ES2231807T3 - Sistema celular de localizacion por radio. - Google Patents

Abstract

LA POSICION DE UNA UNIDAD M MOVIL DE UN SISTEMA DE RADIO CELULAR, SE DETERMINA MEDIANTE LA DETERMINACION DE LAS DIFERENCIAS DE SINCRONISMO DE UN RASGO CARACTERISTICO DE LA TRANSMISION DEL CANAL DE CONTROL DE CADA ESTACION BASE A, B, C, D, E CUANDO SE MIDE EN LA UNIDAD MOVIL. PREFERIBLEMENTE, EL RASGO CARACTERISTICO ES LA MUESTRA DE ENTRENAMIENTO, USADA YA POR LA UNIDAD MOVIL EN LOS SISTEMAS CELULARES, PARA MEDIR LA POTENCIA DE LA SEÑAL E INFORMAR SOBRE DECISIONES DE CAMBIO DE ESTACIONES. DETERMINANDO LAS DIFERENCIAS ENTRE LA HORA DE LLEGADA DE LAS TRANSMISIONES DE CUATRO ESTACIONES BASES A, B, C, D, SE PUEDE DERIVAR LA POSICION EN DOS DIMENSIONES, SIN UN CONOCIMIENTO ANTERIOR DE LA DISTANCIA REAL. UNA QUINTA ESTACION BASE E, PERMITE QUE SE DETERMINE LA POSICION EN TRES DIMENSIONES.

Description

Sistema celular de localización por radio.

Esta invención se refiere a sistemas de localización por radio. Se están desarrollando varios sistemas para identificar la posición de una unidad móvil, usando características de propagación por radio. Tal sistema es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), en el que una unidad portátil obtiene una determinación de posición usando radiotransmisiones desde satélites espaciales. Este sistema es altamente exacto, pero requiere equipo especial, y no es fiable en posiciones que tienen pobre visibilidad del cielo, porque varios satélites ampliamente separados deben estar en relación de línea de visión con el microteléfono para obtener una determinación.

Se han realizado varias propuestas para que los sistemas que usan las características de propagación por radio de un sistema de radio celular, proporcionen una determinación de posición de una unidad móvil radio celular. Esto permitiría a la unidad móvil hacer de un dispositivo de búsqueda de posición. Como es conocido, los sistemas celulares por radio permiten al usuario que tiene un microteléfono portátil (una "unidad móvil") hacer y recibir llamadas telefónicas a/de otra unidad móvil o un terminal fijo convencional por medio de un enlace de radio. El enlace de radio se establece entre la unidad móvil y una estación de una red de radio estaciones base fijas distribuidas por el área a cubrir. El sistema permite a cualquier unidad móvil comunicar mediante cualquiera de las estaciones base; generalmente la unidad móvil comunicará mediante la estación base que proporcione la señal de radio de mejor calidad.

Dado que la unidad móvil se puede desplazar durante el transcurso de una llamada, puede ser necesario salir del rango de la estación base con la que se estableció inicialmente la llamada. Por lo tanto, los sistemas celulares por radio incluyen sistemas de transferencia para poder establecer comunicación con una segunda estación base, y salir de la primera, sin que ninguna parte de la llamada perciba la interrupción de la llamada propiamente dicha. En el sistema denominado GSM, (Sistema Global para Comunicaciones Móviles), la unidad móvil comprueba frecuentemente los BCCHs (Canales de Control de Transmisión) de las estaciones base circundantes para establecer qué estación base está proporcionando la mejor señal, y por lo tanto mediante qué estación base se deberá establecer una nueva llamada, o si se debería iniciar una transferencia. Este proceso se produce en los modos inactivo y activo, es decir, no es preciso que el usuario haga una llamada.

Los desarrollos en tecnología GPS significan que ahora se puede implementar una fuente de sincronización altamente exacta de forma relativamente barata en cada lugar base radio celular. Una buena fuente de sincronización tiene varios beneficios, que incluyen; mejor transferencia, capacidad de reducir el efecto de interferencia entre estaciones base contiguas, y permitir frecuencias radiantes altamente exactas en la interface de radio. Se deberá observar que, a diferencia de las simples señales de tiempo de radiodifusión, la señal de sincronización GPS tiene en cuenta la posición del receptor GPS, y por lo tanto puede compensar el retardo de tiempo producido por la velocidad finita de las radioondas.

La memoria descriptiva de patente europea EP0320913 (Nokia) describe un sistema en el que cada una de tres o más estaciones base transmite impulsos de temporización derivados del sistema GPS, y se utilizan sus diferentes tiempos de llegada a la unidad móvil para identificar la posición de la unidad. Este sistema de la técnica anterior requiere que la unidad móvil interrogue a cada estación base por orden, lo que requiere transferir la comunicación entre las varias estaciones base para llevar a cabo esta interrogación. Esto requiere el uso de varios canales de tráfico, o un canal auxiliar, y también requiere que se pueda establecer comunicación fiable por radio con cada estación base próxima.

En la Solicitud de Patente Internacional WO95/00821 (Omniplex) y la Patente de Estados Unidos 5.293.645 (Sood), cada estación base transmite señales sincronizadas de datos en paquetes. La unidad móvil verifica simultáneamente todos los canales de datos en paquetes de las estaciones base, lo que requiere una unidad móvil capaz de recibir varias frecuencias de radio a la vez, o que todas las estaciones base transmitan sus paquetes de datos en el mismo canal. Ninguna de estas características es convencional en un sistema de radio celular.

Estos sistemas también requieren la transmisión de pulsos especiales de tiempo o sincronización desde los lugares de celda (estaciones base) a la unidad móvil, y el reconocimiento de estos pulsos por la unidad móvil. Este requisito no sólo impone una sobrecarga de señalización a la unidad móvil, sino que requiere funcionalidad adicional en la unidad móvil para reconocer los impulsos de temporización.

Según la invención, se facilita un método de determinar la posición de una unidad móvil de un sistema de radio celular que tiene una pluralidad de estaciones base, incluyendo los pasos de determinar las diferencias de tiempo entre las transmisiones de las estaciones base medidas en la unidad móvil, determinar a partir de las diferencias de tiempo las diferencias de la distancia de la unidad móvil de cada una de las estaciones base, y derivar la posición de la unidad móvil a partir de las diferencias de distancia así determinadas, caracterizado porque las estructuras de trama de división de tiempo de los canales de control de al menos algunas estaciones base dentro de rango radio de la unidad móvil están sincronizadas, y la unidad móvil determina las diferencias de tiempo en la unidad móvil de una secuencia de entrenamiento de sincronización de la estructura de trama de división de tiempo transmitida por el canal de control de cada estación base.

Utilizando el canal de control, la unidad móvil es capaz de hacer uso de los actuales sistemas de supervisión de la calidad del radio enlace usados para determinar si deberá tener lugar una transferencia, y no hay que establecer comunicación completa con ninguna de las estaciones base.

Preferiblemente una señal de entrenamiento transmitida por cada estación base se correlaciona con una señal de entrenamiento de referencia almacenada por la unidad móvil. Tal "ráfaga de sincronización" (SCH) y su proceso de correlación ya forman parte de la norma GSM para caracterizar el trayecto de radio. Por lo tanto, el método de la invención puede hacer uso de estas señales existentes y la programación de análisis de correlación. Sin embargo, para la determinación de posición, se prefiere que el sistema use la primera correlación identificada de la señal de referencia, más bien que la más intensa que utiliza para determinación de transferencia. Esto garantiza que se utilice el trayecto de señal más directo, en vez de un trayecto más intenso, pero más indirecto, para calcular la distancia.

La posición derivada también puede ser promediada en el tiempo para minimizar los efectos de resultados espurios de señales reflejadas, que haría la distancia aparente entre la estación base y la unidad móvil más larga de lo que realmente es.

La posición derivada se puede comunicar mediante la red celular por radio a un usuario remoto, en lugar de al usuario de la unidad móvil propiamente dicha. Se puede transmitir una señal de alarma si la posición derivada corresponde a una posición predeterminada.

Según otro aspecto de la invención, se facilita una unidad móvil para uso con un sistema de radio celular, incluyendo la unidad móvil un aparato para determinar la posición de la unidad móvil; incluyendo el aparato medios para detectar diferencias de tiempo entre señales recibidas de diferentes radioestaciones base, y medios para determinar, a partir de las diferencias de tiempo, las diferencias de las distancias de la unidad móvil de cada una de las estaciones base; y medios para derivar, a partir de las diferencias de distancia, la posición de la unidad móvil, caracterizada porque la unidad móvil tiene medios para determinar las diferencias de tiempo en la unidad móvil de una secuencia de entrenamiento de sincronización de una estructura de trama de división de tiempo transmitida por el canal de control de cada estación base. La unidad móvil también puede incluir medios para recibir datos de la estación base actualmente servidora relativos a estaciones base dentro de rango radio de la unidad móvil, incluyendo la información las posiciones geográficas de las estaciones base.

La red celular por radio puede ser complementaria de la unidad móvil del segundo aspecto de la invención como se ha definido anteriormente. Alternativamente, las funciones de determinación de posición las puede realizar la red propiamente dicha. Por consiguiente, la red celular puede incluir medios para determinar la diferencia de tiempo entre señales transmitidas por las estaciones base medida en la unidad móvil; medios para determinar, a partir de las diferencias de tiempo, las diferencias de las distancias de la unidad móvil de cada una de las estaciones base; y medios para derivar, a partir de las diferencias de distancia, la posición de la unidad móvil, caracterizándose porque las estaciones base tienen canales de control de transmisión que operan con estructuras de trama de división de tiempo sincronizadas detectables por las unidades móviles, y porque tienen medios para recibir de la unidad móvil una indicación del tiempo de llegada a la unidad móvil de una secuencia de entrenamiento de sincronización de la estructura de trama transmitida por cada estación base.

Según otro aspecto de la invención, se facilita un aparato para determinar la posición de una unidad móvil usando un sistema de radio celular que tiene una pluralidad de estaciones base, incluyendo dicho aparato medios para determinar las diferencias de tiempo de la operación de las estaciones base medidas en la unidad móvil; medios para determinar, a partir de las diferencias de tiempo, las diferencias de las distancias de la unidad móvil de cada una de las estaciones base; y medios para derivar, a partir de las diferencias de distancia, la posición de la unidad móvil, caracterizado porque el aparato incluye medios en el sistema de radio celular para sincronizar las estructuras de trama de división de tiempo de canales de control transmitidas por al menos una pluralidad de las estaciones base dentro de rango radio de la unidad móvil, y medios en la unidad móvil para determinar las diferencias de tiempo en la unidad móvil de una secuencia de entrenamiento de sincronización de la estructura de trama de división de tiempo transmitida por el canal de control de cada estación base. Los medios medidores de diferencia de tiempo, los medios de determinación de diferencia de distancia y los medios de derivación de posición pueden formar parte de la unidad móvil o de la red fija. Si están en la unidad móvil, esta unidad puede incluir además medios para recibir datos de la estación base actualmente servidora relativos a las estaciones base dentro de rango radio de la unidad móvil, incluyendo la información las posiciones geográficas de las estaciones base.

En los actuales sistemas GSM cada estación base transmite un canal de control (BCCH) que tiene una estructura de trama TDMA. Esta estructura de trama está formada por "multitramas", cada una de 235,38 milisegundos. Cada multitrama tiene una subestructura de 51 tramas, teniendo cada trama ocho ráfagas. Cada ráfaga está formada por tres bits de "cola", 142 bits de información, tres bits más de "cola", y un período de protección de duración equivalente a 8 ¼ bits. La trama tiene así una duración de 156 ¼ bits, y cada bit tiene una duración de aproximadamente 3,9 microsegundos, de modo que una ráfaga tiene una duración de 0,577 milisegundos. Las tramas en cada multitrama se numeran convencionalmente de 00 a 50, de las que cinco son tramas de control de frecuencia (FCCH), (00, 10, 20, 30 y 40); y cinco son tramas de sincronización (SCH); 01, 11, 21, 31, 41. Por lo tanto, el intervalo entre las tramas de sincronización es en general 46,15 ms, (80 ráfagas), pero el intervalo entre las tramas 41 y 01 tiene una duración más larga de 50,77 ms (88 ráfagas) a causa de la presencia de la trama extra 50. Las tramas de sincronización incluyen una secuencia de entrenamiento que se utiliza en esta realización de la invención como el elemento característico.

En GSM, el uso de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) significa que la estación móvil y la estación base servidora tienen que estar altamente sincronizadas. Para que la unidad móvil decodifique el código de identidad BSIC de una estación base, tiene que sincronizarse brevemente con dicha estación base. En consecuencia, la unidad móvil siempre tiene una indicación de en qué fracción de una trama (es decir, cuántos bits) cada una de las estaciones base contiguas difiere de la estación base servidora, según lo ve la unidad móvil. Si los ciclos de trama de todas las estaciones base estuviesen absolutamente sincronizados, (es decir, todas las estaciones base transmiten simultáneamente la misma parte de la trama), la cantidad que la unidad móvil tendría que desplazar su estructura de trama (con relación a la estación base servidora) para decodificar el BSIC de las otras estaciones base sería puramente una función de la diferencia de la longitud del trayecto entre la estación base servidora y sus vecinas. En los sistemas existentes, las unidades móviles están sincronizadas a sus estaciones base servidoras mejor que ¼ bit, 0,923 microsegundos, que, a la velocidad de la luz (3x10^{8} m/s), corresponde a una resolución de 277 m. Esta exactitud se puede mejorar considerablemente a efectos de localización utilizando los datos presentes en el ecualizador de la unidad móvil.

En la práctica de GSM, la estructura de trama de cada estación base no está sincronizada de hecho en sentido absoluto, sino solamente en el sentido relativo de que, para cada estación base, hay algún punto en la estructura de trama que está sincronizado con la señal de sincronización externa. Así, las temporizaciones de las estructuras de trama de las estaciones base difieren una de otra en una cantidad arbitraria, pero constante, denominada aquí la "desviación". El término "sincronizado", en el sentido en que se utiliza en esta memoria descriptiva, se utiliza en este sentido relativo (es decir, difiere en una cantidad constante), a no ser que el contexto exija claramente lo contrario.

Sería posible (aunque no deseable por otras razones) reconfigurar el sistema GSM de manera que todas las estaciones base estén sincronizadas en el sentido absoluto. Sin embargo, en un dispositivo preferido, para cada estación base, la desviación respectiva se resta del tiempo de llegada a la unidad móvil del elemento característico de la trama para obtener la diferencia entre la distancia a la que la estación base está de la unidad móvil y la distancia a la que la estación base servidora está de la unidad móvil. Estos cálculos se pueden realizar en la parte fija de la red, pero, en un dispositivo preferido, los datos relativos a la desviación asociada con cada estación base se transmiten desde la estación base servidora a la unidad móvil, y la diferencia de tiempo la determina la unidad móvil a partir de dichos datos de desviación y los tiempos de llegada del elemento característico de cada estación base. Por consiguiente, otro aspecto de la invención proporciona una red celular por radio para uso con las unidades móviles antes definidas, incluyendo una pluralidad de estaciones base que operan con canales de control que transmiten estructuras síncronas de trama de división de tiempo, medios para identificar qué estaciones base están en el rango radio de una unidad móvil especificada, y medios para transmitir datos relativos a las desviaciones de posición y sincronización de cada estación base a la unidad móvil.

Las diferencias de tiempo proporcionan las diferencias de las longitudes del trayecto entre las varias estaciones base; sin embargo, no proporcionan una longitud absoluta del trayecto. En los sistemas de la técnica anterior descritos anteriormente, se describe que la temporización de señales procedentes de un mínimo de tres estaciones base es suficiente para proporcionar una determinación de posición unívoca (en dos dimensiones). Para lograrlo, hay que conocer no sólo la diferencia de los tiempos de llegada de las señales procedentes de las diferentes estaciones base, sino también sus tiempos de llegada absolutos con relación a alguna escala de tiempo fija. Esto requiere que la unidad móvil tenga un reloj sincronizado con los de las estaciones base. Las estaciones base se pueden sincronizar usando el sistema GPS, pero las unidades móviles no se pueden sincronizar al sistema GPS a no ser que también incorporen receptores GPS, reintroduciendo por lo tanto la complejidad que se pretendía evitar utilizando las características de radio celular.

Se ha sugerido previamente utilizar el avance de tiempo para determinar la distancia de la estación base servidora. El avance de tiempo es la cantidad que la estación base servidora ordena a una unidad móvil que avance sus transmisiones con relación a las señales recibidas por la unidad móvil, para que las transmisiones de la unidad móvil puedan llegar a la estación base en su punto asignado en la trama TDMA. El avance de tiempo corresponde al tiempo que tardan las radioondas en cubrir la distancia de ida y vuelta entre la estación base y la unidad móvil, es decir, dos veces la longitud del trayecto. Sin embargo, el avance de tiempo solamente se determina cuando una unidad móvil tiene una llamada en curso. Además, el avance de tiempo se determina para la señal más intensa, que no es necesariamente la más directa si hay interferencia de caminos múltiples, y su exactitud también es relativamente basta.

En cambio, en un dispositivo preferido según la invención se determinan las diferencias de tiempo entre al menos cuatro estaciones base (éstas son convenientemente las diferencias entre la estación base actualmente servidora y cada una las tres contiguas), permitiendo por ello la determinación de la posición absoluta de la unidad móvil en dos dimensiones. Como se describirá más adelante, el uso de cuatro estaciones base proporciona un resultado unívoco en dos dimensiones, sin necesidad de una referencia absoluta en la unidad móvil. En otro dispositivo preferido se determinan las diferencias de tiempo entre al menos cinco estaciones base (la estación base servidora y otras cuatro), permitiendo por ello la determinación de la posición absoluta de la unidad móvil en tres dimensiones. Este último dispositivo es preferible si las diferencias de las altitudes de las estaciones base y/o la unidad móvil son grandes en relación a la exactitud general del sistema.

No obstante, realizaciones de la invención pueden usar la información de avance de tiempo para complementar el método básico en circunstancias donde la unidad móvil detecta menos del número mínimo de estaciones base. También se puede usar otra información complementaria donde lo requieran las circunstancias, tal como información relativa a la dirección de la unidad móvil con relación a la antena. Si una o varias de las múltiples estaciones base en el sistema de radio celular tienen un rango muy limitado, el método puede incluir un paso adicional donde, si se reconoce que la unidad móvil está dentro de rango de una de dichas estaciones base de rango limitado, se determina que la posición de la unidad móvil es la posición de dicha estación base de rango limitado.

Una realización de la invención se describirá con referencia ahora a los dibujos en los que:

La figura 1 muestra parte de un sistema de radio celular.

La figura 2 es un esquema que ilustra con más detalle parte del sistema de la figura 1, e indica los varios parámetros utilizados en los cálculos realizados en el método de la invención.

La figura 3 ilustra la propagación por caminos múltiples.

Y la figura 4 muestra un gráfico de la correlación en función del tiempo para una secuencia de entrenamiento.

La figura 1 muestra un sistema de radio celular incluyendo una unidad móvil M, una estación base A, que sirve actualmente a la unidad móvil M, y seis estaciones base contiguas B, C, D, E, F, G. Cada estación base se representa con una zona de cobertura hexagonal, o "celda", pero en la práctica las celdas son más irregulares por razones de topología y de ubicación de la estación base. Además, las características de propagación de las radioondas significan que las zonas de cobertura se solapan en la práctica, y la unidad móvil puede detectar señales de varias estaciones base próximas, aunque con menos intensidad que la de la estación base actualmente servidora A. A los efectos de esta ilustración, se supondrá que la unidad móvil M puede detectar el BCCH (canal de control) de las estaciones base A, B, C, D, y E al menos.

La zona de cobertura de la estación base A se representa subdividida en tres sectores de 120 grados A1, A2, A3, cada uno de los cuales es servido por una antena de sectores respectiva en la estación base A, que tiene su propia asignación de canal.

También dentro de la cobertura de estación base A hay una microcelda H. Ésta es una celda que tiene su propia estación base de potencia baja (y por lo tanto, rango corto), dispuesta a servir una zona limitada que tiene una alta demanda de tráfico de llamadas, y/o que es servida pobremente por la estructura celular principal, por ejemplo a causa de edificios altos.

En la figura 2, se muestra la unidad móvil M y se representan cinco estaciones base A, B, C, D, E, junto con sus coordenadas en tres dimensiones (X_{a}, Y_{a}, Z_{a}; X_{b}, Y_{b}, Z_{b}; X_{c}, Y_{c}, Z_{c}; X_{d}, Y_{d}, Z_{d}; X_{e}, Y_{e}, Z_{e}), y la distancia de la unidad móvil de cada estación base d_{a}, d_{b}, d_{c}, d_{d}, d_{e}, respectivamente. Las coordenadas desconocidas de la unidad móvil M se representan como (x,y,z).

A efectos ilustrativos, la realización se describirá operando según la norma GSM, usando datos GPS, pero no se pretende que esto sea limitativo. En GSM, cada estación base, (por ejemplo, la estación base A) contiene información relativa a sí misma y a seis estaciones base próximas B, C, D, E, F, G. Al objeto de la presente invención solamente se utilizan cuatro de las seis estaciones base próximas B, C, D, E, siendo las cuatro en cuestión las que proporcionan en general la señal más intensa en la unidad móvil M. La estación base transmite los datos a la unidad móvil M en su BCCH (Canal de Control de Transmisión). Estos datos incluyen la radiofrecuencia de cada BCCH de estación base, que permite a la unidad móvil muestrear periódicamente la calidad de señal de cada BCCH, y permiten que tengan lugar transferencias en base a los resultados de este muestreo.

En esta realización de la invención se transmite información adicional a la requerida por el sistema GSM a la unidad móvil, por el BCCH o en un mensaje de datos separado. Esta información incluye la posición de cada una de las estaciones base A, B, C, D, E y sus desviaciones de trama relativas (como se ha definido antes). Esta desviación indica cómo se refiere la temporización de la estructura de trama TDMA a una trama de tiempo de referencia, que puede ser la trama de tiempo de la estación base servidora A, o de referencia universal.

El enlace de radio entre la unidad móvil M y la estación base A es un sistema de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), en el que diferentes unidades móviles comunican con la estación base A en la misma radiofrecuencia, en tiempos diferentes. En los tiempos en que la estación base A está transmitiendo a otras unidades móviles (no representadas), la unidad móvil M comprueba las frecuencias del BCCH de las estaciones base próximas B, C, D, E, (F, G) identificadas ante ella por la estación base A.

Cada estación base transmite periódicamente una secuencia de entrenamiento (SCH). Específicamente, en GSM, la SCH se transmite cinco veces en cada multitrama del BCCH, en las tramas TDMA 01, 11, 21, 31, y 41. Esta secuencia de entrenamiento corresponde a una secuencia almacenada en la unidad móvil, que está dispuesta para identificar correlaciones entre la secuencia almacenada y las transmisiones del BCCH, permitiendo por ello que la unidad móvil y la estación base estén sincronizadas y hacer una estimación de la calidad de la señal.

La figura 3 ilustra un fenómeno denominado "trayectos múltiples". En un entorno típico, las radioseñales se pueden propagar entre una estación base A y una unidad móvil M por varios trayectos diferentes, como resultado de las reflexiones y la refracción producidas por edificios y otros obstáculos. Estos trayectos son, por lo general, de longitud diferente; por ejemplo, un trayecto directo 41 es más corto que un trayecto 42 reflejado por un edificio 40. Por lo tanto, la correlación de la secuencia de entrenamiento puede identificar más de una correlación, que tienen lugar en tiempos diferentes. Esto se ilustra en la figura 4, en la que hay una primera correlación 31 en el tiempo t_{31} y una segunda correlación más intensa 32 en el tiempo t_{32}. Esta situación se puede producir cuando el trayecto directo 41 está sometido a atenuación, por ejemplo por follaje, y el trayecto indirecto 42 no se atenúa. En el ejemplo de la figura 3, se producirá una señal indirecta intensa 42 si el edificio 40 es un buen reflector de radioondas.

Al objeto de conocer la idoneidad para transferencia, y sincronizar con una estación base, se usaría la correlación más intensa 32, aunque ésta corresponde a un recorrido más largo 42 que la correlación más débil anterior 31. Sin embargo, al objeto de identificación de posición, se precisa la distancia en línea recta desde la estación base y por ello se utiliza el tiempo de llegada de la primera correlación 31, y no la correlación más intensa 32. La primera correlación puede estar relacionada con una señal reflejada, si no hay trayecto directo de línea de visión, pero, no obstante, se aproximará más al tiempo en que llegaría una señal directa.

La unidad móvil M identifica a partir de los BCCHs respectivos los tiempos de llegada T_{B}, T_{C}, T_{D}, T_{E} del primer caso de la secuencia de entrenamiento de cada estación base próxima B, C, D, E y los compara con el tiempo de llegada T_{A} de la secuencia de entrenamiento de la estación base servidora A, para identificar intervalos de tiempo T_{1} = T_{B} - T_{A}; T_{2} = T_{C} - T_{A}; T_{3} = T_{D} - T_{A}; T_{4} = T_{E} - T_{A}. Estos intervalos se pueden medir con precisión contando el número de bits digitales que hay entre las llegadas de estas señales. Esto da una exactitud del orden de 1 microsegundo. Los intervalos serán diferentes, como resultado de tres factores: diferencia de la longitud del trayecto; diferentes desviaciones de trama relativas; y transmisión en tramas diferentes. En primer lugar hay que eliminar estos últimos dos factores para determinar las diferencias de longitud del trayecto.

Cada estación base transmite cinco veces la misma secuencia de entrenamiento de sincronización en cada multitrama de canal de control, es decir, a un intervalo de tiempo t_{F}. Dado que la unidad móvil verifica multitramas de canal de control como un método de presincronización, no siempre identificará las correlaciones de todas las estaciones base A, B, C, D, E en la misma parte de la estructura del ciclo multitrama. Sin embargo, la diferencia de tiempo t_{F} entre tramas de sincronización (SCH) dentro de la multitrama de canal de control es al menos 46,15 ms, como se ha explicado previamente, que es suficientemente grande para que una onda de radio se propague aproximadamente 13.800 km. En consecuencia, se puede eliminar fácilmente múltiplos de la longitud de trama.

Las diferentes desviaciones de SCH dentro de la mutitrama se pueden permitir midiendo, en cada estación base, el tiempo de transmisión de la secuencia de multitramas de canal de control con relación a una referencia universal tal como la señal de sincronización GPS. La estación base servidora A transmite por el BCCH una señal que representa las desviaciones de las estaciones base contiguas (con relación a la referencia universal o, preferiblemente, con relación a sus propias transmisiones), permitiendo así compensar estas desviaciones.

De esta forma se puede derivar una diferencia de tiempo t_{1} = T_{1} - (n_{1}t_{F} + Q_{B}), donde Q_{B} es la desviación de la estación base B con relación a la estación base A, t_{F} es la longitud de trama, y n_{1} es un entero en circunstancias normales seleccionado de tal manera que la magnitud de t_{1} sea un mínimo. GPS proporciona señales de tiempo con una exactitud de 50 nanosegundos, y esto se puede usar para que las estaciones base proporcionen la información de temporización necesaria para determinar los valores de desviación Q. La longitud de trama t_{F} es una constante del sistema. Por lo tanto, la exactitud del valor de t_{1} la determina en gran parte la exactitud con la que se mide T_{1} (típicamente del orden de 1 microsegundo, como ya se ha explicado).

Obsérvese que el valor de t_{1} puede ser negativo, si la estación base B está más próxima a la unidad móvil que la estación base servidora A, como puede suceder si la estación base A tiene una señal más intensa en la unidad móvil que la estación base B, a pesar de su mayor distancia, o si no está disponible ningún canal de tráfico en la estación base B. Como se ha indicado anteriormente, el intervalo entre tramas SCH es 88 ráfagas o 80, y así hay dos valores posibles para t_{F} (46,15 o 50,77 milisegundos). La posición dentro de la multitrama se puede determinar fácilmente por la unidad móvil, y el valor apropiado de t_{F} seleccionado.

Los valores t_{2} = T_{2} - (n_{2}t_{F} + Q_{C}), t_{3} = T_{3} - (n_{3}t_{F} + Q_{D}), y t_{4} = T_{4} - (n_{4}t_{F} + Q_{E}) se pueden derivar de forma similar.

Los valores t_{1}, t_{2}, t_{3}, y t_{4}, multiplicados por c, la velocidad de propagación de radioondas, producen los valores d_{1}, d_{2}, d_{3} y d_{4} que son las diferencias entre la longitud de trayecto d_{a} y las longitudes de trayecto d_{b}, d_{c}, d_{d} y d_{e}, respectivamente (véase la figura 1). Específicamente, d_{1} = d_{a} - d_{b}; d_{2} = d_{a} - d_{c}; d_{3} = d_{a} - d_{d}; y d_{4} = d_{a} - d_{e}.

Se apreciará que la unidad móvil no tiene medios de detectar el pulso de sincronización GPS propiamente dicho, porque no es un receptor GPS. Por lo tanto, los tiempos de llegada de las secuencias de entrenamiento solamente se pueden medir uno con relación a otro, no contra una escala de tiempo absoluta, y por lo tanto no se conoce el tiempo t_{a} que la señal de entrenamiento tarda en llegar a la unidad móvil M de la estación base A. Así la distancia d_{a} de la unidad móvil M de la estación base A (que es simplemente la distancia que las radioondas se propagan en este tiempo desconocido t_{a}) no se puede derivar directamente (e igualmente para las estaciones base B, C, D, E). Los tiempos de llegada relativos indican solamente que la estación base B, por ejemplo, está más lejos de la unidad móvil M que la estación base A una distancia d_{1} = d_{a} - d_{b}.

Para permitir que la unidad móvil calcule su posición, tiene que conocer la posición de los lugares de estación base en su área. Esta información se podría pasar a la unidad móvil usando un mensaje "transmitido a celda" o un Servicio de Mensajes Cortos (SMS) previsto en algunos sistemas celulares; ambos son capaces de longitudes de mensaje hasta 160 caracteres. La información enviada a la unidad móvil desde una estación base incluiría: las coordenadas de dicha estación base, e información acerca de las estaciones base contiguas, tal como sus posiciones y sus desviaciones (la temporización de la secuencia de entrenamiento con relación a un estándar universal, o con relación a la estación base servidora), un señalizador para indicar si una estación base estaba sincronizada exactamente, hora, y fecha.

La estación base servidora A transmite no sólo sus propios detalles, sino también detalles de sus vecinas B, C, D, E. La unidad móvil M puede obtener entonces toda la información que necesita sin necesidad de transferencia a las otras estaciones base. La velocidad a la que se transmite tal información, se tendría que dimensionar para que la unidad móvil pudiese calcular su posición rápidamente; esto sería especialmente importante si un servicio de seguimiento ha de utilizar la información. El "Servicio de Mensajes Cortos" (SMS) disponible en el sistema GSM se podría usar cuando un cliente solicita inicialmente el servicio, para proporcionar autenticación y evitar el uso no autorizado. Una vez que el cliente se ha validado como usuario, SMS podría pasar entonces una clave de cifrado a la unidad móvil para que pueda decodificar el mensaje transmitido a celda. Este sistema sería relativamente seguro puesto que los mensajes que pasan por la interface de radio ya están protegidos por sistema de cifrado de GSM.

Se podría usar SMS en lugar del sistema de transmisión a celda para pasar toda la información de lugar de posición de estación base a una unidad móvil y permitirle calcular su posición. Este método sería menor propenso a fraude que una transmisión a celda, puesto que SMS es un sistema de punto a punto. Sin embargo el gran número de mensajes necesarios para llegar a un número potencialmente grande de unidades móviles podría ser una carga demasiado alta en la red. Otro problema de un sistema basado en SMS es identificar qué detalles de los lugares de estación base enviar a una unidad móvil particular sin conocer primero dónde está la unidad móvil. Por lo tanto, la red tendría que conocer la ID de la estación base servidora de la unidad móvil antes de que se pudiese transmitir por SMS la información concerniente a sus estaciones base contiguas.

Un servicio de seguimiento requeriría el uso de SMS originado en la unidad móvil si se pasase la posición a un centro remoto, por ejemplo, los servicios de emergencia o un centro de control de flotas. La información de posición transmitida por la unidad móvil podría incluir un sello de tiempo para permitir retardos en la red SMS y el movimiento de la unidad móvil.

Ahora se describirá con detalle la determinación de posición a partir de las diferencias de tiempo. Se verá por lo siguiente que cinco estaciones base es el mínimo necesario para garantizar un resultado no ambiguo en tres dimensiones si no se conoce la distancia absoluta de ninguna de ellas. Si solamente se consideran dos dimensiones, son suficientes cuatro estaciones base.

La figura 2 muestra la información disponible para la unidad móvil. Los valores x, y y z representan la posición de la unidad móvil en tres dimensiones, que se han de calcular. Los valores X_{a}, etc, indican las posiciones conocidas de las estaciones base, transmitidas a la unidad móvil M por el BCCH.

Considérese cinco estaciones base:

Estación base A en (X_{a}, Y_{a}, Z_{a}): la distancia a la unidad móvil es d_{a}

Estación base B en (X_{b}, Y_{b}, Z_{b}): la distancia a la unidad móvil es d_{b}

Estación base C en (X_{c}, Y_{c}, Z_{c}): la distancia a la unidad móvil es d_{c}

Estación base D en (X_{d}, Y_{d}, Z_{d}): la distancia a la unidad móvil es d_{d}

Estación base E en (X_{e}, Y_{e}, Z_{e}): la distancia a la unidad móvil es d_{e}

La unidad móvil explora las estaciones base y mide las diferencias de tiempo t_{1}, t_{2}, t_{3}, t_{4} entre la estación base servidora y cada estación base circundante, como se ha descrito anteriormente. Estas diferencias de tiempo son directamente proporcionales a las diferencias de la longitud de trayecto: d_{1} = t_{1}c, donde c es la velocidad de propagación de radioondas, aproximadamente 300 metros por microsegundo. Por lo tanto, la unidad móvil puede calcular fácilmente d_{1} a d_{4} donde:

d_{1} = d_{a} - d_{b}

d_{2} = d_{a} - d_{c}

d_{3} = d_{a} - d_{d}

d_{4} = d_{a} - d_{e}

Las cinco ecuaciones siguientes representan la posición de la unidad móvil, en base a la ecuación para una esfera:

Ecuación [1](x-X_{a})^{2} + (y-Y_{a})^{2} + (z - Z_{a})^{2} = d_{a}{}^{2}

Ecuación [2](x-X_{b})^{2} + (y-Y_{b})^{2} + (z - Z_{b})^{2} = d_{b}{}^{2}

Ecuación [3](x-X_{c})^{2} + (y-Y_{c})^{2} + (z - Z_{c})^{2} = d_{c}{}^{2}

Ecuación [4](x-X_{d})^{2} + (y-Y_{d})^{2} + (z - Z_{d})^{2} = d_{d}{}^{2}

Ecuación [5](x-X_{e})^{2} + (y-Y_{e})^{2} + (z - Z_{e})^{2} = d_{e}{}^{2}

Ahora, d_{1} = d_{a} - d_{b}. Reescrito como d_{1} - d_{a} = - d_{b}, y elevando al cuadrado ambos lados se obtiene:

Ecuación [6]d_{1}{}^{2} - 2d_{1}d_{a} + d_{a}{}^{2} = d_{b}{}^{2}

Sustituir [1] y [2] en [6]:

d_{1}{}^{2} - 2d_{1}d_{a} + (x-X_{a})^{2} + (y-Y_{a})^{2} + (z - Z_{a})^{2} = (x-X_{b})^{2} + (y-Y_{b})^{2} + (z - Z_{b})^{2}

La reordenación para poner las variables conocidas en el lado derecho da:

Ecuación [7a]-d_{1}d_{a}-x(X_{a}-X_{b})-y(Y_{a}-Y_{b})-z(Z_{a}-Z_{b}) = k_{1}/2

Donde k_{1} consta de los valores conocidos:

k_{1} = -d_{1}{}^{2} - X_{a}{}^{2} - Y_{a}{}^{2} - Z_{a}{}^{2} + X_{b}{}^{2} + Y_{b}{}^{2} + Z_{b}{}^{2}

Por razones de sencillez se define:

X_{ab} = X_{a} - X_{b'}

Y_{ab} = Y_{a} - Y_{b'}

y

Z_{ab} = Z_{a} - Z_{b}

La ecuación 7a resulta:

Ecuación [7]-d_{1}d_{a} - xX_{ab} - yY_{ab} - zZ_{ab} = k_{1}/2

La repetición de este proceso con las ecuaciones [3] y [5] da:

Estaciones base A y C

Ecuación [8]-d_{2}d_{a} - xX_{ab} - yY_{ab} - zZ_{ab} = k_{2}/2

donde

k_{2} = -d_{2}{}^{2} - X_{a}{}^{2} - y_{a}{}^{2} - Z_{a}{}^{2} + X_{c}{}^{2} + Y_{c}{}^{2} + Z_{c}{}^{2}

Estaciones base A y D

Ecuación [9]-d_{3}d_{a} - xX_{ad} - yY_{ad} - zZ_{ad} = k_{3}/2

donde

k_{3} = -d_{3}{}^{2} - X_{a}{}^{2} - Y_{a}{}^{2} - Z_{a}{}^{2} + X_{d}{}^{2} + Y_{d}{}^{2} + Z_{d}{}^{2}

Estaciones base A y E

Ecuación [10]-d_{4}d_{a} - xX_{ae} - yY_{ae} - zZ_{ae} = k_{4}/2

donde

k_{4} = - d_{4}{}^{2} - X_{a}{}^{2} - Y_{a}{}^{2} - Z_{a}{}^{2} + X_{e}{}^{2} + Y_{e}{}^{2} + Z_{e}{}^{2}

Reordenando la ecuación [7] en términos de d_{a}:

Ecuación [11]d_{a} = \frac{-1}{d_{1}}\left(\frac{k_{1}}{2} + xX_{ab} + yY_{ab} + zZ_{ab}\right)

La sustitución de [11] en [8] conduce a:

Ecuación [12]x(X_{ab}d_{2} - X_{ac}d_{1}) + y(Y_{ab}d_{2} - Y_{ac}d_{1}) + z(Z_{ab}d_{2} - Z_{ac}d_{1}) - \left(\frac{d_{1}k_{2} - d_{2}k_{1}}{2}\right) = 0

La sustitución de [11] en [9] conduce a:

Ecuación [13]x(X_{ab}d_{3} - X_{ad}d_{1}) + y(Y_{ab}d_{3} - Y_{ad}d_{1}) + z(Z_{ab}d_{3} - Z_{ad}d_{1}) - \left(\frac{d_{1}k_{3} - d_{3}k_{1}}{2}\right) = 0

La sustitución de [11] en [10] conduce a:

Ecuación [14]x(X_{ab}d_{4} - X_{ab}d_{1}) + y(Y_{ab}b_{4} + Y_{ac}d_{1}) + z(Z_{ab}d_{4} - Z_{ac}d_{1}) - \left(\frac{d_{1}k_{4} - d_{4}k_{1}}{2}\right) = 0

Se puede ignorar todas las coordenadas z para localización bidimensional. Esto inducirá un error debido al hecho de que es improbable que cuatro estaciones base y la unidad móvil estén exactamente en el mismo plano. En particular, las estaciones base, siempre que es posible, están instaladas en colinas o estructuras altas (edificios o postes especiales) para mejorar su rango, mientras que las unidades móviles operan en general cerca del nivel de tierra. Sin embargo, cuando las diferencias de altitud son pequeñas (del orden de la exactitud del sistema en conjunto) el error será insignificante.

Con sujeción a estas limitaciones, se puede resolver en dos dimensiones ignorando las coordenadas z de las ecuaciones y del cálculo de los términos k_{1}, k_{2}, etc. La ecuación [12] es entonces:

x(X_{ab}d_{2} - X_{ac}d_{1}) + y(Y_{ab}d_{2} - Y_{ac}d_{1}) - \left(\frac{d_{1}k_{2} - d_{2}k_{1}}{2}\right) = 0

y la ecuación [13] es:

x(X_{ab}d_{3} - X_{ad}d_{1}) + y(Y_{ab}d_{3} - Y_{ab}d_{1}) - \left(\frac{d_{1}k_{3} - d_{3}k_{1}}{2}\right) = 0

Estas dos ecuaciones representan líneas rectas en el plano x-y. El punto donde se cruzan estas dos líneas representa la posición de la unidad móvil. Este punto se puede hallar sustituyendo una ecuación en la otra.

En tres dimensiones, las ecuaciones [12], [13] y [14] representan planos en el espacio. La intersección de dos planos representa una línea recta; por lo tanto, se necesitan las tres ecuaciones para hallar de forma unívoca la posición de la unidad móvil (x, y, z).

La ecuación general de un plano es:

Ax + By + Cz + D = 0

Para la ecuación [12]; A = X_{ab}d_{2} - X_{ac}d_{1}; B = Y_{ab}d_{2} - Y_{ac}d_{1}; C= Z_{ab}d_{2} - X_{ac}d_{1}; y

D= -\left(\frac{d_{1}k_{2} - d_{2}k_{1}}{2}\right)

Para resolver la intersección de los tres planos, hay que poner las ecuaciones en forma hessiana. Para la ecuación [12]

n_{1}{}^{2} = \frac{A^{2}}{A^{2} + B^{2} + C^{2}}

n_{2}{}^{2} = \frac{B^{2}}{A^{2} + B^{2} + C^{2}}

n_{3}{}^{2} = \frac{C^{2}}{A^{2} + B^{2} + C^{2}}

p^{2} = \frac{D^{2}}{A^{2} + B^{2} + C^{2}}

El plano se puede representar ahora simplemente como un vector:

nx = -p, donde

n = n_{1}i + n_{2}i + n_{3}k

Una vez representados todos los planos de esta forma, se puede calcular fácilmente la intersección.

Se deberá observar que gran parte del software necesario para procesar la información de diferencia de tiempo ya existe en las unidades móviles. Como se explica anteriormente, la información de tiempo de llegada se puede comunicar desde la unidad móvil a la red, permitiendo realizar la función de determinación de posición por la red. Alternativamente, el cálculo de posición se puede llevar a cabo en la unidad móvil propiamente dicha con muy poca sobrecarga de la red. Este sistema sería capaz de soportar gran número de usuarios puesto que no tiene que hacer llamadas, aparte de los mensajes SMS de autenticación iniciales. Sin embargo, tal sistema requeriría la adición de software especial en la unidad móvil para efectuar los cálculos necesarios. También se puede usar mejoras en el procesado de señal, por ejemplo utilizando datos recuperados del ecualizador de la unidad móvil, para mejorar ¼ bit (0,923 microsegundos, equivalente a 277 metros) necesario puramente para sincronización de bit. Los datos presentes en el ecualizador de la unidad móvil deberán permitir una resolución a 4% de un bit, equivalente a aproximadamente 50 metros.

Factores como trayectos múltiples, ensombrecimiento y desvanecimiento pueden hacer que la exactitud del cálculo de posición varíe con el tiempo. Por lo tanto, es deseable utilizar promediado de tiempo en el algoritmo de cálculo de posición para mejorar la exactitud.

Hay varios servicios posibles que se podría prestar como adjuntos al servicio de localización. Se defrauda grandes cantidades de dinero a la industria radio celular por prácticas ilegales tales como la "clonación", que es la práctica fraudulenta de dar a una unidad móvil, generalmente robada, la identidad electrónica de otra unidad legítima. Las llamadas realizadas en el "clon" son cargadas posteriormente por la red celular al usuario legítimo. La existencia de un clon solamente es detectada por lo general cuando el usuario legítimo recibe la factura, o si el clon y el usuario legítimo intentan acceder simultáneamente al sistema. Proporcionar un servicio de localización incorporado significaría que una unidad móvil robada o sospechosa por otra causa podría ser localizada rápidamente y recupe-
rada.

Igualmente, una unidad móvil incorporada en un vehículo permitiría localizar el vehículo, si fuese robado. Para que tales servicios sean efectivos, el software de localización tendría que ser habilitado a distancia, por los propietarios oficiales o por la policía.

La información de posición exacta sería de valor incalculable para los servicios de emergencia de otras formas. El servicio permitiría dirigir la ayuda rápida y eficientemente a una persona en apuros haciendo una llamada de emergencia desde una unidad móvil provista de él. Puede ser deseable que el cliente controle la activación del servicio, para evitar que el cliente tenga la sensación de estar vigilado por las autoridades.

Los servicios de emergencia, y otras organizaciones con gran fuerza en el campo, como las compañías eléctricas, pueden utilizar la red celular, en lugar de una red móvil privada (PMR), y el servicio de seguimiento permitiría a un controlador supervisar la distribución de su personal en el campo.

También se puede utilizar un servicio de seguimiento para supervisar el avance de cargas valiosas o sensibles. El sistema se podría disponer para avisar de desviaciones de una ruta preestablecida. Otra aplicación podría ser un servicio de alarma para alertar a viajeros cansados de trenes cuando llegan a sus estaciones de destino.

Como se ha indicado anteriormente, hay que recibir una señal de cuatro estaciones base para proporcionar una determinación de posición en dos dimensiones, (cinco estaciones base para tres dimensiones). Hay algunas circunstancias en las que menos estaciones base están dentro del rango. En estas circunstancias se puede usar varios métodos complementarios para obtener una determinación de posición.

En una disposición posible, la unidad móvil puede ser obligada a efectuar una transferencia desde la estación base actualmente servidora A a una estación base contigua, por ejemplo la Estación Base B (véase la figura 1). Esta estación base tendrá una "lista de contiguas" diferente de la de la Estación Base A (aunque las listas tendrán varias estaciones base en común). Entre las dos listas de contiguas puede haber suficientes estaciones base en el rango de la unidad móvil para obtener una determinación. Las estaciones base de cada lista de contiguas habrán determinado sus desviaciones según la estación base A o B respectiva, pero esto se puede permitir porque la desviación de la estación base B con relación a la estación base A es conocida, puesto que están en las listas de contiguas de las
otras.

También se pueden emplear otros métodos complementarios. Por ejemplo, la distancia absoluta a la estación base actualmente servidora se puede derivar del avance de tiempo; es decir, la cantidad que las transmisiones de la unidad móvil tienen que avanzar con relación a las señales recibidas de la estación base de tal manera que lleguen a la estación base en el intervalo de tiempo correcto. Esto es solamente exacto a aproximadamente 600 metros, y el avance de tiempo sólo se calcula normalmente cuando una llamada está en curso, no cuando la unidad móvil está en espera.

Como se representa en la figura 1 para la estación base A, una (o más) celdas pueden estar divididas en sectores, es decir, la estación base tiene varias antenas cada una de las cuales sirve un rango acimutal limitado (típicamente 60 o 120 grados). Se puede usar la identificación del sector A1 que sirve a la unidad móvil para identificar que la solución de las ecuaciones es correcta. Sin embargo, este método no es práctico donde la estación base tiene una antena omnidireccional, ni cuando se producen dos o más resultados posibles en el mismo sector A1. En particular, puesto que la sectorización es acimutal, no resolverá una ambigüedad en la coordinada z (altitud). Además, hay una posibilidad de que un lóbulo lateral o trasero de la antena de sectores pueda ser detectado.

Otra posibilidad es identificar, de las soluciones posibles, la más próxima a la posición previamente identificada de la unidad móvil como la de mayor probabilidad de que sea nueva. Esto puede ser razonablemente fiable si la unidad móvil está avanzando lentamente en comparación con el tiempo entre las actualizaciones de posición.

La figura 1 también muestra una microcelda H. Las microceldas son celdas muy pequeñas servidas por estaciones base de potencia baja montadas frecuentemente debajo del nivel del techo o incluso en interiores para proporcionar cobertura adicional en posiciones de demanda muy alta. Es muy probable que un receptor GPS no opere en tal estación base, puesto que no sería fiablemente visible a los satélites, además de tener un costo prohibitivo. Además, dado que es probable que la antena de la microcelda H esté a un nivel bajo o en interiores, es probable que una unidad móvil en rango de una estación base de microceldas no esté en el rango de radio de hasta cuatro estaciones base, y posiblemente está en el rango de ninguna estación base distinta de la que sirve a la microcelda H. Sin embargo, dado que la microcelda H solamente cubre un área muy pequeña, la información de que la unidad móvil M está dentro de rango de la microcelda H puede dar suficiente exactitud para localizar la unidad móvil a la misma exactitud que el sistema básico.

Todos estos procesos complementarios están expuestos a posibles errores sistemáticos, y menor exactitud que el sistema básico, y también requieren procesado adicional, pero se pueden usar, individualmente o en combinación, para mantener el servicio cuando menos estaciones base que las cuatro (cinco) mínimas estén dentro del rango de la unidad móvil.

El sistema GPS tiene errores sistemáticos, dando lugar a una exactitud de aproximadamente 100 metros. Para algunas aplicaciones, tal como topografía, se requiere mayor exactitud, y se ha desarrollado un sistema denominado "GPS diferencial" para superar este problema. Esto implica colocar un receptor GPS en una posición "baliza" conocida con exactitud y medir el error en su posición medida por GPS, valor de error que se transmite después a otros usuarios. El sistema de localización de posición de la presente invención requiere que un número considerable de estaciones celulares base estén provistas de receptores GPS, para proporcionar señales de sincronización exactas. Puesto que las posiciones de las estaciones base celulares son fijas, se pueden determinar por otros medios con gran exactitud, pudiendo utilizarlas para ofrecer dicho servicio baliza de GPS diferencial.

Claims (24)

1. Un método de determinar la posición de una unidad móvil (M) de un sistema de radio celular que tiene una pluralidad de estaciones base (A, B, C, D, E), incluyendo los pasos de determinar las diferencias de tiempo entre las transmisiones de las estaciones base medidas en la unidad móvil (M), determinar a partir de las diferencias de tiempo las diferencias de la distancia de la unidad móvil (M) de cada una de las estaciones base, y derivar la posición de la unidad móvil (M) a partir de las diferencias de distancia así determinadas, caracterizado porque las estructuras de trama de división de tiempo de los canales de control de al menos algunas estaciones base (A, B, C, D, E) dentro de rango radio de la unidad móvil (M) están sincronizadas, y la unidad móvil (M) determina las diferencias de tiempo en la unidad móvil (M) de una secuencia de entrenamiento de sincronización de la estructura de trama de división de tiempo transmitida por el canal de control de cada estación base.

2. Un método según la reivindicación 1, donde, si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base (A, B, C, D, E) que el mínimo necesario para definir de forma unívoca su posición, el avance de tiempo requerido para comunicación con la estación base servidora (A) se utiliza para derivar la distancia entre la unidad móvil (M) y la estación base servidora.

3. Un método según la reivindicación 1 ó 2, donde, si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base (A, B, C, D, E) que el mínimo necesario para definir de forma unívoca su posición, la información relativa a la dirección de la unidad móvil (M) con relación a una o varias de las estaciones base (A, B, C, D, E) se usa además para identificar la posición correcta.

4. Un método según cualquier reivindicación anterior, en el que cada estación base transmite una señal de entrenamiento, y la unidad móvil (M) identifica correlaciones de las señales recibidas de cada estación base (A, B, C, D, E) con una señal de entrenamiento de referencia almacenada por la unidad móvil (M).

5. Un método según la reivindicación 4, en el que el sistema de radio celular opera según la norma GSM, y la señal de entrenamiento es la ráfaga de sincronización (SCH) transmitida según dicha norma.

6. Un método según la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que la primera correlación identificada de la señal de referencia, correspondiente a la ruta de señal más directa, se utiliza para calcular la distancia.

7. Un método según cualquier reivindicación anterior, en el que la posición derivada es promediada en el tiempo.

8. Un método según cualquier reivindicación anterior, donde una o varias de las múltiples estaciones base en el sistema de radio celular tienen un rango muy corto, e incluyendo el paso adicional donde si se reconoce que la unidad móvil (M) está dentro de rango de una de dichas estaciones base de rango limitado, se determina que la posición de la unidad móvil (M) es la posición de dicha estación base de rango limitado.

9. Unidad móvil (M) para uso con un sistema de radio celular, incluyendo la unidad móvil (M) un aparato para determinar la posición de la unidad móvil (M); incluyendo el aparato medios para detectar diferencias de tiempo de señales recibidas de diferentes radioestaciones base, y medios para determinar, a partir de las diferencias de tiempo, las diferencias de las distancias de la unidad móvil (M) de cada una de las estaciones base; y medios para derivar, a partir de las diferencias de distancia, la posición de la unidad móvil (M), caracterizada porque la unidad móvil (M) tiene medios para determinar las diferencias de tiempo en la unidad móvil (M) de una secuencia de entrenamiento de sincronización de una estructura de trama de división de tiempo transmitida sincrónicamente por el canal de control de cada estación base.

10. Unidad móvil (M) según la reivindicación 9, que tiene medios para derivar la distancia entre la unidad móvil (M) y la estación base servidora (A) a partir del avance de tiempo requerido para comunicación con la estación base servidora (A) si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base (A, B, C, D, E) que el mínimo necesario para identificar de forma unívoca su posición.

11. Unidad móvil (M) según la reivindicación 9 ó 10, que tiene medios para determinar la dirección de la unidad móvil (M) con relación a una o varias de las estaciones base (A, B, C, D, E) si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base que el mínimo necesario para identificar de forma unívoca su posición.

12. Unidad móvil (M) según la reivindicación 9, 10 ó 11, incluyendo además medios para recibir datos relativos a la posición de las estaciones base.

13. Unidad móvil (M) según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, dispuesta para operar según la norma GSM, y donde la unidad móvil está dispuesta para detectar la ráfaga de sincronización (SCH) transmitida según dicha
norma.

14. Unidad móvil (M) según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, incluyendo además medios para identificar las estaciones base (A, B, C, D, E) dentro de rango radio de la unidad móvil (M).

15. Una red celular por radio incluyendo una pluralidad de estaciones base (A, B, C, D, E) que operan con canales de control que transmiten estructuras síncronas de trama de división de tiempo, medios para identificar qué estaciones base (A, B, C, D, E) están en rango radio de una unidad móvil especificada (M), medios para identificar la diferencia de tiempo entre señales transmitidas por las estaciones base (A, B, C, D, E) medida en la unidad móvil (M); medios para determinar, a partir de las diferencias de tiempo, las diferencias de las distancias de la unidad móvil (M) de cada una de las estaciones base; y medios para derivar, a partir de las diferencias de distancia, la posición de la unidad móvil (M), caracterizada porque las estaciones base (A, B, C, D, E) tienen canales de control de radiodifusión que operan con estructuras de trama de división de tiempo sincronizadas detectables por la unidad móvil (M), y porque tienen medios para recibir de la unidad móvil (M) una indicación del tiempo de llegada a la unidad móvil (M) de una secuencia de entrenamiento de sincronización de la estructura de trama transmitida desde cada estación base.

16. Red celular por radio según la reivindicación 15, dispuesta para operar según la norma GSM, y donde la unidad móvil detecta la ráfaga de sincronización (SCH) transmitida en el canal de control según dicha norma.

17. Red celular por radio según la reivindicación 16 que tiene medios para derivar la distancia entre la unidad móvil (M) y la estación base servidora (A) del avance de tiempo requerido para comunicación con la estación base servidora, si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base que el mínimo necesario para identificar de forma unívoca su posición.

18. Red celular por radio según la reivindicación 16 ó 17, que tiene medios para determinar la dirección de la unidad móvil (M) con relación a una o varias de las estaciones base (A, B, C, D, E) si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base que el mínimo necesario para identificar de forma unívoca su posición.

19. Aparato para determinar la posición de una unidad móvil (M) usando un sistema de radio celular que tiene una pluralidad de estaciones base, incluyendo dicho aparato medios para determinar las diferencias de tiempo de la operación de las estaciones base (A, B, C, D, E) medidas en la unidad móvil (M); medios para determinar, a partir de las diferencias de tiempo, las diferencias de las distancias de la unidad móvil (M) de cada una de las estaciones base; y medios para derivar, a partir de las diferencias de distancia, la posición de la unidad móvil (M), caracterizado porque el aparato incluye medios en el sistema de radio celular para sincronizar las estructuras de trama de división de tiempo de canales de control transmitidas por al menos una pluralidad de las estaciones base (A, B, C, D, E) dentro de rango radio de la unidad móvil (M), y medios en la unidad móvil (M) para determinar las diferencias de tiempo en la unidad móvil (M) de una secuencia de entrenamiento de sincronización de la estructura de trama de división de tiempo transmitida por el canal de control de cada estación base.

20. Aparato según la reivindicación 19, donde los medios medidores de diferencia de tiempo, los medios de determinación de diferencia de distancia y los medios de derivación de posición forman parte de la unidad móvil (M).

21. Aparato según la reivindicación 20, incluyendo además medios para identificar las estaciones base (A, B, C, D, E) dentro de rango radio de la unidad móvil (M), y medios para transmitir datos a la unidad móvil (M) referentes a las posiciones geográficas de dichas estaciones base.

22. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 19, 20, ó 21, dispuesto para operar según la norma GSM, y donde la unidad móvil está dispuesta para detectar la ráfaga de sincronización (SCH) transmitida en el canal de control de cada estación base según dicha norma.

23. Aparato según la reivindicación 22, que tiene medios para derivar la distancia entre la unidad móvil (M) y la estación base servidora (A) del avance de tiempo requerido para comunicación con la estación base servidora, si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base que el mínimo necesario para identificar de forma unívoca su posición.

24. Aparato según la reivindicación 22 ó 23, que tiene medios para determinar la dirección de la unidad móvil (M) con relación a una o varias de las estaciones base, si la unidad móvil (M) detecta menos estaciones base que el mínimo necesario para identificar de forma unívoca su posición.