EP4143595A1 - Procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur, dispositif, équipement utilisateur, station de base, système et programme d'ordinateur correspondants - Google Patents

Procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur, dispositif, équipement utilisateur, station de base, système et programme d'ordinateur correspondants

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Publication number
EP4143595A1
EP4143595A1 EP21732407.8A EP21732407A EP4143595A1 EP 4143595 A1 EP4143595 A1 EP 4143595A1 EP 21732407 A EP21732407 A EP 21732407A EP 4143595 A1 EP4143595 A1 EP 4143595A1
Authority
EP
European Patent Office
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base station
user equipment
antenna
propagation
angle
Prior art date
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Pending
Application number
EP21732407.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Marc Kelif
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
Orange SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orange SA filed Critical Orange SA
Publication of EP4143595A1 publication Critical patent/EP4143595A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01S3/16—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
    • 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
    • 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, device, user equipment, base station, system and corresponding computer program.
  • the present invention belongs to the general field of telecommunications. It relates more particularly to a wireless communication network and to a method for locating a user of terminal equipment in such a telecommunications network.
  • a widely used technique relies on signals broadcast by satellites orbiting the Earth.
  • the best known system is the GPS system (for “Global Positioning System”).
  • Each satellite sends signals indicating its position in space as well as the time and date of emission of said signals.
  • a GPS receiver on board a user's terminal receives these signals, then calculates the travel time of each signal between the transmitting satellite and the receiver, and finally deduces, by trilateration, its position, in latitude, longitude and altitude, on the globe.
  • data received from four satellites must be compiled: three for position and one for synchronization.
  • a user's terminal whether on land, sea or in the air, can know its position at any time and in any place on the surface or in the vicinity of the surface of the Earth, as long as it is equipped with a receiver and the software necessary to process the information received.
  • the accuracy of the estimate provided by the GPS with respect to its actual location depends on the number of satellites visible by the GPS system, which can vary greatly depending on the weather conditions, but for a mobile terminal of the smart phone type (for "smartphone » In English), it can reach 5 to 10 m.
  • GPS systems are greedy in terms of resources which can prove to be problematic when they equip battery terminals, such as mobile phones. This is precisely the case for user terminal equipment located on vessels navigating at sea.
  • the invention responds to this need by proposing a method of geolocation of user equipment located at a given altitude, receiving a plurality of radiofrequency beams transmitted respectively by at least one antenna of a first base station configured to transmit according to at least a first and a second direction of propagation, and by at least one antenna of a second base station configured to transmit in at least a third and a fourth direction of propagation.
  • the method uses:
  • the first power being associated for the first base station with a radiofrequency beam transmitted in the first direction of propagation and the second power being associated with a beam transmitted in the second direction of propagation
  • the first power being associated for the second base station with a radiofrequency beam transmitted in the third direction of propagation and the second power being associated with a beam transmitted in the fourth direction of propagation
  • the invention is based on a completely new and inventive approach for geolocating user equipment located at a given altitude and within range of a first and a second base stations (eg connected to one of the base stations ) a radiocommunications network (eg a radiocommunications network conforming to 3GPP standards).
  • a radiocommunications network eg a radiocommunications network conforming to 3GPP standards.
  • the position of the user equipment is determined from power measurements of different signals transmitted from two base stations capable of transmitting each in two distinct directions of propagation (eg signals transmitted via two sectoral antennas of each station base station, or signals corresponding to different beams of an antenna of the array type of radiating elements equipping each base station).
  • signals transmitted via two sectoral antennas of each station base station or signals corresponding to different beams of an antenna of the array type of radiating elements equipping each base station.
  • this determination is based on the calculation of information on relative powers from the measured 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 the two radiofrequency beams considered in the same way, these beams being emitted by radiating elements located substantially at the same geographical point of the same base station.
  • the invention applies to the geolocation of any type of user equipment provided that it is simultaneously within range of beams transmitted by a first base station respectively a second base station in two distinct directions of propagation and that its altitude is known. It is therefore particularly well suited to the location of ships at sea which may, because the antennas of a land base station are rather turned towards the land, receive only part of the signals transmitted by this base station, such as for example the beams emitted by two of the three antennas of this base station.
  • said determination implements, for at least one piece of 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 said calculated relative power information and, on the other hand, of an expected value of said given relative power information, function, for each radiofrequency beam associated with said given relative power information, of the radiation pattern model characterizing the power of said radiofrequency beam associated with said information of given relative power, as a function of the direction of observation of the user equipment by said antenna.
  • the position of the user equipment is determined in a simple and robust manner by matching the relative power information (s) calculated from the measured powers with the expected value (s) as predicted by the radiation pattern models of the antennas used.
  • the first base station comprises a first sectorial antenna configured to emit radio frequency beams in the first direction of propagation and a second sectorial antenna configured to emit radio frequency beams in the second direction of propagation
  • the second base station comprises a first sectorial antenna configured to emit radio frequency beams according to the third direction of propagation and a second sectorial antenna configured to emit radio frequency beams according to the fourth direction of propagation
  • said obtaining comprises obtaining of ' a first and a second measured power corresponding respectively to a first radiofrequency beam emitted by the first, respectively the second sectorial antenna of said first, respectively second base station and to a second radiofrequency beam emitted by the first, re spectively the second sectorial antenna of said first, respectively second base station.
  • the computation delivers a first, respectively a second piece of relative power information associated with said first and second radiofrequency beams for each base station, and said determination comprises determining an angle representative of a longitude of said user equipment in a frame of the first , respectively from the second base station on the one hand, on the one hand, from said first, respectively from the second relative power information item and on the other hand, from an antenna radiation pattern model characterizing the power, as a function of said angles of longitude and latitude of the user equipment, of said first and second radiofrequency beams.
  • An advantage of this embodiment is to obtain quite simply a longitude angle of the user equipment in the coordinate system of each base station.
  • M1i dB represents said i-th relative power information expressed in decibels
  • ⁇ 3dB represents the opening angle at three decibels of the radiation pattern of each of said first and second antennas in a plane of definition of said angle ⁇ 1i
  • ⁇ b i represents the angle of depointing between said first and second antennas of the i-th base station in said definition plane of said angle ⁇ 1i.
  • the angle representative of the longitude of the user equipment is determined in a simple and robust manner in the coordinate system of each of the two base stations, when they implement a technology of the SISO type on different coverage sectors.
  • said first and second radiofrequency beams are radiated by said first and second antennas of the first base station at a first angle of inclination
  • said obtaining comprises obtaining a third measured power corresponding to a third radiofrequency beam emitted by said first antenna of the first base station at a third angle of inclination, distinct from the first angle of inclination
  • said calculation delivers a third piece of relative power information, representative of a ratio or of a difference between the third measured power and the first power of the first set of measured powers
  • said determination comprises a first determination of an angle representative of a latitude of said user equipment in the reference of the first base station from, on the one hand, said third piece of relative power information and, on the other hand, a antenna radiation pattern model characterizing the power, as a function of said user equipment longitude and latitude angles, of said first, second, and third radio frequency beams from the first base station.
  • the angle noted below ⁇ 1 representative of a latitude of the user equipment is determined in a simple and precise manner from the beams emitted by the two antennas of the first base station when they emit radiofrequency beams according to two different tilt angles.
  • angle of inclination of the antennas of the second base station can be identical to that of the first.
  • M12 dB represents said second relative power information expressed in decibels
  • ⁇ 3dB represents the opening angle at three decibels of the radiation pattern of each of said first and second antennas in a plane of definition of said angle ⁇ 11
  • ⁇ t1 represents said first angle of inclination
  • ⁇ t3 represents said third angle of inclination.
  • said determination of a position comprises a second determination of a value of the latitude angle of the user equipment in the coordinate system of the first base station, as a function of a height of the first antenna of the first base station, and the longitude angles of the user equipment in the respective landmarks of the first and second base station and a selection of the value of the angles longitude of the user equipment minimizing an error between the first and second determination of the latitude angle.
  • said determination comprises the calculation of the coordinates (x1, y1, z1) of the user equipment in the frame of the first base station from the determined angles of longitude.
  • the coordinates (x1, y1, z1) of the user equipment with respect to the first base station are determined in a simple and robust manner, without resorting to characteristics of the second base station, such as for example the height of its antennae.
  • the first base station comprises an antenna comprising a matrix of radiating elements, configured to emit radiofrequency beams in at least the first direction of propagation and the second direction of propagation and the second station of base comprises an antenna comprising an array of radiating elements configured to emit radiofrequency beams in at least the third direction of propagation and the fourth direction of propagation and each radiofrequency beam of said plurality of radiofrequency beams is radiated by the array of radiating elements of said first, respectively second base station.
  • the method according to the invention also applies in the case of a base station implementing a technology of the MIMO type.
  • said equation solving comprises the implementation of a method for numerically solving said at least one equation.
  • said resolution implements for said at least one given relative power item of information: obtaining said expected value of said given relative power item of information for a set of observation directions of the user equipment delivering a set of expected values each corresponding to a direction of observation of the user equipment among a plurality of directions of observations; a comparison between, on the one hand, said calculated relative power information item and, on the other hand, each expected value of said set of expected values delivering an observation direction for which the expected value of said given relative power is closest information from calculated relative power; and said position of said user equipment being a function of the direction of observation delivered.
  • the possible observation direction corresponds to the expected or theoretical value of relative power information among the expected values of the set of expected values which is closest to the relative power information calculated from the values. measured powers, up to the power measurement imprecision.
  • 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
  • d H represents the horizontal spacing between two radiating elements
  • ⁇ represents the length d 'radiofrequency beam wave
  • a E ( ⁇ , ⁇ ) represents the radiation pattern of each radiating element of said array of radiating elements; and said determination comprises a first determination of at least two pairs of values of the longitude angle and the latitude angle ( ⁇ 1, ⁇ 1) of the user equipment in the coordinate system of the first base station from said radiation model, a second determination of at least two pairs of values of the longitude angle and the latitude angle of the user equipment in the frame of the second base station from said radiation model, a third determination of a second value of the user equipment (UE) latitude angle in the coordinate system of the first base station, based on a height of the first base station and the longitude angles of the user equipment in the respective marks of the first and second base station and a selection of the values of the longitude angles of the user equipment minimizing an error between the value of the longitude angle associated with the angle of the titude from the first determination and the second value of the latitude angle from the third determination.
  • UE user equipment
  • pairs of values of possible angles of longitude and latitude of the user equipment are determined by applying the radiation pattern model of each radiating element of each base station and then the knowledge of the relative position of the elements is used.
  • the invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for implementing a method of geolocation of a user equipment according to the invention, as described above, when it is executed by a processor.
  • the invention also relates to a recording medium readable by a computer on which the computer programs as described above are recorded.
  • a recording medium can be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or else a magnetic recording means, for example a USB key or a hard disk.
  • such a recording medium can be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which can be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means, so that the program computer it contains can be executed remotely.
  • the program according to the invention can in particular be downloaded over a network, for example the Internet network.
  • the recording medium can be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the aforementioned geolocation method.
  • the invention also relates to a device for geolocation of user equipment receiving a plurality of radiofrequency beams transmitted respectively by at least one antenna of a first base station configured to transmit in at least a first and a second direction of propagation, and by at least one antenna of a second base station configured to transmit in at least a third and a fourth direction of propagation.
  • Said device comprises a reprogrammable computing machine or a dedicated computing machine, configured for:
  • the first item of relative power information for the first base station and second item of information of relative power for the second base station the first power being associated for the first base station with a radiofrequency beam transmitted in the first direction of propagation and the second power being associated with a beam transmitted in the second direction of propagation, the first power being associated for the second base station with a radiofrequency beam transmitted in the third direction of propagation and the second power being associated with a beam transmitted in the fourth direction of propagation; and - determining a position of said user equipment from, on the one hand, said at least one first and second relative power information and, on the other hand, for each relative power information and for each radiofrequency beam associated with said information of relative power, of an antenna radiation pattern model characterizing the power of said radiofrequency beam associated with said relative power information, as a function of a direction of observation of the user equipment by said antenna.
  • said device is configured to implement the method for geolocation of aforementioned user equipment, according to its various embodiments.
  • said device can be integrated into equipment of the communication network. It is for example a base station provided with at least two antennas according to a SISO type technology transmitting according to distinct propagation directions or an antenna comprising a matrix of radiating elements according to a MIMO type technology. .
  • the geolocation device according to the invention is integrated into user equipment capable of connecting to said communication network.
  • the invention finally relates to a system for geolocation of user equipment receiving a plurality of radiofrequency beams transmitted respectively by at least one antenna of a first base station configured to transmit in at least a first and a second direction of propagation. , and by at least one antenna of a second base station configured to transmit in at least a third and a fourth direction of propagation.
  • Such a system comprises at least the first and the second base stations and a aforementioned geolocation device.
  • the aforementioned geolocation system, the user equipment, the base station, the geolocation device and the corresponding computer program have at least the same advantages as those conferred by the aforementioned method according to the various embodiments of the present invention. .
  • FIG. 1a shows user equipment connected to a base station of a radio communications network
  • [fig. 1b] represents the sectors covered by two sectorial antennas of the base station of FIG. 1a;
  • [fig. 1e] represents the sectors covered by three sectorial antennas of the base station of FIG. 1a;
  • FIG. 2a represents an antenna comprising a matrix of radiating elements which can equip the base station of FIGS. 1a and 1b according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2b shows a base station equipped with the array of radiating elements of FIG. 2a;
  • FIG. 3 illustrates an exemplary architecture of a user equipment geolocation system according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents the steps of the geolocation method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 illustrates in a geometric manner the method of geolocation of a user equipment according to an embodiment of the invention in the system of FIG. 3;
  • FIG. 6 details the determination of a position of a user equipment according to an embodiment of the invention implementing a technology of the SISO type
  • FIG. 7 geometrically illustrates the determination of a position of a user equipment according to this embodiment of the invention according to this embodiment of the invention
  • FIG. 8 details the determination of a position of a user equipment according to another embodiment of the invention implementing a technology of MIMO type
  • FIG. 9 presents an example of the hardware structure of a device allowing the implementation of the steps of the geolocation method according to one embodiment of the invention.
  • the general principle of the invention is based on obtaining powers measured by user equipment located at a given altitude, for radiofrequency beams that it receives from a first base station and from a second base station, each base station comprising at least one antenna configured to emit radiofrequency beams in at least two propagation directions, based on the calculation of at least one item of relative power information per base station, representative of a ratio or a difference between a first and a second measured power and on a determination of a position of said user equipment at the given altitude from, on the one hand, said relative power information and, on the other hand, for each relative power information and for each radiofrequency beam associated with said relative power information item, of an antenna radiation pattern model characterizing the power, as a function of a direction of observation of the user equipment by the transmitting antenna, of said radiofrequency beam associated with said relative power information.
  • the invention works equally well with SISO and MIMO technology and finds numerous applications, in particular in the geolocation of ships at sea. It more generally makes it possible to geolocate any user equipment located within the range of two base stations, from radiofrequency beams emitted in different directions of propagation by each of these base stations.
  • a user equipment UE receiving the radiofrequency beams transmitted by a first base station BS1 of a radiocommunications network is now presented.
  • the user equipment UE is connected to the base station BS1.
  • the user equipment UE is not connected to the first base station BS1, 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 first base station BS1 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 first base station BS1 manages the corresponding geographical site in a multisectoral (or multi-sector) manner. More particularly, the first base station BS1 of FIG. 1b covers the site via two distinct sectors, each sector being covered by a so-called corresponding sectorial antenna A11, A21.
  • the term “sectorial antenna” is understood to mean an antenna emitting mainly in a given direction of propagation.
  • a cell of the radiocommunications network comprises two sectors. The 2 sectors are assumed here of identical dimensions.
  • Each sector is covered by means of a single antenna A11, A21 capable of transmitting according to a single beam in a given direction of propagation (or at least a single main beam concentrating the major part of the power radiated by the antenna) on a given frequency band.
  • the directions of propagation (or radiation) of the beams emitted by the antennas A11, A21 covering two adjacent sectors of this site have between them an angle equal to ⁇ b1.
  • Each antenna A11, A21 is characterized, in a manner known per se, by a radiation pattern.
  • the invention also applies in the case where the base station is provided with three antennas A11, A21, A31, as illustrated by FIG. 1e. In this case, it is sufficient for the user equipment UE to receive the radiofrequency beams emitted by two of them only for the invention to be applicable.
  • each antenna A11, A21 has an opening angle of three decibels in the horizontal plane denoted ⁇ 3dB
  • the antennas A11 and A21 are collocated at the level of the base station BS1, the latter located at a point of the cell covered by the base station BS1. It is noted that by “co-located” is meant that the antennas A11, A21 are located at the same site (that is to say here of the same base station). However, they are not necessarily positioned at the same geographical point (corresponding to an ideally zero distance between the antennas) and can be separated by a few centimeters or a few tens of centimeters, or even a few meters. For example, the antennas can be spaced by a distance less than ⁇ / 2 where ⁇ designates the wavelength of the signals transmitted by the antennas A11, A21 to communicate on the network.
  • they can be spaced apart by a distance greater than ⁇ / 2. It should be noted that in an urban environment, it will preferably be limited to a spacing less than a distance ranging from 3 to 5 meters; in a rural environment, greater spacing may be considered, with cells covering larger areas.
  • the antennas A11 and A21 are located at the same point at the top of a pylon of the base station BS1.
  • the user equipment UE is marked with respect to the first base station BS1 in an orthonormal reference Oxyz.
  • the origin O of the reference mark is here located at the foot of the pylon of the base station BS1 supporting the antennas A11, A21, at ground level.
  • the Oz axis is vertical (along the pylon here, parallel to it) and the Ox and Oy axes define a horizontal plane parallel to the ground and perpendicular to the pylon.
  • the plane (Oxy) is located at ground level and is tangent to the surface of the Earth at point O located at the foot of the pylon.
  • the Ox axis coincides with the projection of the main direction of propagation of the antenna A11 on this horizontal plane parallel to the ground.
  • the projection of the main propagation direction of the A21 antenna in the Oxy plane is obtained from the offset angle ⁇ b1, as illustrated in FIG. 1b.
  • the direction of observation of the user equipment UE by an antenna of the base station denotes its direction seen by this antenna.
  • the user equipment UE is identified via angles of a spherical coordinate system ( ⁇ 11, ⁇ 11) in the O'xyz frame in question, and by the distance r11 representing the projection in the horizontal plane Oxy of the distance of the user equipment UE with respect to the origin O 'of the O'xyz reference. It is assumed here for the sake of simplicity that the user equipment UE is located in the horizontal plane Oxy, at ground level (the height at which the user equipment is located relative to the ground is neglected). In other words, in FIG.
  • r11 represents the distance of the user equipment UE with respect to the foot of the pylon located at O, supporting the antennas A11, A21, and ⁇ 11 and ⁇ 11 respectively representing the longitude and the latitude of the user equipment UE in the O'xyz frame.
  • the angle ⁇ 11 is thus defined via the projection of the vector joining the origin of the O'xyz coordinate system to the user equipment UE in the horizontal plane Oxy, and measured with respect to the projection of the main direction of propagation of the antenna A11 in this plane (which coincides with Ox).
  • the coordinates (r11, ⁇ 11, ⁇ 11) define the relative position of the user equipment UE with respect to the first base station BS1, that is to say by taking the position of the first base station BS1 as a reference.
  • the position of the first base station BS1 in this frame of reference should be taken into account. This position is known to the telecommunications network to which the first base station BS1 belongs.
  • the user equipment UE can be located at an altitude other than that of the ground level; for example UE user equipment may be on a ship at sea and be located at sea level, sea level and ground level where the base of the BS1 base station pylon is located. not necessarily the same.
  • the antennas A11, A21 emit radiofrequency beams according to an angle of inclination ⁇ t1 (or “tilt" angle in English) corresponding to a depointing angle (a depointing latitude here) of their radiation pattern with respect to the horizontal plane O'xy (and therefore Oxy).
  • Such sectoral antennas A11, A21 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
  • the antennas A11 and A21 are located at a height H which corresponds to the distance between the antennas and the ground.
  • the O'xy plane is at a height H with respect to the Oxy plane.
  • an antenna comprising a matrix 200 of radiating elements 200er (sometimes also referred to as an array of radiating elements), for example of the electronic scanning type, which can equip the base station BS1 of the FIG. 2b according to another embodiment of the invention.
  • a matrix 200 of radiating elements 200er sometimes also referred to as an array of radiating elements
  • the electronic scanning type which can equip the base station BS1 of the FIG. 2b according to another embodiment of the invention.
  • the origin O ′ of the O'xyz mark is located at the level of the lower end of the matrix 200, as illustrated by FIG. 2b.
  • the O'x direction is perpendicular to the plane of the matrix of radiating elements and coincides with a main direction of propagation (or in an equivalent manner of radiation) of this matrix 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 die 200 is d v in the vertical direction and d H in the horizontal direction.
  • other numbers N H and Nv of radiating elements 200er are considered.
  • such a matrix 200 of radiating elements is capable of emitting different radiofrequency beams each pointing in a desired direction of propagation around the main direction of propagation of the matrix 200. More particularly, laws weighting (in amplitude and / or in phase) of each radiating element 200er must be implemented. Examples of such laws are given below in connection with the description of FIG. 4. For example, a matrix 200 of radiating elements 200er as specified in document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0 is considered.
  • Such a matrix 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 array of radiating elements of FIG. 2a is located at the top of the pylon of the base station which it equips.
  • the reference point of the base station denotes the Oxyz reference placed at ground level, at the foot of this pylon.
  • Such a network comprises the base station BS1, which has just been described in relation to FIGS. 1a and 1b, and a second base station BS2, having characteristics identical or similar to those described for the first base station BS1. Nevertheless, it is noted that the antennas of the second base station BS2 may have different heights from those of the antennas of the first base station BS1.
  • the system 10 further comprises a device 100 configured to geolocate the user of the terminal equipment UE in the RT network.
  • such a device comprises an OBT module.
  • IPR for calculating at least one item of information per base station, representative of a ratio or of a difference between a first and a second power of each set of measured powers, called the first relative power item of information for the first base station and second relative power information for the second base station, the first power being associated for the first base station with a radiofrequency beam emitted in the first direction of propagation and the second power being associated with a beam emitted in the second direction of propagation, the first power being associated for the second base station with a radiofrequency beam transmitted in the third direction of propagation and the second power being associated with a beam transmitted in the fourth direction of propagation; and a DET module.
  • the device 100 thus implements the geolocation method according to the invention which will be described in more detail in relation to FIGS. 4 and 6.
  • the device 100 is housed in the network itself and integrated into the first base station BS1, which conventionally comprises memories MEM associated with a processor CPU.
  • the memories can be of the ROM type (standing for “Read Only Memory”) or RAM (standing for “Random Access Memory”) or else Flash.
  • the first base station BS1 further comprises a TX module configured to control the transmission / reception of radiofrequency beams by its antenna (s) (not shown) depending on the type of technology used.
  • the device 100 could be integrated into the second base station BS2 or into a node device of the network RT. According to another embodiment, it is integrated into the terminal equipment UE.
  • the power of a plurality of radiofrequency beams emitted by the first base station BS1 in different directions of propagation is obtained. More particularly, such a power is measured by the user equipment UE. In this way, a corresponding set of measured powers is obtained.
  • 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 BS1 to the user equipment. Indeed, by way of illustration, in the SISO configuration shown in FIGS.
  • the user equipment UE due to its position where appropriate in one of the sectors covered by the base station BS1, receives the radiofrequency beams emitted by the antenna of the base station BS1 covering this sector , for example the first antenna A11 in a first direction of propagation.
  • it is also able to receive radiofrequency beams emitted by another antenna of the base station BS1 covering a sector adjacent to that in which it is located, for example from the second antenna A21 in a second direction of propagation.
  • a MIMO configuration based for example on an antenna comprising a matrix of radiating elements as shown in FIGS. 2a and 2b, several radiofrequency beams can be emitted simultaneously in several distinct directions of propagation, which do not coincide.
  • the radiofrequency beams emitted by the first base station can be measured by the user equipment and that it is capable of distinguishing this power from a noise power.
  • the user equipment UE identifies which antenna A11, A21 transmitted the beam for which it measures the power from information conveyed by the beam in question in signaling channels, called common channels. Such information is for example pilot symbols, known per se. This information is transmitted to it by the base station spontaneously or at its express request.
  • the user equipment UE also receives from the second base station BS2 a first radiofrequency beam emitted in a third direction of propagation and a second radiofrequency beam emitted in a fourth direction of propagation. These beams transmitted by the second base station can be received simultaneously or consecutively from those transmitted by the first base station BS1.
  • first and second antennas of the first base station BS1 are located at the same height H and emit radiofrequency beams at the same angle of inclination, or first tilt ⁇ t1 (ie the same latitude, not shown in FIG. 5) with respect to the horizontal plane O'xy (and therefore with respect to the horizontal plane O xy).
  • first and second antennas of the second base station BS2, A12 and A22 emit radiofrequency beams at the same angle of inclination, or second tilt ⁇ 2 (ie the same latitude, not shown on the diagram. fig.
  • O 2 ' is located at the top of the pylon of the base station BS2, at the point where the antennas A12 and A22 of the base station BS2 are located (which is assumed to be collocated at the same point for the sake of simplicity) .
  • the axis (O 2 'x 2 ) coincides with the projection of the main direction of propagation of the antenna A12 on a plane parallel to the ground, located at ground level.
  • the powers measured by the user equipment UE are fed back by the latter to the radiocommunications network (eg via a transmission to the first base station BS1 or alternatively to the second base station BS2 or else to a piece of equipment. EN node of the RT network).
  • the first base station BS1 receives from the user equipment the power measured by the user equipment UE for each radiofrequency beam of the plurality of radiofrequency beams transmitted by the first base station BS1 according to the first and the second.
  • the second base station BS2 receives the power measured by the user equipment UE for each radiofrequency beam of the plurality of radiofrequency beams emitted by the second base station BS1 according to the third and the fourth direction of propagation (forming a "second set (P12, P22) of measured powers "Within the meaning of the invention for the second base station BS2) and transmits it to the device 100.
  • the measured powers are transmitted by the second base station BS2 to the first base station BS1 via the network or via the user equipment UE.
  • the present geolocation method is implemented directly in the user equipment UE. In the latter case, the device 100 is integrated into the user equipment UE and the measured powers are stored locally.
  • 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 (( P1i, P21) for the base station BS1) and (P12, P22) for the base station BS2) of the set of measured powers associated with two corresponding radiofrequency beams, transmitted by the same base station, is calculated.
  • the device 100 obtains a first piece of relative power information M11 from the set of powers measured for the first base station BS1 and a second piece of relative power information M12 from the set of powers measured for the second base station BS2.
  • the antennas of a base station when the antennas of a base station are located at the same geographical point, the effects of fast fading are eliminated when the ratio or the difference between the powers received by the user is made.
  • the antennas may not be exactly collocated; in this case, the powers measured by the user equipment UE can be averaged over a determined period to eliminate the effects of fast fading. For example, they are collected at a determined acquisition frequency (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. For example, 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 get rid of 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 distance between antennas of a base station must be relatively small so that this averaging eliminates the effect of the distance r with the receiver with sufficient precision.
  • the possible mobility of the user equipment UE imposes greater constraints on the speed of the measurements, than in the static case.
  • the position of the user equipment UE is determined from, on the one hand, the relative power information and, on the other hand, for each of this relative power information and for each radiofrequency beam associated with the relative power information (ie for each of the two radiofrequency beams of different propagation directions, the power of which is the basis of the relative power information in question), of an antenna radiation pattern model characterizing the power, according to a direction of observation of the user, of the radiofrequency beam associated with the relative power information.
  • FIG. 6 The embodiment of FIG. 6 is first described in detail, for which a technology of the SISO type is used.
  • the device 100 obtains for example a first P11 (UE) and a second P21 (UE) measured powers corresponding respectively to a first radiofrequency beam emitted by the first antenna A11 in a first direction of propagation and to a second radiofrequency beam emitted by the second antenna A21 in a second direction of propagation.
  • UE user equipment
  • UE user equipment
  • the user equipment UE receives powers from the various antennas of the base station covering the site.
  • the first A11 and second A21 antennas emit radiofrequency beams in different directions of propagation but at the same angle of inclination or first tilt ⁇ t1 with respect to the horizontal plane O'xy.
  • the first power P11 (UE) measured at the level of the user equipment UE is generally expressed according to the expression:
  • P11 (UE) K.P0.r -eta .G11 ( ⁇ 11, ⁇ 11) .X BS (UE) .Y BS (UE) (Eq. 1)
  • K is a constant
  • r denotes the distance separating the user equipment UE of antenna A11
  • eta is a fading factor (also called "pathloss" factor) modeling the propagation attenuation
  • P0 is the power emitted by antenna A11 on the beam in question
  • G11 ( ⁇ 11 , ⁇ 11) is the gain of the antenna A11 radiated on the beam considered in the direction ( ⁇ 11, ⁇ 11) (which defines the direction of observation of the user equipment UE by the antenna A11 within the meaning of invention)
  • XBS (UE) is a parameter representing the fast fading of the propagation channel between the antenna A11 and the user equipment UE
  • YBS (UE) is a parameter representing the shadowing effects ) of the propagation channel between the antenna A11 and the user equipment
  • the model used in equation (1) relating the power received by the user equipment to the direction of observation ( ⁇ 11, ⁇ 11) is obtained by considering that the antenna A11 and the user equipment UE are in visibility direct (or LOS for "line-of-sight" in English): in this configuration, the beam emitted by the antenna A11 according to the direction ( ⁇ 11, ⁇ 11) is received according to the same direction by user equipment UE.
  • This line-of-sight configuration is most likely to occur when the user equipment is on a boat at sea or in a rural environment. When the user equipment is in an urban environment, it can also be considered, with a non-zero probability, to be in a line-of-sight configuration.
  • this model can still be used when the user equipment UE is not considered to be in line of sight with the antenna A11 (this is also referred to as an NLOS configuration for "Non Line of Sight" in English), for example in due to the presence of obstacles between the antenna A11 and the user equipment UE.
  • the beam emitted by the antenna A11 in the direction ( ⁇ 11, ⁇ 11) is received by the user equipment UE in a slightly different direction, for example ( ⁇ 11 + ⁇ 11, ⁇ 11 + ⁇ 11).
  • the model described above and the location of the user equipment UE which results therefrom in accordance with the invention may then prove to be less precise in this configuration.
  • 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 ( ⁇ 21, ⁇ 21) .X BS (UE) .Y BS (UE) (Eq. 2) where G21 ( ⁇ 21, ⁇ 21) is the gain of the antenna A21 radiated on the beam considered in the direction ( ⁇
  • ⁇ 21 of the user equipment UE (which defines the direction of observation of the user equipment UE in line of sight by the antenna A21 within the meaning of the invention).
  • M11 associated with the first and second radiofrequency beams is expressed only as a function of the gains G11 ( ⁇ 11, ⁇ 11) and G21 ( ⁇ b 1 - ⁇ 11, ⁇ 11). Indeed, from the equations (Eq. 1) and (Eq. 2), we can write:
  • M11 dB (G11 ( ⁇ 11, ( ⁇ 11) dB - G21 ( ⁇ b 1 - ⁇ 11, ⁇ 11)) dB (Eq. 3dB)
  • the determination of the position of the user equipment UE implements, for at least one given relative power item of information, the resolution of an equation (equation (Eq. 3lin ) or equation (Eq. 3dB)) whose members are a function, on the one hand, of the given relative power information and, on the other hand, of an expected value of the given relative power information.
  • 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 user equipment by the transmitting antenna, of the radiofrequency beam associated with the given relative power information.
  • ⁇ t1 is representative of the angle of inclination of the radiofrequency beams or first tilt emitted by the antennas A11 and A21 with respect to the horizontal plane O'xy.
  • dB -12 ( ⁇ 21 / ⁇ 3dB ) 2 - 12 (( ⁇ 21 - ⁇ t1) / ⁇ 3dB ) 2 (Eq. 5)
  • the angle ⁇ 11 is determined from, on the one hand, the first relative power information M11 (expressed in logarithmic unit in equation (Eq. 7)) and, on the other hand, of the radiation pattern model characterizing the power, as a function of a direction of observation, in this case the direction of the user equipment UE with respect to the antennas A11 and A21 respectively, of the first and second radiofrequency beams (here G11 ( ⁇ 11, ⁇ 11) and G21 ( ⁇ 21, ⁇ 21)).
  • a third power measured for the first base station BS1 is obtained in E310 during a sub-step E3 ⁇ 1 of step E300. This third power was measured for a radiofrequency beam emitted by the first antenna A11 of the first base station BS1 with a third tilt ⁇ t, 3 distinct from the first tilt ⁇ t1.
  • this change of tilt and this new emission of beams are triggered by the first base station BS1.
  • the first base station BS1 is equipped with antennas which are configured electronically (for example remotely) to transmit according to two distinct values of tilt, for example alternately.
  • this change of tilt and this additional transmission of beams by the first base station with the third tilt are triggered by the transmission of a request coming from the terminal equipment UE. This is in particular the case when the geolocation device 100 is on board in the terminal equipment UE.
  • the measurements of the powers received according to a first tilt and a third tilt are carried out at time instants very close to one another.
  • At least one third piece of relative power information M'11 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 first power P11 of the set of powers measured at E300 and associated with the radiofrequency beam emitted by the first antenna A11 of the first base station BS1 with the first tilt ⁇ t1 and the power P11 'of the set of powers measured and associated with the radiofrequency beam emitted by the first antenna A11 of the first base station BS1 with the third tilt ⁇ t, 3 is calculated by
  • step E320 the procedure is the same as in E321 to obtain, from the relative power information obtained in E310 from the powers of the radiofrequency beams measured for the second BS2 base station.
  • M12 dB (G12 ( ⁇ 12, f12) - G22 ( ⁇ b 2 - ⁇ 12, ⁇ 12)) dB (Eq. 3dB bis)
  • G12 ( ⁇ 12, f12) is the gain of the first antenna A12 radiated on the beam considered in the direction ( ⁇ 12, ⁇ 12) of observation of the user equipment UE by the antenna A12
  • G22 ( ⁇ b 2 - ⁇ 12, f12) the gain of the second antenna A22 radiated on the beam considered in the direction ( ⁇ 22, ⁇ 22) observation of the user equipment UE by the antenna A22.
  • M11 we consider here gains reflecting a direct visibility of the user equipment UE through the antennas A12 and A22.
  • ⁇ 3dB represents the three-way opening angle decibels of the radiation diagram in the plane of definition of the angle ⁇ 12 (i.e. in the horizontal plane 0 2 x 2 y 2 , which is, as underlined previously, merged with the Oxy plane, as illustrated by figures 5 and 7)
  • ⁇ 3dB represents the opening angle at three decibels of the radiation diagram in the plane of definition of the angle ⁇ 12.
  • the longitude ⁇ 12 can take two distinct values and thus defines two meridian planes PM12, PM22, as illustrated in figure 5.
  • Gij -min (12 ( ⁇ ij / ⁇ 3dB) 2 + 12 (( ⁇ ij - ⁇ t1) / ⁇ 3dB) 2 , Am) (Eq. 11) with i the index of the antenna, integer equal to 1 or 2, j the index of the base station, an integer equal to 1 or 2 and Am a constant which characterizes the minimum value of gain of the antenna.
  • angles of longitude and latitude must satisfy the following conditions: ⁇ ij ⁇ (Am / 12) 1/2 ⁇ 3dB ⁇ ij ⁇ (Am / 12) 1/2 ( ⁇ 3dB + ⁇ tk (Eq.12)
  • equation (11) for radiation patterns does not apply. It would then be appropriate to choose a third antenna of the base station, if it has a third one, or another base station, for which this equation is valid. This in itself does not pose difficulties for the user equipment UE to measure the powers received from another base station, the base stations of a telecommunications network being generally sufficiently close to each other so that the equipment UE user receives signals from multiple base stations. In the following, it is considered that, as is generally the case, these conditions are satisfied for the base stations BS1 and BS2 and their respective antennas A11, A21, and A12, A22.
  • the first antenna A12 of the second base station BS2 can be located at a height H2 different from the height H of the antennas A11 and A21, and the angle of latitude ⁇ 12 of the user equipment UE in the frame of the second base station BS2 is, in the general case, different from the angle of latitude ⁇ 11 in the frame of the first base station BS1. It should be noted, however, that their knowledge is not required to implement the invention.
  • a first determination E323 of the angle of latitude ⁇ 11 of the user equipment UE in the Oxyz frame of the first base station, according to one embodiment of the invention, is now detailed.
  • the device 100 obtains a third measured power P'11 (UE) corresponding to a third radiofrequency beam emitted by the sectorial antenna A11 at a second angle of inclination or tilt ⁇ t3, with respect to the horizontal plane O'xy (and therefore with respect to the Oxy plane), different from the first angle of inclination or tilt ⁇ 1.
  • UE measured power
  • step E310 a third piece of relative power information M'11 associated with this third radiofrequency beam and with the aforementioned first radiofrequency beam is calculated.
  • the angle ⁇ 11 locating the user equipment UE in the reference O'xyz centered on the antenna A11 of the first base station BS1 is determined from , on the one hand, of the second relative power information item M'11 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 third radiofrequency beams.
  • ⁇ 11 M'11 dB / 24 ⁇ 2 3dB / ( ⁇ t1- ⁇ t3) + ( ⁇ t1 + ⁇ t3) / 2 (Eq. 15)
  • the longitude angle ⁇ 11 and the latitude angle ⁇ 11 locating the user equipment UE in the Oxyz frame of the first base station BS1 are determined simply and precisely from the beams emitted by the antennas A11 , A12 of the first base station BS1 with at least two different angles of inclination and those transmitted by the antennas A12, A22 of the second base station BS2 with at least one angle of inclination which may be equal to the one of the previous two.
  • a second determination of the angle of latitude ⁇ 11 is carried out in the O'xyz coordinate system of the first base station. As illustrated by FIGS. 5 and 7, this angle of latitude ⁇ 11 defines a cone C centered on the origin O 'of the O'xyz coordinate system.
  • the first antenna A11 of the first base station BS1 is located at the origin O 'of the O'xyz frame, therefore at (0,0,0).
  • the third z coordinate is arbitrary.
  • x1 (y0 - x0. Tg ( ⁇ 12)) / (tg ( ⁇ 11) - tg ( ⁇ 12)) (Eq. 18)
  • each longitude angle ⁇ 11, ⁇ 12 lead to the coordinates of 4 possible points (x1, y1) on the 4 lines DU, D21, DU 'and D21'.
  • the cone C determines an arc of a circle AC on the Oxy plane which passes only through one of the 4 vertical lines determined previously.
  • this circular arc AC passes through more than one of the 4 lines.
  • a particular configuration of the positioning of the user equipment with respect to the base stations BS1 and BS2 would be required, for example for the main direction of an antenna of the first base station to be aligned with that of an antenna of the first base station.
  • the second base station considered to determine the position of the user equipment UE.
  • the arc of a circle could intersect two vertical lines.
  • the user equipment UE is on a boat which sails at sea. It is also assumed that it is at a height h with respect to sea level, which is at a height of h. height H M from ground level. In other words, the user equipment UE is located at a height h + H M with respect to the level of the ground.
  • the relative height of the antennas of the base stations BS1 and BS2 in the Oxyz frame with respect to the height of the user equipment UE is Hh, where H denotes the height of the antennas in the Oxyz benchmark.
  • H denotes the height of the antennas in the Oxyz benchmark.
  • ⁇ 11 Arctan (((Hh) / (y0 - x0. Tg ( ⁇ 12))) .cos ( ⁇ 11). [Tg ( ⁇ 11) - tg ( ⁇ 12)]) (20).
  • the user equipment UE can also be located at a negative height from the ground level.
  • each base station BS1, BS2 is equipped with an antenna comprising a matrix of radiating elements 200er as illustrated by FIGS. 2a and 2b.
  • This antenna is configured to emit radiofrequency beams in at least a first direction of propagation and a second direction of propagation which will be defined below as a function of angles ⁇ i, escan and ⁇ i, etilt
  • the antenna radiation pattern model AA, Beami ⁇ , Y characterizing the power of an i- th radiofrequency beam ("beam" in English) emitted according to a direction of observation (q, f) for example specified in document 3GPP TR 37.842
  • the angle ⁇ in the present application is similar to the angle ⁇ described in the 3GPP document designating the longitude, and the angle ⁇ in the present application is similar to the angle described in the 3GPP document where ⁇ denotes the colatitude. It is recalled that colatitude is equal to latitude plus ⁇ / 2.
  • This radiation pattern model is expressed as follows: where ⁇ i, escan and ⁇ i, etilt represent the longitude and the latitude defining the desired direction of propagation in the O'xyz coordinate system of the antenna considered (cf. definition given previously with reference to FIG.
  • a power P200i (UE) measured by the user equipment UE and corresponding to the i-th radiofrequency beam emitted by the matrix 200 is generally expressed according to the expression:
  • the first base station BS1 transmits, via its matrix of radiating elements, beams f1 and f2 characterized respectively by their direction of propagation
  • the resolution of such an equation comprises the implementation of a digital resolution method.
  • the ratio or the difference of the powers, received and measured by the user equipment UE, corresponding to the beams f1 and f2 makes it possible to calculate a relative power information value M12, while the ratio or the difference of the powers, received by the user equipment UE, corresponding to the beams f3 and f4, gives a relative power information value such as the report M34.
  • ( ⁇ 1 , ⁇ 1 ) is greater than two (compared to the SISO case described previously). It should be noted that the determination of a position of the user equipment UE according to this embodiment of the invention is applicable to a greater number of pairs of possible values, preferably less than 10.
  • the resolution of such a system of equations comprises the exploration of the space of solutions ( ⁇ 1 , ⁇ 1 ) in order to determine the direction ( ⁇ 1 , ⁇ 1 ) of l user equipment UE which is solution or has values close to the solutions of all the equations established with all the pairs of beams considered.
  • the resolution implements, for a given relative power information item calculated during the implementation of step E310: obtaining the expected or theoretical value of this given relative power information item for a set of different directions observation ( ⁇ 1, ⁇ 1), as derived from the radiation model considered above.
  • the fact of using two base stations makes it possible a priori to characterize the direction of the user equipment UE from a smaller number of beams transmitted by each of them.
  • One advantage is that the established system of equations includes a smaller number of equations, and can be solved with a less complex method.
  • 4 beams per base station were considered, but it could have been limited to 2 beams per base station.
  • the two possible values of the longitude angle ⁇ 1 in the frame of the first base station BS1 and of the longitude angle ⁇ 2 in the frame of the second base station BS2 define as many vertical planes which intersect in four vertical lines, as previously described in the SISO case. Each of these vertical straight lines intersects the horizontal plane corresponding to the given altitude of the user equipment UE at a point.
  • the set of these four points therefore constitutes the set of solutions, that is to say of the possible positions of the user equipment UE.
  • E723 seeks to determine its angle of latitude ⁇ 1 .
  • ⁇ 1 ' Arctan ((H / (y0 - x0.tg ( ⁇ 2))). cos ( ⁇ 1). [tg ( ⁇ 1) - tg ( ⁇ 2)]) (20) where (x0, y0) corresponds to the position of the second base station BS2 in the frame of the first.
  • H corresponds here to the height of the antenna array of the first base station BS1 in the Oxyz frame, as illustrated by FIG. 2b
  • ⁇ 1 is the longitude angle of the user equipment UE in the Oxyz frame of the first base station BS1 and ⁇ 2 the longitude angle of the user equipment UE in the frame of the second base station BS2.
  • the device 100 comprises a random access memory 103 (for example a RAM memory), a processing unit 1 ⁇ 2 equipped for example with a processor, and controlled by a computer program stored in a read only memory 1 ⁇ 1 (for example a ROM memory or a hard disc). On initialization, the code instructions of the computer program are for example loaded into the random access memory 103 before being executed by the processor of the processing unit 1 ⁇ 2.
  • a random access memory 103 for example a RAM memory
  • a processing unit 1 ⁇ 2 equipped for example with a processor
  • a computer program stored in a read only memory 1 ⁇ 1 for example a ROM memory or a hard disc
  • This fig. 8 illustrates only one particular way, among several possible, of making the device 100 so that it performs the steps of the geolocation method (according to any one of the embodiments and / or variants described above in relation with figures 4, 6 and 7). Indeed, these steps can be performed either on a reprogrammable computing machine (a PC computer, a DSP processor or a microcontroller) executing a program comprising a sequence of instructions, or on a dedicated computing machine (for example a set of logic gates such as an FPGA or ASIC, or any other hardware module).
  • a reprogrammable computing machine a PC computer, a DSP processor or a microcontroller
  • a program comprising a sequence of instructions
  • a dedicated computing machine for example a set of logic gates such as an FPGA or 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.
  • a removable storage medium such as for example a CD- ROM, DVD-ROM, USB key
  • the device 100 is included in the user equipment UE.
  • the device 100 is included in a device of the radiocommunications network, e.g. in a node of the communications network or in one of the base stations BS1 or BS2, as illustrated by FIG. 3.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur situé à une altitude donnée, recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis selon au moins une première et une deuxième direction de propagation respectivement par au moins une antenne d'une première station de base et par au moins une antenne d'une deuxième station de base selon au moins une troisième et une quatrième direction de propagation. Ledit procédé met en oeuvre : • - une obtention (E300) d'une puissance mesurée par ledit équipement terminal pour des faisceaux radiofréquences émis par la première station de base; • - un calcul (E310) d'au moins une information par station de base, représentative d'un rapport ou d'une différence entre une première et une deuxième puissances de chaque jeu de puissances mesurées; et • - une détermination (E320) d'une position dudit équipement utilisateur à l'altitude donnée.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur, dispositif, équipement utilisateur, station de base, système et programme d'ordinateur correspondants.
Domaine technique de l'invention
La présente invention appartient au domaine général des télécommunications. Elle concerne plus particulièrement un réseau de communication sans fil et un procédé de localisation d'un utilisateur d'un équipement terminal dans un tel réseau de télécommunications.
Art antérieur
De nombreux services ou applications proposé(e)s aujourd'hui par les opérateurs de réseaux de télécommunications s'appuient sur une localisation géographique des terminaux 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 (jeu, publicité, etc) que pour des applications liées à la sécurité (interventions d'urgence, médical, services d'alerte, etc).
On connaît en effet différentes techniques pour déterminer la position géographique d'un utilisateur, c'est-à-dire pour le géolocaliser.
Une technique très répandue s'appuie sur des signaux diffusés par des satellites en orbite autour de la Terre. Selon cette technique, le système le plus connu est le système GPS (pour « Global Positioning System », en anglais). Chaque satellite envoie des signaux indiquant sa position dans l'espace ainsi que l'heure et la date d'émission desdits signaux. Un récepteur GPS embarqué dans un terminal de l'utilisateur réceptionne ces signaux, calcule ensuite la durée de parcours de chaque signal entre le satellite émetteur et le récepteur, et en déduit enfin, par trilatération, sa position, en latitude, longitude et altitude, sur le globe. Pour que le système fonctionne, il faut compiler les données reçues de quatre satellites : trois pour la position et un pour la synchronisation. Avec un tel système, le terminal d'un utilisateur, qu'il soit sur terre, sur mer ou dans les airs, peut connaître sa position à toute heure et en tout lieu sur la surface ou au voisinage de la surface de la Terre, dès lors qu'il est équipé d'un récepteur et du logiciel nécessaire au traitement des informations reçues.
La précision de l'estimation fournie par le GPS par rapport à sa localisation réelle dépend du nombre de satellites visibles par le système GPS, qui peut fortement varier en fonction des conditions climatiques, mais pour un terminal mobile de type téléphone intelligent (pour « smartphone », en anglais), elle peut atteindre 5 à 10 m. En revanche, les systèmes GPS sont gourmands en termes de ressources ce qui peut s'avérer problématique lorsqu'ils équipent des terminaux sur batterie, comme les téléphones mobiles. C'est précisément le cas des équipements terminaux d'utilisateurs situés sur des bateaux naviguant en mer.
Il existe donc un besoin d'une technique de localisation d'un équipement utilisateur qui reste suffisamment précise pour constituer une bonne alternative au GPS, tout en étant plus économe en ressources.
Présentation de l'invention
L'invention répond à ce besoin en proposant un procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur situé à une altitude donnée, recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis respectivement par au moins une antenne d'une première station de base configurée pour émettre selon au moins une première et une deuxième direction de propagation, et par au moins une antenne d'une deuxième station de base configurée pour émettre selon au moins une troisième et une quatrième direction de propagation.
Le procédé met en oeuvre :
- une obtention d'une puissance mesurée par ledit équipement terminal pour des faisceaux radiofréquences émis par la première station de base selon au moins la première et la deuxième direction de propagation et des faisceaux radiofréquences émis par la deuxième station de base selon au moins la troisième et la quatrième direction de propagation, délivrant respectivement un premier jeu de puissances mesurées pour la première station de base et un deuxième jeux de puissances mesurées pour la deuxième station de base;
- un calcul d'au moins une information par station de base, représentative d'un rapport ou d'une différence entre une première et une deuxième puissances de chaque jeu de puissances mesurées, dite première information de puissance relative pour la première station de base et deuxième information de puissance relative pour la deuxième station de base, la première puissance étant associée pour première station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la première direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la deuxième direction de propagation, la première puissance étant associée pour la deuxième station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la troisième direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la quatrième direction de propagation; et
- une détermination d'une position dudit équipement utilisateur à l'altitude donnée à partir, d'une part, de ladite au moins une première et deuxième informations de puissance relative et, d'autre part, pour chaque information de puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, en fonction de la direction d'observation de l'équipement utilisateur par ladite antenne.
Ainsi l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive pour géolocaliser un équipement utilisateur situé à une altitude donnée et à portée d'une première et d'une deuxième stations de base (e.g. connecté à l'une des stations 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 deux stations de base capables d'émettre chacune selon deux directions de propagation distinctes (e.g. des signaux émis via deux antennes sectorielles de chaque station de base, ou des signaux correspondant à différents faisceaux d'une antenne de type matrice d'éléments rayonnants équipant chaque station de base).
Par ailleurs, cette détermination s'appuie sur le calcul d'informations de puissances relatives à partir des puissances mesurées. De telles informations sont représentatives 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 phénomènes impacte de la même façon les deux faisceaux radiofréquences considérés, ces faisceaux étant émis par des éléments rayonnants localisés sensiblement en un même point géographique 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. On note que selon une technologie d'antennes de type SISO (pour « Single Input Single Output » en anglais), dans le cas où les antennes ne sont pas exactement localisées au même point, une moyenne des puissances mesurées sur une période donnée permet d'éliminer les effets de fading. Selon une configuration d'antennes de type MIMO (pour « Multiple-lnput Multiple-Output » en anglais), un tel moyennage n'est pas nécessaire. 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, sans qu'il soit nécessaire de connaître les caractéristiques des antennes de la deuxième station de base.
L'invention s'applique à la géolocalisation de tout type d'équipement utilisateur pourvu qu'il soit simultanément à portée de faisceaux émis par une première station de base respectivement une deuxième station de base selon deux directions de propagation distinctes et que son altitude soit connue. Elle est donc particulièrement bien adaptée à la localisation de bateaux en mer qui peuvent, du fait que les antennes d'une station de base terrestre sont plutôt tournées vers les terres, ne recevoir qu'une partie des signaux émis par cette station de base, comme par exemple les faisceaux émis par deux des trois antennes de cette station de base.
Néanmoins, elle s'applique aussi à la géolocalisation d'équipements utilisateurs situés dans tout autre type d'environnement géographique dans lequel l'installation de stations de base à deux antennes ou à une seule antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants, est préconisée ou rencontrée.
Selon un aspect de l'invention, ladite détermination met en oeuvre, pour au moins une information de puissance relative donnée parmi la ou les informations de puissances relatives, la résolution d'une équation dont les membres sont fonction, d'une part, de ladite information de puissance relative calculée et, d'autre part, d'une valeur attendue de ladite information de puissance relative donnée, fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative donnée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative donnée, en fonction de la direction d'observation de l'équipement utilisateur par ladite antenne.
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 calculées à partir des puissances mesurées avec la ou les valeurs attendues telles que prédites par les modèles de diagramme de rayonnement des antennes utilisées.
Selon un autre aspect de l'invention, la première station de base comprend une première antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radio fréquences selon la première direction de propagation et une deuxième antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon la deuxième direction de propagation, et la deuxième station de base comprend une première antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radio fréquences selon la troisième direction de propagation et une deuxième antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon la quatrième direction de propagation, ladite obtention comprend l'obtention d'une première et d'une deuxième puissances mesurées correspondant respectivement à un premier faisceau radiofréquences émis par la première, respectivement la deuxième antenne sectorielle de ladite première, respectivement deuxième station de base et à un deuxième faisceau radiofréquences émis par la première, respectivement la deuxième antenne sectorielle de ladite première , respectivement deuxième station de base. Le calcul délivre une première, respectivement une deuxième information de puissance relative associée auxdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences pour chaque station de base, et ladite détermination comprend la détermination d'un angle représentatif d'une longitude dudit équipement utilisateur dans un repère de la première, respectivement de la deuxième, station de base à partir, d'une part, de ladite première, respectivement de la deuxième information de puissance relative et d'autre part, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction desdits angles de longitude et de latitude de l'équipement utilisateur, desdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences.
Un avantage de ce mode de réalisation est d'obtenir assez simplement un angle de longitude de l'équipement utilisateur dans le repère de chaque station de base.
Selon encore un autre aspect de l'invention, ladite résolution comprend, pour chaque station de base, la mise en oeuvre de l'équation : θ1i = - (M1idB /24 ) θ2 3dB/ θbi+ θbi/2, où : i est un entier qui vaut 1 lorsqu'il désigne la première station de base et 2 lorsqu'il désigne la deuxième station de base ; θ1i représente ledit angle représentatif d'une longitude dudit équipement utilisateur dans lerepère de la i-ème station de base,
M1idB représente ladite i-ème information de 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 θ1i, et θbi représente l'angle de dépointage entre lesdites première et deuxième antennes de la i-ème station de base dans ledit plan de définition dudit angle θ1i.
Ainsi, l'angle représentatif de la longitude de l'équipement utilisateur est déterminé de manière simple et robuste dans le repère de chacune des deux stations de base, lorsqu'elles implémentent une technologie du type SISO sur différents secteurs de couverture.
Selon encore un autre aspect de l'invention, lesdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences sont rayonnés par lesdites première et deuxième antennes de la première station de base selon un premier angle d'inclinaison, ladite obtention comprend l'obtention d'une troisième puissance mesurée correspondant à un troisième faisceau radiofréquences émis par ladite première antenne de la première station de base selon un troisième angle d'inclinaison, distinct du premier angle d'inclinaison, ledit calcul délivre une troisième information de puissance relative, représentative d'un rapport ou d'une différence entre la troisième puissance mesurée et la première puissance du premier jeu de puissances mesurées ; et ladite détermination comprend une première détermination d'un angle représentatif d'une latitude dudit équipement utilisateur dans lerepère de la première station de base à partir, d'une part de ladite troisième information de puissance relative et, d'autre part d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction desdits angles de longitude et de latitude de l'équipement utilisateur, desdits premier, deuxième, et troisième faisceaux radiofréquences de la première station de base.
Ainsi, l'angle noté ci-après φ1 représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur est déterminé de manière simple et précise à partir des faisceaux émis par les deux antennes de la première station de base lorsqu'elles émettent des faisceaux radiofréquences selon deux angles d'inclinaison différents.
On note que l'angle d'inclinaison des antennes de la deuxième station de base peut être identique à celui de la première.
Selon encore un autre aspect de l'invention, ladite détermination comprend la mise en oeuvre de l'équation : φ11 = M12dB/24 φ 2 3dB / ( φ t1- φ t3) + ( φ1 + φ t3)/2, où : φ11 représente ledit angle représentatif d'une latitude dudit équipement utilisateur dans le repère de la première station de base,
M12dB représente ladite deuxième information de puissance relative exprimée en décibels, φ 3dB 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 φ11 , φ t1 représente ledit premier angle d'inclinaison, et φ t3 représente ledit troisième angle d'inclinaison.
Selon encore un autre aspect de l'invention, ladite détermination d'une position comprend une deuxième détermination d'une valeur de l'angle de latitude de l'équipement utilisateur dans le repère de la première station de base, en fonction d'une hauteur de la première antenne de la première station de base, et des angles de longitude de l'équipement utilisateur dans les repères respectifs de la première et de la deuxième station de base et une sélection de la valeur des angles de longitude de l'équipement utilisateur minimisant une erreur entre la première et la deuxième détermination de l'angle de latitude.
Ainsi, on utilise la connaissance de la position relative des deux stations de base et des relations trigonométriques entre les angles pour lever une ambiguïté sur la valeur d'angle de longitude de l'équipement utilisateur et déterminer l'angle de latitude de l'équipement utilisateur à l'imprécision de mesure de puissance près.
Selon encore un autre aspect de l'invention, ladite détermination comprend le calcul des coordonnées (x1,y1,z1) de l'équipement utilisateur dans le repère de la première station de base à partir des angles de longitude déterminés.
Ainsi, les coordonnées (x1, y1, z1) de l'équipement utilisateur par rapport à la première station de base sont déterminées de manière simple et robuste, sans recourir à des caractéristiques de la deuxième station de base, comme par exemple la hauteur de ses antennes.
Selon un autre aspect de l'invention, la première station de base comprend une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants, configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon au moins la première direction de propagation et la deuxième direction de propagation et la deuxième station de base comprend une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon au moins la troisième direction de propagation et la quatrième direction de propagation et chaque faisceau radiofréquences de ladite pluralité de faisceaux radiofréquences est rayonné par la matrice d'éléments rayonnants de ladite première, respectivement deuxième station de base.
Ainsi, la méthode selon l'invention s'applique aussi dans le cas d'une station de base implémentant une technologie du type MIMO.
Selon un autre aspect de l'invention, ladite résolution d'équation comprend la mise en oeuvre d'une méthode de résolution numérique de ladite au moins une équation.
Selon encore un autre aspect, ladite résolution met en oeuvre pour ladite au moins une information de puissance relative donnée : une obtention de ladite valeur attendue de ladite information de puissance relative donnée pour un jeu de directions d'observation de l'équipement utilisateur délivrant un jeu de valeurs attendues correspondant chacune à une direction d'observation de l'équipement utilisateur parmi une pluralité de directions d'observations; une comparaison entre, d'une part, ladite information de puissance relative calculée et, d'autre part, chaque valeur attendue dudit jeu de valeurs attendues délivrant une direction d'observation pour laquelle la valeur attendue de ladite puissance relative donnée est la plus proche de l'information de puissance relative calculée ; et ladite position dudit équipement utilisateur étant fonction de la direction d'observation délivrée.
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 possible correspond à la valeur attendue ou théorique d'information de puissance relative parmi les valeurs attendues du jeu de valeurs attendues qui est la plus proche de l'information de puissance relative calculée à partir des puissances mesurées, à l'imprécision de mesure de puissance près.
Selon un autre aspect de l'invention, pour la première, respectivement la deuxième, station de base, ledit modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance d'un i-ème faisceau radiofréquences en fonction d'une direction d'observation de l'équipement utilisateur (θ, φ s'exprime en fonction de : où : θ représente un angle représentatif d'une longitude de l'équipement utilisateur dans un repère de la première, respectivement deuxième, station de base, φ représente un angle représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur dans le repère de la première, respectivement deuxième station de base,
(θi,escan, φ i,etilt) représente un couple d'angles caractéristique de la direction de propagation principale voulue pour ledit i-ème faisceau radiofréquences dans un repère de l'antenne,
NH représente le nombre d'éléments rayonnants de ladite matrice d'éléments rayonnants dans une direction horizontale, Nv représente le nombre d'éléments rayonnants de ladite matrice 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 le diagramme de rayonnement de chaque élément rayonnant de ladite matrice d'éléments rayonnants ; et ladite détermination comprend une première détermination d'au moins deux couples de valeurs de l'angle de longitude et de l'angle de latitude (θ1 , φ1 ) de l'équipement utilisateur dans le repère de la première station de base à partir dudit modèle de rayonnement, une deuxième détermination d'au moins deux couples de valeurs de l'angle de longitude et de l'angle de latitude de l'équipement utilisateur dans le repère de la deuxième station de base à partir dudit modèle de rayonnement, une troisième détermination d'une deuxième valeur de l'angle de latitude de l'équipement utilisateur (UE) dans le repère de la première station de base, en fonction d'une hauteur de la première station de base et des angles de longitude de l'équipement utilisateur dans les repères respectifs de la première et de la deuxième station de base et une sélection des valeurs des angles de longitude de l'équipement utilisateur minimisant une erreur entre la valeur de l'angle de longitude associé à l'angle de latitude issue de la première détermination et la deuxième valeur de l'angle de latitude issue de la troisième détermination.
Ainsi, on détermine des couples de valeurs d'angles de longitude et de latitude possibles de l'équipement utilisateur en appliquant le modèle de diagramme de rayonnement de chaque élément rayonnant de chaque station de base et on utilise ensuite la connaissance de la position relative des deux stations de base et des relations trigonométriques entre les angles pour lever l'ambiguïté sur la valeur d'angle de longitude de l'équipement utilisateur et l'angle de latitude φ1 de l'équipement utilisateur, à l'imprécision de mesure de puissance près.
De cette manière, on peut obtenir assez simplement les angles de longitude et de latitude de l'équipement utilisateur à partir d'un système d'équations complexe.
L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre d'un procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur selon l'invention, tel que décrit précédemment, lorsqu'il est exécuté par un processeur. L'invention vise également un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel sont enregistrés les programmes d'ordinateur tels que décrits ci-dessus. Un tel support d'enregistrement peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une clé USB ou un disque dur.
D'autre part, un tel support d'enregistrement peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens, de sorte que le programme d'ordinateur qu'il contient est exécutable à distance. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargés sur un réseau par exemple le réseau Internet.
Alternativement, le support d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé de géolocalisation précité.
L'invention concerne aussi un dispositif de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis respectivement par au moins une antenne d'une première station de base configurée pour émettre selon au moins une première et une deuxième direction de propagation, et par au moins une antenne d'une deuxième station de base configurée pour émettre selon au moins une troisième et une quatrième direction de propagation.
Ledit dispositif comprend une machine de calcul reprogrammable ou une machine de calcul dédiée, configurée pour :
- obtenir une puissance mesurée par ledit équipement utilisateur pour des faisceaux radiofréquences émis par la première station de base selon au moins la première et la deuxième direction de propagation et des faisceaux radiofréquences émis par la deuxième station de base selon au moins la troisième et quatrième direction de propagation, délivrant respectivement un premier jeu de puissances mesurées pour la première station de base et un deuxième jeux de puissances mesurées pour la deuxième station de base;
- calculer au moins une information par station de base, représentative d'un rapport ou d'une différence entre une première et une deuxième puissances de chaque jeu de puissances mesurées, dite première information de puissance relative pour la première station de base et deuxième information de puissance relative pour la deuxième station de base, la première puissance étant associée pour la première station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la première direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la deuxième direction de propagation, la première puissance étant associée pour la deuxième station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la troisième direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la quatrième direction de propagation; et - déterminer une position dudit équipement utilisateur à partir, d'une part, de ladite au moins une première et deuxième informations de puissance relative et, d'autre part, pour chaque information de puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, en fonction d'une direction d'observation de l'équipement utilisateur par ladite antenne.
Avantageusement, ledit dispositif est configuré pour mettre en oeuvre le procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur précité, selon ses différents modes de réalisation.
Avantageusement, ledit dispositif peut être intégré dans un équipement du réseau de communication. Il s'agit par exemple d'une station de base dotée d'aux moins deux antennes selon une technologie de type SISO émettant selon des directions de propagation distinctes ou d'une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants selon une technologie de type MIMO.
En variante, le dispositif de géolocalisation selon l'invention est intégré dans un équipement utilisateur apte à se connecter audit réseau de communication.
Corrélativement, l'invention concerne enfin un système de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis respectivement par au moins une antenne d'une première station de base configurée pour émettre selon au moins une première et une deuxième direction de propagation, et par au moins une antenne d'une deuxième station de base configurée pour émettre selon au moins une troisième et une quatrième direction de propagation.
Un tel système comprend au moins la première et la deuxième stations de base et un dispositif de géolocalisation précités
Le système de géolocalisation, l'équipement utilisateur, la station de base, le dispositif de géolocalisation et le programme d'ordinateur correspondants précités présentent au moins les mêmes avantages que ceux conférés par le procédé précité selon les différents modes de réalisation de la présente invention.
Brève description 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;
[fig. 1b] représente les secteurs couverts par deux antennes sectorielles de la station de base de la fig. 1a ; [fig. 1e] représente les secteurs couverts par trois antennes sectorielles de la station de base de la fig. 1a ;
[fig. 2a] représente une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants pouvant équiper la station de base des figures 1a et 1b selon un mode de réalisation de l'invention ;
[fig. 2b] représente une station de base équipée de la matrice d'éléments rayonnants de la figure 2a ;
[fig. 3] illustre un exemple d'architecture d'un système de géolocalisation d'un équipement utilisateur selon un mode de réalisation de l'invention ;
[fig. 4] représente les étapes du procédé de géolocalisation selon un mode de réalisation de l'invention ;
[fig. 5] illustre de façon géométrique le procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur selon un mode de réalisation de l'invention dans le système de la figure 3 ;
[fig. 6] détaille la détermination d'une position d'un équipement utilisateur selon un mode de réalisation de l'invention mettant en oeuvre une technologie de type SISO ;
[fig. 7] illustre de façon géométrique la détermination d'une position d'un équipement utilisateur selon ce mode de réalisation de l'invention selon ce mode de réalisation de l'invention ;
[fig. 8] détaille la détermination d'une position d'un équipement utilisateur selon un autre mode de réalisation de l'invention mettant en oeuvre une technologie de type MIMO ; et [fig. 9] présente un exemple de structure matérielle d'un dispositif permettant la mise en oeuvre des étapes du procédé de géolocalisation selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
Principe général de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur l'obtention de puissances mesurées par un équipement utilisateur situé à une altitude donnée, pour des faisceaux radiofréquences qu'il reçoit d'une première station de base et d'une deuxième station de base, chaque station de base comprenant au moins une antenne configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon au moins deux directions de propagation, sur le calcul d'au moins une information de puissance relative par station de base, représentative d'un rapport ou d'une différence entre une première et une deuxième puissances mesurées et sur une détermination d'une position dudit équipement utilisateur à l'altitude donnée à partir, d'une part, desdites informations de puissance relative et, d'autre part, pour chaque information de puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation de l'équipement utilisateur par l'antenne émettrice, dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative. L'invention fonctionne aussi bien avec une technologie SISO que MIMO et trouve de nombreuses applications, en particulier dans la géolocalisation des bateaux en mer. Elle permet plus généralement de géolocaliser tout équipement utilisateur situé à la portée de deux stations de base, à partir de faisceaux radiofréquences émis selon des directions de propagation distinctes par chacune de ces stations de base.
Dans la suite de la description, on s'attache à décrire en détails un exemple de mise en oeuvre de l'invention.
On présente désormais, en relation avec les figures 1a -1c un équipement utilisateur UE recevant les faisceaux radiofréquences émis par une première station de base BS1 d'un réseau de radiocommunications selon un mode de réalisation de l'invention basé sur une technologie de type SISO. Dans ce mode de réalisation, l'équipement utilisateur UE est connecté à la station de base BS1. Dans d'autres modes de réalisation, l'équipement utilisateur UE n'est pas connecté à la première station de base BS1, 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 première station de base BS1 les mesures de puissances qu'il effectue.
De retour aux figures 1a et 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 première station de base BS1 gère le site géographique correspondant de manière multisectorielle (ou multi-secteurs). Plus particulièrement, la première station de base BS1 de la figure 1b couvre le site via deux secteurs distincts, chaque secteur étant couvert par une antenne dite sectorielle correspondante A11, A21. Dans la présente demande, on entend par antenne sectorielle une antenne émettant principalement dans une direction de propagation donnée. Par exemple, une cellule du réseau de radiocommunications comprend deux secteurs. Les 2 secteurs sont supposés ici de dimensions identiques. Par souci de simplification, on suppose que chaque secteur est défini par un angle, θbi, de dépointage dans le plan horizontal qui vaut dans cet exemple θb1 = 120°. C'est cette valeur de θb1 que l'on utilisera dans l'exemple de réalisation de l'invention détaillé ci-après.
On notera que d'autres valeurs d'angles de dépointage peuvent être choisies.
Chaque secteur est couvert au moyen d'une unique antenne A11, A21 apte à émettre selon un unique faisceau dans une direction de propagation donnée (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 de propagation (ou de rayonnement) des faisceaux émis par les antennes A11, A21 couvrant deux secteurs adjacents de ce site présentent entre elles un angle égal à θb1. Chaque antenne A11, A21 est caractérisée, de façon connue en soi, par un diagramme de rayonnement.
Bien sûr, comme déjà évoqué, l'invention s'applique aussi dans le cas où la station de base est dotée de trois antennes A11, A21, A31, comme illustré par la figure 1e. Dans ce cas, il suffit que l'équipement utilisateur UE reçoive les faisceaux radiofréquences émis par deux d'entre elles seulement pour que l'invention puisse s'appliquer.
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 IMT Advanced » de décembre 2009. Le diagramme de rayonnement de chaque antenne A11, A21 présente un angle d'ouverture à trois décibels dans le plan horizontal noté θ3dB·
Les antennes A11 et A21 sont colocalisées au niveau de la station de base BS1, celle-ci se trouvant en un point de la cellule couverte par la station de base BS1. On note que par « colocalisées », on entend que les antennes A11, A21 se trouvent au niveau d'un même site (c'est-à-dire ici d'une même station de base). Elles ne sont toutefois pas nécessairement positionnées en un même point géographique (correspondant à une distance idéalement nulle entre les antennes) et peuvent être séparées de quelques centimètres ou de quelques dizaines de centimètres, voire de quelques mètres. Par exemple, les antennes peuvent être espacées d'une distance inferieure à λ/2 où λ désigne la longueur d'onde des signaux émis par les antennes A11, A21 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 inférieur 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.
Dans l'exemple envisagé ici, par souci de simplification, on suppose que les antennes A11 et A21 sont localisées en un même point au sommet d'un pylône de la station de base BS1.
Comme illustré par la figure 1a, l'équipement utilisateur UE est repéré par rapport à la première station de base BS1 dans un repère orthonormé Oxyz. L'origine O du repère est ici localisée au pied du pylône de la station de base BS1 supportant les antennes A11, A21, au niveau du sol. L'axe Oz est vertical (le long du pylône ici, parallèle à celui-ci) et les axes Ox et Oy définissent un plan horizontal parallèle au sol et perpendiculaire au pylône. Dans l'exemple envisagé ici, le plan (Oxy) se trouve au niveau du sol et est tangent à la surface de la Terre au point O situé au pied du pylône. L'axe Ox coïncide avec la projection de la direction de propagation principale de l'antenne A11 sur ce plan horizontal parallèle au sol. La projection de la direction de propagation principale de l'antenne A21 dans le plan Oxy est obtenue à partir de l'angle de dépointage θb1, comme illustré sur la figure 1b.
On désigne ici par direction d'observation de l'équipement utilisateur UE par une antenne de la station de base sa direction vue par cette antenne.
On considère aussi le repère O'xyz dont l'origine O' est situé au sommet du pylône, et plus particulièrement au point où se trouve l'antenne A11 (et dans l'exemple envisagé ici, les deux antennes sont supposées colocalisées en un même point par souci de simplification, comme mentionné ci-avant).
Par exemple, l'équipement utilisateur UE est repéré via des angles d'un système de coordonnées sphériques (θ11, φ11 ) dans le repère O'xyz en question, et par la distance r11 représentant la projection dans le plan horizontal Oxy de la distance de l'équipement utilisateur UE par rapport à l'origine O' du repère O'xyz. On suppose ici par souci de simplification que l'équipement utilisateur UE se trouve dans le plan horizontal Oxy, au niveau du sol (on néglige la hauteur à laquelle se trouve l'équipement utilisateur par rapport au sol). En d'autres termes, sur la figure 1a, r11 représente la distance de l'équipement utilisateur UE par rapport au pied du pylône situé en O, supportant les antennes A11, A21, et θ11 et φ11 représentant respectivement la longitude et la latitude de l'équipement utilisateur UE dans le repère O'xyz. L'angle θ11 est ainsi défini via la projection du vecteur joignant l'origine du repère O'xyz à l'équipement utilisateur UE dans le plan horizontal Oxy, et mesuré par rapport à la projection de la direction principale de propagation de l'antenne A11 dans ce plan (qui coïncide avec Ox). Les coordonnées (r11, θ11, φ11 ) définissent la position relative de l'équipement utilisateur UE par rapport à la première station de base BS1, c'est-à-dire en prenant la position de la première station de base BS1 comme référence. Pour obtenir la position absolue de l'équipement utilisateur UE dans un autre référentiel, par exemple le référentiel terrestre, le méridien de Greenwich, etc., il convient de tenir compte de la position de la première station de base BS1 dans ce référentiel. Cette position est connue du réseau de télécommunications auquel appartient la première station de base BS1.
On note par ailleurs que l'équipement utilisateur UE peut être situé à une autre altitude que celle du niveau du sol ; par exemple, l'équipement utilisateur UE peut se trouver sur un bateau en mer et être situé au niveau de la mer, le niveau de la mer et le niveau du sol où se trouve le pied du pylône de la station de base BS1 n'étant pas nécessairement les mêmes. Dans ce cas, on pourra soit considérer un repère Oxyz situé à l'altitude de l'équipement utilisateur UE (typiquement au niveau de la mer dans l'exemple envisagé ci-avant) et on aura dans ce repère une altitude z1 de l'équipement utilisateur égale à 0, ou bien conserver la même définition pour le repère (Oxyz) (i.e. origine O au sol, au bas du pylône) et considérer que l'altitude z1 de l'équipement utilisateur dans ce repère est celle du niveau de la mer dans ce repère.
Les antennes A11, A21 émettent des faisceaux radiofréquences selon un angle d'inclinaison φ t1 (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 O'xy (et donc Oxy).
De telles antennes sectorielles A11, A21 sont par exemple adaptées à une mise en oeuvre dite SISO (pour « Single Input Single Output » en anglais) du réseau de radiocommunications considéré.
Sur la figure 1a, les antennes A11 et A21 se trouvent à une hauteur H qui correspond à la distance entre les antennes et le sol. Autrement dit, le plan O'xy se trouve à une hauteur H par rapport au plan Oxy.
On présente désormais, en relation avec la figure 2a une antenne comprenant une matrice 200 d'éléments rayonnants 200er (désignée parfois également par réseau d'éléments rayonnants), par exemple du type à balayage électronique, pouvant équiper la station de base BS1 de la figure 2b selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Plus particulièrement, dans cet exemple, la matrice 200 comprend NH=8 éléments rayonnants 200er dans la direction horizontale (i.e. selon la direction O'y du repère dans le cas présent) et Nv=12 éléments rayonnants 200er dans la direction verticale (i.e. selon la direction 0z du repère dans le cas présent).
On note que dans le présent mode de réalisation, l'origine O' du repère O'xyz est localisée au niveau de l'extrémité basse de la matrice 200, comme illustré par la figure 2b. La direction O'x est perpendiculaire au plan de la matrice d'éléments rayonnants et coïncide avec une direction principale de propagation (ou de façon équivalente de rayonnement) de cette matrice 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 de la matrice 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.
En relation avec les figures 2a et 2b, une telle matrice 200 d'éléments rayonnants est capable d'émettre différents faisceaux radiofréquences pointant chacun dans une direction de propagation voulue autour de la direction de propagation principale de la matrice 200. 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 figure 4. On considère par exemple une matrice 200 d'éléments rayonnants 200er tel que spécifié dans le document 3GPP TR 37.842 V.13.2.0.
Une telle matrice 200 est par exemple adaptée à une mise en oeuvre dite MIMO (pour « Multiple- Input Multiple-Output » en anglais) du réseau de radiocommunications considéré. En relation avec la figure 2B, la matrice d'éléments rayonnants de la figure 2a est située au sommet du pylône de la station de base qu'elle équipe. Dans la suite, on désigne par repère de la station de base, comme dans le cas SISO, le repère Oxyz placé au niveau du sol, au pied de ce pylône.
On présente maintenant, en relation avec la figure 3 un exemple d'architecture d'un système 10 de localisation d'un utilisateur d'un équipement terminal UE dans un réseau de télécommunications RT selon un mode de réalisation de l'invention. Un tel réseau comprend la station de base BS1, qui vient d'être décrite en relation avec les figures 1a et 1b et une deuxième station de base BS2, présentant des caractéristiques identiques ou similaires à celles décrites pour la première station de base BS1. Néanmoins, on note que les antennes de la deuxième station de base BS2 peuvent avoir des hauteurs différentes de celles des antennes de la première station de base BS1.
Le système 10 comprend en outre un dispositif 100 configuré pour géolocaliser l'utilisateur de l'équipement terminal UE dans le réseau RT.
Dans un mode de réalisation, un tel dispositif comprend un module OBT. Pij d'obtention d'une puissance mesurée par ledit équipement utilisateur pour chacun des faisceaux radiofréquences émis par la première station de base selon la première et la deuxième direction de propagation et chacun des faisceaux radiofréquences émis par la deuxième station de base selon la troisième et quatrième direction de propagation, délivrant respectivement un premier jeu de puissances mesurées pour la première station de base et un deuxième jeux de puissances mesurées pour la deuxième station de base; un module OBT. IPR de calcul d'au moins une information par station de base, représentative d'un rapport ou d'une différence entre une première et une deuxième puissances de chaque jeu de puissances mesurées, dite première information de puissance relative pour la première station de base et deuxième information de puissance relative pour la deuxième station de base, la première puissance étant associée pour la première station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la première direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la deuxième direction de propagation, la première puissance étant associée pour la deuxième station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la troisième direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la quatrième direction de propagation; et un module DET. POS de détermination d'une position dudit équipement utilisateur à partir, d'une part, de ladite au moins une première et deuxième informations de puissance relative et, d'autre part, pour chaque information de puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, en fonction d'une direction d'observation de l'équipement utilisateur par ladite antenne. Le dispositif 100 met ainsi en oeuvre le procédé de géolocalisation selon l'invention qui sera décrit plus en détails en relation avec les figures 4 et 6.
Dans l'exemple de la figure 3, le dispositif 100 est logé dans le réseau lui-même et intégré à la première station de base BS1, laquelle comprend, classiquement, des mémoires MEM associées à un processeur CPU. Les mémoires peuvent être de type ROM (de l'anglais « Read Only Memory ») ou RAM (de l'anglais « Random Access Memory ») ou encore Flash. La première station de base BS1 comprend en outre un module TX configuré pour piloter l'émission/réception de faisceaux radiofréquences par sa ou ses antennes (non représentées) selon le type de technologie utilisé. En variante, le dispositif 100 pourrait être intégré à la deuxième station de base BS2 ou à un équipement nœud du réseau RT. Selon un autre mode de réalisation, il est intégré à l'équipement terminal UE.
On présente désormais, en relation avec la figure 4 les étapes du procédé de géolocalisation selon un mode de réalisation de l'invention dans l'environnement illustré par la figure 5.
Lors d'une étape E300, la puissance d'une pluralité de faisceaux radiofréquences émis par la première station de base BS1 selon différentes directions de propagation 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 BS1 à destination de l'équipement utilisateur. En effet, à titre illustratif, dans la configuration SISO représentée aux fig. 1a -1e, l'équipement utilisateur UE, du fait de sa position le cas échéant dans l'un des secteurs couverts par la station de base BS1, reçoit les faisceaux radiofréquences émis par l'antenne de la station de base BS1 couvrant ce secteur, par exemple la première antenne A11 selon une première direction de propagation. Toutefois, il est également en mesure de recevoir des faisceaux radiofréquences émis par une autre antenne de la station de base BS1 couvrant un secteur adjacent à celui dans lequel il se trouve, par exemple de la deuxième antenne A21 selon une deuxième direction de propagation. De même, dans une configuration MIMO s'appuyant par exemple sur une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants tel que représentée sur les figures 2a et 2b, plusieurs faisceaux radiofréquences peuvent être émis simultanément dans plusieurs directions de propagation distinctes, qui ne coïncident pas nécessairement avec la direction dans laquelle se trouve l'équipement utilisateur UE par rapport à l'antenne en question. Celui-ci peut toutefois être en mesure de recevoir ces faisceaux radiofréquences même s'ils ne lui sont pas directement destinés. Pour mettre en oeuvre l'invention, on suppose que les faisceaux radiofréquences émis par la première station de base peuvent être mesurés par l'équipement utilisateur et qu'il est capable de distinguer cette puissance d'une puissance de bruit. Par exemple, l'équipement utilisateur UE identifie quelle antenne A11, A21 a émis le faisceau pour lequel il mesure la puissance à partir d'informations véhiculées par le faisceau en question dans des canaux de signalisation, dits canaux communs. De telles informations sont par exemple des symboles pilotes, connus en soi. Ces informations lui sont transmises par la station de base de façon spontanée ou à sa demande expresse.
Selon l'invention, l'équipement utilisateur UE reçoit aussi de la deuxième station de base BS2 un premier faisceau radiofréquences émis selon une troisième direction de propagation et un deuxième faisceau radiofréquences émis selon une quatrième direction de propagation. Ces faisceaux émis par la deuxième station de base peuvent être reçus simultanément ou consécutivement de ceux émis par la première station de base BS1.
Par ailleurs, comme illustré par la figure 1a, on suppose que les première et deuxième antennes de la première station de base BS1 sont situées à une même hauteur H et émettent des faisceaux radiofréquences selon un même angle d'inclinaison, ou premier tilt φ t1 (i.e. une même latitude, non représentée sur la fig. 5) par rapport au plan horizontal O'xy (et donc par rapport au plan horizontal O xy). De même, on suppose que les première et deuxième antennes de la deuxième station de base BS2, A12 et A22, émettent des faisceaux radiofréquence selon un même angle d'inclinaison, ou deuxième tilt φ 2 (i.e. une même latitude, non représentée sur la fig. 5) par rapport à un plan horizontal O2'x2y2 défini par rapport à la deuxième station de base BS2, de manière identique à la façon dont a été défini précédemment le plan O'xy par rapport à la première station de base BS1. Autrement dit, O2' est situé au sommet du pylône de la station de base BS2, au point où se trouvent les antennes A12 et A22 de la station de base BS2 (qu'on suppose colocalisées en un même point par souci de simplification). L'axe (O2'x2) coïncide avec la projection de la direction de propagation principale de l'antenne A12 sur un plan parallèle au sol, situé au niveau du sol. Par souci de simplification ici, on fait l'hypothèse que les stations de base BS1 et BS2 sont suffisamment proches l'une de l'autre pour négliger le rayon de courbure de la Terre entre ces deux stations de base de sorte que les plans (O'xy) et (O2'x2y2) sont supposés confondus. L'inventeur a constaté que cette hypothèse restait valable y compris lorsque les stations de base considérées sont éloignées de quelques dizaines de kilomètres. φ t1 et φ t2 peuvent avoir des valeurs identiques ou distinctes. On note que, selon l'invention, il n'est pas nécessaire de connaître la hauteur de la ou des antennes de la deuxième station de base BS2. Dans certains modes de réalisation, les puissances mesurées par l'équipement utilisateur UE sont remontées par ce dernier au réseau de radiocommunications (e.g. via une transmission à la première station de base BS1 ou alternativement à la deuxième station de base BS2 ou encore à un équipement nœud EN du réseau RT). C'est le cas par exemple lorsque le dispositif 100 mettant en œuvre le présent procédé de géolocalisation est logé dans le réseau lui-même (e.g. dans un nœud du réseau ou dans l'une des deux stations de base BS1, BS2). Dans ces modes de réalisation, la première station de base BS1 reçoit de l'équipement utilisateur la puissance mesurée par l'équipement utilisateur UE pour chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences émis par la première station de base BS1 selon la première et la deuxième direction de propagation (formant un « premier jeu (P11,P21) de puissances mesurées » au sens de l'invention pour la première station de base BS1) et la transmet au dispositif 100. En parallèle, la deuxième station de base BS2 reçoit la puissance mesurée par l'équipement utilisateur UE pour chaque faisceau radiofréquences de la pluralité de faisceaux radiofréquences émis par la deuxième station de base BS1 selon la troisième et la quatrième direction de propagation (formant un « deuxième jeu (P12,P22) de puissances mesurées » au sens de l'invention pour la deuxième station de base BS2) et la transmet au dispositif 100. Par exemple, si le dispositif 100 est intégré dans la première station de base BS1, les puissances mesurées (P12, P22) sont transmises par la deuxième station de base BS2 à la première station de base BS1 via le réseau ou par l'intermédiaire de l'équipement utilisateur UE. Dans d'autres modes de réalisation, le présent procédé de géolocalisation est mis en œuvre directement dans l'équipement utilisateur UE. Dans ce dernier cas, le dispositif 100 est intégré à l'équipement utilisateur UE et les puissances mesurées sont stockées localement.
Lors d'une étape E310, au moins une information de 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 ((P1i, P21) pour la station de base BS1) et (P12, P22) pour la station de base BS2) du jeu de puissances mesurées associées à deux faisceaux radiofréquences correspondants, émis par la même station de base, est calculée. Ainsi, le dispositif 100 obtient une première information de puissance relative M11 à partir du jeu de puissances mesurées pour la première station de base BS1 et une deuxième information M12 de puissance relative à partir du jeu de puissances mesurées pour la deuxième station de base BS2.
Dans le cas d'une configuration SISO, lorsque les antennes d'une station de base se trouvent en un même point géographique, les effets du fast fading s'éliminent quand on fait le rapport ou la différence des puissances reçues par l'utilisateur. On note que dans certains modes de réalisation, les antennes peuvent ne pas être exactement colocalisées ; dans ce cas, les puissances mesurées par l'équipement utilisateur UE peuvent être moyennées sur une durée déterminée pour éliminer les effets du fast fading. 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.
Néanmoins, la distance entre antennes d'une station de base doit être relativement faible pour que ce moyennage élimine l'effet de la distance r avec le récepteur avec une précision suffisante. A cet égard, on note que la mobilité éventuelle de l'équipement utilisateur UE impose des contraintes plus importantes sur la rapidité des mesures, que dans le cas statique.
Dans le cas d'une configuration MIMO, on peut considérer une seule mesure de la puissance, l'ensemble des éléments rayonnants étant utilisé pour émettre la pluralité de faisceaux radiofréquences.
En E320, la position de l'équipement utilisateur UE est déterminée à partir, d'une part, des informations de puissance relative et, d'autre part, pour chacune de ces informations de puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information de puissance relative (i.e. pour chacun des deux faisceaux radiofréquences de directions de propagation différentes dont la puissance est à la base de l'information de puissance relative en question), d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation de l'utilisateur, du faisceau radiofréquences associé à l'information de puissance relative.
En relation avec les figures 4 et 6, des exemples de mise en oeuvre d'un tel procédé de géolocalisation sont maintenant détaillés en reconsidérant les configurations des première et deuxième stations de base BS1, BS2 discutées ci-dessus en relation, d'une part, avec les figures 1a et 1b et, d'autre part, avec les figures 2a et 2b. On se réfère en outre aux schémas des figures 5 et 7 qui illustrent géométriquement les principes de l'invention.
On détaille d'abord le mode de réalisation de la figure 6, pour lequel une technologie de type SISO est utilisée.
Lors de l'étape E300 déjà décrite, le dispositif 100 obtient par exemple une première P11(UE) et une deuxième P21(UE) puissances mesurées correspondant respectivement à un premier faisceau radiofréquence émis par la première antenne A11 selon une première direction de propagation et à un deuxième faisceau radiofréquence émis par la deuxième antenne A21 selon une deuxième direction de propagation. En effet, quand bien même l'équipement utilisateur UE se situe dans un secteur donné, il reçoit des puissances des différentes antennes de la station de base couvrant le site. Comme déjà évoqué, on suppose que les première A11 et deuxième A21 antennes émettent des faisceaux radiofréquences selon des directions de propagation différentes mais selon un même angle d'inclinaison ou premier tilt φ t1 par rapport au plan horizontal O'xy.
De la sorte, la première puissance P11(UE) mesurée au niveau de l'équipement utilisateur UE s'exprime de manière générale selon l'expression :
P11(UE) = K.P0.r-eta.G11(θ11, φ 11).XBS(UE).YBS(UE) (Eq. 1) où K est une constante, r désigne la distance séparant l'équipement utilisateur UE de l'antenne A11, eta est un facteur d'évanouissement (aussi appelé facteur de « pathloss ») modélisant l'atténuation de propagation, P0 est la puissance émise par l'antenne A11 sur le faisceau considéré, G11(θ11, φ 11) est le gain de l'antenne A11 rayonné sur le faisceau considéré dans la direction (θ11, φ 11) (qui définit la direction d'observation de l'équipement utilisateur UE par l'antenne A11 au sens de l'invention), XBS(UE) est un paramètre représentant les évanouissements rapides du canal de propagation entre l'antenne A11 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 A11 et l'équipement utilisateur UE. Une telle modélisation est connue en soi et n'est pas décrite plus en détails ici.
On note que le modèle utilisé en équation (1) reliant la puissance reçue par l'équipement utilisateur à la direction d'observation (θ11, φ 11) est obtenu en considérant que l'antenne A11 et l'équipement utilisateur UE sont en visibilité directe (ou LOS pour « line-of-sight » en anglais) : dans cette configuration, le faisceau émis par l'antenne A11 selon la direction (θ11, φ 11) est reçu selon la même direction par l'équipement utilisateur UE. Cette configuration en visibilité directe se présente avec une forte probabilité lorsque l'équipement utilisateur se trouve sur un bateau en mer ou dans un environnement rural. Lorsque l'équipement utilisateur se trouve dans un environnement urbain, il peut également être considéré, avec une probabilité non nulle, comme étant dans une configuration en visibilité directe.
Toutefois, ce modèle peut encore être utilisé lorsque l'équipement utilisateur UE n'est pas considéré comme étant en visibilité directe avec l'antenne A11 (on parle aussi de configuration NLOS pour « Non Line of Sight » en anglais), par exemple en raison de la présence d'obstacles entre l'antenne A11 et l'équipement utilisateur UE. Dans ce cas en effet, il se peut que le faisceau émis par l'antenne A11 selon la direction (θ11, φ 11) soit reçu par l'équipement utilisateur UE selon une direction légèrement différente, par exemple (θ11+δθ11,φ11+δφ11). Le modèle décrit ci-dessus et la localisation de l'équipement utilisateur UE qui en résulte conformément à l'invention peuvent alors s'avérer moins précis dans cette configuration.
De manière alternative, on peut utiliser en configuration NLOS, un modèle plus précis décrivant la puissance reçue au niveau de l'utilisateur en fonction de la direction d'observation de l'utilisateur par l'antenne, estimé par exemple via des simulations numériques ou expérimentalement. 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(θ21, φ21 ).XBS(UE).YBS(UE) (Eq. 2) où G21(θ21, φ 21) est le gain de l'antenne A21 rayonné sur le faisceau considéré dans la direction (θ
21, φ 21) de l'équipement utilisateur UE (qui définit la direction d'observation de l'équipement utilisateur UE en visibilité directe par l'antenne A21 au sens de l'invention).
En pratique, si l'on suppose que les antennes A11 et A21 ont un même diagramme de rayonnement et émettent des faisceaux radiofréquences selon un même angle d'inclinaison ou tilt φ t1, on a ainsi θ
21 = θb1 - θ11 et φ21 = φ 11. On suppose également la même puissance émise P0 pour l'ensemble des antennes de la station de base BS1. Par ailleurs, comme mentionné précédemment par souci de simplification, on suppose ici que les antennes A11 et A21 sont colocalisées en un même point au sommet du pylône de la station de base BS1 : il en résulte que les termes représentant l'atténuation de propagation, les évanouissements rapides (ou « fast fading ») et les effets de masquage sont identiques dans les équations (Eq. 1) et (Eq. 2). Les autres configurations possibles de disposition des antennes A11 et A21, et leur impact sur les évanouissements rapides et les effets de masquage, ont déjà été évoquées précédemment. De la sorte, lors de la mise en oeuvre de l'étape E310, la première information de puissance relative
M11 associée aux premier et deuxième faisceaux radiofréquences s'exprime uniquement en fonction des gains G11(θ11, φ 11) et G21(θb1-θ11, φ 11). En effet, à partir des équations (Eq. 1) et (Eq. 2), on peut écrire :
M11 = P11(UE)/P21(UE) = G11(θ11, φ 11)/G21(θb1-θ11, φ 11) (Eq. 3lin) ou, alternativement, en décibels :
M11dB = (G11(θ11, (θ11)dB - G21(θb1- θ11, φ 11))dB (Eq. 3dB)
On note que lorsque les puissances d'émission des antennes A11 et A21 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 de l'équipement utilisateur par l'antenne considérée, du faisceau radiofréquences considéré (ici un modèle pour G11(θ1, φ 1) et pour G21(θb1-θ11, φ 11) en visibilité directe), 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 de 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 de puissance relative donnée et, d'autre part, d'une valeur attendue de l'information de puissance relative donnée. Plus particulièrement, la valeur attendue en question est fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information de puissance relative donnée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation de l'équipement utilisateur par l'antenne émettrice, du faisceau radiofréquences associé à l'information de 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 IMT Advanced » de décembre 2009, on peut écrire :
(G11(θ11, φ 11 ))dB = -12 (θ11/ θ3dB)2 - 12 ((φ 11 - φ t1) / φ 3dB)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 θ11 (i.e. dans le plan horizontal Oxy ou de façon équivalente O'xy), φ 3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement dans le plan de définition de l'angle φ 11. On considère un plan vertical défini par l'axe vertical 0 z et par la direction d'observation de l'équipement utilisateur UE considérée par l'antenne A11, c'est-à-dire la direction de l'équipement utilisateur UE dans l'équation (Eq. 4) qui est donnée par les angles θ11 et φ 11. Ce plan est parfois appelé plan méridien. φ t1 est représentatif de l'angle d'inclinaison des faisceaux radiofréquences ou premier tilt émis par les antennes A11 et A21 par rapport au plan horizontal O'xy. On peut ainsi écrire de la même façon : (G21(θ21, <p21))dB = -12 (θ21/ θ3dB)2 - 12 ((φ21 - φ t1) / φ 3dB)2 (Eq. 5)
Sachant que θ21 = θb1 - θ11 et φ21 = φ 11 comme détaillé ci-dessus, on obtient en injectant les équations (Eq. 4) et (Eq. 5) dans l'équation (Eq. 3d B) :
M11dB = 12 θb1 2/ θ2 3dB - 24 θb1.θ11/θ2 3dB (Eq. 6)
De la sorte, l'angle θ11 repérant l'équipement utilisateur UE dans le repère O'xyz considéré centré sur la première antenne A11 de la station de base BS1 est donné par : θ11 = - (M11dB /24 ) θ2 3dB/ θb1 + θb1/2 (Eq. 7)
En d'autres termes, comme illustré par la figure 6, au cours d'une première sous-étape E321 de l'étape E320, l'angle θ11 est déterminé à partir, d'une part, de la première information de puissance relative M11 (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, en l'espèce la direction de l'équipement utilisateur UE par rapport aux antennes A11 et A21 respectivement, des premier et deuxième faisceaux radiofréquences (ici G11(θ11, φ 11) et G21(θ21, φ 21)).
Cependant une incertitude existe sur le signe de θ11 selon la valeur de M11dB (ou, alternativement,
M11) mesurée. Deux valeurs de θ11 sont en effet possibles, le signe de l'angle θ11 dans le repère
Oxyz dépendant du signe de l'information de puissance relative exprimée en décibels M11dB.
Elles définissent donc deux plans méridiens PM11, PM21 dans le repère Oxyz de la première station de base. La position de l'utilisateur de l'équipement utilisateur UE se trouve dans l'un de ces deux plans, situés d'un côté ou de l'autre de la direction principale de la première antenne A11 de la première station de base BS1. Une solution pour lever cette indétermination sera détaillée ci-après. Avantageusement, selon ce mode de réalisation de l'invention, on obtient en E310 une troisième puissance mesurée pour la première station de base BS1 lors d'une sous-étape E3θ1 de l'étape E300. Cette troisième puissance a été mesurée pour un faisceau radiofréquence émis par la première antenne A11 de la première station de base BS1 avec un troisième tilt φt,3 distinct du premier tilt φt1 .
Avantageusement, ce changement de tilt et cette nouvelle émission de faisceaux sont déclenchés par la première station de base BS1. En d'autres termes la première station de base BS1 est équipée d'antennes qui sont configurées électroniquement (par exemple à distance) pour émettre selon deux valeurs distinctes de tilt, par exemple alternativement. Dans d'autres modes de réalisation, ce changement de tilt et cette émission supplémentaire de faisceaux par la première station de base avec le troisième tilt, sont déclenchés par l'émission d'une requête en provenance de l'équipement terminal UE. C'est en particulier le cas lorsque le dispositif de géolocalisation 100 est embarqué dans l'équipement terminal UE.
Dans tous les cas, les mesures des puissances reçues selon un premier tilt et un troisième tilt sont effectuées à des instants temporels très proches l'un de l'autre.
Selon ces modes de réalisation, au moins une troisième information de puissance relative M'11, 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 la première puissance P11 du jeu de puissances mesurées en E300 et associées au faisceau radiofréquence émis par la première antenne A11 de la première station de base BS1 avec le premier tilt φt1 et la puissance P11' du jeu de puissances mesurées et associées au faisceau radiofréquence émis par la première antenne A11 de la première station de base BS1 avec le troisième tilt φt,3 est calculée en
E310.
Au cours d'une deuxième sous-étape E322 de l'étape E320, on procède de la même manière qu'en E321 pour obtenir, à partir des informations de puissance relative obtenues en E310 à partir des puissances des faisceaux radiofréquences mesurées pour la deuxième station de base BS2.
On fait d'abord l'hypothèse que les première et deuxième antennes de la deuxième station de base
BS2 émettent avec un deuxième tilt φ t2, égal au premier φt1 : φt2= φ 1.
On peut donc écrire, dans un repère orthonormé de la première antenne de la deuxième station de base (défini de façon identique au repère O'xyz pour la première antenne A11 de la première station de base BS1, en prenant, comme indiqué précédemment, O2' au sommet du pylône de la deuxième station de base BS2, là où sont colocalisées les antennes A12 et A22 de la deuxième station de base BS2, et en définissant l'axe O2'x2 par rapport à la direction principale de propagation de l'antenne A12) :
M12 = P12(UE)/P22(UE) = G12(θ12, φ 12)/G22(θb2-θ12, f12) (Eq. 3lin bis) ou, alternativement, en décibels :
M12dB = (G12(θ12, f12) - G22(θb2-θ12, φ 12))dB (Eq. 3dB bis) où G12(θ12, f12) est le gain de la première antenne A12 rayonné sur le faisceau considéré dans la direction (θ12, φ 12) d'observation de l'équipement utilisateur UE par l'antenne A12 et G22(θb2-θ12, f12) le gain de la deuxième antenne A22 rayonné sur le faisceau considéré dans la direction (θ22, φ22) d'observation de l'équipement utilisateur UE par l'antenne A22. Comme pour M11, on considère ici des gains reflétant une visibilité directe de l'équipement utilisateur UE par les antennes A12 et A22.
Conformément à l'équation 4 précédente, on a :
(G12(θ12, φ12))dB = -12 (θ12/ θ3dB)2 - 12 ((φ12 - φ 1) / φ 3dB)2 (Eq. 8) où θ3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement dans le plan de définition de l'angle θ12 (i.e. dans le plan horizontal 02x2y2, qui est, comme souligné précédemment, confondu avec le plan Oxy, comme illustré par les figures 5 et 7), φ 3dB représente l'angle d'ouverture à trois décibels du diagramme de rayonnement dans le plan de définition de l'angle φ 12. On considère le plan vertical (ou plan méridien) défini par l'axe vertical O2z et par la direction d'observation considérée, c'est-à-dire la direction de l'équipement utilisateur UE dans l'équation (Eq. 8). φ 1 est représentatif de l'angle d'inclinaison des faisceaux radiofréquences ou premier tilt émis par les antennes A12 et A22 par rapport au plan horizontal 0'2xy et donc par rapport au plan horizontal O2xy (pour rappel, φ 2= φ 1 dans l'exemple envisagé ici).
On peut ainsi écrire de la même façon :
(G22(θ22, φ 22))dB = -12 (θ22/ θ3dB)2 - 12 ((φ22 - φ 1) / φ 3dB)2 (Eq. 9)
Sachant que θ22 = θb2 - θ21 et φ 22 = φ 12 comme détaillé ci-dessus, on obtient en injectant les équations (Eq. 8) et (Eq. 9) dans l'équation (Eq. 3dB bis) :
M12dB = 12 θb2 2/ θ2 3dB - 24 θb2.θ12/θ2 3dB (Eq. 9) De la sorte, l'angle θ12 repérant l'équipement utilisateur UE dans le repère O' 2 xyz considéré centré sur la première antenne A12 de la deuxième station de base BS2 est donné par : θ12 = - (M12dB /24 ) θ2 3dB/ θb2 + θb2/2(Eq. 10)
Comme pour la première station de base BS1, la longitude θ12 peut prendre deux valeurs distinctes et définit ainsi deux plans méridiens PM12, PM22, comme illustré par la figure 5.
A l'issue des sous-étapes E341 et E342, on a donc 4 plans verticaux PM11, PM21, PM12, PM22 qui se coupent en 4 droites verticales D11, D21, D'11, D'21. La position de l'équipement utilisateur UE se trouve à l'intersection de l'une de ces droites avec le plan horizontal correspondant à son altitude, autrement dit, dans l'exemple envisagé ici d'un équipement utilisateur au niveau du sol, avec le plan (Oxy).
11 convient de noter que pour que les équations (6) et (9) qui viennent d'être décrites, s'appliquent, il faut que conditions suivantes soient vérifiées en visibilité directe, comme spécifié 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, déjà cité :
Gij = -min(12 (θij/ θ3dB )2 + 12 ((φ ij - φ t1) / Φ 3dB )2 , Am) (Eq. 11) avec i l'indice de l'antenne, entier égal à 1 ou 2, j l'indice de la station de base, entier égal à 1 ou 2 et Am une constante qui caractérise la valeur minimale de gain de l'antenne.
Les angles de longitude et de latitude doivent satisfaire les conditions suivantes : θij < (Am/12)1/2 θ3dB φij < (Am/12)1/2 (φ3dB + φ tk (Eq.12)
12 (θij/θ3 dB )2 + 12 ((φ ij - φ tk) / (φ3dB)2 < Am avec i, j, k =1, 2, 3
Si ces conditions ne sont pas vérifiées, l'équation (11) de diagrammes de rayonnement ne s'applique pas. Il conviendrait alors de choisir une troisième antenne de la station de base, si elle en comporte une troisième, ou une autre station de base, pour laquelle cette équation est valable. Cela ne pose pas en soi de difficultés pour l'équipement utilisateur UE de mesurer les puissances reçues d'une autre station de base, les stations de base d'un réseau de télécommunications étant généralement suffisamment proches les unes des autres pour que l'équipement utilisateur UE reçoive des signaux de plusieurs stations de base. Dans la suite, on considère que, comme c'est généralement le cas, ces conditions sont satisfaites pour les stations de base BS1 et BS2 et leurs antennes respectives A11, A21, et A12, A22.
Comme illustré par la figure 7, la première antenne A12 de la deuxième station de base BS2 peut être située à une hauteur H2 différente de la hauteur H des antennes A11 et A21, et l'angle de latitude φ 12 de l'équipement utilisateur UE dans le repère de la deuxième station de base BS2 est, dans le cas général, différent de l'angle de latitude φ 11 dans le repère de la première station de base BS1. On note toutefois que leur connaissance n'est pas requise pour mettre en oeuvre l'invention.
On détaille maintenant une première détermination E323 de l'angle de latitude φ 11 de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz de la première station de base, selon un mode de réalisation de l'invention.
Pour ce faire, lors de la mise en oeuvre de l'étape E300, le dispositif 100 obtient une troisième puissance P'11(UE) mesurée correspondant à un troisième faisceau radiofréquences émis par l'antenne sectorielle A11 selon un deuxième angle d'inclinaison ou tilt φt3, par rapport au plan horizontal O'xy (et donc par rapport au plan Oxy), différent du premier angle d'inclinaison ou tilt φ 1.
De la sorte, lors de la mise en oeuvre de l'étape E310, une troisième information de puissance relative M'11 associée à ce troisième faisceau radiofréquences et au premier faisceau radiofréquences précité est calculée. Ainsi, lors d'une sous-étape E323 de l'étape E320, l'angle φ 11 repérant l'équipement utilisateur UE dans le repère O'xyz centré sur l'antenne A11 de la première station de base BS1 est déterminé à partir, d'une part, de la deuxième information de puissance relative M'11 et, d'autre part, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation, des premier et troisième faisceaux radiofréquences.
Par exemple, à partir du modèle de diagramme de rayonnement d'antenne considéré ci-dessus, on peut écrire le gain G'11(θ11, φ 11) de l'antenne A11 dans la direction (θ11, φ 11) de l'équipement utilisateur UE lorsque l'antenne A11 émet selon un angle d'inclinaison égal à φt3. On obtient :
(G'11(θ11, φ 11))dB = -12 (θ11/ θ3dB)2 - 12 (( φ 11 - φt3) / φ 3dB)2 (Eq. 13)
Selon l'équation 4, on a toujours :
(G11(θ11, φ 11))dB = -12 (θ11/ θ3dB)2 - 12 ((φ 11 - φ 1) / φ 3dB)2 (Eq. 4) De la sorte, à partir des équations (Eq. 4) et (Eq. 11) on peut écrire que la deuxième information de puissance relative en décibels, M'I1dB = (G11(θ1, φ 1) - G'11(θ1, φ 1))dB, s'exprime théoriquement comme :
M'I1dB = - 12 ((φ 11 - φt1 ) / φ 3dB)2 + 12 ((φ 11 - φt3 ) / φ3dB)2 (Eq. 14)
L'angle φ 11 est ainsi obtenu comme étant : φ 11 = M'11dB/24 φ 2 3dB / (φt1- φt3 ) + ( φt1 + φt3 )/2 (Eq. 15)
Ainsi, l'angle de longitude θ11 et l'angle de latitude φ 11 repérant l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz de la première station de base BS1, sont déterminés de manière simple et précise à partir des faisceaux émis par les antennes A11, A12 de la première station de base BS1 selon au moins deux angles d'inclinaison différents et de ceux émis par les antennes A12, A22 de la deuxième station de base BS2 avec au moins un angle d'inclinaison qui peut être égal à l'un des deux précédents.
En E324, on réalise une deuxième détermination de l'angle de latitude φ 11 dans le repère O'xyz de la première station de base. Comme illustré par les figures 5 et 7, cet angle de latitude φ 11 définit un cône C centré sur l'origine O' du repère O'xyz.
La position de l'équipement utilisateur UE se trouve à l'intersection de ce cône C avec l'une des quatre droites D11, D21, D'11, D'21 et du plan horizontal correspondant à l'altitude z1 de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz (dans l'exemple envisagé ici, l'équipement utilisateur est supposé dans le plan Oxy, autrement dit, z1=0). On note (x1,y1,z1) les coordonnées de l'équipement utilisateur UE dans le plan Oxyz de la première station de base BS1.
En relation avec la figure 5, la première antenne A11 de la première station de base BS1 est située à l'origine O' du repère O'xyz, donc en (0,0,0). La première antenne A12 de la deuxième station de base BS2 est située en O'2(x0, y0, 0) du repère O'xyz. On note que dans cet exemple elle est située à la même hauteur H2 = H que la première antenne A11 de la première station de base BS1, mais que, comme précédemment évoqué, ce n'est pas une condition de mise en oeuvre de l'invention.
Pour la première station de base BS1, on peut écrire l'équation des plans verticaux PM11, PM21 passant par l'origine O du repère Oxyz et dirigés selon l'angle θ11 comme suit : y = x tg (θ 11) (Eq. 16)
De même, pour la deuxième station de base BS2, les plans verticaux PM12, PM22 sont définis dans le repère Oxyz par l'équation suivante : y-y0 = (x-x0) tg (θ12) (Eq.17) Comme illustré par la figure 5, ces plans se coupent deux à deux en une droite (DU, D21, D'I1, D'21) répondant au système d'équations suivant : y = x tg (θ11) et y -y0 = (x-x0) tg (θ12)
La troisième coordonnée z est quelconque.
L'équipement utilisateur UE étant au niveau du sol, on a z1 = 0 et la droite coupe le plan z = 0.
Les coordonnées de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz, s'expriment donc comme suit : x1= (y0 - x0. tg (θ12) ) /( tg (θ11) - tg (θ12) ) (Eq. 18) y1 = x1 tg (θ11) z1=0
Les deux valeurs possibles de chaque angle de longitude θ11, θ12, conduisent aux coordonnées de 4 points possibles (x1, y1) sur les 4 droites DU, D21, DU' et D21'.
Or, l'équipement utilisateur UE se situe à une distance r11 de l'origine du repère Oxyz telle que r11 = H / tg(φ 11).
Comme on a :x1 = r11.cos(θ11), on en déduit donc que : x1 = H / tg(φ 11). cos(θ11) et on peut écrire que : tg(φ 11) = H. cos(θ11). [ tg(θ11) - tg(θ12) ] / ( y0 - x0. tg(θ12) ) (19)
On a donc : φ 11 = Arctan ((H / ( y0 - x0. tg(θ12) ) ). cos(θ11). [ tg(θ11) - tg(θ12) ]) (20)
Ainsi, on dispose à ce stade de deux expressions différentes de φ 11 données respectivement par les équations 15 et 20.
On peut ainsi déterminer en E325 la valeur des angles de longitude θ11, θ12 qui conduisent à la valeur de latitude φ 11 la plus proche de celle calculée à partir de l'équation (15).
On note que la différence existant le cas échéant entre la valeur de latitude obtenue à partir de l'équation (15) et celle issue de l'équation (20) est due à une imprécision de la mesure des puissances des faisceaux radiofréquence reçus par l'équipement utilisateur UE.
Une fois l'incertitude levée sur la valeur des angles de longitude θ11, θ12, on peut déduire en E326 les cordonnées x1 et y1 de l'équipement utilisateur UE à partir des équations (18).
Dans l'exemple de la figure 7, la position de l'équipement utilisateur UE correspond géométriquement à l'intersection entre le cône C, le plan horizontal correspondant à l'altitude de l'équipement utilisateur (ici le plan z=0 dans le repère Oxyz). Le cône C détermine un arc de cercle AC sur le plan Oxy qui ne passe que par une seule des 4 droites verticales déterminées précédemment.
On note qu'il existe une très faible probabilité que cet arc de cercle AC passe par plus d'une des 4 droites. En effet, il faudrait une configuration particulière de positionnement de l'équipement utilisateur par rapport aux stations de base BS1 et BS2, par exemple que la direction principale d'une antenne de la première station de base soit alignée avec celle d'une antenne de la deuxième station de base considérée pour déterminer la position de l'équipement utilisateur UE. Dans ce cas, l'arc de cercle pourrait couper deux droites verticales.
On note cependant, même dans cette configuration, les contraintes exprimées par les équations (12) limitent fortement les possibilités d'intersection de l'arc de cercle AC à une seule des quatre droites verticales. Si ce n'était pas le cas, il faudrait alors prendre en compte des mesures de puissance de faisceaux radiofréquences émis par une troisième station de base distincte de BS1 et BS2.
Dans l'exemple illustratif envisagé précédemment, on a supposé que l'équipement utilisateur UE se trouvait au niveau du sol, autrement dit z1=0. Bien entendu cette hypothèse n'est pas limitative en soi, et l'homme du métier saurait adapter sans difficulté les équations qui précèdent pour prendre en compte l'altitude de l'équipement utilisateur UE.
A titre illustratif, on considère maintenant le cas où l'équipement utilisateur UE est sur un bateau qui navigue en mer. On suppose par ailleurs qu'il se trouve à une hauteur h par rapport au niveau de la mer, qui se trouve à une hauteur HM par rapport au niveau du sol. Autrement dit, l'équipement utilisateur UE se trouve à une hauteur h+HM par rapport au niveau du sol.
Si le niveau du sol et celui de la mer HM coïncident, la hauteur relative des antennes des stations de base BS1 et BS2 dans le repère Oxyz par rapport à la hauteur de l'équipement utilisateur UE est H-h, où H désigne la hauteur des antennes dans le repère Oxyz. Dans ce cas, il convient de considérer dans le calcul de la tangente de l'angle φ 11 la hauteur relative H-h. On a donc : φ11 = Arctan (((H-h) / ( y0 - x0. tg(θ12) ) ).cos(θ11). [ tg(θ11) - tg(θ12) ]) (20).
On note que si le niveau de la mer se trouve en-dessous du niveau du sol, sa hauteur HM est alors négative dans le repère Oxyz. De même, l'équipement utilisateur UE peut également se situer à une hauteur négative par rapport au niveau du sol.
Dans tous les cas, il convient de considérer dans l'équation 20, la hauteur relative des antennes des stations de base BS1 et BS2 par rapport à celle de l'équipement utilisateur UE, celle-ci étant égale, dans le cas envisagé ici, à H-HM-h. On remplace donc la valeur de H par H-HM-h dans l'équation 20. Dans l'exemple envisagé ici, on a considéré un repère Oxyz situé au niveau du sol et du bas du pylône de la station de base. Toutefois, suivant le contexte d'application de l'invention, on peut envisager une autre référence pour le repère, par exemple un repère situé au niveau de la mer. Alternativement, on décrit maintenant, en relation avec la figure 7, un exemple de réalisation de l'invention à partir de deux stations de base ayant une configuration d'antenne de type MIMO. Selon cette technologie, chaque station de base BS1, BS2 est équipée d'une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants 200er comme illustré par les figures 2a et 2b. Cette antenne est configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon au moins une première direction de propagation et une deuxième direction de propagation qui vont être définies ci-après en fonction d'angles θi,escan et φ i,etilt·
A cet égard, on considère, pour chaque antenne (i.e. chaque matrice d'éléments rayonnants de chaque station de base), le modèle de diagramme de rayonnement d'antenne AA,Beami{θ, Y) caractérisant la puissance d'un i-ème faisceau radiofréquences (« beam » en anglais) émis en fonction d'une direction d'observation (q, f) par exemple spécifié dans le document 3GPP TR 37.842
V.13.2.0. Il est précisé toutefois ici que les notations utilisées, i.e. θ et φ , dans la présente demande pour les angles représentatifs de la longitude et de la latitude de l'équipement utilisateur UE dans le cas MIMO s'appuient sur une convention différente de celle utilisée dans le document 3GPP TR
37.842 V.13.2.0 : l'angle θ dans la présente demande s'apparente à l'angle φ décrit dans le document 3GPP désignant la longitude, et l'angle φ dans la présente demande s'apparente à l'angle décrit dans le document 3GPP où θ désigne la colatitude. Il est rappelé que la colatitude est égale à la latitude plus π /2.
Ce modèle de diagramme de rayonnement s'exprime comme suit : où θi,escan et φi,etilt représentent la longitude et la latitude définissant la direction de propagation voulue dans le repère O'xyz de l'antenne considérée (cf. définition donnée précédemment en référence à la figure 2a) pour le i-ème faisceau radiofréquences respectivement dans les plans de définition des angles de latitude θ et de longitude φ de l'équipement utilisateur UE dans ce repère (qui correspondent aux angles θ et φ du cas SISO, et définissent la direction d'observation de l'utilisateur vue par l'antenne, notée (θ1, φ1 ) pour l'antenne de la première station de base BS1, (θ2, φ 2) pour l'antenne de la deuxième station de base BS2 et (q, f) quand on désigne indifféremment l'antenne de la première ou de la deuxième station de base), et AE(θ,φ) représente le diagramme de rayonnement, dans le repère O'xyz, de chacun des éléments rayonnants 200er de la matrice 200 (supposés identiques ici). De la sorte, une puissance P200i(UE) mesurée par l'équipement utilisateur UE et correspondant au i-ème faisceau radiofréquences émis par la matrice 200 s'exprime de manière générale selon l'expression :
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 de la matrice 200 d'éléments rayonnants 200er, caractérisant la puissance, en fonction d'une direction d'observation (celle de l'équipement utilisateur UE par l'antenne considérée), du faisceau radiofréquences considéré (e.g. l'expression de
AA,Beami{Q, y) pour un i-ème faisceau radiofréquences dont la direction de propagation voulue est θ i,escan et φ i,etilt et un j-ème faisceau radiofréquences dont la direction de propagation voulue est θ i,escan et φ j,estilt), permet de déterminer en E320 au moins une équation (similaire aux équations (Eq.
3lin) et équations (Eq. 3dB) détaillées ci-dessus dans le cas SISO) dont les membres sont fonction, d'une part, de l'information de puissance relative considérée calculée par mise en oeuvre des étapes E300 et E310 et, d'autre part, d'une valeur attendue de l'information de puissance relative fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à l'information de puissance relative considérée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance de ce faisceau radiofréquences.
A titre d'exemple, on considère ici pour chaque station de base BS1 et BS2 une matrice d'éléments rayonnants de dimensions Nh = 2 ; Nv = 2 et on considère des faisceaux radiofréquences émis par ses éléments selon des directions de propagation différentes. Par exemple, la première station de base BS1 émet, via sa matrice d'éléments rayonnants, des faisceaux f1 et f2 caractérisés respectivement par leur direction de propagation
On peut ainsi écrire : ou, alternativement, en décibels : avec : s'exprime à l'aide de l'équation 21 de la façon suivante.
On considère : désigne la longueur d'onde a, b et c désignant des nombres réels. Par ailleurs, on pose : Il en résulte l'expression suivante de Module12 :
On pose donc on obtient :
De même pour le deuxième faisceau, on obtient
Dans l'exemple envisagé ici, on considère en outre deux autres faisceaux f3, f4 émis par la première station de base BS1 selon des directions de propagation différentes. On peut alors obtenir, en appliquant ce qui précède aux faisceaux f3 et f4, deux expressions analogues à (Eq. 3dB) d'informations de puissance relative :
On obtient donc 2 équations à 2 inconnues. On note que les inconnues 0 et φ sont des fonctions de sinus et de cosinus. Il y a donc potentiellement plusieurs solutions. En considérant quatre faisceaux f1, f2, f3, f4 (ou plus) au lieu de deux comme décrit dans le cas SISO, il est possible de réduire le nombre de solutions potentielles. Toutefois l'invention s'applique également en considérant uniquement deux faisceaux pour chaque station de base.
On comprend à la lumière de cet exemple que la complexité de l'équation (Eq. 21) fait qu'une résolution analytique est difficilement envisageable dans le cas général afin de déterminer la direction (0, φ ) de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz de la première station de base BS1 (notée (θ1,φ 1)).
Ainsi, dans certaines variantes de réalisation, la résolution d'une telle équation comprend la mise en oeuvre d'une méthode de résolution numérique.
Par exemple, en E721, on considère I faisceaux, avec I entier supérieur ou égal à deux, émis par la première station de base BS1, un i-ème faisceau étant caractérisé par un couple Considérons par exemple que l'antenne de la première station de base BS1 possède une matrice de 4 éléments rayonnants (Nh=4, Nv=4) et le cas de 1=4 faisceaux émis f1, f2, f3, f4. Pour chaque faisceau, la puissance reçue par l'équipement utilisateur UE répond aux équations 21 et 21bis précédentes. Le rapport ou la différence des puissances, reçues et mesurées par l'équipement utilisateur UE, correspondant aux faisceaux f1 et f2, permet de calculer une valeur d'information de puissance relative M12, tandis que le rapport ou la différence des puissances, reçues par l'équipement utilisateur UE, correspondant aux faisceaux f3 et f4, donne une valeur d'information de puissance relative telle que le rapport M34. Ces deux valeurs satisfont chacune l'équation 21 (dans laquelle le facteur Ae(θi, φi) a été éliminé). On obtient donc deux équations fonction chacune de (θi,escan , Y i,etilt) dont les inconnues sont θ1 et φ1, qui correspondent aux directions de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz de la première station de base BS1.
La résolution de ces deux équations permet dans cet exemple d'obtenir deux couples de valeurs possibles pour (θ1, φ1 ).
On note toutefois que si la matrice 200er comprend un plus grand nombre d'éléments rayonnants, les équations 21 sont plus complexes, ce qui fait que le nombre de couple de valeurs possibles pour
(θ1, φ1 ) est supérieur à deux (par rapport au cas SISO décrit précédemment). On note que la détermination d'une position de l'équipement utilisateur UE selon ce mode de réalisation de l'invention est applicable à un nombre plus élevé de couples de valeurs possibles, de préférence inférieur à 10.
Toutefois, pour réduire encore davantage le nombre de couples de valeurs possibles pour (θ1, φ1 ), on peut utiliser d'autres faisceaux émis par la matrice d'éléments rayonnants de la première station de base, par exemple f5, f6, pour calculer une information de puissance relative supplémentaire, telle que le rapport M56, de la même façon qu'on a calculé les informations de puissance relative M12 et
M34. On établit ainsi une 3ème équation fonction de (θ5,esca n , (φ5,etiltet (θ6,escan , φ 6,etilt) dont les inconnues sont 0 et φ , ce qui permet caractériser de manière plus précise le couple (0, φ ), l'ensemble des valeurs possibles prises par ce couple (θ , φ ) dans le système d'équations élargi ainsi obtenu étant plus restreint. Si nécessaire, on répète l'opération avec encore d'autres faisceaux jusqu'à obtenir un système d'équations dont la résolution conduit à un nombre de valeurs possibles du couple (θ1, φ1 ) le plus petit possible. Selon une variante de l'étape E721, la résolution d'un tel système d'équations comprend l'exploration de l'espace des solutions (θ1, φ1) afin de déterminer la direction (θ1, φ1 ) de l'équipement utilisateur UE qui est solution ou présente des valeurs proches des solutions de toutes les équations établies avec tous les couples de faisceaux considérés. Par exemple, la résolution met en oeuvre, pour une information de puissance relative donnée calculée lors de la mise en oeuvre de l'étape E310 : une obtention de la valeur attendue ou théorique de cette information de puissance relative donnée pour un jeu de différentes directions d'observation (θ1, φ 1), telle que dérivée du modèle de rayonnement considéré ci-dessus. Par exemple, pour chaque paire de faisceaux émis par la matrice d'éléments rayonnants de la première station de base, on fait varier (θ1, φ 1) degré par degré et on associe à chaque nouvelle valeur du couple, une valeur d'information de puissance relative attendue, c'est-à-dire telle que donnée par l'équation 21. Un jeu de valeurs attendues correspondant chacune à une direction d'observation (θ1, φ 1) est ainsi obtenu; et une comparaison entre, d'une part, l'information de puissance relative calculée par l'étape E310, c'est-à-dire issues des mesures de puissance et, d'autre part, chaque valeur attendue du jeu de valeurs attendues associé au couple de valeurs (θ1, φ 1). On sélectionne les valeurs de (θ1, φ 1) dont la valeur d'information de puissance relative attendue associée est la plus proche (e.g. au sens d'une norme donnée du type valeur absolue) de la valeur de l'information de puissance relative calculée, issue des mesures de puissances (E300, E310), avec une imprécision de l'ordre de l'erreur de mesure.
A l'issue de cette résolution numérique ou exploratoire, on obtient donc un nombre restreint de valeurs possibles de (θ1, φ 1), idéalement compris entre 2 et 9.
On répète ces opérations en E722 pour la deuxième station de base BS2 et on obtient de façon similaire un nombre restreint de valeurs possibles pour un couple (θ2, φ 2) définissant la position de l'équipement utilisateur UE dans le repère O yz de la deuxième station de base BS2. On note que ce nombre peut différer d'une station de base à l'autre.
On note que le fait d'utiliser deux stations de base permet a priori de caractériser la direction de l'équipement utilisateur UE à partir d'un nombre plus restreint de faisceaux émis par chacune d'elles. Un avantage est que le système d'équations établi comprend un nombre d'équations plus réduit, et peut être résolu avec une méthode moins complexe. Ainsi, dans l'exemple illustratif envisagé précédemment, on a considéré 4 faisceaux par station de base, mais on aurait pu se limiter à 2 faisceaux par station de base.
D'un point de vue géométrique, les deux valeurs possibles de l'angle de longitude θ1 dans le repère de la première station de base BS1 et de l'angle de longitude θ2 dans le repère de la deuxième station de base BS2 définissent autant de plans verticaux qui se coupent en quatre droites verticales, comme précédemment décrit dans le cas SISO. Chacune de ces droites verticales coupe le plan horizontal correspondant à l'altitude donnée de l'équipement utilisateur UE en un point. A ce stade, l'ensemble de ces quatre points constitue donc l'ensemble des solutions, c'est-à-dire des positions possibles de l'équipement utilisateur UE.
Pour déterminer la position de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz de la première station de base BS1, on cherche en E723 à déterminer son angle de latitude φ1. Pour ce faire, on utilise l'équation (20), déjà décrite pour le cas SISO et que l'on rappelle ci-dessous : φ 1 ' = Arctan ((H / ( y0 - x0.tg(θ2) )).cos(θ1) .[ tg(θ1) - tg(θ2)] ) (20) où (x0,y0) correspond à la position de la deuxième station de base BS2 dans le repère de la première. H correspond ici à la -hauteur de la matrice d'antennes de la première station de base BS1 dans le repère Oxyz, comme illustré par la figure 2b, θ1 est l'angle de longitude de l'équipement utilisateur UE dans le repère Oxyz de la première station de base BS1 et θ2 l'angle de longitude de l'équipement utilisateur UE dans le repère de la deuxième station de base BS2.
Plus précisément, on calcule une valeur de φ 1 ' qui satisfait cette équation (20) pour chacun des couples de valeurs possibles d'angles de latitude (θ1, θ2) obtenus au cours des étapes précédentes E721, E722 et on compare en E724 les valeurs de φ 1 ' obtenues aux valeurs de φ 1 associées à θ1 dans les couples (θ1, φ 1) issus de l'étape E721.
Si une seule valeur de φ 1'correspond, à l'imprécision de mesure de puissance près, à la valeur de φ 1 d'un seul des couples (θ1, φ 1), on peut en déduire que les angles de longitude et de latitude de l'équipement utilisateur UE sont déterminés par ce couple (θ1, φ 1).
Si plus d'une valeur de φ 1'correspondait, alors il conviendrait d'utiliser des mesures de puissances issus de faisceaux supplémentaires reçus des deux stations de base comme déjà évoqué ci-dessus.
Enfin, en E725, on déduit les coordonnées x1, y1 de l'équipement utilisateur UE de l'équation 18 précédemment décrite : x1= (y0 - x0.tg (θ2) ) /( tg(θ1) - tg(θ2) ) (Eq. 18) y1 = x1.tg (θ1) z1 vaut zéro si l'équipement utilisateur UE se trouve au niveau du sol (sur lequel se trouve l'origine O du repère de la première station de base). Les différents cas considérés ci-dessus dans le cas SISO, notamment pour le cas d'un équipement utilisateur UE situé sur un bateau en mer ou de changement de référence pour les repères associés aux stations de base, s'appliquent de la même façon au cas MIMO présenté ici.
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 figure 9 un exemple de structure matérielle du dispositif 100 permettant de mettre en oeuvre les étapes du procédé de géolocalisation selon l'invention.
Le dispositif 100 comprend une mémoire vive 103 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 1θ2 équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire morte 1θ1 (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 103 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 1θ2.
Cette fig. 8 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser le dispositif 100 afin qu'il effectue les étapes du procédé de géolocalisation (selon l'un quelconque des modes de réalisation et/ou variantes décrit(e)s ci-dessus en relation avec les figures 4, 6 et 7). 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 100 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 100 est inclus dans l'équipement utilisateur UE.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif 100 est inclus dans un dispositif du réseau de radiocommunications, e.g. dans un nœud du réseau de communications ou dans une des stations de base BS1 ou BS2, comme illustré par la figure 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de géolocalisation d'un équipement utilisateur (UE) situé à une altitude donnée, recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis respectivement par au moins une antenne (A11, A21, 200er) d'une première station de base (BS1) configurée pour émettre selon au moins une première et une deuxième direction de propagation, et par au moins une antenne (A12, A22, 200er) d'une deuxième station de base (BS2) configurée pour émettre selon au moins une troisième et une quatrième direction de propagation, ledit procédé mettant en oeuvre :
- une obtention (E300) d'une puissance mesurée par ledit équipement terminal pour des faisceaux radiofréquences émis par la première station de base au moins selon la première et la deuxième direction de propagation et des faisceaux radiofréquences émis par la deuxième station de base selon au moins la troisième et la quatrième direction de propagation, délivrant respectivement un premier jeu de puissances mesurées pour la première station de base et un deuxième jeux de puissances mesurées pour la deuxième station de base;
- un calcul (E310) d'au moins une information par station de base, représentative d'un rapport ou d'une différence entre une première et une deuxième puissances de chaque jeu de puissances mesurées, dite première information de puissance relative (M11) pour la première station de base et deuxième information de puissance relative (M12) pour la deuxième station de base, la première puissance étant associée pour première station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la première direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la deuxième direction de propagation, la première puissance étant associée pour la deuxième station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la troisième direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la quatrième direction de propagation ; et
- une détermination (E320) d'une position dudit équipement utilisateur à l'altitude donnée à partir, d'une part, de ladite au moins une première et deuxième informations de puissance relative (M11, M12) et, d'autre part, pour chaque information de puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, en fonction de la direction d'observation de l'équipement utilisateur par ladite antenne.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite détermination (E330) met en oeuvre, pour au moins une information de puissance relative donnée parmi la ou les informations de puissances relatives, la résolution d'une équation dont les membres sont fonction, d'une part, de ladite information de puissance relative calculée et, d'autre part, d'une valeur attendue de ladite information de puissance relative donnée, fonction, pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative donnée, du modèle de diagramme de rayonnement caractérisant la puissance dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative donnée, en fonction de la direction d'observation de l'équipement utilisateur (UE) par ladite antenne.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la première station de base comprenant une première antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radio fréquences selon la première direction de propagation et une deuxième antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radio fréquences selon la deuxième direction de propagation et la deuxième station de base comprenant une première antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radio fréquences selon la troisième direction de propagation et une deuxième antenne sectorielle configurée pour émettre des faisceaux radio fréquences selon la quatrième direction de propagation, ladite obtention (E300) comprend l'obtention d'une première et d'une deuxième puissances mesurées correspondant respectivement à un premier faisceau radiofréquences émis par la première, respectivement la deuxième antenne (A11, A12) sectorielle de ladite première, respectivement deuxième, station de base et à un deuxième faisceau radiofréquences émis par la première, respectivement la deuxième antenne sectorielle (A21, A22) de ladite première , respectivement deuxième, station de base, dans lequel ledit calcul (E310) délivre une première, respectivement une deuxième, information de puissance (M11, M12) relative associée auxdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences pour chaque station de base (BS1, BS2), et dans lequel ladite détermination (E320) comprend la détermination (E321 ; E322) d'un angle (θ
11, θ12) représentatif d'une longitude dudit équipement utilisateur (UE) dans un repère de la première, respectivement de la deuxième, station de base (BS1, BS2) à partir, d'une part, de ladite première, respectivement de la deuxième, information de puissance relative (M11, M12) et, d'autre part, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction desdits angles de longitude et de latitude de l'équipement utilisateur, desdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite résolution comprend, pour chaque station de base, la mise en oeuvre de l'équation : θ1Ϊ = - (M1idB /24 ) θ2 3dB/ 9bi+ θbi/2, où : i est un entier qui vaut 1 lorsqu'il désigne la première station de base et 2 lorsqu'il désigne la deuxième station de base ; θ1i représente ledit angle représentatif d'une longitude dudit équipement utilisateur dans lerepère de la i-ème station de base,
M1idB représente ladite i-ème information de 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 θ1i, et θbi représente l'angle de dépointage entre lesdites première et deuxième antennes de la i-ème station de base dans ledit plan de définition dudit angle θ11.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième faisceaux radiofréquences sont rayonnés par lesdites première et deuxième antennes de la première station de base (BS1) selon un premier angle d'inclinaison φ (t1 ), ladite obtention (E300) comprend l'obtention (E3θ1) d'une troisième puissance mesurée correspondant à un troisième faisceau radiofréquences émis par ladite première antenne (A11) de la première station de base (BS1) selon un troisième angle d'inclinaison (φt3), distinct du premier angle d'inclinaison φ (t1 ), ledit calcul (E310) délivre une troisième information de puissance relative (M'11), représentative d'un rapport ou d'une différence entre la troisième puissance mesurée et la première puissance du premier jeu de puissances mesurées ; et ladite détermination (E320) comprend une première détermination (E323) d'un angle (φ 11) représentatif d'une latitude dudit équipement utilisateur dans le repère de la première station de base à partir, d'une part, de ladite troisième information de puissance relative et, d'autre part, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance, en fonction desdits angles de longitude et de latitude de l'équipement utilisateur , desdits premier, deuxième, et troisième faisceaux radiofréquences de la première station de base (BS1).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite détermination (E320) comprend la mise en oeuvre de l'équation :
(p1i = M12dB/24 φ 2 3dB / φ (t1 - φt3) + φ (t1 + (pt3)/2, où : φ 11 représente ledit angle représentatif d'une latitude dudit équipement utilisateur dans le repère de la première station de base, M12dB représente ladite deuxième information de puissance relative exprimée en décibels, φ 3dB 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 φ 11, φ t1 représente ledit premier angle d'inclinaison, et φ t3 représente ledit troisième angle d'inclinaison.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite détermination (E320) comprend une deuxième détermination (E324) d'une valeur de l'angle de latitude (φ11') de l'équipement utilisateur (UE) dans le repère (Oxyz) de la première station de base (BS1), en fonction d'une hauteur (H) de la première antenne de la première station de base (BS1) et des angles de longitude (θ11, θ21) de l'équipement utilisateur dans les repères respectifs de la première et de la deuxième station de base et une sélection (E325) de la valeur des angles de longitude (θ11, θ 12) de l'équipement utilisateur (UE) minimisant une erreur entre la première et la deuxième détermination de l'angle de latitude (φ 11, φ11').
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ladite détermination (E320) comprend le calcul (E326) des coordonnées (x1,y1,z1) de l'équipement utilisateur (UE) dans le repère (Oxyz) de la première station de base à partir des angles de longitude (θ11, θ12) déterminés.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la première station de base comprenant une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants (200er), configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon au moins la première direction de propagation et la deuxième direction de propagation et la deuxième station de base comprenant une antenne comprenant une matrice d'éléments rayonnants (200er) configurée pour émettre des faisceaux radiofréquences selon au moins la troisième direction de propagation et la quatrième direction de propagation, chaque faisceau radiofréquences de ladite pluralité de faisceaux radiofréquences est rayonné par la matrice d'éléments rayonnants de ladite première, respectivement deuxième, station de base.
10.Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il dépend de la revendication 2, dans lequel ladite résolution d'équation comprend la mise en oeuvre d'une méthode de résolution numérique de ladite au moins une équation.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il dépend de la revendication 2, dans lequel ladite résolution met en œuvre pour ladite au moins une information de puissance relative donnée : une obtention de ladite valeur attendue de ladite information de puissance relative donnée pour un jeu de directions d'observation de l'équipement utilisateur délivrant un jeu de valeurs attendues correspondant chacune à une direction d'observation de l'équipement utilisateur parmi une pluralité de directions d'observations; une comparaison entre, d'une part, ladite information de puissance relative calculée et, d'autre part, chaque valeur attendue dudit jeu de valeurs attendues délivrant une direction d'observation pour laquelle la valeur attendue de ladite puissance relative donnée est la plus proche de l'information de puissance relative calculée ; et ladite position dudit équipement utilisateur étant fonction de la direction d'observation délivrée.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que, pour la première, respectivement la deuxième station de base, ledit modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance d'un i-ème faisceau radiofréquences en fonction d'une direction d'observation de l'équipement utilisateur (q, f) s'exprime en fonction de : où θ est un angle représentatif d'une longitude de l'équipement utilisateur dans un repère de la première, respectivement deuxième station de base, φ représente un angle représentatif d'une latitude de l'équipement utilisateur dans le repère de la première, respectivement deuxième station de base, (θi,escan, φi,etilt) représente un couple d'angles caractéristique de la direction de propagation principale voulue pour ledit i-ème faisceau radiofréquences dans un repère (O'xyz) de l'antenne, NH représente le nombre d'éléments rayonnants de ladite matrice d'éléments rayonnants dans une direction horizontale,
Nv représente le nombre d'éléments rayonnants de ladite matrice 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, 1 représente la longueur d'onde du faisceau radiofréquences, et
AE(θ, φ) représente la diagramme de rayonnement de chaque élément rayonnant de ladite matrice d'éléments rayonnants ; en ce que ladite détermination (E320) comprend une première détermination (E721) d'au moins deux couples de valeurs de l'angle de longitude et de l'angle de latitude (θ1 , φ 1) de l'équipement utilisateur (UE) dans le repère (Oxyz) de la première station de base (BS1) à partir dudit modèle de rayonnement, une deuxième détermination (E722) d'au moins deux couples de valeurs de l'angle de longitude et de l'angle de latitude (θ2, φ 2) de l'équipement utilisateur (UE) dans le repère de la deuxième station de base (BS2) à partir dudit modèle de rayonnement, une troisième détermination (E723) d'une deuxième valeur de l'angle de latitude ( φ 1 ') de l'équipement utilisateur (UE) dans le repère de la première station de base (BS1) ), en fonction d'une hauteur (H) de la première station de base (BS1) et des angles de longitude (θ1, θ2) de l'équipement utilisateur dans les repères respectifs de la première et de la deuxième station de base et une sélection (E324) des valeurs des angles de longitude (θ1, θ2) de l'équipement utilisateur (UE) minimisant une erreur entre la valeur de l'angle de latitude (φ 1) associé à l'angle de latitude (θ1) issue de la première détermination et la deuxième valeur de l'angle de latitude ( φ 1 ') issue de la troisième détermination.
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 (100) de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis respectivement par au moins une antenne (A11, A21, 200er) d'une première station de base (BS1) configurée pour émettre selon au moins une première et une deuxième direction de propagation, et par au moins une antenne (A12, A22, 200er) d'une deuxième station de base (BS2) configurée pour émettre selon au moins une troisième et une quatrième direction de propagation, caractérisé en ce qu'il comprend une machine de calcul reprogrammable (1θ2) ou une machine de calcul dédiée configurée pour :
- obtenir (OBT. Pij) une puissance mesurée par ledit équipement utilisateur pour des faisceaux radiofréquences émis par la première station de base au moins selon la première et la deuxième direction de propagation et des faisceaux radiofréquences émis par la deuxième station de base au moins selon la troisième et quatrième direction de propagation, délivrant respectivement un premier jeu de puissances mesurées pour la première station de base et un deuxième jeux de puissances mesurées pour la deuxième station de base;
- calculer (OBT. I PR) au moins une information par station de base, représentative d'un rapport ou d'une différence entre une première et une deuxième puissances de chaque jeu de puissances mesurées, dite première information de puissance relative (M11) pour la première station de base et deuxième information de puissance relative (M12) pour la deuxième station de base, la première puissance étant associée pour la première station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la première direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la deuxième direction de propagation, la première puissance étant associée pour la deuxième station de base à un faisceau radiofréquences émis selon la troisième direction de propagation et la deuxième puissance étant associée à un faisceau émis selon la quatrième direction de propagation; et
- déterminer (DET. POS) une position dudit équipement utilisateur à partir, d'une part, de ladite au moins une première et deuxième informations de puissance relative (M11, M12) et, d'autre part, pour chaque information de puissance relative et pour chaque faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, d'un modèle de diagramme de rayonnement d'antenne caractérisant la puissance dudit faisceau radiofréquences associé à ladite information de puissance relative, en fonction d'une direction d'observation de l'équipement utilisateur par ladite antenne.
15. Equipement utilisateur (UE) comprenant un dispositif (100) de géolocalisation selon la revendication 14.
16. Station de base (BS1, BS2) comprenant un dispositif (100) de géolocalisation selon la revendication 14.
7. Système (10) de géolocalisation d'un équipement utilisateur recevant une pluralité de faisceaux radiofréquences émis respectivement par au moins une antenne (A11, A21, 200er) d'une première station de base (BS1) configurée pour émettre selon au moins une première et une deuxième direction de propagation, et par au moins une antenne (A12, A22, 200er) d'une deuxième station de base (BS2) configurée pour émettre selon au moins une troisième et une quatrième direction de propagation, caractérisé en ce qu'il comprend au moins la première et la deuxième stations de base et un dispositif de géolocalisation selon la revendication 14.
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