ES2288038T3 - Sintesis de ancho de banda para sistema de localizacion inalambrica. - Google Patents
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Abstract
Sistema de localización inalámbrica para operar con un sistema de comunicaciones inalámbricas existente y para calcular la ubicación geográfica de un transmisor móvil del sistema de comunicaciones inalámbricas, siendo operativo el transmisor móvil para transmitir una señal en una pluralidad de canales de banda estrecha, y comprendiendo el sistema de localización inalámbrica: (a) por lo menos tres receptores separados geográficamente (10) para recibir la señal transmitida por dicho transmisor móvil; (b) unos medios para comunicarse a través de una interfaz con el sistema de comunicaciones inalámbricas, permitiendo a dicho sistema de localización inalámbrica dar la orden al transmisor móvil, por medio de dicha interfaz, de cambiar de forma secuencial y controlada a una pluralidad de canales de banda estrecha de una pluralidad de respectivas frecuencias que abarcan una banda ancha de frecuencias predefinidas cuya anchura es superior al ancho de banda de cualquiera de los canales de banda estrecha individuales; (c) unos medios para resolver la ambigüedad del número entero de ciclos en las relaciones de fase entre la pluralidad de señales de banda estrecha transmitidas y (d) unos medios (12) para determinar la ubicación de dicho transmisor móvil mediante la señal de dicha pluralidad de canales de banda estrecha recibida en dichos receptores, en el que: dichos medios para determinar la ubicación de dicho transmisor móvil comprenden unos medios de diferencia en el tiempo de llegada, y dichos medios para resolver la ambigüedad del número entero de ciclos en las relaciones de fase entre la pluralidad de señales de banda estrecha transmitidas incluyen unos medios para utilizar una estimación de la diferencia en el tiempo de llegada basada en un primer intervalo de frecuencias para resolver la ambigüedad del número entero de ciclos de un segundo intervalo de frecuencias, siendo dicho segundo intervalo de frecuencias más ancho que el primer intervalo de frecuencias.
Description
Síntesis de ancho de banda para sistema de
localización inalámbrica.
La presente invención se refiere en general a
los procedimientos y los aparatos para localizar transmisores
inalámbricos, tales como los utilizados en los sistemas celulares
analógicos o digitales, los sistemas de comunicaciones personales
(PCS), los sistemas de radio móvil especializada mejorada (ESMR) y
otros tipos de sistemas de comunicaciones inalámbricas.
Actualmente, a este campo se le denomina por lo general "campo de
localización inalámbrica" y puede utilizarse en las aplicaciones
de Wireless E9-1-1, gestión de
flotas, optimización RF y otras aplicaciones importantes.
Los primeros trabajos relativos a la presente
invención se describen en la patente US nº 5.327.144, del 5 de
julio de 1994, titulada "Wireless location system", en la que
se da a conocer un sistema para localizar teléfonos celulares
mediante las novedosas técnicas de diferencia en el tiempo de
llegada (TDOA). En la patente US nº 5.608.410, del 4 de marzo de
1997, titulada "System for Locating a Source of Bursty
Transmissions", se dan a conocer otras mejoras del sistema dado a
conocer en la patente nº 5.327.144. Ambas patentes son de propiedad
del cesionario de la presente invención y se incluyen en la presente
memoria a título de referencia. Los presentes inventores han
continuado aportando mejoras significativas para los conceptos
inventivos originales y han elaborado técnicas para mejorar todavía
más la precisión de los sistemas de localización inalámbrica y
reducir al mismo tiempo de forma significativa el coste de estos
sistemas.
Durante los últimos años, la industria celular
ha experimentado un incremento del número de protocolos de interfaz
aérea que pueden ser utilizados por los teléfonos inalámbricos, un
incremento del número de bandas de frecuencias con las que pueden
funcionar los teléfonos inalámbricos o móviles y una ampliación del
número de términos que se refieren o están relacionados con los
teléfonos móviles para incluir los términos "servicios de
comunicaciones personales", "inalámbricos" y otros. Los
protocolos de interfaz aérea incluyen actualmente los protocolos
AMPS, N-AMPS, TDMA, CDMA, GSM, TACS, ESMR y otros.
Los cambios en la terminología y los incrementos en el número de
interfaces aéreas no cambian los principios básicos e invenciones
descubiertas y mejoradas por los inventores. Sin embargo, para
cumplir con la terminología actual de la industria, los inventores
denominan al sistema descrito en la presente memoria "sistema
de localización inalámbrica".
Se han realizado numerosos experimentos con la
tecnología del sistema de localización inalámbrica dada a conocer
en la presente memoria para demostrar tanto la viabilidad como el
valor de la tecnología. Por ejemplo, se llevaron a cabo varios
experimentos durante varios meses de los años 1995 y 1996 en las
ciudades de Filadelfia y Baltimore para verificar la capacidad del
sistema para mitigar la propagación por trayectorias múltiples en
entornos urbanos de gran tamaño. A continuación, en 1996, los
inventores construyeron en Houston un sistema que fue utilizado
para comprobar la eficacia de la tecnología en dicha área y la
capacidad de ésta para interconectarse directamente con los
sistemas E9-1-1. Más tarde, en 1997,
el sistema se probó en un área de 550 kilómetros cuadrados de Nueva
Jersey y se utilizó para localizar llamadas al
9-1-1 reales de personas reales que
estaban en apuros. Desde entonces, el sistema se ha ampliado para
incluir 125 sitios celulares que abarcan un área de más de 3000
kilómetros cuadrados. Durante todas estas pruebas, se evaluó la
efectividad de las técnicas descritas y dadas a conocer en la
presente memoria, y dichas técnicas se desarrollaron todavía más,
comprobándose que el sistema supera las limitaciones de otras
propuestas presentadas para localizar teléfonos inalámbricos. En
realidad, hasta diciembre de 1998, no se ha instalado ningún otro
sistema de localización inalámbrica en ningún otro lugar del mundo
que sea capaz de localizar personas vivas que llaman al 911. La
innovación del sistema de localización inalámbrica dado a conocer
en la presente memoria ha sido reconocida en la industria
inalámbrica gracias a la amplia cobertura que los medios han
dedicado a las capacidades del sistema, y también ha sido premiada.
Por ejemplo, la asociación Cellular Telephone Industry otorgó
el prestigioso premio Wireless Appy Award al sistema en
octubre de 1997 y las entidades Christopher Columbus Fellowship
Foundation y Discover Magazine han elegido al sistema de
localización inalámbrica como una de las 4 primeras innovaciones de
1998 de las 4000 candidatas presentadas.
El valor y la importancia del sistema de
localización inalámbrica han sido reconocidos por la industria de
las comunicaciones inalámbricas. En junio de 1996, la Comisión
Federal de Comunicaciones publicó los requisitos para la
implementación por la industria de las comunicaciones inalámbricas
de los sistemas de localización destinados a la localización de
llamantes inalámbricos al 911, estableciendo como fecha límite el
mes de octubre de 2001. La localización de llamantes inalámbricos
E9-1-1 permitirá acortar el tiempo
de respuesta, salvar vidas y ahorrar mucho dinero debido al uso
reducido de los recursos de respuesta de emergencia. Además, tras
numerosos análisis y estudios, se ha llegado a la conclusión de que
diversas aplicaciones inalámbricas, tales como la facturación
dependiente de la ubicación, la gestión de flotas y otras,
adquirirán una gran importancia comercial en los años venideros.
Se utilizan muchos tipos de protocolos de
interfaz aérea diferentes para los sistemas de comunicaciones
inalámbricas. Estos protocolos se utilizan en bandas de frecuencias
diferentes, tanto en Estados Unidos como en el ámbito
internacional. La banda de frecuencias no tiene ningún efecto sobre
la eficacia del sistema de localización inalámbrica para localizar
teléfonos inalámbricos.
Todos los protocolos de interfaz aérea utilizan
dos tipos de "canales". El primer tipo incluye los canales de
control que se utilizan para transmitir información acerca del
teléfono inalámbrico o del transmisor, para iniciar o terminar
llamadas o para transferir datos en ráfagas. Por ejemplo, en algunos
tipos de servicios de mensajes cortos, los datos se transfieren a
través del canal de control. En las diferentes interfaces aéreas,
se emplean términos diferentes para designar los canales de control,
pero la utilización de los canales de control de cada interfaz
aérea es similar. Los canales de control generalmente disponen de
información de identificación acerca del teléfono inalámbrico o del
transmisor que se incluye en la transmisión.
El segundo tipo de canales incluye los canales
de voz que se utilizan habitualmente para transmitir comunicaciones
de voz a través de la interfaz aérea. Estos canales se utilizan sólo
después del establecimiento de una llamada mediante los canales de
control. Los canales de voz suelen utilizar recursos dedicados del
sistema de comunicaciones inalámbricas, mientras que los canales de
control utilizan recursos compartidos. Esta distinción generalmente
determina que la utilización de los canales de control con
finalidades de localización inalámbrica resulte más rentable que la
utilización de los canales de voz; no obstante, en algunas
aplicaciones será deseable llevar a cabo la localización corriente
en el canal de voz. Por lo general, los canales de voz no disponen
en la transmisión de información de identificación acerca del
teléfono inalámbrico o del transmisor. A continuación, se describen
algunas de las diferencias existentes en los protocolos de interfaz
aérea:
AMPS - Protocolo de interfaz aérea original
utilizado en Estados Unidos para las comunicaciones celulares. En
el sistema AMPS, se asignan canales dedicados separados para ser
utilizados por los canales de control (RCC). Según la norma TIA/EIA
IS-553A, todos los bloques de canales de control
deben empezar por el canal celular 333 ó 334, aunque pueden tener
una longitud variable. En Estados Unidos, por convención, el bloque
de canales de control AMPS tiene una amplitud de 21 canales, aunque
también está documentada la utilización de un bloque de 26 canales.
Un canal de voz inverso (RVC) puede ocupar cualquier canal que no
haya sido asignado a un canal de control. La modulación de los
canales de control es la modulación FSK (modulación por
desplazamiento de frecuencia), mientras que la modulación de los
canales de voz es la modulación FM (modulación de frecuencia).
N-AMPS - Interfaz aérea que es
una ampliación del protocolo de interfaz aérea AMPS y que está
definida en la norma EIA/TIA IS-88. Los canales de
control son sustancialmente iguales a los del AMPS, pero los canales
de voz son diferentes. Los canales de voz ocupan menos de 10 KHz de
ancho de banda (frente a los 30 KHz utilizados en el AMPS) y la
modulación es FM.
TDMA - Interfaz denominada también
D-AMPS y definida en la norma EIA/TIA
IS-136, caracterizada por la utilización de la
separación de frecuencias y de tiempos. Los canales de control se
denominan "canales de control digitales" (DCCH) y se
transmiten en ráfagas durante los intervalos de tiempo asignados a
los DCCH. A diferencia de lo que ocurre con el AMPS, los DCCH
pueden asignarse en cualquier lugar de la banda de frecuencias,
aunque generalmente existen algunas asignaciones de frecuencias que
resultan más atractivas que otras basadas en la utilización de
bloques de probabilidades. Los canales de voz se conocen como
"canales de tráfico digitales" (DTC). Los DCCH y los DTC
pueden ocupar la misma asignación de frecuencia, pero no la misma
asignación de intervalo de tiempo de una asignación de frecuencia
determinada. Los DCCH y los DTC utilizan el mismo sistema de
modulación, denominado \pi/4 DQPSK (desplazamiento de fase en
cuadratura diferencial). En la banda celular, una empresa de
telecomunicaciones puede utilizar los protocolos AMPS y TDMA,
siempre y cuando se mantengan separadas las asignaciones de
frecuencia de cada protocolo.
CDMA - Interfaz aérea definida por la norma
EIA/TIA IS-95A, caracterizada por la utilización de
la separación de frecuencias y de códigos, y caracterizada además,
debido a la utilización por los sitios celulares adyacentes de los
mismos conjuntos de frecuencias, por un control de potencia muy
meticuloso. Este meticuloso control de potencia lleva a una
situación conocida por los expertos en la materia como "problema
de cercanía-lejanía", que dificulta la
localización inalámbrica e impide el correcto funcionamiento de la
mayoría de métodos. Los canales de control se denominan "canales
de acceso" y los canales de voz se denominan "canales de
tráfico". Los canales de acceso y de tráfico pueden compartir la
misma banda de frecuencias, pero se separan mediante códigos, y
ambos tipos de canales utilizan el mismo sistema de modulación,
denominado OQPSK.
GSM - Interfaz aérea definida por la norma
internacional del sistema global de telecomunicaciones móviles.
Como la tecnología TDMA, la tecnología GSM se caracteriza por la
utilización de separación de frecuencias y de tiempos. El ancho de
banda del canal es de 200 KHz, que es superior al ancho de banda de
30 KHz utilizado en la tecnología TDMA. Los canales de control se
denominan "canales de control dedicados autónomos" (SDCCH) y
se transmiten en ráfagas durante los intervalos de tiempo asignados
a los SDCCH. Los SDCCH pueden asignarse en cualquier lugar de la
banda de frecuencias. Los canales de voz se denominan "canales de
tráfico" (TCH). Los canales SDCCH y TCH pueden ocupar la misma
asignación de frecuencia, pero no la misma asignación de intervalo
de tiempo de una asignación de frecuencia determinada. Los canales
SDCCH y TCH utilizan el mismo sistema de modulación, conocido como
GMSK.
En la presente memoria, cualquier referencia a
cualquiera de las interfaces aéreas se aplica automáticamente a
todas las interfaces aéreas, a menos que se indique lo contrario.
Además, una referencia a los canales de control o los canales de
voz se aplicará a todos los tipos de canales de control o de voz,
sea cual sea la terminología preferida para una interfaz aérea
particular. Por último, puesto que en todo el mundo se utilizan
muchos más tipos de interfaces aéreas, no es el propósito de la
presente memoria excluir ninguna interfaz aérea de los conceptos
inventivos descritos. En su lugar, los expertos en la materia sabrán
reconocer otras interfaces utilizadas en otros lugares y las
derivadas de éstas o de una clase similar a las descritas
anteriormente.
Las formas de realización preferidas de la
presente invención que se dan a conocer en la presente memoria
aportan muchas ventajas con respecto a otras técnicas para localizar
teléfonos inalámbricos. Por ejemplo, algunas de estas otras
técnicas incluyen la adición de funciones GPS a los teléfonos, hecho
que requiere efectuar cambios significativos en los teléfonos. Las
formas de realización preferidas descritas en la presente memoria
no exigen realizar ningún cambio en los teléfonos móviles y, en
consecuencia, pueden ser utilizadas en conexión con la base
instalada actualmente de más de 65 millones de teléfonos
inalámbricos en Estados Unidos y 250 millones de teléfonos
inalámbricos en el resto del mundo.
En el documento WO96/25673, se describe un
sistema de localización de alcance diferencial para ser utilizado
en un sistema de radio de espectro ensanchado por saltos de
frecuencia. En este sistema, el transmisor transmite
simultáneamente dos portadoras de radiofrecuencia que presentan
frecuencias diferentes, de tal forma que se observa una diferencia
de fase proporcional al alcance del transmisor en una pluralidad de
sitios de receptor alejados del transmisor.
En la patente US nº 5.812.522, se da a conocer
un sistema para superponer transmisiones de voz y unos sistemas de
mensajería de datos con un sistema de localización de vehículos en
el que dicho sistema emplea saltos de frecuencias para determinar la
ubicación de los vehículos.
Según un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un sistema de localización inalámbrica
según las reivindicaciones 1 a 7.
Según un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para calcular la
ubicación geográfica de un transmisor móvil según las
reivindicaciones 8 a 14.
Como en el sistema dado a conocer en las
patentes '144 y '410, un sistema según la presente invención recibe
las señales transmitidas por los teléfonos inalámbricos, o
transmisores similares, en una pluralidad de sitios receptores o
captadores de señales. No obstante, para mejorar todavía más la
precisión de la información de localización proporcionada por el
sistema de localización, el sistema de la presente invención
sintetiza un ancho de banda, y por lo tanto una resolución
temporal, mayor que el que se dispondría sin dicho sistema. Por
ejemplo, la presente invención puede utilizarse para obtener un
ancho de banda superior al ancho de banda de 20 KHz habitual de las
señales que van a ser sometidas a correlación cruzada (ya sea en el
dominio del tiempo o en el dominio de la frecuencia) en una
aplicación de localización de teléfonos celulares. Con dicha
síntesis de ancho de banda, por ejemplo, pueden destinarse hasta
12,5 MHz de ancho de banda, que es la cantidad asignada por la FCC
a cada operador de un sistema celular, a las tareas de
localización.
En una forma de realización preferida
actualmente de la presente invención, el sistema de localización
inalámbrica (WLS) ordena al centro de conmutación de servicios
móviles (MTSO) que se encargue de que el transmisor inalámbrico que
se desea localizar cambie de canales de frecuencias, y se observa la
fase de la onda portadora doblemente diferenciada de la señal
transmitida (o la diferencia en el tiempo de llegada) en cada una de
las numerosas frecuencias comprendidas dentro del ancho de banda
más grande posible. Los datos de medición de fase de estas
numerosas frecuencias se combinan para resolver la ambigüedad del
número entero de longitudes de onda inherente al cálculo de la
ubicación a partir de la información de fase. Para empezar el
procedimiento de resolución de la ambigüedad, se utilizan
mediciones de retardo agrupadas de canales de una frecuencia con
doble diferenciación para resolver la ambigüedad en la diferencia
de fase doblemente diferenciada entre los canales de frecuencias
menos separadas. Como se ha mencionado, este procedimiento de
síntesis de ancho de banda puede aumentar mucho la precisión del
cálculo de la ubicación.
Según otro aspecto de la presente invención, un
procedimiento para ser utilizado en un sistema de localización
inalámbrica con el propósito de calcular la ubicación geográfica de
un transmisor móvil comprende las etapas de utilización de una
señal de banda estrecha transmitida por el transmisor móvil para
obtener una estimación TDOA inicial; transmisión por el transmisor
móvil de señales de banda estrecha adicionales a una pluralidad de
frecuencias separadas comprendidas dentro de una banda ancha de
frecuencias predefinidas y utilización de las señales de banda
estrecha adicionales en conjunción con la primera señal para obtener
una estimación TDOA mejorada. La estimación TDOA inicial se utiliza
preferentemente para resolver la ambigüedad entera de la diferencia
de fase complementaria entre las señales de banda estrecha
adicionales y la pluralidad de frecuencias separadas.
A continuación, se describirán otras
características y ventajas de la presente invención.
Las Figuras 1 y 1A representan esquemáticamente
un sistema de localización inalámbrica según la presente
invención.
La Figura 2 representa esquemáticamente un
sistema de captación de señales (SCS) 10 según la presente
invención.
La Figura 2A representa esquemáticamente un
módulo receptor 10-2 empleado por el sistema de
captación de señales.
Las Figuras 2B y 2C representan esquemáticamente
formas alternativas de acoplar el módulo o los módulos
receptores10-2 con las antenas
10-1.
La Figura 2C-1 es un diagrama de
flujo de un procedimiento empleado por el sistema de localización
inalámbrica cuando se utilizan módulos receptores de banda
estrecha.
La Figura 2D representa esquemáticamente un
módulo DSP 10-3 empleado en el sistema de captación
de señales según la presente invención.
La Figura 2E es un diagrama de flujo del
funcionamiento del módulo o los módulos DSP 10-3, y
la Figura 2E es un diagrama de flujo del procedimiento empleado por
los módulos DSP para detectar los canales activos.
La Figura 2F representa esquemáticamente un
módulo de control y comunicaciones 10-5 según la
presente invención.
Las Figuras 2G a 2J representan aspectos de los
procedimientos de calibración SCS preferidos actualmente. La Figura
2G es una ilustración esquemática de los valores de referencia y los
valores de error utilizados para describir un procedimiento de
calibración externa según la presente invención. La Figura 2H es un
diagrama de flujo de un procedimiento de calibración interna. La
Figura 2I es un ejemplo de función de transferencia de un canal de
control AMPS y la Figura 2J representa un ejemplo de señal tipo
peine.
Las Figuras 2K y 2L son diagramas de flujo de
dos procedimientos para supervisar el rendimiento de un sistema de
localización inalámbrica según la presente invención.
La Figura 3 representa esquemáticamente un
procesador de localización TDOA 12 según la presente invención.
La Figura 3A representa la estructura de un
ejemplo de mapa de la red mantenido por los controladores TLP según
la presente invención.
Las Figuras 4 y 4A representan esquemáticamente
diferentes aspectos de un procesador de aplicaciones 14 según la
presente invención.
La Figura 5 es un diagrama de flujo de un
procedimiento de procesamiento de localización basado en una
estación central según la presente invención.
La Figura 6 es un diagrama de flujo de un
procedimiento de procesamiento de localización basado en una
estación según la presente invención.
La Figura 7 es un diagrama de flujo de un
procedimiento para determinar, para cada transmisión que se desea
localizar, si se va a emplear un procesamiento basado en una central
o un procesamiento basado en una estación.
La Figura 8 es un diagrama de flujo de un
procedimiento dinámico utilizado para seleccionar las antenas y los
SCS cooperadores 10 utilizados en el procesamiento de
localización.
La Figura 9 es un diagrama al cual se hace
referencia más adelante en la descripción de un procedimiento para
seleccionar una lista de SCS y antenas candidatas mediante un
conjunto de criterios predeterminados.
Las Figuras 10A y 10B son diagramas de flujo de
procedimientos alternativos para incrementar el ancho de banda de la
señal transmitida y mejorar la precisión de la localización.
Las Figuras 11A a 11C son diagramas de flujo de
señal y la Figura 11D es un diagrama de flujo. Dichos diagramas se
utilizan para describir un procedimiento inventivo para combinar
varias estimaciones de localización estadísticamente independientes
y proporcionar una estimación con una mayor precisión.
La Figura 12A y la Figura 12B son un diagrama de
bloques y un gráfico, respectivamente, para describir un
procedimiento de síntesis de ancho de banda.
El sistema de localización inalámbrica (WLS)
funciona como una superposición pasiva a un sistema de
comunicaciones inalámbricas, tal como un sistema celular, PCS o
ESMR, aunque los conceptos no se limitan únicamente a estos tipos
de sistemas de comunicaciones. Los sistemas de comunicaciones
inalámbricas generalmente no son adecuados para localizar
dispositivos inalámbricos, puesto que los diseños de los
transmisores inalámbricos y sitios celulares no incluyen las
funciones necesarias para llevar a cabo una localización precisa. En
esta solicitud, se considera que una localización es precisa si se
halla comprendida entre 30,5 y 122 metros (100 a 400 pies) RMS
(valor cuadrático medio). Esta precisión se diferencia de la
precisión de localización que puede conseguirse mediante los sitios
celulares existentes, que generalmente se limita al radio del sitio
celular. En general, los sitios celulares no están diseñados ni
programados para cooperar entre sí para determinar la ubicación del
transmisor inalámbrico. Además, los transmisores inalámbricos, tales
como los teléfonos celulares y teléfonos PCS, están diseñados para
ser comercializados a precios módicos y, por consiguiente,
generalmente no presentan la capacidad de localización incorporada.
El sistema de localización inalámbrica se ha diseñado como una
ampliación de bajo coste para un sistema de comunicaciones
inalámbricas, que conlleva cambios mínimos en los sitios celulares
y ningún cambio en los transmisores inalámbricos corrientes. El
sistema de localización inalámbrica es pasivo porque no contiene
transmisores y, por lo tanto, no puede provocar interferencias de
ningún tipo en el sistema de comunicaciones inalámbricas. El
sistema de localización inalámbrica utiliza sólo los propios
receptores especializados de los sitios celulares u otras
ubicaciones
de recepción.
de recepción.
Como se representa en la Figura 1, el sistema de
localización inalámbrica presenta cuatro tipos de subsistemas
principales: los sistemas de captación de señales (SCS) 10, los
procesadores de localización TDOA (TLP) 12, los procesadores de
aplicaciones (AP) 14 y la consola de operaciones de la red (NOC) 16.
Cada SCS es responsable de la recepción de las señales RF
transmitidas por los transmisores inalámbricos en los canales de
control y los canales de voz. En general, cada SCS se instala
preferentemente en un sitio celular de la empresa de
telecomunicaciones inalámbricas y, por consiguiente, funciona en
paralelo con una estación base. Cada TLP 12 es responsable de
gestionar una red de SCS 10 y de proporcionar un conjunto
centralizado de recursos de procesamiento de señales digitales
(DSP) que pueden ser utilizados en los cálculos de localización. Los
SCS 10 y los TLP 12 funcionan conjuntamente para determinar la
ubicación de los transmisores inalámbricos, como se describirá en
mayor detalle más adelante. El procesamiento de señales digitales es
la manera preferida para procesar las señales de radio, porque los
DSP son relativamente económicos, proporcionan un funcionamiento
coherente y son fácilmente reprogramables para atender muchas tareas
diferentes. Tanto los SCS 10 como los TLP 12 contienen una cantidad
significativa de recursos DSP, y el software de estos sistemas puede
funcionar dinámicamente para determinar si debe aplicarse una
función de procesamiento particular basándose en el equilibrio
entre el tiempo de procesamiento, el tiempo de las comunicaciones,
el tiempo de permanencia en cola y el coste. Cada TLP 12 se dispone
en una posición central, con el objetivo principal de reducir el
coste global de implementación del sistema de localización
inalámbrica, aunque las técnicas descritas en la presente memoria no
se limitan a la arquitectura preferida representada. Es decir, los
recursos DSP pueden ser trasladados a otro sitio del sistema de
localización inalámbrica sin cambiar los conceptos básicos ni las
funciones dadas a conocer.
Los AP 14 son responsables de la gestión de
todos los recursos del sistema de localización inalámbrica,
incluidos los SCS 10 y los TLP 12. Cada AP 14 contiene también una
base de datos especializada que contiene "desencadenantes"
para el sistema de localización inalámbrica. Para conservar
recursos, el sistema de localización inalámbrica puede programarse
para localizar sólo ciertos tipos de transmisiones predeterminados.
Cuando se realiza una transmisión de un tipo predeterminado, el
sistema de localización inalámbrica es activado para iniciar el
procesamiento de localización. En caso contrario, el sistema de
localización inalámbrica puede programarse para hacer caso omiso de
la transmisión. Cada AP 14 contiene también interfaces de
aplicaciones que permiten a una diversidad de aplicaciones acceder
de forma segura al sistema de localización inalámbrica. Estas
aplicaciones pueden, por ejemplo, acceder a registros de
localización en tiempo real o no real, crear o suprimir cierto tipo
de desencadenantes o hacer que el sistema de localización
inalámbrica emprenda otras acciones. Cada AP 14 es capaz también de
realizar ciertas funciones de postprocesamiento que permiten al AP
14 combinar un grupo de registros de localización para generar
informes o análisis ampliados que resultan útiles para aplicaciones
tales como el control de tráfico o la optimización RF.
La NOC 16 es un sistema de gestión de la red que
proporciona a los operadores del sistema de localización
inalámbrica un fácil acceso a los parámetros de programación del
sistema de localización inalámbrica. Por ejemplo, en algunas
ciudades, el sistema de localización inalámbrica puede contener
muchos centenares o incluso millares de SCS 10. La NOC constituye
la manera más eficaz de gestionar un sistema de localización
inalámbrica de gran tamaño, mediante las capacidades de la interfaz
gráfica de usuario. La NOC recibe también alertas en tiempo real si
determinadas funciones del sistema de localización inalámbrica no
funcionan correctamente. Estas alertas en tiempo real pueden ser
utilizadas por el operador para emprender con rapidez una medida
correctora e impedir la degradación del servicio de localización.
Se han realizado pruebas con el sistema de localización inalámbrica
que demuestran que la capacidad del sistema para mantener una buena
precisión de la localización a lo largo del tiempo está
directamente relacionada con la capacidad del operador para mantener
el sistema en funcionamiento dentro de sus parámetros
predeterminados.
La consulta de las patentes US nº 5.327.144 y nº
5.608.410 y la presente memoria permite reconocer las similitudes
entre los respectivos sistemas. En realidad, el sistema dado a
conocer en la presente memoria se basa significativamente en el
sistema descrito en dichas patentes previas, aunque representa una
mejora sustancial respecto de éste. Por ejemplo, el SCS 10 se ha
ampliado y mejorado con respecto al sistema de sitios de antena
descrito en la patente n.º 5.608.410. Ahora, el SCS 10 es capaz de
admitir muchas más antenas en un solo sitio celular y además puede
admitir la utilización de antenas ampliadas como las descritas más
adelante. Esto permite al SCS 10 operar con los sitios celulares
divididos en sectores comúnmente utilizados en la actualidad. El SCS
10 también puede transferir datos de varias antenas de un sitio
celular al TLP 12, en lugar de combinar siempre los datos de varias
antenas antes de transferirlos. Además, el SCS 10 puede admitir
varios protocolos de interfaz aérea, permitiendo de ese modo al SCS
10 seguir funcionando aun cuando la empresa de telecomunicaciones
inalámbricas cambie continuamente la configuración de su
sistema.
El TLP 12 es similar al sistema de sitio central
dado a conocer en la patente nº 5.608.410, aunque
también ha sido ampliado y mejorado. Por ejemplo, el TLP 12 actual
es escalable, de manera que la cantidad de recursos DSP necesarios
para cada TLP 12 puede ser escalada correctamente para adaptarse al
número de ubicaciones por segundo deseado por los clientes del
sistema de localización inalámbrica. Para admitir el escalado en
diferentes capacidades del sistema de localización inalámbrica, se
ha añadido un sistema de interconexión de redes al TLP 12, para que
de ese modo varios TLP 12 puedan cooperar y compartir datos RF a
través de los límites de las redes de sistemas de comunicación
inalámbrica. Además, el TLP 12 ha sido dotado de unos medios de
control para determinar los SCS 10, y todavía más importante, las
antenas de cada uno de los SCS 10, desde los cuales el TLP 12 va a
recibir datos para procesar una ubicación concreta. Previamente, los
sistemas de sitios de antena enviaban automáticamente los datos al
sistema de sitio central, tanto si el sistema de sitio central los
solicitaba como si no. Además, el SCS 10 y el TLP 12 combinados han
sido diseñados con unos medios adicionales para eliminar la
propagación por trayectorias múltiples de las transmisiones
recibidas.
El subsistema de base de datos del sistema de
sitio central se ha ampliado y perfeccionado para convertirse en el
AP 14. El AP 14 puede operar con una mayor diversidad de
aplicaciones que las dadas a conocer previamente en la patente nº
5.608.410, e incluye la capacidad para realizar el postprocesamiento
de grandes volúmenes de registros de localización de varios
transmisores inalámbricos. Estos datos de postprocesamiento pueden
proporcionar, por ejemplo, mapas muy eficaces que pueden ser
utilizados por las empresas de telecomunicaciones inalámbricas para
mejorar y explotar al máximo el diseño RF de los sistemas de
comunicaciones. Esto puede conseguirse, por ejemplo, realizando un
trazado de las ubicaciones de todos los llamantes de un área y las
intensidades de las señales recibidas en un grupo de sitios
celulares. La empresa de telecomunicaciones puede determinar,
entonces, si en realidad cada sitio celular está prestando servicio
en el área de cobertura deseada. El AP 14 también puede almacenar
registros de localización de forma anónima, es decir, prescindiendo
del MIN u otra información de identidad en el registro de
localización, de tal forma que el registro de localización pueda
ser utilizado en la optimización RF o el control de tráfico sin
vulnerar los derechos de intimidad de los usuarios individuales.
Como se representa en la Figura 1A, una
implementación preferida actualmente del sistema de localización
inalámbrica incluye una pluralidad de zonas SCS que comprenden
varios SCS 10 cada una. Por ejemplo, la "zona SCS 1" incluye
los SCS 10A y 10B (y preferentemente otros no representados) que
están situados en respectivos sitios celulares y comparten antenas
con las estaciones base de estos sitios celulares. Se utilizan
unidades de derivación e inserción 11A y 11B para interconectar
líneas T1/E1 fraccionales con líneas T1/E1 completas, que a su vez
se acoplan con un sistema de acceso y control digital (DACS) 13A. El
DACS 13A y otro DACS 13B se utilizan de la manera descrita en mayor
detalle más adelante para permitir la comunicación entre los SCS
10A, 10B, etc., y los diversos TLP 12A, 12B, etc. Como se
representa, los TLP suelen ocupar una ubicación conjunta e
interconectarse por medio de una red Ethernet (red troncal) y una
segunda red Ethernet redundante. A las redes Ethernet, se conectan
asimismo varios AP 14A y 14B, varias NOC 16A y 16B y un servidor
terminal 15. Los encaminadores 19A y 19B se utilizan para acoplar
un sistema de localización inalámbrica con uno o más sistemas de
localización inalámbrica diferentes.
Generalmente, los sitios celulares presentan una
de las siguientes configuraciones de antena: (i) un sitio
onmidireccional con 1 ó 2 antenas de recepción o (ii) un sitio
dividido en 1, 2 ó 3 sectores, en cada uno de los cuales se
utilizan 1 ó 2 antenas de recepción. Puesto que el número de sitios
celulares se ha incrementado tanto en Estados Unidos como en el
resto de países, los sitios celulares divididos en sectores se han
convertido en la configuración predominante. No obstante, existe
también un número creciente de microcélulas y picocélulas que
pueden ser omnidireccionales. Por consiguiente, el SCS 10 es capaz
de adaptar su configuración a cualquiera de estos sitios celulares
habituales y está dotado de mecanismos para emplear cualquier número
de antenas en un sitio celular.
Los elementos estructurales básicos del SCS 10
son iguales a los del sistema de sitios de antena descrito en la
patente n.º 5.608.410, aunque se han realizado diversas mejoras para
incrementar la flexibilidad del SCS 10 y reducir el coste de
implantación del sistema en el mercado. En la presente memoria, se
describe la forma de realización más preferida actualmente del SCS
10. El SCS 10, representado de forma general en la Figura 2,
incluye unos módulos receptores digitales 10-2A a
10-2C; unos módulos DSP 10-3A a
10-3C, un bus serie 10-4, un módulo
de control y comunicaciones 10-5, un módulo GPS
10-6 y un módulo de distribución del reloj
10-7. El SCS 10 presenta las siguientes conexiones
externas: fuente de alimentación, comunicaciones T1/E1
fraccionales, conexiones RF con las antenas y una conexión con una
antena GPS para el módulo de generación de impulsos de tiempo (o de
distribución del reloj) 10-7. Gracias a la
estructura y la presentación del SCS 10, éste puede ocupar una
ubicación física conjunta con los sitios celulares (el lugar de
instalación más común), puede estar situado en otros tipos de
torres (FM, AM, comunicaciones bidireccionales de emergencia,
televisión, etc.) o puede estar situado en otras estructuras de un
edificio (tejados, silos, etc.).
El sistema de localización inalámbrica depende
de la determinación precisa del tiempo en todos los SCS 10
contenidos en una red. Se han descrito diversos sistemas de
generación de temporización diferentes en publicaciones previas, no
obstante, la forma de realización más preferida actualmente se basa
en un receptor GPS mejorado 10-6. Este receptor GPS
mejorado difiere de los receptores GPS más tradicionales, en la
medida en que el receptor contiene algoritmos que suprimen parte de
la inestabilidad temporal de las señales GPS y garantizan que
cualquier par de SCS 10 contenidos en una red puedan recibir
impulsos de temporización con menos de diez segundos de diferencia
aproximadamente uno respecto del otro. Estos receptores GPS
mejorados están disponibles en el mercado actualmente y permiten
reducir todavía más algunos de los errores relacionados con la
referencia de tiempo que se producían en las implementaciones
previas de los sistemas de localización inalámbrica. Aunque este
receptor GPS mejorado puede generar una referencia de tiempo muy
precisa, la salida del receptor todavía puede presentar un ruido de
fase inadmisible. Por consiguiente, la salida del receptor se
introduce en un circuito de bucle de enganche de fase de bajo ruido
de fase accionado por un oscilador de cuarzo que puede generar
señales de referencia de 10 MHz y un impulso por segundo (PPS) con
menos de 0,01 grados RMS. de ruido de fase, obteniéndose el impulso
de cada SCS 10 de la red del sistema de localización inalámbrica a
menos de diez nanosegundos de cualquier otro impulso de otro SCS
10. Esta combinación de receptor GPS mejorado, oscilador de cuarzo y
bucle de enganche de fase constituye el procedimiento preferido
actualmente para generar señales de referencia de tiempo y
frecuencia estables con bajo ruido de fase.
El SCS 10 ha sido diseñado para admitir varias
bandas de frecuencias y diversas empresas de telecomunicaciones con
equipamiento instalado en el mismo sitio celular. Esta capacidad
puede ser facilitada por la utilización de varios receptores
internos en un solo armazón de SCS, o por la utilización de varios
armazones con receptores separados. En caso de que se instalen
varios armazones SCS en el mismo sitio celular, los SCS 10 pueden
compartir un único circuito de generación de
temporización/distribución de reloj 10-7,
reduciéndose de ese modo el coste global del sistema. Las señales
de salida de 10 MHz y un pps del circuito de generación de
temporización se amplifican y se almacenan en memoria tampón dentro
del SCS 10 y, a continuación, se proporcionan por medio de
conectores externos. Por consiguiente, un segundo SCS puede recibir
su temporización desde un primer SCS utilizando la salida de
memoria tampón y los conectores externos. Estas señales también
pueden ponerse a disposición del equipamiento de estación base que
ocupa una ubicación conjunta en el sitio celular. Esto puede
resultar útil a la estación base, por ejemplo, en la mejora del
patrón de reutilización de frecuencias de un sistema de
comunicaciones inalámbricas.
Cuando un transmisor inalámbrico realiza una
transmisión, el sistema de localización inalámbrica debe recibir la
transmisión en varios SCS 10 situados en varios sitios celulares
geográficamente dispersos. Por consiguiente, cada SCS 10 presenta
la capacidad para recibir una transmisión en cualquier canal RF en
el que se haya originado la transmisión. Además, puesto que el SCS
10 es capaz de admitir varios protocolos de interfaz aérea, el SCS
10 también admite varios tipos de canales RF. Esto contrasta con los
receptores de estación base más comunes, que habitualmente reciben
sólo un tipo de canal y pueden recibir sólo por canales RF
seleccionados en cada sitio celular. Por ejemplo, un receptor de
estación base TDMA corriente sólo admite canales de 30 KHz de ancho,
y cada receptor está programado para recibir solamente señales por
un único canal cuya frecuencia no cambia a menudo (es decir, el
plan de frecuencias es relativamente fijo). Por consiguiente, una
transmisión en cualquier frecuencia determinada será recibida por
muy pocos receptores de estación base TDMA. En otro ejemplo, aunque
algunos receptores de estación base GSM presentan la capacidad de
saltos de frecuencia, los receptores de las diversas estaciones de
base generalmente no son capaces de sintonizarse de forma simultánea
con una única frecuencia con el propósito de realizar el
procesamiento de localización. En realidad, los receptores de las
estaciones base GSM están programados para saltar de frecuencia con
la finalidad de evitar el uso de un canal RF que está siendo
utilizado por otro transmisor y, por lo tanto, reducir al mínimo la
interferencia.
El módulo receptor SCS 10-2 es
preferentemente un receptor digital dual de banda ancha que puede
recibir toda la banda de frecuencias y todos los canales RF de una
interfaz aérea. En los sistemas celulares de Estados Unidos, este
módulo receptor es de 15 MHz o 25 MHz de ancho y, por consiguiente,
es capaz de recibir todos los canales de una portadora o todos los
canales de ambas portadoras. El módulo receptor presenta muchas de
las características del receptor descrito previamente en la patente
nº 5.608.410, y la Figura 2A es un diagrama
de bloques de la forma de realización preferida actualmente. Cada
módulo receptor contiene una sección de sintonizador RF
10-2-1, una sección de interfaz de
datos y control 10-2-2 y una sección
de conversión analógico-digital
10-2-3. La sección de sintonizador
RF 10-2-1 incluye dos receptores
digitales completamente independientes (incluidos el sintonizador
n.º 1 y el sintonizador n.º 2) que convierten la entrada RF
analógica de un conector externo en un tren de datos digitalizados.
A diferencia de la mayoría de receptores de estación base, el
módulo receptor SCS no lleva a cabo ni la diversidad por combinación
ni la diversidad por conmutación. En su lugar, la señal
digitalizada de cada receptor independiente se pone a disposición
del procesamiento de localización. Se han determinado que la
posibilidad de procesar independientemente las señales de cada
antena en lugar de realizar la combinación de éstas en el módulo
receptor representa una ventaja para el procesamiento de
localización y, en particular, el procesamiento de mitigación de
trayectorias múltiples.
El módulo receptor 10-2 realiza,
o se acopla a elementos que realizan, las siguientes funciones:
control automático de ganancia (para aceptar señales intensas
cercanas y señales débiles alejadas), filtrado pasabanda para
suprimir las señales potencialmente interferentes de fuera de la
banda RF deseada, síntesis de las frecuencias necesarias para la
mezcla con las señales RF y la creación de una señal IF que pueda
ser sometida a muestreo, mezcla y conversión
analógico-digital (ADC) para someter las señales RF
a muestreo y generar un tren de datos digitalizados que presenta un
ancho de banda y una resolución binaria adecuados. El sintetizador
de frecuencias sincroniza las frecuencias sintetizadas con la señal
de referencia de 10 MHz del módulo de distribución del
reloj/generación de temporización 10-7 (Figura 2).
Todos los circuitos utilizados en el módulo receptor mantienen las
características de bajo ruido de fase de la señal de referencia de
tiempo. El módulo receptor presenta preferentemente un rango
dinámico libre de espúrias de por lo menos 80 dB.
El módulo receptor 10-2 también
contiene circuitos para generar frecuencias de prueba y señales de
calibración, así como puertas de prueba donde los técnicos pueden
realizar mediciones durante la instalación o la localización y
resolución de problemas. Más adelante, se describirán diversos
procedimientos de calibración en mayor detalle. Las frecuencias
generadas internamente y las puertas de prueba proporcionan un
procedimiento fácil para que los ingenieros y los técnicos
comprueben con rapidez el módulo receptor y diagnostiquen cualquier
problema sospechado. Esto también resulta particularmente útil
durante el procedimiento de fabricación.
Una de las ventajas del sistema de localización
inalámbrica descrito en la presente memoria es que no es necesario
instalar nuevas antenas en los sitios celulares. El sistema de
localización inalámbrica puede utilizar las antenas existentes
instaladas en la mayoría de sitios celulares, incluidas las antenas
omnidireccionales y las antenas sectorizadas. Esta característica
puede permitir ahorros significativos en los costes de instalación
y mantenimiento del sistema de localización inalámbrica en
comparación con otras propuestas descritas en la técnica anterior.
Los receptores digitales de los SCS 10-2 pueden
conectarse de dos maneras (representadas en las Figuras 2B y 2C,
respectivamente) a las antenas. En la Figura 2B, los receptores SCS
10-2 se conectan al multiacoplador o divisor de RF
del sitio celular. De esta manera, el SCS 10 utiliza el
preamplificador de bajo ruido, el filtro pasabanda y el
multiacoplador o divisor de RF presentes en el sitio celular. Este
tipo de conexión habitualmente limita el SCS 10 a la banda de
frecuencias de una única empresa de telecomunicaciones. Por
ejemplo, una empresa de telecomunicaciones celulares de banda A
utiliza habitualmente el filtro pasabanda para bloquear las señales
de los clientes de la empresa de telecomunicaciones de banda B, y
viceversa.
En la Figura 2C, la trayectoria RF del sitio
celular ha sido interrumpida y se ha añadido un nuevo
preamplificador, filtro pasabanda y divisor de RF que pasan a
formar parte del sistema de localización inalámbrica. El nuevo
filtro pasabanda deja pasar varias bandas de frecuencias contiguas,
tales como las de las empresas de telecomunicaciones celulares de
banda A y banda B, permitiendo de ese modo que el sistema de
localización inalámbrica localice los transmisores inalámbricos
mediante ambos sistemas celulares y las antenas de un solo sitio
celular. En esta configuración, el sistema de localización
inalámbrica utiliza componentes RF correspondientes de cada sitio
celular, de tal forma que las respuestas
fase-frecuencia son idénticas. Esto contrasta con
los componentes RF existentes, que pueden ser de fabricantes
diferentes o de números de modelos diferentes en los diversos
sitios celulares. Esta correspondencia de las características de
respuesta de los componentes RF reduce una posible fuente de
errores del procesamiento de localización, aunque el sistema de
localización inalámbrica presenta la capacidad de compensar estas
fuentes de errores. Por último, el nuevo preamplificador instalado
con el sistema de localización inalámbrica presentará un factor de
ruido muy bajo para mejorar la sensibilidad del SCS 10 de un sitio
celular. La mayor contribución al factor de ruido global de los
receptores digitales SCS 10-2 se debe al factor de
ruido de los amplificadores de bajo ruido. Gracias a la capacidad
del sistema de localización inalámbrica para utilizar señales
débiles en el procesamiento de localización, mientras que la
estación base habitualmente no puede procesar señales débiles, el
sistema de localización inalámbrica puede beneficiarse de forma
significativa de un amplificador de muy bajo ruido de alta
calidad.
calidad.
Para aumentar la capacidad del sistema de
localización inalámbrica para determinar con precisión la TDOA de
una transmisión inalámbrica, la respuesta
fase-frecuencia de los componentes RF del sitio
celular se determina en el momento de la instalación, se actualiza
en otros momentos determinados y finalmente se almacena en una
tabla del sistema de localización inalámbrica. Esto puede ser
importante, por ejemplo, debido a que los filtros pasabanda o
multiacopladores de algunos fabricantes presentan una respuesta
fase-frecuencia de pendiente pronunciada y no
lineal cerca del borde de la banda de paso. Si el borde de la banda
de paso está muy cerca o coincide con los canales de control o voz
inversos, entonces el sistema de localización inalámbrica realiza
mediciones incorrectas de las características de fase de la señal
transmitida si no ha corregido las mediciones mediante las
características almacenadas. Esto adquiere todavía más importancia
cuando la empresa de telecomunicaciones instala multiacopladores o
filtros pasabanda de más de un fabricante, debido a que las
características de cada sitio pueden ser diferentes. Además de
medir la respuesta fase-frecuencia, tal vez sea
necesario medir otros factores ambientales que pueden ocasionar
cambios en la trayectoria RF antes del ADC. Dichos factores deberán
ser calibrados de forma esporádica y a veces periódica
en el SCS 10.
en el SCS 10.
El SCS 10 admite también, como adición o
sustitución del módulo receptor de banda ancha, una forma de
realización de banda estrecha del módulo receptor
10-2. A diferencia del módulo receptor de banda
ancha que puede recibir simultáneamente todos los canales RF que
están siendo utilizados por un sistema de comunicaciones
inalámbricas, el receptor de banda estrecha sólo puede recibir uno
o algunos canales RF a la vez. Por ejemplo, el SCS 10 puede
trabajar con un receptor de banda estrecha de 60 KHz que abarca dos
canales de 30 KHz contiguos, en los sistemas AMPS/TDMA. El receptor
sigue siendo un receptor digital como el descrito para el módulo de
banda ancha; sin embargo, los circuitos de síntesis y mezcla de
frecuencias se utilizan para sintonizar dinámicamente el módulo
receptor con diversos canales RF previa petición. Esta sintonización
dinámica puede producirse habitualmente en un milisegundo o menos,
y el receptor puede permanecer en un canal RF específico tanto
tiempo como sea necesario para recibir y digitalizar los datos RF
para el procesamiento de localización.
La finalidad del receptor de banda estrecha es
reducir el coste de implementación de un sistema de localización
inalámbrica con respecto del coste asociado a los receptores de
banda ancha. Como es obvio, con dichos receptores de banda estrecha
se experimenta una disminución del rendimiento, pero la
disponibilidad de esta diversidad de receptores permite a las
empresas de telecomunicaciones inalámbricas disponer de más opciones
de coste/rendimiento. Se han añadido, al sistema de localización
inalámbrica, funciones inventivas y mejoras adicionales para admitir
este nuevo tipo de receptor de banda estrecha. Cuando se utiliza el
receptor de banda ancha, todos los canales RF se reciben de forma
continua en todos los SCS 10 y, después de la transmisión, el
sistema de localización inalámbrica puede utilizar los DSP
10-3 (Figura 2) para seleccionar dinámicamente
cualquier canal RF de la memoria digital. Con el receptor de banda
estrecha, el sistema de localización inalámbrica debe asegurar a
priori que los receptores de banda estrecha de los diversos
sitios celulares se sintonicen simultáneamente con el mismo canal
RF, de tal forma que todos los receptores puedan recibir,
digitalizar y almacenar simultáneamente la misma transmisión
inalámbrica. Por esta razón, el receptor de banda estrecha se
utiliza generalmente sólo para localizar transmisiones del canal de
voz que se sabe a priori que están teniendo lugar. Puesto que
las transmisiones del canal de control pueden producirse de forma
asincrónica en cualquier momento, el receptor de banda estrecha tal
vez no esté sintonizado con el canal correcto para recibir la
transmisión.
Cuando los receptores de banda estrecha se
utilizan para localizar transmisiones de canal de voz AMPS, el
sistema de localización inalámbrica presenta la capacidad para
cambiar temporalmente las características de modulación del
transmisor inalámbrico AMPS y facilitar el procesamiento de
localización. Esto puede ser necesario, porque los canales de voz
AMPS sólo se someten a modulación FM con adición de un tono
supervisor de bajo nivel llamado SAT. Como se sabe dentro de la
técnica, la cota inferior de Cramer-Rao de la
modulación FM AMPS es significativamente peor que la de la
modulación FSK con codificación Manchester utilizada para los
canales AMPS inversos y las transmisiones tipo
"espacio-ráfaga" por el canal de voz. Además,
los transmisores inalámbricos AMPS pueden transmitir con una
energía sumamente reducida si no existe ninguna señal moduladora de
entrada (es decir, cuando no habla nadie). Para mejorar la
estimación de localización mejorando las características de
modulación sin depender de la presencia ni la amplitud de una señal
moduladora de entrada, el sistema de localización inalámbrica puede
encargarse de que un transmisor inalámbrico AMPS transmita un
mensaje tipo "espacio-ráfaga" en el momento en
que los receptores de banda estrecha de los diversos SCS 10 se
sintonizan con el canal RF por el cual se enviará el mensaje, tal
como se describirá a continuación en mayor detalle.
El sistema de localización inalámbrica realiza
las etapas siguientes cuando utiliza el módulo receptor de banda
estrecha (véase el diagrama de flujo de la Figura
2C-1):
un primer transmisor inalámbrico se ocupa a
priori de transmitir en un canal RF particular;
el sistema de localización inalámbrica se activa
para realizar una estimación de localización del primer transmisor
inalámbrico (el desencadenante se puede producir internamente o
externamente por medio de una interfaz de mandato/respuesta);
el sistema de localización inalámbrica determina
el sitio celular, el sector, el canal RF, el intervalo de tiempo,
la máscara de código largo y la clave de encriptación (tal vez no
sean necesarios todos estos datos para todos los protocolos de
interfaz aérea) utilizados actualmente por el primer transmisor
inalámbrico;
el sistema de localización inalámbrica sintoniza
un primer receptor de banda estrecha adecuado de un primer SCS
adecuado 10 con el canal RF y el intervalo de tiempo del sitio
celular y sector designados, utilizándose habitualmente el término
"adecuado" en el sentido de "disponible" y "situado en
un lugar común o muy cercano";
el primer SCS 10 recibe un segmento temporal de
datos RF, que suele comprender desde algunos microsegundos hasta
decenas de milisegundos, del primer receptor de banda estrecha y
evalúa la potencia de transmisión, la SNR y las características de
modulación;
si la potencia de transmisión o la SNR se halla
por debajo de un umbral predeterminado, el sistema de localización
inalámbrica espera un período de tiempo predeterminado y luego
vuelve a la tercera etapa anterior (en la que el sistema de
localización inalámbrica determina el sitio celular, el sector,
etc.);
si la transmisión es una transmisión de canal de
voz AMPS y la modulación se halla por debajo de un umbral, el
sistema de localización inalámbrica solicita al sistema de
comunicaciones inalámbricas que envíe un mandato al primer
transmisor inalámbrico para establecer una transmisión tipo
"espacio-ráfaga" en el primer transmisor
inalámbrico;
el sistema de localización inalámbrica solicita
al sistema de comunicaciones inalámbricas que impida el traspaso
del transmisor inalámbrico a otro canal RF durante un período de
tiempo predeterminado;
el sistema de localización inalámbrica recibe
una respuesta desde el sistema de comunicaciones inalámbricas que
indica el período de tiempo durante el cual se impedirá el traspaso
del primer transmisor inalámbrico y, si así se solicita, el período
de tiempo durante el cual el sistema de comunicaciones inalámbricas
enviará un mandato al primer transmisor inalámbrico para establecer
una transmisión tipo "espacio-ráfaga";
el sistema de localización inalámbrica determina
la lista de antenas que se van a utilizar en el procesamiento de
localización (el procedimiento de selección de antenas se describe
más adelante);
el sistema de localización inalámbrica determina
la marca de tiempo más temprano del sistema de localización
inalámbrica en el que los receptores de banda estrecha conectados a
las antenas seleccionadas están disponibles para iniciar
simultáneamente la captación de datos RF del canal RF utilizado
actualmente por el primer transmisor inalámbrico;
basándose en la marca de tiempo más temprano del
sistema de localización inalámbrica y los períodos de tiempo de la
respuesta del sistema de comunicaciones inalámbricas, el sistema de
localización inalámbrica ordena a los receptores de banda estrecha
conectados a las antenas que se van a utilizar en el procesamiento
de localización que se sintonicen con el sitio celular, el sector y
el canal RF que están siendo utilizados actualmente por el primer
transmisor inalámbrico, y que reciban datos RF durante un tiempo de
permanencia predeterminado (basado en el ancho de banda de la
señal, la SNR y los requisitos de integración);
los datos RF recibidos por los receptores de
banda estrecha se escriben en la memoria de puerta doble;
comienza el procesamiento de localización con
los datos RF recibidos, de la forma descrita en las patentes nº
5.327.133 y nº 5.608.410 y en apartados posteriores;
el sistema de localización inalámbrica vuelve a
determinar el sitio celular, el sector, el canal RF, el intervalo
de tiempo, la máscara de código largo y la clave de encriptación
utilizados actualmente por el primer transmisor inalámbrico;
si el sitio celular, el sector, el canal RF, el
intervalo de tiempo, la máscara de código largo y la clave de
encriptación que están siendo utilizados actualmente por el primer
transmisor inalámbrico han cambiado entre consultas (es decir,
antes y después de recopilar los datos RF), el sistema de
localización inalámbrica detiene el procesamiento de localización,
genera un mensaje de alerta, en el que se indica que el
procesamiento de localización ha fallado debido a que el transmisor
inalámbrico ha cambiado de estado de transmisión durante el período
de tiempo en el que se estaban recibiendo datos RF, y reinicia todo
el procedimiento;
el procesamiento de localización con los datos
RF recibidos finaliza de conformidad con las etapas descritas más
abajo.
La determinación de los datos que incluyen el
sitio celular, el sector, el canal RF, el intervalo de tiempo, la
máscara de código largo y la clave de encriptación (tal vez no sean
necesarios todos estos datos en todos los protocolos de interfaz
aérea) habitualmente es realizada por el sistema de localización
inalámbrica a través de una interfaz de mandato/respuesta entre el
sistema de localización inalámbrica y el sistema de comunicaciones
inalámbricas.
La utilización del receptor de banda estrecha de
la manera descrita anteriormente constituye lo que se conoce como
"sintonización aleatoria", porque es posible dirigir los
receptores hacia cualquier canal RF con un mandato del sistema. Una
de las ventajas de la sintonización aleatoria es que sólo se
procesan las ubicaciones de los transmisores inalámbricos con
respecto a los cuales se ha activado el sistema de localización
inalámbrica. Una desventaja de la sintonización aleatoria es que
diversos factores de sincronización, incluida la interfaz entre el
sistema de comunicaciones inalámbricas y el sistema de localización
inalámbrica y los tiempos de latencia para la programación de los
receptores necesarios en todo el sistema, pueden limitar el
rendimiento total del procesamiento de localización. Por ejemplo, en
un sistema TDMA, la sintonización aleatoria utilizada en todo el
sistema de localización inalámbrica suele limitar el rendimiento del
procesamiento de localización a alrededor de 2,5 ubicaciones por
segundo y sector de sitio celular.
Por consiguiente, el receptor de banda estrecha
también admite otra modalidad, conocida como "sintonización
secuencial automática", que permite realizar un procesamiento de
localización con un mayor rendimiento. Por ejemplo, en un sistema
TDMA, basándose en supuestos acerca del tiempo de permanencia y el
tiempo de preparación similares a los del funcionamiento del
receptor de banda estrecha descrito anteriormente, la sintonización
secuencial puede proporcionar un rendimiento de procesamiento de
localización de alrededor de 41 ubicaciones por segundo y sector de
sitio celular, lo cual significa que los 395 canales RF TDMA pueden
ser procesados en alrededor de 9 segundos. Este incremento de la
proporción puede obtenerse sacando partido de, por ejemplo, los dos
canales RF contiguos que pueden recibirse simultáneamente,
realizando el procesamiento de localización de los tres intervalos
de tiempo TDMA de un canal RF y eliminando la necesidad de
sincronizarse con el sistema de comunicaciones inalámbricas. Cuando
el sistema de localización inalámbrica utiliza los receptores de
banda estrecha para la sintonización secuencial, el sistema de
localización inalámbrica desconoce la identidad del transmisor
inalámbrico, porque el sistema de localización inalámbrica no espera
a que se produzca un desencadenante, ni solicita al sistema de
comunicaciones inalámbricas la información de identidad antes de
recibir la transmisión. En este procedimiento, el sistema de
localización inalámbrica pasa en secuencia por todos los sitios
celulares, canales RF e intervalos de tiempo, realiza el
procesamiento de localización y presenta un registro de localización
en el que se proporciona una marca de tiempo, un sitio celular, un
canal RF, un intervalo de tiempo y una ubicación. Una vez obtenido
el registro de localización, el sistema de localización inalámbrica
y el sistema de comunicaciones inalámbricas comparan los registros
de localización con los datos del sistema de comunicaciones
inalámbricas que indican qué transmisores inalámbricos se estaban
utilizando en ese momento y qué sitios celulares, canales RF e
intervalos de tiempo estaba utilizando cada transmisor inalámbrico.
A continuación, el sistema de localización inalámbrica puede
retener los registros de localización de los transmisores
inalámbricos deseados y rechazar los registros de localización del
resto de transmisores inalámbricos.
Los módulos receptores digitales SCS
10-2 generan un tren de datos RF digitalizados que
presenta un ancho de banda y una resolución binaria especificados.
Por ejemplo, una forma de realización de 15 MHz del receptor de
banda ancha puede generar un tren de datos que contiene 60 millones
de muestras por segundo, a una resolución de 14 bits por muestra.
Este tren de datos RF contiene todos los canales RF que son
utilizados por el sistema de comunicaciones inalámbricas. Los
módulos DSP 10-3 reciben el tren de datos
digitalizados y pueden extraer cada canal RF individual a través
del mezclado y el filtrado digital. Asimismo, los DSP pueden reducir
la resolución binaria a petición del sistema de localización
inalámbrica, si es necesario reducir los requisitos de ancho de
banda entre el SCS 10 y el TLP 12. El sistema de localización
inalámbrica puede seleccionar dinámicamente la resolución binaria
con la que se van a enviar los datos RF de banda base digitalizados,
basándose en los requisitos de procesamiento para cada
localización. Los DSP se utilizan para que estas funciones reduzcan
los errores sistémicos que se pueden producir en la mezcla y el
filtrado con componentes analógicos. La utilización de los DSP
permite establecer una correspondencia perfecta en el procesamiento
entre cualquier par de SCS 10.
En la Figura 2D, se representa un diagrama de
bloques del módulo DSP 10-3, y en el diagrama de
flujo de la Figura 2E, se representa el funcionamiento del módulo
DSP. Como se observa en la Figura 2D, el módulo DSP
10-3 comprende los elementos siguientes: un par de
elementos DSP 10-3-1A y
10-3-1B, denominados globalmente
"primer" DSP; unos convertidores serie-paralelo
10-3-2; unos elementos de memoria de
puerta doble 10-3-3; un segundo DSP
10-3-4; un convertidor
paralelo-serie; una memoria tampón FIFO; un DSP
10-3-5 (incluida una RAM) para la
detección, otro DSP 10-3-6 para la
desmodulación y otro DSP 10-3-7 para
la normalización y el control; y un generador de direcciones
10-3-8. En una forma de realización
preferida actualmente, el módulo DSP 10-3 recibe el
tren de datos digitalizados de banda ancha (Figura 2E, etapa S1) y
utiliza el primer DSP (10-3-1A y
10-3-1B) para extraer bloques de
canales (etapa S2). Por ejemplo, un primer DSP programado para
funcionar como un receptor digital de extracción puede extraer
cuatro bloques de canales, cada uno de los cuales incluye por lo
menos 1,25 MHz de ancho de banda. Este ancho de banda puede incluir
42 canales de AMPS o TDMA, 6 canales de GSM o 1 canal de CDMA. No
es necesario que los bloques del DSP sean contiguos, puesto que el
DSP puede sintonizarse digitalmente de forma independiente con
cualquier conjunto de canales RF del ancho de banda del tren de
datos digitalizados de banda ancha. El DSP también puede aplicar la
detección de energía de banda ancha o banda estrecha a todos o
alguno de los canales del bloque, y comunicar los niveles de
potencia de cada canal al TLP 12 (etapa S3). Por ejemplo, cada 10
ms, el DSP puede realizar la detección de energía de banda ancha y
crear un mapa espectral RF para todos los canales de todos los
receptores (véase etapa S9). Debido a que este mapa espectral puede
ser enviado desde el SCS 10 hasta el TLP 12 cada 10 ms por medio
del enlace de comunicaciones que conecta el SCS 10 y el TLP 12,
podría producirse una sobrecarga de datos significativa. Por
consiguiente, el DSP reduce la sobrecarga de datos mediante
compresión-expansión de los datos hasta un número
finito de niveles. Por ejemplo, 84 dB de rango dinámico requieren 14
bits normalmente. En el procedimiento de
compresión-expansión implementado por el DSP, los
datos se reducen, por ejemplo, hasta sólo 4 bits seleccionando 16
niveles espectrales RF importantes para enviar al TLP 12. La
elección del número de niveles, y por lo tanto del número de bits,
así como la representación de los niveles, puede ser ajustada de
forma automática por el sistema de localización inalámbrica. Estos
ajustes se llevan a cabo para aumentar al máximo el valor
informativo de los mensajes espectrales RF enviados al TLP 12, así
como para optimizar la utilización del ancho de banda disponible en
el enlace de comunicaciones entre el SCS 10 y el TLP 12.
Después de la conversión, se hace pasar cada
bloque de canales RF (cada 1,25 MHz, por lo menos) a través del
convertidor serie-paralelo
10-3-2 y, a continuación, éstos se
almacenan en la memoria digital de doble puerta
10-3-3 (etapa S4). La memoria
digital es una memoria circular, lo cual significa que el módulo DSP
empieza a escribir los datos en la primera dirección de memoria y
continúa escribiendo en secuencia hasta alcanzar la última
dirección de memoria. Una vez se ha llegado a la última dirección de
memoria, el DSP vuelve a la primera dirección de memoria y continúa
escribiendo datos en la memoria de forma secuencial. Cada módulo DSP
suele contener suficiente memoria como para almacenar varios
segundos de datos de cada bloque de canales RF para tolerar los
tiempos de latencia y de permanencia en cola del procedimiento de
localización.
En el módulo DSP, la dirección de memoria en la
que se escriben los datos RF digitalizados y convertidos es la
marca de tiempo utilizada en el sistema de localización inalámbrica
y a la que se hace referencia en el procesamiento de localización
durante la determinación de la TDOA. Para asegurar que las marcas de
tiempo estén alineadas en todos los SCS 10 del sistema de
localización inalámbrica, el generador de direcciones
10-3-8 recibe la señal de un impulso
por segundo del módulo de generación de temporización/distribución
de reloj 10-7 (Figura 2). Periódicamente, los
generadores de direcciones de todos los SCS 10 de un sistema de
localización inalámbrica se reposicionarán de forma simultánea en
una dirección conocida. De esta manera, el procesamiento de
localización puede reducir o eliminar los errores de temporización
acumulados durante el registro de las marcas de tiempo de cada dato
digitalizado.
El generador de direcciones
10-3-8 controla las tareas de
escritura y lectura realizadas en la memoria digital de doble
puerta 10-3-3. La escritura tiene
lugar de forma continua, puesto que el ADC realiza continuamente el
muestreo y la digitalización de las señales RF y el primer DSP
(10-3-1A y
10-3-1B) realiza continuamente la
función de receptor digital de extracción. No obstante, la lectura
se realiza en ráfagas, cada vez que el sistema de localización
inalámbrica solicita datos para realizar la desmodulación y el
procesamiento de localización. El sistema de localización
inalámbrica incluso puede aplicar el procesamiento de localización
repetitivamente a una única transmisión y, por consiguiente,
necesitará acceder a los mismos datos diversas veces. Para atender
los numerosos requisitos del sistema de localización inalámbrica, el
generador de direcciones permite realizar la lectura de la memoria
digital de doble puerta a una velocidad superior a la de la
escritura. Habitualmente, la lectura puede realizarse a una
velocidad ocho veces superior a la de escritura.
El módulo DSP 10-3 utiliza el
segundo DSP 10-3-4 para leer los
datos de la memoria digital 10-3-3
y, a continuación, realiza una segunda función de receptor digital
de extracción para extraer datos de banda base de los bloques de
canales RF (etapa S5). Por ejemplo, el segundo DSP puede extraer
cualquier canal AMPS o TDMA de 30 KHz de cualquier bloque de
canales RF que haya sido digitalizado y almacenado en la memoria.
Del mismo modo, el segundo DSP puede extraer cualquier canal GSM.
No es necesario que el segundo DSP extraiga un canal CDMA, puesto
que el ancho de banda del canal ocupa el ancho de banda completo de
los datos RF almacenados. La combinación del primer DSP
10-3-1A y
10-3-1B y el segundo DSP
10-3-4 permite al módulo DSP
seleccionar, almacenar y recuperar cualquier canal RF de un sistema
de comunicaciones inalámbricas. Un módulo DSP habitualmente almacena
cuatro bloques de canales. En un sistema de modalidad doble
AMPS/TDMA, un único módulo DSP puede supervisar de forma continua y
simultánea hasta 42 canales de control analógicos inversos, hasta 84
canales de control digitales, y encargarse también de supervisar y
localizar cualquier transmisión de canal de voz. Un solo armazón SCS
admite habitualmente hasta tres módulos receptores
10-2 (Figura 2) para cubrir tres sectores de dos
antenas cada uno y hasta nueve módulos DSP (tres módulos DSP por
receptor permiten almacenar simultáneamente un ancho de banda de 15
MHz en memoria digital). Por lo tanto, el SCS 10 es un sistema muy
modular que puede escalarse con facilidad para adaptarse a
cualquier tipo de configuración de sitio celular y carga de
procesamiento.
El módulo DSP 10-3 también
realiza otras funciones, incluida la detección automática de los
canales activos utilizados en cada sector (etapa S6), la
desmodulación (etapa S7) y el procesamiento de localización basado
en estación (etapa S8). El sistema de localización inalámbrica
mantiene un mapa activo de la utilización de los canales RF en el
sistema de comunicaciones inalámbricas (etapa S9), hecho que permite
al sistema de localización inalámbrica gestionar los recursos de
recepción y de procesamiento e iniciar con rapidez el procesamiento
cuando se ha producido una transmisión particular deseada. El mapa
activo comprende una tabla mantenida dentro del sistema de
localización inalámbrica que indica, para cada antena conectada a un
SCS 10, los canales primarios asignados a dicho SCS 10 y los
protocolos utilizados en dichos canales. Un canal primario es un
canal de control RF asignado a una estación base que ocupa una
ubicación conjunta o cercana que la estación base utiliza para las
comunicaciones con los transmisores inalámbricos. Por ejemplo, en un
sistema celular habitual con sitios celulares divididos en
sectores, cada sector tendrá una frecuencia de canal de control RF
asignada para utilizar. Las frecuencias de canal de control se
asignarán habitualmente como canales primarios para un SCS 10 de
ubicación conjunta.
También puede asignarse el mismo SCS 10 para
supervisar los canales de control RF de otras estaciones base
cercanas como canales primarios, aun cuando otros SCS 10 tengan los
mismos canales principales asignados. De esta manera, el sistema de
localización inalámbrica implementa una redundancia de desmodulación
para el sistema que asegura que cualquier transmisión inalámbrica
determinada tenga una probabilidad infinitesimal de ser pasada por
alto. Cuando se utiliza esta característica de redundancia de
desmodulación, el sistema de localización inalámbrica recibe,
detecta y desmodula la misma transmisión inalámbrica dos o más veces
en más de un SCS 10. El sistema de localización inalámbrica incluye
unos medios para detectar cuando tiene lugar esta desmodulación
múltiple y para activar el procesamiento de localización sólo una
vez. Esta función, que se describe en mayor detalle más adelante,
ahorra recursos de procesamiento y comunicaciones del sistema de
localización inalámbrica. La capacidad de un único SCS 10 para
detectar y desmodular las transmisiones inalámbricas establecidas
en los sitios celulares que no ocupan una ubicación conjunta con el
SCS 10 permite a los operadores del sistema de localización
inalámbrica implementar redes de sistemas de localización
inalámbrica más eficaces. Por ejemplo, el sistema de localización
inalámbrica puede estar diseñado para utilizar un número de SCS 10
muy inferior al número de estaciones base que presenta el sistema de
comunicaciones inalámbricas.
En el sistema de localización inalámbrica, los
canales primarios se introducen y mantienen en la tabla mediante
dos procedimientos: la programación directa y la detección
automática. La programación directa comprende la introducción de
los datos del canal primario en la tabla utilizando una de las
interfaces de usuario del sistema de localización inalámbrica,
tales como la consola de operaciones de la red 16 (Figura 1), o
recibiendo datos de asignación de canal desde el sistema de
localización inalámbrica hasta la interfaz del sistema de
comunicaciones. Como alternativa, el módulo DSP
10-3 ejecuta también un procesamiento de fondo
denominado "procesamiento de detección automática", en el que
el DSP utiliza capacidad de procesamiento de reserva o programada
para detectar las transmisiones en diversos canales RF posibles y, a
continuación, tratar de desmodular estas transmisiones utilizando
protocolos probables. El módulo DSP puede confirmar entonces que los
canales primarios programados directamente son correctos, y también
puede detectar con rapidez los cambios efectuados en los canales en
la estación base y enviar un aviso al operador del sistema de
localización inalámbrica.
\newpage
El módulo DSP realiza las etapas siguientes en
la detección automática (véase la Figura 2E-1):
para cada canal de control o voz posible que
puede utilizarse en el área de cobertura del SCS 10, se establecen
contadores de ocupación (etapa S7-1);
al inicio de un período de detección, todos los
contadores de ocupación se ponen a cero (etapa
S7-2);
cada vez que se realiza una transmisión en un
canal RF especificado y el nivel de potencia recibida se halla por
encima de un umbral predeterminado particular, el contador de
ocupación de este canal se incrementa (etapa
S7-3);
cada vez que se realiza una transmisión en un
canal RF especificado y el nivel de potencia recibida se halla por
encima de un segundo umbral predeterminado particular, el módulo DSP
trata de desmodular cierta parte de la transmisión utilizando un
primer protocolo preferido (etapa S7-4);
si la desmodulación se realiza con éxito, se
incrementa un segundo contador de ocupación para ese canal (etapa
S7-5);
si la desmodulación no se realiza con éxito, el
módulo DSP trata de desmodular una parte de la transmisión
utilizando un segundo protocolo preferido (etapa
S7-6);
si la desmodulación se realiza con éxito, se
incrementa un tercer contador de ocupación para ese canal (etapa
S7-7);
al final de un período de detección, el sistema
de localización inalámbrica lee todos los contadores de ocupación
(etapa S7-8) y
el sistema de localización inalámbrica asigna
automáticamente canales primarios basándose en los contadores de
ocupación (etapa S7-9).
El operador del sistema de localización
inalámbrica puede examinar los contadores de ocupación y los
protocolos de asignación automática de canales primarios y
desmodulación, y anular cualquier ajuste realizado automáticamente.
Además, si la empresa de telecomunicaciones inalámbricas puede
utilizar más de dos protocolos preferidos, puede descargarse
software para detectar los protocolos adicionales para el módulo DSP
10-3. La arquitectura del SCS 10, basada en
receptores de banda ancha 10-2, módulos DSP
10-3 y software descargable, proporciona al sistema
de localización inalámbrica la capacidad para funcionar con varios
protocolos de desmodulación en un solo sistema, hecho que supone
una reducción significativa del coste, puesto que sólo se necesita
un solo SCS 10 en un sitio celular. Esto contrasta con muchas
arquitecturas de estación base, que pueden necesitar módulos
transceptores diferentes para los diferentes protocolos de
modulación. Por ejemplo, aunque el SCS 10 puede admitir la
tecnología AMPS, TDMA y CDMA simultáneamente en el mismo SCS 10, no
existe actualmente en el mercado ninguna estación base que presente
estas funciones.
La capacidad para detectar y desmodular varios
protocolos incluye también la capacidad para detectar
independientemente la utilización de la autenticación en los
mensajes transmitidos a través de ciertos protocolos de interfaz
aérea. La utilización de campos de autenticación en los transmisores
inalámbricos ha empezado a extenderse en los últimos años como un
medio para reducir la incidencia del fraude en los sistemas de
comunicaciones inalámbricas. No obstante, la autenticación no se ha
implementado en todos los transmisores inalámbricos. Cuando se
utiliza la autenticación, el protocolo generalmente inserta un campo
adicional en el mensaje transmitido. Frecuentemente, este campo se
inserta entre la identidad del transmisor inalámbrico y los dígitos
marcados en el mensaje transmitido. Cuando se desmodula una
transmisión inalámbrica, el sistema de localización inalámbrica
determina el número de campos del mensaje transmitido, así como el
tipo de mensaje (es decir, si se trata de un mensaje de registro,
de origen, de respuesta a radiobúsqueda, etc.). El sistema de
localización inalámbrica desmodula todos los campos y, si existe
algún campo adicional, teniendo en cuenta el tipo de mensaje
transmitido, el sistema de localización inalámbrica comprueba todos
los campos para detectar la presencia o no de una condición
desencadenante. Por ejemplo, si aparecen los dígitos "911"
marcados en el lugar adecuado de un campo, y el campo está situado
en el lugar adecuado sin autenticación o en el lugar adecuado con
autenticación, el sistema de localización inalámbrica se activa
como lo haría normalmente. En este ejemplo, es necesario que los
dígitos "911" aparezcan en secuencias tales como "911" o
"*911", y que no tengan antepuesto ni postpuesto ningún otro
dígito. Estas funciones reducen o eliminan los falsos
desencadenantes ocasionados por los dígitos "911" que forman
parte de un campo de autenticación.
La compatibilidad con varios protocolos de
desmodulación es importante para que el sistema de localización
inalámbrica funcione correctamente, ya que el procesamiento de
localización debe iniciarse con rapidez cuando un llamante
inalámbrico marca los dígitos "911". El sistema de localización
inalámbrica puede iniciar el procesamiento de localización mediante
dos procedimientos: desmodulando independientemente las
transmisiones del canal de control e iniciando el procesamiento de
localización mediante un grupo cualquiera de criterios, tales como
los dígitos marcados, o recibiendo desencadenantes de una fuente
externa, tal como el sistema de comunicaciones inalámbricas de la
empresa de telecomunicaciones. Los presentes inventores han
comprobado que la desmodulación independiente realizada por el SCS
10 da por resultado el tiempo de activación más corto, medido desde
el momento en que el usuario inalámbrico pulsa el botón
"ENVIAR" o "HABLAR" (o similar) del transmisor
inalámbrico.
El módulo de control y comunicaciones
10-5, representado en la Figura 2F, incluye memorias
tampones de datos 10-5-1, un
controlador 10-5-2, una memoria
10-5-3, una CPU
10-5-4 y un chip de comunicaciones
T1/E1 10-5-5. El módulo presenta
muchas de las características descritas previamente en la patente nº
5.608.410. Se han añadido varias mejoras a la presente forma de
realización. Por ejemplo, el SCS 10 incluye ahora una capacidad de
restauración remota automática, que será operativa aun cuando la CPU
del módulo de control y comunicaciones deje de ejecutar su software
programado. Esta capacidad puede reducir los costes operativos del
sistema de localización inalámbrica, ya que no es necesario que los
técnicos se desplacen hasta un sitio celular para restaurar un SCS
10 si éste deja de funcionar con normalidad. El circuito de
restauración automática supervisa la interfaz de comunicaciones
entre el SCS 10 y el TLP 12 para hallar una secuencia particular de
bits. Esta secuencia de bits es una secuencia que normalmente no se
encuentra durante las comunicaciones normales entre el SCS 10 y el
TLP 12 y que, por ejemplo, puede tener el formato "todo unos".
El circuito de restauración funciona independientemente de la CPU,
de tal forma que aunque la CPU haya pasado a un estado de bloqueo u
otro estado no operativo, el circuito seguirá siendo capaz de
restaurar el SCS 10 y cambiar la CPU a un estado operativo.
Este módulo está dotado actualmente de la
capacidad para registrar y presentar una amplia diversidad de datos
estadísticos y variables utilizadas en la supervisión o el
diagnóstico del rendimiento del SCS 10. Por ejemplo, el SCS 10
puede supervisar el porcentaje de utilización de la capacidad de
cualquier DSP u otro tipo de procesador del SCS 10, así como la
interfaz de comunicaciones entre el SCS 10 y el TLP 12. Estos
valores se comunican regularmente al AP 14 y la NOC 16, y se
utilizan para determinar cuándo se necesitan recursos de
procesamiento y de comunicaciones adicionales en el sistema. Por
ejemplo, pueden establecerse umbrales de alarma en la NOC para
indicar al operador si alguno de los recursos está sobrepasando
regularmente el umbral preestablecido. El SCS 10 también puede
supervisar el número de veces que las transmisiones han sido
desmoduladas con éxito, así como el número de fracasos. Esto
resulta útil para permitir a los operadores determinar si los
umbrales de señal para la desmodulación fijados son los más
adecuados.
Este módulo, así como los otros módulos, también
pueden comunicar por sí mismos su identidad al TLP 12. Como se
describirá, es posible conectar muchos SCS 10 a un único TLP 12.
Habitualmente, las comunicaciones entre los SCS 10 y los TLP 12 se
comparten con las comunicaciones entre las estaciones base y los
MSC. A menudo resulta difícil determinar rápidamente con exactitud
qué SCS 10 se han asignado a los circuitos particulares. Por
consiguiente, el SCS 10 contiene una identidad codificada por
hardware, que se registra en el momento de la instalación. Esta
identidad puede ser leída y verificada por el TLP 12 para determinar
positivamente qué SCS 10 asigna una empresa de telecomunicaciones a
cada uno de los diversos circuitos de comunicaciones diferentes.
Las comunicaciones SCS-TLP
funcionan con una diversidad de mensajes, que incluyen mensajes de
mandatos y respuestas, de descarga de software, de estado y señal
de "latido", de descarga de parámetros, de diagnóstico, de
datos espectrales, de datos de fase, de desmodulación de canales
primarios y de datos RF. El protocolo de comunicaciones está
diseñado para optimizar el funcionamiento del sistema de
localización inalámbrica reduciendo al mínimo la sobrecarga de
protocolo, e incluye un sistema de asignación de prioridades a los
mensajes. A cada tipo de mensaje se le asigna una prioridad.
Entonces, el SCS 10 y el TLP 12 colocan los mensajes en la cola por
orden de prioridad, de tal forma que un mensaje que tiene una
prioridad más alta será enviado antes que un mensaje que tiene una
prioridad más baja. Por ejemplo, a los mensajes de desmodulación, se
les da generalmente una prioridad más alta, debido a que el sistema
de localización inalámbrica debe iniciar sin demora el procesamiento
de localización cuando se realizan ciertos tipos de llamada (p.ej.,
E9-1-1). Aunque en la cola los
mensajes de prioridad más alta ocupan una posición anterior a la de
los mensajes de prioridad más baja, el protocolo generalmente no
sustituye un mensaje que ya se halla en tránsito. Es decir, un
mensaje que está en proceso de ser enviado a través de la interfaz
de comunicaciones SCS10-TLP12 llegará a su destino,
pero a continuación se enviará el mensaje de prioridad más alta que
contiene la marca de tiempo más temprano. Para reducir al mínimo la
latencia de los mensajes de alta prioridad, los mensajes largos,
tales como los mensajes de datos RF, se envían en segmentos. Por
ejemplo, los datos RF para una transmisión AMPS completa de 100
milisegundos pueden dividirse en segmentos de 10 milisegundos. De
esta manera, un mensaje de alta prioridad puede colocarse entre los
segmentos de datos RF de la cola.
La arquitectura del SCS 10 se basa en gran
medida en las tecnologías digitales que incluyen el receptor digital
y los procesadores de señales digitales. Una vez que las señales RF
han sido digitalizadas, las diferencias de tiempo, frecuencia y
fase pueden ser sometidas a un riguroso control en los diversos
procedimientos. Todavía más importante, es posible establecer una
concordancia perfecta entre las diferencias de tiempo, frecuencia y
fase de los diversos receptores y los diversos SCS 10 utilizados en
el sistema de localización inalámbrica. No obstante, antes del ADC,
las señales RF pasan a través de un grupo de componentes RF, que
incluyen antenas, cables, amplificadores de bajo ruido, filtros,
duplexores, multiacopladores y divisores de RF. Cada uno de estos
componentes RF presenta características importantes para el sistema
de localización inalámbrica, incluido el retardo y la fase
versus la respuesta en frecuencia. Cuando los componentes RF
y analógicos presentan una correspondencia perfecta entre pares de
SCS 10, tal como el SCS 10A y el SCS 10B de la Figura 2G, los
efectos de estas características se eliminan automáticamente del
procesamiento de localización. Pero cuando las características de
los componentes no se corresponden, el procesamiento de localización
puede incluir accidentalmente errores instrumentales debido a la
falta de correspondencia. Además, muchos de estos componentes RF
pueden experimentar inestabilidad con la potencia, el tiempo, la
temperatura u otros factores que pueden añadir errores
instrumentales en la determinación de la ubicación. Por
consiguiente, se han elaborado diversas técnicas inventivas para
calibrar los componentes RF en el sistema de localización
inalámbrica y para supervisar el rendimiento del sistema de
localización inalámbrica de forma regular. Después de la
calibración, el sistema de localización inalámbrica almacena los
valores de estos retardos y fases versus respuesta en
frecuencia (es decir, de conformidad con el número de canal RF) en
una tabla del sistema de localización inalámbrica que se utiliza
para corregir dichos errores instrumentales. A continuación, se
describen los procedimientos de calibración con referencia a las
Figuras 2G a 2J.
Haciendo referencia a la Figura 2G, la
estabilidad temporal del sistema de localización inalámbrica se mide
a lo largo de unas bases de referencia, comprendiendo cada base de
referencia dos SCS 10A y 10B y una línea imaginaria (A - B) trazada
entre ambos. En un sistema de localización inalámbrica tipo
TDOA/FDOA, las ubicaciones de los transmisores inalámbricos se
calculan midiendo las diferencias en los tiempos que cada SCS 10
registra para la llegada de la señal desde un transmisor
inalámbrico. Por lo tanto, es importante que las diferencias en los
tiempos medidos por los SCS 10 a lo largo de cualquier base de
referencia se atribuyan en gran medida al tiempo de transmisión de
la señal desde el transmisor inalámbrico y se atribuyan en una
mínima medida a las variaciones de los componentes RF y analógicos
de los propios SCS 10. Para cumplir con los objetivos de precisión
del sistema de localización inalámbrica, la estabilidad temporal de
cualquier par de SCS 10 se mantiene en un valor muy inferior a 100
nanosegundos RMS. (valor cuadrático medio). Por lo tanto, la
contribución al error en la estimación de la ubicación de un
transmisor inalámbrico de los componentes del sistema de
localización inalámbrica será inferior a 30 metros RMS. Parte de
este error se atribuye a la ambigüedad de la señal utilizada para
calibrar el sistema. Esta ambigüedad puede ser determinada mediante
la conocida ecuación de cota inferior de
Cramer-Rao. En el caso de un canal de control AMPS
inverso, este error es de aproximadamente 40 nanosegundos RMS. El
resto de la cuota de errores se asigna a los componentes del sistema
de localización inalámbrica (principalmente, a los componentes RF y
analógicos del SCS 10).
En el procedimiento de calibración externa, el
sistema de localización inalámbrica utiliza una red de transmisores
de calibración cuyas características de señal se corresponden con
las de los transmisores inalámbricos de destino. Estos transmisores
de calibración pueden ser teléfonos inalámbricos corrientes que
emiten señales de registro periódicas o señales de respuesta a
radiobúsqueda. Cada base de referencia SCS a SCS utilizable se
calibra preferentemente de forma periódica por medio de un
transmisor de calibración que presenta una trayectoria
relativamente despejada y libre de obstáculos hasta ambos SCS 10
asociados a la base de referencia. La señal de calibración se
procesa de forma idéntica a la señal del transmisor inalámbrico de
destino. Puesto que los valores TDOA se conocen a priori,
cualquier error de cálculo se debe a errores sistémicos del sistema
de localización inalámbrica. Estos errores sistémicos pueden ser
eliminados en posteriores cálculos de la ubicación de los
transmisores de destino.
En la Figura 2G, se ilustra el procedimiento de
calibración externa para reducir al mínimo los errores de
temporización. Como se representa, un primer SCS 10A situado en el
punto "A" y un segundo SCS 10A situado en el punto "B"
presentan una base de referencia A-B asociada. Una
señal de calibración emitida en el tiempo T_{0} por un transmisor
de calibración situado en el punto "C" llegará teóricamente al
primer SCS 10A en el tiempo T_{0} + T_{AC}. T_{AC} es una
medida de la cantidad de tiempo necesaria para que la señal de
calibración se desplace desde la antena del transmisor de
calibración hasta la memoria digital de doble puerta de un receptor
digital. Asimismo, la misma señal de calibración llegará al segundo
SCS 10B en un tiempo teórico T_{0} + T_{BC}. No obstante,
habitualmente la señal de calibración no alcanzará la memoria
digital ni los componentes de procesamiento de señales digitales de
los respectivos SCS 10 en los tiempos correctos exactos. En su
lugar, se producirán los errores e1 y e2 en la cantidad de tiempo
(T_{AC} y T_{BC}) empleado por la señal de calibración para
propagarse desde el transmisor de calibración hasta los SCS 10,
respectivamente, de tal forma que los tiempos exactos de llegada son
realmente T_{0} + T_{AC} + e1 y T_{0} + T_{BC} + e2. Dichos
errores serán debidos en cierta medida a los retardos de propagación
de la señal a través del aire (desde la antena del transmisor de
calibración hasta las antenas de los SCS). No obstante, los errores
serán debidos principalmente a características variables en el
tiempo de los componentes frontales del SCS. Los errores e1 y e2 no
pueden ser determinados per se, ya que el sistema no conoce
la hora exacta (T_{0}) a la que se ha transmitido la señal de
calibración. Sin embargo, el sistema puede determinar el error de
la diferencia en el tiempo de llegada de la señal de calibración a
los respectivos SCS 10 de cualquier par de SCS 10 determinado. Este
valor de error TDOA se define como la diferencia entre el valor
TDOA medido y el valor TDOA teórico \tau_{0}, siendo
\tau_{0} la diferencia teórica entre los valores de retardo
teórico T_{AC} y T_{BC}. Los valores TDOA teóricos de cada par
de SCS 10 y cada transmisor de calibración se conocen, porque se
conocen las posiciones de los SCS 10 y del transmisor de calibración
y la velocidad a la que se propaga la señal de calibración. La base
de referencia TDOA medida (TDOA_{A-B}) puede
representarse como TDOA_{A-B} = \tau_{0} +
\in, siendo \in = e1 - e2. De forma similar, una señal de
calibración de un segundo transmisor de calibración situado en el
punto "D" tendrá los errores e3 y e4 asociados. El valor final
de que debe restarse de las mediciones TDOA para un transmisor de
destino será una función (p. ej., la media ponderada) de los
valores obtenidos para uno o más transmisores de calibración. Por
consiguiente, una medición TDOA determinada (TDOA_{medida}) para
un par de SCS 10 situados en los puntos "X" e "Y" y un
transmisor inalámbrico de destino situado en una ubicación
desconocida se corregirá de la siguiente forma:
| TDOA_{X-Y} | = | TDOA_{medida} - \in |
| \in | = | k1 \in 1 + k2 \in 2 + ... kN \in N, |
siendo k1, k2, etc., los factores
de ponderación y \in1, \in2, etc., los errores determinados
restando los valores TDOA medidos de los valores teóricos de cada
transmisor de calibración. En este ejemplo, el valor de error
\in1 puede ser el valor de error asociado al transmisor de
calibración situado en el punto "C" del dibujo. Los factores
de ponderación son determinados por el operador del sistema de
localización inalámbrica, e introducidos en las tablas de
configuración de cada base de referencia. El operador tomará en
consideración la distancia desde cada transmisor de calibración
hasta los SCS 10 situados en los puntos "X" e "Y", la
línea de visibilidad directa determinada empíricamente desde cada
transmisor de calibración hasta los SCS 10 situados en los puntos
"X" e "Y" y la contribución que cada uno de los SCS
situados en los puntos "X" e "Y" habrá aportado a la
estimación de localización de un transmisor inalámbrico que puede
hallarse en las proximidades de cada transmisor de calibración. En
general, los transmisores de calibración que están más cercanos a
los SCS 10 situados en los puntos "X" e "Y" serán
sometidos a una ponderación superior a la de los transmisores de
calibración que están más alejados, y los transmisores de
calibración con una mejor línea de visibilidad directa con los SCS
10 situados en los puntos "X" e "Y" serán sometidos a una
ponderación superior a la de los transmisores de calibración con
una línea de visibilidad directa
peor.
Cada componente de error e1, e2, etc., y en
consecuencia el componente de error resultante, puede variar
ampliamente y descontroladamente a lo largo del tiempo, debido a que
una parte del componente de error es ocasionado por la reflexión
por trayectorias múltiples desde el transmisor de calibración hasta
cada SCS 10. La reflexión por trayectorias múltiples depende mucho
de la trayectoria y, por consiguiente, varía de una medición a otra
y de una trayectoria a otra. No es un objetivo del presente
procedimiento determinar la reflexión por trayectorias múltiples de
estas trayectorias de calibración, sino determinar la parte de los
errores que es atribuible a los componentes de los SCS 10. Por
consiguiente, los valores de error e1 y e2 suelen presentar un
componente común, puesto que están relacionados con el mismo primer
SCS 10A. Asimismo, los valores de error e2 y e4 presentan también
un componente común, puesto que están relacionados con el segundo
SCS 10B. Como bien se sabe, mientras que los componentes de
trayectorias múltiples pueden variar mucho, los componentes de
error experimentan una variación lenta y habitualmente sinusoidal.
Por consiguiente, en el procedimiento de calibración externa, los
valores de error se filtran con un filtro ponderado basado en el
tiempo que reduce la ponderación de los componentes de trayectorias
múltiples sumamente variables, mientras se mantienen los
componentes de error de variación relativamente lenta atribuidos a
los SCS 10. Un ejemplo de dichos filtros utilizados en el
procedimiento de calibración externa es el filtro de Kalman.
El período entre transmisiones de calibración se
modifica dependiendo de las tasas de variación del error
determinadas para los componentes SCS. El período de la tasa de
variación debe ser mucho más largo que el período del intervalo de
calibración. El sistema de localización inalámbrica supervisa el
período de la tasa de variación para determinar de forma continua
la velocidad de cambio, y puede ajustar periódicamente el intervalo
de calibración si es necesario. Habitualmente, la tasa de
calibración de los sistemas de localización inalámbrica, tal como
los sistemas de localización inalámbrica según la presente
invención, está comprendida entre los 10 y los 30 minutos. Este
valor se corresponde muy bien con el período de tiempo habitual de
la tasa de registro del sistema de comunicaciones inalámbricas. En
caso de que el sistema de localización inalámbrica determine que el
intervalo de calibración debe ser ajustado a una tasa más elevada
que la tasa de registro del sistema de comunicaciones inalámbricas,
el AP 14 (Figura 1) obligará automáticamente al transmisor de
calibración a transmitir llevando a cabo una radiobúsqueda del
transmisor en el intervalo establecido. Dado que es posible acceder
individualmente a cada transmisor de calibración, el intervalo de
calibración asociado a cada transmisor de calibración puede ser
diferente.
Puesto que los transmisores de calibración
utilizados en el procedimiento de calibración externa son teléfonos
corrientes, el sistema de localización inalámbrica debe disponer de
un mecanismo para diferenciar estos teléfonos de los otros
transmisores inalámbricos que están siendo localizados para diversas
finalidades de aplicación. El sistema de localización inalámbrica
mantiene una lista de las identidades de los transmisores de
calibración, habitualmente en el TLP 12 y en el AP 14. En un
sistema celular, la identidad del transmisor de calibración puede
ser el número de identidad móvil o MIN. Cuando el transmisor de
calibración realiza una transmisión, la transmisión es recibida por
cada SCS 10 y desmodulada por el SCS 10 adecuado. El sistema de
localización inalámbrica compara la identidad de la transmisión con
una lista de tareas prealmacenada que contiene las identidades de
todos los transmisores de calibración. Si el sistema de localización
inalámbrica determina que la transmisión es una transmisión de
calibración, el sistema de localización inalámbrica inicia el
procesamiento de calibración externa.
Además del procedimiento de calibración externa,
uno de los objetivos de la presente invención consiste en calibrar
todos los canales del receptor digital de banda ancha utilizado en
el SCS 10 de un sistema de localización inalámbrica. El
procedimiento de calibración externa suele calibrar un único canal
de los diversos canales utilizados por el receptor digital de banda
ancha. Esto se debe a que los transmisores de calibración fija
habitualmente realizan una exploración hasta el siguiente canal de
control de potencia más alta, que suele ser el mismo canal de
control cada vez. No obstante, la función de transferencia de un
receptor digital de banda ancha, junto con los otros componentes
asociados, no se mantiene completamente constante, sino que varía
con el tiempo y la temperatura. Por consiguiente, aunque el
procedimiento de calibración externa puede calibrar de forma
satisfactoria un único canal, esto no garantiza que los canales
restantes también sean calibrados.
El procedimiento de calibración interna,
representado en el diagrama de flujo de la Figura 2H, es
particularmente adecuado para calibrar un primer sistema receptor
individual (p.ej., SCS 10) que se caracteriza por una función de
transferencia variable en el tiempo y en la frecuencia, en el que la
función de transferencia define cómo será alterada la amplitud y la
fase de la señal recibida por el sistema receptor, en el que el
sistema receptor es utilizado en un sistema de localización para
determinar la ubicación de un transmisor inalámbrico, en parte,
determinando la diferencia en el tiempo de llegada de una señal
transmitida por el transmisor inalámbrico y recibida por el sistema
receptor que va a ser calibrado y otro sistema receptor, y en el que
la precisión de la estimación de localización depende, en parte, de
la precisión de las mediciones TDOA realizadas por el sistema. En
la Figura 2I, se representa un ejemplo de una función de
transferencia AMPS RCC en el que se muestra cómo varía la fase de
la función de transferencia a través de los 21 canales de control
que comprenden 630 KHz.
Haciendo referencia a la Figura 2H, el
procedimiento de calibración interna incluye las etapas de
desconexión temporal y electrónica de la antena utilizada por un
sistema receptor del sistema receptor (etapa S-20);
de aplicación de una señal de banda ancha generada internamente de
características conocidas y estables al primer sistema (etapa
S-21); de utilización de la señal de banda ancha
generada para obtener una estimación de la manera en que la función
de transferencia varía a través del ancho de banda del primer
sistema receptor (etapa S-22) y aplicación de la
estimación para mitigar los efectos de la variación de la primera
función de transferencia a las mediciones de tiempo y frecuencia
realizadas por el primer sistema receptor (etapa
S-23). Un ejemplo de señal de banda ancha estable
utilizada para la calibración interna es una señal tipo peine, que
comprende varios elementos de frecuencia individuales de igual
amplitud
con una separación conocida (por ejemplo, de 5 KHz). En la Figura 2I, se representa un ejemplo de dicha señal.
con una separación conocida (por ejemplo, de 5 KHz). En la Figura 2I, se representa un ejemplo de dicha señal.
La antena debe ser desconectada temporalmente
durante el procedimiento de calibración interna para impedir que
las señales externas entren en el receptor de banda ancha y para
garantizar que el receptor sólo reciba la señal de banda ancha
estable. La antena se desconecta electrónicamente sólo durante unos
milisegundos para reducir al mínimo las probabilidades de pasar por
alto gran parte de una señal de un transmisor inalámbrico. Además,
la calibración interna suele realizarse justo después de la
calibración externa para reducir al mínimo la posibilidad de que
algún componente del SCS 10 se desvíe durante el intervalo entre la
calibración externa y la interna. La antena se desconecta del
receptor de banda ancha utilizando dos relés RF controlados
electrónicamente (no representados). Un relé RF no puede
proporcionar un aislamiento perfecto entre la entrada y la salida,
aun cuando se halle en la posición de apagado, sino sólo un
aislamiento de hasta 70 dB. Pueden utilizarse dos relés en serie
para incrementar la cantidad de aislamiento y asegurar además que no
se fugue ninguna señal desde la antena hasta el receptor de banda
ancha durante la calibración. De modo parecido, cuando no se utiliza
la función de calibración interna, la señal de calibración interna
se desactiva y los dos relés RF se apagan para impedir la fuga de
las señales de calibración interna hacia el receptor de banda ancha
cuando el receptor está captando las señales de los transmisores
inalámbricos.
El procedimiento de calibración externa
proporciona la calibración absoluta de un solo canal y el
procedimiento de calibración interna calibra cada uno de los
canales restantes en relación con el canal que ha sido sometido a
calibración absoluta. La señal tipo peine resulta particularmente
adecuada para ser utilizada como señal de banda ancha estable,
porque puede ser generada fácilmente utilizando un duplicado de la
señal almacenado en memoria y un convertidor
digital-analógico.
El procedimiento de calibración externa descrito
a continuación puede ser utilizado con referencia a un sistema
receptor SCS 10 caracterizado por una función de transferencia
variable en el tiempo y en la frecuencia, que incluye
preferentemente las antenas, los filtros, los amplificadores, los
duplexores, los multiacopladores, los divisores y el cableado
asociado al sistema receptor SCS. El procedimiento incluye la etapa
de transmisión de una señal de calibración de banda ancha conocida
y estable desde un transmisor externo. La señal de calibración de
banda ancha se utiliza a continuación para estimar la función de
transferencia a través de un ancho de banda fijado del sistema
receptor SCS. La estimación de la función de transferencia se emplea
posteriormente para mitigar los efectos de la variación de la
función de transferencia en las mediciones TDOA/FDOA. La transmisión
externa es preferentemente de corta duración y baja potencia para
evitar las interferencias con el sistema de comunicaciones
inalámbricas que alberga el sistema de localización inalámbrica.
En el procedimiento preferido, el sistema
receptor SCS se sincroniza con el transmisor externo. Dicha
sincronización puede realizarse utilizando unidades de
temporización GPS. Por otra parte, el sistema receptor puede
programarse para recibir y procesar todo el ancho de banda de la
señal de calibración sólo en el momento en que se envía la señal.
El sistema receptor no realizará el procesamiento de calibración si
no está sincronizado con las transmisiones de calibración externa.
Además, se utiliza un enlace de comunicaciones inalámbricas entre el
sistema receptor y el transmisor de calibración externa para
intercambiar mandatos y respuestas. El transmisor externo puede
utilizar una antena direccional para dirigir la señal de banda ancha
sólo en las antenas del sistema receptor SCS. Dicha antena
direccional puede ser una antena Yagi (es decir, una agrupación de
radiación longitudinal). El procedimiento de calibración incluye
preferentemente la realización de la transmisión externa sólo
cuando la antena direccional está dirigida hacia las antenas del
sistema receptor y el riesgo de que se produzca reflexión por
trayectorias múltiples es bajo.
Otro aspecto de la presente invención se refiere
a un procedimiento de calibración para corregir los sesgos de
estación base en un sistema receptor SCS. El término "sesgo de
estación base" hace referencia al retardo finito entre la
llegada a la antena de una señal RF de un transmisor inalámbrico y
la llegada de esta misma señal al receptor de banda ancha. El
procedimiento inventivo incluye la etapa de medición de la longitud
del cable desde las antenas hasta los filtros y de determinación de
los retardos correspondientes asociados a la longitud del cable.
Además, el procedimiento incluye la aplicación de una señal conocida
al filtro, el duplexor, el multiacoplador o el divisor de RF y la
medición de la respuesta en retardo y en fase versus la
respuesta en frecuencia desde la entrada de cada dispositivo hasta
el receptor de banda ancha. A continuación, los valores de retardo
y fase se combinan y utilizan para corregir las subsiguientes
mediciones de localización. Cuando se utiliza con la generación de
temporización basada en GPS descrita anteriormente, el
procedimiento incluye preferentemente la corrección para las
longitudes de cable GPS. Además, se utiliza una señal de referencia
generada externamente para supervisar los cambios del sesgo de
estación que pueden producirse debido al desgaste y a las
condiciones climáticas. Por último, se almacena el sesgo de estación
para cada canal RF y cada sistema receptor del sistema de
localización inalámbrica, preferentemente en una tabla del sistema
de localización inalámbrica que podrá ser utilizada en la corrección
del subsiguiente procesamiento de localización.
El sistema de localización inalámbrica utiliza
procedimientos similares al procedimiento de calibración para la
supervisión del rendimiento de forma regular y constante. Estos
procedimientos se representan en los diagramas de flujo de la
Figura 2K y 2L. Se utilizan dos procedimientos de supervisión del
rendimiento: los teléfonos fijos y las pruebas de campo de los
puntos estudiados. El procedimiento de teléfonos fijos comprende las
etapas siguientes (véase la Figura 2K):
se colocan transmisores inalámbricos corrientes
de forma permanente en diversos puntos del área de cobertura del
sistema de localización inalámbrica (dichos transmisores se
denominan "teléfonos fijos") (etapa S-30);
los puntos donde se han colocado los teléfonos
fijos se estudian para dar a conocer su ubicación con una precisión
de una distancia predeterminada (por ejemplo, tres metros) (etapa
S-31);
las ubicaciones estudiadas se almacenan en una
tabla del AP 14 (etapa S-32);
se permite que los teléfonos fijos se registren
en el sistema de comunicaciones inalámbricas, con la tasa y el
intervalo establecidos por el sistema de comunicaciones inalámbricas
para todos los transmisores inalámbricos del sistema (etapa
S-33);
en cada transmisión de registro realizada por un
teléfono fijo, el sistema de localización inalámbrica localiza el
teléfono fijo mediante el procesamiento de localización normal (como
en el caso de los transmisores de calibración, el sistema de
localización inalámbrica puede indicar que una transmisión procede
de un teléfono fijo, almacenando las identidades en una tabla)
(etapa S-34);
el sistema de localización inalámbrica calcula
el error entre la ubicación calculada determinada mediante el
procesamiento de localización y la ubicación almacenado determinada
mediante el estudio (etapa S-35);
la ubicación, el valor de error y otros
parámetros medidos se almacenan junto con una marca de tiempo en una
base de datos del AP 14 (etapa S-36);
el AP 14 supervisa el error instantáneo y otros
parámetros medidos (que constituyen lo que se denomina globalmente
"registro de localización ampliado") y calcula además diversos
valores estadísticos del error o los errores y otros parámetros
medidos (etapa S-37) y
si alguno de los valores de error o de los otros
valores sobrepasa un umbral predeterminado o un valor estadístico
histórico, ya sea de forma instantánea o bien después de realizar el
filtrado estadístico respecto de un número establecido de
estimaciones de localización, el AP 14 envía una señal de alarma al
operador del sistema de localización inalámbrica (etapa
S-38).
El registro de localización ampliado incluye un
gran número de parámetros medidos que son útiles para analizar el
rendimiento instantáneo e histórico del sistema de localización
inalámbrica. Estos parámetros incluyen: el canal RF utilizado por
el transmisor inalámbrico, la puerta o las puertas de antena
utilizadas por el sistema de localización inalámbrica para
desmodular la transmisión inalámbrica, las puertas de antena a
partir de las cuales el sistema de localización inalámbrica
solicita datos RF, el valor máximo, el valor medio y la varianza de
la potencia de transmisión a lo largo del intervalo utilizado para
el procesamiento de localización, el SCS 10 y la puerta de antena
elegidos como referencia para el procesamiento de localización, el
valor de correlación de la correlación espectral cruzada entre los
demás SCS 10 y la antena utilizada en el procesamiento de
localización y el SCS 10 y la antena de referencia, el valor de
retardo de cada base de referencia, los parámetros de mitigación de
trayectorias múltiples y los valores residuales obtenidos después de
los cálculos de mitigación de trayectorias múltiples. Cualquiera de
estos parámetros medidos puede ser supervisado por el sistema de
localización inalámbrica con el propósito de determinar cómo está
funcionando el sistema de localización inalámbrica. Un ejemplo del
tipo de supervisión realizada por el sistema de localización
inalámbrica puede ser la varianza entre el valor instantáneo de la
correlación en la base de referencia y el rango histórico del valor
de correlación. Otro ejemplo puede ser la varianza entre el valor
instantáneo de la potencia recibida en una antena particular y el
rango histórico de la potencia recibida. Debe tenerse en cuenta que
esta lista es incompleta y que es posible calcular muchos otros
valores estadísticos.
El número de teléfonos fijos instalados en el
área de cobertura del sistema de localización inalámbrica puede
determinarse basándose en la densidad de los sitios celulares, la
dificultad del terreno y la facilidad histórica con la que los
sistemas de comunicaciones inalámbricas han funcionado en el área.
Habitualmente, la proporción es de un teléfono fijo por cada seis
sitios celulares; no obstante, en ciertas áreas tal vez sea
necesaria una proporción de uno a uno. Los teléfonos fijos
proporcionan unos medios continuos para supervisar el rendimiento
del sistema de localización inalámbrica, así como para supervisar
cualquier cambio del plan de frecuencias que pueda haber realizado
la empresa de telecomunicaciones. Muchas veces, los cambios en el
plan de frecuencias provocan una variación en el rendimiento del
sistema de localización inalámbrica y, entonces, gracias a la
supervisión del rendimiento de los teléfonos fijos, el operador del
sistema de localización inalámbrica es avisado de inmediato acerca
de dicha circunstancia.
El procedimiento de pruebas de campo de puntos
estudiados es muy similar al de la supervisión de teléfonos fijos.
Los teléfonos fijos habitualmente sólo pueden disponerse bajo techo
en un lugar donde pueda accederse al suministro de energía (es
decir, para que los teléfonos sean operativos debe suministrarse a
éstos energía eléctrica de modo permanente). Para obtener una
medición más completa del rendimiento de localización, también se
realizan pruebas de campo de puntos de prueba situados en el
exterior. Con referencia a la Figura 2L, como sucede con los
teléfonos fijos, se supervisan puntos de prueba establecidos por
toda el área de cobertura del sistema de localización inalámbrica
con una precisión de tres metros (etapa S-40). A
cada punto de prueba, se le asigna un código que consta del símbolo
"*" o el símbolo " ", seguido de un número de secuencia
(etapa S-41). Por ejemplo, puede utilizarse la
secuencia de 99 códigos comprendida entre "*1001" y
"*1099" para los puntos de prueba. Estos códigos deben ser
secuencias que, una vez marcadas, no sean significativas para el
sistema de comunicaciones inalámbricas (es decir, los códigos no
deben determinar la activación de ninguna función ni tener ninguna
otra interpretación en el MSC, sino que sólo pueden desencadenar un
mensaje de interceptación). El AP 14 almacena el código de cada
punto de prueba junto con la ubicación estudiada (etapa
S-42). Después de estas etapas iniciales, cualquier
transmisor inalámbrico que marque alguno de estos códigos será
activado y localizado mediante el procesamiento de localización
normal (etapas S-43 y S-44). El
sistema de localización inalámbrica calcula automáticamente el error
entre la ubicación calculada determinado mediante procesamiento de
localización y la ubicación almacenada determinada mediante el
estudio, y la ubicación y el valor de error se almacenan junto con
una marca de tiempo en la base de datos del AP 14 (etapas
S-45 y S-46). El AP 14 supervisa el
error instantáneo, así como diversos valores estadísticos históricos
del error. Si los valores de error sobrepasan un umbral
predeterminado o un valor estadístico histórico, ya sea
instantáneamente o después de realizar un filtrado estadístico con
respecto a un número establecido de estimaciones de localización,
el AP 14 envía una señal de alarma al operador del sistema de
localización inalámbrica (etapa S-47).
El TLP 12, representado en las Figuras 1, 1A y
3, es un sistema de procesamiento de señales digitales centralizado
que gestiona muchos aspectos del sistema de localización
inalámbrica, en particular los SCS 10, y proporciona control sobre
el procesamiento de localización. Debido a que el procesamiento de
localización consume muchos recursos DSP, una de las principales
ventajas del TLP 12 es que los recursos DSP pueden ser compartidos
por el procesamiento de localización iniciado por las transmisiones
de cualquiera de los SCS 10 de un sistema de localización
inalámbrica. Es decir, el coste adicional de los DSP en los SCS 10
se reduce disponiendo el recurso en una ubicación central. Como se
representa en la Figura 3, el TLP 12 presenta tres componentes
principales: los módulos DSP 12-1, los módulos de
comunicaciones T1/E1 12-2 y un módulo controlador
12-3.
Los módulos de comunicaciones T1/E1
12-2 proporcionan la interfaz de comunicaciones para
los SCS 10 (T1 y E1 son velocidades de comunicaciones estándar
disponibles en todo el mundo). Cada SCS 10 se comunica con un TLP
12 mediante una o más DS0 (habitualmente de 56 Kb/s o 64 Kb/s). Cada
SCS 10 se suele conectar con un circuito fraccional T1 o E1
utilizando, por ejemplo, una unidad de derivación e inserción o un
banco de canales del sitio celular. Frecuentemente, este circuito
es compartido con la estación base, que se comunica con el MSC. En
un sitio central, las DS0 asignadas a la estación base se separan de
las DS0 asignadas a los SCS 10. Habitualmente, esta tarea se lleva
a cabo fuera del TLP 12 mediante un sistema de acceso y control
digital (DACS) 13A que no se encarga únicamente de separar las DS0,
sino también de concentrar las DS0 de varios SCS 10 en circuitos T1
o E1 completos. Entonces, estos circuitos se conectan desde el DACS
13A hasta el DACS 13B y a continuación con el módulo de
comunicaciones T1/E1 del TLP 12. Cada módulo de comunicaciones T1/E1
contiene suficiente memoria digital como para almacenar
temporalmente los paquetes de datos transmitidos y recibidos en cada
SCS 10 que se comunica con el módulo. Un solo armazón de TLP puede
admitir uno o más módulos de comunicaciones T1/E1.
Los módulos DSP 12-1
proporcionan un grupo común de recursos para el procesamiento de
localización. Un solo módulo puede contener habitualmente de dos a
ocho procesadores de señales digitales, cada uno de los cuales está
igualmente disponible para el procesamiento de localización. Es
posible realizar dos tipos de procesamiento de localización: el
procesamiento basado en central y el procesamiento basado en
estación, que se describirán en mayor detalle más adelante. El
controlador TLP 12-3 gestiona el módulo o los
módulos DSP 12-1 para obtener un rendimiento
máximo. Cada módulo DSP contiene suficiente memoria digital como
para almacenar todos los datos necesarios para el procesamiento de
localización. Un DSP no inicia su actividad hasta que todos los
datos necesarios para empezar el procesamiento de localización no
han sido trasladados desde cada uno de los SCS 10 implicados hasta
la memoria digital del módulo DSP. Es entonces cuando se le da al
DSP la tarea específica de localizar un transmisor inalámbrico
específico. Mediante esta técnica, nunca se mantiene en espera a los
DSP, que son unos recursos
costosos.
costosos.
\newpage
El módulo controlador 12-3
proporciona la gestión en tiempo real de todo el procesamiento de
localización dentro del sistema de localización inalámbrica. El AP
14 es la entidad de gestión que ocupa el nivel superior en el
sistema de localización inalámbrica; no obstante, su arquitectura de
base de datos no es suficientemente rápida como para llevar a cabo
la toma de decisiones en tiempo real cuando se producen las
transmisiones. El módulo controlador 12-3 recibe
mensajes desde los SCS 10, que incluyen: mensajes de estado,
mensajes de la energía espectral de los diversos canales de varias
antenas, mensajes desmodulados y mensajes de diagnóstico. Esto
permite al controlador determinar de forma continua los eventos que
tienen lugar en el sistema de localización inalámbrica, así como
enviar mandatos para emprender ciertas acciones. Cuando un módulo
controlador recibe mensajes desmodulados desde los SCS 10, el
módulo controlador decide si es necesario o no realizar el
procesamiento de localización para una transmisión inalámbrica
particular. El módulo controlador 12-3 también
determina qué SCS 10 y antenas debe utilizar en el procesamiento de
localización y, asimismo, si se debe realizar un procesamiento de
localización basado en central o basado en estación. El módulo
controlador ordena a los SCS 10 que proporcionen los datos
necesarios y ordena a los módulos de comunicaciones y los módulos
DSP que desempeñen en secuencia las funciones necesarias en el
procesamiento de localización. Estas etapas se describirán en mayor
detalle más adelante.
El módulo controlador 12-3
mantiene una tabla denominada "tabla de señales de interés"
(SOIT). Esta tabla contiene todos los criterios que pueden
utilizarse para activar el procesamiento de localización en una
transmisión inalámbrica particular. Los criterios pueden incluir,
por ejemplo, el número de identidad móvil, el ID de estación móvil,
el número de serie electrónico, los dígitos marcados, el ID del
sistema, el número de canal RF, el número de sitio celular o
sector, el tipo de transmisión y otros tipos de datos. Algunos de
los eventos desencadenantes pueden tener asociados niveles de
prioridad superiores o inferiores que permiten determinar el orden
de procesamiento. Los desencadenantes de localización de prioridad
más alta siempre se procesarán antes que los desencadenantes de
localización de prioridad más baja. No obstante, si ya se ha
iniciado el procesamiento de localización de un desencadenante de
prioridad más baja, dicho procesamiento finalizará antes de que sea
asignada una tarea de prioridad más alta.
La lista de tareas original del sistema de
localización inalámbrica se conserva en el AP 14, siendo descargadas
automáticamente copias de la lista de tareas en la tabla de señales
de interés de cada TLP 12 del sistema de localización inalámbrica.
La tabla de señales de interés completa se descarga en un TLP 12
cada vez que dicho TLP 12 se reinicia o se inicia por primera vez.
Tras estos dos eventos, sólo se descargan los cambios desde el AP
14 hasta cada uno de los TLP 12 para ahorrar ancho de banda de
comunicaciones. El protocolo de comunicaciones TLP
12-AP 14 contiene preferentemente suficiente
redundancia y comprobación de errores para impedir que nunca puedan
introducirse datos incorrectos en la tabla de señales de interés.
Cuando el AP 14 y el TLP 12 disponen periódicamente de capacidad de
procesamiento libre, el AP 14 reconfirma las entradas de la tabla
de señales de interés para asegurar que todas las entradas de la
tabla de señales de interés del sistema de localización inalámbrica
estén completamente sincronizadas.
Cada armazón de TLP tiene una capacidad máxima
asociada al armazón. Por ejemplo, un solo armazón de TLP tal vez
tenga sólo una capacidad suficiente para admitir entre 48 y 60 SCS
10. Cuando el tamaño de un sistema de comunicaciones inalámbricas
es superior a la capacidad de un armazón de TLP, se conectan varios
armazones de TLP conjuntamente utilizando la interconexión de redes
Ethernet. El módulo controlador 12-3 es responsable
de las comunicaciones entre TLP y la interconexión de redes, y se
comunica con los módulos controladores de otros armazones de TLP y
con los procesadores de aplicaciones 14 a través de la red Ethernet.
Las comunicaciones entre TLP son necesarias cuando el procesamiento
de localización requiere la utilización de SCS 10 que están
conectados a diferentes armazones de TLP. El procesamiento de
localización para cada transmisión inalámbrica es asignado a un
módulo DSP individual de un armazón de TLP individual. Los módulos
controladores 12-3 del armazón de TLP seleccionan
el módulo DSP en el cual deben realizar el procesamiento de
localización, y a continuación encaminan todos los datos RF
utilizados en el procesamiento de localización hacia dicho módulo
DSP. Si se necesitan datos RF de los SCS 10 conectados a más de un
TLP 12, entonces los módulos controladores de todos los armazones
de TLP necesarios se comunican para enviar los datos RF desde todos
los SCS 10 necesarios hasta los respectivos TLP conectados 12 y, a
continuación, hasta el módulo DSP y el armazón de TLP a los que se
ha asignado el procesamiento de localización. El módulo controlador
puede funcionar con dos redes Ethernet completamente independientes
para obtener redundancia. Cuando se produce una interrupción o fallo
en una de las redes, los TLP 12 afectados transfieren de inmediato
todas las comunicaciones a la otra red.
Los módulos controladores 12-3
mantienen un mapa de red completo del sistema de localización
inalámbrica, incluidos los SCS 10 asociados a cada armazón de TLP.
El mapa de red es una tabla almacenada en el módulo controlador que
contiene una lista de los SCS/antenas candidatos que pueden
utilizarse en el procesamiento de localización, y diversos
parámetros asociados a cada uno de los SCS/antenas. En la Figura 3A,
se ilustra la estructura de un ejemplo de mapa de red. La tabla
contiene una entrada separada para cada antena conectada a un SCS
10. Cuando se establece una transmisión inalámbrica en un área que
es cubierta por unos SCS 10 que se comunican con más de un armazón
de TLP, los módulos controladores del correspondiente armazón de TLP
determinan qué armazón de TLP será el armazón de TLP
"principal" para la gestión del procesamiento de localización.
Habitualmente, el armazón de TLP asociado al SCS 10 que tiene la
asignación del canal primario para la transmisión inalámbrica se
designa como armazón de TLP principal. No obstante, puede designarse
otro armazón de TLP si dicho TLP no dispone temporalmente de
recursos DSP para el procesamiento de localización, o si la mayoría
de los SCS 10 que participan en el procesamiento de localización
están conectados a otro armazón de TLP y los módulos controladores
reducen al mínimo las comunicaciones entre TLP. Este procedimiento
de toma de decisiones es completamente dinámico, aunque es asistido
por tablas del TLP 12 que predeterminan el armazón de TLP preferido
para cada asignación de canal primario. Las tablas son creadas por
el
operador del sistema de localización inalámbrica, y programadas mediante la consola de operaciones de la red.
operador del sistema de localización inalámbrica, y programadas mediante la consola de operaciones de la red.
La interconexión de redes descrita en la
presente memoria es operativa tanto para los armazones de TLP
asociados a la misma empresa de telecomunicaciones inalámbricas,
como para los armazones que se superponen o rodean el área de
cobertura comprendida entre dos empresas de telecomunicaciones
inalámbricas. Por lo tanto, un TLP 12 que pertenece a una primera
empresa de telecomunicaciones inalámbricas puede conectarse en red
y, por consiguiente, recibir datos RF desde un TLP 12 (y los SCS 10
asociados a dicho TLP 12) que pertenece a una segunda empresa de
telecomunicaciones inalámbricas. Esta conexión en red adquiere un
gran valor particularmente en las áreas rurales, donde el
rendimiento del sistema de localización inalámbrica puede aumentar
utilizando los SCS 10 de los sitios celulares de varias empresas de
telecomunicaciones inalámbricas. Puesto que en muchos casos los
sitios celulares de las empresas de telecomunicaciones inalámbricas
no ocupan ubicaciones conjuntas, gracias a esta capacidad el
sistema de localización inalámbrica puede acceder a antenas que son
geográficamente más diversas que las que podría tener a su
disposición si utilizara sólo los sitios celulares de una única
empresa de telecomunicaciones inalámbricas. Como se describe más
abajo, la selección y el uso adecuado de las antenas en el
procesamiento de localización puede mejorar el rendimiento del
sistema de localización inalámbrica.
El módulo controlador 12-3 pasa
muchos mensajes, que incluyen registros de localización, al AP 14.
Muchos de estos mensajes se describen más adelante. No obstante,
habitualmente los datos desmodulados no se pasan desde el TLP 12
hasta el AP 14. Sin embargo, si el TLP 12 recibe datos desmodulados
desde un transmisor inalámbrico particular y el TLP 12 determina
que el transmisor inalámbrico es un cliente registrado de una
segunda empresa de telecomunicaciones inalámbricas de un área de
cobertura diferente, el TLP 12 puede pasar los datos desmodulados
al primer AP (en servicio) 14A. Esto permite al primer AP 14A
comunicarse con un segundo AP 14B asociado a la segunda empresa de
telecomunicaciones inalámbricas, y determinar si el transmisor
inalámbrico particular se ha registrado para algún tipo de servicio
de localización. De ser así, el segundo AP 14B puede ordenar al
primer AP 14A que introduzca la identidad del transmisor inalámbrico
particular en la tabla de señales de interés, para que el
transmisor inalámbrico particular sea localizado mientras permanece
en el área de cobertura del primer sistema de localización
inalámbrica asociado al primer AP 14A. Cuando el primer sistema de
localización inalámbrica detecta que el transmisor inalámbrico
particular no se ha registrado en un período de tiempo que
sobrepasa un umbral predeterminado, el primer AP 14A puede ordenar
al segundo AP 14B que suprima la identidad del transmisor
inalámbrico particular de la tabla de señales de interés, ya que
éste no está presente en el área de cobertura asociada al
primer AP 14A.
primer AP 14A.
El TLP 12 opera con una puerta de diagnóstico
que es sumamente útil en la gestión y el diagnóstico de problemas
dentro del sistema de localización inalámbrica. Es posible acceder a
esta puerta de diagnóstico ya sea localmente en un TLP 12, o bien a
distancia a través de la red Ethernet que conecta los TLP 12 con los
AP. La puerta de diagnóstico permite al operador escribir en un
archivo todos los datos de desmodulación y RF recibidos desde los
SCS 10, así como los resultados intermedios y finales de todo el
procesamiento de localización. Estos datos se suprimen del TLP 12
una vez procesada una estimación de localización y, en consecuencia,
la puerta de diagnóstico proporciona los medios para guardar los
datos para un futuro postprocesamiento y análisis. Los experimentos
del inventor en el funcionamiento de los sistemas de localización
inalámbrica a gran escala demuestran que un número muy reducido de
estimaciones de localización pueden presentar ocasionalmente errores
de envergadura que pueden ser dominantes en las estadísticas
operativas del sistema de localización inalámbrica durante
cualquier período de medición. Por consiguiente, es importante
proporcionar al operador un conjunto de herramientas que permiten
al sistema de localización inalámbrica detectar e interceptar la
causa de los errores de envergadura para diagnosticar y mitigar
esos errores. La puerta de diagnóstico puede ajustarse para guardar
la información anterior respecto de todas las estimaciones de
localización, las estimaciones de localización de transmisores
inalámbricos particulares o situados en puntos de prueba
particulares o las estimaciones de localización que cumplen cierto
criterio. Por ejemplo, para los teléfonos fijos o las pruebas de
campo de puntos estudiados, la puerta de diagnóstico puede
determinar el error de la estimación de localización en tiempo real
y, a continuación, escribir la información descrita anteriormente
relativa sólo a las estimaciones de localización cuyo error
sobrepasa un umbral predeterminado. La puerta de diagnóstico
determina el error en tiempo real, almacenando en una tabla las
coordenadas de latitud y longitud estudiadas de cada teléfono fijo
y punto de prueba de campo y, a continuación, calculando el error
radial cuando se realiza una estimación de localización para el
correspondiente punto de prueba.
Los TLP 12 implementan la redundancia mediante
varias técnicas inventivas, hecho que permite al sistema de
localización inalámbrica operar con un procedimiento de redundancia
M más N, es decir, un procedimiento en el que se utilizan N
armazones de TLP redundantes (o de reserva) para proporcionar un
equipo completo de reserva redundante para M armazones de TLP en
línea. Por ejemplo, M puede ser igual a diez y N puede ser igual a
dos.
En primer lugar, los módulos controladores de
los diferentes armazones de TLP intercambian continuamente, entre
sí y con cada AP 14 designado para supervisar el armazón de TLP,
mensajes de estado y de señal de "latido" a intervalos de
tiempo predeterminados. De esta forma, cada uno de los módulos
controladores conoce siempre el estado completo de los demás
módulos controladores del sistema de localización inalámbrica. Los
módulos controladores de los diferentes armazones de TLP
seleccionan periódicamente un módulo controlador de un TLP 12 como
controlador principal de un grupo de armazones de TLP. El
controlador principal puede decidir poner un primer armazón de TLP
en estado de fuera de línea si el primer TLP 12A presenta una
condición de fallo o degradación en el mensaje de estado o si el
primer TLP 12A es incapaz de transmitir ningún mensaje de estado o
de señal de "latido" dentro del tiempo asignado y
predeterminado. Si el controlador principal pone un primer TLP 12A
en el estado de fuera de línea, el controlador principal puede
designar un segundo TLP 12B para realizar una conmutación
redundante y asumir las tareas del primer TLP 12A fuera de línea. Al
segundo TLP 12B, se le envía de forma automática la configuración
que ha sido copiada en el primer TLP 12A; esta configuración puede
descargarse desde el controlador principal o desde un AP 14
conectado a los TLP 12. El controlador principal puede ser un
módulo controlador de cualquiera de los TLP 12 que no están en
estado de fuera de línea; no obstante, es preferible que el
controlador principal sea un módulo controlador de un TLP 12 de
reserva. Cuando el controlador principal es el módulo controlador
de un TLP 12 de reserva, el tiempo necesario para detectar un primer
TLP 12A con un fallo, poner el primer TLP 12A con un fallo en el
estado de fuera de línea y realizar una conmutación redundante puede
reducirse.
En segundo lugar, todas las comunicaciones T1 o
E1 entre los SCS 10 y cada uno de los módulos de comunicaciones
T1/E1 del TLP 12-2 se encaminan preferentemente a
través de un sistema DACS de alta fiabilidad que se dedica al
control de la redundancia. El DACS 13B se conecta con cada circuito
T1/E1 concentrado que contiene las DS0 de los SCS 10 y también se
conecta con cada módulo de comunicaciones T1/E1 12-2
de cada TLP 12. Cada módulo controlador de cada TLP 12 contiene un
mapa del DACS 13B que describe la lista de conexiones y las
asignaciones de puertas del sistema DACS. Este DACS 13B se conecta
a la red Ethernet descrita anteriormente y puede ser controlado por
cualquiera de los módulos controladores 12-3 de
cualquiera de los TLP 12. Cuando un segundo TLP 12 es puesto en el
estado de fuera de línea por un controlador principal, el
controlador principal envía mandatos al DACS 13B para cambiar el
circuito T1/E1 concentrado que se comunica con el primer TLP 12A a
un segundo TLP 12B que ha estado en estado de espera. Al mismo
tiempo, el AP 14 descarga el archivo de configuración completo que
estaba siendo utilizado por el segundo TLP 12B (que ahora está fuera
de línea) en el tercer TLP 12C (que ahora está en línea). El tiempo
comprendido entre la primera detección de un primer armazón de TLP
con un fallo hasta la conmutación completa y la asunción de las
responsabilidades de procesamiento por un tercer armazón de TLP
suele ser inferior a algunos segundos. En muchos casos, los SCS 10
asociados al primer armazón de TLP fallido no pierden ningún dato
RF, y el procesamiento de localización puede continuar sin
interrupciones. En el momento en que se produce una conmutación de
TLP cuando un primer TLP 12A pasa al estado de fuera de línea, la
NOC 16 crea una alerta para indicar al operador del sistema de
localización inalámbrica que se ha producido dicho evento.
En tercer lugar, cada armazón de TLP contiene
fuentes de alimentación, ventiladores y otros componentes
redundantes. Un armazón de TLP puede admitir también varios módulos
DSP, de tal forma que, cuando se produce un fallo en un módulo DSP
o en uno de los DSP de un módulo DSP, la cantidad global de recursos
de procesamiento disponibles se reduce aunque no se produce ningún
fallo en el armazón de TLP. En todos los casos descritos en este
párrafo, el componente fallido del TLP puede ser sustituido sin
necesidad de poner el armazón de TLP entero en el estado de fuera
de línea. Por ejemplo, si una fuente de alimentación falla, la
fuente de alimentación redundante tiene suficiente capacidad para
tolerar por sí sola la carga del armazón. La fuente de alimentación
que ha fallado contiene los circuitos necesarios para deshacerse de
la carga del armazón y no provocar una degradación adicional en el
armazón. De forma similar, un DSP fallido puede aislarse de las
partes activas del armazón, para no provocar ningún fallo en el
panel posterior u otros módulos. Esto permite al resto del armazón,
incluido el segundo módulo DSP, continuar funcionando con
normalidad. Como es obvio, el rendimiento total del procesamiento
del armazón se reduce, aunque se consigue impedir un fallo
general.
El AP 14 es un sistema de bases de datos
centralizado que comprende un grupo de procedimientos de software
que gestiona todo el sistema de localización inalámbrica,
proporciona interfaces con usuarios y aplicaciones externas,
almacena registros y configuraciones de localización y admite
diversas funciones relacionadas con las aplicaciones. El AP 14
utiliza una plataforma de hardware comercial que tiene el tamaño
adecuado para adaptarse al rendimiento del sistema de localización
inalámbrica. El AP 14 también utiliza un sistema de bases de datos
relacionales comercial (RDBMS) que ha sido sometido a una adaptación
significativa para proporcionar las funciones descritas en la
presente memoria. Mientras que el SCS 10 y el TLP 12 operan
preferentemente de forma conjunta y sólo en tiempo real para
determinar la ubicación y crear registros de localización, el AP 14
puede funcionar en tiempo real durante el almacenamiento y el envío
de registros de localización, y en tiempo no real durante el
postprocesamiento de los registros de localización y la provisión
del acceso y los informes a lo largo del tiempo. La capacidad para
almacenar, recuperar y postprocesar los registros de localización
para diversos tipos de análisis de sistemas y aplicaciones ha
resultado ser una ventaja poderosa de la presente invención. El
agrupamiento principal de procedimientos de software se denomina
ApCore (representado en la Figura 4) e incluye las funciones
siguientes:
El procedimiento de supervisión del rendimiento
del AP (ApPerfGuard) es un procedimiento de software dedicado que
es responsable de iniciar, detener y supervisar la mayoría de los
otros procedimientos ApCore, así como las comunicaciones ApCore con
la NOC 16. Tras recibir un mandato de actualización de configuración
desde la NOC, el procedimiento ApPerfGuard actualiza la base de
datos y avisa a los demás procedimientos acerca del cambio. El
procedimiento ApPerfGuard inicia y detiene los procedimientos
adecuados cuando la NOC da la orden al procedimiento ApCore de
pasar a estados de ejecución específicos, y supervisa de forma
constante otros procedimientos de software que deben estar
ejecutándose según la planificación y los reinicia si han sido
interrumpidos o detiene y reinicia cualquier procedimiento que ha
dejado de responder adecuadamente. Al procedimiento ApPerfGuard se
le asigna una de las prioridades de procesamiento más altas, para
que de ese modo el procedimiento no pueda ser bloqueado por otro
procedimiento que ha evitado dicha planificación. Al procedimiento
ApPerfGuard, también se le asigna memoria dedicada que no es
accesible por otros procedimientos de software para impedir
cualquier tipo de alteración de otros procedimientos de
software.
El procedimiento de despacho del AP (ApMnDsptch)
es un procedimiento de software que recibe registros de localización
desde los TLP 12 y envía los registros de localización a otros
procedimientos. Este procedimiento contiene un subprocedimiento
separado para cada TLP 12 físico configurado en el sistema, y cada
subprocedimiento recibe registros de localización desde dicho TLP
12. Para mayor fiabilidad del sistema, el procedimiento ApCore
mantiene una lista que contiene el último número de secuencia de
registro de localización recibido desde cada TLP 12, y envía este
número de secuencia al TLP 12 tras la conexión inicial. A
continuación, el AP 14 y el TLP 12 mantienen un protocolo por medio
del cual el TLP 12 envía cada registro de localización con un
identificador exclusivo. El procedimiento ApMnDsptch envía
registros de localización a varios procedimientos, incluidos los
procedimientos Ap911, ApDbSend, ApDbRecvLoc y ApDbFileRecv.
El procedimiento de tareas del AP (ApDbSend)
controla la lista de tareas del sistema de localización inalámbrica.
La lista de tareas es la lista original de todos los criterios
desencadenantes que determina qué transmisores inalámbricos se van
a localizar, qué aplicaciones han generado los criterios y qué
aplicaciones pueden recibir información de registros de
localización. El procedimiento ApDbSend contiene un subprocedimiento
separado para cada TLP 12, a través del cual el procedimiento
ApDbSend sincroniza la lista de tareas con la tabla de señales de
interés de cada TLP 12. El procedimiento ApDbSend no envía
información de aplicación a la tabla de señales de interés, sino
sólo los criterios desencadenantes. Por lo tanto, el TLP 12 no
conoce el motivo por el cual es necesario localizar el transmisor
inalámbrico. La lista de tareas permite la localización de los
transmisores inalámbricos, basándose en el número de identidad móvil
(MIN), el identificador de estación móvil (MSID), el número de
serie electrónico (ESN) y otros números de identidad, las secuencias
de caracteres o dígitos marcados, el ID del sistema base (SID), el
sitio celular y el sector de origen, el canal RF de origen o el
tipo de mensaje. La lista de tareas permite que las diversas
aplicaciones reciban registros de localización desde el mismo
transmisor inalámbrico. Por lo tanto, es posible enviar un solo
registro de localización de un transmisor inalámbrico que ha
marcado los dígitos "911" a un PSAP 911 (centro público de
atención de llamadas de urgencia al 911), una aplicación de gestión
de flotas, una aplicación de control del tráfico o una aplicación de
optimización RF, por ejemplo.
La lista de tareas también contiene una
diversidad de marcadores y campos para cada criterio desencadenante,
algunos de los cuales se describen en la presente memoria. Un
marcador, por ejemplo, indica el límite de tiempo máximo antes del
cual el sistema de localización inalámbrica debe proporcionar una
estimación aproximada o definitiva del transmisor inalámbrico. Otro
marcador permite la inhabilitación del procesamiento de localización
para un criterio desencadenante particular, tal como la identidad
del transmisor inalámbrico. Otro campo contiene la autenticación
necesaria para realizar cambios a los criterios de un desencadenante
particular (la autenticación permite al operador del sistema de
localización inalámbrica indicar qué aplicaciones están autorizadas
para añadir, suprimir o modificar cualquier criterio desencadenante
y los campos o marcadores asociados). Otro campo contiene el grado
de servicio de localización asociado a los criterios desencadenantes
(el grado de servicio indica al sistema de localización inalámbrica
el nivel de precisión y el nivel de prioridad deseado para el
procesamiento de localización asociado a un criterio desencadenante
particular). Por ejemplo, para algunas aplicaciones, puede ser
suficiente una estimación de localización aproximada (tal vez para
obtener una tarifa de procesamiento de localización reducida),
mientras que para otras aplicaciones puede ser suficiente un
procesamiento de baja prioridad cuya finalización no está
garantizada para cualquier transmisión determinada (y que puede ser
sustituido por tareas de procesamiento de alta prioridad). El
sistema de localización inalámbrica también incluye unos medios
para admitir la utilización de caracteres comodín para los criterios
desencadenantes de la lista de tareas. Por ejemplo un criterio
desencadenante puede ser "MIN = 215555****", que determina que
el sistema de localización inalámbrica inicie el procesamiento de
localización para cualquier transmisor inalámbrico cuyo MIN empieza
con los seis dígitos 215555 y finaliza con cuatro dígitos
cualesquiera. Los caracteres comodín pueden colocarse en cualquier
posición de un criterio desencadenante. Esta característica permite
reducir el número de ubicaciones de memoria necesarias en la lista
de tareas y la tabla de señales de interés, agrupando en bloques
los transmisores inalámbricos relacionados.
El procedimiento ApDbSend también admite la
asignación dinámica de tareas. Por ejemplo, el MIN, el ESN o el
MSID u otros tipos de identidad de cualquier transmisor inalámbrico
que ha marcado la secuencia "911" será automáticamente
colocado en la lista de tareas por el procedimiento ApDbSend durante
una hora. Por lo tanto, cualquier transmisión posterior del
transmisor inalámbrico que ha marcado los dígitos "911"
también será localizada en caso de que se produzca otra emergencia.
Por ejemplo, si un PSAP responde a un transmisor inalámbrico que ha
marcado los dígitos "911" en la última hora, el sistema de
localización inalámbrica se activa con el mensaje de respuesta a la
radiobúsqueda del transmisor inalámbrico y puede poner a
disposición del PSAP este nuevo registro de localización. La
asignación dinámica de tareas puede establecerse para cualquier
intervalo de tiempo después de un evento de iniciación y para
cualquier tipo de criterio desencadenante. El procedimiento
ApDbSend también es un servidor para recibir peticiones de tareas de
otras aplicaciones. Estas aplicaciones, tales como la aplicación de
gestión de flotas, pueden enviar peticiones de tareas por medio de
una conexión de toma de corriente, por ejemplo. Estas aplicaciones
pueden añadir o suprimir criterios desencadenantes. El
procedimiento ApDbSend aplica un procedimiento de autenticación a
cada aplicación para verificar que la aplicación esté autorizada
para añadir o suprimir criterios desencadenantes, y que sólo pueda
cambiar criterios desencadenantes relacionados con dicha
aplicación.
El procedimiento AP 911 (Ap911) gestiona cada
una de las interfaces entre el sistema de localización inalámbrica
y los elementos de la red E9-1-1,
tales como las centrales de conmutación tándem, los encaminadores
selectivos, las bases de datos ALI y los PSAP. El procedimiento
Ap911 contiene un subprocedimiento separado para cada conexión con
un elemento de la red E9-1-1, y
puede admitir más de un subprocedimiento para cada elemento de la
red. El procedimiento Ap911 puede funcionar simultáneamente en
muchas modalidades basadas en la configuración del usuario, como
las descritas en la presente memoria. El procesamiento puntual de
los registros de localización
E9-1-1 tiene una de las prioridades
de procesamiento más alta en el AP 14 y, por consiguiente, el
procedimiento Ap911 se ejecuta por completo por medio de la memoria
de acceso aleatorio (RAM) para evitar el retardo asociado al
almacenamiento y la posterior recuperación de un registro de
localización desde cualquier tipo de disco. Cuando el procedimiento
ApMnDsptch envía un registro de localización al procedimiento Ap911,
el procedimiento Ap911 toma de inmediato una determinación de
encaminamiento y envía el registro de localización a un elemento de
la red E9-1-1, a través de la
interfaz adecuada. Un procedimiento independiente, que funciona en
paralelo, almacena el registro de localización en la base de datos
del AP 14.
A través del procedimiento Ap911 y otros
procedimientos, el AP 14 puede trabajar con dos modalidades de
provisión de registros de localización a las aplicaciones, incluida
la E9-1-1: la modalidad "push"
(empujar) y la modalidad "pull" (tirar). Las aplicaciones que
solicitan la modalidad "push" reciben un registro de
localización en cuanto dicho registro está disponible en el AP 14.
Esta modalidad es particularmente eficaz para las redes
E9-1-1, que necesitan obtener
registros de localización con la máxima brevedad, puesto que las
redes E9-1-1 deben encaminar
llamadas 9-1-1 hacia el PSAP
correcto unos segundos después de que un llamante inalámbrico haya
marcado el número 911. Las aplicaciones que solicitan la modalidad
"pull" no reciben automáticamente los registros de
localización, sino que en su lugar deben enviar al AP 14 la
petición relativa a un transmisor inalámbrico particular para
recibir el último registro de localización, o cualquier otro,
acerca de ese transmisor inalámbrico. La petición de la aplicación
puede indicar el último registro de localización, una serie de
registros de localización o todos los registros de localización que
cumplen con un criterio de tiempo particular u otro tipo de
criterio, tal como el tipo de transmisión. En un ejemplo de
utilización de la modalidad "pull" en el caso de una llamada
"911", primeramente la red
E9-1-1 recibe la parte de voz de la
llamada "911" y, a continuación, solicita al AP 14 el registro
de localización asociado a dicha llamada.
Cuando el procedimiento Ap911 está conectado a
muchos elementos de la red E9-1-1,
es necesario determinar hacia qué elemento de la red
E9-1-1 debe "empujar" el
registro de localización (suponiendo que se haya seleccionado la
modalidad "push"). El AP 14 recurre a una tabla de
encaminamiento para hallar dicho elemento. La tabla de
encaminamiento dinámico se utiliza para dividir una zona geográfica
en células. Cada célula, o entrada, de la tabla de encaminamiento
dinámico contiene las instrucciones de encaminamiento para la
célula. Como bien se sabe, un minuto de latitud corresponde a 6083
pies, es decir, alrededor de 365 pies por miligrado. Además, un
minuto de longitud es igual a coseno (latitud) * 6083 pies, que para
el área de Filadelfia es de alrededor de 4659 pies, o alrededor de
280 pies por miligrado. Una tabla de un tamaño de mil por mil, o un
millón, de células puede contener las instrucciones de
encaminamiento para un área de alrededor de 69 millas por 53
millas, que es más grande que el área de Filadelfia del ejemplo, y
cada célula puede contener un área geográfica de 365 pies por 280
pies. El número de bits asignados a cada entrada de la tabla sólo
debe ser suficiente grande como para admitir el número máximo de
posibilidades de encaminamiento. Por ejemplo, si el número total de
posibilidades de encaminamiento es de dieciséis o menos, entonces la
memoria para la tabla de encaminamiento dinámico es igual a un
millón multiplicado por cuatro bits, es decir, medio megabyte.
Mediante este sistema, un área del tamaño de Pennsylvania podría
estar contenida en una tabla de aproximadamente veinte megabytes o
menos, que proporciona muchas posibilidades de encaminamiento. Dado
el coste relativamente económico de la memoria, esta tabla de
encaminamiento dinámico inventiva proporciona al AP 14 unos medios
para "empujar" rápidamente los registros de localización para
las llamadas "911" sólo hacia el elemento de la red
E9-1-1 adecuado.
El AP 14 permite introducir cada entrada de
encaminamiento dinámico utilizando unos medios manuales o
automatizados. Con los medios automatizados, por ejemplo, una
aplicación de mapa electrónico puede crear una delimitación
poligonal del área de cobertura de un elemento de red
E9-1-1 particular, tal como un PSAP.
La delimitación poligonal se convierte, a continuación, en una
lista de puntos de latitud y longitud contenidos dentro del
polígono. Entonces, a la célula de la tabla de encaminamiento
dinámico correspondiente a cada punto de latitud y longitud, se le
da la instrucción de encaminamiento para el elemento de red
E9-1-1 que es responsable de dicho
polígono geográfico.
Cuando el procedimiento Ap911 recibe un registro
de localización "911" para un transmisor inalámbrico
particular, el procedimiento Ap911 convierte la latitud y la
longitud en la dirección de una célula particular de la tabla de
encaminamiento dinámico. A continuación, el procedimiento Ap911
interroga a la célula para determinar las instrucciones de
encaminamiento, que pueden ser la modalidad "push" o la
modalidad "pull" y la identidad del elemento de red
E9-1-1 responsable de prestar
servicio al área geográfica donde ha tenido lugar la llamada
"911". Si se ha seleccionado la modalidad "push",
entonces el procedimiento Ap911 "empuja" automáticamente el
registro de localización hacia dicho elemento de red
E9-1-1. Si se ha seleccionado la
modalidad "pull", entonces el procedimiento Ap911 coloca el
registro de localización en una tabla circular de registros de
localización "911" y se mantiene a la espera de una
consulta.
Los medios de encaminamiento dinámico descritos
anteriormente implican la utilización de una base de datos
delimitada geográficamente que puede aplicarse a otras aplicaciones
aparte de la aplicación "911" y que, en consecuencia, es
admitida por otros procedimientos aparte del procedimiento Ap911.
Por ejemplo, el AP 14 puede determinar automáticamente la zona de
facturación desde la cual se ha realizado una llamada inalámbrica
para una aplicación de facturación sensible a la localización.
Además, el AP 14 puede enviar automáticamente una alerta cuando el
transmisor inalámbrico particular ha entrado o salido de un área
geográfica establecida definida por una aplicación. La utilización
de bases de datos geográficas particulares, acciones de
encaminamiento dinámico y otras acciones desencadenadas por la
localización se define en los campos y marcadores asociados a cada
criterio desencadenante. El sistema de localización inalámbrica
incluye unos medios para gestionar con facilidad estas bases de
datos delimitadas geográficamente mediante un mapa electrónico que
puede crear polígonos que abarcan un área geográfica establecida.
El sistema de localización inalámbrica extrae del mapa electrónico
una tabla de puntos de latitud y longitud contenidos en el polígono.
Cada aplicación puede utilizar su propio conjunto de polígonos y
definir el conjunto de acciones que se emprenden cuando cada
polígono del conjunto contiene un registro de localización para una
transmisión inalámbrica desencadenada.
El procedimiento de recepción de la base de
datos del AP (ApDbRecvLoc) recibe todos los registros de
localización del procedimiento ApMnDsptch por medio de la memoria
compartida y almacena los registros de localización en la base de
datos de localización del AP. El procedimiento ApDbRecvLoc inicia
diez subprocedimientos, cada uno de los cuales recupera los
registros de localización de la memoria compartida, valida cada
registro antes de insertarlo en la base de datos y finalmente
inserta los registros en la partición de registro de localización
correcta de la base de datos. Para mantener la integridad, los
registros de localización con cualquier tipo de error no se
escriben en la base de datos de registros de localización, sino que
se colocan en un archivo de errores que puede ser examinado por el
operador del sistema de localización inalámbrica y, a continuación,
se introducen manualmente en la base de datos después de la
resolución del error. Si la base de datos de localización ha
fallado o ha pasado al estado de fuera de línea, los registros de
localización se escriben en un archivo plano, donde éstos podrán
ser procesados más adelante por el procedimiento ApDbFileRecv.
El procedimiento de recepción de archivos del AP
(ApDbFileRecv) lee los archivos planos que contienen registros de
localización e inserta los registros en la base de datos de
localización. Los archivos planos constituyen un mecanismo seguro
utilizado por el AP 14 para mantener por completo la integridad del
AP 14 en todos los casos, excepto cuando se produce un fallo
generalizado de las unidades de disco duro. El procedimiento
ApDbFileRecv lee varios tipos de archivos planos diferentes,
incluidos el archivo de base de datos no disponible, de
sincronización, de desbordamiento y de errores corregidos. Los
archivos planos de base de datos no disponible son escritos por el
procedimiento ApDbRecvLoc si la base de datos de localización es
temporalmente inaccesible. Este archivo permite al AP 14 asegurar
que los registros de localización se mantengan mientras persiste
este tipo de problema. Los archivos planos de sincronización son
escritos por el procedimiento ApLocSync (descrito más abajo) cuando
se transfieren registros de localización entre pares de sistemas AP
redundantes. Los archivos planos de desbordamiento son escritos por
el procedimiento ApMnDsptch cuando los registros de localización
llegan al AP 14 a una velocidad superior a la que el procedimiento
ApDbRecvLoc puede procesar e insertar los registros en la base de
datos de localización. Esto puede suceder durante períodos de
velocidades máximas muy altas. Los archivos de desbordamiento
impiden que ningún registro se pierda durante los períodos punta.
Los archivos planos de errores corregidos contienen registros de
localización que contenían errores que ya han sido corregidos y que,
por lo tanto, pueden ser insertados en la base de datos de
localización.
Puesto que el AP 14 desempeña una función
centralizada decisiva en el sistema de localización inalámbrica, la
arquitectura del AP 14 ha sido diseñada para ser completamente
redundante. Un sistema AP 14 redundante incluye plataformas de
hardware enteramente redundantes, RDBMS enteramente redundantes,
unidades de disco redundantes y redes redundantes entre los TLP 12,
las NOC 16 y las aplicaciones externas. La arquitectura de software
del AP 14 también ha sido diseñada para admitir una redundancia
tolerante a fallos. Los ejemplos siguientes ilustran las funciones
admitidas por los AP redundantes. Cada TLP 12 envía registros de
localización al AP 14 original y al AP 14 redundante cuando ambos
AP se hallan en línea. Únicamente el AP 14 original procesará las
peticiones de tareas de entrada y aceptará peticiones de cambio de
configuración desde la NOC 16. A continuación, el AP 14 original
sincroniza el AP 14 redundante bajo un riguroso control. Tanto el AP
original como el redundante aceptan los mandatos básicos de inicio
y parada desde la NOC. Ambos AP supervisan constantemente sus
propios parámetros de sistema y el estado de la aplicación,
supervisan los correspondientes parámetros para el otro AP 14 y
deciden cuál de los AP 14 será el original y cuál será el redundante
basándose en una puntuación compuesta. Esta puntuación compuesta se
determina compilando los errores comunicados por los diversos
procedimientos en un área de memoria compartida, y supervisando el
espacio de intercambio y el espacio de disco. Existen varios
procedimientos para permitir la redundancia.
El procedimiento de sincronización de
localización del AP (ApLocSync) se ejecuta en cada AP 14 y detecta
la necesidad de sincronizar los registros de localización entre los
AP, creando a continuación registros de sincronización que indican
los registros de localización que deben ser transferidos desde un AP
14 a otro. A continuación, se realiza la transferencia de los
registros de localización entre los AP, utilizando una conexión de
toma de corriente. El procedimiento ApLocSync compara las
particiones de registros de localización y los números de secuencia
de los registros de localización almacenados en cada base de datos
de localización. Normalmente, si el AP 14 original y el AP 14
redundante funcionan correctamente, no es necesario llevar a cabo la
sincronización, puesto que ambos AP reciben los registros de
localización de forma simultánea desde los TLP 12. No obstante, si
uno de los AP 14 falla o pasa a la modalidad de fuera de línea, será
necesario realizar la sincronización posteriormente. El
procedimiento ApLocSync recibe un aviso cada vez que el
procedimiento ApMnDsptch se conecta a un TLP 12 y, de ese modo,
puede determinar si se necesita o no la sincronización.
El procedimiento de sincronización de tareas del
AP (ApTaskSync) se ejecuta en cada AP 14 y sincroniza la
información de tareas entre el AP 14 original y el AP 14 redundante.
El procedimiento ApTaskSync del AP 14 original recibe información
de tareas desde el procedimiento ApDbSend y, a continuación, envía
la información de tareas al procedimiento ApTaskSync del AP 14
redundante. En caso de fallo del AP 14 original antes de que el
procedimiento ApTaskSync haya finalizado la duplicación de tareas,
el procedimiento ApTaskSync efectúa una sincronización completa de
la base de datos de tareas cuando el AP 14 que ha fallado vuelve a
la modalidad en línea.
El procedimiento de sincronización de
configuración del AP (ApConfigSync) se ejecuta en cada AP 14 y
sincroniza la información de configuración entre el AP 14 original
y el AP 14 redundante. El procedimiento ApConfigSync utiliza un
servicio de duplicación RDBMS. La información de configuración
incluye toda la información que necesitan los SCS 10, los TLP 12 y
los AP 14 para el correcto funcionamiento del sistema de
localización inalámbrica en la red de una empresa de
telecomunicaciones inalámbricas.
Además de las funciones de núcleo descritas
anteriormente, el AP 14 también admite un gran número de
procedimientos, funciones e interfaces que resultan útiles en el
funcionamiento del sistema de localización inalámbrica, así como en
diversas aplicaciones que precisan información de localización.
Aunque los procedimientos, las funciones y las interfaces descritas
en este apartado de la presente memoria corresponden al AP 14, la
implementación de muchos de estos procedimientos, funciones e
interfaces afecta a todo el sistema de localización y, por
consiguiente, no debe considerarse que su valor inventivo se limita
únicamente a los AP 14.
El AP 14 admite la "itinerancia" entre los
sistemas de localización inalámbrica situados en diferentes
ciudades o utilizados por empresas de telecomunicaciones
inalámbricas diferentes. Si un primer transmisor inalámbrico se ha
abonado a una aplicación de un primer sistema de localización
inalámbrica y, por consiguiente, presenta una entrada en la lista
de tareas del primer AP 14 del primer sistema de localización
inalámbrica, el primer transmisor inalámbrico también puede
abonarse a la itinerancia. Cada AP 14 y TLP 12 de cada sistema de
localización inalámbrica contiene una tabla en la que se mantiene
una lista de identidades de abonados "locales" válidos. La
lista suele consistir en una clasificación y para los teléfonos
celulares actuales, por ejemplo, la clasificación puede ser
determinada mediante los códigos NPA/NXX (o código de área y
central) asociados al MIN o MSID de los teléfonos celulares. Cuando
un transmisor inalámbrico que satisface el criterio "local"
realiza una transmisión, un TLP 12 recibe los datos desmodulados
desde uno o más SCS 10 y comprueba la información de desencadenante
en la tabla de señales de interés. Si se cumple algún criterio
desencadenante, el procesamiento de localización empieza por dicha
transmisión; de lo contrario, la transmisión no es procesada por el
sistema de localización inalámbrica.
Cuando un primer transmisor inalámbrico que no
cumple el criterio "local" realiza una transmisión en un
segundo sistema de localización inalámbrica, el segundo TLP 12 del
segundo sistema de localización inalámbrica comprueba si se cumple
algún criterio desencadenante de la tabla de señales de interés. A
continuación, se emprende una de las tres acciones siguientes: (i)
si la transmisión cumple un criterio que ya se halla en la tabla de
señales de interés, el transmisor es localizado y el registro de
localización es enviado desde el segundo AP 14 del segundo sistema
de localización inalámbrica hasta el primer AP 14 del primer sistema
de localización inalámbrica; (ii) si el primer transmisor
inalámbrico presenta la entrada "itinerante" en la tabla de
señales de interés, hecho que indica que el primer transmisor
inalámbrico se ha "registrado" en el segundo sistema de
localización inalámbrica pero no presenta ningún criterio
desencadenante, entonces la transmisión no es procesada por el
segundo sistema de localización inalámbrica y la marca de tiempo de
expiración se ajusta de la forma descrita más adelante; (iii) si el
primer transmisor inalámbrico no presenta la entrada
"itinerante" y por lo tanto no se ha "registrado",
entonces los datos desmodulados se pasan al segundo AP 14 desde el
TLP 12.
En el tercer caso anterior, el segundo AP 14
utiliza la identidad del primer transmisor inalámbrico para
identificar el primer AP 14 del primer sistema de localización
inalámbrica como sistema de localización inalámbrica "local"
del primer transmisor inalámbrico. El segundo AP 14 del segundo
sistema de localización inalámbrica envía una pregunta al primer AP
14 del primer sistema de localización inalámbrica para determinar si
el primer transmisor inalámbrico se ha abonado a alguna aplicación
de localización y, en consecuencia, presenta algún criterio
desencadenante en la lista de tareas del primer AP 14. Si existe
algún desencadenante en el primer AP 14, los criterios
desencadenantes junto con los campos y marcadores asociados se
envían desde el primer AP 14 hasta el segundo AP 14 y se introducen
en la lista de tareas y la tabla de señales de interés como entradas
"itinerantes" con criterios desencadenantes. Si el primer AP
14 proporciona al segundo AP 14 una respuesta que indica que el
primer transmisor inalámbrico no presenta criterios desencadenantes,
entonces el segundo AP 14 "registra" el primer transmisor
inalámbrico como una entrada "itinerante" sin criterios
desencadenantes en la lista de tareas y la tabla de señales de
interés. Por lo tanto, el TLP 12 del segundo sistema de
localización inalámbrica puede determinar de forma concluyente que
las transmisiones actuales y futuras desde el primer transmisor
inalámbrico han sido registradas sin criterios desencadenantes, no
siendo necesario que el segundo AP 14 realice consultas adicionales
al primer AP 14.
Cuando el segundo AP 14 registra el primer
transmisor inalámbrico como una entrada "itinerante" con o sin
criterios desencadenantes en la lista de tareas y la tabla de
señales de interés, se asigna una marca de tiempo de expiración a
la entrada "itinerante". La marca de tiempo de expiración se
fija en la hora actual más un primer intervalo predeterminado. Cada
vez que el primer transmisor inalámbrico realiza una transmisión,
la marca de tiempo de expiración de la entrada "itinerante" de
la lista de tareas y la tabla de señales de interés se ajusta a la
hora actual de la transmisión más reciente más el primer intervalo
predeterminado. Si el primer transmisor inalámbrico no realiza más
transmisiones antes del tiempo indicado en la marca de tiempo de
expiración de su entrada "itinerante", la entrada
"itinerante" es automáticamente suprimida. Si después de la
supresión el primer transmisor inalámbrico realiza otra transmisión,
el procedimiento de registro se repite.
El primer AP 14 y el segundo AP 14 mantienen
comunicaciones a través de una red de área amplia. La red puede
basarse en el protocolo TCP/IP o en un protocolo similar a la
versión más reciente del protocolo IS-41. Cada AP
14 que se comunica con otros AP de otros sistemas de localización
inalámbrica mantiene una tabla que proporciona la identidad de cada
AP 14 y sistema de localización inalámbrica correspondiente a cada
rango válido de identidades de transmisores inalámbricos.
Ciertas aplicaciones tal vez requieran una
estimación muy rápida de la ubicación general de un transmisor
inalámbrico, seguida de una estimación más precisa de la ubicación
que puede ser enviada más adelante. Esto puede tener importancia,
por ejemplo, en los sistemas E9-1-1
que se ocupan de llamadas inalámbricas y deben tomar una decisión
de encaminamiento de llamada con mucha rapidez, aunque pueden
esperar un poco más a recibir una ubicación más exacta en el
terminal del mapa electrónico de la persona que acepta la llamada
E9-1-1. El sistema de localización
inalámbrica admite estas aplicaciones con una modalidad de
procesamiento de localización inventiva de varias pasadas, descrita
más abajo. El AP 14 admite esta modalidad con registros de
localización de varias pasadas. Para ciertas entradas, la lista de
tareas del AP 14 contiene un marcador que indica el límite de
tiempo máximo antes del cual una aplicación particular debe recibir
una estimación de localización aproximada, y un segundo límite de
tiempo máximo antes del cual una aplicación particular debe recibir
una estimación de localización definitiva. Para dichas ciertas
aplicaciones, el AP 14 incluye un marcador en el registro de
localización que indica el estado de la estimación de localización
contenida en el registro, por ejemplo: primera pasada de estimación
(es decir, estimación aproximada) o última pasada de estimación (es
decir, estimación final). En general, el sistema de localización
determinará la mejor estimación de localización dentro del límite
de tiempo establecido por la aplicación, es decir, el sistema de
localización inalámbrica procesará la mayor parte de datos RF que
pueda dentro del límite de tiempo. Dado que cualquier transmisión
inalámbrica particular puede desencadenar un registro de
localización para una o más aplicaciones, el sistema de
localización inalámbrica admite varias modalidades a la vez. Por
ejemplo, un transmisor inalámbrico con un MIN particular puede
marcar los dígitos "911", acción que puede iniciar un registro
de localización de dos pasadas para la aplicación
E9-1-1, o un registro de
localización de una pasada para una aplicación de gestión de flotas
que supervisa dicho transmisor inalámbrico con un MIN particular.
Esto puede ampliarse a cualquier número de aplicaciones.
En los sistemas de comunicaciones inalámbricas
de áreas urbanas o suburbanas densas, las frecuencias o los canales
pueden ser reutilizados varias veces dentro de distancias
relativamente cortas. Puesto que el sistema de localización
inalámbrica es capaz de detectar y desmodular independientemente
transmisiones inalámbricas sin ayuda del sistema de comunicaciones
inalámbricas, frecuentemente es posible detectar y desmodular con
éxito una transmisión inalámbrica individual en varios SCS 10 del
sistema de localización inalámbrica. Esto puede tener lugar tanto
de forma intencionada como no intencionada. Un caso no intencionado
es el causado por la reutilización de una frecuencia cercana, de
tal forma que una transmisión inalámbrica particular puede
recibirse por encima de un umbral predeterminado en más de un SCS
10, cuando se esperaría que cada SCS 10 estuviera supervisando sólo
transmisiones que se producen dentro del sitio celular donde se
localiza el SCS 10. Un caso intencionado es el causado por la
programación de más de un SCS 10 para detectar y desmodular
transmisiones que tienen lugar en un sitio celular particular a una
frecuencia particular. Como se ha descrito anteriormente, por lo
general, esto se realiza con los SCS 10 adyacentes o cercanos con el
objetivo de proporcionar redundancia de desmodulación al sistema e
incrementar todavía más la probabilidad de que cualquier transmisión
inalámbrica particular sea detectada y desmodulada
correctamente.
correctamente.
Ambos tipos de eventos podrían generar
potencialmente varios desencadenantes dentro del sistema de
localización inalámbrica, provocando la iniciación del
procesamiento de localización varias veces para la misma
transmisión. Esto ocasiona una utilización excesiva e ineficaz de
los recursos de procesamiento y comunicaciones. Por consiguiente,
el sistema de localización inalámbrica incluye unos medios para
detectar si la misma transmisión ha sido detectada y desmodulada
más de una vez, y para seleccionar el SCS 10 que mejor desmodula
como punto inicial para el procesamiento de localización. Cuando el
sistema de localización inalámbrica detecta y desmodula
correctamente la misma transmisión varias veces en varios
SCS/antenas, el sistema de localización inalámbrica utiliza los
criterios siguientes para seleccionar el SCS desmodulador/antena que
va a utilizar para continuar el procedimiento y determinar si
activa y posiblemente inicia el procesamiento de localización
(también en este caso, estos criterios pueden ser ponderados para
tomar la decisión final): (i) un SCS/antena situado en el sitio
celular al que se ha asignado una frecuencia particular se prefiere
a otro SCS/antena, aunque esta preferencia puede ajustarse si no
existe ningún SCS/antena operativo en línea situado en el sitio
celular al que se ha asignado la frecuencia particular, (ii) los
SCS/antenas con una SNR media superior se prefieren a los que tienen
una SNR media inferior y (iii) los SCS/antenas con menos errores en
bits en la desmodulación de la transmisión se prefieren a los que
presentan más errores en bits. La ponderación aplicada a cada una de
estas preferencias puede ser ajustada por el operador del sistema
de localización inalámbrica para adaptarse al diseño particular de
cada sistema.
El sistema de localización inalámbrica contiene
unos medios para comunicarse a través de una interfaz con un
sistema de comunicaciones inalámbricas, tal como un centro de
conmutación móvil (MSC) o un controlador de posicionamiento móvil
(MPC). Esta interfaz puede basarse, por ejemplo, en un protocolo
estándar seguro, tal como la versión más reciente de los protocolos
IS-41 o TCP/IP. Los formatos, campos y aspectos de
autenticación de estos protocolos son muy conocidos. El sistema de
localización inalámbrica admite una diversidad de mensajes de
mandato/respuesta e informativos a través de esta interfaz, que son
operativos para facilitar la detección, la desmodulación y la
activación adecuada de las transmisiones inalámbricas, y proporciona
asimismo unos medios para pasar registros de localización al
sistema de comunicaciones inalámbricas. En particular, esta interfaz
proporciona unos medios para que el sistema de localización
inalámbrica obtenga información acerca de los transmisores
inalámbricos a los que se les han asignado unos parámetros de
canales de voz particulares en unos sitios celulares particulares.
A continuación, se proporcionan ejemplos de los mensajes admitidos
por el sistema de localización inalámbrica a través de esta
interfaz con el sistema de comunicaciones inalámbricas, que incluyen
los siguientes:
Consulta sobre concordancia de
MIN/MDN/MSID/IMSI/TMSI - Ciertos tipos de transmisores inalámbricos
transmiten su identidad de una manera conocida que puede consistir
en marcar unos dígitos a través de la red telefónica. Otros tipos
de transmisores inalámbricos no pueden marcar la identidad que van a
transmitir, sino que convierten dicha identidad en un número que
puede marcarse utilizando una tabla situada dentro del sistema de
comunicaciones inalámbricas. La identidad transmitida es permanente
en la mayoría de casos, pero también puede ser temporal. Los
usuarios de las aplicaciones de localización conectadas al AP 14
habitualmente prefieren introducir desencadenantes en la lista de
tareas utilizando identidades que pueden marcarse. Las identidades
que pueden marcarse se suelen denominar "números de directorio
móvil" (MDN). Los otros tipos de identidad que precisan
conversión incluyen el número de identidad móvil (MIN), la
identidad de abonado móvil (MSID), la identidad de abonado móvil
internacional (IMSI) y la identidad de abonado móvil temporal
(TMSI). Si el sistema de comunicaciones inalámbricas ha habilitado
la utilización de la encriptación para cualquiera de los campos de
datos de los mensajes transmitidos por los transmisores
inalámbricos, el sistema de localización inalámbrica también puede
solicitar información de encriptación junto con la información de
identidad. El sistema de localización inalámbrica incluye unos
medios para solicitar al sistema de comunicaciones inalámbricas las
identidades alternativas para una identidad desencadenante que ha
sido incluida en la lista de tareas por una aplicación de
localización, o solicitar al sistema de comunicaciones inalámbricas
identidades alternativas para una identidad que ha sido desmodulada
por un SCS 10. Otros eventos pueden desencadenar también este tipo
de consulta. En este tipo de consulta, normalmente el sistema que
inicia el mandato es el sistema de localización inalámbrica y el
sistema que responde a éste es el sistema de comunicaciones
inalámbricas.
Consulta/cambio de mandato sobre asignación de
canal de voz RF - Muchas transmisiones inalámbricas en los canales
de voz no contienen información de identidad. Por consiguiente,
cuando el sistema de localización inalámbrica es activado para
realizar el procesamiento de localización de una transmisión en el
canal de voz, el sistema de localización inalámbrica solicita al
sistema de comunicación inalámbrica información de asignación del
canal de voz actual para el transmisor particular que el sistema de
localización inalámbrica va a localizar. Para una transmisión AMPS,
por ejemplo, el sistema de localización inalámbrica preferentemente
solicita el sitio celular, el sector y el número de canal RF que
está siendo utilizado actualmente por el transmisor inalámbrico.
Para una transmisión TDMA, por ejemplo, el sistema de localización
inalámbrica preferentemente solicita el sitio celular, el sector,
el número de canal RF y el intervalo de tiempo que está siendo
utilizado actualmente por el transmisor inalámbrico. Tal vez se
necesiten otros datos, incluidos la máscara de código largo y las
claves de encriptación. En general, el sistema de localización
inalámbrica inicia el mandato y el sistema de comunicaciones
inalámbricas responde. No obstante, el sistema de localización
inalámbrica también puede aceptar un mandato desencadenante del
sistema de comunicaciones inalámbricas que contiene la información
detallada anteriormente.
La temporización de este mensaje de
mandato/respuesta es muy importante, puesto que los traspasos de los
canales de voz pueden producirse con bastante frecuencia en los
sistemas de comunicaciones inalámbricas. Es decir, el sistema de
localización inalámbrica localiza cualquier transmisor inalámbrico
que transmita en un canal particular, y por consiguiente tanto el
sistema de localización inalámbrica como el sistema de
comunicaciones inalámbricas deben tener la seguridad de que la
información de identidad del transmisor inalámbrico y de asignación
de canal de voz estén perfectamente sincronizadas. El sistema de
localización inalámbrica utiliza diversos medios para alcanzar este
objetivo. El sistema de localización inalámbrica puede, por ejemplo,
pedir la información de asignación de canal de voz para un
transmisor inalámbrico particular, recibir los datos RF necesarios y
pedir otra vez la información de asignación de canal de voz para
ese mismo transmisor inalámbrico y, finalmente, verificar que el
estado del transmisor inalámbrico no haya cambiado durante el tiempo
en el que el sistema de localización inalámbrica ha estado
recopilando los datos RF. No es necesario que el procesamiento de
localización finalice antes de la segunda petición, puesto que lo
único que importa es verificar que se hayan recibido los datos RF
correctos. Como una parte del primer mandato de petición, el sistema
de localización inalámbrica también puede, por ejemplo, ordenar al
sistema de comunicaciones inalámbricas que impida que se produzca un
traspaso para el transmisor inalámbrico particular durante el
período de tiempo en el que el sistema de localización inalámbrica
recibe los datos RF. Después de la recopilación de los datos RF, el
sistema de localización inalámbrica vuelve a solicitar la
información de asignación de canal de voz para el mismo transmisor
inalámbrico, ordena al sistema de comunicaciones inalámbricas que
permita nuevamente los traspasos para dicho transmisor inalámbrico
y finalmente comprueba que el estado del transmisor inalámbrico no
haya cambiado durante el tiempo en el que el sistema de
localización inalámbrica ha estado recopilando los datos RF.
Por diversas razones, el sistema de localización
inalámbrica o el sistema de comunicaciones inalámbricas pueden
preferir que se asigne otro canal de voz RF al transmisor
inalámbrico antes de realizar el procesamiento de localización. Por
consiguiente, como parte de la secuencia mandato/respuesta, el
sistema de comunicaciones inalámbricas puede ordenar al sistema de
localización inalámbrica que suspenda temporalmente el procesamiento
de localización hasta que el sistema de comunicaciones inalámbricas
haya terminado una secuencia de traspaso con el transmisor
inalámbrico, y el sistema de comunicaciones inalámbricas haya
avisado al sistema de localización inalámbrica de que ya pueden
recibirse datos RF y le haya indicado el canal de voz RF en el cual
pueden recibirse los datos. Como alternativa, el sistema de
localización inalámbrica puede determinar que el canal de voz RF
particular que utiliza actualmente un transmisor inalámbrico
particular es inadecuado para obtener una estimación de
localización aceptable, y puede solicitar que el sistema de
comunicaciones inalámbricas ordene al transmisor inalámbrico
realizar un traspaso.
Como alternativa, el sistema de localización
inalámbrica puede solicitar que el sistema de comunicaciones
inalámbricas ordene al transmisor inalámbrico realizar un traspaso a
una serie de canales de voz RF en secuencia para realizar una serie
de estimaciones de localización, permitiendo de ese modo al sistema
de localización inalámbrica aumentar la precisión de la estimación
de localización a través de la serie de traspasos (este
procedimiento se describe más adelante).
El sistema de localización inalámbrica también
puede utilizar este conjunto de mensajes de mandato/respuesta para
solicitar al sistema de comunicaciones inalámbricas la identidad de
un transmisor inalámbrico que ha estado utilizando un canal de voz
particular (e intervalo de tiempo, etc.) en un sitio celular
particular y un tiempo particular. Esto permite al sistema de
localización inalámbrica realizar primero el procesamiento de
localización de las transmisiones sin conocer las identidades y, a
continuación, determinar la identidad de los transmisores
inalámbricos que realizan las transmisiones y adjuntar esta
información al registro de localización. Esta característica
inventiva particular permite la utilización de la localización
secuencial automática de las transmisiones del canal de voz.
Recepción de desencadenantes - El sistema de
localización inalámbrica puede recibir desencadenantes desde el
sistema de comunicaciones inalámbricas para aplicar el procesamiento
de localización a una transmisión de canal de voz sin conocer la
identidad del transmisor inalámbrico. Este conjunto de mensajes
elude la lista de tareas y no utiliza los mecanismos
desencadenantes del sistema de localización inalámbrica. En su
lugar, el sistema de comunicaciones inalámbricas determina por sí
solo qué transmisiones inalámbricas debe localizar y, a
continuación, envía un mandato al sistema de localización
inalámbrica para que recopile los datos RF de un canal de voz
particular en un sitio celular particular y realice el procesamiento
de localización. El sistema de localización inalámbrica responde
con una confirmación que contiene una marca de tiempo que indica
cuándo se han recopilado los datos RF. El sistema de localización
inalámbrica también responde con un registro de localización de
formato adecuado una vez que el proceso de localización ha
terminado. Basándose en el tiempo del mandato para el sistema de
localización inalámbrica y la respuesta con la marca de tiempo de
recopilación de datos RF, el sistema de comunicaciones inalámbricas
determina si el estado del transmisor inalámbrico ha cambiado
después del mandato y si hay muchas probabilidades de que la
recopilación de datos RF resulte satisfactoria.
Realización de transmisión - El sistema de
localización inalámbrica puede ordenar al sistema de comunicaciones
inalámbricas que obligue a un transmisor inalámbrico particular a
realizar una transmisión en un momento particular, o dentro de un
rango de tiempos establecido. El sistema de comunicaciones
inalámbricas responde con una confirmación y un tiempo o rango de
tiempos en los que debe esperarse la transmisión. Los tipos de
transmisión que puede forzar el sistema de localización inalámbrica
incluyen, por ejemplo, respuestas de auditoría y respuestas de
radiobúsqueda. Mediante este conjunto de mensajes, el sistema de
localización inalámbrica también puede ordenar al sistema de
comunicaciones inalámbricas que obligue al transmisor inalámbrico a
transmitir utilizando un valor de nivel de potencia más alto. En
muchos casos, los transmisores inalámbricos tratan de utilizar los
valores de nivel de potencia más bajos cuando transmiten con el
objetivo de prolongar la duración de la batería. Para aumentar la
precisión de la estimación de localización, el sistema de
localización inalámbrica puede preferir que el transmisor
inalámbrico utilice un valor de nivel de potencia más alto. El
sistema de comunicaciones inalámbricas responde al sistema de
localización inalámbrica proporcionando la confirmación de que se
va a utilizar el valor de nivel de potencia más alto y el tiempo o
rango de tiempos durante el cual debe esperarse la transmisión.
Retardo de respuesta del sistema de
comunicaciones inalámbricas para el acceso móvil - Algunos
protocolos de interfaz aérea, tal como el CDMA, utilizan un
mecanismo en el que el transmisor inalámbrico inicia las
transmisiones por un canal tal como, por ejemplo, un canal de
acceso, con el valor de nivel de energía más bajo o un valor muy
bajo y, a continuación, inicia una secuencia de etapas en las que:
(i) el transmisor inalámbrico realiza una transmisión de acceso;
(ii) el transmisor inalámbrico espera una respuesta del sistema de
comunicaciones inalámbricas; (iii) si el transmisor inalámbrico no
recibe ninguna respuesta del sistema de comunicaciones inalámbricas
dentro de un tiempo predeterminado, el transmisor inalámbrico
incrementa su valor de nivel de potencia en una cantidad
predeterminada y vuelve a la etapa (i) y (iv) si el transmisor
inalámbrico recibe una respuesta del sistema de comunicaciones
inalámbricas dentro de un tiempo predeterminado, el transmisor
inalámbrico inicia un intercambio de mensajes normal. Este mecanismo
es útil para asegurar que el transmisor inalámbrico utilice sólo el
nivel de potencia útil más bajo para transmitir y no se desperdicie
energía ni se reduzca la duración de la batería. No obstante, es
posible que el valor de nivel de potencia más bajo con el que el
transmisor inalámbrico puede comunicarse adecuadamente con el
sistema de comunicaciones inalámbricas no sea suficiente para
obtener una estimación de localización aceptable. Por consiguiente,
el sistema de localización inalámbrica puede ordenar al sistema de
comunicaciones inalámbricas que retarde su respuesta a estas
transmisiones un tiempo o cantidad predeterminada. Esta acción de
retardo determina que el transmisor inalámbrico repita la secuencia
de etapas (i) a (iii) una o más veces de lo normal y, como
consecuencia, que una o varias de las transmisiones de acceso se
produzcan a un nivel de potencia superior al normal. El nivel de
potencia más alto puede preferentemente permitir al sistema de
localización inalámbrica efectuar una estimación de localización
más precisa. El sistema de localización inalámbrica puede ordenar
este tipo de acción de retardo para un transmisor inalámbrico
particular, para un tipo de transmisión inalámbrica particular (por
ejemplo, para todas las llamadas "911"), para los transmisores
inalámbricos que se hallan a una distancia especificada de la
estación base con la que el transmisor está tratando de comunicarse
o para todos los transmisores inalámbricos de un área
particular.
Envío de confirmación a transmisor inalámbrico -
El sistema de localización inalámbrica no incluye medios para
avisar al transmisor inalámbrico acerca de una acción, debido a que
el sistema de localización inalámbrica no puede transmitir, sino,
como se ha indicado antes, sólo recibir transmisiones. Por
consiguiente, si el sistema de localización inalámbrica desea
enviar, por ejemplo, un tono de confirmación tras la finalización
de cierta acción, el sistema de localización inalámbrica ordena al
sistema de comunicaciones inalámbricas que transmita un mensaje
particular. El mensaje puede incluir, por ejemplo, un tono de
confirmación sonoro, un mensaje hablado o un mensaje de voz
sintetizada para el transmisor inalámbrico, o un mensaje de texto
enviado por medio de un servicio de mensajes cortos o una
radiobúsqueda. El sistema de localización inalámbrica recibe desde
el sistema de comunicaciones inalámbricas la confirmación de que el
mensaje ha sido aceptado y enviado al transmisor inalámbrico. Este
conjunto de mensajes de mandato/respuesta es importante para
permitir al sistema de localización inalámbrica operar con ciertas
funciones de aplicación de usuario final, tales como la de
prohibición de procesamiento de localización.
Presentación de registros de localización - El
sistema de localización inalámbrica presenta automáticamente, al
sistema de comunicaciones inalámbricas, los registros de
localización de los transmisores inalámbricos ocupados en la tarea
de informar al sistema de comunicaciones inalámbricas, así como de
las transmisiones con respecto a las cuales el sistema de
comunicaciones inalámbricas ha iniciado desencadenantes. El sistema
de localización inalámbrica también presenta cualquier registro de
localización histórico solicitado por el sistema de comunicaciones
inalámbricas y que el sistema de comunicaciones inalámbricas está
autorizado para recibir.
Además de la interfaz anterior entre el sistema
de localización inalámbrica y el sistema de comunicaciones
inalámbricas, el sistema de localización inalámbrica incluye también
unos medios para supervisar las interfaces del sistema de
comunicaciones inalámbricas, con el propósito de interceptar
mensajes importantes para que el sistema de localización
inalámbrica pueda identificar los transmisores inalámbricos y los
canales RF que utilizan estos transmisores. Estas interfaces pueden
incluir, por ejemplo, la interfaz A y la interfaz A bis utilizadas
en los sistemas de comunicaciones inalámbricas que emplean el
protocolo de interfaz aérea GSM. Estas interfaces son muy conocidas
y han sido publicadas en diferentes normas. Supervisando los
mensajes bidireccionales sobre estas interfaces entre las
estaciones base (BTS), los controladores de estaciones base (BSC) y
los centros de conmutación móvil (MSC) y otros puntos, el sistema
de localización inalámbrica pueden obtener la misma información
acerca de la asignación de canales particulares a los transmisores
inalámbricos que la que dispone el propio sistema de comunicaciones
inalámbricas. El sistema de localización inalámbrica incluye unos
medios para supervisar estas interfaces en diversos puntos. Por
ejemplo, el SCS 10 puede supervisar una interfaz
BTS-BSC. Como alternativa, un TLP 12 o un AP 14
también pueden supervisar un BSC donde se ha concentrado un grupo
de interfaces BTS-BSC. Las interfaces situadas
dentro del sistema de comunicaciones inalámbricas no están
encriptadas y los protocolos de capas son conocidos por los expertos
en la materia. Para el sistema de localización inalámbrica, la
supervisión de estas interfaces supone la ventaja de no tener que
detectar y desmodular independientemente los mensajes del canal de
control de los transmisores inalámbricos. Además, el sistema de
localización inalámbrica puede obtener toda la información de
asignación de canales de voz a partir de estas interfaces.
Utilizando estos medios para una transmisión de
canal de control, el SCS 10 recibe las transmisiones descritas
anteriormente y almacena los datos RF del canal de control en
memoria sin realizar ni la detección ni la desmodulación. Por
separado, el sistema de localización inalámbrica supervisa los
mensajes transmitidos a través de interfaces predeterminadas del
sistema de comunicaciones inalámbricas, y genera un desencadenante
en el sistema de localización inalámbrica cuando el sistema de
localización inalámbrica descubre un mensaje que contiene un evento
desencadenante. Una vez iniciado por el evento desencadenante, el
sistema de localización inalámbrica determina la hora aproximada a
la que ha tenido lugar la transmisión inalámbrica, y ordena a un
primer SCS 10A y un segundo SCS 10B que busquen en sus respectivas
memorias el inicio de la transmisión. Este primer SCS 10A elegido es
un SCS que ocupa una ubicación conjunta con la estación base con la
que el transmisor inalámbrico se ha comunicado, o un SCS que es
adyacente a la estación base con la que el transmisor inalámbrico se
ha comunicado. Es decir, el primer SCS 10A es un SCS al que le
habrá sido asignado el canal de control como canal primario. Si el
primer SCS 10A determina y presenta correctamente el inicio de la
transmisión, entonces el procesamiento de localización continúa con
normalidad, utilizando los medios descritos más abajo. Si el primer
SCS 10A no puede determinar correctamente el inicio de la
transmisión, el segundo SCS 10B comunica el inicio de la transmisión
y, entonces, el procesamiento de localización continúa con
normalidad.
El sistema de localización inalámbrica también
utiliza estos medios en las transmisiones del canal de voz. Para
todos los desencadenantes contenidos en la lista de tareas, el
sistema de localización inalámbrica supervisa las interfaces
establecidas para los mensajes correspondientes a estos
desencadenantes. Los mensajes de interés incluyen, por ejemplo,
mensajes de asignación de canales de voz, mensajes de traspasos,
mensajes de saltos de frecuencia, mensajes de encendido/apagado,
mensajes de reintentos dirigidos, mensajes de terminación y otros
mensajes de acciones y estados similares. El sistema de localización
inalámbrica mantiene continuamente una copia del estado y la
condición de estos transmisores inalámbricos en una tabla de estados
del AP 14. Cada vez que el sistema de localización inalámbrica
detecta un mensaje correspondiente a una de las entradas de la
lista de tareas, el sistema de localización inalámbrica actualiza su
propia tabla de estados. A continuación, el sistema de localización
inalámbrica puede activarse para realizar el procesamiento de
localización (por ejemplo, a intervalos de tiempo regulares) y
acceder a la tabla de estados para determinar con precisión qué
sitio celular, sector, canal RF e intervalo de tiempo están siendo
utilizados actualmente por el transmisor inalámbrico. El ejemplo
proporcionado describe los medios que el sistema de localización
inalámbrica utiliza para interconectarse con un sistema de
comunicaciones inalámbricas basadas en GSM. El sistema de
localización inalámbrica también admite funciones similares con
sistemas que se basan en otras interfaces aéreas.
Para ciertas interfaces aéreas, tales como la
CDMA, el sistema de localización inalámbrica mantiene también
cierto tipo de información de identidad obtenida a partir de ráfagas
de acceso del canal de control de la tabla de estado (esta
información se utiliza posteriormente para decodificar las máscaras
utilizadas en los canales de voz). Por ejemplo, el protocolo de
interfaz aérea CDMA utiliza el número de serie electrónico (ESN) de
un transmisor inalámbrico en parte para determinar la máscara de
código largo utilizada en la codificación de las transmisiones del
canal de voz. El sistema de localización inalámbrica mantiene esta
información para las entradas de la lista de tareas en la tabla de
estados, debido a que muchos transmisores inalámbricos pueden
transmitir la información sólo una vez; por ejemplo, muchas unidades
móviles CDMA sólo transmiten el ESN durante la primera ráfaga de
acceso tras activarse el transmisor inalámbrico en un área
geográfica. Esta capacidad para determinar independientemente la
máscara de código largo es muy útil en los casos en que una interfaz
entre el sistema de localización inalámbrica y el sistema de
comunicaciones inalámbricas no funciona o el sistema de
localización inalámbrica es incapaz de supervisar una de las
interfaces internas del sistema de comunicaciones inalámbricas.
Como una opción, el operador del sistema de localización inalámbrica
puede disponer que el sistema de localización inalámbrica mantenga
la información de identidad de todos los transmisores inalámbricos.
Aparte de lo anterior, el sistema de localización inalámbrica puede
proporcionar el seguimiento del canal de voz para todos los
transmisores inalámbricos que activan el procesamiento de
localización llamando al "911". Como se ha descrito
anteriormente, el sistema de localización inalámbrica utiliza la
asignación dinámica de tareas para proporcionar la localización de
un transmisor inalámbrico durante un tiempo establecido después de
marcar el "911", por ejemplo. Gracias al mantenimiento de la
información de identidad de todos los transmisores inalámbricos en
la tabla de estados, el sistema de localización inalámbrica es
capaz de proporcionar el seguimiento del canal de voz para todos los
transmisores en caso de que se produzca un evento desencadenante
establecido, y no sólo para los que tienen entradas anteriores en la
lista de tareas.
Gracias al AP 14, el sistema de localización
inalámbrica puede operar con una diversidad de interfaces con el
usuario final basadas en normas y con aplicaciones de localización
de empresas de telecomunicaciones que utilizan protocolos seguros,
tales como el TCP/IP, el X-25, el
SS-7 y el IS-41. Cada interfaz entre
el AP 14 y una aplicación externa es una conexión segura y
autenticada que permite al AP 14 verificar de modo concluyente la
identidad de la aplicación que está conectada al AP 14. Esto es
necesario, ya que sólo se concede acceso limitado a los registros
de localización en tiempo real o no a cada una de las aplicaciones
conectadas. Además, el AP 14 admite funciones de mandato/respuesta,
tiempo real y post-procesamiento adicionales que se
describirán en mayor detalle más adelante. El acceso a estas
funciones adicionales requiere también autenticación. El AP 14
mantiene una lista de usuarios y los medios de autenticación
asociados a cada usuario. Ninguna aplicación puede obtener acceso a
los registros de localización o a las funciones con respecto a los
cuales la aplicación no posee la correspondiente autenticación o
los derechos de acceso. Además, el AP 14 es capaz de llevar a cabo
un registro completo de todas las acciones emprendidas por cada
aplicación en caso de que surjan problemas o que se necesite
realizar una posterior investigación de las acciones. Para cada
mandato o función de la lista proporcionada a continuación, el AP
14 funciona preferentemente con un protocolo en el que se confirma
cada acción o el resultado de cada acción, según convenga.
Modificación de lista de tareas - Este mandato
permite a las aplicaciones externas añadir, suprimir o modificar
entradas de la lista de tareas, incluidos los campos y marcadores
asociados a cada entrada. Este mandato puede ser de una sola
entrada o una entrada por lotes en la que se incluye una lista de
entradas en un solo mandato. Esta última posibilidad resulta útil,
por ejemplo, en una aplicación general tal como una aplicación de
facturación sensible a la localización, por medio la cual la
aplicación externa puede trabajar con grandes volúmenes de
transmisores inalámbricos, y en la que se desea reducir al mínimo la
sobrecarga del protocolo. Este mandato puede añadir o suprimir las
aplicaciones de una entrada particular de la lista de tareas, pero
no puede suprimir por completo una entrada si ésta contiene también
otras aplicaciones no asociadas con la aplicación que emite el
mandato o no autorizadas por ésta.
Establecimiento de intervalo de localización -
Puede ajustarse el sistema de localización inalámbrica para
realizar el procesamiento de localización de un transmisor
inalámbrico particular durante un intervalo cualquiera, ya sea en
los canales de control o bien en los de voz. Por ejemplo, ciertas
aplicaciones pueden precisar que un transmisor inalámbrico sea
localizado a intervalos de pocos segundos cuando el transmisor está
utilizando un canal de voz. Cuando el transmisor inalámbrico
realiza una transmisión inicial, el sistema de localización
inalámbrica se activa inicialmente mediante una entrada estándar de
la lista de tareas. Si uno de los campos o marcadores de esta
entrada indica la localización actualizada en un intervalo
establecido, entonces el sistema de localización inalámbrica crea
una tarea dinámica en la lista de tareas que es activada por un
temporizador en lugar de una identidad u otro criterio transmitido.
Cada vez que el temporizador expira (esto puede suceder a
intervalos de entre 1 segundo y varias horas), el sistema de
localización inalámbrica se activa automáticamente para localizar
el transmisor inalámbrico. El sistema de localización inalámbrica
utiliza su interfaz con el sistema de comunicaciones inalámbricas
para consultar el estado del transmisor inalámbrico, incluidos los
parámetros de llamada de voz descritos anteriormente. Si el
transmisor inalámbrico está utilizando un canal de voz, el sistema
de localización inalámbrica realiza el procesamiento de
localización. Si el transmisor inalámbrico no está ocupado con
ninguna transmisión, el sistema de localización inalámbrica ordena
al sistema de comunicaciones inalámbricas que se encargue de que el
transmisor inalámbrico transmita de inmediato. Cuando se establece
la tarea dinámica, el sistema de localización inalámbrica también
establece un tiempo de expiración para la interrupción de la tarea
dinámica.
Adición/supresión por usuario final - Este
mandato puede ser ejecutado por un usuario final de un transmisor
inalámbrico para introducir en la lista de tareas la identidad del
transmisor inalámbrico con el procesamiento de localización
habilitado, para suprimir de la lista de tareas la identidad del
transmisor inalámbrico y, por consiguiente, eliminar la identidad
como desencadenante y para introducir en la lista de tareas la
identidad del transmisor inalámbrico con el procesamiento de
localización inhabilitado. Cuando el procesamiento de localización
ha sido inhabilitado por el usuario final (es decir, cuando se
realiza lo que se denomina "prohibición del procesamiento de
localización"), entonces no se realiza el procesamiento de
localización para el transmisor inalámbrico. Como opción, el
operador del sistema de localización inalámbrica puede seleccionar
una de las diversas acciones del sistema de localización inalámbrica
como respuesta a un mandato de prohibición de procesamiento de
localización del usuario final: (i) la acción de inhabilitación
puede anular los demás desencadenantes de la lista de tareas,
incluido el desencadenante debido a una llamada de emergencia, tal
como una llamada "911", (ii) la acción de inhabilitación puede
anular cualquier otro desencadenante de la lista de tareas, excepto
un desencadenante debido a una llamada de emergencia, tal como una
llamada "911" o (iii) la acción de inhabilitación puede ser
anulada por otros desencadenantes seleccionados de la lista de
tareas. En el primer caso, se cede al usuario final el control
absoluto sobre la privacidad de las transmisiones del transmisor
inalámbrico, puesto que no se realizará ningún tipo de procesamiento
de localización en relación con dicho transmisor por ninguna razón.
En el segundo caso, el usuario final puede aprovechar las ventajas
de la localización durante una emergencia, pero no puede en el resto
de casos. En un ejemplo del tercer caso, un empresario que es el
propietario real de un transmisor inalámbrico particular puede
anular la acción de usuario final realizada por un empleado que
utiliza el transmisor inalámbrico como parte de su trabajo pero que
tal vez no desea ser localizado. El sistema de localización
inalámbrica puede hacer una consulta al sistema de comunicaciones
inalámbricas, como se ha descrito anteriormente, para obtener la
correspondencia de la identidad contenida en la transmisión
inalámbrica con otras identidades.
Las adiciones y supresiones realizadas por el
usuario final se llevan a cabo marcando secuencias de caracteres y
dígitos y pulsando el botón "ENVIAR" o un botón equivalente del
transmisor inalámbrico. Opcionalmente, estas secuencias pueden ser
elegidas y dadas a conocer por el operador del sistema de
localización inalámbrica. Por ejemplo, una secuencia para
inhabilitar el procesamiento de localización puede ser
"*55ENVIAR". También son posibles otras secuencias. Una vez
que el usuario final ha marcado esta secuencia establecida, el
transmisor inalámbrico transmite la secuencia a través de uno de los
canales de control del sistema de comunicaciones inalámbricas
establecidos. Puesto que el sistema de localización inalámbrica
detecta y desmodula independientemente todas las transmisiones del
canal de control inverso, el sistema de localización inalámbrica
puede interpretar independientemente la secuencia marcada
establecida y aplicar las actualizaciones de características
adecuadas a la lista de tareas, de la forma descrita anteriormente.
Cuando el sistema de localización inalámbrica ha finalizado la
actualización de la lista de tareas, el sistema de localización
inalámbrica ordena al sistema de comunicaciones inalámbricas que
envíe una confirmación al usuario final. Como se ha descrito
anteriormente, esta confirmación puede adoptar la forma de un tono
audible, de voz registrada o sintetizada o de un mensaje de texto.
Este mandato se ejecuta a través de la interfaz entre el sistema de
localización inalámbrica y el sistema de comunicaciones
inalámbricas.
Transmisión de mandato - Mediante este mandato,
las aplicaciones externas pueden hacer que el sistema de
localización inalámbrica envíe un mandato al sistema de
comunicaciones inalámbricas para que se encargue de que un
transmisor inalámbrico particular o un grupo de transmisores
inalámbricos transmitan. Este mandato puede contener un marcador o
campo que el transmisor o los transmisores inalámbricos deben
transmitir de inmediato o a una hora establecida. Este mandato
lleva asociado el esfuerzo de localizar el transmisor o los
transmisores inalámbricos previa orden, puesto que las
transmisiones serán detectadas, desmoduladas y activadas, dando
lugar a un procesamiento de localización y a la generación de un
registro de localización. Esto resulta útil en la eliminación o la
reducción de cualquier retardo en la determinación de la ubicación,
tal como el que puede producirse cuando se espera el inicio del
siguiente período de tiempo de registro del transmisor inalámbrico o
cuando se espera el inicio de una transmisión independiente.
Consulta y actualización de base de datos
externa - El sistema de localización inalámbrica incluye unos medios
para acceder a una base de datos externa, consultar dicha base de
datos externa empleando la identidad del transmisor inalámbrico u
otros parámetros contenidos en la transmisión o el criterio
desencadenante y combinar los datos obtenidos en la base de datos
externa con los datos generados por el sistema de localización
inalámbrica para crear un nuevo registro de localización mejorado.
El registro de localización mejorado puede ser enviado entonces a
las aplicaciones que lo soliciten. La base de datos externa puede
contener, por ejemplo, diferentes tipos de datos, tales como datos
de información de cliente, información médica, servicios abonados,
información relativa a la aplicación, información de cuenta de
cliente, información de contacto o conjuntos de acciones
establecidas que van a emprenderse tras un evento desencadenante de
localización. El sistema de localización inalámbrica también puede
ocasionar actualizaciones de la base de datos externa, por ejemplo,
para incrementar o decrementar un contador de facturación asociado
a la provisión de servicios de localización, o para actualizar la
base de datos externa con el registro de localización más reciente
asociado al transmisor inalámbrico particular. El sistema de
localización inalámbrica contiene unos medios para aplicar las
acciones descritas en la presente memoria a más de una base de
datos externa. La lista y secuencia de bases de datos externas a las
que se va a acceder y las subsiguientes acciones que se van a
emprender están contenidas en uno de los campos de los criterios
desencadenantes de la lista de tareas.
Procesamiento de localización anónima aleatoria
- El sistema de localización inalámbrica incluye unos medios para
realizar un procesamiento de localización anónima aleatoria a gran
escala. Esta función es muy importante para ciertos tipos de
aplicaciones que requieren la recopilación de un gran volumen de
datos acerca de un grupo de transmisores inalámbricos, sin tomar en
consideración las identidades específicas de los transmisores
individuales. Las aplicaciones de este tipo incluyen: la
optimización RF, que permite a las empresas de telecomunicaciones
inalámbricas medir el rendimiento del sistema de comunicaciones
inalámbricas determinando de forma simultánea la ubicación y otros
parámetros de una transmisión; el control de tráfico, que permite a
los organismos gubernamentales y empresas supervisar el flujo de
tráfico en diversas autopistas tomando muestras estadísticamente
significativas de transmisores inalámbricos que se desplazan dentro
de vehículos; y la estimación del tráfico local, que permite a las
empresas estimar el tránsito de vehículos alrededor de un área
particular, lo cual puede facilitar la determinación de la
viabilidad de negocios particulares.
Las aplicaciones que solicitan el procesamiento
de localización anónima aleatoria opcionalmente reciben registros
de localización de dos fuentes: (i) una copia de registros de
localización generada para otras aplicaciones y (ii) registros de
localización que han sido desencadenados aleatoriamente por el
sistema de localización inalámbrica sin tener en cuenta ningún
criterio particular. Todos los registros de localización generados
a partir de ambas fuentes se envían una vez suprimida toda la
información de identidad y los criterios desencadenantes de los
registros de localización; no obstante, la aplicación o las
aplicaciones solicitantes pueden determinar si el registro ha sido
generado por el procesamiento completamente aleatorio o si es una
copia de otros criterios desencadenantes. Los registros de
localización aleatorios son generados por una tarea de prioridad
baja del sistema de localización inalámbrica que aplica el
procesamiento de localización a transmisiones seleccionadas
aleatoriamente, siempre que haya recursos de procesamiento y
comunicaciones disponibles o no utilizados en un instante de tiempo
particular. La aplicación o las aplicaciones solicitantes pueden
indicar si el procesamiento de localización aleatoria se realiza en
toda el área de cobertura de un sistema de localización inalámbrica,
en áreas geográficas específicas (por ejemplo, en autopistas
determinadas) o en las áreas de cobertura de sitios celulares
específicos. Por lo tanto, la aplicación o las aplicaciones
solicitantes pueden dirigir los recursos del sistema de
localización inalámbrica hacia el área de mayor interés para cada
aplicación. Dependiendo del grado de aleatoriedad deseado por la
aplicación o las aplicaciones, el sistema de localización
inalámbrica puede ajustar las preferencias para la selección
aleatoria de ciertos tipos de transmisiones (por ejemplo, mensajes
de registro, mensajes de origen, mensajes de respuesta a
radiobúsqueda o transmisiones de canal de voz).
Seguimiento aleatorio de un grupo geográfico -
El sistema de localización inalámbrica incluye unos medios para
activar el procesamiento de localización de forma repetitiva para
grupos anónimos de transmisores inalámbricos de un área geográfica
determinada. Por ejemplo, en una aplicación de localización
particular, puede ser deseable supervisar la trayectoria de
desplazamiento de un transmisor inalámbrico durante un período de
tiempo predeterminado, sin que el sistema de localización
inalámbrica revele la identidad particular del transmisor
inalámbrico. El período de tiempo puede ser de muchas horas, días o
semanas. Utilizando los medios, el sistema de localización
inalámbrica puede realizar las siguientes acciones: seleccionar
aleatoriamente un transmisor inalámbrico que inicia una transmisión
en el área geográfica de interés para la aplicación; aplicar el
procesamiento de localización a la transmisión de interés;
convertir y encriptar de forma irreversible la identidad del
transmisor inalámbrico en un nuevo identificador codificado; crear
un registro de localización utilizando sólo el nuevo identificador
codificado como medio de identificación; enviar el registro de
localización a la aplicación o las aplicaciones de localización
solicitantes y crear, en la lista de tareas del transmisor
inalámbrico, una tarea dinámica que tiene un tiempo de expiración
asociado. Posteriormente, siempre que el transmisor inalámbrico
determinado inicie una transmisión, el sistema de localización
inalámbrica se activará mediante la tarea dinámica, aplicará el
procesamiento de localización a la transmisión de interés,
convertirá y encriptará de forma irreversible la identidad del
transmisor inalámbrico en el nuevo identificador codificado
utilizando los mismos medios que antes, de tal forma que el nuevo
identificador codificado sea el mismo, creará un registro de
localización utilizando el identificador codificado y enviará el
registro de localización a la aplicación o las aplicaciones
solicitantes. Los medios descritos aquí pueden combinarse con otras
funciones del sistema de localización inalámbrica para realizar
este tipo de supervisión utilizando transmisiones en el canal de
control o en el canal de voz. Además, los medios descritos
mantienen por completo la privacidad de la identidad del transmisor
inalámbrico, y al mismo tiempo permiten otra clase de aplicaciones
que pueden supervisar los patrones de desplazamiento de los
transmisores inalámbricos. Esta clase de aplicaciones puede ser de
gran valor en la determinación de proyectos y diseños de nuevas
carreteras, proyectos de rutas alternativas o la construcción de
superficies comerciales y de venta al por menor.
Agrupamiento, clasificación y marcación de
registros de localización - El sistema de localización inalámbrica
incluye unos medios para postprocesar los registros de localización
de ciertas aplicaciones solicitantes, que permiten agrupar,
clasificar o marcar dichos registros de localización. Para cada
interfaz admitida por el sistema de localización inalámbrica, el
sistema de localización inalámbrica almacena un perfil de los tipos
de datos, para los cuales la aplicación es tanto solicitante como
autorizada, y los tipos de filtros o acciones de postprocesamiento
deseadas por la aplicación. Muchas aplicaciones, tales como los
ejemplos proporcionados, no requieren registros de localización
individuales ni las identidades particulares de los transmisores
individuales. Por ejemplo, una aplicación de optimización RF saca
más partido de un gran conjunto de datos de registros de
localización para un sitio celular o canal particular que de
cualquier registro de localización individual. En otro ejemplo, una
aplicación de control de tráfico sólo requiere los registros de
localización de los transmisores que se hallan en carreteras o
autopistas establecidas, y además requiere que estos registros sean
agrupados por sección de carretera o autopista y por sentido de
desplazamiento. Otras aplicaciones pueden solicitar que el sistema
de localización inalámbrica envíe registros de localización que han
sido formateados para aumentar el atractivo de la presentación
visual, por ejemplo, ajustando la estimación de localización del
transmisor, de tal forma que la ubicación del transmisor aparezca
situado en el mapa electrónico justo encima del segmento de
carretera representado en lugar de aparecer en una posición
adyacente al segmento de carretera. Por consiguiente, el sistema de
localización inalámbrica preferentemente "arrastra" la
estimación de localización hasta el segmento de carretera
representado más cercano.
El sistema de localización inalámbrica puede
filtrar y presentar a una aplicación los registros de localización
de los transmisores inalámbricos que se comunican sólo en un sitio
celular, sector, canal RF o grupo de canales RF particular. Antes
de enviar el registro a la aplicación solicitante, el sistema de
localización inalámbrica verifica primero que los campos adecuados
del registro cumplan los requisitos. Sólo se envían los registros
que coinciden con los requisitos. Algunos filtros son geográficos y
deben ser calculados por el sistema de localización inalámbrica.
Por ejemplo, el sistema de localización inalámbrica puede procesar
un registro de localización para determinar el segmento de
carretera más cercano y la dirección de desplazamiento del
transmisor inalámbrico en el segmento de carretera. El sistema de
localización inalámbrica puede enviar entonces a la aplicación sólo
los registros de los transmisores inalámbricos que se ha comprobado
que se hallan en un segmento de carretera particular, y puede
mejorar el registro de localización añadiendo un campo que contiene
el segmento de carretera determinado. Para determinar el segmento
de carretera más cercano, la aplicación solicitante proporciona al
sistema de localización inalámbrica una base de datos de los
segmentos de carretera de interés. Esta base de datos se almacena
en una tabla en la que se proporciona cada segmento de carretera
junto con las coordenadas de latitud y longitud que definen el
punto final de cada segmento. Cada segmento de carretera puede
diseñarse como una línea recta o una línea curva y puede diseñarse
para admitir una o dos direcciones de desplazamiento. Entonces,
para cada registro de localización determinado por el sistema de
localización inalámbrica, el sistema de localización inalámbrica
compara la latitud y la longitud del registro de localización con
cada segmento de carretera almacenado en la base de datos, y
determina la distancia más corta desde una línea diseñada que
conecta los puntos finales del segmento con la latitud y la longitud
del registro de localización. La distancia más corta es una línea
imaginaria calculada ortogonal a la línea que conecta los dos puntos
finales del segmento de carretera almacenado. Una vez que se ha
determinado el segmento de carretera más cercano, el sistema de
localización inalámbrica puede determinar además la dirección de
desplazamiento en el segmento de carretera comparando la dirección
de desplazamiento del transmisor inalámbrico presentado por el
procesamiento de localización con la orientación del segmento de
carretera. Finalmente, el sistema de localización inalámbrica
presenta la dirección que genera el error más pequeño con respecto a
la orientación de los segmentos de carretera.
La NOC 16 es un sistema de gestión de red que
permite a los operadores del sistema de localización inalámbrica
acceder con facilidad a los parámetros de programación del sistema
de localización inalámbrica. Por ejemplo, en ciertas ciudades, el
sistema de localización inalámbrica puede contener muchos cientos o
incluso miles de SCS 10. La NOC es la forma más eficaz de gestionar
un sistema de localización inalámbrica de gran tamaño utilizando
las capacidades de la interfaz gráfica del usuario. La NOC recibe
también alertas en tiempo real si ciertas funciones del sistema de
localización inalámbrica no funcionan correctamente. Estas alertas
en tiempo real pueden ser utilizadas por el operador para emprender
una acción correctiva con rapidez e impedir la degradación del
servicio de localización. Los experimentos con el sistema de
localización inalámbrica demuestran que la capacidad del sistema
para mantener una buena precisión de localización a lo largo del
tiempo está directamente relacionada con la capacidad del operador
para mantener operativo el sistema dentro de sus parámetros
predeterminados.
El sistema de localización inalámbrica es capaz
de realizar el procesamiento de localización mediante dos
procedimientos diferentes conocidos como "procesamiento basado en
central" y "procesamiento basado en estación". Ambas
técnicas se dieron a conocer por primera vez en la patente nº
5.327.144 y se perfeccionan en la presente memoria. El
procesamiento de localización depende en parte de la capacidad para
determinar con precisión ciertas características de fase de la señal
recibida en varias antenas y varios SCS 10. Por consiguiente, uno
de los objetivos del sistema de localización inalámbrica es
identificar y suprimir fuentes de errores de fase que dañan la
capacidad del procesamiento de localización para determinar las
características de fase de la señal recibida. Una fuente de errores
de fase se halla dentro del propio transmisor inalámbrico; se trata
en particular del oscilador (habitualmente un oscilador de cristal)
y los bucles de enganche de fase que permiten al teléfono
sintonizarse con canales específicos para transmitir. Los
osciladores de cristal de bajo coste generalmente experimentan más
ruido de fase. Algunas especificaciones de interfaz aérea, tales
como la IS-136 y la IS-95A, incluyen
los requisitos de ruido de fase para que un teléfono inalámbrico
pueda transmitir. En otras especificaciones de interfaz aérea, tal
como la IS-553A, el ruido de fase no se especifica
con tanta precisión. Por consiguiente, uno de los objetivos de la
presente invención es reducir o eliminar automáticamente el ruido
de fase de un transmisor inalámbrico como fuente de errores de fase
en el procesamiento de localización, en parte mediante la selección
automática del procesamiento basado en central o el procesamiento
basado en estación. La selección automática tendrá también en cuenta
la eficacia de utilización del enlace de comunicaciones entre el
SCS 10 y el TLP 12, y la disponibilidad de recursos DSP tanto en el
SCS 10 como en el TLP 12.
Cuando se utiliza el procesamiento basado en
central, las tareas de determinación de la TDOA y la FDOA y de
procesamiento de trayectorias múltiples se realizan en el TLP 12,
junto con las tareas de determinación de la posición y la
velocidad. Este procedimiento es el preferido cuando el transmisor
inalámbrico experimenta un ruido de fase que se halla por encima de
un umbral predeterminado. En estos casos, el procesamiento basado
en central es el más eficaz en la reducción o la eliminación del
ruido de fase del transmisor inalámbrico como fuente de errores de
fase, debido a que la estimación de la TDOA se realiza utilizando
una representación digital de la transmisión RF real de dos
antenas, que pueden estar situadas en el mismo SCS 10 o en SCS 10
diferentes. En este procedimiento, como saben los expertos en la
materia, el ruido de fase del transmisor es una modalidad de ruido
común en el procesamiento TDOA y, por lo tanto, se autosuprime en el
procedimiento de determinación de la TDOA. Este procedimiento
funciona mejor, por ejemplo, con muchos teléfonos celulares AMPS de
muy bajo coste y alto ruido de fase. Las etapas básicas del
procesamiento basado en central incluyen las etapas indicadas a
continuación y representadas en el diagrama de flujo de la Figura
5:
un transmisor inalámbrico inicia una transmisión
por un canal de control o un canal de voz (etapa S50);
la transmisión se recibe en varias antenas y
varios SCS 10 del sistema de localización inalámbrica (etapa
S51);
la transmisión se convierte en una transmisión
de formato digital en el receptor conectado a cada SCS/antena (etapa
S52);
los datos digitales se almacenan en la memoria
de los receptores de cada SCS 10 (etapa S53);
la transmisión se desmodula (etapa S54);
el sistema de localización inalámbrica determina
si debe iniciar el procesamiento de localización para la transmisión
(etapa S55);
si está activado, el TLP 12 solicita copias de
los datos digitales de la memoria de los receptores de los diversos
SCS 10 (etapa S56);
los diversos SCS 10 envían datos digitales a un
TLP 12 seleccionado (etapa S57);
el TLP 12 aplica la TDOA y la FDOA y la
mitigación de trayectorias múltiples a los datos digitales de pares
de antenas (etapa S58);
el TLP 12 realiza la determinación de la
posición y la velocidad utilizando los datos TDOA y, a continuación,
crea un registro de localización y envía el registro de localización
al AP 14 (etapa S59).
El sistema de localización inalámbrica utiliza
un número variable de bits para representar la transmisión cuando
se envían datos digitales desde los SCS 10 al TLP 12. Como se ha
indicado anteriormente, el receptor SCS digitaliza las
transmisiones inalámbricas con una alta resolución o un número
elevado de bits por muestra digital para obtener suficiente rango
dinámico. Esto es particularmente necesario cuando se utilizan
receptores digitales de banda ancha, que pueden recibir
simultáneamente señales cerca del SCS 10A y lejos del SCS 10B. Por
ejemplo, tal vez sea necesario utilizar hasta 14 bits para
representar un rango dinámico de 84 dB. No obstante, el
procesamiento de localización no siempre requiere una alta
resolución por muestra digital. A menudo, el sistema de
localización inalámbrica puede obtener ubicaciones con suficiente
precisión, utilizando un número inferior de bits por muestra
digital. Por consiguiente, para reducir al mínimo el coste de
implementación del sistema de localización inalámbrica ahorrando
ancho de banda de los enlaces de comunicación entre cada SCS 10 y
el TLP 12, el sistema de localización inalámbrica determina el
número más pequeño de bits necesarios para representar digitalmente
una transmisión y seguir manteniendo el nivel de precisión deseado.
Esta determinación se basa, por ejemplo, en el protocolo de
interfaz aérea particular utilizado por el transmisor inalámbrico,
la SNR de la transmisión, el grado hasta el cual la transmisión ha
sido perturbada por el desvanecimiento o la propagación por
trayectorias múltiples y el estado actual del procesamiento y las
colas de comunicación de cada SCS 10. El número de bits enviados
desde el SCS 10 hasta el TLP 12 se reduce de dos maneras: reduciendo
al mínimo el número de bits por muestra y utilizando la longitud
más corta posible, o el menor número posible de segmentos, de la
transmisión para el procesamiento de localización. El TLP 12 puede
utilizar esta cantidad mínima de datos RF para realizar el
procesamiento de localización y, a continuación, comparar el
resultado con el nivel de precisión deseado. Esta comparación se
realiza basándose en el cálculo de un intervalo de confianza. Si la
estimación de localización no se halla dentro de los límites de
precisión deseados, el TLP 12 solicita repetidamente datos
adicionales de los SCS 10 seleccionados. Estos datos adicionales
pueden incluir un número adicional de bits por muestra digital o
pueden incluir más segmentos de la transmisión. Este procedimiento
de solicitar datos adicionales puede continuar de forma repetitiva
hasta que el TLP 12 haya alcanzado la precisión de localización
establecida.
Otros detalles de las etapas básicas descritas
anteriormente se describen en las patentes anteriores nº 5.327.144
y nº 5.608.410 en otras partes de esta memoria. Una mejora de los
procedimientos descritos en las patentes anteriores es la selección
de un solo SCS/antena de referencia que se utiliza para cada base de
referencia en el procesamiento de localización. En la técnica
anterior, las bases de referencia se determinaban utilizando pares
de sitios de antena en torno a un anillo. En el presente sistema de
localización inalámbrica, el SCS/antena de referencia utilizado es
por lo general el que presenta la señal con SNR más alta, aunque
también se utilizan otros criterios que se describen más adelante.
La utilización de una referencia de alta SNR facilita el
procesamiento de localización basado en central cuando los otros
SCS/antenas utilizados en el procesamiento de localización son muy
débiles (por ejemplo, se hallan por debajo del umbral mínimo de
ruido, es decir, presentan una relación señal-ruido
igual a cero o negativa). Cuando se utiliza el procesamiento basado
en estación, la señal de referencia es una señal remodulada con una
relación señal-ruido muy alta creada
deliberadamente, hecho que facilita todavía más el procesamiento de
localización de las señales muy débiles de otros SCS/antenas. La
selección del SCS/antena de referencia se describe más abajo.
El sistema de localización inalámbrica mitiga la
propagación por trayectorias múltiples estimando primero, de manera
recursiva, los componentes de trayectorias múltiples recibidos
aparte del componente de trayectoria directa y, a continuación,
restando estos componentes de la señal recibida. Por lo tanto, el
sistema de localización inalámbrica crea un modelo de la señal
recibida y compara el modelo con la verdadera señal recibida y trata
de reducir al mínimo la diferencia entre las dos utilizando la
diferencia cuadrática mínima ponderada. Para cada señal transmitida
x(t) desde un transmisor inalámbrico, la señal recibida
y(t) en cada SCS/antena es una combinación compleja de
señales:
y(t) =
\Sigma x (t - \tau_{n}) a_{n} e^{j \omega (1-\tau n)},
\hskip0.5cmpara todos los valores n = 0 a N;
siendo
x(t) la señal transmitida por el
transmisor inalámbrico;
a_{n} y \tau_{n} la amplitud y los
retardos complejos de los componentes de trayectorias múltiples;
N el número total de componentes de trayectorias
múltiples de la señal recibida y
a_{0} y \tau_{0} constantes para el
componente de trayectoria más directa.
El operador del sistema de localización
inalámbrica determina empíricamente un conjunto de restricciones
para cada componente de trayectorias múltiples que se aplican al
entorno específico en el que opera cada sistema de localización
inalámbrica. El propósito de las restricciones es limitar la
cantidad de tiempo de procesamiento que el sistema de localización
inalámbrica emplea en optimizar los resultados de cada cálculo de
mitigación de trayectorias múltiples. Por ejemplo, el sistema de
localización inalámbrica puede adaptarse para determinar sólo
cuatro componentes de trayectorias múltiples: el primer componente
puede suponerse que presenta un retardo de tiempo comprendido entre
\tau_{1A} y \tau_{1B}; el segundo componente puede suponerse
que presenta un retardo de tiempo comprendido entre \tau_{2A} y
\tau_{2B}; el tercer componente puede suponerse que presenta un
retardo de tiempo comprendido entre \tau_{3A} y \tau_{3B} y
para el cuarto componente se hace una suposición similar; no
obstante, el cuarto componente es un valor único que representa
realmente una combinación compleja de muchas decenas de componentes
de trayectorias múltiples individuales (y algo difusos) cuyos
retardos temporales sobrepasan el rango del tercer componente. Para
facilitar el procesamiento, el sistema de localización inalámbrica
transforma la ecuación anterior en una ecuación del dominio de la
frecuencia y después halla los componentes individuales, de tal
forma que la diferencia cuadrática mínima ponderada se reduzca al
mínimo.
Cuando se utiliza el procesamiento basado en
estación, la determinación de la TDOA y la FDOA y la mitigación de
trayectorias múltiples se realizan en los SCS 10, mientras que la
determinación de la posición y la velocidad se suelen realizar en
el TLP 12. La principal ventaja del procesamiento basado en
estación, descrito en la patente nº 5.327.144, es que
reduce la cantidad de datos que se envían por el enlace de
comunicación entre cada SCS 10 y TLP 12. No obstante, este
procesamiento puede tener otras ventajas también. Un nuevo objetivo
de la presente invención es incrementar la ganancia efectiva de
procesamiento de la señal durante el procesamiento TDOA. Como se ha
señalado anteriormente, el procesamiento basado en central presenta
la ventaja de poder eliminar o reducir el error de fase causado por
el ruido de fase en el transmisor inalámbrico. No obstante, en
ninguna publicación anterior se ha descrito cómo puede eliminarse o
reducirse el mismo error de ruido de fase cuando se utiliza el
procesamiento basado en estación. La presente invención reduce el
error de fase e incrementa la ganancia efectiva de procesamiento de
la señal de conformidad con las etapas indicadas a continuación y
representadas en la Figura 6:
un transmisor inalámbrico inicia una transmisión
por un canal de control o un canal de voz (etapa S60);
la transmisión se recibe en varias antenas y
varios SCS 10 del sistema de localización inalámbrica (etapa
S61);
la transmisión se convierte en una transmisión
de formato digital en el receptor conectado a cada antena (etapa
S62);
los datos digitales se almacenan en una memoria
del SCS 10 (etapa S63);
la transmisión se desmodula (etapa S64);
el sistema de localización inalámbrica determina
si debe iniciar el procesamiento de localización para la transmisión
(etapa S65);
\newpage
si está activado, un primer SCS 10A desmodula la
transmisión y determina un intervalo de corrección de fase adecuado
(etapa S66);
para cada uno de dichos intervalos de corrección
de fase, el primer SCS 10A calcula una corrección de fase y una
corrección de amplitud adecuados, y codifica el parámetro de
corrección de fase y el parámetro de corrección de amplitud junto
con los datos desmodulados (etapa S67);
los datos desmodulados y los parámetros de
corrección de fase y de corrección de amplitud se envían desde el
primer SCS 10A hasta un TLP 12 (etapa S68);
el TLP 12 determina los SCS 10 y las antenas
receptoras que se van a utilizar en el procesamiento de localización
(etapa S69);
el TLP 12 envía los datos desmodulados y los
parámetros de corrección de fase y de corrección de amplitud a cada
segundo SCS 10B que se va a utilizar en el procesamiento de
localización (etapa S70);
el primer SCS 10 y cada segundo SCS 10B crean
una primera señal remodulada basándose en los datos desmodulados y
los parámetros de corrección de fase y de corrección de amplitud
(etapa S71);
el primer SCS 10A y cada segundo SCS 10B
realizan la determinación de la TDOA y la FDOA y la mitigación de
trayectorias múltiples utilizando los datos digitales almacenados en
la memoria de cada SCS 10 y la primera señal remodulada (etapa
S72);
los datos TDOA y FDOA y de mitigación de
trayectorias múltiples se envían desde el primer SCS 10A y cada
segundo SCS 10B hasta el TLP 12 (etapa S73);
el TLP 12 realiza la determinación de la
posición y la velocidad utilizando los datos TDOA (etapa S74) y
el TLP 12 crea un registro de localización y
envía el registro de localización al AP 14 (etapa S75).
Las ventajas de la determinación de los
parámetros de corrección de fase y de corrección de amplitud son muy
obvias en la localización de los transmisores inalámbricos CDMA
basados en la norma IS-95A. Como bien se sabe, las
transmisiones inversas desde un transmisor IS-95A se
envían utilizando una modulación no coherente. La mayor parte de
estaciones base CDMA sólo realizan la integración sobre un intervalo
de bit único debido a la modulación no coherente. En el caso de un
canal de acceso CDMA con una velocidad binaria de 4800 bits por
segundo, se envían 256 segmentos por bit, hecho que permite una
ganancia de integración de 24 dB. Mediante la técnica descrita
anteriormente, el procesamiento TDOA de cada SCS 10 puede integrar,
por ejemplo, sobre una ráfaga completa de 160 milisegundos (196.608
segmentos) para obtener una ganancia de integración de 53 dB. Esta
ganancia de procesamiento adicional permite a la presente invención
detectar y localizar las transmisiones CDMA utilizando varios SCS
10 aun cuando las estaciones base que ocupan ubicaciones conjuntas
con los SCS 10 no puedan detectar la misma transmisión CDMA.
Para una transmisión particular, cuando los
parámetros de corrección de fase o los parámetros de corrección de
amplitud calculados son iguales a cero, o no son necesarios, los
parámetros no se envían para mantener el número de bits
transmitidos por el enlace de comunicaciones entre cada SCS 10 y TLP
12. En otra forma de realización de la presente invención, el
sistema de localización inalámbrica puede utilizar un intervalo de
corrección de fase fijo para una transmisión particular, para todas
las transmisiones de un protocolo de interfaz aérea particular o
para todas las transmisiones realizadas por un tipo de transmisor
inalámbrico particular. Esto puede basarse, por ejemplo, en los
datos empíricos recopilados por el sistema de localización
inalámbrica durante cierto período de tiempo, que demuestran una
coherencia razonable en el ruido de fase experimentado por las
diversas clases de transmisores. En estos casos, el SCS 10 puede
prescindir de la etapa de procesamiento de determinación del
intervalo de corrección de fase
adecuado.
adecuado.
Los expertos en la materia reconocerán que el
ruido de fase de un transmisor inalámbrico puede medirse de muchas
maneras deferentes. En una forma de realización, los DSP del SCS
pueden generar digitalmente una copia remodulada pura y libre de
ruido de la señal recibida en el primer SCS 10A. A continuación, la
señal recibida puede compararse con la señal pura en cada intervalo
de corrección de fase y la diferencia de fase puede medirse
directamente. En esta forma de realización, el parámetro de
corrección de fase se calcula como el valor negativo de la
diferencia de fase en ese intervalo de corrección de fase. El número
de bits necesarios para representar el parámetro de corrección de
fase varía con la magnitud del parámetro de corrección de fase, y el
número de bits puede variar en cada intervalo de corrección de
fase. Se ha observado que algunas transmisiones, por ejemplo,
presentan más ruido de fase al principio de la transmisión y menos
ruido de fase en la parte intermedia y final de la transmisión.
El procesamiento basado en estación resulta muy
útil para los transmisores inalámbricos que presentan un ruido de
fase relativamente bajo. Aunque no se estipula necesariamente en las
respectivas normas de interfaz aérea, los teléfonos inalámbricos
que utilizan los protocolos TDMA, CDMA y GSM habitualmente presentan
menos ruido de fase. Cuando el ruido de fase de un transmisor
inalámbrico aumenta, la duración del intervalo de corrección de
fase puede reducirse y el número de bits necesarios para representar
los parámetros de corrección de fase puede incrementarse. El
procesamiento basado en estación no es eficaz cuando el número de
bits necesario para representar los datos desmodulados más los
parámetros de corrección de fase y de corrección de amplitud
sobrepasa una proporción predeterminada del número de bits
necesarios para realizar el procesamiento basado en central. Por
consiguiente, uno de los objetivos de la presente invención es
determinar automáticamente si se va a utilizar procesamiento basado
en central o procesamiento basado en estación para procesar la
ubicación de cada transmisión que se desea localizar. Las etapas
para tomar esta determinación se indican a continuación y se
representan en la Figura 7:
un transmisor inalámbrico inicia una transmisión
por un canal de control o un canal de voz (etapa S80);
la transmisión se recibe en un primer SCS 10A
(etapa S81);
la transmisión se convierte en una transmisión
de formato digital en el receptor conectado a cada antena (etapa
S82);
el sistema de localización inalámbrica determina
si se debe iniciar el procesamiento de localización para la
transmisión (etapa S83);
si está activado, un primer SCS 10A desmodula la
transmisión y estima un intervalo de corrección de fase adecuado y
el número de bits necesarios para codificar los parámetros de
corrección de fase y de corrección de amplitud (etapa S84);
el primer SCS 10A estima a continuación el
número de bits necesarios para el procesamiento basado en
central;
basándose en el número de bits necesarios para
cada respectivo procedimiento, el SCS 10 o el TLP 12 determinan si
se debe utilizar el procesamiento basado en central o el
procesamiento basado en estación para realizar el procesamiento de
localización de esta transmisión (etapa S85).
En otra forma de realización de la presente
invención, el sistema de localización inalámbrica puede utilizar
siempre el procesamiento basado en central o el procesamiento basado
en estación para todas las transmisiones de un protocolo de
interfaz aérea particular o para todas las transmisiones realizadas
por un tipo de transmisor inalámbrico particular. Esto puede
basarse, por ejemplo, en los datos empíricos recopilados por el
sistema de localización inalámbrica durante cierto período de
tiempo, que demuestran una coherencia razonable en el ruido de fase
experimentado por las diversas clases de transmisores. En estos
casos, el SCS 10 o el TLP 12 pueden prescindir de la etapa de
procesamiento para determinar el procedimiento de procesamiento
adecuado.
Otra mejora de la presente invención, utilizada
tanto en el procesamiento basado en central como en el procesamiento
basado en estación, es la utilización de criterios de umbral para
incluir bases de referencia en la determinación final de la
ubicación y la velocidad del transmisor inalámbrico. Para cada base
de referencia, el sistema de localización inalámbrica calcula un
grupo de parámetros que incluyen: la puerta de SCS/antena utilizada
con el SCS/antena de referencia en el cálculo de la base de
referencia, el valor máximo, el valor medio y la varianza de la
potencia de la transmisión recibida en la puerta de SCS/antena
utilizada en la base de referencia y durante el intervalo utilizado
en el procesamiento de localización, el valor de correlación de la
correlación espectral cruzada entre el SCS/antena utilizado en la
base de referencia y el SCS/antena de referencia, el valor de
retardo para la base de referencia, los parámetros de mitigación de
trayectorias múltiples, los valores residuales obtenidos tras los
cálculos de mitigación de trayectorias múltiples, la contribución
del SCS/antena en la GDOP ponderada de la solución de ubicación
final y una medida de la calidad del ajuste de la base de
referencia si se incluye en la solución de ubicación final. Una base
de referencia se incluye en la solución de ubicación final si
cumple o sobrepasa los criterios de umbral de cada uno de los
parámetros descritos. Una base de referencia se excluye de la
solución de ubicación final si no cumple uno o más de los criterios
de umbral. Por consiguiente, a menudo es posible que el número de
SCS/antenas utilizado realmente en la solución de ubicación final
sea inferior al número total considerado.
En las patentes anteriores nº 5.327.144 y nº
5.608.410, se ha dado a conocer un procedimiento mediante el cual
el procesamiento de localización reduce al mínimo el valor de la
diferencia cuadrática mínima (LSD) de la ecuación siguiente:
LSD =
(Q_{12}(Retardo_T_{12}-Retardo_O_{12})^{2}
+
Q_{13}(Retardo_T_{13}-Retardo_O_{13})^{2}
+...+ Q_{xy}(Retardo_T_{xy} -
Retardo_O_{xy})^{2}
En la presente implementación, la anterior
ecuación se ha redistribuido en la ecuación proporcionada a
continuación para aumentar la eficacia del código de procesamiento
de localización:
LSD =
\Sigma(TDOA_{0i} - \tau_{i} +
\tau_{0})^{2}w_{i}^{2},
\hskip0.5cmpara todos los valores i = 1 a N-1
siendo
N = número de SCS/antenas utilizados en el
procesamiento de localización;
TDOA_{0i} = TDOA desde el sitio de referencia
0 hasta el i-ésimo sitio;
\tau_{i} = tiempo teórico de propagación por
la línea de visibilidad directa desde el transmisor inalámbrico
hasta el i-ésimo sitio;
\tau_{0} = tiempo teórico de propagación por
la línea de visibilidad directa desde el transmisor hasta la
referencia y
w_{i} = ponderación, o factor de calidad,
aplicado a la i-ésima base de referencia.
En la presente implementación, el sistema de
localización inalámbrica también utiliza otra forma alternativa de
la ecuación que puede ayudar a determinar soluciones de localización
cuando la señal de referencia no es muy intensa o cuando es
probable que exista un sesgo en la solución de localización obtenida
utilizando la forma anterior de la ecuación:
LSD' =
\Sigma(TDOA_{0i} -
\tau_{i})^{2}w_{i}^{2} - b^{2} \Sigma
w_{i}^{2},
\hskip0.5cmpara todos los valores i = 0 a N-1
siendo
N = número de SCS/antenas utilizados en el
procesamiento de localización;
TDOA_{0i} = TDOA desde el sitio de referencia
0 hasta el i-ésimo sitio;
TDOA_{00} = se supone que es igual a cero;
\tau_{i} = tiempo teórico de propagación por
la línea de visibilidad directa desde el transmisor inalámbrico
hasta el i-ésimo sitio;
b = sesgo que se calcula por separado para cada
punto teórico que reduce al mínimo la LSD' en ese punto teórico
y
w_{i} = ponderación, o factor de calidad,
aplicado a la i-ésima base de referencia.
La forma LSD' de la ecuación ofrece unos medios
más sencillos para eliminar el sesgo de las soluciones de
localización en el sitio de referencia, igualando el valor w_{0}
al valor máximo de las otras ponderaciones o basando el valor
w_{0} en la intensidad relativa de la señal en el sitio de
referencia. Debe tenerse en cuenta que si w_{0} es muy superior a
las otras ponderaciones, b es aproximadamente igual a \tau_{0}.
En general, las ponderaciones, o factores de calidad, se basan en
criterios similares a los descritos anteriormente para los
criterios de umbral en la inclusión de bases de referencia. Es
decir, los resultados de los cálculos de los criterios son
utilizados para las ponderaciones y, cuando los criterios se sitúan
por debajo del umbral, la ponderación se iguala a cero y en
realidad no se incluye en la determinación de la solución de
localización final.
En las invenciones y publicaciones anteriores,
tales como las que se han citado anteriormente, se describen
técnicas en las que se necesita un primer, un segundo y posiblemente
un tercer sitio de antena, sitio celular o estación base para
determinar la ubicación. En la patente nº 5.608.410, se da a conocer
además un subsistema de selección dinámica (DSS) que se encarga de
determinar las ubicaciones de sitios de antena y las
correspondientes tramas de datos que se van a utilizar para
calcular la ubicación del transmisor pertinente. Si en el DSS se
reciben tramas de datos desde un número de sitios superior a un
umbral, el DSS determina cuáles de éstas son candidatas a ser
retenidas o excluidas y, a continuación, organiza dinámicamente las
tramas de datos para el procesamiento de localización. En el DSS,
es preferible utilizar un número de sitios de antena superior al
número mínimo, para obtener una solución determinada en exceso.
Además, el DSS se asegura de que todas las transmisiones utilizadas
en el procesamiento de localización procedan del mismo transmisor y
la misma transmisión.
Las formas de realización preferidas de las
invenciones anteriores presentan diversas limitaciones, no obstante.
En primer lugar, sólo se utiliza una antena por sitio de antena (o
sitio celular), o primero se combinan los datos de dos o cuatro
antenas de diversidad en el sitio de antena (o sitio celular) antes
de ser transmitidos al sitio central. Además, todos los sitios de
antena que reciben la transmisión envían las tramas de datos al
sitio central, aunque el DSS rechace después las tramas de datos.
Por lo tanto, es posible que se pierda una parte del ancho de banda
destinado a las comunicaciones al enviar datos que no se
utilizan.
Se ha descubierto que, aunque se necesita un
mínimo de dos o tres sitios para determinar la ubicación, la
selección de las antenas y los SCS 10 que se van a utilizar en el
procesamiento de localización puede tener un efecto significativo
sobre los resultados del procesamiento de localización. Además,
resulta ventajoso incluir unos medios para utilizar más de una
antena en cada SCS 10 durante el procesamiento de localización. La
razón para utilizar de forma independiente los datos de varias
antenas de un sitio celular en el procesamiento de localización es
que la señal recibida en cada antena se ve afectada de manera
particular por la propagación por trayectorias múltiples, el
desvanecimiento y otro tipo de perturbaciones. Como bien se sabe
dentro de este campo, cuando dos antenas están separadas por una
distancia de más de una longitud de onda, cada antena recibe la
señal en una trayectoria independiente. Por consiguiente, cuando se
utilizan varias antenas, frecuentemente se obtiene información
adicional y exclusiva acerca de la ubicación del transmisor
inalámbrico, y la capacidad del sistema de localización inalámbrica
para mitigar las trayectorias múltiples se incrementa en la misma
medida.
En consecuencia, uno de los objetivos de la
presente invención es proporcionar un procedimiento mejorado para
utilizar las señales recibidas desde más de una antena de un SCS 10
en el procesamiento de localización. Otro de los objetivos es
proporcionar un procedimiento para mejorar el procedimiento dinámico
utilizado para seleccionar las antenas y los SCS 10 cooperadores
utilizados en el procesamiento de localización. El primer objetivo
se alcanza proporcionando, en el SCS 10, unos medios para
seleccionar y utilizar cualquier segmento de datos recopilado a
partir de cualquier número de antenas de un SCS en el procesamiento
de localización. Como se ha indicado anteriormente, cada antena de
un sitio celular se conecta a un receptor interno del SCS 10. Cada
receptor convierte las señales recibidas desde la antena en señales
digitales y luego almacena temporalmente las señales digitalizadas
en la memoria del receptor. El TLP 12 está provisto de unos medios
para orientar a los SCS 10 en la recuperación de segmentos de datos
de la memoria temporal de cualquier receptor, y proporcionar los
datos que se van a utilizar en el procesamiento de localización. El
segundo objetivo se alcanza proporcionando, en el sistema de
localización inalámbrica, unos medios para supervisar un gran número
de antenas en la recepción de la transmisión que el sistema de
localización inalámbrica desea localizar y, a continuación,
seleccionando un conjunto de antenas más pequeño para utilizar en
el procesamiento de localización, basándose en un conjunto de
parámetros predeterminados. Un ejemplo de este procedimiento de
selección se representa mediante el diagrama de flujo de la Figura
8:
un transmisor inalámbrico inicia una transmisión
por un canal de control o un canal de voz (etapa S90);
la transmisión se recibe en varias antenas y en
varios SCS 10 del sistema de localización inalámbrica (etapa
S91);
la transmisión se convierte en una transmisión
de formato digital en el receptor conectado a cada antena (etapa
S92);
los datos digitales se almacenan en la memoria
de cada SCS 10 (etapa S93);
la transmisión se desmodula en por lo menos un
SCS 10A y se determina el número de canal por el que se ha
realizado la transmisión y el sitio celular y el sector que prestan
servicio al transmisor inalámbrico (etapa S94);
basándose en el sitio celular y el sector que
prestan el servicio, se designa un SCS 10A como SCS 10
"principal" para procesar la transmisión (etapa S95);
el SCS 10A principal determina la marca de
tiempo asociada a los datos desmodulados (S96);
el sistema de localización inalámbrica determina
si debe empezar el procesamiento de localización para la transmisión
(etapa S97);
si se ha activado el procesamiento de
localización, el sistema de localización inalámbrica elabora una
lista de SCS 10 y antenas candidatas a ser utilizadas en el
procesamiento de localización (etapa S98);
cada SCS/antena candidato mide y presenta varios
parámetros del número de canal de la transmisión a la hora indicada
en la marca de tiempo determinada por el SCS 10A principal (etapa
S99);
el sistema de localización inalámbrica dispone
los SCS/antenas candidatos en orden utilizando criterios
especificados y selecciona un SCS/antena de referencia y una lista
de procesamiento de SCS/antenas para utilizar en el procesamiento de
localización (etapa S100); y
el sistema de localización inalámbrica continúa
con el procesamiento de localización de la forma descrita
anteriormente, utilizando los datos de la lista de procesamiento de
SCS/antenas (etapa S101).
El procedimiento para elegir el SCS/antena
"principal" es decisivo, debido a que la lista de SCS 10 y
antenas 10-1 candidatas se determina en parte
basándose en la designación del SCS/antena principal. Cuando un
transmisor inalámbrico realiza una transmisión en un canal RF
particular, la transmisión frecuentemente puede propagarse muchos
kilómetros antes de que la señal se atenúe hasta un nivel que no
permite su desmodulación. Por consiguiente, es habitual que muchos
SCS/antenas sean capaces de desmodular la señal. Esto ocurre en
particular en las áreas urbanas y suburbanas en las que el patrón
de reutilización de las frecuencias de muchos sistemas de
comunicaciones inalámbricas puede ser bastante denso. Por ejemplo,
debido al elevado índice de utilización de las comunicaciones
inalámbricas y la alta densidad de sitios celulares, los presentes
inventores han realizado pruebas en sistemas de comunicaciones
inalámbricas en los que se ha utilizado el mismo canal de control RF
y código de color digital en sitios celulares que se hallan
separados por una distancia aproximada de un kilómetro y medio.
Debido a que el sistema de localización inalámbrica desmodula
independientemente estas transmisiones, el sistema de localización
inalámbrica frecuentemente puede desmodular la misma transmisión en
dos, tres o más SCS/antenas separados. El sistema de localización
inalámbrica detecta que se ha desmodulado la misma transmisión
varias veces en varios SCS/antenas cuando el sistema de localización
inalámbrica recibe varias tramas de datos desmoduladas enviadas
desde SCS/antenas diferentes, que presentan un número de errores en
bits por debajo de un umbral de errores en bits predeterminado y
una concordancia de datos desmodulados dentro de un límite aceptable
de errores en bits, y se reciben todas dentro de un intervalo de
tiempo predeterminado.
Cuando el sistema de localización inalámbrica
detecta datos desmodulados de varios SCS/antenas, examina los
siguientes parámetros para determinar qué SCS/antena será designado
como SCS principal: la SNR media respecto del intervalo de
transmisión utilizado para el procesamiento de localización, la
varianza de la SNR respecto del mismo intervalo, la correlación del
inicio de la transmisión recibida frente a un precursor puro (es
decir, para AMPS, el código de puntos o el código Barker), el
número de errores en bits de los datos desmodulados y la magnitud y
la velocidad de variación de la SNR desde el momento justo anterior
al inicio de la transmisión hasta el inicio de la transmisión, así
como otros parámetros similares. La SNR media se suele determinar en
cada SCS/antena, ya sea respecto de toda la duración de la
transmisión que se va a utilizar en el procesamiento de
localización, como respecto de un intervalo más corto. La SNR media
respecto del intervalo más corto puede determinarse estableciendo
una correlación con la secuencia de puntos o el código Barker o la
palabra de sincronismo, dependiendo del protocolo de interfaz aérea
particular, y a lo largo de un corto intervalo de tiempo antes,
durante y después de la marca de tiempo presentada por cada SCS 10.
El intervalo de tiempo puede ser habitualmente de +/-200
microsegundos en torno a la marca de tiempo, por ejemplo. El sistema
de localización inalámbrica generalmente dispone los SCS/antenas en
orden utilizando los criterios siguientes, cada uno de los cuales
puede ser ponderado (multiplicado por un factor apropiado) cuando se
combinan para tomar la decisión final: los SCS/antenas con un
número bajo de errores en bits se prefieren a los SCS/antenas con un
número alto de errores en bits, la SNR media de un SCS/antena
determinado debe ser superior a un umbral predeterminado para que
ser designado como SCS/antena principal; los SCS/antenas que
presentan una baja varianza de SNR se prefieren a los que presentan
una alta varianza de SNR y los SCS/antenas que presentan una alta
velocidad de variación de SNR en el inicio de la transmisión se
prefieren a los que presentan una baja velocidad de variación. La
ponderación aplicada a cada uno de estos criterios puede ser
ajustada por el operador del sistema de localización inalámbrica
para adaptarse al diseño particular de cada sistema.
La lista de SCS 10 y antenas
10-1 candidatas se selecciona utilizando un conjunto
de criterios predeterminados basados, por ejemplo, en el
conocimiento de los tipos de sitios celulares, los tipos de antenas
de los sitios celulares, las características geométricas de las
antenas y un factor de ponderación que tiene más peso en unas
antenas que en otras. El factor de ponderación tiene en cuenta el
conocimiento del terreno en el que está operando el sistema de
localización inalámbrica, los datos empíricos pasados sobre la
contribución aportada por cada antena a las estimaciones de
localización correctas y otros factores que pueden ser específicos
para cada instalación WLS diferente. En una forma de realización,
por ejemplo, el sistema de localización inalámbrica puede
seleccionar la lista de candidatos de tal forma que incluya todos
los SCS 10 hasta un número máximo de sitios (núm_máx_de_sitios)
situados a una distancia inferior a un radio máximo predefinido del
sitio principal (radio_máx_desde_principal). Por ejemplo, en un
entorno urbano o suburbano, donde puede existir un gran número de
sitios celulares, el núm_máx_de_sitios puede estar limitado a
diecinueve. Esta cantidad de diecinueve sitios incluirá el sitio
principal, el primer círculo de seis sitios que rodean al principal
(suponiendo que los sitios celulares adopten la distribución
clásica hexagonal de los sitios celulares) y el siguiente círculo
de doce sitios que rodea al primer círculo. Esta distribución se
representa en la Figura 9. En otra forma de realización de un
entorno suburbano o rural, el radio_máx_desde_principal puede
establecerse en 65 km para asegurar que se disponga del conjunto de
SCS/antenas candidatos más amplio posible. El sistema de
localización inalámbrica dispone de unos medios para limitar el
número total de SCS 10 candidatos a un número máximo
(núm_máx_candidatos), aunque puede dejarse que cada SCS candidato
elija la mejor puerta de las antenas que tiene a su disposición.
Esto limita el tiempo máximo empleado por el sistema de localización
inalámbrica para procesar una ubicación particular. El
núm_máx_candidatos puede establecerse en treinta y dos, por ejemplo,
lo cual significa que en un sistema de comunicaciones inalámbricas
de tres sectores habitual con diversidad podrán ser tenidas en
cuenta un total de hasta 32*6 = 192 antenas en el procesamiento de
localización de una transmisión particular. Para limitar el tiempo
empleado en el procesamiento de una ubicación particular, el sistema
de localización inalámbrica está dotado de unos medios para limitar
el número de antenas utilizadas en el procesamiento de localización
al valor núm_máx_antenas_procesadas. El valor
núm_máx_antenas_procesadas generalmente es inferior al valor
núm_máx_candidatos y habitualmente se establece en dieciséis.
Aparte de estar dotado de la capacidad de
determinar dinámicamente la lista de SCS 10 y antenas candidatos
basándose en el conjunto de criterios predeterminados descritos
anteriormente, el sistema de localización inalámbrica también puede
almacenar una lista de candidatos fija en una tabla. Por lo tanto,
para cada sitio celular y sector del sistema de comunicaciones
inalámbricas, el sistema de localización inalámbrica presenta una
tabla separada que define la lista de SCS 10 y antenas
10-1 candidatos a ser utilizados cada vez que un
transmisor inalámbrico inicie una transmisión en dicho sitio celular
y sector. En lugar de elegir dinámicamente los SCS/antenas
candidatos cada vez que se desencadena una petición de localización,
el sistema de localización inalámbrica lee la lista de candidatos
directamente desde la tabla una vez que se ha iniciado el
procesamiento de localización.
En general, se elige un gran número de SCS 10
candidatos para proporcionar al sistema de localización inalámbrica
suficientes oportunidades y capacidades para medir y mitigar la
propagación por trayectorias múltiples. En cualquier transmisión
determinada, una o más antenas particulares cualesquiera de uno o
más SCS 10 pueden recibir señales que se han visto afectadas hasta
grados variables por la propagación por trayectorias múltiples. Por
consiguiente, resulta ventajoso proporcionar estos medios dentro del
sistema de localización inalámbrica para seleccionar dinámicamente
un conjunto de antenas que pueden haber recibido menos transmisiones
por trayectorias múltiples que otras antenas. El sistema de
localización inalámbrica utiliza diversas técnicas para mitigar en
la medida de lo posible el efecto de las trayectorias múltiples
sobre cualquier señal recibida; no obstante, a menudo resulta
prudente elegir el conjunto de antenas que experimenta menos
propagación por trayectorias múltiples.
Cuando se elige el conjunto de SCS/antenas que
va a utilizarse en el procesamiento de localización, el sistema de
localización inalámbrica dispone en orden los SCS/antenas candidatos
utilizando varios criterios, incluidos por ejemplo: la SNR media a
lo largo del intervalo de transmisión utilizado en el procesamiento
de localización, la varianza de la SNR a lo largo del mismo
intervalo, la correlación del principio de la transmisión recibida
con un precursor puro (es decir, para AMPS, el código de puntos y el
código Barker) o los datos desmodulados del SCS/antena principal,
el tiempo de inicio de la transmisión en relación con el tiempo de
inicio de la desmodulación de la transmisión indicado en el
SCS/antena, y la magnitud y velocidad de variación de la SNR desde
el momento justo anterior al inicio de la transmisión hasta el
inicio de la transmisión, así como otros parámetros similares.
Habitualmente, se determina en cada SCS la SNR media de cada antena
de la lista de candidatos con respecto a la duración completa de la
transmisión que se va a utilizar en el procesamiento de localización
o con respecto a un intervalo más corto. La SNR media respecto del
intervalo más corto puede determinarse estableciéndose la
correlación con la secuencia de puntos o el código Barker o la
palabra de sincronismo, dependiendo del protocolo de interfaz aérea
particular, y a lo largo de un corto intervalo de tiempo antes,
durante y después de la marca de tiempo comunicada por el SCS
principal 10. El intervalo de tiempo puede ser habitualmente de +/-
200 microsegundos en torno a la marca de tiempo, por ejemplo. El
sistema de localización inalámbrica generalmente dispone en orden
la lista de SCS/antenas candidatos utilizando los criterios
siguientes, cada uno de los cuales puede ser ponderado cuando se
combinan para tomar la decisión final: la SNR media de un
SCS/antena determinado debe ser superior al umbral predeterminado
que se va a utilizar en el procesamiento de localización; los
SCS/antenas con SNR media alta se prefieren a los SCS/antenas con
SNR media baja; los SCS/antenas con varianza de SNR baja se
prefieren a los SCS/antenas con varianza de SNR alta; los
SCS/antenas con un inicio más cercano al inicio comunicado por el
SCS/antena desmodulador se prefieren a los SCS/antenas con un
inicio más distanciado temporalmente; los SCS/antenas con una
velocidad de variación de SNR rápida se prefieren a los SCS/antenas
con una velocidad de variación lenta; los SCS/antenas con una GDOP
incremental ponderada baja se prefieren a los que presentan una
GDOP incremental ponderada alta, estando basada la ponderación en
la pérdida de trayectoria estimada desde el SCS principal. La
ponderación aplicada a cada una de estas preferencias puede ser
ajustada por el operador del sistema de localización inalámbrica
para adaptarse al diseño particular de cada sistema. El número de
SCS 10 diferentes utilizados en el procesamiento de localización se
incrementa al máximo hasta un límite predeterminado, el número de
antenas utilizadas en cada SCS 10 se restringe a un límite
predeterminado y el número total de SCS/antenas utilizados se limita
al valor número_máx_antenas_procesadas. El SCS/antena de orden
superior que utiliza el procedimiento descrito anteriormente se
designa como SCS/antena de referencia para el procesamiento de
localización.
A menudo, los SCS/antenas de la lista de
candidatos o la lista que se va a utilizar en el procesamiento de
localización incluyen sólo una o dos antenas de un SCS 10
particular. En estos casos, el sistema de localización inalámbrica
puede permitir al SCS 10 que elija la "mejor puerta" de todas o
algunas de las antenas del SCS 10 particular. Por ejemplo, si el
sistema de localización inalámbrica decide utilizar sólo una antena
de un primer SCS 10, el primer SCS 10 puede seleccionar la mejor
puerta de antena de las seis puertas de antena que suele tener
conectadas o puede seleccionar la mejor puerta de antena de las dos
puertas de antena de sólo uno de los sectores del sitio celular. La
mejor puerta de antena se elige utilizando el mismo procedimiento y
comparando los mismos parámetros que se han descrito anteriormente
en relación con la selección de los SCS/antenas que se utilizan en
el procesamiento de localización, con la excepción de que todas las
antenas que se tienen en cuenta para elegir la mejor puerta se
hallan en el mismo SCS 10. En la comparación de las antenas para
elegir la mejor puerta, el SCS 10 también puede dividir
opcionalmente la señal recibida en segmentos y medir la SNR por
separado en cada segmento de la señal recibida. A continuación, el
SCS 10 puede elegir opcionalmente la mejor puerta de antena con la
SNR más alta (i) utilizando la puerta de antena que presenta el
mayor número de segmentos con la SNR más alta, (ii) calculando el
valor medio de la SNR en todos los segmentos y utilizando la puerta
de antena con la SNR media más alta o (iii) utilizando la puerta de
antena con la SNR más alta en cualquier segmento.
Debido a que el sistema de localización
inalámbrica va a utilizar datos de muchos SCS/puertas de antenas en
el procesamiento de localización, existe la posibilidad de que la
señal recibida en uno o más SCS/puertas de antena contenga energía
constituida por la interferencia en el mismo canal de otro
transmisor inalámbrico (es decir, cuando se produce la colisión
parcial o completa entre dos transmisiones inalámbricas separadas).
Existe también una probabilidad razonable de que la interferencia en
el mismo canal presente una SNR muy superior a la de la señal del
transmisor inalámbrico de destino y, si no es detectada por el
sistema de localización inalámbrica, la interferencia en el mismo
canal puede provocar una elección incorrecta de la mejor puerta de
antena en un SCS 10, un SCS/antena de referencia, un SCS/antena
candidato o un SCS/antena que se va a utilizar en el procesamiento
de localización. La interferencia en el mismo canal puede generar
resultados TDOA y FDOA inexactos, que a su vez generan una
estimación de localización incorrecta o deficiente. La probabilidad
de colisión incrementa con la densidad de los sitios celulares en
el sistema de comunicaciones inalámbricas principal, especialmente
en los entornos suburbanos o rurales densos, en los que las
frecuencias se reutilizan a menudo y la utilización de las
comunicaciones inalámbricas por los abonados es elevada.
Por consiguiente, el sistema de localización
inalámbrica incluye unos medios para detectar los tipos de
colisiones descritos anteriormente y permitir la recuperación tras
éstos. Por ejemplo, en el procedimiento de selección de mejor
puerta, SCS/antena de referencia o SCS/antena candidato, el sistema
de localización inalámbrica determina la SNR media de la señal
recibida y la varianza de la SNR a lo largo del intervalo de
transmisión. Cuando la varianza de la SNR sobrepasa un umbral
predeterminado, el sistema de localización inalámbrica asigna una
probabilidad de que se haya producido una colisión. Si la señal
recibida en un SCS/antena ha incrementado o reducido su SNR en un
solo paso y en una cantidad superior a un umbral predeterminado, el
sistema de localización inalámbrica asigna una probabilidad de que
se haya producido una colisión. Además, si la SNR media de la señal
recibida en un SCS remoto es superior a la SNR media que podría
predecirse mediante un modelo de propagación, dado el sitio celular
en el que el transmisor inalámbrico ha iniciado la transmisión y los
niveles de potencia de transmisión conocidos y los diagramas de las
antenas transmisoras y receptoras, el sistema de localización
inalámbrica asigna una probabilidad de que se haya producido una
colisión. Si la probabilidad de que se haya producido una colisión
está por encima de un umbral predeterminado, el sistema de
localización inalámbrica realiza el procesamiento adicional
descrito más adelante para verificar si se ha producido una colisión
y en qué medida ha afectado ésta a la señal recibida en un
SCS/antena. La ventaja de la asignación de probabilidades es que se
reduce o elimina el procesamiento adicional en la mayoría de
transmisiones en las que no se han producido colisiones. Debe
tenerse en cuenta que los niveles umbral, las probabilidades
asignadas y otros detalles de los procedimientos de detección de
colisiones y recuperación tras éstas descritos en la presente
memoria son configurables, es decir, se seleccionan basándose en la
aplicación, el entorno, las variables de sistema, etc. particulares
que afectan a la selección.
Para las transmisiones recibidas en un
SCS/antena con respecto al cual la probabilidad de colisión está por
encima del umbral predeterminado, y antes de utilizar los datos RF
de una puerta de antena particular en la determinación de un
SCS/antena de referencia o en la determinación de la mejor puerta o
en el procesamiento de localización, el sistema de localización
inalámbrica preferentemente verifica que los datos RF de cada
puerta de antena procedan del transmisor inalámbrico correcto. Esto
se determina, por ejemplo, desmodulando segmentos de la señal
recibida para verificar, por ejemplo, que el MIN, el MSID u otro
tipo de información identificativa sea correcta o que los dígitos
marcados u otras características del mensaje se correspondan con
las recibidas por el SCS/antena que ha desmodulado inicialmente la
transmisión. El sistema de localización inalámbrica también puede
correlacionar un segmento corto de la señal recibida en una puerta
de antena con la señal recibida en el SCS principal 10 para
verificar que el resultado de la correlación se halle por encima de
un umbral predeterminado. Si el sistema de localización inalámbrica
detecta que la varianza de la SNR con respecto a la duración total
de la transmisión está por encima de un umbral predeterminado, el
sistema de localización inalámbrica puede dividir la transmisión en
segmentos y comprobar cada segmento de la forma descrita en la
presente memoria para determinar si la energía del segmento procede
principalmente del transmisor inalámbrico, con respecto al cual se
ha seleccionado el procesamiento de localización, o de un transmisor
interferente.
El sistema de localización inalámbrica puede
utilizar los datos RF de un SCS/antena particular en el
procesamiento de localización aunque el sistema de localización
inalámbrica haya detectado que se ha producido una colisión parcial
en ese SCS/antena. En estos casos, el SCS 100 utiliza los medios
descritos anteriormente para determinar qué parte de la transmisión
recibida representa una señal del transmisor inalámbrico con
respecto al cual se ha seleccionado el procesamiento de
localización, y qué parte de la transmisión recibida contiene
interferencias del propio canal. El sistema de localización
inalámbrica puede ordenar al SCS 10 que envíe o utilice sólo
segmentos seleccionados de la transmisión recibida que no contienen
la interferencia del propio canal. Cuando se determinan la TDOA y
la FDOA para una base de referencia utilizando sólo segmentos
seleccionados de un SCS/antena, el sistema de localización
inalámbrica utiliza sólo los correspondientes segmentos de la
transmisión recibida en el SCS/antena. El sistema de localización
inalámbrica puede continuar utilizando todos los segmentos en los
que no se han detectado colisiones para las bases de referencia. En
muchos casos, el sistema de localización inalámbrica es capaz de
finalizar el procesamiento de localización con una cantidad de
errores de localización aceptable, utilizando sólo una parte de la
transmisión. Esta capacidad inventiva para seleccionar el
subconjunto adecuado de la transmisión recibida y realizar el
procesamiento de localización de segmento en segmento permite al
sistema de localización inalámbrica llevar a cabo con éxito el
procesamiento de localización en casos en los que no hubiera sido
posible mediante las técnicas anteriores.
En ciertas aplicaciones, tal vez sea necesario
realizar una estimación muy rápida de la ubicación general de un
transmisor inalámbrico, seguida de una estimación más precisa de la
ubicación que puede ser enviada posteriormente. Esto puede ser
importante, por ejemplo, en los sistemas
E9-1-1 que se ocupan de llamadas
inalámbricas y que deben tomar decisiones de encaminamiento de
llamadas con gran rapidez, aunque pueden esperar un poco más de
tiempo para recibir una estimación de ubicación más exacta en la
pantalla del terminal del mapa electrónico de la persona que acepta
la llamada E9-11. El sistema de localización
inalámbrica admite estas aplicaciones con una modalidad inventiva
de procesamiento de localización de varias pasadas.
En muchos casos, la precisión de localización
mejora utilizando segmentos más largos de la transmisión e
incrementando la ganancia de procesamiento a través de intervalos
de integración más largos. Sin embargo, los segmentos de
transmisión más largos requieren períodos de procesamiento más
largos en el SCS 10 y el TLP 12, así como períodos de tiempo más
largos para transmitir los datos RF a través de la interfaz de
comunicaciones desde el SCS 10 hasta el TLP 12. Por consiguiente,
el sistema de localización inalámbrica incluye unos medios para
determinar las transmisiones que requieren una estimación rápida
pero aproximada de la ubicación seguida de un procesamiento de
localización más completo que genera una estimación de localización
más correcta. La tabla de señales de interés incluye un marcador
para cada señal de interés que requiere la modalidad de localización
de varias pasadas. Este marcador indica la cantidad máxima de
tiempo permitida por la aplicación de localización solicitante para
el envío de la primera estimación, así como la cantidad máxima de
tiempo permitida por la aplicación de localización solicitante para
el envío de la estimación de localización final. El sistema de
localización inalámbrica realiza la estimación de localización
aproximada seleccionando un subconjunto de la transmisión con
respecto a la cual realizará el procesamiento de localización. El
sistema de localización inalámbrica puede elegir, por ejemplo, el
segmento identificado por el SCS/antena principal como segmento de
SNR media más alta. Una vez realizada la estimación de localización
aproximada aplicando los procedimientos descritos anteriormente
sólo a un subconjunto de la transmisión, el TLP 12 envía la
estimación de localización al AP 14, que a continuación envía la
estimación aproximada a la aplicación solicitante con un marcador
que indica que la estimación sólo es aproximada. Entonces, el
sistema de localización inalámbrica realiza su procesamiento de
localización habitual utilizando todos los procedimientos
mencionados, y envía esta estimación de localización con un
marcador que indica el estado final de la estimación de
localización. El sistema de localización inalámbrica puede realizar
la estimación de localización aproximada y la estimación de
localización final en secuencia en el mismo DSP de un TLP 12, o
puede realizar el procesamiento de localización en paralelo en
diferentes DSP. El procesamiento en paralelo puede ser necesario
para satisfacer los requisitos de tiempo máximo de las aplicaciones
de localización solicitantes. El sistema de localización inalámbrica
admite diferentes requisitos de tiempo máximo de diferentes
aplicaciones de localización para la misma transmisión
inalámbrica.
El sistema de localización inalámbrica está
diseñado para operar en áreas urbanas, suburbanas y rurales. Cuando
no hay suficiente disponibilidad de sitios celulares de una empresa
de telecomunicaciones inalámbricas en las áreas rurales, es posible
explotar el sistema de localización inalámbrica con los SCS 10
situados en los sitios celulares de otras empresas de
telecomunicaciones inalámbricas o en otros tipos de torres,
incluidas las torres de estaciones de radio AM o FM, las torres de
radiobúsqueda y las torres inalámbricas bidireccionales. En estos
casos, en lugar de compartir las antenas existentes de la empresa de
telecomunicaciones inalámbricas, el sistema de localización
inalámbrica puede precisar la instalación de antenas, filtros y
amplificadores de bajo ruido adecuados para adaptarse a la banda de
frecuencias de los transmisores inalámbricos que se desean
localizar. Por ejemplo, una torre de estación de radio AM tal vez
requiera la adición de antenas de 800 MHz para localizar
transmisores de la banda celular. No obstante, en ciertos casos tal
vez no se disponga de ningún tipo de torres adicionales a un coste
razonable y entonces sea necesario utilizar el sistema de
localización inalámbrica basándose sólo en unas cuantas torres de
la empresa de telecomunicaciones inalámbricas. En estos casos, el
sistema de localización inalámbrica admite una modalidad de antena
conocida como "modalidad TDOA de base de referencia muy
corta". Esta modalidad de antena se activa cuando se instalan
antenas adicionales en una única torre de sitio celular y, en
consecuencia, las antenas están separadas unas de otras por una
distancia inferior a una longitud de onda. Entonces, tal vez sea
necesario añadir sólo una antena por sector de sitio celular, para
que de ese modo el sistema de localización inalámbrica utilice una
antena receptora de un sector y otra antena adicional que ha sido
instalada junto a la antena receptora. Habitualmente, las dos
antenas del sector están orientadas de tal forma que los ejes
principales, o la línea de dirección, de los haces principales son
paralelos y la separación entre dos elementos de antena se conoce
con precisión. Además, las dos trayectorias RF desde los elementos
de antena hasta los receptores del SCS 10 son calibradas.
En la modalidad normal, el sistema de
localización inalámbrica determina la TDOA y la FDOA de pares de
antenas que están separadas por muchas longitudes de onda. Para la
TDOA de una base de referencia que utiliza las antenas de dos
sitios celulares diferentes, los pares de antenas se hallan
separados por miles de longitudes de onda. Para una TDOA de una
base de referencia que utiliza las antenas del mismo sitio celular,
los pares de antenas están separados por decenas de longitudes de
onda. En ambos casos, la determinación TDOA da por resultado una
línea hiperbólica que bisecciona la base de referencia y atraviesa
la ubicación del transmisor inalámbrico. Cuando las antenas están
separadas por múltiples longitudes de onda, la señal recibida habrá
emprendido trayectorias independientes desde el transmisor
inalámbrico hasta cada antena, y habrá experimentado también, en
diferentes medidas, propagación por trayectorias múltiples y
desplazamientos por efecto Doppler. No obstante, cuando dos antenas
están a menos de una longitud de onda una de otra, las dos señales
recibidas habrán emprendido esencialmente la misma trayectoria y
habrán experimentado el mismo desvanecimiento, la misma propagación
por trayectorias múltiples y los mismos desplazamientos por efecto
Doppler. Por consiguiente, el procesamiento TDOA y FDOA del sistema
de localización inalámbrica habitualmente genera un desplazamiento
Doppler de cero (o casi cero) hertzs y una diferencia de tiempo del
orden de cero a un nanosegundo. Una diferencia de tiempo tan corta
equivale a una diferencia de fase no ambigua entre las señales
recibidas en las dos antenas de la base de referencia muy corta.
Por ejemplo, a 834 MHz, la longitud de onda de una transmisión del
canal de control AMPS inverso es de alrededor de 35 cm. Una
diferencia de tiempo de 0,1 nanosegundos equivale a una diferencia
de fase recibida de alrededor de 30 grados. En este caso, la
medición TDOA genera una hipérbola que es esencialmente una línea
recta que sigue atravesando la ubicación del transmisor inalámbrico
en una dirección que ha experimentado una rotación de 30 grados con
respecto a la dirección de las líneas paralelas formadas por las
dos antenas de la base de referencia muy corta. Cuando los
resultados de esta TDOA de base de referencia muy corta del sitio
celular único se combinan con la medición TDOA de una base de
referencia entre dos sitios celulares, el
sistema de localización inalámbrica puede realizar una estimación de localización utilizando sólo dos sitios celulares.
sistema de localización inalámbrica puede realizar una estimación de localización utilizando sólo dos sitios celulares.
Actualmente, los transmisores celulares AMPS
comprenden la gran mayoría de transmisores inalámbricos utilizados
en EEUU, y las transmisiones por el canal de voz AMPS inverso están
constituidas generalmente por señales FM moduladas mediante voz y
un tono supervisor de audio (SAT). La modulación de voz es
modulación FM estándar y es directamente proporcional a la voz de
la persona que habla por el transmisor inalámbrico. En una
conversación habitual, cada persona emplea menos del 35% del tiempo
para hablar, hecho que significa que la mayor parte del tiempo el
canal de voz inverso no es sometido a modulación de voz. Con o sin
voz, el canal inverso es modulado constantemente mediante un SAT,
que es utilizado por el sistema de comunicaciones inalámbricas para
supervisar el estado del canal. La velocidad de modulación SAT sólo
es de alrededor de 6 KHz. Los canales de voz admiten mensajes en
banda que se utilizan para el control de traspasos y otras
finalidades, tales como para establecer una llamada de tres vías
que permite responder a una segunda llamada de entrada en el
transcurso de una primera llamada o para responder a un mensaje de
"auditoría" del sistema de comunicaciones inalámbricas. Aunque
todos estos mensajes son transmitidos en el canal de voz, éstos
presentan características similares a los mensajes del canal de
control. Dado que estos mensajes se transmiten con poca frecuencia,
los sistemas de localización han hecho caso omiso de estos mensajes
y han centrado su interés en las transmisiones SAT más
predominantes.
En vista de las dificultades descritas
anteriormente debidas el ancho de banda limitado de las señales del
canal de voz inverso con modulación FM de voz y SAT, uno de los
objetivos de la presente invención consiste en proporcionar un
procedimiento mejorado por medio del cual las señales del canal de
voz inverso (RVC) puedan ser utilizadas para localizar un
transmisor inalámbrico, particularmente en una situación de
emergencia. Otro objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar un procedimiento de localización que permita al
sistema de localización evitar la realización de estimaciones de
localización utilizando señales RVC en situaciones en las que es
posible que las mediciones no cumplan los requisitos de precisión y
fiabilidad establecidos. Esto permite ahorrar recursos del sistema
y mejorar la eficacia global del sistema de localización. El
procedimiento mejorado se basa en dos técnicas. La Figura 10A es un
diagrama de flujo de un primer procedimiento según la presente
invención para medir la ubicación utilizando señales del canal de
voz inverso. El procedimiento comprende las etapas siguientes:
(i) En primer lugar, se supone que un usuario
con un transmisor inalámbrico desea ser localizado o desea que su
ubicación sea actualizada o mejorada. Este caso puede ser, por
ejemplo, el de un usuario inalámbrico que ha marcado el número
"911" y trata de obtener un servicio de emergencia. Por
consiguiente, también se supone que el usuario es capaz de
expresarse coherentemente y que se está comunicando con un
despachador que ocupa una ubicación central.
(ii) Cuando el despachador desea una
actualización de la ubicación de un transmisor inalámbrico
particular, el despachador envía un mandato de actualización de
localización con la identidad del transmisor inalámbrico al sistema
de de localización inalámbrica, a través de una interfaz de
aplicación.
(iii) El sistema de localización inalámbrica
responde al despachador con la confirmación de que el sistema de
localización inalámbrica ha realizado una consulta al sistema de
comunicaciones inalámbricas y ha obtenido la asignación de canal de
voz para el transmisor inalámbrico.
(iv) El despachador ordena al usuario
inalámbrico que marque un número de 9 o más dígitos y luego el botón
"ENVIAR". Esta secuencia podría ser, por ejemplo, la secuencia
"123456789" o la secuencia "911911911". Cuando el usuario
inalámbrico marca una secuencia de por lo menos 9 dígitos y a
continuación pulsa el botón "ENVIAR", se aplican dos funciones
al canal de voz inverso. En primer lugar, en particular para un
canal de voz AMPS celular, la marcación de los dígitos provoca el
envío de tonos DTMF (o tonos duales de multifrecuencia) a través
del canal de voz. El índice de modulación de los tonos DTMF es muy
alto y, durante el envío de cada dígito de la secuencia DTMF, el
ancho de banda de la señal transmitida experimenta un
desplazamiento de más de +/- 10 KHz. La segunda función tiene lugar
cuando se pulsa el botón "ENVIAR". Tanto si el usuario
inalámbrico se abona a las llamadas de tres vías u otros servicios
especiales como si no, el transmisor inalámbrico envía un mensaje
por el canal de voz utilizando la modalidad
"espacio-ráfaga", en l la que el transmisor
interrumpe brevemente el envío de la voz FM y el SAT, y en su lugar
envía un mensaje a ráfagas modulado de la misma manera que el canal
de control (con codificación Manchester de 10 Kbits). Si el usuario
inalámbrico marca menos de 9 dígitos, el mensaje comprende
aproximadamente 544 bits. Si el usuario inalámbrico marca 9 ó más
dígitos, el mensaje comprende aproximadamente 987 bits.
(v) Una vez recibido un aviso del despachador,
el sistema de localización inalámbrica supervisa el ancho de banda
de la señal transmitida en el canal de voz. Como se ha indicado
anteriormente, cuando sólo se transmite el SAT, e incluso aunque se
transmita voz y SAT, tal vez no se disponga de suficiente ancho de
banda en la señal transmitida para calcular una estimación de
localización de alta calidad. Por consiguiente, el sistema de
localización inalámbrica ahorra recursos de procesamiento de
localización y espera a que la señal transmitida sobrepase un ancho
de banda predeterminado, que puede establecerse, por ejemplo, en un
valor comprendido entre 8 KHz y 12 KHz. Cuando se envían los
dígitos DTMF marcados o se envía el mensaje a ráfagas, el ancho de
banda habitualmente sobrepasa el ancho de banda predeterminado. En
realidad, si el transmisor inalámbrico transmite los tonos DTMF
durante la marcación, es de esperar que el ancho de banda sobrepase
el ancho de banda predeterminado varias veces. Esto brinda varias
oportunidades para realizar una estimación de localización. Aunque
los tonos DTMF no se envíen durante la marcación, el mensaje a
ráfagas sí es enviado en el momento de pulsar el botón
"ENVIAR" y el ancho de banda habitualmente sobrepasa el umbral
predeterminado.
(vi) El sistema de localización inalámbrica no
inicia el procesamiento de localización hasta que el ancho de banda
de la señal transmitida no sobrepasa el ancho de banda
predeterminado.
La Figura 10B es un diagrama de flujo de otro
procedimiento según la presente invención para medir la ubicación
utilizando señales del canal de voz inverso. El procedimiento
comprende las etapas siguientes:
(i) En primer lugar, se supone que un usuario
con un transmisor inalámbrico desea ser localizado o desea que su
ubicación sea actualizada o mejorada. Este puede ser el caso, por
ejemplo, de un usuario inalámbrico que ha marcado el número
"911" y trata de obtener un servicio de emergencia. Se supone
que el usuario no desea marcar ningún dígito o que no puede marcar
ningún dígito según el procedimiento anterior.
(ii) Cuando el despachador desea una
actualización de la ubicación de un transmisor inalámbrico
particular, el despachador envía un mandato de actualización de
localización con la identidad del transmisor inalámbrico al sistema
de de localización inalámbrica, a través de una interfaz de
aplicación.
(iii) El sistema de localización inalámbrica
responde al despachador con una confirmación.
(iv) El sistema de localización inalámbrica
ordena al sistema de comunicaciones inalámbricas que se encargue de
que el transmisor inalámbrico transmita, enviando un mensaje de
"auditoría" o similar al transmisor inalámbrico. El mensaje de
auditoría es un mecanismo por medio del cual el sistema de
comunicaciones inalámbricas puede obtener una respuesta del
transmisor inalámbrico sin necesidad de que el usuario final
emprenda ninguna acción y sin necesidad de que el transmisor
inalámbrico emita un tono de llamada o cualquier otro tipo de
alerta. Cuando el transmisor inalámbrico recibe un mensaje de
auditoría, el transmisor inalámbrico envía como respuesta un
mensaje de "respuesta de auditoría" en el canal de voz.
(v) Una vez recibido un aviso del despachador,
el sistema de localización inalámbrica supervisa el ancho de banda
de la señal transmitida en el canal de voz. Como se ha indicado
anteriormente, cuando sólo se transmite el SAT, e incluso aunque se
transmita voz y SAT, tal vez no se disponga de suficiente ancho de
banda en la señal transmitida para calcular una estimación de
localización de alta calidad. Por consiguiente, el sistema de
localización por radio ahorra recursos de procesamiento de
localización y espera a que la señal transmitida sobrepase un ancho
de banda predeterminado, que puede establecerse en un valor
comprendido entre 8 KHz y 12 KHz. Cuando se envía el mensaje de
respuesta de auditoría, el ancho de banda sobrepasa habitualmente el
ancho de banda predeterminado.
(vi) El sistema de localización inalámbrica no
inicia el procesamiento de localización hasta que el ancho de banda
de la señal transmitida no sobrepasa el ancho de banda
predeterminado.
La precisión de la estimación de localización
proporcionada por el sistema de localización inalámbrica puede
aumentar combinando varias estimaciones de localización
estadísticamente independientes mientras el transmisor inalámbrico
mantiene su posición. Aunque el transmisor inalámbrico esté
completamente estacionario, el entorno físico y el entorno RF
circundantes cambian constantemente. Por ejemplo, puede suceder que
los vehículos cambien de posición o que otro transmisor inalámbrico
que ha provocado una colisión durante una estimación de localización
haya dejado de transmitir o haya cambiado de posición y entonces ya
no provoque ninguna colisión durante las subsiguientes estimaciones
de localización. Por consiguiente, la estimación de localización
proporcionada por el sistema de localización inalámbrica cambia en
cada transmisión, aun cuando las transmisiones consecutivas tengan
lugar dentro de un período de tiempo muy corto, y cada estimación de
localización es estadísticamente independiente de las otras
estimaciones, particularmente con respecto a los errores ocasionados
por el entorno cambiante.
Cuando se realizan varias estimaciones de
localización estadísticamente independientes consecutivas para un
transmisor inalámbrico que no ha cambiado de posición, las
estimaciones de localización tienden a agruparse alrededor de la
posición verdadera. El sistema de localización inalámbrica combina
las estimaciones de localización utilizando una media ponderada u
otro tipo de concepto matemático para obtener una estimación
mejorada. La utilización de una media ponderada es facilitada por
la asignación de un factor de calidad a cada estimación de
localización independiente. Este factor de calidad puede basarse,
por ejemplo, en los valores de correlación, el intervalo de
confianza u otras mediciones similares obtenidas a partir del
procesamiento de localización de cada estimación independiente. El
sistema de localización inalámbrica utiliza de forma opcional
diversos procedimientos para obtener varias transmisiones
independientes desde el transmisor inalámbrico, incluidos (i) la
utilización de su interfaz con el sistema de comunicaciones
inalámbricas para el mandato de realización de transmisión; (ii) la
utilización de varias ráfagas consecutivas de un protocolo de
interfaz aérea basado en intervalos de tiempo, tal como el
protocolo TDMA o el protocolo GSM y (iii) la división de la
transmisión del canal de voz en varios segmentos a lo largo de un
período de tiempo y la aplicación independiente del procesamiento
de localización a cada segmento. Cuando el sistema de localización
inalámbrica incrementa el número de estimaciones de localización
independientes que se combinan en la estimación de localización
final, éste supervisa una estadística que indica la calidad de la
agrupación. Si el valor estadístico se halla por debajo de un valor
umbral establecido, el sistema de localización inalámbrica supone
que el transmisor inalámbrico mantiene la misma posición. Si el
valor estadístico supera el valor umbral establecido, el sistema de
localización inalámbrica supone que el transmisor inalámbrico no
mantiene la misma posición y, por consiguiente, deja de realizar
más estimaciones de localización. El valor estadístico que indica la
calidad de la agrupación puede ser, por ejemplo, el cálculo de la
desviación estándar o el cálculo del valor cuadrático medio (RMS.)
para las estimaciones de localización que se combinan conjuntamente
y con respecto a la estimación de localización combinada calculada
dinámicamente. Cuando se transmite un registro de localización a una
aplicación solicitante, el sistema de localización inalámbrica
indica, utilizando un campo del registro de localización, el número
de estimaciones de localización independientes que se han combinado
para generar la estimación de localización transmitida.
A continuación, se describirá otro ejemplo de
procedimiento para obtener y combinar varias estimaciones de
localización, haciendo referencia a las Figuras 11A a 11D. Las
Figuras 11A, 11B y 11C representan esquemáticamente las conocidas
secuencias de origen, de respuesta de radiobúsqueda y de auditoría
de un sistema de comunicaciones inalámbricas. Como se representa en
la Figura 11A, la secuencia de origen (iniciada por el teléfono
inalámbrico para realizar una llamada) puede precisar la
transmisión de dos señales: una señal de origen y una señal de
confirmación de orden. La señal de confirmación de orden se envía
como respuesta a una asignación de canal de voz del sistema de
comunicaciones (p.ej., el MSC). De forma análoga, como se representa
en la Figura 11B, una secuencia de radiobúsqueda puede incluir dos
transmisiones desde el transmisor inalámbrico. La secuencia de
radiobúsqueda es iniciada por el sistema de comunicaciones
inalámbricas, p.ej., cuando el transmisor inalámbrico es llamado
por otro teléfono. Una vez localizado, el transmisor inalámbrico
transmite una respuesta de radiobúsqueda y, a continuación, una vez
le ha sido asignado un canal de voz, transmite una señal de
confirmación de orden. En cambio, el procedimiento de auditoría
provoca una única transmisión inversa de una señal de respuesta de
auditoría. Una ventaja de la secuencia de auditoría y respuesta de
auditoría es que no se emite ningún tono de llamada para el
transmisor inalámbrico que responde.
A continuación, se describirá de qué manera
pueden utilizarse estas secuencias para localizar un teléfono con
mayor precisión. Según la presente invención, por ejemplo, se hace
"ping" repetidas veces con una señal de auditoría a un
teléfono robado o a un teléfono con un número de serie robado, lo
cual obliga a éste a responder con varias respuestas de auditoría,
permitiendo de ese modo localizar el teléfono con mayor precisión.
Para utilizar la secuencia de auditoría, sin embargo, el sistema de
localización inalámbrica envía los mandatos adecuados mediante su
interfaz con el sistema de comunicaciones inalámbricas, que envía el
mensaje de auditoría al transmisor inalámbrico. El sistema de
localización inalámbrica también puede forzar también la
terminación de una llamada (se cuelga el teléfono) y a continuación
volver a llamar al transmisor inalámbrico utilizando el código ANI
estándar. La llamada puede terminarse dando al usuario móvil la
orden verbal de desconectar la llamada por el extremo de línea fija
de la llamada, o enviando un mensaje de desconexión artificial a
través del aire a la estación base. Este mensaje de desconexión a
través del aire simula la pulsación del botón "FINALIZAR" de
una unidad móvil. El procedimiento de rellamada invoca la secuencia
de radiobúsqueda descrita anteriormente y obliga al teléfono a
iniciar dos transmisiones que pueden utilizarse para realizar
estimaciones de localización.
Con referencia a la Figura 11D, se proporciona
un resumen del procedimiento de localización de alta precisión
inventivo. En primer lugar, se realiza una estimación de
localización inicial. A continuación, se emplea el procedimiento de
auditoría o de desconexión de llamada y rellamada descritos
anteriormente para obtener una correspondiente transmisión de la
unidad móvil y, finalmente, se realiza una segunda estimación.
Dependiendo de si el sistema de comunicaciones inalámbricas y el
transmisor inalámbrico tienen o no las funciones de auditoría
implementadas, se utilizará el procedimiento de auditoría o el
procedimiento de desconexión de llamada y rellamada. La segunda y
la tercera etapa pueden repetirse para obtener tantas estimaciones
de localización independientes como se consideren necesarias o
deseables. Por último, las diversas estimaciones de localización
estadísticamente independientes se combinan en una media, una media
ponderada o un concepto matemático similar para obtener una
estimación mejorada. La utilización de una media ponderada es
facilitada por la asignación de un factor de calidad a cada
estimación de localización independiente. Este factor de calidad
puede basarse en un porcentaje de correlación, un intervalo de
confianza u otras mediciones similares obtenidas a partir del
procedimiento de cálculo de la ubicación.
El sistema de localización inalámbrica también
es capaz de aumentar la precisión de las estimaciones de
localización de los transmisores inalámbricos cuyo ancho de banda
es relativamente reducido, utilizando una técnica de síntesis de
ancho de banda artificial. Esta técnica puede aplicarse, por
ejemplo, a los transmisores que utilizan los protocolos de interfaz
aérea AMPS, NAMPS, TDMA y GSM y para los cuales se dispone de un
gran número de canales RF individuales para ser utilizados por el
transmisor inalámbrico. Por motivos ilustrativos, la descripción
siguiente se referirá a detalles particulares del protocolo AMPS; no
obstante, la descripción puede adaptarse con facilidad para
aplicarse a otros protocolos. Este procedimiento se fundamenta en el
principio de que cada transmisor inalámbrico es operativo para
transmitir sólo señales de banda estrecha que abarcan una banda
ancha de frecuencias predefinidas cuya anchura supera el ancho de
banda de las señales de banda estrecha individuales transmitidas
por el transmisor inalámbrico. Este procedimiento se fundamenta
además en la interfaz mencionada anteriormente entre el sistema de
localización inalámbrica y el sistema de comunicaciones inalámbricas
a través de la cual el WLS puede ordenar al sistema de
comunicaciones inalámbricas que se encargue de que el transmisor
inalámbrico realice un traspaso o un cambio a otra frecuencia o
canal RF. Mediante la emisión de una serie de mandatos, el sistema
de localización inalámbrica puede obligar al transmisor inalámbrico
a cambiar en secuencia y de manera controlada a una serie de
canales RF, permitiendo al WLS sintetizar eficazmente una señal
recibida de banda más ancha a partir de la serie de señales
transmitidas de banda estrecha con el propósito de llevar a cabo el
procesamiento de
localización.
localización.
En una forma de realización preferida
actualmente de la presente invención, los medios de síntesis de
ancho de banda incluyen unos medios para determinar una
característica de fase de banda ancha versus lafrecuencia de
las transmisiones desde el transmisor inalámbrico. Por ejemplo, las
señales de banda estrecha suelen presentar un ancho de banda de
aproximadamente 20 KHz y la banda ancha predefinida de frecuencias
abarca aproximadamente 12,5 MHz, lo cual corresponde en este
ejemplo al espectro asignado por la FCC a cada empresa de
telecomunicaciones celulares. Con la síntesis de ancho de banda, la
resolución de las mediciones TDOA puede incrementarse hasta
alrededor de 1/12,5 MHz (es decir, la resolución temporal disponible
es el recíproco del ancho de banda eficaz).
En la Figura 12A, se representa un transmisor
inalámbrico, un transmisor de calibración (si se utiliza), tres SCS
10A, 10B y 10C y un TLP 12. La ubicación del transmisor de
calibración y de los tres SCS son datos que se conocen con
precisión a priori. Las señales, representadas mediante
flechas punteadas en la Figura 12A, son transmitidas por el
transmisor inalámbrico y el transmisor de calibración, recibidas en
los SCS 10A, 10B y 10C y procesadas utilizando las técnicas
descritas previamente. Durante el procesamiento de localización,
los datos RF de un SCS (p.ej., el 10B) se someten a correlación
cruzada (en el dominio del tiempo o de la frecuencia) con el tren
de datos de otro SCS (p.ej., el 10C) por separado, para cada
transmisor y para cada par de SCS 10, con el propósito de generar
las estimaciones TDOA, TDOA_{23} y TDOA_{13}. Como producto
intermedio del procesamiento de localización se obtiene un conjunto
de coeficientes que representan la potencia cruzada compleja en
función de la frecuencia (p.ej., R_{23}).
Por ejemplo, si X(f) es la transformada
de Fourier de la señal x(t) recibida en un primer sitio
celular e Y(f) es la transformada de Fourier de la señal
y(t) recibida en un segundo sitio celular, entonces la
potencia cruzada compleja cumple R(f) =
X(f)Y*(f), siendo Y* el complejo conjugado de Y. El
ángulo de fase de R(f) a cualquier frecuencia f es igual a
la fase de X(f) menos la fase de Y(f). El ángulo de
fase de R(f) puede denominarse fase complementaria. En
ausencia de ruido, interferencias y otros errores, la fase
complementaria es una función completamente lineal de la frecuencia
dentro de la banda de frecuencias (contiguas) observada; y la
pendiente de la línea es el valor negativo del retardo de grupo
interferométrico o TDOA. La interceptación de la línea en la
frecuencia central de la banda es igual al valor medio de la fase de
R(f) y constituye la denominada fase "complementaria"
de la observación cuando se hace referencia a la banda completa.
Dentro de una banda, la banda complementaria puede ser considerada
una función de la frecuencia.
Los coeficientes obtenidos para el transmisor de
calibración se combinan con los obtenidos para el transmisor
inalámbrico y las combinaciones se analizan para obtener las
mediciones TDOA calibradas, TDOA_{23} y TDOA_{13},
respectivamente, En el procedimiento de calibración, la fase
complementaria del transmisor de calibración se resta de la fase
complementaria del transmisor inalámbrico para cancelar los errores
sistemáticos que son comunes en ambas. Puesto que cada fase
complementaria original es en sí la diferencia entre las fases de
las señales recibidas en dos SCS 10, a menudo se dice que el
procedimiento de calibración es un procedimiento de doble
diferenciación y se dice que el resultado de calibración está
doblemente diferenciado. La estimación TDOA
T-ij es una estimación de máxima probabilidad de la
diferencia en el tiempo de llegada (TDOA), entre los sitios i y j,
de la señal transmitida por el transmisor inalámbrico, sometida a
calibración y a corrección de los efectos de la propagación por
trayectorias múltiples. Las estimaciones TDOA de diferentes pares
de sitios celulares se combinan para obtener la estimación de
localización. Como bien se sabe, es posible obtener estimaciones
TDOA más precisas observando un ancho de banda más amplio. Por lo
general, no es posible incrementar el ancho de banda
"instantáneo" de la señal transmitida por un transmisor
inalámbrico, pero es posible ordenar a un transmisor inalámbrico
que cambie de un canal de frecuencia a otro, de tal forma que en un
período de tiempo corto pueda observarse un gran ancho de banda.
En un sistema celular inalámbrico habitual, por
ejemplo, los canales 313 y 333 son canales de control y los 395
canales restantes son canales de voz. La frecuencia central de un
transmisor inalámbrico que transmite por el canal de voz RF número
1 (RVC 1) es de 826,030 MHz y la separación entre las frecuencias
centrales de los canales consecutivos es de 0,030 MHz. El número de
canales de voz asignados a cada célula de un bloque habitual de
reutilización de frecuencias de siete células es de alrededor de 57
(es decir, 395 dividido por 7) y estos canales se distribuyen por
todo el conjunto de 395 canales con una separación de 7 canales.
Debe tenerse en cuenta que cada sitio celular utilizado en un
sistema AMPS presenta canales que abarcan toda la banda de 12,5 MHz
asignada por la FCC. Por ejemplo, si las células de cada conjunto de
frecuencias de un patrón de reutilización se designan por las
letras "A" a "G", los números de canales asignados a
la(s) célula(s) "A" pueden ser 1, 8, 15, 22, ...,
309; los números de los canales asignados a las células "B" se
determinan sumando 1 a los números de los canales "A", y así
sucesivamente hasta llegar a las células "G".
El procedimiento empieza cuando se asigna un
canal de voz RF al transmisor inalámbrico y el sistema de
localización inalámbrica activa el procesamiento de localización
para las transmisiones desde el transmisor inalámbrico. Como parte
del procesamiento de localización, las estimaciones TDOA TDOA_{13}
y TDOA_{23} combinadas pueden presentar, por ejemplo, un error de
desviación estándar de 0,5 microsegundos. El procedimiento de
combinación de las mediciones de los diferentes canales RF explota
la relación entre la TDOA, la fase complementaria y la
radiofrecuencia. Sea \tau el valor "verdadero" del retardo de
grupo o TDOA, es decir, el valor que se observaría en ausencia de
ruido, propagación por trayectorias múltiples y cualquier error
instrumental; asimismo, sea \Phi el valor verdadero de la fase
complementaria y f la radiofrecuencia, entonces la fase
complementaria \Phi se relaciona con \tau y con f según la
ecuación:
(Ec. 1)\Phi =
-f\tau +
n
en la que \Phi se mide en ciclos,
f en Hz y \tau en segundos, y n es un entero que representa la
ambigüedad del número entero de ciclos inherente a las mediciones
de fase doblemente diferenciadas. El valor de n es desconocido a
priori, pero es igual en las observaciones realizadas a
frecuencias contiguas, es decir, dentro de cualquier canal de
frecuencia. El valor de n generalmente es diferente para las
observaciones realizadas a frecuencias separadas. El valor \tau
puede estimarse a partir de las observaciones de un único canal de
frecuencia, ajustando una línea recta a la fase complementaria
observada como una función de la frecuencia dentro del canal. La
pendiente de la línea que mejor se ajusta es igual al valor negativo
de la estimación deseada de \tau. En el caso de un solo canal, n
es constante y, por lo tanto, es posible diferenciar la ecuación 1
para
obtener:
(Ec.
2)d\Phi/df =
-\tau
Pueden obtenerse estimaciones independientes de
\tau, mediante el ajuste de una línea recta a las observaciones
de \Phi versus f por separado para cada canal, pero cuando
se observan dos canales de frecuencias separadas (no contiguas),
por lo general una única línea recta no se ajusta a las
observaciones de \Phi versus f de ambos canales, porque en
general el entero n adopta diferentes valores para los dos canales.
No obstante, en ciertas circunstancias, es posible determinar y
suprimir la diferencia entre estos dos valores enteros y luego
aplicar el ajuste de una línea recta única a todo el conjunto de
datos de fase que abarcan ambos canales. La pendiente de esta línea
recta puede determinarse de una forma mucho más correcta, porque se
basa en un rango de frecuencias más amplio. En ciertas condiciones,
la incertidumbre de la estimación de la pendiente es inversamente
proporcional al rango de frecuencias.
En este ejemplo, se supone que se ha asignado el
canal de voz RF 1 al transmisor inalámbrico. La diferencia de
radiofrecuencia entre los canales 1 y 416 es tan grande que,
inicialmente, no es posible determinar la diferencia entre los
enteros n_{1} y n_{416} correspondiente a estos canales. No
obstante, a partir de las observaciones de uno o ambos canales
realizadas por separado, es posible obtener una estimación TDOA
inicial \tau_{0}. El sistema de localización inalámbrica ordena
al sistema de comunicaciones inalámbricas que se encargue de que el
transmisor inalámbrico cambie del canal 1 al canal 8. La señal del
transmisor inalámbrico se recibe en el canal 8 y se procesa para
actualizar o ajustar la estimación \tau_{0}. A partir de
\tau_{0}, puede calcularse el valor "teórico" de la fase
complementaria \Phi_{0} como una función de la frecuencia igual
a (-f\tau_{0}). La diferencia entre la fase \Phi realmente
observada y la función teórica \Phi_{0} puede calcularse,
siendo la fase observada realmente igual a la fase verdadera con un
margen de error de una fracción muy pequeña de un ciclo
(habitualmente, 1/50):
(Ec. 3)\Phi -
\Phi_{0} = -f(\tau - \tau_{0}) + n_{1} o n_{8},
\hskip0.5cmdependiendo del canal
o
(Ec.
4)\Delta\Phi = -\Deltaf\tau - n_{1} o
n_{8},
\hskip0.5cmdependiendo del canal
siendo \Delta\Phi \equiv
\Phi - \Phi_{0} y \Delta\tau \equiv \tau -
\tau_{0}. La ecuación (4) se representa gráficamente en la
Figura 12B, en la que se muestra la diferencia \Delta\Phi entre
la fase complementaria observada \Phi y el valor \Phi_{0}
calculado a partir de la estimación TDOA inicial \tau_{0}
versus la frecuencia f para los canales 1 y
8.
Para la banda de frecuencias de 20 KHz de ancho
correspondiente al canal 1, el gráfico de \Delta\Phi
versus f habitualmente es una línea recta horizontal. Para
la banda de frecuencias de 20 KHz de ancho correspondiente al canal
8, el gráfico de \Delta\Phi versus f también es una línea
recta horizontal. Las pendientes de estos segmentos de línea
generalmente se acercan a cero, debido a que la cantidad
(f\Delta\tau) habitualmente no experimenta una variación de una
fracción significativa de un ciclo en 20 KHz, ya que \Delta\tau
equivale al valor negativo del error de la estimación \tau_{0}.
La magnitud de este error habitualmente no sobrepasa los 1,5
microsegundos (3 veces la desviación estándar de 0,5 microsegundos,
en el presente ejemplo), y el producto de 1,5 microsegundos y 20
KHz es inferior al 4% de un ciclo. En la Figura 12B, el gráfico de
\Delta\Phi para el canal 1 está desplazado verticalmente con
respecto del gráfico de \Delta\Phi para el canal 8 en una
cantidad relativamente grande, debido a que la diferencia entre
n_{1} y n_{8} puede ser arbitrariamente grande. Este
desplazamiento vertical, o diferencia entre los valores medios de
\Delta\Phi para los canales 1 y 8, diferirá (con una
probabilidad sumamente alta) en menos de \pm 0,3 ciclos del valor
verdadero de la diferencia, n_{1} - n_{8}, debido a que el
producto de la magnitud de máxima probabilidad de \Delta\tau
(1,5 microsegundos) y la separación de los canales 1 y 8
(210 KHz) es de 0,315 ciclos. Dicho de otro modo, la diferencia
n_{1} - n_{8} es igual a la diferencia entre los valores medios
de \Delta\Phi para los canales 1 y 8, redondeada al entero más
cercano. Una vez que se ha determinado la diferencia entera n_{1}
- n_{8} mediante este procedimiento de redondeo, el entero
\Delta\Phi se suma para el canal 8 o se resta de \Delta\Phi
para el canal 1. La diferencia entre los valores medios de
\Delta\Phi para los canales 1 y 8 generalmente es igual al
error de la estimación TDOA inicial, \tau_{0}, multiplicado por
210 KHz. La diferencia entre los valores medios de \Delta\Phi
para los canales 1 y 8 se divide por 210 KHz y el resultado se suma
a \tau_{0} para obtener una estimación de \tau, el valor
verdadero de la TDOA. Esta estimación nueva puede ser
significativamente más precisa que la estimación \tau_{0}.
Este procedimiento de escalonamiento de
frecuencias y ajuste de la TDOA puede ampliarse a los canales que
están más separados para obtener resultados todavía más precisos. Si
se utiliza el valor \tau_{1} para representar el resultado
ajustado obtenido a partir de los canales 1 y 8, \tau_{0} puede
ser sustituido por \tau_{1} en el procedimiento que se acaba de
describir, y el sistema de localización inalámbrica puede ordenar
al sistema de comunicaciones inalámbricas que se encargue de que el
transmisor inalámbrico cambie, por ejemplo, del canal 8 al canal
36. A continuación, puede utilizarse el valor \tau_{1} para
determinar la diferencia entera n_{8} - n_{36} y puede
obtenerse una estimación TDOA basada en el rango de frecuencias de
1,05 MHz entre los canales 1 y 36. La estimación puede marcarse como
\tau_{2} y puede hacerse que el transmisor inalámbrico cambie,
por ejemplo, del canal 36 al canal 112, y así sucesivamente. En
principio, el rango completo de frecuencias asignadas a la empresa
de telecomunicaciones celulares puede expandirse. Los números de
canales (1, 8, 36 y 112) utilizados en este ejemplo son, por
supuesto, arbitrarios. Según el principio general, una estimación
de la TDOA basada en un pequeño rango de frecuencias (empezando por
un único canal) se utiliza para resolver la ambigüedad del número
entero de la diferencia de fase complementaria entre frecuencias
más separadas entre sí. Esta última separación entre frecuencias no
deberá ser demasiado grande y está limitada por la incertidumbre de
la anterior estimación de la TDOA. En general, el peor de los
errores en la estimación anterior multiplicado por la diferencia de
frecuencia no deberá sobrepasar los 0,5 ciclos.
Si la diferencia de frecuencias más pequeña
(p.ej., 210 KHz) entre los canales menos separados asignados a una
célula particular no puede ser obviada debido a que la incertidumbre
más desfavorable de la estimación TDOA de un canal único sobrepasa
los 2,38 microsegundos (es decir, 0,5 ciclos dividido por 0,210
MHz), el sistema de localización inalámbrica ordena al sistema de
comunicaciones inalámbricas que obligue al transmisor inalámbrico a
realizar un traspaso de un sitio celular a otro (es decir, de un
grupo de frecuencias a otro), de tal forma que el salto de
frecuencias sea más pequeño. Existe la posibilidad de que la
diferencia entera entre las diferencias de fase (los valores
\Delta\Phi) de dos canales sea determinada incorrectamente, por
ejemplo, debido a que el transmisor inalámbrico se ha desplazado
durante el traspaso de un canal al otro. Por consiguiente, a modo
de comprobación, el sistema de localización inalámbrica puede
invertir cada traspaso (por ejemplo, después de cambiar del canal 1
al canal 8, cambia nuevamente del canal 8 al canal 1) y confirmar
que la diferencia del número entero de ciclos determinada tenga
precisamente la misma magnitud que el traspaso "directo", pero
de signo contrario. Puede utilizarse una estimación de velocidad no
cero significativa de las observaciones FDOA de canal único para
realizar una extrapolación a través del intervalo de tiempo
empleado en un cambio de canal. Comúnmente, este intervalo de tiempo
puede mantenerse en una pequeña fracción de 1 segundo. El error de
estimación FDOA multiplicado por el intervalo de tiempo entre
canales debe ser pequeño en comparación con 0,5 ciclos. El sistema
de localización inalámbrica emplea preferentemente una diversidad
de redundancias y comprobaciones contra la incorrecta determinación
del número entero.
Otro aspecto inventivo del sistema de
localización inalámbrica se refiere a un procedimiento de
"reintento dirigido" para utilizar en conexión con un sistema
de comunicaciones inalámbricas de modalidad dual que admite por lo
menos un primer procedimiento de modulación y un segundo
procedimiento de modulación. En dicha situación, se supone que el
primer y el segundo procedimiento de modulación se utilizan en
canales RF diferentes (los canales para el sistema de
comunicaciones inalámbricas que funciona con el WLS y el sistema
PCS, respectivamente). También se supone que el transmisor
inalámbrico que se desea localizar es capaz de trabajar con ambos
procedimientos de modulación, es decir, es capaz de marcar el número
"911" en el sistema de comunicaciones inalámbricas que
presenta el apoyo del sistema de localización inalámbrica.
Por ejemplo, el procedimiento de reintento
dirigido podría utilizarse en un sistema en el que existe un número
insuficiente de estaciones base para trabajar con un sistema de
localización inalámbrica, pero que está operando en una zona
servida por un sistema de localización inalámbrica asociado a otro
sistema de comunicaciones inalámbricas. El "primer" sistema de
comunicaciones inalámbricas puede ser un sistema telefónico celular
y el "segundo" sistema de comunicaciones inalámbricas puede
ser un sistema PCS que funciona en el mismo territorio que el
primer sistema. Según la presente invención, cuando el transmisor
móvil utiliza el segundo procedimiento de modulación (PCS) y trata
de iniciar una llamada 911, el transmisor móvil es obligado a
cambiar automáticamente al primer procedimiento de modulación y, a
continuación, iniciar una llamada 911 utilizando el primer
procedimiento de modulación en uno de los canales RF del conjunto
establecido para ser utilizado por el primer sistema de
comunicaciones inalámbricas. De esta manera, es posible proporcionar
servicios de localización a los clientes de un sistema PCS o
similar que no es servido por un sistema de localización propio.
En la anterior exposición de la forma de
realización preferida actualmente de un sistema de localización
inalámbrica, se utilizan términos descriptivos, tales como
"sistema de captación de señales" (SCS), "procesador de
localización TDOA" (TLP), "procesador de aplicaciones" (AP)
y similares, que no deben considerarse limitativos del alcance de
protección de las siguientes reivindicaciones ni limitativos de los
aspectos del sistema de localización inalámbrica a los
procedimientos y aparatos particulares dados a conocer. Por otra
parte, como comprenderán los expertos en la materia, muchos de los
aspectos dados a conocer en la presente memoria pueden aplicarse a
sistemas de localización que no se basan en técnicas TDOA. Por
ejemplo, los procedimientos mediante los cuales el sistema de
localización inalámbrica utiliza la lista de tareas, etc. pueden
aplicarse a sistemas no TDOA. En dichos sistemas no TDOA, no será
necesario que los TLP descritos anteriormente realicen cálculos
TDOA. De modo parecido, la presente invención no se limita a los
sistemas que emplean SCS construidos de la forma descrita
anteriormente, ni tampoco a los sistemas que emplean AP que cumplen
todos los detalles descritos anteriormente. Los SCS, TLP y AP son,
en esencia, dispositivos de captación y procesamiento de datos
programables que pueden adoptar una diversidad de formas sin
desviarse de los conceptos inventivos dados a conocer en la
presente memoria. Gracias al rápido descenso del coste del
procesamiento de las señales digitales y otras funciones de
procesamiento, es muy fácil, por ejemplo, transferir el
procesamiento de una función particular desde uno de los elementos
funcionales (tales como el TLP) descritos en la presente memoria
hasta otro elemento funcional (tal como el SCS o el AP) sin cambiar
el funcionamiento inventivo del sistema. En muchos casos, el lugar
de implementación (es decir, el elemento funcional) descrito en la
presente memoria refleja simplemente una preferencia del diseñador
en lugar de un requisito hardware.
Claims (14)
1. Sistema de localización inalámbrica para
operar con un sistema de comunicaciones inalámbricas existente y
para calcular la ubicación geográfica de un transmisor móvil del
sistema de comunicaciones inalámbricas, siendo operativo el
transmisor móvil para transmitir una señal en una pluralidad de
canales de banda estrecha, y comprendiendo el sistema de
localización inalámbrica:
(a) por lo menos tres receptores separados
geográficamente (10) para recibir la señal transmitida por dicho
transmisor móvil;
(b) unos medios para comunicarse a través de una
interfaz con el sistema de comunicaciones inalámbricas, permitiendo
a dicho sistema de localización inalámbrica dar la orden al
transmisor móvil, por medio de dicha interfaz, de cambiar de forma
secuencial y controlada a una pluralidad de canales de banda
estrecha de una pluralidad de respectivas frecuencias que abarcan
una banda ancha de frecuencias predefinidas cuya anchura es superior
al ancho de banda de cualquiera de los canales de banda estrecha
individuales;
(c) unos medios para resolver la ambigüedad del
número entero de ciclos en las relaciones de fase entre la
pluralidad de señales de banda estrecha transmitidas y
(d) unos medios (12) para determinar la
ubicación de dicho transmisor móvil mediante la señal de dicha
pluralidad de canales de banda estrecha recibida en dichos
receptores,
en el que:
dichos medios para determinar la ubicación de
dicho transmisor móvil comprenden unos medios de diferencia en el
tiempo de llegada, y
dichos medios para resolver la ambigüedad del
número entero de ciclos en las relaciones de fase entre la
pluralidad de señales de banda estrecha transmitidas incluyen unos
medios para utilizar una estimación de la diferencia en el tiempo de
llegada basada en un primer intervalo de frecuencias para resolver
la ambigüedad del número entero de ciclos de un segundo intervalo de
frecuencias, siendo dicho segundo intervalo de frecuencias más
ancho que el primer intervalo de frecuencias.
2. Sistema de localización inalámbrica según la
reivindicación 1, en el que dicho sistema de comunicaciones
inalámbricas es un sistema celular incapaz de determinar la
ubicación de un transmisor con una precisión superior a entre 30,5 y
122 metros (valor cuadrático medio).
3. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha interfaz comprende un
acoplamiento operativo entre el sistema de localización inalámbrica
y una unidad de conmutación de teléfonos móviles inalámbricos del
sistema de comunicaciones inalámbricas para llevar a cabo el cambio
de dicho transmisor móvil desde una primera frecuencia de banda
estrecha hasta una segunda frecuencia de banda estrecha.
4. Sistema según la reivindicación 3, en el que
el acoplamiento operativo comprende unos medios para que dicho
sistema de localización inalámbrica predefina qué frecuencias de
banda estrecha van a ser utilizadas por dicho transmisor móvil, y
unos medios para que la unidad de conmutación de teléfonos móviles
comunique al sistema de localización inalámbrica qué canales de
banda estrecha han sido utilizados por el transmisor móvil.
5. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de síntesis de
ancho de banda presentan unos medios para determinar la
característica de fase de banda ancha en función de la frecuencia de
las transmisiones de dicho transmisor móvil.
6. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios para resolver
la ambigüedad del número entero de ciclos en las relaciones de fase
entre la pluralidad de señales de banda estrecha transmitidas,
ocasionada por los medios de síntesis de ancho de banda, comprenden
unos medios par resolver la ecuación \varphi = -f\tau+n, en la
que \varphi se expresa en ciclos, f en Hz y \tau en segundos; y
n es un entero que representa la ambigüedad del número entero de
ciclos inherente a una medición de fase de diferencia en el tiempo
de llegada.
7. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende asimismo un transmisor de
calibración de tal manera que permite la doble diferenciación de la
diferencia en el tiempo de llegada.
8. Procedimiento para calcular la ubicación
geográfica de un transmisor móvil de un sistema de comunicaciones
inalámbricas, siendo operativo el transmisor móvil para transmitir
una señal en una pluralidad de canales de banda estrecha y
comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:
(a) proporcionar por lo menos tres receptores
separados geográficamente (10) para recibir la señal transmitida por
dicho transmisor móvil;
(b) proporcionar unos medios para comunicarse a
través de una interfaz con el sistema de comunicaciones
inalámbricas,
(c) proporcionar al transmisor móvil, por medio
de dicha interfaz, de la orden de cambiar de forma secuencial y
controlada a una pluralidad de canales de banda estrecha de una
pluralidad de respectivas frecuencias que abarcan una banda ancha de
frecuencias predefinida cuya anchura es superior al ancho de banda
de cualquiera de los canales de banda estrecha individuales;
(d) resolver la ambigüedad del número entero de
ciclos de las relaciones de fase entre la pluralidad de señales de
banda estrecha transmitidas, mediante una estimación de diferencia
en el tiempo de llegada basada en un primer intervalo de frecuencias
para resolver la ambigüedad del número entero de ciclos de un
segundo intervalo de frecuencias, siendo dicho segundo intervalo de
frecuencias más ancho que el primer intervalo de frecuencias y
(e) determinar la ubicación de dicho transmisor
móvil mediante la señal de dicha pluralidad de canales de banda
estrecha recibida en dichos receptores que comprende la técnica de
la diferencia en el tiempo de llegada.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en
el que dicho sistema de comunicaciones inalámbricas es un sistema
celular incapaz de determinar la ubicación de un transmisor con una
precisión superior a entre 30,5 y 122 metros (valor cuadrático
medio).
10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9,
en el que la etapa (b) comprende la utilización de una unidad de
conmutación de teléfonos móviles inalámbricos de dicho sistema de
comunicaciones inalámbricas para llevar a cabo el cambio de dicho
transmisor móvil desde una primera frecuencia de canal de banda
estrecha hasta una segunda frecuencia de canal de banda
estrecha.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, en
el que la etapa (b) comprende asimismo predefinir las frecuencias de
canal de banda estrecha que van a ser utilizadas por dicho
transmisor móvil y recibir desde la unidad de conmutación de
teléfonos móviles un informe sobre los canales de banda estrecha que
han sido utilizados por el transmisor móvil.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11, en el que la etapa (d) comprende la etapa
de resolución de la ecuación
\varphi =
-f\tau +
n,
en la que \varphi se expresa en
ciclos, f en Hz y \tau en segundos, y n es un entero que
representa la ambigüedad del número entero de ciclos inherente a una
medición de fase de diferencia en el tiempo de
llegada.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 12, que comprende asimismo la etapa de empleo
de un transmisor de calibración para obtener una medición doblemente
diferenciada de la diferencia en el tiempo de llegada.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 13, que comprende asimismo la determinación de
la característica de fase de banda ancha en función de la frecuencia
de las transmisiones desde dicho transmisor móvil.
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