EP4073534A1 - Procede de geolocalisation d'un equipement utilisateur recevant une pluralite de faisceaux radiofrequences emis par une station de base d'un reseau de radiocommunications, produit programme d'ordinateur et dispositif correspondants - Google Patents

Procede de geolocalisation d'un equipement utilisateur recevant une pluralite de faisceaux radiofrequences emis par une station de base d'un reseau de radiocommunications, produit programme d'ordinateur et dispositif correspondants

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EP4073534A1
EP4073534A1 EP20842012.5A EP20842012A EP4073534A1 EP 4073534 A1 EP4073534 A1 EP 4073534A1 EP 20842012 A EP20842012 A EP 20842012A EP 4073534 A1 EP4073534 A1 EP 4073534A1
Authority
EP
European Patent Office
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radiofrequency
user equipment
relative power
power information
angle
Prior art date
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Pending
Application number
EP20842012.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Marc Kelif
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Orange SA
Original Assignee
Orange SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Orange SA filed Critical Orange SA
Publication of EP4073534A1 publication Critical patent/EP4073534A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/28—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0252—Radio frequency fingerprinting
    • G01S5/02521—Radio frequency fingerprinting using a radio-map

Definitions

  • TITLE Method for geolocation of user equipment receiving a plurality of radiofrequency beams emitted by a base station of a radiocommunications network, corresponding computer program product and device.
  • the field of the invention is that of the implementation of radiocommunications networks.
  • the invention relates more particularly to the geolocation of user equipment - receiving signals transmitted by such radio communication networks.
  • the invention has many applications, in particular, but not exclusively, in the field of radiocommunications networks conforming to 3GPP (“3rd Generation Partnership Project”) standards of latest generations or of future generations.
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • GPS system for "Global Positioning System” in English
  • GPS system relies on signals broadcast by satellites orbiting the Earth. Satellite signals are received by the GPS system and used to estimate the position of the satellites and the distance between the satellites and a GPS receiver.
  • the accuracy of the estimate provided by the GPS system depends on the number of satellites visible by the GPS system, which can vary greatly depending on weather conditions.
  • GPS receivers are resource-intensive, particularly in terms of energy, which can prove to be problematic when they are installed in equipment having limited resources, such as, for example, mobile equipment operating on battery.
  • an item of equipment connected to a cellular type radiocommunications network such as for example a GSM network (for "Global System Mobile” in English)
  • a cellular type radiocommunications network such as for example a GSM network (for "Global System Mobile” in English)
  • GSM Global System Mobile
  • Cell ID Cell ID
  • the geographical position of the equipment is thus estimated approximately from the geographical coordinates of the base station via which the equipment is attached to the network.
  • different methods based on the triangulation or the estimation of the time of flight of the radio signals can be implemented. However, such methods require having the user equipment within range of different base stations of the network under consideration.
  • a method for geolocation of a user equipment item receiving a plurality of radiofrequency beams transmitted by a base station of a radiocommunications network comprises: obtaining a power measured by the user equipment for each radiofrequency beam of the plurality of radiofrequency beams delivering a corresponding set of measured powers; a calculation of at least one item of information, called relative power information, representative of a ratio or of a difference between two powers of the set of measured powers associated with two corresponding radiofrequency beams; and a determination of a position of the user equipment from, on the one hand, said at least one relative power item of information and, on the other hand, for each relative power item of information and for each radiofrequency beam associated with the item of information relative power, of an antenna radiation pattern model characterizing the power, as a function of a direction of observation, of the radiofrequency beam associated with the relative power information.
  • the invention proposes a new and inventive solution for geolocating user equipment within the range of a base station (eg connected to the base station) of a radiocommunications network (eg a radiocommunications network conforming to 3GPP standards. ). More particularly, the position of the user equipment is determined from power measurements of different signals transmitted from a single base station (eg signals transmitted via different sectorial antennas of the base station, or signals corresponding to different beams an antenna of the array type of radiating elements fitted to the base station). In this way, it is not necessary for the user equipment to be within the reach of different base stations, thereby making the technique described simple to implement. Furthermore, the position of the user equipment is determined from information of relative powers.
  • Such information is representative of a ratio (when the powers are expressed in natural units) or of a difference (when the powers are expressed in logarithmic units) between the two powers of two given radiofrequency beams.
  • the effects of propagation attenuation or "Path Loss” in English
  • rapid fading of the propagation channel or “Fast Fading” in English
  • occultation or mask effects or “Shadowing” in English
  • this type of phenomenon impacts in the same way the two radiofrequency beams considered, these beams being emitted by radiating elements located at the same base station.
  • the calculation of a relative power thus makes it possible to cancel the effects of these phenomena on the signals received by the user equipment.
  • the determination implements, for at least one relative power information given among the relative power information (s), the resolution of an equation whose members are a function, on the one hand, of the power information. relative data and, on the other hand, of an expected value of the given relative power information function, for each radiofrequency beam associated with the given relative power information, of the radiation pattern model characterizing the power, as a function of a direction of observation of the radiofrequency beam associated with the given relative power information.
  • the position of the user equipment is determined in a simple and robust manner by matching the measured relative power information (s) with the expected value (s) as predicted by the radiation pattern models.
  • obtaining comprises obtaining a first and a second measured power corresponding respectively to a first radiofrequency beam emitted by a first sectorial antenna of the base station and to a second radiofrequency beam emitted by a second sectorial antenna of the base station.
  • the calculation delivers a first relative power information associated with said first and second radiofrequency beams.
  • the determination comprises the determination of an angle representative of a longitude of the user equipment in a frame of reference centered on said first and second sectorial antennas from, on the one hand, the first relative power information and, on the other hand , of an antenna radiation pattern model characterizing the power, as a function of a direction of observation, of the first and second radiofrequency beams.
  • the angle representative of the longitude of the user equipment is determined in a simple and robust manner in the case of a base station implementing a technology of the SISO type (for “Single Input Single Output” in English) on different sectors. cover.
  • obtaining further comprises obtaining a third measured power of a third radiofrequency beam radiated by a third sectorial antenna of said base station.
  • the computation delivers other relative power information associated with the third radiofrequency beam and with a beam among the first and second radiofrequency beams.
  • the sign of the other relative power information expressed in decibels is representative of the sign of the angle ⁇ 1 of the user equipment in the frame.
  • the first and second radiofrequency beams are radiated by the first and second antennas at a first angle of inclination (also commonly referred to as “tilt” in English).
  • Obtaining comprises obtaining a fourth measured power corresponding to a fourth radiofrequency beam radiated by the first antenna according to a second angle of inclination or by the second antenna according to the second angle of inclination.
  • the calculation delivers second relative power information associated with the fourth radiofrequency beam and with the first, respectively second, radiofrequency beam.
  • the determination comprises the determination of an angle representative of a latitude of the user equipment in the frame of reference from, on the one hand, the second relative power information and, on the other hand, a model of the diagram of antenna radiation characterizing the power, as a function of a direction of observation, of the fourth and first, respectively second, radiofrequency beams.
  • the angle ⁇ 1 representative of a longitude and the angle ⁇ 1 representative of a latitude of the user equipment are determined simply and precisely from the beams emitted by the two antennas of the base station when they emit radiofrequency beams at two different angles of inclination.
  • M12 dB represents the second relative power information expressed in decibels
  • ⁇ 3 dB represents the opening angle at three decibels of the radiation pattern of each of the first and second antennas in a plane defining the angle ⁇ 1
  • ⁇ t1 represents the first angle of inclination
  • ⁇ t2 represents the second angle of inclination.
  • the angle representative of a latitude of the user equipment is determined in a simple and robust manner in the case of a base station implementing a technology of the SISO type (for “Single Input Single Output” in English) on different coverage sectors.
  • determining comprises determining from the angle representative of the latitude of the user equipment a distance of the user equipment from the base station.
  • the distance of the user equipment from the base station is determined in a simple and robust manner.
  • the longitude and latitude of the user equipment in the frame centered on the antennas of the base station, and the distance of the user equipment from the base station, a precise location is obtained. user equipment.
  • each radio frequency beam of the plurality of radio frequency beams is radiated by an array of radiating elements of the base station.
  • the resolution may include the implementation of a method for numerically solving said at least one equation.
  • the method applies in the case of a base station implementing a technology of the MIMO type (for “Multiple-input Multiple-Output” in English).
  • each radiofrequency beam of the plurality of radiofrequency beams is radiated by the same array of radiating elements of the base station.
  • the resolution implements for said at least one given relative power information item: obtaining the expected value of the given relative power information for a set of observation directions delivering a set of expected values each corresponding to a viewing direction ; a comparison between, on the one hand, the given relative power information and, on the other hand, each expected value of the set of expected values delivering a probable direction of observation.
  • the position of the user equipment is a function of the likely direction of radiation.
  • the likely observation direction corresponds to an expected value closest to the given relative power among the expected values of the set of expected values.
  • the antenna radiation pattern model characterizing the power A A, Beami ( ⁇ , ⁇ ) of an i-th radiofrequency beam as a function of a viewing direction considered is expressed as a function from: where: - ⁇ represents an angle representative of a longitude of the direction of observation considered, ⁇ represents an angle representative of a latitude of the direction of observation considered, ⁇ i, etilt represents an angle representative of a longitude of the desired direction of propagation for said i-th radiofrequency beam, ⁇ i, escan represents an angle representative of a latitude of the direction of propagation desired for said i-th radiofrequency beam,
  • N H represents the number of radiating elements of said array of radiating elements in a horizontal direction
  • - N V represents the number of radiating elements of said array of radiating elements in a vertical direction
  • d V represents the vertical spacing between two radiating elements
  • dH represents the horizontal spacing between two radiating elements
  • l represents the wavelength of the radiofrequency beam
  • a E ( ⁇ , ⁇ ) represents the radiation pattern of each radiating element of said array of radiating elements.
  • obtaining comprises receiving, by the base station, the power measured by the user equipment for each RF beam of the plurality of RF beams.
  • the technique described is implemented on the side of the radiocommunications network, e.g. at the level of a device in the base station.
  • the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for implementing the geolocation method described above (according to any one of the various aforementioned embodiments), when it is executed on a computer.
  • a geolocation device comprising a reprogrammable computing machine or a dedicated computing machine, configured to implement the steps of the geolocation method described above (according to the any of the above embodiments).
  • a base station comprising a geolocation device as described above (according to any one of the aforementioned embodiments).
  • FIG. 1a represents user equipment connected to a base station of a radiocommunications network according to one embodiment of the invention
  • FIG. 1b represents the three sectors covered by the three sectoral antennas of the base station of FIG. 1a;
  • FIG. 2a represents a network of radiating elements which can equip the base station of FIGS. 1a and fig. 1b according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2b details the radiating elements of the network of FIG. 2a;
  • FIG. 3 represents the steps of the geolocation method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows an example of a device structure allowing the implementation of the steps of the geolocation method of FIG. 3 according to one embodiment of the invention.
  • the general principle of the invention is based on the calculation of one or more information, called relative power information, each representative of a ratio (when the powers are expressed in natural units) or of a difference (when the powers are expressed. in logarithmic unit) between the two powers of two radiofrequency beams received by a user equipment.
  • the beams in question are transmitted by the same base station of a radiocommunications network. They are thus impacted in the same way by phenomena of the propagation attenuation type, rapid fading of the propagation channel, and masking effects (also referred to in English as “shadowing”).
  • the calculation of a relative power from the two powers measured by the user equipment makes it possible to cancel the effects of these physical phenomena linked to radio propagation.
  • the determination of the position of the user equipment from the relative power information (s) is based, for each beam received by the user equipment, on a model of the radiation pattern of the radiating elements of the station. base that emitted the beam in question. This makes it possible to go back in a simple and robust manner from the relative power information (s) to the position of the user equipment.
  • FIGS. 1a and fig. 1b a user equipment UE receiving the radiofrequency beams transmitted by a base station BS of a radiocommunications network according to one embodiment of the invention.
  • the user equipment UE is connected to the base station BS.
  • the user equipment UE is not connected to the base station BS, for example when it itself implements the geolocation method according to the invention. In this case, the user equipment UE does not need to send back to the base station BS the power measurements that it performs.
  • the radio communications network is a cellular network, such as for example a 2G, 3G, 4G or 5G network defined by the 3GPP standard or another standard.
  • a base station is defined as being dedicated to the management of a given geographical site (for example a geographical site corresponds to a cell of the network).
  • the base station BS manages the corresponding geographical site in a multisectoral (or multi-sector) manner. More particularly, the base station BS covers the site via three distinct sectors, each sector being covered by a corresponding so-called sectorial antenna A1, A2 or A3.
  • sectorial antenna is understood to mean an antenna emitting mainly in a given direction.
  • a cell of the radiocommunications network comprises three sectors. The 3 sectors are assumed here of identical dimensions.
  • Each sector is covered by means of a single antenna A1, A2 or A3 capable of transmitting according to a single beam (or at least a single main beam concentrating the major part of the power radiated by the antenna) on a frequency band given.
  • the directions of the beams emitted by the antennas A1, A2 or A3 covering two adjacent sectors of this site have between them an angle equal to ⁇ d.
  • Each antenna A1, A2, A3 is characterized, in a manner known per se, by a radiation pattern. For example, we consider antennas as described in the document Report ITU-R M.2135-1 of the ITU-R, entitled “Guidelines for evaluation of radio technologies for IMTAdvanced” of December 2009.
  • the radiation pattern of each antenna A1, A2, A3 has an opening angle of three decibels in the horizontal plane noted ⁇
  • the antennas A1, A2 and A3 are collocated in the center of the cell covered by the base station BS. It is noted that the term “collocated” is understood to mean that the antennas A1, A2 and A3 are located at the same site. However, they are not necessarily positioned at the same geographical point and can be separated by a few centimeters or a few tens of centimeters, or even a few meters. For example, the antennas are spaced apart by a distance less than ⁇ / 2 where l denotes the wavelength of the signals transmitted by the antennas A1, A2 and A3 to communicate on the network. As a variant, they can be spaced apart by a distance greater than ⁇ / 2.
  • the user equipment UE is identified with respect to the base station BS in a reference Oxyz centered on the antennas A1, A2 and A3 of the base station BS.
  • the origin of the coordinate system is located here at the top of the pylon supporting the antennas A1, A2 and A3, for example at the level of the barycenter of the antennas A1, A2 and A3.
  • the Oz axis is vertical and the Ox and Oy axes define a horizontal plane parallel to the ground.
  • the user equipment UE is identified via angles of a spherical coordinate system ( ⁇ 1, ⁇ 1) in the frame in question, and by the distance r1 representing the projection on the ground of the distance from the user equipment UE with respect to the origin 0 of the reference.
  • r1 represents the distance of the user equipment UE from the foot of the pylon supporting the antennas A1, A2 and A3, and ⁇ 1 and ⁇ 1 respectively representing the longitude and latitude of the user equipment UE in the Oxyz benchmark.
  • the angle ⁇ 1 is thus defined via the projection of the vector joining the origin of the Oxyz coordinate system to the user equipment UE in a horizontal plane, eg the O'x'y 'plane parallel to the Oxy plane but located at ground level.
  • the coordinates (r1, ⁇ 1, ⁇ 1) define the relative position of the user equipment UE with respect to the base station BS (or more precisely in the reference frame associated with the base station BS). To have the absolute position of the user equipment UE, it is thus necessary to take into account the position of the origin of the reference mark in addition to the relative position defined by the coordinates (r1, ⁇
  • the antennas A1, A2 and A3, and therefore the origin of the reference frame defined above also, are located at a height Hant from the ground. Moreover, the antennas A1, A2 and A3 emit radiofrequency beams at an inclination angle ⁇ t (or “tilt” angle) corresponding to a tilt angle (a tilt latitude here) of their radiation pattern with respect to the horizontal plane Oxy.
  • Such sectoral antennas A1, A2 and A3 are for example suitable for a so-called SISO (for “Single Input Single Output”) implementation of the radio communications network in question.
  • SISO Single Input Single Output
  • an antenna comprising an array 200 of radiating elements 200er, for example of the electronic scanning type, which can equip the base station BS according to another embodiment of the invention.
  • the origin of the Oxyz coordinate system is located at the level of the center of the network 200.
  • the respective centers of two consecutive radiating elements 200er are spaced apart by a distance d V in the vertical direction, and by a distance d H in the horizontal direction.
  • the pitch of the grating 200 is dv in the vertical direction and d H in the horizontal direction.
  • other numbers N H and N V of radiating elements 200er are considered.
  • such a network 200 is capable of emitting different radiofrequency beams each pointing in a desired direction of propagation. More particularly, weighting laws (in amplitude and / or in phase) of each radiating element 200er must be implemented. Examples of such laws are given below in relation to the description of FIG. 3. Consider for example a network 200 of radiating elements 200er as specified in document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0.
  • Such a network 200 is for example suitable for a so-called MIMO (for “Multiple-input Multiple-Output”) implementation of the radio communications network considered.
  • MIMO Multiple-input Multiple-Output
  • the power of a plurality of radiofrequency beams transmitted by the base station BS is obtained. More particularly, such a power is measured by the user equipment UE. In this way, a corresponding set of measured powers is got.
  • the radiofrequency beams of which the user equipment UE measures the power are not necessarily radiofrequency beams which have been transmitted by the base station BS to the user equipment. Indeed, by way of illustration, in the SISO configuration shown in FIGS. 1a and fig. 1b, the user equipment UE, due to its position where appropriate in one of the sectors covered by the base station BS, receives the radiofrequency beams emitted by the antenna of the base station BS covering this sector.
  • radiofrequency beams emitted by another antenna of the base station BS covering a sector adjacent to that in which it is located.
  • several radiofrequency beams can be emitted simultaneously in several directions, which do not necessarily coincide with the direction in which the user equipment UE is located.
  • the latter may however be able to receive these radiofrequency beams even if they are not directly intended for it.
  • the invention thus applies to any radiofrequency beam emitted by an antenna of the base station as soon as the user equipment is capable of measuring the power of such a beam (and of distinguishing this power from a noise power. ).
  • the user equipment UE identifies which antenna A1, A2 or A3 transmitted the beam for which it measures the power from information conveyed by the beam in question.
  • the measured power is fed back to the radio communications network (eg via a transmission to the base station BS).
  • the device 400 (detailed further below in relation to FIG. 4) implementing the present geolocation method is housed in the network itself (eg in a node of the network or in the BS base station).
  • the base station BS receives the power measured by the user equipment UE for each RF beam of the plurality of RF beams.
  • the present geolocation method is implemented directly in the user equipment UE.
  • the device 400 is housed in the user equipment UE.
  • At least one piece of relative power information representative of a ratio (when the powers are expressed in natural units) or of a difference (when the powers are expressed in logarithmic units) between two powers of the set of measured powers associated with two corresponding radiofrequency beams is calculated.
  • the powers measured by the user equipment UE can be averaged over a determined period. For example, they are collected at an acquisition frequency determined (for example every milliseconds) and are averaged by the user equipment UE over a determined period. The duration of this period can be determined as a function of various parameters, such as for example the possible mobility of the user equipment UE and, if appropriate, its speed, etc. This average can be obtained using a sliding window of length equal to the determined period envisaged.
  • the inventor has determined that for a frequency of 1 GHz, an average carried out over a period of 50 ms of measurements acquired every milliseconds is sufficient for many antennas conventionally used to obtain an accurate estimate of the position of the user equipment.
  • This average makes it possible to be freed from the phenomena of rapid variations (or "fast-fading" in English) of the propagation channels which may differ slightly from one antenna to another when they are separated by a few centimeters or a few tens. centimeters in particular.
  • the position of the user equipment UE is determined from, on the one hand, said at least one relative power information item and, on the other hand, for each relative power information item and for each radiofrequency beam associated with the relative power information (ie for each of the two radiofrequency beams whose power is the basis of the relative power information in question), of an antenna radiation pattern model characterizing the power, in function of a direction of observation, of the radiofrequency beam associated with the relative power information.
  • the device 400 obtains for example a first Pll (UE) and a second P21 (UE) measured powers corresponding respectively to a first radiofrequency beam emitted by the antenna A1 and to a second beam radio frequency emitted by antenna A2. Indeed, even when the user equipment UE is located in a given sector, it receives powers from the various antennas A1, A2, A3 of the base station covering the site.
  • UE Pll
  • UE P21
  • the first A1 and second A2 antennas emit radiofrequency beams at the same angle of inclination ⁇ t1 (ie the same latitude) with respect to the horizontal plane Oxy.
  • the first power Pll (UE) measured at the level of the user equipment UE is generally expressed according to the expression:
  • P11 (UE) K.P0.r -eta .G11 ( ⁇ 1, ⁇ 1) .X BS (UE) .Y BS (UE) (Eq. 1)
  • K is a constant
  • r denotes the distance separating the equipment user UE of antenna A1
  • eta is a fading factor (also called “pathloss” factor) modeling the propagation attenuation
  • P0 is the power emitted by antenna A1 on the beam considered
  • G11 ( ⁇ 1, ⁇ 1) is the gain of the antenna A1 radiated on the beam considered in the direction ( ⁇ 1, ⁇ 1)
  • X BS (UE) is a parameter representing the fast fading of the propagation channel between the antenna A1 and the user equipment UE
  • Y BS (UE) is a parameter representing the mask effects (or “shadowing”) of the propagation channel between the antenna A1 and the user equipment UE.
  • Such a model is known per se and is not described in more detail here.
  • the second power P21 (UE) measured at the level of the user equipment UE is generally expressed according to the expression:
  • P21 (UE) K.P0.r -eta .G21 ( ⁇ 2, ⁇ 2) .X BS (UE) .Y BS (UE) (Eq. 2)
  • G21 ( ⁇ 2, ⁇ 2) is the gain of the antenna A2 radiated on the beam considered in the direction of the user equipment UE.
  • the first relative power information Mil associated with the first and second radiofrequency beams is expressed only as a function of the gains G11 ( ⁇ 1, ⁇ 1) and G21 ( ⁇ 1, ⁇ 1) . Indeed, from the equations (Eq. 1) and (Eq. 2), we can write:
  • M11 dB (G11 ( ⁇ 1, ⁇ 1) - G21 ( ⁇ 1, ⁇ 1)) dB (Eq. 3dB) It is noted that when the transmission powers of the antennas A1, A2 and A3 are different, the same equations can be obtained up to a constant (multiplicative or additive). This constant characterizes the ratio (linearly) or the difference (in dB) between the two transmission powers of the antennas considered.
  • step E320 having knowledge of a model (eg analytical or obtained by measuring the antenna in question) of antenna radiation diagram characterizing the power, as a function of a direction of observation, of the radiofrequency beam considered (here a model for G11 ( ⁇ 1, ⁇ 1) and for G21 ( ⁇ 1, ⁇ 1)), it is possible to return all or part of the coordinates characterizing the position of the user equipment UE by solving the equation (Eq. 3lin) or the equation (Eq. 3dB) during the implementation of step E320.
  • the determination of the position of the user equipment UE implements, for at least one given relative power information item, the resolution of an equation (equation (Eq. 3lin) or equation (Eq.
  • the expected value in question is a function, for each radiofrequency beam associated with the given relative power information, of the radiation pattern model characterizing the power, as a function of a direction of observation, of the radiofrequency beam associated with the relative power information given.
  • ⁇ 1 - (M11 dB / 24) ⁇ 2 3dB / ⁇ d + ⁇ d / 2 (Eq. 7)
  • the angle ⁇ 1 is determined from, on the one hand, the first relative power information item Mil (expressed in logarithmic units in equation (Eq. 7)) and , on the other hand, of the radiation diagram model characterizing the power, as a function of a direction of observation, of the first and second radiofrequency beams (here
  • G11 ( ⁇ 1, ⁇ 1) and G21 ( ⁇ 1, ⁇ 1)).
  • a third measured power P31 (UE) corresponding to a third radiofrequency beam emitted by the sectorial antenna A3 is advantageously obtained during step E300.
  • the other relative power information corresponds to the P21 / P31 ratio when the powers are expressed in natural units, or to the difference P21dB - P31dB when the powers are expressed in decibels.
  • the sign of the other relative power information expressed in decibels is representative of the sign of the angle ⁇ 1.
  • the angle ⁇ 1 makes it possible to estimate the position of the user equipment UE in the cell considered, in particular under the assumption that the user equipment UE is on the ground. However, in certain cases it is advantageous to also determine the angle ⁇ 1 of the user equipment UE. To do this, during the implementation of step E300, the device 400 obtains a fourth measured power P12 (UE) corresponding to a fourth radiofrequency beam emitted by the sectorial antenna A1 at a second angle of inclination ⁇ t2, relative to the horizontal plane
  • step E310 a second relative power information M12 associated with the fourth radiofrequency beam and with the aforementioned first radiofrequency beam is calculated.
  • the angle ⁇ 1 locating the user equipment UE in the reference frame centered on the antennas A1, A2 and A3 of the base station BS is determined on the basis, on the one hand, of the second relative power information M12 and, on the other hand, of the radiation pattern model characterizing the power, as a function of a direction of observation, of the first and fourth radiofrequency beams.
  • an identical expression for ⁇ 1 is obtained from the expression of the relative power information, expressed in decibels, equal to (G21 ( ⁇ 2, ⁇ 2) - G22 (02, ⁇ 2)) dB, where (G21 ( ⁇ 2 , ⁇ 2)) dB is given by the equation (Eq. 5) and where (G22 ( ⁇ 2, ⁇ 2)) dB corresponds to the gain of the antenna A2 in the direction (02, ⁇ 2) when the antenna A2 transmits according to an angle of inclination equal to ⁇ t2.
  • the angle ⁇ 1 and the angle ⁇ 1 identifying the user equipment UE are determined in a simple and precise manner from the beams emitted by at least two of the antennas A1, A2, A3 of the base station BS according to at least two different tilt angles. From the knowledge of the angle ⁇ 1, it is also possible at step E320 to calculate a distance of the user equipment UE with respect to the base station BS. In the embodiment described here, for example, in step E320, the distance r1 corresponding to the projection on the ground of the distance of the user equipment UE with respect to the origin of the frame (Oxyz) is calculated.
  • a model of the antenna radiation diagram A A, Beami ( ⁇ , ⁇ ) characterizing the power of an i-th radiofrequency beam emitted as a function of a direction of observation (Q, f) considered is for example specified in document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0 (it is specified here that the notations used, ie Q and cp, in the present application for the angles representative of longitude and latitude in the MIMO case are reversed those used in document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0.
  • colatitude is equal to latitude plus ⁇ / 2) and is expressed as: and: where ⁇ i, etilt and ⁇ i, escan represent the longitude and the latitude defining the desired direction of propagation for the i-th radiofrequency beam respectively in the planes of definition of angles 01 and respectivement1, and AE ( ⁇ , perennial) represents the radiation diagram, in the Oxyz frame of reference, of each of the 200er radiating elements of the network 200 (assumed to be identical here).
  • a power P200i (UE) measured by the user equipment UE and corresponding to the i-th radiofrequency beam emitted by the network 200 is generally expressed according to the expression:
  • P200i (UE) K.P0.r -eta .A A, Beami ( ⁇ , ⁇ ) .X BS (UE) .Y BS (UE)
  • the resolution of such an equation comprises the implementation of a digital resolution method.
  • solving such an equation includes exploring the space of solutions (q, f) in order to determine the most likely direction ( ⁇ 1, ⁇ 1) of the user equipment UE.
  • the resolution implements, for a given relative power information item calculated during the implementation of step E310: obtaining the expected value of the given relative power information for a set of different observation directions .
  • a set of expected values each corresponding to a direction of observation is thus obtained; and a comparison between, on the one hand, the given relative power information and, on the other hand, each expected value of the set of expected values delivering a probable direction of observation.
  • the probable observation direction corresponds to an expected value closest (eg in the sense of a given standard of the absolute value type) to the given relative power among the expected values of the set of expected values.
  • the position of the user equipment is a function of the likely direction of radiation.
  • the position of the user equipment is determined as the likely direction of radiation.
  • FIG. 4 an example of a device structure 400 making it possible to implement the steps of the geolocation method of FIG. 3 according to one embodiment of the invention.
  • the device 400 comprises a random access memory 403 (for example a RAM memory), a processing unit 402 equipped for example with a processor, and controlled by a computer program stored in a read only memory 401 (for example a ROM memory or a hard disc).
  • a computer program stored in a read only memory 401 (for example a ROM memory or a hard disc).
  • the code instructions of the computer program are for example loaded into the random access memory 403 before being executed by the processor of the processing unit 402.
  • FIG. 4 illustrates only one particular way, among several possible, of making the device 400 so that it performs certain steps of the geolocation method (according to any one of the embodiments and / or variants described above in relation with fig. 3).
  • a reprogrammable computing machine a PC computer, a DSP processor or a microcontroller
  • a program comprising a sequence of instructions
  • a dedicated computing machine by example a set of logic gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module.
  • the corresponding program (that is to say the sequence of instructions) can be stored in a removable storage medium (such as for example a CD- ROM, DVD-ROM, USB key) or not, this storage medium being partially or totally readable by a computer or processor.
  • device 400 is included in user equipment UE. In some embodiments, the device 400 is included in a device of the radio communications network, e.g. in a node of the network or in the base station BS.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis par une station de base d'un réseau de radiocommunications. Un tel procédé comprend : ‐ une obtention (E300) d'une puissance mesurée par l'équipement utilisateur pour chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences délivrant un jeu correspondant de puissances mesurées; ‐ un calcul (E310) d'au moins une information, dite information puissance relative, représentative d'un rapport ou d'une différence entre deux puissances du jeu de puissances mesurées associées à deux faisceaux radiofréquences correspondants; et ‐ une détermination (E320) d'une position de l'équipement utilisateur à partir, d'une part, de l'au moins une information puissance relative et, d'autre part, pour chaque information puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis par une station de base d'un réseau de radiocommunications, produit programme d'ordinateur et dispositif correspondants.
Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la mise en oeuvre des réseaux de radiocommunications. L'invention se rapporte plus particulièrement à la géolocalisation des équipements utilisateurs - recevant des signaux émis par de tels réseaux de radiocommunications.
L'invention a de nombreuses applications, notamment, mais non exclusivement, dans le domaine des réseaux de radiocommunications conformes aux normes 3GPP (de l'anglais « 3rd Génération Partnership Project ») de dernières générations ou de générations futures.
Art antérieur et ses inconvénients
De nombreux services ou applications proposé(e)s aujourd'hui par les opérateurs de réseaux de télécommunications s'appuient sur la localisation géographique des utilisateurs. Ces services sont connus sous le nom de services LSB (pour « Location Based Services » en anglais), et suscitent un grand intérêt aussi bien pour des applications commerciales (ex. applications de jeux, de publicité, etc.) que pour des applications autour de la sécurité (par exemple pour les services d'intervention d'urgence, les applications médicales, les services d'alerte, etc.).
Différentes techniques peuvent être utilisées pour déterminer la position géographique d'un équipement utilisateur (autrement dit pour le géolocaliser). Par exemple, le système GPS (pour « Global Positioning System » en anglais) peut être utilisé. Un tel système s'appuie sur des signaux diffusés par des satellites en orbite autour de la Terre. Les signaux satellitaires sont reçus par le système GPS et utilisés pour estimer la position des satellites et la distance entre les satellites et un récepteur GPS. La précision de l'estimation fournie par le système GPS dépend du nombre de satellites visibles par le système GPS, qui peut fortement varier en fonction des conditions climatiques. En outre, les récepteurs GPS sont gourmands en ressources, notamment en énergie, ce qui peut s'avérer problématique lorsqu'ils sont embarqués dans des équipements disposant de ressources limitées comme par exemple des équipements mobiles fonctionnant sur batterie. En vue de limiter la consommation en ressources des systèmes GPS, il n'est pas rare que les utilisateurs de ces équipements mobiles désactivent tout simplement les systèmes GPS qui, dès lors, ne peuvent plus être utilisés pour géolocaliser les équipements en question. Par ailleurs, nombre d'applications ne nécessitent pas une géolocalisation aussi fine que celle proposée par un système GPS.
Par exemple, un équipement connecté à un réseau de radiocommunications du type cellulaire, tel que par exemple un réseau GSM (pour « Global System Mobile » en anglais), peut être géolocalisé à partir de l'identifiant de cellule (ou « Cell ID » en anglais) diffusé dans le réseau par la station de base servant l'équipement. La position géographique de l'équipement est ainsi estimée approximativement à partir des coordonnées géographiques de la station de base via laquelle l'équipement est rattaché au réseau. Alternativement, différentes méthodes basées sur la triangulation ou l'estimation du temps de vol des signaux radioélectriques peuvent être mises en oeuvre. Cependant, de telles méthodes nécessitent d'avoir l'équipement utilisateur dans la portée de différentes stations de base du réseau considéré.
Il existe donc un besoin pour une technique simple permettant de géolocaliser un équipement utilisateur dans la portée d'un réseau de radiocommunications, tel que par exemple un équipement utilisateur connecté à une station de base du réseau de radiocommunications.
Exposé de l'invention
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis par une station de base d'un réseau de radiocommunications. Un tel procédé comprend : une obtention d'une puissance mesurée par l'équipement utilisateur pour chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences délivrant un jeu correspondant de puissances mesurées ; un calcul d'au moins une information, dite information puissance relative, représentative d'un rapport ou d'une différence entre deux puissances du jeu de puissances mesurées associées à deux faisceaux radiofréquences correspondants ; et une détermination d'une position de l'équipement utilisateur à partir, d'une part, de ladite au moins une information puissance relative et, d'autre part, pour chaque information puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative.
Ainsi, l'invention propose une solution nouvelle et inventive pour géolocaliser un équipement utilisateur dans la portée d'une station de base (e.g. connecté à la station de base) d'un réseau de radiocommunications (e.g. un réseau de radiocommunications conformes aux normes 3GPP). Plus particulièrement, la position de l'équipement utilisateur est déterminée à partir de mesures de puissance de différents signaux émis depuis une unique station de base (e.g. des signaux émis via différentes antennes sectorielles de la station de base, ou des signaux correspondant à différents faisceaux d'une antenne de type réseau d'éléments rayonnants équipant la station de base). De la sorte, il n'est pas nécessaire que l'équipement utilisateur soit sous la portée de différentes stations de base, rendant par là-même la technique décrite simple à mettre en oeuvre. Par ailleurs, la position de l'équipement utilisateur est déterminée à partir d'informations de puissances relatives. Une telle information est représentative d'un rapport (lorsque les puissances sont exprimées en unité naturelle) ou d'une différence (lorsque les puissances sont exprimées en unité logarithmique) entre les deux puissances de deux faisceaux radiofréquences donnés. De la sorte, les effets de l'atténuation de propagation (ou « Path Loss » en anglais), des évanouissements rapides du canal de propagation (ou « Fast Fading » en anglais), ainsi que des effets d'occultation ou de masque (ou « Shadowing » en anglais) sont annulés. En effet, ce type de phénomène impacte de la même façon les deux faisceaux radiofréquences considérés, ces faisceaux étant émis par des éléments rayonnants localisés au niveau de la même station de base. Le calcul d'une puissance relative permet ainsi d'annuler les effets de ces phénomènes sur les signaux reçus par l'équipement utilisateur.
Enfin, l'utilisation de modèles de diagrammes de rayonnement permet de remonter de manière simple et robuste depuis la ou les informations de puissances relatives jusqu'à la position de l'équipement utilisateur.
Dans des modes de réalisation, la détermination met en oeuvre, pour au moins une information puissance relative donnée parmi la ou les informations puissances relatives, la résolution d'une équation dont les membres sont fonction, d'une part, de l'information puissance relative donnée et, d'autre part, d'une valeur attendue de l'information puissance relative donnée fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative donnée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative donnée.
Ainsi, la position de l'équipement utilisateur est déterminée de manière simple et robuste en mettant en adéquation la ou les informations de puissances relatives mesurées avec la ou les valeurs attendues telles que prédites par les modèles de diagramme de rayonnement.
Dans des modes de réalisation, l'obtention comprend l'obtention d'une première et d'une deuxième puissances mesurées correspondant respectivement à un premier faisceau radiofréquence émis par une première antenne sectorielle de la station de base et à un deuxième faisceau radiofréquence émis par une deuxième antenne sectorielle de la station de base. Le calcul délivre une première information puissance relative associée auxdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences. La détermination comprend la détermination d'un angle représentatif d'une longitude de l'équipement utilisateur dans un repère centré sur lesdites première et deuxième antennes sectorielles à partir, d'une part, de la première information puissance relative et, d'autre part, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, des premier et deuxième faisceaux radiofréquences.
Dans des modes de réalisation, la résolution comprend la mise en oeuvre de l'équation : θ1 = - (M11dB /24 ) θ23dB/ θd + θd/2, où : θ1 représente ledit angle représentatif d'une longitude dudit équipement utilisateur, M11dB représente ladite première information puissance relative exprimée en décibels, θ3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement de chacune desdites première et deuxième antennes dans un plan de définition dudit angle θ1, et θd représente l'angle de dépointage entre lesdites première et deuxième antennes dans ledit plan de définition dudit angle θ1.
Ainsi, l'angle représentatif de la longitude de l'équipement utilisateur est déterminé de manière simple et robuste dans le cas d'une station de base implémentant une technologie du type SISO (pour « Single Input Single Output » en anglais) sur différents secteurs de couverture.
Dans des modes de réalisation, l'obtention comprend en outre l'obtention d'une troisième puissance mesurée d'un troisième faisceau radiofréquences rayonné par une troisième antenne sectorielle de ladite station de base. Le calcul délivre une autre information puissance relative associée au troisième faisceau radiofréquences et à un faisceau parmi les premier et deuxième faisceaux radiofréquences. Le signe de l'autre information puissance relative exprimée en décibels est représentatif du signe de l'angle θ1 de l'équipement utilisateur dans le repère.
Ainsi, l'ambiguïté sur l'angle θ1 de l'équipement utilisateur est levée.
Dans des modes de réalisation, les premier et deuxième faisceaux radiofréquences sont rayonnés par les première et deuxième antennes selon un premier angle d'inclinaison (aussi communément désigné par « tilt » en anglais). L'obtention comprend l'obtention d'une quatrième puissance mesurée correspondant à un quatrième faisceau radiofréquences rayonné par la première antenne selon un deuxième angle d'inclinaison ou par la deuxième antenne selon le deuxième angle d'inclinaison. Le calcul délivre une deuxième information puissance relative associée au quatrième faisceau radiofréquences et au premier, respectivement deuxième, faisceau radiofréquences. La détermination comprend la détermination d'un angle représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur dans le repère à partir, d'une part, de la deuxième information puissance relative et, d'autre part, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, des quatrième et premier, respectivement deuxième, faisceaux radiofréquences.
Ainsi, l'angle θ1 représentatif d'une longitude et l'angle φ1 représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur sont déterminés de manière simple et précise à partir des faisceaux émis par les deux antennes de la station de base lorsqu'elles émettent des faisceaux radiofréquences selon deux angles d'inclinaison différents.
Dans des modes de réalisation, la résolution comprend la mise en oeuvre de l'équation : φ1 = M12dB/24 φ2 3dB / (φt1- φt2) + (φt1+ φt2)/2, où : φ1 représente l'angle représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur,
M12dB représente la deuxième information puissance relative exprimée en décibels, φ3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement de chacune des première et deuxième antennes dans un plan de définition de l'angle φ1, φt1 représente le premier angle d'inclinaison, et φt2 représente le deuxième angle d'inclinaison.
Ainsi, l'angle représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur est déterminé de manière simple et robuste dans le cas d'une station de base implémentant une technologie du type SISO (pour « Single Input Single Output » en anglais) sur différents secteurs de couverture.
Dans des modes de réalisation, la détermination comprend la détermination à partir de l'angle représentatif de la latitude de l'équipement utilisateur, d'une distance de l'équipement utilisateur par rapport à la station de base. La détermination de la distance comprend par exemple la mise en oeuvre de l'équation : r1 = Hant/tg (φ1), où : φ1 représente l'angle représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur, r1 représente une projection au sol de la distance de l'équipement utilisateur par rapport à l'origine du repère, et
Hant la hauteur de chacune des première et deuxième antennes dans le repère.
Ainsi, la distance de l'équipement utilisateur par rapport à la station de base est déterminée de manière simple et robuste. En disposant de la longitude et de la latitude de l'équipement utilisateur dans le repère centré sur les antennes de la station de base, et de la distance de l'équipement utilisateur par rapport à la station de de base, on obtient une localisation précise de l'équipement utilisateur.
Dans des modes de réalisation, chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences est rayonné par un réseau d'éléments rayonnants de la station de base. La résolution peut comprendre la mise en oeuvre d'une méthode de résolution numérique de ladite au moins une équation.
Ainsi, la méthode s'applique dans le cas d'une station de base implémentant une technologie du type MIMO (pour « Multiple-lnput Multiple-Output » en anglais).
Dans des modes de réalisation, chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences est rayonné par un même réseau d'éléments rayonnants de la station de base. La résolution met en oeuvre pour ladite au moins une information puissance relative donnée : une obtention de la valeur attendue de l'information puissance relative donnée pour un jeu de directions d'observation délivrant un jeu de valeurs attendues correspondant chacune à une direction d'observation ; une comparaison entre, d'une part, l'information puissance relative donnée et, d'autre part, chaque valeur attendue du jeu de valeurs attendues délivrant une direction d'observation vraisemblable.
La position de l'équipement utilisateur est fonction de la direction de rayonnement vraisemblable.
Ainsi, la résolution de la ou des équations mises en jeu se fait de manière simple et robuste par exploration de l'espace des solutions possibles.
Dans des modes de réalisation, la direction d'observation vraisemblable correspond à une valeur attendue la plus proche de la puissance relative donnée parmi les valeurs attendues du jeu de valeurs attendues. Dans des modes de réalisation, le modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance AA,Beami(θ,φ) d'un i-ème faisceau radiofréquences en fonction d'une direction d'observation considérée s'exprime en fonction de : où : - θ représente un angle représentatif d'une longitude de la direction d'observation considérée, φ représente un angle représentatif d'une latitude de la direction d'observation considérée, θi,etilt représente un angle représentatif d'une longitude de la direction de propagation voulue pour ledit i-ème faisceau radiofréquences, φi,escan représente un angle représentatif d'une latitude de la direction de propagation voulue pour ledit i-ème faisceau radiofréquences,
NH représente le nombre d'éléments rayonnants dudit réseau d'éléments rayonnants dans une direction horizontale, - NV représente le nombre d'éléments rayonnants dudit réseau d'éléments rayonnants dans une direction verticale, dV représente l'espacement vertical entre deux éléments rayonnants, dH représente l'espacement horizontal entre deux éléments rayonnants, l représente la longueur d'onde du faisceau radiofréquences, et
AE(θ,φ) représente le diagramme de rayonnement de chaque élément rayonnant dudit réseau d'éléments rayonnants.
Dans des modes de réalisation, l'obtention comprend une réception, par la station de base, de la puissance mesurée par l'équipement utilisateur pour chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences.
Ainsi, la technique décrite est mise en oeuvre du côté du réseau de radiocommunications, e.g. au niveau d'un dispositif dans la station de base.
L'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé de géolocalisation décrit ci-dessus (selon l'un quelconque des différents modes de réalisation précités), lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, il est proposé un dispositif de géolocalisation comprenant une machine de calcul reprogrammable ou une machine de calcul dédiée, configurée pour mettre en oeuvre les étapes du procédé de géolocalisation décrit ci-dessus (selon l'un quelconque des modes de réalisation précités).
Ainsi, les caractéristiques et avantages de ce dispositif sont les mêmes que ceux du procédé de géolocalisation décrit précédemment. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés plus amplement. Dans un autre mode de réalisation de l’invention, il est proposé un équipement utilisateur comprenant un dispositif de géolocalisation tel que décrit ci-dessus (selon l'un quelconque des modes de réalisation précités).
Ainsi, les caractéristiques et avantages de cet équipement utilisateur sont les mêmes que ceux du dispositif de géolocalisation décrit précédemment. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés plus amplement.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, il est proposé une station de base comprenant un dispositif de géolocalisation tel que décrit ci-dessus (selon l'un quelconque des modes de réalisation précités).
Ainsi, les caractéristiques et avantages de cette station de base sont les mêmes que ceux du dispositif de géolocalisation décrit précédemment. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés plus amplement. Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre de simple exemple illustratif, et non limitatif, en relation avec les figures, parmi lesquelles :
[fig. 1a] représente un équipement utilisateur connecté à une station de base d'un réseau de radiocommunications selon un mode de réalisation de l'invention ;
[fig. 1b] représente les trois secteurs couverts par les trois antennes sectorielles de la station de base de la fig. 1a ;
[fig. 2a] représente un réseau d'éléments rayonnants pouvant équiper la station de base des fig. 1a et fig. 1b selon un mode de réalisation de l'invention ;
[fig. 2b] détaille les éléments rayonnants du réseau de la fig. 2a ;
[fig. 3] représente les étapes du procédé de géolocalisation selon un mode de réalisation de l'invention ;
[fig. 4] représente un exemple de structure de dispositif permettant la mise en oeuvre des étapes du procédé de géolocalisation de la fig. 3 selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur le calcul d'une ou plusieurs informations, dite informations puissances relatives, représentatives chacune d'un rapport (lorsque les puissances sont exprimées en unité naturelle) ou d'une différence (lorsque les puissances sont exprimées en unité logarithmique) entre les deux puissances de deux faisceaux radiofréquences reçus par un équipement utilisateur. Les faisceaux en question sont émis par une même station de base d'un réseau de radiocommunications. Ainsi ils sont impactés de la même façon par les phénomènes du type atténuation de propagation, évanouissements rapides du canal de propagation, et effets de masquage (aussi désigné en anglais par « shadowing »). Le calcul d'une puissance relative à partir des deux puissances mesurées par l'équipement utilisateur permet d'annuler les effets de ces phénomènes physiques liés à la propagation radioélectrique.
Par ailleurs, la détermination de la position de l'équipement utilisateur à partir de la ou des informations puissances relatives s'appuie, pour chaque faisceau reçu par l'équipement utilisateur, sur un modèle de diagramme de rayonnement des éléments rayonnants de la station de base ayant émis le faisceau en question. Ceci permet de remonter de manière simple et robuste depuis la ou les informations de puissances relatives jusqu'à la position de l'équipement utilisateur. On présente désormais, en relation avec les fig. 1a et fig. 1b un équipement utilisateur UE recevant les faisceaux radiofréquences émis par une station de base BS d'un réseau de radiocommunications selon un mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'équipement utilisateur UE est connecté à la station de base BS. Dans d'autres modes de réalisation, l'équipement utilisateur UE n'est pas connecté à la station de base BS, par exemple lorsqu'il met en oeuvre lui-même le procédé de géolocalisation selon l'invention. Dans ce cas, l'équipement utilisateur UE n'a pas besoin de remonter à la station de base BS les mesures de puissances qu'il effectue.
De retour aux fig. 1a et fig. 1b, le réseau de radiocommunications est un réseau cellulaire, tel que par exemple un réseau 2G, 3G, 4G ou 5G défini par le standard 3GPP ou un autre standard.
Dans la présente demande, une station de base est définie comme étant dédiée à la gestion d'un site géographique donné (par exemple un site géographique correspond à une cellule du réseau). Dans le cas des fig. 1a et fig. 1b, la station de base BS gère le site géographique correspondant de manière multisectorielle (ou multi-secteurs). Plus particulièrement, la station de base BS couvre le site via trois secteurs distincts, chaque secteur étant couvert par une antenne dite sectorielle correspondante A1, A2 ou A3. Dans la présente demande, on entend par antenne sectorielle une antenne émettant principalement dans une direction donnée. Par exemple, une cellule du réseau de radiocommunications comprend trois secteurs. Les 3 secteurs sont supposés ici de dimensions identiques. Par souci de simplification, on suppose que chaque secteur est défini par un angle, θd, de dépointage dans le plan horizontal qui vaut 120° (i.e. θd = 360°/3 ou plus généralement pour N secteurs couverts par N antennes, θd = 360°/N). Chaque secteur est couvert au moyen d'une unique antenne A1, A2 ou A3 apte à émettre selon un unique faisceau (ou tout du moins un unique faisceau principal concentrant la majeure partie de la puissance rayonnée par l'antenne) sur une bande de fréquences donnée. Autrement dit, les directions des faisceaux émis par les antennes A1, A2 ou A3 couvrant deux secteurs adjacents de ce site présentent entre elles un angle égal à θd. Chaque antenne A1, A2, A3 est caractérisée, de façon connue en soi, par un diagramme de rayonnement. On considère par exemple des antennes telles que décrites dans le document Report ITU-R M.2135-1 de l'ITU-R, intitulé « Guidelines for évaluation of radio technologies for IMTAdvanced » de décembre 2009. Le diagramme de rayonnement de chaque antenne A1, A2, A3 présente un angle d'ouverture à trois décibels dans le plan horizontal noté θ
3dB· Les antennes A1, A2 et A3 sont colocalisées au centre de la cellule couverte par la station de base BS. On note que par « colocalisées », on entend que les antennes A1, A2 et A3 se trouvent au niveau d'un même site. Elles ne sont toutefois pas nécessairement positionnées en un même point géographique et peuvent être séparées de quelques centimètres ou de quelques dizaines de centimètres, voire de quelques mètres. Par exemple, les antennes sont espacées d'une distance inferieure à λ/2 où l désigne la longueur d'onde des signaux émis par les antennes A1, A2 et A3 pour communiquer sur le réseau. En variante, elles peuvent être espacées d'une distance supérieure à λ/2. On note que dans un environnement urbain, on se limitera préférentiellement à un espacement inferieur à une distance allant de 3 à 5 mètres ; dans un environnement rural, un espacement supérieur peut être envisagé, les cellules couvrant des zones plus grandes. L'équipement utilisateur UE est repéré par rapport à la station de base BS dans un repère Oxyz centré sur les antennes A1, A2 et A3 de la station de base BS. L'origine du repère est ici localisée au sommet du pylône supportant les antennes A1, A2 et A3, par exemple au niveau du barycentre des antennes A1, A2 et A3. L'axe Oz est vertical et les axes Ox et Oy définissent un plan horizontal parallèle au sol. Par exemple, l'équipement utilisateur UE est repéré via des angles d'un système de coordonnées sphériques (θ1, φ1) dans le repère en question, et par la distance r1 représentant la projection au sol de la distance de l'équipement utilisateur UE par rapport à l'origine 0 du repère. En d'autres termes, r1 représente la distance de l'équipement utilisateur UE par rapport au pied du pylône supportant les antennes A1, A2 et A3, et θ1 et φ1 représentant respectivement la longitude et la latitude de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz. L'angle θ1 est ainsi défini via la projection du vecteur joignant l'origine du repère Oxyz à l'équipement utilisateur UE dans un plan horizontal, e.g. le plan O'x'y' parallèle au plan Oxy mais situé au niveau du sol. Les coordonnées ( r1, θ1, φ1) définissent la position relative de l'équipement utilisateur UE par rapport à la station de base BS (ou plus précisément dans le repère associé à la station de base BS). Pour avoir la position absolue de l'équipement utilisateur UE, il faut ainsi prendre en compte la position de l'origine du repère en plus de la position relative définie par les coordonnées (r1, θ
I, fΐ).
Les antennes A1, A2 et A3, et donc l'origine du repère défini ci-dessus également, sont situées à une hauteur Hant du sol. Par ailleurs, les antennes A1, A2 et A3 émettent des faisceaux radiofréquences selon un angle d'inclinaison φt (ou angle de « tilt » en anglais) correspondant à un angle de dépointage (une latitude de dépointage ici) de leur diagramme de rayonnement par rapport au plan horizontal Oxy.
De telles antennes sectorielles A1, A2 et A3 sont par exemple adaptées à une mise en oeuvre dite SISO (pour « Single Input Single Output » en anglais) du réseau de radiocommunications considéré.
On présente désormais, en relation avec les fig. 2a et fig. 2b une antenne comprenant un réseau 200 d'éléments rayonnants 200er, par exemple du type à balayage électronique, pouvant équiper la station de base BS selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Plus particulièrement, le réseau 200 comprend NH=8 éléments rayonnants 200er dans la direction horizontale (i.e. selon la direction Oy du repère dans le cas présent) et NV=12 éléments rayonnants 200er dans la direction verticale (i.e. selon la direction Oz du repère dans le cas présent).
On note que dans le présent mode de réalisation, l'origine du repère Oxyz est localisée au niveau du centre du réseau 200.
Les centres respectifs de deux éléments rayonnants 200er consécutifs sont espacés d'une distance dV dans la direction verticale, et d'une distance dH dans la direction horizontale. En d'autres termes, le pas du réseau 200 est dv dans la direction verticale et dH dans la direction horizontale. Dans d'autres modes de réalisation, d'autres nombres NH et NV d'éléments rayonnants 200er sont considérés.
De retour aux fig. 2a et fig. 2b, un tel réseau 200 est capable d'émettre différents faisceaux radiofréquences pointant chacun dans une direction de propagation voulue. Plus particulièrement, des lois de pondération (en amplitude et/ou en phase) de chaque élément rayonnant 200er doivent être mises en oeuvre. Des exemples de telles lois sont donnés ci-dessous en relation avec la description de la fig. 3. On considère par exemple un réseau 200 d'éléments rayonnants 200er tel que spécifié dans le document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0.
Un tel réseau 200 est par exemple adapté à une mise en oeuvre dite MIMO (pour « Multiple-lnput Multiple-Output » en anglais) du réseau de radiocommunications considéré.
On présente désormais, en relation avec la fig. 3 les étapes du procédé de géolocalisation selon un mode de réalisation de l'invention.
Lors d'une étape E300, la puissance d'une pluralité de faisceaux radiofréquences émis par la station de base BS est obtenue. Plus particulièrement, une telle puissance est mesurée par l'équipement utilisateur UE. De la sorte, un jeu correspondant de puissances mesurées est obtenu. On note que les faisceaux radiofréquences dont l'équipement utilisateur UE mesure la puissance ne sont pas nécessairement des faisceaux radiofréquences qui ont été émis par la station de base BS à destination de l'équipement utilisateur. En effet, à titre illustratif, dans la configuration SISO représentée aux fig. 1a et fig. 1b, l'équipement utilisateur UE, du fait de sa position le cas échéant dans l'un des secteurs couverts par la station de base BS, reçoit les faisceaux radiofréquences émis par l'antenne de la station de base BS couvrant ce secteur. Toutefois, il est également en mesure de recevoir des faisceaux radiofréquences émis par une autre antenne de la station de base BS couvrant un secteur adjacent à celui dans lequel il se trouve. De même, dans une configuration MIMO s'appuyant par exemple sur un réseau d'antennes tel que représenté sur les fig. 2a et fig. 2b, plusieurs faisceaux radiofréquences peuvent être émis simultanément dans plusieurs directions, qui ne coïncident pas nécessairement avec la direction dans laquelle se trouve l'équipement utilisateur UE. Celui-ci peut toutefois être en mesure de recevoir ces faisceaux radiofréquences même si ils ne lui sont pas directement destinés. L'invention s'applique ainsi à tout faisceau radiofréquence émis par une antenne de la station de base dès lors que l'équipement utilisateur est capable de mesurer la puissance d'un tel faisceau (et de distinguer cette puissance d'une puissance de bruit). Par exemple, l'équipement utilisateur UE identifie quelle antenne A1, A2 ou A3 a émis le faisceau pour lequel il mesure la puissance à partir d'informations véhiculées par le faisceau en question. Dans certains modes de réalisation, la puissance mesurée est remontée au réseau de radiocommunications (e.g. via une transmission à la station de base BS). C'est le cas par exemple lorsque le dispositif 400 (détaillé plus avant ci-dessous en relation avec la fig. 4) mettant en oeuvre le présent procédé de géolocalisation est logé dans le réseau lui-même (e.g. dans un nœud du réseau ou dans la station de base BS). Dans ces modes de réalisation, la station de base BS reçoit la puissance mesurée par l'équipement utilisateur UE pour chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences. Dans d'autres modes de réalisation, le présent procédé de géolocalisation est mis en œuvre directement dans l'équipement utilisateur UE. Dans ce cas, le dispositif 400 est logé dans l'équipement utilisateur UE.
Lors d'une étape E310, au moins une information puissance relative, représentative d'un rapport (lorsque les puissances sont exprimées en unité naturelle) ou d'une différence (lorsque les puissances sont exprimées en unité logarithmique) entre deux puissances du jeu de puissances mesurées associées à deux faisceaux radiofréquences correspondants est calculée.
On note que dans certains modes de réalisation, notamment lorsqu'une configuration SISO est envisagée, les puissances mesurées par l'équipement utilisateur UE peuvent être moyennées sur une durée déterminée. Par exemple, elles sont collectées à une fréquence d'acquisition déterminée (par exemple toutes les millisecondes) et sont moyennées par l'équipement utilisateur UE sur une période déterminée. La durée de cette période peut être déterminée en fonction de différents paramètres, comme par exemple la mobilité éventuelle de l'équipement utilisateur UE et, le cas échéant, sa vitesse, etc. Cette moyenne peut être réalisée à l'aide d'une fenêtre glissante de longueur égale à la période déterminée envisagée. Par exemple, l'inventeur a déterminé que pour une fréquence de 1 GHz, une moyenne effectuée sur une durée de 50 ms de mesures acquises toutes les millisecondes est suffisante pour de nombreuses antennes classiquement utilisées pour obtenir une estimation précise de la position de l'équipement utilisateur. Cette moyenne permet de s'affranchir des phénomènes de variations rapides (ou « fast-fading » en anglais) des canaux de propagation qui peuvent différer légèrement d'une antenne à l'autre lorsque celles-ci sont éloignées de quelques centimètres ou quelques dizaines de centimètres notamment.
Dans le cas d'une configuration MIMO, on peut considérer une seule mesure de la puissance, l'ensemble des éléments rayonnants étant utilisés pour émettre chaque faisceau radiofréquences. De retour à la fig. 3, lors d'une étape E320, la position de l'équipement utilisateur UE est déterminée à partir, d'une part, de ladite au moins une information puissance relative et, d'autre part, pour chaque information puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative (i.e. pour chacun des deux faisceaux radiofréquences dont la puissance est à la base de l'information puissance relative en question), d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative.
Des exemples de mise en oeuvre d'un tel procédé de géolocalisation sont maintenant détaillés en reconsidérant les configurations de la station de base BS discutées ci-dessus en relation, d'une part, avec les fig. 1a et 1b et, d'autre part, avec les fig. 2a et 2b.
Reconsidérant la configuration de la station de base BS des fig. 1a et 1b, lors de l'étape E300, le dispositif 400 obtient par exemple une première Pll(UE) et une deuxième P21(UE) puissances mesurées correspondant respectivement à un premier faisceau radiofréquence émis par l'antenne A1 et à un deuxième faisceau radiofréquence émis par l'antenne A2. En effet, quand bien même l'équipement utilisateur UE se situe dans un secteur donné, il reçoit des puissances des différentes antennes A1, A2, A3 de la station de base couvrant le site.
Par ailleurs, on suppose que les première A1 et deuxième A2 antennes émettent des faisceaux radiofréquences selon un même angle d'inclinaison φt1 (i.e. une même latitude) par rapport au plan horizontal Oxy. De la sorte, la première puissance Pll(UE) mesurée au niveau de l'équipement utilisateur UE s'exprime de manière générale selon l'expression :
P11(UE) = K.P0.r-eta.G11(θ1, φ1).XBS(UE).YBS(UE) (Eq. 1) où K est une constante, r désigne la distance séparant l'équipement utilisateur UE de l'antenne A1, eta est un facteur d'évanouissement (aussi appelé facteur de « pathloss ») modélisant l'atténuation de propagation, P0 est la puissance émise par l'antenne A1 sur le faisceau considéré,
G11(θ1, φ1) est le gain de l'antenne A1 rayonné sur le faisceau considéré dans la direction (θ1, φ 1), XBS(UE) est un paramètre représentant les évanouissements rapides du canal de propagation entre l'antenne A1 et l'équipement utilisateur UE, et YBS(UE) est un paramètre représentant les effets de masque (ou « shadowing » en anglais) du canal de propagation entre l'antenne A1 et l'équipement utilisateur UE. Une telle modélisation est connue en soi et n'est pas décrite plus en détails ici.
De même, la deuxième puissance P21(UE) mesurée au niveau de l'équipement utilisateur UE s'exprime de manière générale selon l'expression :
P21(UE) = K.P0.r-eta.G21(θ2, φ2).XBS(UE).YBS(UE) (Eq. 2) où G21(θ2, φ2) est le gain de l'antenne A2 rayonné sur le faisceau considéré dans la direction de l'équipement utilisateur UE. En pratique, si l'on suppose que les antennes A1 et A2 ont un même diagramme de rayonnement et émettent des faisceaux radiofréquences selon un même angle d'inclinaison, on a ainsi θ2 = θd - θ1 et φ2 = φ1. On suppose également la même puissance émise
PO pour l'ensemble des antennes A1-A3. Par ailleurs, les antennes A1 et A2 étant colocalisées, les termes représentant l'atténuation de propagation, les évanouissements rapides et les effets de masquage sont identiques dans les équations (Eq. 1) et (Eq. 2). De la sorte, lors de la mise en oeuvre de l'étape E310, la première information puissance relative Mil associée aux premier et deuxième faisceaux radiofréquences s'exprime uniquement en fonction des gains G11(θ1, φ1) et G21(θ1, φ1). En effet, à partir des équations (Eq. 1) et (Eq. 2), on peut écrire :
M11 = P11(UE)/P21(UE) = G11(θ1, φ1)/G21(θ1, φ1) (Eq. 3lin) ou, alternativement, en décibels :
M11dB = (G11(θ1, φ1) - G21(θ1, φ1))dB (Eq. 3dB) On note que lorsque les puissances d'émission des antennes A1, A2 et A3 sont différentes, les mêmes équations peuvent être obtenues à une constante (multiplicative ou additive) près. Cette constante caractérise le rapport (en linéaire) ou la différence (en dB) entre les deux puissances d'émission des antennes considérées.
De la sorte, ayant la connaissance d'un modèle (e.g. analytique ou obtenu par mesure de l'antenne en question) de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences considéré (ici un modèle pour G11(θ1, φ1) et pour G21(θ1, φ1) ), il est possible de remonter tout ou partie des coordonnées caractérisant la position de l'équipement utilisateur UE en résolvant l'équation (Eq. 3lin) ou l'équation (Eq. 3dB) lors de la mise en oeuvre de l'étape E320. En d'autres termes, lors de l'étape E320, la détermination de la position de l'équipement utilisateur UE met en oeuvre, pour au moins une information puissance relative donnée, la résolution d'une équation (équation (Eq. 3lin) ou équation (Eq. 3dB)) dont les membres sont fonction, d'une part, de l'information puissance relative donnée et, d'autre part, d'une valeur attendue de l'information puissance relative donnée. Plus particulièrement, la valeur attendue en question est fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative donnée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative donnée.
Par exemple, reconsidérant un modèle d'antennes telles que décrites dans le document Report ITU-R M.2135-1 de l'ITU-R, intitulé « Guidelines for évaluation of radio technologies for IMTAdvanced » de décembre 2009, on peut écrire :
(G 11(θ1, φ1))dB = -12 (θ1/ 03dB)2 - 12 ( (φ 1- φt1) / φ3dB)2 (Eq. 4) où θ3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement dans le plan de définition de l'angle θ1 (i.e. dans le plan horizontal 0'x'y'), φ3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement dans le plan de définition de l'angle φ
1 (i.e. le plan vertical défini par l'axe vertical Oz et par la direction d'observation considérée, ici la direction de l'équipement utilisateur UE dans l'équation (Eq. 4). Ce plan vertical est parfois appelé plan méridien), et φt1 est représentatif de l'angle d'inclinaison des faisceaux radiofréquences émis par les antennes A1 et A2 par rapport au plan horizontal Oxy. On peut ainsi écrire de la même façon :
(G21(θ2, φ2))dB = -12 (θ2/ θ3dB)2 - 12 ((φ2, φt1) ) / φ3dB)2 (Eq. 5) Sachant que θ2 = θd - θ1 et φ2 = φ1 comme détaillé ci-dessus, on obtient en injectant les équations (Eq. 4) et (Eq. 5) dans l'équation (Eq. 3d B) : M11dB = 12 θd2/ θ23dB - 24 θd.θ1/θ23dB (Eq. 6)
De la sorte, l'angle θ1 repérant l'équipement utilisateur UE dans le repère considéré centré sur les antennes A1, A2 et A3 de la station de base BS est donné par : θ1 = - (M11dB /24 ) θ23dB/ θd + θd/2 (Eq. 7)
En d'autres termes, lors de l'étape E320, l'angle θ1 est déterminé à partir, d'une part, de la première information puissance relative Mil (exprimée en unité logarithmique dans l'équation (Eq. 7)) et, d'autre part, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, des premier et deuxième faisceaux radiofréquences (ici
G11(θ1, φ1) et G21(θ1, φ1)).
Cependant, une incertitude sur le signe de 01 peut survenir selon la valeur de M11dB (ou, alternativement, M11) mesurée. Dans ce cas, une troisième puissance P31(UE) mesurée correspondant à un troisième faisceau radiofréquence émis par l'antenne sectorielle A3 est avantageusement obtenue lors de l'étape E300. Ainsi, lors de la mise en oeuvre de l'étape E310, une autre information puissance relative associée au troisième faisceau radiofréquences et à un des premier et deuxième faisceaux radiofréquences est calculée. Par exemple, l'autre information puissance relative correspond au rapport P21/P31 lorsque les puissances sont exprimées en unité naturelle, ou à la différence P21dB - P31dB lorsque les puissances sont exprimées en décibels. Dans ce cas, le signe de l'autre information puissance relative exprimée en décibels est représentatif du signe de l'angle θ1.
L'angle θ1 permet d'estimer la position de l'équipement utilisateur UE dans la cellule considérée, notamment sous l'hypothèse que l'équipement utilisateur UE est au sol. Cependant, dans certains cas il est intéressant de déterminer également l'angle φ1 de l'équipement utilisateur UE. Pour ce faire, lors de la mise en oeuvre de l'étape E300, le dispositif 400 obtient une quatrième P12(UE) puissance mesurée correspondant à un quatrième faisceau radiofréquences émis par l'antenne sectorielle A1 selon un deuxième angle d'inclinaison φt2, par rapport au plan horizontal
Oxy, différent de φt1. De la sorte, lors de la mise en oeuvre de l'étape E310, une deuxième information puissance relative M12 associée au quatrième faisceau radiofréquences et au premier faisceau radiofréquences précité est calculé. Ainsi, lors de l'étape E320, l'angle φ1 repérant l'équipement utilisateur UE dans le repère centré sur les antennes A1, A2 et A3 de la station de base BS est déterminée à partir, d'une part, de la deuxième information puissance relative M12 et, d'autre part, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, des premier et quatrième faisceaux radiofréquences.
Par exemple, à partir du modèle de diagramme de rayonnement d'antenne considéré ci-dessus, on peut écrire le gain G12(θ1, φ1) de l'antenne A1 dans la direction (θ1, φ1) de l'équipement utilisateur UE lorsque l'antenne A1 émet selon un angle d'inclinaison égal à φt2. On obtient :
(G 12(θ1, φ1))dB = -12 (θ1/ θ3dB)2 - 12 ((φ1 - φt2) / φ3dB)2 (Eq. 8)
De la sorte, à partir des équations (Eq. 4) et (Eq. 8) on peut écrire que la deuxième information puissance relative en décibels, M12dB = (G11(θ1, φ1) - G12(θ1, φ1))dB, s'exprime théoriquement comme : M12dB = - 12 ((φ1 - φt 1) / φ3dB)2 + 12 ((φ1 - φt2)/ φ3dB)2 (Eq. 9)
Une telle équation est résolue lors de la mise en oeuvre de l'étape E320 et l'angle φ1 est obtenu comme étant : φ1 = M12dB/24 φ2 3dB / (φt1 - φt2) + (φt1 + φt2)/2 (Eq. 10)
Alternativement, une expression identique pour φ1 est obtenue à partir de l'expression de l'information puissance relative, exprimée en décibels, égale à (G21(θ2, φ2 ) - G22(02, φ2 ))dB, où (G21(θ2, φ2))dB est donné par l'équation (Eq. 5) et où (G22(θ2, φ2 ))dB correspond au gain de l'antenne A2 dans la direction (02, φ2 ) lorsque l'antenne A2 émet selon un angle d'inclinaison égal à φt2.
Ainsi, l'angle θ1 et l'angle φ1 repérant l'équipement utilisateur UE sont déterminés de manière simple et précise à partir des faisceaux émis par au moins deux des antennes A1, A2, A3 de la station de base BS selon au moins deux angles d'inclinaison différents. A partir de la connaissance de l'angle φ1, il est également possible à l'étape E320 de calculer une distance de l'équipement utilisateur UE par rapport à la station de base BS. Dans le mode de réalisation décrit ici, on calcule par exemple à l'étape E320 la distance r1 correspondant à la projection au sol de la distance de l'équipement utilisateur UE par rapport à l'origine du repère (Oxyz). Par exemple, sous l'hypothèse que la hauteur HUE de l'équipement utilisateur UE par rapport au sol (i.e. par rapport au plan horizontal O'x'y') soit négligeable par rapport à la hauteur Hant des antennes A1, A2 et A3 (e.g. lorsque l'équipement utilisateur UE est au sol), on peut écrire que : r1 = Hant/tg (φ1) Alternativement, reconsidérant maintenant la configuration de la station de base BS des fig. 2a et 2b, un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne AA,Beami(θ, φ) caractérisant la puissance d'un i-ème faisceau radiofréquences émis en fonction d'une direction d'observation (Q, f) considérée est par exemple spécifié dans le document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0 (il est précisé ici que les notations utilisées, i.e. Q et cp, dans la présente demande pour les angles représentatifs de la longitude et de la latitude dans le cas MIMO sont inverses de celles utilisées dans le document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0. De même, les expressions données ci-dessous dans le cas MIMO sont données en fonction de la latitude, alors que les expressions données dans le document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0 sont exprimées en fonction de la colatitude. Il est rappelé que la colatitude est égale à la latitude plus π/2) et s'exprime comme : et : où θi,etilt et φi,escan représentent la longitude et la latitude définissant la direction de propagation voulue pour le i-ème faisceau radiofréquences respectivement dans les plans de définition des angles 01 et φ1, et AE(θ,φ) représente la diagramme de rayonnement, dans le repère Oxyz, de chacun des éléments rayonnants 200er du réseau 200 (supposés identiques ici). De la sorte, une puissance P200i(UE) mesurée par l'équipement utilisateur UE et correspondant au i-ème faisceau radiofréquence émis par le réseau 200 s'exprime de manière générale selon l'expression :
P200i(UE) = K.P0.r-eta.AA,Beami(θ, φ).XBS(UE).YBS(UE)
Une telle expression présente la même structure que l'équation (Eq. 1) et les raisonnements détaillés ci-dessus s'appliquent de la même façon. Ainsi, dans le cas présent également, la connaissance du modèle de diagramme de rayonnement du réseau 200 d'éléments rayonnants 200er, caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences considéré (e.g. l'expression de AA,Beami(θ, φ) lorsque le faisceau considéré est le i-ème faisceau radiofréquences dont la direction de propagation voulue est θi,etilt et φi,escan) permet de déterminer au moins une équation (équation (Eq. 3lin) et équation (Eq. 3dB) détaillées ci-dessus) dont les membres sont fonction, d'une part, de l'information puissance relative considérée calculée par mise en oeuvre des étapes E300 et E310 et, d'autre part, d'une valeur attendue de l'information puissance relative fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative considérée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, du faisceau radiofréquences associé à l'information puissance relative considérée en question.
Cependant, la complexité de l'équation (Eq. 11) fait qu'une résolution analytique est difficilement envisageable dans le cas général afin de déterminer la direction (θ1, φ1) de l'équipement utilisateur UE. Ainsi, dans certaines variantes de réalisation, la résolution d'une telle équation comprend la mise en oeuvre d'une méthode de résolution numérique. Dans d'autres variantes, la résolution d'une telle équation comprend l'exploration de l'espace des solutions (q, f) afin de déterminer la direction (θ1, φ1) de l'équipement utilisateur UE la plus vraisemblable. Par exemple, la résolution met en oeuvre, pour une information puissance relative donnée calculée lors de la mise en oeuvre de l'étape E310 : une obtention de la valeur attendue de l'information puissance relative donnée pour un jeu de différentes directions d'observation. Un jeu de valeurs attendues correspondant chacune à une direction d'observation est ainsi obtenu ; et une comparaison entre, d'une part, l'information puissance relative donnée et, d'autre part, chaque valeur attendue du jeu de valeurs attendues délivrant une direction d'observation vraisemblable. Par exemple, la direction d'observation vraisemblable correspond à une valeur attendue la plus proche (e.g. au sens d'une norme donnée du type valeur absolue) de la puissance relative donnée parmi les valeurs attendues du jeu de valeurs attendues.
La position de l'équipement utilisateur est fonction de la direction de rayonnement vraisemblable. Par exemple, La position de l'équipement utilisateur est déterminée comme étant la direction de rayonnement vraisemblable.
Les formules obtenues ci-dessus sont liées à la convention adoptée, notamment en ce qui concerne la définition du repère Oxyz et des angles associés (i.e. longitude et latitude), mais d'autres formules équivalentes peuvent être envisagées si une autre convention est adoptée.
On présente désormais, en relation avec la fig. 4 un exemple de structure de dispositif 400 permettant de mettre en oeuvre les étapes du procédé de géolocalisation de la fig. 3 selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif 400 comprend une mémoire vive 403 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 402 équipée par exemple d’un processeur, et pilotée par un programme d’ordinateur stocké dans une mémoire morte 401 (par exemple une mémoire ROM ou un disque dur). A l’initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 403 avant d’être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 402. Cette fig. 4 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser le dispositif 400 afin qu'il effectue certaines étapes du procédé de géolocalisation (selon l'un quelconque des modes de réalisation et/ou variantes décrit(e)s ci-dessus en relation avec la fig. 3). En effet, ces étapes peuvent être réalisées indifféremment sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).
Dans le cas où le dispositif 400 est réalisé avec une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple un CD-ROM, un DVD-ROM, une clé USB) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif 400 est inclus dans l'équipement utilisateur UE. Dans certains modes de réalisation, le dispositif 400 est inclus dans un dispositif du réseau de radiocommunications, e.g. dans un nœud du réseau ou dans la station de base BS.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur (UE) recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis par une station de base (BS) d'un réseau de radiocommunications, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une obtention (E300) d'une puissance mesurée par ledit équipement utilisateur pour chaque faisceau radiofréquences de ladite pluralité de faisceaux radiofréquences délivrant un jeu correspondant de puissances mesurées ;
- un calcul (E310) d'au moins une information, dite information puissance relative, représentative d'un rapport ou d'une différence entre deux puissances dudit jeu de puissances mesurées associées à deux faisceaux radiofréquences correspondants ; et
- une détermination (E320) d'une position dudit équipement utilisateur à partir, d'une part, de ladite au moins une information puissance relative et, d'autre part, pour chaque information puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information puissance relative.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite détermination met en oeuvre, pour au moins une information puissance relative donnée parmi la ou les informations puissances relatives, la résolution d'une équation dont les membres sont fonction, d'une part, de ladite information puissance relative donnée et, d'autre part, d'une valeur attendue de ladite information puissance relative donnée fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information puissance relative donnée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information puissance relative donnée.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ladite obtention comprend l'obtention d'une première et d'une deuxième puissances mesurées correspondant respectivement à un premier faisceau radiofréquence émis par une première antenne sectorielle de ladite station de base et à un deuxième faisceau radiofréquence émis par une deuxième antenne sectorielle de ladite station de base, dans lequel ledit calcul délivre une première information puissance relative associée auxdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences, et dans lequel ladite détermination comprend la détermination d'un angle représentatif d'une longitude dudit équipement utilisateur dans un repère centré sur lesdites première et deuxième antennes sectorielles à partir, d'une part, de ladite première information puissance relative et, d'autre part, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, desdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences.
4. Procédé selon la revendication 3 en ce qu'elle dépend de la 2 dans lequel ladite résolution comprend la mise en oeuvre de l'équation : θ1 = - (M11dB /24 ) θ2 3dB/ θd + θd/2, où :
- 01 représente ledit angle représentatif d'une longitude dudit équipement utilisateur,
- M11dB représente ladite première information puissance relative exprimée en décibels,
- θ3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement de chacune desdites première et deuxième antennes dans un plan de définition dudit angle θ1, et
- θd représente l'angle de dépointage entre lesdites première et deuxième antennes dans ledit plan de définition dudit angle θ1.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4 dans lequel ladite obtention comprend en outre l'obtention d'une troisième puissance mesurée d'un troisième faisceau radiofréquences rayonné par une troisième antenne sectorielle de ladite station de base, dans lequel ledit calcul délivre une autre information puissance relative associée audit troisième faisceau radiofréquences et à un faisceau parmi lesdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences, et dans lequel le signe de ladite autre information puissance relative exprimée en décibels est représentatif du signe dudit angle 01 représentatif de la longitude dudit équipement utilisateur dans ledit repère.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel lesdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences sont rayonnés par lesdites première et deuxième antennes selon un premier angle d'inclinaison, dans lequel ladite obtention comprend l'obtention d'une quatrième puissance mesurée correspondant à un quatrième faisceau radiofréquences rayonné par ladite première antenne selon un deuxième angle d'inclinaison ou par ladite deuxième antenne selon ledit deuxième angle d'inclinaison, dans lequel ledit calcul délivre une deuxième information puissance relative associée audit quatrième faisceau radiofréquences et audit premier, respectivement deuxième, faisceau radiofréquences, et dans lequel ladite détermination comprend la détermination d'un angle représentatif d'une latitude dudit équipement utilisateur dans ledit repère à partir, d'une part, de ladite deuxième information puissance relative et, d'autre part, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, desdits quatrième et premier, respectivement deuxième, faisceaux radiofréquences.
7. Procédé selon la revendication 6 en ce qu'elle dépend de la 2 dans lequel ladite résolution comprend la mise en oeuvre de l'équation : φ1 = M12dB/24 φ2 3dB / (φt1 - φt2) + (φt1 + φt2)/2, où :
- φ1 représente ledit angle représentatif d'une latitude dudit équipement utilisateur,
- M12dB représente ladite deuxième information puissance relative exprimée en décibels,
- φ3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement de chacune desdites première et deuxième antennes dans un plan de définition dudit angle φ1,
- φt1 représente ledit premier angle d'inclinaison, et
- φt2 représente ledit deuxième angle d'inclinaison.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7 dans lequel ladite détermination comprend la détermination d'une distance dudit équipement utilisateur par rapport à la station de base à partir de l'angle représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur.
9. Procédé selon la revendication 2 dans lequel chaque faisceau radiofréquences de ladite pluralité de faisceaux radiofréquences est rayonné par un réseau d'éléments rayonnants de ladite station de base, et dans lequel ladite résolution comprend la mise en oeuvre d'une méthode de résolution numérique de ladite au moins une équation.
10. Procédé selon la revendication 2 dans lequel chaque faisceau radiofréquences de ladite pluralité de faisceaux radiofréquences est rayonné par un même réseau d'éléments rayonnants de ladite station de base, et dans lequel ladite résolution met en oeuvre pour ladite au moins une information puissance relative donnée :
- une obtention de ladite valeur attendue de ladite information puissance relative donnée pour un jeu de directions d'observation délivrant un jeu de valeurs attendues correspondant chacune à une direction d'observation ;
- une comparaison entre, d'une part, ladite information puissance relative donnée et, d'autre part, chaque valeur attendue dudit jeu de valeurs attendues délivrant une direction d'observation vraisemblable, ladite position dudit équipement utilisateur étant fonction de ladite direction de rayonnement vraisemblable.
11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel ladite direction d'observation vraisemblable correspond à une valeur attendue la plus proche de ladite puissance relative donnée parmi lesdites valeurs attendues dudit jeu de valeurs attendues.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 dans lequel ledit modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance d'un i-ème faisceau radiofréquences en fonction d'une direction d'observation considérée s'exprime en fonction de : avec :
où :
- θ représente un angle représentatif d'une longitude de la direction d'observation considérée,
- φ représente un angle représentatif d'une latitude de la direction d'observation considérée,
- θi,etilt représente un angle représentatif d'une longitude de la direction de propagation voulue pour ledit i-ème faisceau radiofréquences,
- φi,escan représente un angle représentatif d'une latitude de la direction de propagation voulue pour ledit i-ème faisceau radiofréquences,
- NH représente le nombre d'éléments rayonnants dudit réseau d'éléments rayonnants dans une direction horizontale,
- NV représente le nombre d'éléments rayonnants dudit réseau d'éléments rayonnants dans une direction verticale,
- dV représente l'espacement vertical entre deux éléments rayonnants,
- dH représente l'espacement horizontal entre deux éléments rayonnants,
- λ représente la longueur d'onde du faisceau radiofréquences, et
- AE(θ,φ) représente la diagramme de rayonnement de chaque élément rayonnant dudit réseau d'éléments rayonnants.
13. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
14. Dispositif (400) de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis par une station de base d'un réseau de radiocommunications caractérisé en ce qu'il comprend une machine de calcul reprogrammable (402) ou une machine de calcul dédiée configurée pour :
- obtenir une puissance mesurée par ledit équipement utilisateur pour chaque faisceau radiofréquences de ladite pluralité de faisceaux radiofréquences délivrant un jeu correspondant de puissances mesurées ;
- calculer au moins une information, dite information puissance relative, représentative d'un rapport ou d'une différence entre deux puissances dudit jeu de puissances mesurées associées à deux faisceaux radiofréquences correspondants ; et
- déterminer une position dudit équipement utilisateur à partir, d'une part, de ladite au moins une information puissance relative et, d'autre part, pour chaque information puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information puissance relative.
15. Equipement utilisateur (UE) comprenant un dispositif (400) de géolocalisation selon la revendication 14.
16. Station de base (BS) comprenant un dispositif (400) de géolocalisation selon la revendication
14.
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