminal de rádio móvel ou na rede, o presente sistemaalcança de forma significativa melhor exatidão através do uso de umacumulador que maximiza a diversidade da informação para ser usada para ocálculo.

Isto permite flutuações de curto prazo nas medidas a serreduzida e torna informação adicional disponível para o cálculo delocalização.

Algumas medidas somente estão disponíveis quando o rádiomóvel tem uma conexão estabelecida com a rede. Um exemplo de tal umamedida é Vantagem de Temporização em GSM. Medidas adicionais dessetipo podem fornecer melhora na exatidão do cálculo de localização. Algumasaplicações podem ter requisitos de qualidade de serviço (ou exatidão) maisalto. Para satisfazer tais requisitos de aplicação, o rádio móvel pode iniciaruma conexão com a rede, coleta uma ou mais medidas de tempo e entãofechar a conexão. Note que este passo adicional somente seria efetuado emsituações onde uma recente medida de tempo não está disponível e osrequisitos de QOS necessitam de tal uma medida. A conexão pode ser de voz,dados, GPRS ou outro tipo de conexão que permita uma medida de avanço detempo a ser obtida. A uma ou mais medidas de tempo são então incorporadascom as outras medidas usadas para cálculo de localização.

Descrição geral dos benefícios do acúmulo de medidas

A presente invenção fornece um acumulador de medida noterminal de rádio móvel para acumular medidas de parâmetros de rádio emuma maneira que maximiza a informação disponível para cálculo delocalização assim como diminui alguns dos riscos que aprecem em tratandomedidas ambíguas. Tipicamente, o acúmulo é efetuado sobre múltiplosconjuntos de medidas onde cada conjunto contém um número limitado demedidas. Múltiplas medidas tendo o mesmo identificador não único nãonecessariamente se derivam da mesma estação base.

Como um exemplo, o Relatório de Medição de Rede de umterminal de GSM contém a maioria da informação pertencendo a uma célulaservindo e seis células vizinhas. Medidas repetidas contudo, em um curtoperíodo podem exibir alguma diversidade devido as variações na propagaçãode rádio tal com desvanecimento e interferência não estacionária. Istosignifica que comparado para calcular uma estimativa de localização usandoqualquer conjunto de medida único, é freqüentemente possível obter umamais exata estimativa por sua vez acumulando os resultados de váriosconjuntos de medidas sucessivas e combinando essas de vários modos paraefetuar um cálculo de localização. Deve ser observado que este melhoramentoé plausível de ser mais pronunciado do que o ganho alcançado simplesmentereportando uma média de múltiplas observações ruidosas dos mesmosparâmetros como será entendido por alguém com habilidade na técnica. ORelatório de Medição de Rede também ilustra a existência de medidasambíguas. As células vizinhas são comumente identificadas somente por suasfreqüências e código de identidade da estação base ou apenas a freqüência.

Diferente da identidade de célula, elas não são garantidas de serem únicasatravés da rede. Determinar uma estimativa de localização exata requer que asmedidas ambíguas seja associadas com a estação base correta e que medidasde diferentes estações base não sejam inadvertidamente misturadas juntas talcomo através de cálculo de média.

Nos parágrafos seguintes nos mostramos exemplos pegos apartir de um terminal de rádio móvel operando em uma rede de GSM parailustrar a informação adicional que pode ser ganha acumulando múltiplosciclos de medidas.

Tabela 1 mostra os resultado de dois ciclos de medida pegosem um aparelho de telefone de GSM padrão em modo ocioso, separado por 5segundo.

TABELA 1

Primeiro ciclo:cid: 25867arfcn: [ 99 14 95 87 2 89 73 ]rxLev: [ -37 -34 -42 -58 -72 -73 -78 ]bsic: [20 33 34 44 1 54 15]Segundo ciclocid: 25867arfcn: [ 99 14 95 87 89 2 91 ]rxLev: [ -39 -35 -42 -58 -68 -71 -72 ]bsic: [ 20 33 34 44 1 54 1 57 ]

No primeiro conjunto de medidas, uma célula tendo ARFCN73 e BSIC 15 é reportada com a célula vizinha mais fraca. No conjunto demedidas subseqüente contudo, isto foi substituído com uma célula tendoARFCN 91 e BSIC 57. Obtendo a segunda medida e combinando os doisconjuntos no acumulador na maneira mostrada abaixo, nos obtemos nãoapenas o benefício de níveis de potência médio para essas células, mastambém uma medida pertencendo a uma célula adicional. A disponibilidadede uma célula adicional para cálculo de localização freqüentemente permiteuma mais exata localização do que, por exemplo, simplesmente uma segundamedida de uma célula existente. Isto é por causa da diversidade aumentada depontos de referência (lugares de células) nos dados e correspondentemelhoramento na diluição geométrica como é bem conhecido por aqueles natécnica. Este efeito de diluição geométrica é comumente referenciado portermos tais com Diluição Horizontal de Precisão (HDOP) ou DiluiçãoGeométrica de Precisão (GDOP). Diversidade de medidas também facilita arejeição de medidas erradas de forma distinta, que por outro lado causariamgrandes erros na estimativa de localização. Técnicas para alcançar taisrejeições são bem conhecidas na técnica.

Ainda um outro benefício pode ser ganho das variaçõestemporais nas medidas reportadas. Tabela 2 mostra, um outro par desucessivas medidas, de novo separadas de 5 segundos no tempo, medidas emum terminal de rádio móvel de GSM, desta vez em modo dedicado, isto é, orádio móvel tem uma conexão estabelecida com a rede.

TABELA 2

Ciclo 1:cid: 9702arfcn: [26 18 12 12 38 14 20]ta: 8rxLev: [ -74 -70 -75 - 70 -74 -76 -76 ]bsic: [35 4 17 17-99 -99 -99]Ciclo 2:cid: 9702arfcn: [ 26 18 6 12 6 20 8 ]ta: 8rxLev: [ -71 -63 -77 - 70 -74 -76 -74 ]bsic: [35 4 33 17 33 -99-99]

Neste caso, observe na primeira medida que há 3 valores deBSIC reportados com -99. Isto é um valor reservado usado quando o terminalde rádio móvel tem de fato sido incapaz de decodificar o BSIC para estacélula, devido, por exemplo, a interferências.

No segundo conjunto de medidas contudo, a primeira dessascélulas, tendo um ARFCN de 6 foi decodificado com sucesso e neste caso oBSIC é reportado como 33. Acumulando a informação a partir de dois ciclosde medidas neste caso, nós obtemos a identificação aumentada na forma doBSIC para esta célula Os benefícios em termos de exatidão de localização,descritos acima também ocorrem neste caso.

Descrição detalhada do Acumulador de medida

A presente invenção fornece um método para acumularmedidas de parâmetros de rádio provenientes de múltiplos ciclos de medidas.tipicamente, tal uma implementação em um terminal de rádio móvel precisaoperar com recursos restritos, por exemplo, a memória e ciclos de CPUdisponíveis para operar o acumulador. O método descrito aqui fornece osbenefícios de acumulo em conjunto com uma estrutura na qual o valor dainformação é mantido na tabela, do ponto de vista de uma solução delocalização pode ser otimizada para um dado conjunto de recursos restritos.

O acumulador mantém uma tabela contendo as identidades dascélulas que são medidas e uma tabela contendo as medidas pertencentesàquelas células. Cada vez que um novo ciclo de medidas é completado, estastabelas são atualizadas. Se uma medida pertencente a uma nova célula érecebida, a tabela de célula é atualizada com o novo identificador de célula. Jáque o tamanho das tabelas é limitado (sujeito a limites de memória e ciclo deCPU), pode ser necessário eliminar uma entrada existente desta tabela antesde adicionar a nova célula. Esta eliminação da tabela é efetuada em uma basede valor relativo, levando em conta o valor relativo das medidas existentesassociado com cada um das células em termo de um cálculo de localização. Ovalor de uma célula na tabela de células é calculado coma soma dos valoresdas entradas individuais na tabela de medidas que são associadas com aquelacélula. O valor de medidas individuais é calculado, levando em conta a idaderelativa, o tipo de medida, a confidência associada com a coincidência naentrada da tabela de célula correspondente e também a presença de qualquermais recente medida similar.

A célula menos avaliada é eliminada de modo a otimizar ovalor da informação acumulada a qualquer tempo. Os detalhes da medida sãoadicionados a tabela de medidas, de novo após eliminar a medida existentemenos avaliada como requerido.

Os parágrafos seguintes ilustram a operação do acumuladorsobre dois ciclos de medidas, após procedimento de iniciar quando usando afacilidade de kit de ferramenta do SIM em um aparelho de telefone de GSMpadrão. No procedimento de iniciar, as tabelas estão vazias. Tabela 3 mostra oprimeiro conjunto de medidas obtido proveniente do terminal de rádio móvel.

TABELA 3

Medidas de NMR no ciclo 1Célula servindocid = 26272 rxLev = -80Células vizinhasarfcn bsic rxLev12 17-8826 35 -9028 23 -9040 19 -9722 39 -9930 5 -103

Tabela 4 mostra o estado das tabela do acumulador apósadicionar o conjunto de medidas. Os identificadores de células sãoadicionados na tabela de célula. Neste caso da medida da célula servindosomente o CID é adicionado porque o ARFCN e BSIC não são reportadospelo terminal. Ao contrário, para células vizinhas, o CID não é reportado epor conseguinte permanece não especificado na tabela, Deve ser observadoque em outras modalidades da presente invenção, medidas de células servindopodem incluir o ARFCB e BSIC enquanto medidas vizinhas podem incluiruma referência ambígua para a célula correspondente, os valores de nível desinal são adicionados para tabela de medidas com um referência cruzada(mostrados na coluna do cellld) para a entrada associada na tabela de célula.A idade de cada media é também gravada na tabela de medidas na coluna detempo.

TABELA 4

<table>table see original document page 19</column></row><table>

Tabela 5 mostra o Segundo conjunto de medida obtido doterminal de rádio móvel

TABELA 5

Medidas de NMR no ciclo 2

Célula servindo

cid = 26272 rxLev = -83Células vizinhasArfcn bsic rxLev

12 17 -8826 35 -9028 23 -9018 4 -9740 XX -97

Tabela 6 mostra o estado das tabelas do acumulador apósadicionar o segundo conjunto de medidas. Neste caso a tabela de célulascresceu de um, devido as células vizinhas diferentes reportadas no segundociclo (ARFCN 18 e BSIC 4). A tabela de medida cresceu com a adição detodas as medidas do segundo ciclo.

TABELA 6

----Tabela de Célula----Ciclo: 2----

<table>table see original document page 20</column></row><table>

----Tabela de medida---Ciclo: 2----

<table>table see original document page 20</column></row><table><table>table see original document page 21</column></row><table>

Enquanto os exemplos anteriores ilustram uma formaparticular da presente invenção no qual ID de célula de GSM, nível de sinal etempos de viagem de ida e volta, são representados em um acumulador demedidas isto não deve ser interpretado como uma limitação da invenção. Seráclaro para alguém de habilidade simples na técnica como outros tipos demedidas tais como níveis de piloto (IS 95) de CDMS e compensações de PNpodem ser acumuladas de modo similar.

Seleção e reporte

Quando a informação, mantida no terminal de rádio móvel énecessária para um cálculo de localização, o conteúdo da tabela pode sercodificado em uma mensagem para transmissão. Um aspecto adicional dapresente invenção é o esquema para selecionar o conjunto ótimo deinformação para codificar. Tipicamente há um limite fixo no comprimentodos dados que podem ser transmitidos. Isto pode, por exemplo, ser acapacidade de uma SMS após outro cabeçalho de aplicação ou informação deendereçamento ter sido codificada. O presente método, varre a tabela eiterativamente adiciona informação em ordem decrescente dos seus valoresrelativos em calculando uma solução de locação. Conseqüentemente, aprimeira medida relacionando a cada célula única representada na tabela decélula é adicionada. Subseqüentemente a segunda medida relacionando a cadacélula é adicionada e assim por diante até não mais dados puderem seramoldados na mensagem. Isto reflete a ordem de valor já que uma medidaindividual pertencente a uma nova célula é com uma regra geral, provável deser mais útil de uma perspectiva de exatidão de localização do que um medidarepetida para uma célula existente.

Uma vantagem deste aspecto é que para um mecanismo detransmissão dado, o subconjunto ótimo da informação mantida pelo rádiomóvel é enviada. Adicionalmente, esta flexibilidade em codificar ainformação significa que a quantidade de dados transmitidos pode ser ajustadacom base nos requisitos da aplicação. Em um exemplo, onde um menor nívelde exatidão seja suficiente, uma mensagem única contendo somente aquelasmedidas que podem ser acomodadas dentro de uma mensagem única, poderiaser codificada e enviada. Um requisito de exatidão menor poderia serassociado com um serviço cobrado em um taxa mais baixa, usado, porexemplo, com uma aplicação para procurar por pontos de interesse navizinhança de um assinante de rádio móvel, em outras aplicações, a melhorexatidão possível pode ser requerida, por exemplo com um serviço demonitoramento de ativos de valor alto. Em tal caso, mais informação, até oconteúdo inteiro das tabelas pode ser enviado. Dependendo do transportadorusado para transmitir a informação, a proporção de informação transmitidapode ser determinada para uma grande extensão através do tamanho demensagem máximo suportado pelo transportador.

Em casos onde o tamanho de um mensagem individual élimitado ao valor máximo, (por exemplo, SMS), a proporção da informaçãoenviada quando menor exatidão é requerida pode ser determinada pelo espaçodisponível em uma mensagem individual após os cabeçalho de aplicação, etc.

Continuando com o exemplo de SMS, se uma maior exatidão é requerida,múltiplas SMS concatenadas poderiam ser usada para transmitir toda ainformação disponível. Pegando um outro exemplo, se GPRS é usado, onúmero e ou tamanho das mensagem pode ser variado de forma mais fina. Emum caso, o mais recente conjunto de medidas pode ser enviado. Em um outrocaso, as mais recentes medidas pertencentes a cada célula única na tabela decélula podem ser enviadas, desta maneira fornecendo o número máximo deponto de referência geográficos distinto na solução. Uma alternativa outra éenviar a mais recente medida de cada tipo de medida pertencente a cadacélula na tabela.

A ordem de valor pode diferir daquela descrita cima se tiposdiferentes de medidas estão presentes na tabela. No caso anterior, todasmedidas representadas níveis de sinal. Contudo, se algumas medidas deavanço de tempo também estão presentes na tabela, uma medida de avanço detempo pode ser priorizada sobre uma medida de nível de sinal. Outros tipos demedidas também podem ser mantidos na tabela. Os identificadores de célulasparciais ou completos correspondentes são mantidos na tabela de célulaenquanto medidas são gravadas na tabela de medidas.

Quando reportando as medidas, o rádio móvel também indicase foram enviadas todas as medidas disponíveis. Necessidades de Qualidadede serviço devem requerer mais medidas, a rede pode solicitar as medidasremanescentes do rádio móvel.

Vantagem comparada com cálculo de média

Um outro benefício de acumular conjuntos de medidassucessivas melhor do que medidas de parâmetros de cálculo de média de umciclo anterior com medidas de parâmetros anteriores, que aparece por causada ambigüidade em algumas medidas de parâmetros. Se usar cálculo demédia, uma medida repetida dos níveis de sinal ou de tempo para uma dadacélula seria combinada com a medida existente através de cálculo de médiamelhor do que sendo preservado na tabela como uma entidade separada.Contudo em casos onde a célula é somente parcialmente identificada em umciclo de medida, há um risco que a nova medida pode realmente ser associadacom uma diferente célula tendo a mesma identificação parcial. Porconseguinte, a medida no segundo ciclo é de um parâmetro diferente e é umerro calcular a média dela com a primeira medida. A presente invençãoaborda isto mantendo uma tabela separada de células e medidas comoilustrado. Para cada entrada na tabela de medida, uma marca é tambémadicionada representando o grau de certeza na associação ou coincidênciacom a entrada da tabela de célula correspondente. Isto pode ser observado daTabela 6. Medidas de células servindo para as quais CID completo éreportado são marcadas com um 3 na coluna de tipo de coincidência. Medidasvizinhas, para as quais as, potencialmente, ARFCN e BSUC ambíguas sãoreportadas, são marcadas com 2 representando um menor grau de certeza naassociação. Finalmente, medidas vizinhas para as quais somente o ARFCN foireportado (veja por exemplo a última medida na tabela 6) são marcadas comum tipo de coincidência 1. Desta maneira, o risco de incorretamente associarmedidas ambíguas com a célula errada e o erro resultante provável no cálculode localização pode ser diminuído, melhorando a exatidão total dasestimativas de localização.

Instrumento de localização tratando medidas ambíguas

Enquanto os parágrafos anteriores descreveram um métodopara evitar o risco de uma associação incorreta entre uma medida ambígua euma célula, em muitos casos, de forma definitiva, para incorporar a medidano cálculo de localização, a ambigüidade pode necessitar ser resolvida e pormeio disso cada medida associada com uma célula específica. A presenteinvenção reduz o risco de associação incorreta e erros de localização deatendentes adiando o passo de associação até o último tempo possível. De fatonenhuma associação explícita acontece no acumulador de medida. Quando asmedidas estão para serem processadas para derivar uma estimativa delocalização, as medidas tendo a menor ambigüidade, tal com aquela que temidentificadores de células únicos, são primeiro processadas para derivar umaestimativa de localização aproximada inicial. Esta estimativa é então usadaem um passo de resolução de ambigüidade no qual as medidas remanescentessão associadas com suas células correspondentes. Este processo de resoluçãoprocede de modo a aumentar ambigüidade. No caso de duas medidas tendo omesmo tipo de ambigüidade, a resolução procede em ordem de ambigüidadeno sentido que a medida com o menor número de coincidências de célulascandidatas é resolvido primeiro. A localização estimada é atualizada paracada passo, incorporando a mais recente medida resolvida.

Para ilustra a operação deste aspecto, considere o conteúdo databela de medida da tabela 6 reproduzida na tabela 7 abaixo

TABELA 7

<table>table see original document page 25</column></row><table>

No primeiro passo, as medidas tendo um tipo de coincidênciade 3 (isto é tendo sido especificamente associadas com um identificador decélula) são processadas para obter uma estimativa de localização. Após isso,as medidas tendo um tipo de coincidência de 2 (tendo sido reportadas comARFCN e BSIC ambíguos parcialmente) são processadas para resolver aambigüidade e associar cada uma com uma célula específica. Finalmente, amedida única tendo um tipo de coincidência de 1 (somente a ARFCNassociada é conhecida) é adicionada. Este processo de resolução é ilustrado nafigura 2. O processamento para resolver a ambigüidade associada com umamedida única é ilustrado na Figura 3. Uma rede de rádio móvel idealizada émostrada. Duas células específicas 1 & 2 são nomeadas, neste exemplorepresentando células tendo ao mesmo ARFCN e BSIC. Um terminal de rádiomóvel 20, reporta medidas de parâmetros de rádio para permitir um cálculo delocalização, incluindo uma medida de nível de sinal para a célula 1. Oinstrumento de localização identifica a medida de nível de sinal pertencendo acélula 1 como ambígua, já que somente o ARFCN e BSIC foram reportados ehá duas células no banco de dados da rede tendo aquele ARFCN e BSIC. Aresolução usa uma estimativa aproximada para ao rádio móvel 30, derivadadas medidas que não são ambíguas. Esta estimativa aproximada podecorresponder a localização de uma célula identificada em uma medida decélula servindo, por exemplo. Outras estimativas poderiam ser usadas paraobter a estimativa inicial. Usando esta estimativa aproximada, um modelo derede de rádio como descrito abaixo é usado para prognosticar os níveis desinal recebido na localização estimada a partir das células candidatasambíguas. Na ilustração mostrada, o nível prognosticado para a célula 1 é -74,1 dBm, enquanto o nível prognosticado para a célula 2 é -126,9. Aqueleque é o mais provável de ter sido recebido pelo terminal de rádio móvel éselecionado como a célula que foi realmente medida, por meio dissoresolvendo a ambigüidade. A seleção é tipicamente a célula com a maiorpotência recebida prognostica na estimativa de localização aproximada, nestecaso a célula 1.Algoritmo do Instrumento de Localização

As medidas de parâmetros de rádio usadas para calcularlocalização podem incluir um ou mais níveis de sinal, avanços detemporização, diferenças de tempo, ou outros parâmetros. No presentecontexto nós referimos a essas medidas como observações. Como revelado naPCT / AU2006 / 000347, o conteúdo inteiro do qual é por meio destaincorporado para referência, e observações adicionais podem ser deduzidas, apartir de uma falta de qualquer medida sendo reportada para célulasparticulares. Essas células são referenciadas como células não reportadas. Istoé com base que a qualquer hora, medidas de parâmetros de rádio são obtidasrelacionando somente um sub-conjunto de todas as células na rede.

Adicionalmente, em algumas rede tal como GSM, o rádio móvel somentereporta um subconjunto das células que ele pode realmente medir. Porsimplicidade de explicação, nós somente trataremos aqui com três tipos deobservações, medidas de níveis de sinal, de tempo de viagem de ida e volta ecélulas não reportadas. O algoritmo descrito aqui é prontamente estendido aoutros tipos de observações tais como diferenças de tempo como seriaentendido por alguém com habilidade na técnica.

Nós fazemos as seguintes definições

O ih observação da força do sinal é denotado por um vetor ori

<formula>formula see original document page 27</formula>

onde

kn = o identificador da ih observação da força do sinal, e

Ti = o nível de sinal (dBm) da ih observação da força do sinal

Para uma dada localização hipotética do terminal de rádiomóvel, um custo é calculado, com base nas observações e valoresprognosticados correspondentes para os parâmetros observados. Os valoresprognosticados são obtidos usando um modelo de propagação de rede derádio móvel como bem conhecido na técnica. O modelo usa informação sobreconfiguração da rede de rádio incluindo, a localização de lugares de células, aaltura e orientação das antenas das células, o padrão de irradiação das antenasassim como as freqüências de canal e qualquer outro código alocado a cadacélula. O modelo também cobre a perda em potência de sinal conforme ossinais de rádio viajam do transmissor para ao receptor. Tais modelos são bemconhecidos no campo das comunicações via rádio e podem ser encontrados namaioria dos textos de nível avançado sobre o assunto. Potências de sinalrecebido prognosticadas podem ser geradas para qualquer ou todas as célulasna rede. Estes níveis de potência também podem ser usados para derivarestimativas de nível de interferência tal que a qualidade recebida de um sinalproveniente de qualquer célula particular pode ser prognosticada. A aplicaçãodo modelo de rede para prognosticar níveis de sinal recebido e níveis deinterferência é bem conhecida daqueles com habilidade na técnica de projetode rede de rádio celular. Referências detalhadas existem na literatura,incluindo, W. C. Y. Lee, Mobile Comunications Engineering, McGraw-Hill,1982, e P. L. H. A.m S. ficher, Evaluation of positioning measurementsystems, TlPl.5/97-200, dezembro de 1997, e IEEE VTS committee,Coverage prediction from mobile radio systems operating in the 800/900 Mhzfrequency range, IEEE Transactions on VTC, Vol 37, No 1, February 1998. Oconteúdo inteiro dessas referências, são por meio delas, incorporados parareferência.

O custo é uma representação quantitativa da diferença entre asmedidas e os prognósticos correspondentes. Em alguns contextos tal umafunção de custo pode também ser conhecida como uma função de penalidadecom é bem conhecida pr aquele com habilidade na técnica de otimizaçãonumérica.

O custo associado com a observação da força do sinal, é Cr,que é dado por

<formula>formula see original document page 28</formula>onde

Nr = o número de observações da força do sinal

x = a localização hipotética do rádio móvel

pr (j, x) = a nível de sinal recebido prognosticado da f1 célulana localização x

CJt = o desvio padrão das medidas de força do sinal

A Tth observação de avanço de tempo é denotado por um vetoroti onde

<formula>formula see original document page 29</formula>

com

kti = o identificador da ih observação de avanço detemporização, e

tj = a ih observação de avanço de temporização

O custo associado com as observações de avanço detemporização é, Q é dado por

<formula>formula see original document page 29</formula>

onde

Nt= o número de observações de avanço de temporização, e

Pt G> x) = ° avanço de temporização prognosticado da j célulana localização x

CTt = o desvio padrão das medidas de avanço de temporização

A ih observação de célula não reportada é denotado por umescalar oui onde

<formula>formula see original document page 29</formula>

e

kui = o identificador da ih de célula não reportada

O custo associado com as observações de células nãoreportadas é, Cu, que é dado por<formula>formula see original document page 30</formula>

onde

Nu = o número de células não reportadas,

Pu (j> x) = 0 niveI de sinaI prognosticada (dBm) da j célula nalocalização x

Or= o desvio padrão das medidas de força do sinal

ru = um limite fixo (em dBm), como descrito em PCT...

Note que nos descrevemos em um parágrafo subseqüente ummeio de identificar as células não reportadas relevantes.

A função de custo total, C, é dada porC (x) = Cr (x) + Ct (x) + Cu (x)

O algoritmo de localização procura achar a localização x, queminimiza esta função de custo. Métodos numéricos robustos para minimizartal uma função de custo são bem conhecidos na técnica, e podem serencontrados em textos sobre o assunto tal como. W. H. Press, S.A. Teukolsky,W. T. Vetterling & B. P. Flannery, iiNumerical Reeipes in C ++; The Art ofScientifie Computing ", 2nd Ed. Feb. 2002, Cambridge University Press.

Identificando células não reportadas adequadas

O conjunto de células não reportadas para um dado cálculo delocalização, potencialmente inclui todas as células não associadas comqualquer das medidas a serem usadas para o cálculo de localização. Oprincípio atrás do uso das células não reportadas é que a falta de um reportepara aa célula pode ser usado para obter uma outra restrição de posição nalocalização do terminal de rádio móvel fazendo as medidas. Por conseguinte,as células que são de interesse para uso com células não reportadas são aquelapara as quais a falta de um reporte transporta alguma informação. Facilmentepode ser entendido que uma célula a uma grande distância da localizaçãoaproximada do rádio móvel não transporta informação. Colocadosimplesmente isto vem sem surpresa, que a célula não é reportada. E paracélulas que estão perto do rádio móvel que a falta de um reporte transportainformação útil.

Figura 4 fornece uma ilustração de suporte. Mostra uma redede rádio móvel com um conjunto de células representado na forma hexagonalidealizada. Um terminal de rádio móvel 20 também é mostrado. O terminal derádio móvel faz um conjunto de medidas de parâmetros de rádio usando sinaistransmitido das três células numeradas 1, 2 & 3. Estas têm sido evidenciadascom o sombreamento pesado na figura. Baseado nessas medidas, umaestimativa inicial 50 para localização do terminal de rádio móvel é calculada,isto é mostrado com um asterisco. De modo a identificar células nãoreportadas candidatas, nós selecionamos de todas as células não reportadasremanescentes, aquelas que é provável terem sido medidas e reportadasatravés do terminal de rádio móvel na localização estimada. Um modelo depropagação é usado para prognosticar níveis de sinal que seriam recebidos porum terminal de rádio móvel na localização estimada. Um critério de seleção éentão aplicado. Este critério pode ser ou baseado no nível de sinal recebidoprognosticado ou alternativamente no C / I prognosticado. Em GSM, porexemplo, um limite de C / I adequado seria de +9 dB. Para uma rede deUMTS, um limite adequado poderia ser um nível de CPICH Ec / IO de -20dB. Outros valores de limites dependendo da rede e da aplicação pode variarde cerca de -26 dB para cerca de + 15 dB (por exemplo, -26 dB para -12 dB, -22 dB para -6 dB, -20 dB para -12 dB, -15 dB para 0 dB, -12 dB para +3 dB, -6 dB para +12 dB, -3 dB para +15 dB e +3 dB para +15 dB, etc.).

Qualquer célula para a qual o C /1 prognosticado excede estelimite seria incluída no conjunto de não reportadas. No limite, todas as célulasremanescentes na rede poderiam ser adicionadas ao conjunto de nãoreportadas, a única penalidade neste caso é o desperdício de recursos decomputação em avaliando o custo de não reportadas para estas células,maioria das quais contribuiriam negligentemente para a solução.

Desempenho típico

Nos parágrafos seguintes nós evidenciamos resultados típicosalcançados em uma variedade de ambientes em uma rede de GSM usando umterminal de rádio móvel de GSM padrão. Tabela 8 mostra estatísticas deexatidão computada para as medidas tiradas em 135 ponto em um ambienteurbano denso. As estatísticas reportadas são os erros de localização radial no67 enésimo percentual e no 95 enésimo percentual, se todos os pontos sãoordenados de acordo com o aumento do erro radial. Isto é prática comum parareportar exatidão de localização no campo de localização de terminal de rádiomóvel. Resultados são mostrados, para três métodos de estimativa delocalização. A última linha na tabela indica os resultado para uma modalidadeda presente invenção. As primeiras duas linhas mostram os resultados paramétodos alternativos de estimativa de localização que são bem conhecidos natécnica e sevem como uma medida de referência ilustrando o grau demelhoramento ofertado pela presente invenção

TABELA 8

<table>table see original document page 32</column></row><table>

Tabela 9 mostra os resultados de medidas em 150 pontos emum ambiente suburbano. Será entendido por alguém de habilidade simples natécnica, o grande espaçamento de lugares de células em ambientes urbanos sedeve em grande parte a diminuição da exatidão comparada com medidasurbanas.

TABELA 9

<table>table see original document page 32</column></row><table>

Tabela 10 mostra os resultados de medidas em 115 pontos emuma ambiente rural

TABELA 10

<table>table see original document page 33</column></row><table>

Diversidade de tempo de conjuntos de medidas

Um assunto aparece quando usando medidas feitas em umperíodo de tempo melhor do que no mesmo instante para um cálculo delocalização de terminal de rádio móvel. O assunto é que o terminal pode estarem movimento e conjunto de medidas sucessivas não podem ser feitas namesma localização. Se o movimento entre conjunto de medidas ésuficientemente grande, por exemplo maior do que cerca de 25 metros (porexemplo > 20 m.> 35 m, > 50 m, > 100 m, etc.),combinando as medidas emum cálculo único, como princípio geral, irá resultar em erros maiores do quese o conjunto de medidas individuais fosse processadas individualmente.

A presente invenção fornece um método de cálculo delocalização adaptativo para uso quando medidas gravadas, em mais que ummomento, são reportadas para uso no cálculo. O primeiro passo é usar oprimeiro conjunto de medidas para derivar um perfil representando alocalização na qual as medidas foram feitas. Estes conjuntos, para os quaismedidas individuais pertencem, são representados pela coluna de tempopassado na tabela de medida. Os conjuntos de medidas subseqüentes sãoentão comparados contra este perfil com revelado na aplicação co-dependente[ zona local ] para verificar elas são prováveis de terem sido feitas na mesmavizinhança que o conjunto inicial de medidas. O limite para esta comparaçãoé estabelecido de modo a ter uma zona pequena da ordem de umas poucasdezenas de metros.

Se a comparação indica que as medidas são feitas na mesmalocalização, as medidas são combinadas em um cálculo único usando ométodo descrito neste relatório descritivo. Alternativamente, se as medidasrespectivas parecem ter sido feitas por um terminal em movimento, cálculosde localização separados são efetuados usando o conjunto de medidasrespectivo. Os resultado desses são então calculados por média se umaestimativa de localização única é requerida. Alternativamente, as medidaspodem ser usadas para estimar um vetor representando a direção demovimente como será entendido por alguém com habilidade na técnica.

Ganhando Mais Dados de Forma Adaptativa

È bem conhecido na técnica que o número de medidas e ageometria relativa entre o rádio móvel e os transmissores afetam a exatidão daestimativa de localização. A Precisão de Diluição referenciada anteriormentenesta invenção é uma métrica usada para quantificar esse efeito. O mecanismode combinar o número e geometria relativa de medidas para fornecer umaestimativa da exatidão de uma estimativa de posição é também bemconhecido na técnica. Como discutido anteriormente, o terminal de rádiomóvel não pode fazer ou não pode reportar todas as medidas que poderiam serúteis em fazer uma mais exata estimativa de localização. Usando a Precisãode Diluição ou métrica similar, a computação da localização pode identificar esubseqüentemente solicitar do rádio móvel que medidas adicionaisforneceriam mais melhoramentos para estimativa de localização.

Ou antes de computar uma estimativa de localização oudepois, a exatidão da localização pode ser estimada usando métodosconhecidos na técnica, por exemplo com revelado em C. R. Drane,Positioning Systems - A Unified Approach, Lecture Notes em Control andInformation Sciences, Springer Verlad, Out 1992. Se, a exatidão estimada nãofor igual ou exceder uma exatidão pré-definida, então medidas adicionaispodem ser solicitadas do rádio móvel. A exatidão pré-definida pode ser umrequisito global ou um parâmetro de Qualidade de Serviço associado comcada solicitação de localização. Para evitar um ciclo infinito de solicitaçõespara informação adicional em situações onde o raio móvel não é capaz defazer medidas de quantidade ou qualidade suficientes, um segundo parâmetropode ser especificado para limitar o número de solicitações adicionais que sãopermitidas.

Identificar uma estação base que melhoraria a exatidão daestimativa de localização usa a mesma abordagem conforme aquela paraidentificar células que foram não reportadas mas que transportam informaçãode localização. Tendo identifica aquelas células que poderiam ser ouvidascom base na estimativa de posição corrente, o efeito que cada teria naexatidão da solução é avaliado. Isto fornece uma classificação para permitirao rádio móvel tentar medir a célula oferecendo o maior melhoramentopotencial em exatidão, primeiro, dado que o rádio móvel tem recursoslimitados em termos de oportunidade de medida, memória para armazenarmedidas e espaço para reportar medidas de volta para a rede. Opcionalmente,a classificação pode usar uma métrica combinada que inclui o melhoramentopotencial e a medida da probabilidade que a célula poderia ser medida comoestimada durante o processo de identificação inicial.

Confiança de Medida de Ajuste

A qualidade das medidas feitas por um telefone de rádio móvelvaria com o tipo de ambiente de rádio e o tipo de medida sendo feita. Em umambiente urbano, relativamente, mais altos níveis de desvanecimento rápido ebaixo e interferência degradam, de forma significativa, a qualidade demedidas de tempo. O mesmo fenômeno também é responsável por maioresvariações nas medidas de força de sinal feita em ambientes urbanos. Por contado efeito que o ambiente de rádio tem nas medidas de temporização e força desinal, a exatidão da estimativa de posição pode ser melhorada.

O primeiro passo é quantificar o efeito que o ambiente de rádiotem tido em cada uma das medidas que serão usadas para obter umaestimativa de localização Um mecanismo comum para quantificar tal umefeito é modificar os parâmetros do modelo estatístico sendo usado quedescreve a natureza dos erros de medida, freqüentemente usando umparâmetro de escala. Por exemplo em um modelo Gaussiano5 o desvio padrãoseria aumentado para refletir a maior incerteza associada com medidasderivando de um ambiente urbano. Cada medida em um conjunto pode ser,considerada individualmente e atribuída seus próprios parâmetros. Para umadada localização, é mais provável que todas as medidas sejam afetadas pelomesmo ambiente e assim a todas poderiam ser atribuídos os mesmosparâmetros.

Um mecanismo para atribuir parâmetros é classificar osambientes de rádio diferentes e para cada tipo de ambiente especificar paraaquele ambiente, a distribuição de erro e parâmetros associados. Tabela 11ilustra tal um mecanismo de classificação. Os valores usados na tabela 11podem ser obtidos dos modelos de propagação de rádio bem conhecidos natécnica, dados experimentais, ferramentas d e modelagem de propagação derádio, ou uma combinação de uma ou mais desses.

TABELA 11

<table>table see original document page 36</column></row><table>

Vários mecanismos podem ser definidos para atribuir um tipode ambiente a uma medida. O tipo de ambiente atribuído a uma medida, podeser aquele atribuído à uma estação base originando. O tipo de ambiente dacélula servindo pode ser atribuído para todas as medidas em dado conjunto demedidas. O tipo de ambiente poderia ser espacialmente definida e às medidasatribuídas o tipo de ambiente de acordo com a estimativa bruta de medida deposição.

Vários mecanismos existem para definir o tipo de ambienteassociado com uma estação base ou uma região da área de cobertura da rede.

Conhecimento do ambiente construído pode ser usado para atribuir tipos deambiente. A densidade das células é mais alta em áreas urbanas, e mais baixaem áreas rurais. Conseqüentemente, uma métrica baseada na distância médiapara células próximas pode ser usada para atribuir um tipo de ambiente parauma estação base ou uma região. Por exemplo, raios de célula podem serestimados para ser a metade da distância média para as mais próximas ncélulas ou lugares de células. A classificação do ambiente de raios de menosdo que 1 km são definidos urbanos, >= 1 km e < 4 km são Suburbanos e >= 4km são Rurais.

Para ilustrar o efeito dos parâmetros de ambiente tem nasolução da localização, considere uma rede de rádio ilustrada nas Figuras 5 e6 nas quais um rádio móvel na localização nomeada "o "ouve estações basesnumeradas 1 - 6. Os níveis de sinal recebidos em "o "são -85,9, -66,6 -85,3, -98,8. -99,2 e -70,6 para estações base de 1 até 6, respectivamente. Umamedida de temporização Advance de GSM fornece uma estimativa dedistância de 2200 m com relação ao transmissor Nr 2. A estimativa delocalização é feita usando desvios padrões de célula urbana e de célula ruralda Tabela 8 (12 dB para níveis de sinal recebidos e 1500 m para medidas dedistância para urbana, 9 dB para níveis de sinal recebidos e 500 m paramedidas de distância para rural. Figuras 5 (rural) e 6 (urbana) mostram linhasde contorno das respectivas funções de custo ao longo com a localizaçãoverdadeira (marcada "o ") e posição estimada onde o custo foi menor(marcada "* ")• O erro usando parâmetros urbanos foi de 670,8 m e paraparâmetros rurais o erro foi 583,1 m, a diferença de 100 m na exatidão devidaa diferença nos modelos de erro.

Detectando mudança na posição do terminal de rádio móvel

Um Pedido de Patente Internacional co-pendente com título"Enhanced Terrestrial Mobile Location" e reivindicando prioridade daAustralian Provisional Patent Application Nos 2005901735, 2005903577 e2005906105 (o conteúdo inteiro do qual é por meio dela incorporada parareferência), revela um método para obter um perfil definindo uma zonabaseada em medidas de parâmetros na zona. O conteúdo inteiro do qual é pormeio dela incorporada para referência. Um aspecto da presente invençãoutiliza este método para fornecer um meio para reportar medidas a umelemento de rede somente quando o terminal de rádio móvel se moveu deuma posição inicial. Uma aplicação desta facilidade é em monitoramento paraevitar medidas de reporte não necessárias quando o rádio móvel não semoveu. Isto tem a vantagem de reduzir o consumo de recurso da rede e apotência da bateria do terminal de rádio móvel.

A solução está em um tempo de início para usar as medidasmais recentes para derivar um perfil local temporário das medidas esperadas.

O terminal então compara medidas subseqüentes com este perfil temporáriopara checar uma mudança significativa na posição. Nenhuns reportesadicionais são enviados até que as checagens indiquem que uma mudançasignificativa na posição ocorreu, técnicas para comparara as medidas co operfil são discutidas na aplicação referenciada. Como também revelado naaplicação referenciada, a extensão da zona temporária pode ser controladapara alcançar menores ou maiores limites para a mudança na posiçãorequerida antes de uma nova mensagem ser enviada.

Aparelho de telefone baseado em monitoração de custo eficiente

A presente invenção também fornece um aparelho de telefonebaseado na capacidade de monitora localização. No procedimento de iniciar, oterminal de rádio móvel pode solicitar da rede uma coleção inicial de dadosrelativos às estações base da rede. Esta solicitação é acompanhada dasmedidas filtradas correntes para permitir ao servidor determinar a localizaçãocorrente do rádio móvel e compilar uma coleção adequada de dados cobrindoa vizinhança do rádio móvel. O servidor então transmite para o rádio móveluma coleção de dados de rede da estação base cobrindo aquela área, incluindopara cada estação base na coleção, identificadores e detalhes de antena,incluindo características, orientação e localização. Compressão pode seraplicada aos dados para maximizar a região que pode ser coberta com umtamanho de área paga fixa. Adicionalmente na maioria dos casos somenteuma entrada cheia é enviada por lugar de célula porque identificadores desetores co-localizados diferentes tipicamente diferem somente no menossignificante digito e o mesmo valor de localização pode ser aplicado a todosos setores. Usando os dados fornecidos, o terminal de rádio móvel podecomputar uma estimativa de localização. Este cálculo pode ser repetidoperiodicamente ou em resposta a ação do usuário tal com uma seleção demenu. Em algumas aplicações, estimativas de localização são computadasrepetidamente e filtradas, para reduzir os erros. Em algumas aplicações umaestimativa bruta de velocidade pode também ser obtida. O terminal de rádiomóvel também monitora a localização estimada relativa a coleção corrente dedados de rede. Se uma posição estimada aborda os imites geográficos daregião coberta pelos dados corrente, uma solicitação é enviada ao servidorpara dados adicionais. Como antes, a solicitação é acompanhada da posiçãocorrente e velocidade se disponível, permitindo ao servidor otimizar acobertura dos dados de rede fornecidos. Coleções existentes de dados de redesão retidas no terminal de rádio móvel, somente sendo descartadas quandonecessitadas por restrição de memória. Os dados são descartados com base namais longa distância da localização estimada corrente. O terminal de rádiomóvel também pode efetuar cheques de consistência para detectar casos ondedados de rede fornecidos previamente se tornam desatualizados devido amudança na configuração da rede. isto pode acontecer por exemplo quando afreqüência da estação base ou ID é mudado. Para aplicações onde alocalização do rádio móvel é requerida para ser atualizada regularmente emum terminal fixo, o terminal de rádio móvel pode ser configurado paratransmitir relatórios da localização corrente. Para aplicações de suporte onde arota ou distância total viajada pelo rádio móvel é também de interesse, oterminal de rádio móvel também pode manter um histórico das estimativas delocalização filtradas. Esta informação pode ser recuperada quando requeridaatravés do servidor baseado na rede. Comparando a operação de um sistemade monitoramento usando métodos baseados na rede, a presente invençãofornece uma capacidade de monitoramento eficiente, com mais baixo impactona rede e na bateria. È fornecido exatidão útil sem os altos custos da transaçãoassociado com medidas de localização na rede ou sistemas de localizaçãohíbridos.

Em uma outra modalidade da presente invenção, o rádio móvelrecebe os detalhes necessários para todas as estações base na rede. Tal umaabordagem pode ser ineficiente usando recursos baseado em rádio, mas pordispositivos tais com PDAs que são regularmente, conectados a Internet viauma estação de acoplamento, o tamanho dos dados que pode ser recebido émais facilmente acomodado. Sempre que o PDA é acoplado, pode sincronizarsua cópia dos dados da rede requeridos para os cálculos de localização.

Uma estimativa de localização baseada em ID de célula podeser feita no aparelho de telefone, fornecido que o aparelho de telefone tem ascoordenadas das estações bases ele está correntemente ouvindo, em geral oaparelho de telefone requer a informação de identificação de estação base quepermite ao rádio móvel associar os sinais que ele esta medindo com ascoordenadas de origem daquele sinal. Em uma modalidade, o rádio móvelpode estimar sua localização conforme um cálculo de média com peso dascoordenadas das células que têm sido medidas recentemente. As medidaspoderiam ser consideradas de igual importância no qual caso, o peso aplicadoa cada célula seria um. Tipicamente uma célula servindo está mais perto dorádio móvel do que células para as quais medidas vizinhas são feitas.

Conseqüentemente, em alguns casos, à célula servindo pode ser dado um maisalto aplicado do que outras células. Como um exemplo específico, considereum rádio móvel em uma rede de GSM. Para efetua uma localização baseadaem ID de célula seria necessário conhecer para cada uma, os sinais que elepode ouvir, O ID da célula, o código de identificação da estação base,oARFCN, e as coordenadas.

As peculiaridades da propagação de rádio móvel são tais queuma rádio móvel pode ocasionalmente detectar um sinal de bem mais longedo que seria geralmente esperado para uma dada configuração de rede. Taiscélulas podem ter um impacto adverso significante na exatidão de localizaçãobaseada em ID de célula. Para fazer o processo de estimativa para tais efeitos,mais robusto, o conjunto de células a ser usado no processo de estimativapode ser editado para criar uma estimativa apurada. Esta edição pode ocorrerantes ou depois de uma estimativa de localização ter sido obtida. Mais do queum ciclo de edição pode ser empregado. Vários critérios podem ser usadospara escolher que célula(s) como discutido abaixo.

Considere um cálculo de média com peso único em umaestimativa de localização de ID de célula na qual há n células. Cada célula,em efeito contribui um enésimo do resultado. Considere a célula que estámais longe da estimativa de localização. Compute a nova estimativa delocalização com esta célula removida do conjunto de medidas. Compute adistância e entre a primeira estimativa com a nova estimativa de localização.

Compute a métrica normalizada e / nr onde r é o raio efetivo médio dascélulas que estão no conjunto. Esta métrica é uma medida normalizada dequanto a célula mais longe tem sido capaz de alterar a estimativa. Se estamétrica é muito alta, então a célula é julgada ter tido um efeitodesproporcionado na estimativa de localização e dever ser editada do conjuntousado para computar a solução. Este processo pode ser repetido até a célulamais além não ter controle indevido sobre a estimativa. Outro critério incluieditar as m células mais além ou as x percentagens das células mais alémcomo medidas a partir da estimativa de localização.

Uma estimativa de localização mais exata pode ser alcançadausando o centróide da célula no lugar das coordenadas da estação base.Computação do centróide da célula requer informação sobre a função diretivada antena, o ângulo de apontamento, e o raio efetivo da célula. As equaçõesrequeridas para computar tal um centróide são mostradas abaixo.

O raio efetivo da célula também pode ser fornecido oualternativamente estimado pelo rádio móvel baseada na distância para célulaspróximas. Em termo de minimizar a computação do rádio móvel, o rádiomóvel pode ser simplesmente fornecido com as coordenadas do centróide dacélula através da rede, no lugar da, ou em adição as, coordenadas da estaçãobase. Para ilustrar, considere um exemplo em uma rede usando células emsetor. Para uma célula particular tendo um raio efeito R, nós calculamos umadistância

<formula>formula see original document page 42</formula>

Se o lugar da célula é localizado em (xb, yb), o centróide serádado por

xc = xb + r cos 0yc = yb + r sen 0

onde

0 = ângulo de apontamento da célula medido na direção dorelógio a partir do leste

Se q> é o ângulo medido na direção do relógio a partir do norte,então

0 = - (p + tt/2

Figura 7 ilustra esses cálculos

Onde mais do que uma célula é medida, a estimativa delocalização é o cálculo de média com peso do centróide da célula para ascélulas sendo ouvidas pelo rádio móvel.

Suponha que o centróide da ih célula é (Xi, yi), então aestimativa de localização é calculada como,<formula>formula see original document page 43</formula>

onde

N = o número de lugares de células usado no cálculo,eWi = o peso aplicado a cada célulaNote que, Wi ^ 0.

Como um exemplo, Wi = 1, ¥/, iguais pesos para cada célula

Quando informação de tempo de viagem de ida e volta estádisponível no aparelho de telefone, o aparelho de telefone pode computar umaestimativa de localização que combina a medida de tempo com a informaçãoda estação base. Por exemplo, em GSM, o rádio móvel pode usar Avanço deTemporização e o ângulo de apontamento da estação base para calcular umaestimativa de posição.

Será entendido que o termo "compreender "e qualquer de seusderivativo (por exemplo compreende, compreendendo) como usado nesterelatório descritivo é para ser levado em consideração para ser inclusivo decaracterísticas as quais se refere, e não é significante para excluir a presençade quaisquer características, ao menos que colocado de outra forma ouinferido.

Claims (31)

1. Método para obter dados de localização, caracterizado fatode compreender:obter pelo menos uma medida de uma pluralidade deparâmetros de sinal de rádio em um primeiro momento;obter pelo menos uma medida subseqüente de uma pluralidadede parâmetros de sinal de rádio subseqüentes em um segundo momento;aplicar a pelo menos uma medida e a pelo menos uma medidasubseqüente a um filtro para obter os dados de localização.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a pelo menos uma medida e a pelo menos uma medidasubseqüente são obtidas através de um terminal de comunicações de rádiomóvel.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que os dados de localização são armazenados para transmissãosubseqüente a um processador para uso no cálculo de localização.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que os dados de localização são transmitidos a um processadorintermitentemente.

5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que os dados de localização são transmitidos a um processador emintervalos de tempo regulares.

6. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que os dados de localização são transmitidos ao processador apóssolicitação.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que os dados de localização são transmitidos ao processador apóssolicitação do processador.

8. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que os dados de localização são transmitidos ao processador apóssolicitação do processador.

9. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que os dados de localização são transmitidos ao processador apóssolicitação de um usuário do terminal de rádio móvel.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que os dados de localização são transmitidos após uma mudançana localização do terminal de rádio móvel.

11. Método de acordo com uma das reivindicações 2 até 10,caracterizado pelo fato de que medidas adicionais de uma pluralidade deparâmetros de sinal de rádio adicionais são obtidas, até que uma área dearmazenamento temporário do terminal de radio móvel esteja cheia.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 10, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender selecionar umsubconjunto da pelo menos uma medida ou pelo menos uma medidasubseqüente obtida para filtragem de acordo com uma aplicação específica.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 10, caracterizado pelo fato de adicionalmente armazenar uma pluralidadede dados de localização.

14. Método de acordo a reivindicação 13, caracterizado pelofato de adicionalmente selecionar um subconjunto dos dados de localizaçãode acordo com uma aplicação específica.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 14, caracterizado pelo fato de que os dados de localização são transmitidosem uma mensagem de dados de comprimento variável.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o comprimento da mensagem de dados é determinado deacordo com uma aplicação específica.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 16, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreenderperiodicamente remover uma ou mais da pelo menos uma medida e ou a pelomenos uma medida subseqüente.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que a etapa de periodicamente remover a uma ou mais da pelomenos uma medida e a uma ou mais da pelo menos uma medida subseqüentee feito de acordo com sua relevância.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 18, caracterizado pelo fato de adicionalmente selecionar um subconjuntodos dados de localização obtidos para transmissão, de acordo com arelevância do subconjunto.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 18, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender selecionar umsubconjunto dos dados de localização obtidos para transmissão, de acordocom o tamanho da mensagem de dados de transmissão.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 20, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de parâmetros de sinal derádio inclui pelo menos um parâmetro de sinal de rádio não ambíguo e pelomenos um parâmetro de sinal de rádio ambíguo.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que o parâmetro de sinal de rádio ambíguo é resolvido antes deser aplicado ao filtro.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizadopelo fato de que a etapa de resolver o parâmetro de sinal de rádio ambíguo éadiado para sempre que possível antes de ser aplicado ao filtro.

24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2até 23, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreender enviarinformação de assistência para o terminal de rádio móvel.

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que uma estimativa de localização é calculada no terminal derádio móvel usando a informação de assistência.

26. Método para calcular a localização de um terminal de rádiomóvel em uma rede de comunicações por rádio, caracterizado pelo fato decompreender:receber processos de dados de localização de acordo com ométodo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 até 25,relacionando a localização do terminal de rádio móvel; e processar os dadospara calcular a localização do terminal de rádio móvel.

27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizadopelo fato de que a etapa de processar compreende minimizar a função decusto.

28. Método de acordo com a reivindicação 27, caracterizadopelo fato de que a função de custo é dada por:C(x) = Cr(x) + Ct(x) + Cu(x)onde:Cr é o custo associado com observações da intensidade dosinal;Ct é o custo associado com observações de avanço detemporização; eCu é o custo associado com observações de células nãoreportadas.

29. Método de acordo com a reivindicação 28, caracterizadopelo fato de que Cr, Ct e Cu são calculados como a seguir: <formula>formula see original document page 47</formula>

30. Sistema, caracterizado pelo fato de ser para efetuar asetapas como definidas em qualquer uma das reivindicações 1 até 29.

31. Terminal de rádio móvel, caracterizado pelo fato de serpara efetuar as etapas como definidas em qualquer uma das reivindicações 1até 25.