FR2753035A1

FR2753035A1 - Procede et appareil de recherche de position dans un systeme de communication

Info

Publication number: FR2753035A1
Application number: FR9710884A
Authority: FR
Inventors: Kevin A Buford; John Douglas Reed; Walter J Rozanski Jr; Amitava Ghosh
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Mobility LLC
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1998-03-06
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: KR20000068409A; WO1998010306A1; ID17706A; GB2332112B; CN1111748C; DE19781930T1; KR100473137B1; SE9900750D0; FI109241B; IL128258A; JP2001500256A; CN1231730A; IT1294259B1; SE9900750L; FI990379A; ITRM970525A1; CA2264077A1; GB2332112A; JP3323206B2; FI990379A0

Abstract

Un procédé permettant de déterminer la position d'une unité d'abonné dans un système de communication est proposé. Le procédé comporte les étapes consistant à recevoir un signal de l'unité d'abonné au niveau d'une première station de base, déterminer un premier instant de réception du signal fondé sur une séquence de symboles de dispersion au niveau de la première station de base, déterminer un premier angle d'arrivée du signal au niveau de la première station de base et déterminer la position de l'unité d'abonné à partir du premier instant de réception, du premier angle d'arrivée et d'autres informations prédéterminées concernant la première station de base. Le signal est formé par l'intermédiaire d'une modulation par la séquence de symboles de dispersion.

Description

Titre
Procédé et appareil de recherche de position dans un système de communication
Domaine de l'invention
La présente invention concerne, de façon générale, des systèmes de communication sans fil et plus particulièrement un procédé et un appareil permettant de localiser une unité d'abonné dans un système de communication sans fil à accès multiple par répartition en code (AMRC).

Arrière-plan de l'invention
Dans un système de communication sans fil, il est souvent souhaitable de localiser les utilisateurs qui émettent des appels. Parmi les applications de cette technologie, on peut citer des services d'urgence, de sorte que les services de police/pompiers/ambulances puissent être envoyés à un utilisateur qui émet un appel. Parmi d'autres applications, on peut citer la détection des fraudes, les recherches policières et similaires.

Les systèmes cellulaires antérieurs avaient une faible capacité dans ce domaine. Par exemple, dans un radiotéléphone cellulaire AMPS (service téléphonique mobile évolué), un utilisateur pouvait être localisé dans une cellule en déterminant quelle antenne de la station de base avait été utilisée pour servir l'utilisateur. Toutefois, une cellule pouvait mesurer de 4,8 à 8 kilomètres de rayon, ce qui rendait ces informations pratiquement inutiles. Puisque la plupart des sites cellulaires urbains denses sont aujourd'hui bien plus petits et que la plupart des sites cellulaires urbains/suburbains sont aujourd'hui sectorisés, en utilisant des antennes sectorisées pour limiter une zone de desserte d'une voie à un secteur d'une cellule uniquement, les zones de couverture d'une cellule sont aujourd'hui plus petites. Toutefois, même une zone située dans ces cellules plus petites peut s'étendre sur plus de 1,5 km2. Ceci rend également peu pratique la localisation d'un utilisateur dans la plupart des cas. D'autres systèmes de radiotéléphonie, comme les systèmes USDC (cellulaires numériques américains) et GSM (Groupe Spécial Mobile) utilisent le même procédé d'identification de la cellule ou du secteur et ne peuvent donc pas donner de meilleurs résultats que le système AMPS.

Bien qu'il existe d'autres solutions de localisation, comme l'utilisation d'unités GPS (système de positionnement mondial) au niveau de l'unité d'abonné, ou bien de la triangulation sur une unité d'abonné émettrice, ces approches ainsi que d'autres approches semblables sont trop onéreuses pour être utilisées par la plupart des abonnés ou, dans le cas de la triangulation, nécessitent d'autres ressources onéreuses et qui prennent du temps pour être affectées à demeure.

Il est donc encore nécessaire de trouver une approche améliorée et rentable permettant de localiser des abonnés dans un système de communication sans fil.

Résumé de l'invention
Ces problèmes ainsi que d'autres sont résolus grâce à un procédé et un appareil améliorés selon l'invention. Selon un premier aspect, un procédé permettant de déterminer une position d'unité d'abonné dans un système de communication comporte les étapes consistant à recevoir un signal de l'unité d'abonné au niveau d'une première station de base, déterminer un premier instant de réception du signal fondé sur une séquence de symboles de dispersion au niveau de la première station de base, déterminer un premier angle d'arrivée du signal au niveau de la première station de base et déterminer la position de l'unité d'abonné à partir du premier instant de réception, du premier angle d'arrivée et des informations prédéterminées concernant les première et deuxième stations de base.

Le signal est formé au moyen d'une modulation par la séquence de symboles de dispersion.

Selon un autre aspect, un procédé permettant d'estimer une position d'unité d'abonnés comporte les étapes consistant à effectuer une première mesure de position ayant un premier niveau de confiance, effectuer une deuxième mesure de position ayant un deuxième niveau de confiance et déterminer une position estimée de l'unité d'abonné en fonction des première et deuxième mesures. La première mesure de position est déterminée par la réception d'un signal de l'unité d'abonné au niveau d'une première station de base, par la détermination d'un premier instant de réception du signal fondé sur la séquence de symboles de dispersion au niveau de la première station de base et par la détermination d'un premier angle d'arrivée du signal au niveau de la première station de base. Le signal est formé au moyen d'une modulation par la séquence de symboles de dispersion.

Selon un autre aspect, un système de communication comporte un dispositif de commande et un processeur de position qui réagit au dispositif de commande. Le dispositif de commande réagit à une première et une deuxième stations de base, chacune des première et deuxième stations de base comprenant un récepteur servant à recevoir un signal de l'unité de communication, le signal étant formé au moyen d'une modulation par une séquence de symboles de dispersion et un détecteur servant à déterminer un instant de réception du signal fondé sur la séquence. Le processeur de position réagit au dispositif de commande et sert à demander aux première et deuxième stations de commande de déterminer des premier et deuxième instants de réception du signal fondés sur la séquence et à déterminer la position de l'unité de communication à partir des premier et deuxième instants de réception et d'autres informations concernant les première et deuxième stations de base.

Selon un autre aspect, un procédé permettant de déterminer la position d'une unité d'abonné comporte la réception d'un premier signal d'une première station de base de la pluralité de stations de base et d'un deuxième signal d'une deuxième station de base de la pluralité de stations de base, la détermination d'un premier instant de réception fondé sur une première séquence et un deuxième instant de réception fondé sur une deuxième séquence et la détermination de la position de l'unité d'abonné à partir des premier et deuxième instants de réception et d'autres informations concernant les première et deuxième stations de base.

Les premier et deuxième signaux sont respectivement formés sur la base de la première séquence de symboles et de la deuxième séquence de symboles.

Brève description des dessins
L'invention elle-même, ainsi que ses avantages peuvent être mieux compris en faisant référence à la description détaillée suivante, prise conjointement avec les dessins joints parmi lesquels
la figure 1 est un schéma simplifié illustrant un système cellulaire pouvant employer la présente invention
la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un récepteur AMRC au niveau d'une unité d'abonné selon un premier mode de réalisation de l'invention
la figure 3 est un schéma illustrant la recherche de position d'une unité d'abonné AMRC selon un mode de réalisation de l'invention
la figure 4 est un schéma illustrant des signaux de base de temps utilisés pour déterminer le temps de propagation permettant de localiser une unité d'abonné
AMRC selon un mode de réalisation de l'invention
la figure 5 est un schéma fonctionnel d'un récepteur AMRC au niveau d'une station de base selon un mode de réalisation de l'invention
la figure 6 est un histogramme illustrant les temps de retard et de propagation utilisés pour calculer une position d'une unité d'abonné selon un mode de réalisation de l'invention
la figure 7 est un organigramme illustrant le procédé grâce auquel un abonné mesure les signaux de station de base selon un mode de réalisation de l'invention
la figure 8 est un organigramme illustrant le procédé grâce auquel une station de base mesure des signaux de station de base selon un mode de réalisation de l'invention
les figures 9 à 13 sont des schémas illustrant la recherche de position d'une unité d'abonné selon un deuxième mode de réalisation de l'invention
les figures 14 et 15 sont des schémas généraux illustrant la réception d'un signal provenant d'une unité d'abonné par une station de base
la figure 16 est un schéma illustrant la recherche de position d'une unité d'abonné lorsqu'il y a une obstruction entre l'unité d'abonné et une station de base
la figure 17 est un schéma fonctionnel d'une première mise en oeuvre de récepteur dans une station de base pouvant être utilisée pour la recherche de position selon le deuxième mode de réalisation
la figure 18 est un schéma fonctionnel d'une deuxième mise en oeuvre de récepteur dans une station de base pouvant être utilisée pour la recherche de position selon le deuxième mode de réalisation
la figure 19 est un schéma fonctionnel d'une troisième mise en oeuvre de récepteur dans une station de base pouvant être utilisée pour la recherche de position selon le deuxième mode de réalisation.

Description détaillée des dessins
Un premier mode de réalisation de l'invention utilise un système permettant de déterminer la position d'un utilisateur dans un système cellulaire à accès multiple par répartition en code (AMRC). En utilisant des informations de modulation AMRC, une estimation du temps de propagation ou d'acheminement du premier rayon qui arrive est effectuée au niveau d'une unité d'abonné. Le premier rayon reçu représente en général le chemin le plus court entre la base et l'abonné et le temps d'estimation d'acheminement permet de calculer la distance entre l'abonné et la station de base. En calculant la distance à de multiples, c'est-à-dire trois, sites, une position spécifique d'abonné peut être calculée, et elle est limitée par la précision du temps de mesure et d'autres délais de traitement.

Dans le premier mode de réalisation, le temps d'acheminement du signal entre chaque base et chaque abonné est calculé automatiquement dans un récepteur de corrélation. Les étapes de traitement impliquent la transmission d'un signal de bruit pseudo-aléatoire (PN) codé en séquence, aligné dans le temps sur une valeur inférieure à la précision d'une tranche (par exemple 1/16ème d'une tranche) et la mise en corrélation avec ce signal au niveau du récepteur en utilisant un algorithme de corrélation. Puisque la séquence de modulation (par exemple la séquence PN) est connue et utilisée pour la synchronisation/arrêt de dispersion, un instant précis de réception d'une tranche donnée peut être déterminé. En déterminant l'instant de réception pour de multiples signaux apparentés, un temps de propagation peut être calculé et utilisé pour déterminer une estimation de position.

Selon une mise en oeuvre, l'abonné utilise une séquence PN et des informations de décalage connues pour déterminer quelles tranches PN apparentées provenant de différentes bases (bases standards et/ou auxiliaires) ont été transmises en même temps et également pour déterminer l'instant de réception de ces tranches apparentées. A partir de la différence entre les instants de réception, on détermine une différence de temps et donc une différence de distance. En utilisant les différences de temps et les positions connues des bases, on détermine une estimation de position. Lorsqu'un abonné n'est en communication qu'avec une ou deux bases, d'autres bases peuvent être placées de force dans un ensemble actif (contenant si nécessaire des sites auxiliaires) de sorte que les mesures de temps peuvent être effectuées par l'abonné.

Selon une autre mise en oeuvre, les sites de base de réception sont commandés de façon qu'ils effectuent des mesures des tranches choisies et la différence d'instant de réception est utilisée pour calculer de la même façon la position de l'abonné. Lorsque des sites de réception supplémentaires sont nécessaires du fait des interférences et similaires, les sites sont commandés de façon qu'il reçoivent les signaux transmis par l'unité d'abonné. Si nécessaire, en cas d'urgence, l'unité d'abonné est alimenté à un niveau de puissance maximum de sorte qu'au moins trois stations de base peuvent recevoir et effectuer une estimation de temps du signal. En outre, lorsque d'autres mesures plus précises sont requises, un message de position spécial peut être transmis à l'abonné. Après réception, l'abonné détermine un décalage de tranche/temps pour un signal de réponse, code le décalage et transmet le signal de réponse. Une fois effectués le décodage et la comparaison entre les instants de réception d'une même tranche (par exemple, la première tranche d'une trame) utilisée pour déterminer le décalage, une valeur temporelle compensée par un retard est déterminée pour les différents chemins de propagation et la position est déterminée à partir de là. Enfin, puisqu'il peut être difficile d'obtenir un signal reçu par des bases éloignées, une perte de charge d'urgence peut être appliquée aux bases proches afin de fournir une portée supplémentaire, puisque la capacité peut être compromise en termes de portée dans un système radio
AMRC. La couverture est ainsi améliorée et la recherche de position est rendue plus fiable.

En référence à la figure 1, un système cellulaire est en général représenté par 100 et présente un modèle de cellules hexagonales contenant les stations de base 110, 120, 130 et un abonné 140. Les unités de base auxiliaires 121 sont également placées entre les bases 110, 120 et 130. La distance entre les bases 110, 121 et 130 et l'unité d'abonné 140 est estimée en déterminant le temps d'acheminement ou de propagation du premier rayon qui arrive qui est mesuré entre un instant de référence prédéterminé et l'instant auquel le récepteur applique une corrélation au signal transmis. Ceci est rendu plus difficile car l'estimation de distance peut être surestimée ou sousestimée puisque la mesure est effectuée pour un point de référence de temps arbitraire dans le récepteur (une mesure précise ne serait possible que si un système de temporisation plus précis (et coûteux) tel qu'un système dérivé d'un signal GPS ou d'une horloge atomique était utilisé par l'abonné 140). Ainsi, les distances 150, 160 et 170, respectivement peuvent être plus longues ou plus courtes que la distance réelle entre les bases 110, 121, 130 et l'abonné 140 en fonction de la corrélation avec une vitesse de tranche (vitesse de tranche d'environ 814 nanosecondes (ns) (c'est-à-dire la vitesse du signal complètement dispersé, qui est déterminée par la norme Interim IS-95 de TIA (Association des Industries de
Télécomunications) par la vitesse de la séquence PN), ou d'environ 250 mètres (m) par tranche ; il est donc souhaitable d'obtenir des mesures de temps à des vitesses supérieures à la vitesse de tranche). Sur la figure 1, la distance 150 est représentée comme étant surestimée et indique un point 125 situé au-delà de la position réelle de l'unité d'abonné. De même, les points 115 et 135 sont surestimés. Ces points seront corrigés par le traitement de la distance décrite cidessous, donnant une estimation bien plus proche de la véritable position de l'abonné.

La figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant une unité d'abonné AMRC 200 ayant un récepteur AMRC 201, une unité de localisation 202 et un émetteur 203.

Le récepteur 201 présente une tête RF (radiofréquence) 205 qui alimente trois entrées en peigne 210, 220, 230.

Ces unités en peigne 210, 220 et 230 peuvent se verrouiller sur trois rayons reçus différents qui sont espacés d'environ un instant de tranche PN ou plus, ce qui est typique d'un récepteur à étalement du spectre en séquence directe (DSSS). Le dispositif de recherche 240 balaye les nouvelles crêtes de corrélation à une vitesse supérieure à la vitesse de tranche (dans le cas préféré, permet des résolutions pouvant être aussi rapides que des fréquences de base de 50 ns), et peut réattribuer les entrées en peigne en fonction de sa meilleure estimation des conditions de voie du moment.

Normalement, les corrélateurs des peignes 210, 220 et 230 se verrouillent sur les trois rayons les plus forts disponibles et lorsqu'une deuxième ou troisième station de base peut fournir un signal suffisamment fort, ils sont réservés pour se verrouiller sur les autres signaux de station de base qui sont en retard de plus d'un instant de tranche PN respectivement, tel que décrit par la norme IS-95A. S'il n'y a que deux stations de base suffisamment fortes, deux rayons sont affectés à demeure, un pour chaque station de base et le troisième rayon, le plus fort, à l'une ou l'autre des stations de base.

Lorsqu'une fonction de recherche de position est souhaitée par l'abonné 200, il est préférable de tenter de trouver trois stations de base différentes, une pour chaque rayon de sorte que suffisamment d'informations soient disponibles pour estimer avec précision la position. Ainsi, afin de se connecter aux trois sites de base, les peignes 210, 220 et 230 sont réglés de sorte qu'au moins trois signaux d'unité de base soient décodés. S'ils sont disponibles, des générateurs pilotes d'urgence (comme l'unité de base auxiliaire 121 de la figure 1) situés physiquement entre les sites de base peuvent etre activés en réponse à une demande de balise afin d'occulter la zone avec des signaux de référence supplémentaires, ce qui permet à l'abonné d'effectuer des estimations de position fondées sur ces générateurs pilotes ainsi que sur les sites de base standards. Ces unités auxiliaires présenteraient un décalage PN différent de celui des stations de base voisines, et seraient en général équipées d'un récepteur GPS afin d'obtenir une synchronisation/temporisation appropriées. Elles seraient couplées aux stations de base ou à un autre dispositif de commande de l'infrastructure par un moyen approprié, par exemple un câble à paire torsadée ou sans fil. Leur activation est de préférence effectuée par une demande adressée au dispositif de commande, ou par un ordre émanant de la station de base en service et donné à une unité auxiliaire locale sous sa commande, une fois indiqué, par l'abonné, que moins de trois bases sont disponibles. Selon une autre solution, les unités auxiliaires peuvent être équipées de récepteurs de balayage qui, en réponse à un signal de demande émis par un abonné, commenceraient à transmettre pendant une période limitée (par exemple 5 secondes, afin de réduire au minimum les interférences du système). Au moyen d'un placement approprié, ces unités auxiliaires peuvent être utilisées pour réduire des incertitudes dans certains emplacements ou en général pour augmenter la précision de la recherche de position dans des zones stratégiques, comme les routes nationales, les rues piétonnières ou les centres d'affaires. Du fait de la nature de limitation des interférences d'un système AMRC, dans certains cas, une seule station de base est capable de recevoir le signal de l'abonné, et vice-versa, de sorte que les unités auxiliaires sont nécessaires pour obtenir les lectures multiples nécessaires.

L'instant de réception relatif de chaque signal est déterminé par l'utilisation d'informations concernant le flanc avant (ou, selon une autre solution, les crêtes) des crêtes de corrélation concernées dans le dispositif de recherche et le réglage de ceci par un décalage déterminé dans un circuit d'alignement temporel précis (par exemple des boucles d'asservissement de retard (DLL) 215, 225 ou 235 pour chaque branche, couplées aux filtres 250 à 270). De préférence, les crêtes de corrélation concernées sont celles qui sont reçues sur différentes branches mais dans une tranche de chacune. Selon cette approche, on détermine l'instant précis du flanc avant, ainsi que le numéro de séquence PN (c'est-à-dire la position de la tranche (par exemple numéro 245) de la séquence PN qui se répète (par exemple environ une longueur de 16 000 tranches)). En utilisant le décalage de séquence PN déjà déterminée et la configuration du système dans laquelle la séquence PN de base est la même pour chaque station de base et transmise au même instant du système plus ou moins un décalage de séquence PN unique, la différence d'instants relatifs entraîne une différence de temps de propagation dans le chemin. Ceci est illustré sur la figure 3. A l'instant
TO, deux bases B1 et B2 transmettent mais la base B1 transmet la tranche PN 0, alors que la base B2 transmet la tranche PN 256 puisqu'elle présente un décalage de séquence PN de 256 tranches. A un certain instant T1, une fois que la recherche de position a été activée, l'abonné détermine que le flanc avant de la tranche PN 4 provenant de B1 a été reçu. Le flanc avant suivant d'une tranche PN provenant de la base B2 est reçu 1/8 de tranche plus tard à l'instant T2 et on détermine que la tranche est la 280ème de la séquence PN. A partir de ces instants de réception et des numéros de PN, la différence de temps de propagation est calculée et est égale à ((PNB2 - décalage) + (différence de réception,
T2-T1)) - (PNB1 - décalage) = ((261-256) + (1/8)) - (40) = 11/8 tranches * 814 ns/tranche = 916 ns. A une vitesse de propagation d'environ 1/3 mètre (m) par ns pour un signal radio, ceci se traduit par une différence d'environ 300 m dans les distances de chemin de propagation. La précision de la position n'est limitée que par la vitesse de l'horloge du système utilisée et le degré de synchronisation. Lorsque toutes les stations de base utilisent des informations de temporisation GPS, les transmissions synchronisées (c'est-à-dire des flanc avant des tranches) en 50 ns (ou environ 1/16ème de la vitesse de tranche) sont actuellement possibles à réaliser Avec une horloge locale générant au moins la même fréquence de base de 20 MHz, il est possible d'assurer une localisation en 100 ns ou 30 m.

En référence à la figure 2, les DLL 215, 225 et 235 sont ramenées à chaque peigne 210, 220 et 230, respectivement, afin de régler les signaux par rapport aux signaux alignés dans le temps avec précision. Tel que mentionné ci-dessus, les sorties des DLL peuvent également servir d'informations de déphasage fin permettant de régler les instants de réception des tranches PN, de préférence après le filtrage par des filtres passe-bas (LPF) 250, 260, 270 pour chaque voie, respectivement, ce qui établit effectivement la moyenne des sorties de chaque DLL 215, 225, 235. Ces informations de déphasage fin dont on a fait la moyenne, ainsi que le décalage et l'identification de base/instants/numéros de tranche (c'est-à-dire les informations B1 à B3) provenant du dispositif de recherche 240 (qui est également conçu pour une détection de temps/tranche PN) sont introduits dans le dispositif de recherche de position 280. Le dispositif de recherche de position 280 extrait les informations de déphasage fin de chaque branche et corrige l'instant de réception provenant du dispositif de recherche 240 pour chaque tranche, afin de donner un instant de réception relatif corrigé à chaque branche. A partir de l'instant le plus ancien, disons B1 (c'est-à-dire l'instant auquel le signal provenant de la base 1 est reçu), la différence tB21 et tB31 du temps de réception des autres signaux B2 et B3 est déterminée ainsi que les distances correspondantes dB21 et dB31. On sait donc que la distance des bases 1 (110), 2 (120) et 3 (130) sont dB1, (dB1 + dB21) et (dB1 + dB31), respectivement. En outre, à partir des décalages PN, l'identité des bases est connue et leur position géographique peut être extraite de la mémoire 281. Il est donc facile de lancer un sous-programme de recherche, tel que celui illustré sur la figure 4, permettant de déterminer les coordonnées géographiques du mobile. Dans l'exemple de la figure 4, les positions des stations connues sont utilisées pour définir trois lignes L12 (151), L23 (152) et L13 (153). Les distances dB21 et dB31 sont soustraites des lignes L12 (151), L23 (152) et L23 (152), L13 (153) respectivement et les segments restants séparés en leur milieu par les lignes perpendiculaires N12 (154), N23 (156) et N13 (155).

L'intersection des lignes N12 (154), N23 (156) et N13 (155) correspond à la position de l'abonné 140. Ces informations peuvent ensuite être envoyées à la station de base en service pour qu'elle l'envoie à une partie qui demande du registre de positions qui dessert ou bien peuvent être envoyées pour qu'elles soient utilisées par l'abonné (par exemple sur un réseau cartographique ou un autre dispositif de localisation, non représenté).

Selon une autre solution, si les informations de position du site de base ne sont pas disponibles pour l'abonné, les informations de décalage de base, de temporisation, de tranche et de déphasage peuvent être envoyées dans un signal de demande de position à une station de base en service. A ce moment là, un dispositif de recherche de position peut accéder à sa propre base de données et déterminer la position de l'abonné. Ces informations de position sont ensuite retransmises dans un message de réponse de position à l'abonné ou à une autre entité l'ayant demandée.

Toutefois, une approche préférée de localisation utilisant l'infrastructure peut être considérée en référence à la figure 5, qui représente de façon générale un schéma fonctionnel d'un système à infrastructure AMRC 300 ayant une première station de base AMRC 301. La base 301 présente un flanc avant RF courant 305 qui alimente quatre entrées en peigne indépendantes, représentées par 310, 320 ... 330. Ces peignes peuvent se verrouiller sur quatre rayons reçus différents qui sont au moins espacés d'un instant de tranche PM, ce qui est typique d'un récepteur DSSS. Les deux dispositifs de recherche 340 balayent les nouvelles crêtes de corrélation et peuvent réattribuer les peignes en fonction de leur meilleure estimation des conditions de voie du moment. Normalement, les quatre corrélateurs de peignes 310, 320, 330 se verrouillent sur les quatre rayons les plus forts disponibles.

Lorsqu'une fonction de recherche de position est souhaitée, deux approches générales sont disponibles, soit la passive (c'est-à-dire pas de réponse d'unité d'abonné) soit l'active. Dans les deux cas, il est préférable de trouver au moins trois stations de base différentes capables de recevoir un signal d'abonné, de sorte que suffisamment d'informations soient disponibles pour estimer la position. Dans un premier mode de réalisation en mode passif, quatre branches en peigne 310, 320 ... 330 de la base 301 sont utilisées pour détecter un signal montant. A partir de chaque peigne, une boucle d'asservissement de retard (DLL) est utilisée pour générer une estimation de la temporisation (c'est-à-dire le réglage) du rayon mis en corrélation. Ceci permet d'effectuer une estimation plus précise de l'instant de corrélation, ce qui est semblable au procédé utilisé par l'unité d'abonné mentionnée ci-dessus. Le dispositif de recherche et le détecteur de temps/tranche 340 met en corrélation, au niveau de la crête, le signal de chaque branche et détermine également quelle est la meilleure branche à utiliser (de préférence en fonction de la crête reçue la plus ancienne pour la même tranche, mais d'autres techniques de sélection peuvent être utilisées pour déterminer la meilleure branche du moment) ; ce signal indiquant la meilleure branche est utilisé pour déterminer la tranche PN et des informations sur l'instant de réception, semblables à celles contenues dans le dispositif de recherche d'abonnées 240.

Afin d'initier un procédé de localisation, dans un mode de réalisation préféré, un ordre est donné dans le système 300, probablement à une entité régionale comme un centre de commutation mobile (MSC) 365, un centre d'exploitation ou peut-être un réseau connecté comme un
RTPC (réseau téléphonique public commuté) 375. Une demande de localisation est ensuite traitée par l'intermédiaire d'un registre de localisation régionale (HLR) 366 afin de déterminer la (les) station(s) de base en service sur le moment. Après réception d'un ordre de localisation, le processeur 350 de la station de base 301 (ainsi que les processeurs semblables d'autres stations en service) utilise le détecteur 340 pour déterminer un instant de réception de tranche. De préférence, ceci est accompli par toutes les bases en déterminant le temps de montée du front avant d'un groupe spécifié de tranches PN, par exemple en déterminant le temps de montée de chaque 64ème tranche (c'est-à-dire le numéro de séquence PN 0, 64, 128, etc.) pour un nombre prédéterminé de tranches, par exemple 10. Ces informations sont ensuite envoyées par chaque récepteur de station de base, avec son ID (identification), à une entité désignée, par exemple un dispositif de recherche de position 361 de BSC (dispositif de commande de site de base) 360 ou bien le dispositif de recherche de position 367 du HLR 366, etc. Ainsi, la différence d'instant de réception pour les mêmes tranches, chaque tranche provenant de la même transmission unique de tranche, peut être utilisée pour déterminer les différences de temps de propagation. En d'autres termes, pour chaque numéro de tranche, la différence entre les instants de réception au niveau des différentes bases génère une différence de propagation et la position peut être déterminée à partir de ces informations ainsi que de la position connue des bases qui reçoivent, d'une façon semblable à celle décrite ci-dessus en référence à la figure 4. En prenant plusieurs ensembles d'informations dans un intervalle de temps relativement courte (par exemple 10 fois, toutes les 64 tranches, toutes les 500 microsecondes environ) et en établissant une moyenne ou bien en calculant le meilleur ajustage en utilisant les positions déterminées, les erreurs de position peuvent être réduites au minimum. Un spécialiste de la technique comprendra que d'autres approches peuvent être utilisées pour effectuer ce calcul. Par exemple, une détection au(x) même(s) instant(s) du système pour les flancs avants dans une tranche de(s) l'instant(s) désigné(s), ainsi que les différences provenant de l'instant du système désigné et le numéro de tranche, peut être utilisée pour déterminer des différences de temps de propagation (Pourtant, une erreur supplémentaire peut surgir car l'instant de transmission des différentes tranches est limité par la précision de la fréquence de base de l'abonné) même si un cycle d'horloge de 50 ns était présent, ceci représente une erreur supérieure à celle qui résulterait de la transmission de la même tranche (qui ne présentait pas d'erreur de temporisation). Ce qui est important, c'est que l'ID de la tranche (par exemple le numéro/la position dans la séquence PN) et l'instant précis de réception (par exemple le flanc avant ou la crête, à la fréquence de base suréchantillonnée) au niveau de différentes bases soient utilisés pour déterminer la position de 1 'abonné.

Dans un mode de réalisation préféré assurant une localisation active, un système de mesure de la distance bilatéral est mis en oeuvre et utilise à la fois les informations temporelles de réception de tranche et certaines informations de réponse provenant de l'abonné. Dans ce mode de réalisation, le procédé est à nouveau initié par une demande de localisation dans l'infrastructure du système, envoyée à la base 301 qui est en communication avec l'abonné. Le processeur 350 envoie un signal de demande de localisation (LOC-S 351) en vue d'un codage approprié par le codeur 352 et le modulateur de dispersion 355. En utilisant une horloge du système 353 (de préférence dérivée du GPS, mais un autre moyen précis tel qu'une horloge atomique peut être utilisé), le dispositif de réglage temporel précis 354 (par exemple un générateur de commandes de transfert) commande le modulateur 355 afin d'émettre avec précision le flanc avant des tranches de sortie, de préférence avec une précision de 50 ns. Le processeur 350 détermine également, par l'intermédiaire du modulateur 355 et de l'horloge 353, un instant précis du système pour une tranche de référence (disons la tranche 1024 d'une séquence de 16 384 tranches, à l'instant TS(0) du système), à partir duquel d'autres instants de transmission de tranche peuvent être déterminés par la suite. La séquence de tranche de sortie est ensuite transmise à l'abonné.

En référence une fois encore à la figure 2, après la démodulation et la réception du signal de demande de localisation 351, le processeur 280 ordonne au dispositif de recherche 240 de déterminer des informations de temporisation et d'identification pour une tranche PN suivante, d'une façon semblable à celle décrite précédemment. A des fins d'illustration, on décide que la tranche déterminée est la 1088 (de la séquence PN de base) à l'instant relatif d'abonné
TR(0). Afin de fournir des informations précises sur le temps d'exécution dans le poste d'abonné, le processeur 280 détermine ensuite un instant local auquel une tranche prédéterminée de la séquence PN de l'abonné sera transmise. Cette tranche prédéterminée est de préférence choisie comme étant une tranche faisant partie d'une série qui se répète (disons toutes les 50 tranches de la séquence PN d'abonné) devant encore être transmise (disons la tranche 100) ; presque n'importe quelle autre tranche peut être choisie, par exemple la première tranche pour la trame suivante de 20 ms, mais il faut de préférence tenter de réduire au minimum les exigences de sortie de temporisation précise de l'abonné et le traitement de la localisation dans le système. Dans tous les cas, l'instant local de la tranche choisi pour être émis du modulateur 291 du circuit émetteur 203 est déterminé, par exemple en déterminant un instant de sortie actuel de la tranche (par exemple par le biais d'un détecteur de temps/PN 292) et en effectuant des calculs afin de déterminer l'instant de sortie de la tranche prédéterminé (à savoir la tranche 100 à TR(24 1/16), l'instant relatif étant ici mesuré dans des intervalles de vitesse de tranche). Bien évidemment, si aucune transmission n'est en cours, un délai suffisant est accordé (par exemple environ 2 secondes) pour que les bases se régularisent par rapport à la séquence PN de l'abonné avant la transmission de la tranche prédéterminée. Le processeur envoie ensuite un signal de réponse de localisation
RESP 282 devant être codée par le codeur 290 et commande le modulateur 291 pour qu'il émette avec précision la tranche prédéterminée à l'instant prédéterminé (c'est-à-dire TR(24 1/16)) et, si un groupe périodique de tranches doit être surveillé, pour émettre avec précision toute tranche suivante du groupe périodique (par exemple les tranches 150, 200, etc.) pendant une période prédéterminée. La RESP 282 comporte les informations de tranche de base (1088, TR(0)), les informations de tranche prédéterminées (100, TR(24 1/16) et, s'ils ne sont pas encore reconnus par l'infrastructure comme faisant partie du profil de l'unité d'abonné, un facteur de retard d'abonné prédéterminé (c'est-à-dire calibré/calculé) et des retards pré-acquisition et post-émission (c'est-à-dire le temps que met un signal au niveau de l'antenne pour atteindre le dispositif de recherche 240 et que prend l'émission d'un signal de sortie au niveau d'une antenne après l'émission précise dans le temps depuis le modulateur 291).

En référence à la figure 5, en même temps, le système commande la base 301 pour qu'elle envoie le signal de demande de localisation 351 et informe également les autres bases de communication qu'elles doivent commencer à mémoriser des informations de localisation. Lorsqu'il y a moins de 3 bases en communication (c'est-à-dire commutation souple) ou capables de recevoir le signal d'abonné, l'entité qui est à l'origine (par exemple les processeurs/dispositifs de recherche 361 ou 367) commande une ou plusieurs stations de base auxiliaires, comme la base 356, située à proximité des bases en service afin de commencer des réceptions à la fréquence désignée de l'abonné. Ainsi, dans la mise en oeuvre la plus simple, les bases auxiliaires peuvent être des récepteurs pouvant être réglés à l'aide d'une horloge du système précise (par exemple une horloge à GPS corrigé) ; si une base auxiliaire n'était pas connectée par l'intermédiaire d'un câble à une BSC, la base auxiliaire pourrait être mise en oeuvre comme une unité d'abonné fixe (comme une unité fixe à accès sans fil (WAFU), la seule différence par rapport à un abonné étant que la WAFU fonctionnerait à l'instant du système (par exemple par l'intermédiaire de l'horloge GPS).

Dans ce dernier mode de réalisation, la WAFU communiquerait ses informations de réponse de localisation par l'intermédiaire de sa propre station de base en service, par exemple la base 301.

Toutes les bases de réception, par exemple la base 301 et la base auxiliaire 356, commencent à mémoriser des informations de temps/tranche d'abonné après l'initiation de la demande de localisation. Les informations mémorisées peuvent être l'instant (par exemple l'instant de réception du flanc avant) et le numéro de tranche pour chaque tranche reçue pendant une période prédéterminée. Plutôt que d'utiliser toutes les tranches, ce qui signifierait dans un intervalle de 20 ms près de 25 000 entrées, un nombre périodique de tranches (par exemples, toutes les 50 tranches de la séquence) est de préférence utilisé par toutes les bases de réception ; dans ce cas, l'unité d'abonné serait configurée de la façon mentionnée précédemment de façon à choisir une tranche prédéterminée qui est l'une des tranches périodiques (par exemple la tranche 100). Un spécialiste de la technique comprendra qu'un nombre quelconque de périodes, ou tranches spécifiques (par exemple la première tranche d'un intervalle) peut être utilisé, à condition que les informations soient regroupées sur la (les) même(s) tranche(s) au niveau de toutes les bases afin de réduire au minimum les risques d'erreurs. De préférence, à des fins de commodité, une unité d'abonné convenablement configurée choisit la tranche prédéterminée de telle sorte qu'elle coïncide avec la (les) tranche(s) surveillée(s) par les bases, ce qui simplifie les calculs ultérieurs ; le choix peut être fondé sur une préprogrammation ou bien sur les données du signal de demande de localisation 351 indiquant la (les) tranche(s)/la période à surveiller (auquel cas seule(s) la (les) tranche(s) prédéterminée(s) doit (doivent) être émise(s) avec précision).

Après réception du signal RESP dispersé provenant de l'unité d'abonné (envoyé de préférence par l'intermédiaire d'une signalisation dans la bande de base avec n'importe quelle communication de données/vocale en cours), les processeurs 350 et 358 des bases 301 et 356 détectent le signal et les informations de tranche prédéterminées, et envoient un nombre prédéterminé de paires tranche/instant au dispositif de recherche de position 361 ou 367. Par exemple, afin de permettre d'effectuer une moyenne afin d'améliorer la précision, chaque base 301, 356 peut envoyer 8 paires tranche/instant, en commençant par la tranche prédéterminée et son instant de réception (par exemple les paires {100, TS(28 7/16)}, (150, TS(78 7/16)), . . . (450, TS(378 8/16)}, ainsi que les informations de signal RESP (par exemple la paire tranche de base/instant {(base)1088, TR(0)}, la paire tranche prédéterminée/instant ((abonné)100, TR(24 1/16)} et le facteur de retard connu (4/32). Un histogramme illustrant cette séquence est représenté sur la figure 6. TS(0) représente un instant de départ du système, représenté ici comme étant le bit 0 de l'horloge du système à des fins de commodité, TR(O) représente l'instant de l'horloge relative de l'abonné.

PNB1(1088) représente la 1088ème tranche de la séquence
PN de la première station de base (301) et PNS(1O0) représente la 100ème tranche de la séquence PN de l'abonné. Ainsi, la tranche de base 1088 est sortie à l'instant 0 du système et envoyée par l'antenne de la station de base un temps de propagation de transmission DtB1 plus tard. Après un temps de propagation DP1 et un temps de propagation de réception de l'abonné DrS (c'est-à-dire entre l'antenne de l'unité d'abonné et le détecteur 240) plus tard, le détecteur 240 détermine que la tranche 1088 doit être reçue à TR(0). Le processeur 280 détermine ensuite que la 50ème tranche suivante de la séquence d'abonné est la tranche 100 et calcule à partie d'un instant/d'une tranche d'abonné que l'instant de sortie de la tranche 100 sera TR(24 1/16). Une fois connus les temps de propagation calibrés DrS et DtS (entre la sortie et l'émission par l'antenne), à savoir 2/32 tranches chacun, l'abonné envoie le signal RESP 282 contenant des informations, par exemple [(1088, TR(0)}, (100 TR(24 1/16)}, (4/32)1.

Le détecteur 240 de la base 301 reçoit la tranche d'abonné 100 à l'instant du système TS(28 7/16) et la base 357 la reçoit à l'instant TS(29 7/16), avec des temps de propagation et de réception (c'est-à-dire de l'antenne au détecteur) respectivement de DP2, DrB1 et
DP3, DrB2. Des mesures répétées semblables sont également effectuées, par exemple la base 301 recevant la tranche 150 à l'instant TS(78 7/16), l'abonné ayant commandé l'instant de sortie de la tranche 150 à TR(74 1/16) c'est-à-dire précisément 50 tranches (40, 700 ns) plus tard.

Une fois qu'un nombre prédéterminé de paires a été déterminé, les informations de tranche/instant et les informations de signal de réponse sont envoyées au dispositif de recherche de position 361 ou 367. Le dispositif de recherche 361 ou 367 calcule ensuite les temps de propagation, par exemple DP1 à DP3, en utilisant les autres informations connues. Dans ce cas, on établit que les temps de propagation de base calibrés DtBl, DrB1 et DrB2 sont les tranches 5/32, 3/32 et 3/32. Puisque DP1 est sensiblement le même que
DP2, on obtient
2DP1 = (TS(28 7/16) - TS(O)) - (DtB1 + DrB1) (TR(24 1/16) - TR(0)) - (DrS + DtS)
Eq. 1
= (28 7/16) - (8/32) - (24 1/16) - (4/32)
= 4 tranches
Ainsi, DP1 correspond à 2 tranches, ou 1628 ns, et la longueur du chemin de propagation est d'environ 488 m (+/- 30 m avec une incertitude totale de 100 ns). Une fois que DP1 est connu, DP3 peut être calculé d'une façon similaire, ce qui donne dans le cas illustré un instant de 3 tranches et une distance de 733 m. En calculant la longueur du chemin de propagation pour au moins trois récepteurs, et en récupérant les informations de position dans les bases de réception (par exemple dans les bases de données 362 ou 368), la position de l'abonné peut être déterminée en calculant le point unique (ou la petite région ayant le degré de probabilité le plus important) par lequel passent tous les chemins de propagation. Le processus est répété pour chaque ensemble instant/tranche. Chaque point calculé (ou centre de la région probable) est ensuite utilisé pour déterminé la position de l'abonné, par exemple, pour simplifier, en établissant une moyenne, mais n'importe quel autre processus permettant de déterminer un point/une région plus probable à partir de plusieurs points/régions peut être utilisé. La position du point/de la région les plus probables est de préférence stockée dans la base de données de profils de l'utilisateur 369 de HLR 366. De plus, tout le processus peut être répété après une ou plusieurs périodes de temps, de l'ordre de secondes ou minutes, les différentes régions les plus probables étant utilisées pour déterminer une vitesse et un sens de parcours de l'abonné si une horloge d'abonné suffisamment précise est utilisée de sorte que la dérive est inférieure à 50 ns pour une période étendue de plusieurs minutes (c'est-à-dire que le décalage de l'horloge de l'abonné par rapport à l'instant du système est connu pour cette période), des détections répétées au niveau des bases peuvent être effectuées sans qu'il soit nécessaire de répéter le signal de demande. Enfin, la position déterminée et la vitesse/le sens du parcours sont envoyés à l'entité qui est à l'origine de la demande, par exemple l'opérateur 370 ou bien par l'intermédiaire du RTPC 375.

Un avantage particulier de l'utilisation du procédé de localisation actif par rapport à celle d'un procédé inactif est que, si on le souhaite, des informations tridimensionnelles peuvent être déterminées avec plus précision. Ceci est particulièrement utile dans des zones urbaines ou vallonnées, dans lesquelles l'angle d'inclinaison des chemins de propagation peut être supérieur à 0 degré par rapport à l'horizon. Bien que trois coordonnées dimensionnelles des bases et une topographie connue d'une première approximation de la position de l'abonné puissent être utilisées pour accroître la précision du processus passif, un spécialiste de la technique comprendra qu'une meilleure approximation peut être obtenue grâce au temps de propagation mesuré, par opposition aux différences de temps de propagation uniquement. Puisque les chemins de propagation déterminés sont si précis en trois dimensions, il suffit de rajouter le traitement des coordonnées de l'axe z (c'est-à-dire l'axe de la troisième dimension) des positions des sites de base avec leurs coordonnées des axes x et y, pour déterminer la région tridimensionnelle de la position probable. Si cela est comparé aux informations topographiques et d'immeubles connus, la localisation dans +/- 8 étages (avec une incertitude de 100 ns) ou mieux encore dans un seul immeuble peut être rendue possible. Des informations supplémentaires, comme les forces de signaux reçues relatives et les caractéristiques de perte de chemin probables dans un immeuble, peuvent être utilisées pour réduire la région probable de la position.

La figure 7, généralement désigné par 400, se trouve un organigramme illustrant le procédé du système permettant à un abonné de mesurer des signaux de stations de base afin d'obtenir une estimation de position. Le procédé démarre à la case 405, qui représente l'occurrence d'un ordre de localisation devant être exécuté par l'abonné (par exemple à l'initiative de l'abonné ou bien automatiquement en fonction d'une autre indicateur comme un détecteur de déplacement indiquant un accident de véhicule). A la case 410, on vérifie l'état de l'abonné et une décision est prise en 415, selon que l'abonné se trouve dans un état de commutation souple à trois positions ou non. Si ce n'est pas le cas, on passe à la case 420, où un test est effectué pour déterminer s'il y a trois bases dans l'ensemble des candidats. Si ce n'est pas le cas, la case de décision 425 effectue un test pour vérifier le seuil des bases supplémentaires par rapport à celui des bases de l'ensemble des candidats. S'il n'est pas au minimum, la case 430 réduit le seuil et on retourne à l'étape 420 du procédé. Si la case 425 indique un niveau minimum, on passe à la case 450. A cette case, on différencie la fonction de localisation parmi une fonction d'urgence et une fonction de non urgence.

Ainsi, si une fonction de non urgence est en cours de traitement, les changements de niveau du système ne sont permis que lorsque le niveau d'utilisation n'est pas élevé, puisque ceci pourrait entraîner des pertes de service de l'utilisateur dues à l'augmentation du niveau d'interférences. Dans le cas d'un état de non urgence, à une charge du système élevée, on passe à la case 460. Si une urgence est indiquée, on passe à la case 455 avant la case 460. Ceci se produit de préférence en réponse à un signal de balise d'urgence sur lesquels sont accordés les générateurs pilotes auxiliaires et auquel ceux-ci répondent immédiatement selon une autre solution, un signal d'urgence peut être envoyé à une base en service et traité de façon à commander les bases auxiliaires à activer. Dans ce cas, un deuxième signal de demande d'urgence peut être utilisé de façon similaire, un ordre d'activation étant généré si le processeur de commande (par exemple le processeur/dispositif de recherche 361 du BSC 360 de la figure 5) indique que la charge du système se trouve en-deça d'un seuil de charge. A la case 455, on active donc les générateurs pilotes proches qui fournissent une couverture plus complète de la zones de desserte au moyen de multiples sites, ce qui permet à l'abonné de recevoir un signal depuis plusieurs bases. A la case 460, on effectue un test afin de déterminer si l'abonné se trouve dans un état de commutation souple à trois positions. Si ce n'est pas le cas, on demande 465 à l'abonné de former un état de commutation souple à trois positions en utilisant les rayons les plus grands provenant d'au moins trois stations de base. Si le résultat de 460 est positif, ou bien que l'opération de la case 465 est terminée, on passe à la case 440 où le regroupement de données est effectué, tel que décrit ci-dessus conjointement avec la figure 2. Ces données sont utilisées pour traiter les estimations de position (par exemple au moyen du dispositif de recherche 280 en utilisant des données supplémentaires contenues dans la mémoire 281 de la figure 2) et le système se retrouve dans les conditions nominales 445.

En référence à nouveau à la case 415, si l'abonné se trouve dans un état de commutation à trois positions, on passe à la case 440. En référence à nouveau à la case 420, s'il y a trois base dans l'ensemble des candidats, on passe à la case 435, qui place trois bases différentes dans l'ensemble actif.

Ensuite, on passe à la case 440, tel que décrit précédemment, puis à la case 445.

La figure 8, généralement désigné par 500, se trouve un organigramme illustrant le procédé permettant aux stations de base de mesurer l'unité d'abonné de façon à obtenir une estimation de position. Le procédé débute à la case 505 au moment où la fonction de localisation est activée. La case 510 vérifie l'état de l'abonné et une décision est prise 515 selon que l'abonné se trouve ou non dans un état de commutation souple à trois positions. Si ce n'est pas le cas, on passe facultativement à la case 520, qui effectue un test pour déterminer s'il y a trois bases dans l'ensemble des candidats. Si ce n'est pas le cas, la case de décision 525 effectue un test pour vérifier le seuil des bases supplémentaires par rapport à celui des bases de l'ensemble des candidats. S'il n'est pas au minimum, la case 530 réduit le seuil et on retourne à l'étape 520 du procédé. Si la case 525 indique un niveau minimum, on passe à la case 535, qui poursuit le procédé d'estimation de position, mais maintenant avec deux bases seulement, ce qui donne une précision inférieure à celle obtenue lorsqu'on dispose de trois bases pour effectuer les mesures. En référence à nouveau à la case 515, si l'abonné se trouve dans un état de commutation à trois positions, ou à la case 520 si trois bases se trouvent dan l'ensemble des candidats, on passe à la case 540. La case 540 assure que les trois stations de base sont actives pour pouvoir recevoir le signal de l'abonné. Ensuite, on passe, facultativement, à la case 545. A cette case, on effectue un test pour déterminer si chaque base peut recevoir l'abonné. Si les bases peuvent, on passe à la case 550 qui envoie un signal de demande de localisation si on se trouve en mode actif et, dans les deux modes, regroupe les données disponibles et procède à l'estimation de position de la manière décrite cidessus. A la case 555, tous les paramètres retournent à la normale et les mesures sont achevées. En référence à nouveau à la case 545, si moins de trois bases peuvent recevoir l'abonné, la case 546 effectue un test pour déterminer si les unités de base auxiliaires sont disponibles. Si c'est le cas, les sites auxiliaires locaux sont activés à la case 547 et la case 560 effectue un test pour déterminer si une urgence est indiquée. Si ce n'est pas le cas, seules les bases reçues peuvent être utilisées dans les mesures et ceci peut détériorer la qualité de l'estimation. Si une urgence est indiquée (par exemple par un signal d'abonné comme le numéro de téléphone des urgences ou bien une demande d'urgence provenant d'une entité autorisée reliée à l'infrastructure), on passe à la case 565 afin d'effectuer un test pour savoir si l'unité d'abonné se trouve au niveau de puissance maximum. Si ce n'est pas le cas, on passe à la case 570 pour augmenter la puissance puis on retourne à la case 540. Si à la case 565 on se trouve au niveau de puissance maximum, on effectue un test à la case 575 pour déterminer si chaque base peut recevoir l'abonné.

Si c'est le cas, on passe à la case 550 ; sinon, la charge de cellule est réduite à la case 580 afin d'augmenter la portée effective des cellules de l'ensemble actif qui ont des difficultés à recevoir l'unité d'abonné. Ensuite, à la case 585, on effectue un test pour déterminer si la limite de perte de charge a été atteinte et, si c'est le cas, on passe à la case 550 ; sinon, on repasse à la case de décision 575 et un test est effectué pour déterminer si chaque base peut maintenant recevoir l'abonné.

Le perte de charge comporte un certain nombre de procédés de réduction du trafic cellulaire ou de transfert de ce trafic de sorte qu'un nombre supérieur de sites de base peut être utilisé pour fournir une estimation de position plus précise. La charge de l'abonné peut être éliminée de l'air ou bien elle peut être déplacée vers d'autres porteuses AMRC ou même vers des voies AMPS, etc. Ainsi, si nécessaire, la voie AMRC à laquelle nous nous intéressons peut être supprimée ou bien l'utilisateur qui a besoin d'être localisé peut être commuté sur une voie légèrement chargée. De plus, les paramètres du système peuvent être modifiés de façon à améliorer la capacité de mesurer l'unité d'abonné. Conjointement avec les changements de charge, ou bien indépendamment des changements de pilotes, la puissance (PPG) peut être telle qu'elle modifie les zones de couverture de plusieurs sites de base de façon à augmenter la capacité d'une station de base à recouvrir une région précise. Une partie de la puissance PPG au niveau d'une station de base peut être appliquée, de façon sélective, à un faisceau, formé pour suivre une unité d'abonné donnée de façon à augmenter la capacité d'un abonné donné à être en contact avec une base donnée.

Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, un procédé et un appareil sont proposés et permettent de déterminer la position d'un abonné. Tel que mentionné ci-dessus, les abonnés peuvent être localisés en déterminant les distances simultanées à au moins trois sites. Avec un nombre inférieur de sites, il y a en général plus d'incertitudes dans la détermination de la position des utilisateurs. En utilisant des informations d'angles, ces incertitudes peuvent être réduites, ce qui est particulièrement important lorsque moins de trois sites sont utilisés.

De plus, même lorsque trois sites ou plus sont disponibles pour la détermination de position, en utilisant des informations d'angle, une confiance accrue peut être obtenue.

En référence tout d'abord à la figure 9, un site de base unique 910 en communication avec l'unité d'abonné (S) 920 est illustré. Puisque seule une base unique participe à la mesure de la position, un calcul de temps ou de distance (comme pour le premier mode de réalisation) donnera seulement un rayon, par exemple 970, depuis le site. Ceci produit une grande incertitude d'angle puisque l'utilisateur peut, en l'absence d'autres informations, se trouver n importe où dans la limite de l'angle de 360 degrés 930 défini par le rayon 970. En utilisant des antennes sectorisées, dont les angles de visée sont représentés par les vecteurs 940, 950 et 960, des comparaisons entre les niveaux des signaux reçus depuis chacune des antennes sectorisées permet l'identification du signal le plus fort, ce qui indique la direction dans laquelle est reçu le chemin de propagation le plus fort. Ceci correspond en général à la meilleure estimation de la direction dans laquelle se trouve l'abonné. Ainsi, par exemple, lorsque le signal le plus fort est reçu au niveau de l'antenne du secteur dont le vecteur de site de base est 950, la position probable de l'abonné 920 se trouve le long de l'arc 980 définie par la distance déterminée et l'orientation de l'angle du secteur 970 (+/- les incertitudes de distance et d'angle ; avec d'autres éléments (traités par la suite), on peut obtenir de meilleures estimations même en n'utilisant qu'un site de base. Les lignes en pointillés de la figure 9 représentent la séparation entre les antennes sectorisées 940, 950 et 960, au niveau de laquelle la meilleure zone de couverture commute entre les secteurs. Si deux secteurs ont presque le même niveau de signal reçu, on peut en général considérer que l'abonné se trouve sur la limite entre les secteurs.

En référence à la figure 10, les antennes des secteurs ont été remplacées par un groupement d'antennes ou un ensemble d'antennes fixes à faisceaux étroits, au niveau de la base 1010, fournissant un degré encore supérieur de résolution d'angle. Le modèle de faisceau 1040 est très étroit. (Selon une autre solution, une antenne qui tourne peut être utilisée pour trouver l'angle le plus approprié à l'abonné).

L'angle 1070 représente l'angle par rapport au meilleur chemin de propagation ou bien l'angle par rapport au signal ayant le temps de propagation le plus court se trouvant dans la direction 1060. Un rayon 1050, qui correspond à une mesure de distance entre le site de base 1010 et l'unité d'abonné 1020, peut être déterminé en calculant le temps de propagation tel que décrit précédemment. En trouvant le meilleur angle, 1070 pour l'abonné, 1020, on peut obtenir une estimation de position améliorée qui est fonction du rayon 1050 et de l'angle 1070.

On envisage que d'autres configurations d'antenne ayant des angles de réception/transmission définis puissent être utilisées ; par exemple on peut utiliser une antenne tournante pour déterminer le meilleur angle en fonction de l'endroit où se trouve le niveau de signal le plus fort lorsqu'elle effectue le balayage d'une région souhaitée (entière, un secteur ou similaire). Outre le fait de mesurer horizontalement l'unité d'abonné, il peut être souhaitable, dans certaines applications, de la mesurer verticalement. Un autre procédé d'estimation de la hauteur consiste à utiliser des sites microcellulaires qui appliquent des modèles d'orientation de faisceaux verticaux pour estimer la hauteur de l'abonné ainsi que la longitude et la latitude.

En référence à la figure 11, un groupement d'antennes au niveau de la base 1110 qui est capable d'accorder une fente dans un modèle d'antenne 1140 dans la direction de l'abonné 1120 est illustré. Le fait d'accorder une fente dans la direction de l'abonné 1120 est également appelé dans la technique orientation nulle. La figure 11 représente le fait que le modèle d'antenne présente une fente à l'angle 1170 et, comme il présente un gain pratiquement constant dans toutes les autres directions, il peut être semblable au faisceau 1040 qui est accordé à distance de l'abonné 1120, de sorte que le gain dans la direction de l'abonné 1120 est réduit par rapport à la crête. En accordant le faisceau principal sur l'un des côtés de l'abonné, le gain dans la direction de l'abonné 1120 est réduit. Lorsque le gain de l'antenne dirigé vers l'unité d'abonné 1120 est réduit, la boucle de commande de puissance qui fait partie de la spécification du système AMRC IS-95 fait en sorte que l'abonné 1120 augmente son niveau de puissance de transmission.

Lorsque l'abonné 1120 augmente sa puissance de transmission, le dispositif de recherche (qui fait partie du récepteur de la station de base) peut identifier les chemins de signaux potentiels vers la base 1110 qui peuvent être plus courts mais plus difficiles à détecter, comme les signaux qui subissent une atténuation plus importante dans leur chemin de propagation entre la base et l'abonné que le chemin de signaux forts à l'angle 1170. En accordant le faisceau principal dans la zone, un gain amélioré peut être appliqué aux directions dans lesquelles existe un temps de propagation plus court. Si un signal reçu d'un chemin ayant un temps de propagation plus court est détecté, un angle corrigé peut être déterminé en se verrouillant sur et en mesurant l'angle de ce chemin ayant un temps de propagation plus court. Puisque l'augmentation de la puissance de l'unité d'abonné est un procédé de base permettant d'améliorer le potentiel du signal devant être reçu au niveau des autres bases, l'effet de l'accord d'une fente dans la direction de l'abonné 1120 est un autre procédé permettant à d'autres bases de bénéficier de l'augmentation de la puissance de l'unité d'abonné.

La figure 12 illustre la combinaison des estimations d'angle et de distance à partir de deux sites 1212, 1211 afin d'améliorer l'estimation de la position de l'abonné (1290). Deux sites sont représentés, 1210 et 1211, et ils peuvent présenter des antennes fixes, sectorisées et à faisceaux étroits, ou bien des antennes adaptatives à faisceaux orientables formées par des groupements d'antennes ou encore des antennes à faisceaux mobiles. Ici, les faisceaux orientables sont représentés, en 1240 et 1241. En estimant le temps de propagation des signaux, on peut obtenir des valeurs concernant les rayons 1250 et 1260.

On remarque que ces rayons se croisent en deux endroits différents, et, si on ne dispose d'aucune information d'angle, il y a une incertitude quant à la position de l'abonné 1290. Du fait de la résolution d'angle des antennes, l'angle des mesures d'arrivée 1230 et 1231 peut être estimé et permet d'effectuer une estimation plus précise de la position de l'abonné 1290. Deux procédés sont représentés sur la figure 12 permettant d'estimer la distance entre la base et l'abonné. Les rayons 1250 et 1260 sont obtenus à partir des mesures de temps absolu. Une deuxième ligne 1270 est tracée et représente la différence de temps relative appelée également différence de temps d'arrivée (TDOA). Avec le procédé TDOA, la différence de temps est calculée entre deux chemins reliant l'abonné à chacune des deux stations de base. La mesure de la TDOA donne des hyperboles de différences de temps constantes, tel qu'illustré par la ligne 1270. L'utilisation d'estimations d'angles pour améliorer l'estimation de position illustrée en référence à la figure 12 peut être mise en oeuvre en utilisant soit la mesure de temps absolu soit la TDOA, voire les deux.

La figure 13 illustre la combinaison des estimations d'angle et de distance provenant de trois sites pour améliorer l'estimation de la position de l'abonné (1390). Trois sites sont représentés, 1310, 1311 et 1312 et ils peuvent présenter des antennes fixes, sectorisées et à faisceaux étroits, des antennes adaptatives à faisceaux orientables formées par des groupements d'antennes ou encore des antennes à faisceaux mobiles. Ici, les faisceaux orientables sont représentés, en 1340, 1341 et 1342. En estimant le temps de propagation des signaux, on peut obtenir des valeurs concernant les rayons 1350, 1351 et 1352. On remarque que ces rayons se croisent en un endroit unique et si les informations de temps de propagation étaient très précises, les informations d'angle ne seraient pas nécessaires. Toutefois, puisqu'il y a des incertitudes dans les informations de temps dans n'importe quel système réel, l'utilisation des informations d'angle provenant des trois sites peut améliorer l'estimation de la position. Les estimations d'angles 1320, 1321 et 1322 sont obtenues des sites 1310, 1311 et 1312, respectivement. L'utilisation de l'angle des estimations d'arrivée pour améliorer l'estimation de position d'une unité d'abonné mobile particulière, tel que décrit en référence à la figure 13, peut être mise en oeuvre en utilisant soit la mesure de temps absolu soit la TDOA, voire les deux.

Dans certaines applications de localisation, on préfère la TDOA car une référence de temps absolu n'est pas nécessaire. En outre, il faut comprendre que la TDOA peut être utilisée à la place de ou en plus des mesures de temps absolu dans l'un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent document.

En référence à la figure 14, un procédé de gestion du cadran du récepteur permettant de tenter de trouver le premier rayon qui arrive, qui représente le chemin de propagation le plus direct entre la base et l'abonné est représenté. Lorsque seule une diffusion nominale à chemins multiples affecte le premier rayon qui arrive, les signaux arrivent à un instant défini avec précision, tel que représenté sur la figure 14. Une amplitude de crête 1420 montre la position de l'ensemble de récepteurs de corrélation pour recevoir cette première crête principale du profil de retard de puissance 1410. Lorsqu'il y a une diffusion suffisante et qu'elle est suffisamment espacée pour provoquer l'étalement de la première crête qui arrive, le traitement du dispositif de recherche du récepteur de corrélation dans le site de base peut tendre à trouver une crête unique et verrouiller un cadran de récepteur de corrélation sur la crete unique décrite en référence à la figure 15. Des procédés de recherche et de verrouillage conventionnels permettant d'attribuer des cadrans en fonction de la puissance uniquement présentent l'inconvénient d'ignorer souvent le flanc avant du premier rayon qui arrive, ce qui est plus représentatif du chemin le plus court jusqu'à l'abonné.

Ce problème est particulièrement ennuyeux si la diffusion donne une approximation du premier rayon qui arrive, tel que représenté sur le profil de retard de puissance 1510. Par exemple, un premier rayon 1530 du signal reçu peut arriver avant la crête 1520 du signal.

Afin de surmonter ces inconvénients, le dispositif de recherche peut être programmé pour effectuer un balayage plus tôt afin de trouver les rayons arrivant les premiers se trouvant encore dans la limite du seuil fixé à partir de la crête. En fixant le récepteur de corrélation à un endroit ne correspondant pas à la crête, un deuxième corrélateur peut parfois être verrouillé sur un deuxième rayon 1540 de façon à obtenir une certaine diversité de signaux, le premier rayon 1530 et le deuxième rayon 1540 pouvant donner un meilleur résultat combiné que la corrélation avec la crête 1520. Pour estimer le temps de propagation le plus court et par conséquent la meilleure position, le premier rayon 1530 fournit une meilleure estimation que si on utilisait uniquement un niveau de puissance.

La figure 16 illustre un état dans lequel deux bases reçoivent un signal depuis l'abonné 1690 mais, du fait d'un blocage le long du chemin 1663, le signal est faible et n'est pas détecté par le site 1611 dans la direction correcte, mais, en revanche, une réflexion fait en sorte que le chemin entre 1661 et 1641 est plus fort et l'angle estimé, tel que représenté par 1631. La distance prévue 1660 est fonction de la distance des chemins 1661 + 1662, qui place l'estimation au-delà de la position réelle de l'abonné 1690. Pour le site 1610, l'estimation de la distance 1650 et l'angle 1630 se trouvent dans les limites de la précision définies par un chemin direct. Dans ce cas, les informations provenant des deux sites de base 1610, 1611 s'avèrent contradictoires et un calcul simple de la position n'est donc pas possible. Une estimation de position en 1691 semblerait appropriée sur la base des estimations de distance 1650 et 1660 et de l'angle 1631 bien que l'angle 1630 contredise cette affirmation. La véritable position 1690 est indiquée par la distance 1650 et l'angle 1630 mais les autres entrées ne l'acceptent pas. Pour cette situation, un procédé de récupération et d'estimation d'erreur est très souhaitable.

Puisque les réflexions rendent en général uniquement des distances de propagation mesurées plus longues, on donne plus de poids à des distances plus courtes. En analysant chaque chemin afin de trouver la potentialité des réflecteurs forts, la probabilité de voir une réflexion est déterminée. De plus, le risque d'être confronté à des chemins bloqués s'ajoute à l'analyse permettant d'améliorer l'estimation du véritable chemin et donc de la meilleure estimation de position.

Le chemin dans la direction de 1631 est balayé à partir d'une base de données d'obstacles générée précédemment, qui sont sensés être capables de générer une réflexion spéculaire forte. Ce chemin est contrôlé, de même que tout le rayon, et on détermine que la position 1695 est la position ayant de grandes chances de présenter une réflexion spéculaire forte. En calculant les distances, on trouve que la position 1690 est une position valide pour les chemins 1661 et 1662.

On remarque en outre que le chemin 1663 est bloqué à un degré significatif qui est également stocké dans une base de données enregistrée précédemment. Lorsqu'on contrôle l'autre site, on ne rencontre pas d'obstacle sur le chemin entre 1610 et 1690, ce qui indique que ce chemin est fiable. Ainsi, en analysant les entrées disponibles, on détermine que la position 1690 correspond à la meilleure estimation de la véritable position de l'unité d'abonné.

Un exemple d'un tel procédé de récupération et d'estimation d'erreur va maintenant être décrit.

Etape n01 : déterminer l'estimation de position en fonction de chaque site en utilisant la portée et l'angle d'arrivée à la base estimés.

Etape n02 : déterminer si toutes les entrées sont complémentaires et si c'est le cas, calculer l'estimation de position comportant toutes les entrées au degré des informations fournies par chacune.

Etape n03 : si ce n'est pas le cas, commencer les étapes de récupération et d'estimation d'erreur.

Etapes de récupération et d'estimation d'erreur
Etape n01 : pour chaque site, analyser le chemin dans la direction indiquée par les informations d'angle afin de déterminer la potentialité des réflecteurs forts, tel qu'enregistré précédemment dans une base de données.

Etape n02 : pour le site n'ayant pas de réflecteurs connus, supposer que l'estimation de position est bonne et poursuivre.

Etape n03 : faire vérifier les résultats par un autre site. Vérifier les réflecteurs dans la direction indiquée et déterminer s'il existe un chemin présentant la bonne longueur et arrivant selon l'angle approprié, étant donnés les réflecteurs potentiels indiqués. Si c'est le cas, on vérifie l'estimation de position.

Sinon, la vérification n'est pas possible et une incertitude existe jusqu a ce qu'un autre procédé la lève, par exemple une poursuite d'abonné. Lors d'une étape intermédiaire, l'estimation de position donnée par le site ayant la portée la plus courte peut être suggérée comme étant la position correcte, mais les deux positions peuvent être utilisées aux mêmes fins avec des degrés de fiabilité donnés, jusqu'à ce qu'une meilleure solution soit proposée. Les spécialistes de la technique comprendront qu'un procédé semblable peut être utilisé en utilisant le procédé TDOA plutôt que les mesures de temps absolu.

Bien qu'on suppose qu'il existe de nombreuses mises en oeuvre spécifiques d'un système de communication sans fil pouvant effectuer à la fois des mesures de distance et des estimations d'angle d'arrivée, quelques systèmes servant d'exemple vont maintenant être décrits. En référence à la figure 17, un système de communication sans fil approprié pour effectuer une localisation tel que décrit précédemment est illustré. Le système 1700 comporte une unité de détection d'angle 1702 et une station de base 301. Il faut remarquer que la station de base 301 a été décrite en détails précédemment. L'unité de détection d'angle 1702 comporte une pluralité d'antennes (M, qui est de préférence une puissance de deux comme 8) 1706, chacune étant couplée une matrice Butler 1708 par l'intermédiaire d'une ligne de signal 1704. Chaque matrice Butler 1708 est ensuite couplée à un sélecteur d'antenne et à une unité de tête RF 305 par l'intermédiaire d'une ligne de signal 1710. La matrice
Butler 1708 combine les M éléments 1706 en amplitude et en phase et fournit N sorties, N étant également de préférence une puissance de deux, par exemple 4.

Chacune des antennes 1706 est un élément qui forme un modèle d'antenne à faisceau étroit dirigé vers un angle différent de celui auquel nous nous intéressons. De préférence, une antenne 1706 est prévue pour chaque face d'un pylône d'antenne (non représenté). Dans un exemple particulier, un secteur de 120 degrés peut être couvert par 4 faisceaux étroits adjacents de 30 degrés chacun. Les spécialistes de la technique comprendront qu'en utilisant des modèles d'antennes à faisceaux étroits et en détectant les signaux correspondant à chacun de ces modèles d'antennes à faisceaux étroits, une estimation de l'angle du signal reçu depuis une unité d'abonné peut être déterminée, par exemple en choisissant le faisceau présentant la mesure de force de signal la plus importante. Bien qu'un seul détecteur d'angle 1702 et une seule station de base 301 soient représentés, il faut comprendre que de multiples stations de base 301 ayant de multiples détecteurs d'angle 1702 peuvent être utilisés dans un système de communication sans fil complet, comme un système AMRT cellulaire, pour effectuer des estimations de position d'une unité d'abonné.

En référence à la figure 18, une autre mise en oeuvre permettant de détecter l'angle d'arrivée est illustrée. Dans le système 1800 de la figure 18, les antennes de secteur 1802, 1804 et 1806 sont utilisées à la place des antennes fixes à faisceaux étroits 1706 et les matrices Butler 1708 utilisées dans le système 1700 de la figure 17. Deux antennes sont utilisées dans chaque secteur et sont généralement installées à plusieurs mètres d'écart de façon à fournir une décorrélation spatiale et une réception en diversité.

De plus, les secteurs de cet exemple sont placés à 120 degrés d'écart. Un angle d'arrivée estimé est fondé sur la force des signaux provenant de chacun des secteurs 1802, 1804 et 1086, par exemple en estimant l'angle reçu dans la direction provenant du secteur avec la mesure du signal le plus fort. Outre les antennes de secteur ou les antennes fixes à faisceaux étroits, l'unité de détection d'antenne 1702 peut être mise en oeuvre de différentes façons, par exemple en utilisant un réseau de formation de faisceaux ayant des circuits de rétroaction et de commande appropriés.

La figure 19 illustre la connexion entre un groupement d'antennes auto-adaptables et un récepteur
AMRC. Chaque secteur est représenté par une antenne du groupement d'antennes auto-adaptables représentées par 1902, 1904 et 1906 qui est connectée au réseau de formation de faisceaux auto-adaptables 305. Un signal de rétroaction 1972 est relié au réseau de formation de faisceaux provenant du démodulateur AMRC 345. Le signal de rétroaction 1972 peut provenir de différentes sources, par exemple des dents de peigne 310. Le réseau reçoit des signaux d'un groupement 1903, chaque élément 1910 étant relié à une tête RF et à une unité de changement de fréquence 1920. L'unité de changement de fréquence 1920 fournit également un échantillonnage en quadrature analogique-numérique du signal ayant subi un changement de fréquence pour créer des échantillons numériques. Des diviseurs 1930 distribuent des échantillons provenant de l'unité de changement de fréquence 1920 pour séparer les groupes de réglage 1935, chacun d'eux contenant des réglages de gain 1940 et de phase 1950. Un processeur de commande de formation de faisceaux 1970 effectue des calculs de réglage de gain et de phase et commande les dispositifs de gain 1940 et de phase 1950 respectifs dans les groupes de réglage 1935 en fonction des informations de rétroaction provenant du récepteur, par exemple le récepteur en peigne 310. Les sorties des groupes de réglage 1935 sont ajoutées au niveau de l'additionneur 1960 puis introduites dans un récepteur en peigne correspondant 310, 320, 330. Une estimation d'angle d'un signal reçu en provenance d'une unité mobile est déterminé en évaluant les valeurs de gain et de phase utilisées pour régler les antennes du groupement.

Outre le fait d'utiliser les informations d'angle d'arrivée et de distance, de nombreuses autres techniques peuvent être utilisées pour améliorer l'estimation de position d'une unité d'abonné. Par exemple, afin d'améliorer la capacité de la station de base à détecter l'unité d'abonné, un certain nombre d'éventuels procédés peut être employé pour accroître la puissance de transmission de l'abonné, soit au moment de l'accès, soit au cours d'une communication.

Ces procédés comportent les techniques suivantes
1) Réglage du gain du système pour l'unité d'abonné donnée. Ceci peut comporter l'utilisation d'un groupement d'antennes auto-adaptables pour orienter un nul ou pour réduire le gain dans la direction de l'abonné. En réduisant le gain dans la direction de l'abonné, une perte de chemin supplémentaire se produit et cela suppose que l'abonné transmette plus de puissance pour maintenir ou bien obtenir l'accès à une communication. L'augmentation de l'atténuation d'entrée au niveau du récepteur de la station de base peut également être effectuée pour réduire le gain du système.

2) En ajoutant de façon sélective le temps de propagation à la station de base en réponse à un accès initial, l'unité d'abonné envoie automatiquement de nouvelles demandes d'accès à des niveaux de puissance successivement supérieurs, avec une période donnée entre les tentatives, et une limite spécifiée au nombre de tentatives et à la puissance maximum envoyée, selon une spécification logicielle standard appliquée aux unités d'abonné AMRC, tel qu'indiqué dans IS-95. Ainsi, en ajoutant un retard avant de répondre à une demande d'accès d'abonné, l'unité d'abonné transmet des tentatives répétées à une puissance supérieure, ce qui permet aux multiples stations de base de tenter de mesurer le signal provenant de l'unité d'abonné. La quantité de retard peut être d'une durée spécifiée, ou bien être commandée par un certain nombre de paramètres comprenant le nombre de stations de base ayant été capables de mesurer les tentatives d'accès de l'unité d'abonné.

3) En réglant la directivité et les gains des antennes, la perte de chemin jusqu'à la base la plus forte peut être accrue de façon à provoquer une augmentation de la puissance de transmission au niveau de l'unité d'abonné, et modifier ou améliorer le gain de l'antenne dans la direction des autres bases. Cette fonction peut être commandée par la station de base de façon à fournir une probabilité accrue d'obtenir des chemins multiples vers d'autres bases.

I1 existe un certain nombre de procédés classiques permettant de localiser des abonnés dans la zone, par exemple le Système de Positionnement Mondial (GPS).

Parmi les améliorations du GPS, on peut citer l'utilisation de la correction différentielle, grâce à laquelle des signaux d'erreur sont transmis par les récepteurs GPS auxiliaires sur des sous-porteuses de stations radio FM, et peuvent être reçus par de petits récepteurs. Parmi d'améliorations disponibles pour les véhicules, on peut citer des fonctions d'estime qui mesurent la distance parcourue et l'angle de direction.

Ces procédés combinés peuvent être appliqués pour atteindre une précision de localisation dont l'erreur est généralement inférieure à 10 mètres dans les zones les plus encombrées, et moins en plein air.

Malheureusement, pour des raisons de coûts, il n'est pas pratique, actuellement, d'utiliser ces procédés de localisation plus précis pour l'utilisateur moyen.

Toutefois, on envisage que ces systèmes très précis mais très coûteux puissent être utilisés comme procédé permettant d'étallonner le système de localisation cellulaire. En conduisant un véhicule équipé d'un récepteur GPS doté de la correction différentielle et de l'estime (et d'autres procédés d'amélioration éventuels), un relevé de localisation peut être enregistré pour chaque test de conduite. De même, les estimations de position effectuées par le matériel d'infrastructure cellulaire peuvent être enregistrées dans un relevé. Puisque chaque relevé peut être horodaté avec le temps GPS, les deux relevés peuvent être comparés afin de corréler et étalonner les estimations de position. Une base de données peut ensuite être créée sur la base des estimations de position et être accédée en fonction des temps de propagation, et des estimations d'angle des directions des faisceaux de l'antenne de la station de base. Cette base de données peut ensuite être utilisée pour améliorer la précision de l'estimation de position. Par exemple, en utilisant les angles et les temps de propagation estimés pour consulter la base de données, des combinaisons d'entrées antérieurement proches qui se sont produites au cours des tests de conduite d'étalonnage et la position GPS enregistrée correspondante peuvent être utilisées pour fournir une estimation de position améliorée. On peut également utiliser des positions relevées à des fins d'étalonnage, par exemple, une sonde d'essai peut être déplacée jusqu'à une position relevée afin que l'estimation de position soit étalonnée.

Ce procédé utilisant une base de données peut être appliquée de différentes façons. En analysant un grand ensemble de chemins de transmission, on peut déterminer des positions particulièrement mauvaises, comme sur la figure 16, sur laquelle une réflexion spéculaire a fait en sorte qu'un signal fort suive un chemin qui n'était pas le plus court. Ainsi, des réflexions connues, ainsi que des obstructions de zones mortes peuvent être identifiées et consignées. Ensuite, lorsque des informations contradictoires sont recueillies par l'algorithme de localisation, on peut contrôler la zone pour détecter des aberrations qui produiraient cet effet. Ensuite l'algorithme peut être modifié pour que ces effets améliorent la confiance de l'estimation de position, comme sur la figure 16, sur laquelle la connaissance du chemin d'un réflecteur dans la direction de l'angle 1631 peut être utilisée pour régler le rayon 1660 le long du chemin 1662 de façon à former un rayon à partir d'un réflecteur connu, tel que cela est impliqué par la distance 1661. Ceci permet d'obtenir une estimation de position améliorée 1690 grâce à l'utilisation des informations contenues dans la base de données selon lesquelles il y avait un réflecteur dans la direction de 1631 et le chemin 1663 était occulté pour la position qui nous intéresse en 1690.

Des informations supplémentaires peuvent être enregistrées au cours de la procédure de consignation et utilisées pour être comparées au signal du présent abonné en tant qu'informations supplémentaires servant pour établir les comparaisons. Par exemple, des facteurs Rician K peuvent être estimés pour chaque position, ainsi que les niveaux de puissance et les statistiques des rayons retardés.

Un autre procédé permettant de fournir des estimations de position consiste à utiliser des modèles de prédiction. Avec les améliorations des modèles de prédiction, c'est-à-dire avec des plans d'élévation numériques (DEM), des orthophotoplans et des modèles de plage encombrés améliorés qui comportent des données concernant les immeubles, il est possible d'obtenir un modèle 3D complet de l'environnement avec un degré de précision élevé, proche de 1 m. Avec ces bases de données de modèle prédictif, il est maintenant possible d'effectuer une modélisation de prédiction de propagation par localisation de rayons qui comporte de multiples niveaux de réflexion et de diffraction.

Ainsi, les rayons peuvent être modélisés lorsqu'ils sont réfléchis par le sol, ou par les immeubles, ou bien lorsqu'ils diffractent aux coins de rue ou sur les toits. En utilisant un modèle de ce type avec les temps de propagation mesurés et les informations d'angle obtenues au niveau du site de base, on obtient une amélioration de la confiance dans l'estimation de position. Comme sur la figure 16, l'occultation du chemin 1663 peut être prédite, ainsi que la réflexion le long du chemin 1661-1662. Ainsi, les informations qui se sont tout d'abord avéré contradictoires auraient pu être réellement prédites et donc utilisées pour calculer la position attendue ou bien aider à l'interprétation des résultats mesurés.

Une caractéristique souhaitée pour effectuer des estimations de position est la capacité à suivre la position d'un utilisateur dans le temps. Lorsque ceci est effectué, des améliorations dans les estimations de position peuvent être obtenues en appliquant un certain nombre d'algorithmes. Considérons d'abord la figure 16.

I1 y a relativement peu de positions qui produisent à la fois une obstruction de zones mortes et une réflexion forte, et un utilisateur mobile a tendance à traverser une telle zone relativement vite. Ainsi, en suivant un utilisateur, un changement brutal de distance ou d'angle apparents peut indiquer une réflexion ou une autre obstruction dans le chemin de propagation qui a tendance à rendre moins fiable l'estimation de position pendant la période où l'abonné traverse cette zone d'obstruction. En suivant l'utilisateur, par exemple en prenant des mesures de position, d'angle et de distance périodiques dans le temps, une estimation de la vitesse et de la position peut être utilisée pour prédire les positions pendant les quelques secondes où il existe une faible confiance de position. De plus, un moyennage peut être appliqué à l'estimation de position de l'utilisateur afin d'annuler les fluctuations aléatoires dans l'estimation. Le moyennage peut être appliqué à la fois aux utilisateurs suivis et aux utilisateurs immobiles ou non suivis.

Un autre procédé permettant d'améliorer les estimations de position consiste à utiliser une base de données géographique. Les bases de données géographiques sont maintenant courantes et contiennent des informations comme le type de route, la catégorie, les vitesses conseillées et un plan des vecteurs de routes. Les informations mesurées comme la direction et la vitesse estimées et déterminées par les sites de base du système cellulaire peuvent être utilisées conjointement avec l'estimation de position et la base de données géographique afin d'appliquer un utilisateur géographique, les erreurs telles que le fait de disposer de positions estimées d'abonnés conduisant en plein air et dans des complexes d'immeubles à grande vitesse, lorsque la route ne se trouve qu'à quelques douzaines de mètres de là, peuvent être détectées et neutralisées.

Un certain nombre d'autres procédés possibles peut permettre d'obtenir une précision de localisation améliorée, notamment l'utilisation d'une unité mobile ayant un facteur de confiance élevé, par exemple ayant un récepteur GPS intégré qui est renvoyé à la station de base. Si l'estimation de position du mobile ayant l'unité GPS correspond à celle de l'abonné ayant une position inconnue, on suppose que cette position inconnue est la même que la position donnée par le GPS.

En estimant la position d'une unité d'abonné et en calculant l'angle et la distance à une deuxième unité d'abonné, des informations concernant la direction de la première unité d'abonné peuvent être envoyées à la deuxième unité d'abonné afin d'afficher la direction et la distance de la position de la première unité d'abonné. De plus, les estimations de position, les coordonnées de la rue, les informations d'accélération et de vitesse estimées peuvent être envoyées à la deuxième unité d'abonné. Considérons une ambulance ou une voiture de police qui tente de trouver la position d'un utilisateur. En transmettant la direction et la distance et/ou les coordonnées de la rue à la voiture de police ou à l'ambulance, un affichage peut diriger la police ou l'ambulance vers la position de la personne qui appelle. En plus des informations de direction, de distance et de coordonnées, une indication concernant la fiabilité estimée des informations peut être incluse sur l'affichage. Une réponse suivie peut afficher une série de positions ayant différents degrés de fiabilité afin de permettre à l'utilisateur de visualiser la dernière position connue ayant un degré élevé de confiance ainsi que les premières positions ayant des niveaux de confiance plus faibles ou plus élevés, afin de permettre à l'utilisateur d'interpréter les données en utilisant sa connaissance de la zone. Un affichage de plan graphique correspond au procédé préféré.

Les unités dont la position est connue, par exemple les bornes d'appel des routes, peuvent également être utilisées pour régler et étalonner le système de localisation. Ceci permet aux antennes directives et aux estimations d'angles et de distances fondées sur la temporisation (autres que le temps de propagation dans les unités d'abonné) d'être étalonnées sur la base d'un sous-programme. Un certain nombre de ces unités d'abonné fixes peuvent être utilisées à différents angles et distances afin d'aider à l'étalonnage du système.

Grâce à l'utilisation de multiples sites de base, situés à différentes hauteurs relatives, un système de localisation multidimensionnel peut être utilisé pour estimer la hauteur d'une unité d'abonné. Considérons un groupe de sites de base, certains se trouvant près du rez-de-chaussée et d'autres se trouvant au dernier étage. En incluant les dimensions en hauteur et si l'on a des chemins adéquats à mesurer, il est possible d'effectuer une estimation de hauteur.

Les modèles de faisceaux verticaux peuvent également être utilisés pour améliorer l'estimation de la hauteur du mobile.

Grâce aux estimations de position améliorées des unités d'abonné, tel que décrit ci-dessus, on peut fournir de nombreuses applications et de nombreux services. Par exemple, les estimations de position peuvent être utilisées pour permettre un accès aux bases de données, par exemple des demandes de type pages jaunes concernant les restaurants, les stations services etc. Selon un autre exemple, l'identifiant de la personne qui appelle les services d'urgence peut comporter des estimations de position, des indications sur la route ou l'intersection la plus proche et sur la vitesse. Ainsi, un utilisateur au volant d'une voiture peut être distingué d'un utilisateur se trouvant débout et immobile ou dans un immeuble.

Une autre application consiste en ce que le profil d'utilisateur peut comporter des limites de zones, par exemple des zones de facturation. Dans un système contenant des zones de facturation, un abonné peut être facturé différemment selon sa position. Par exemple, un faible taux de facturation serait appliqué à la maison et un taux de facturation élevé serait appliqué dans un véhicule. La facturation par zones est utile pour fournir un service à un numéro approprié grâce auquel un abonné peut utiliser le même téléphone à la maison, au travail et même lorsqu'il se déplace.

Une autre application consiste en ce qu'un profil d'utilisateur peut comporter des limites, par exemple des zones interdites. Grâce à des sondages périodiques effectués par la station de base, la sonde n'est pas obligée d'appeler le téléphone de l'abonné, la position de l'abonné peut être détectée. Lorsqu'elle se trouve près d'une limite de zone interdite, la fréquence de la poursuite peut augmenter. Si un utilisateur franchit une limite et passe dans une zone interdite, une communication peut être établie avec un numéro prédéfini à l'aide de données ou d'informations enregistrées. Une communication peut également être établie avec l'unité d'abonné à l'aide d'informations ou de données enregistrées. On peut donner comme exemple des sociétés de location de voitures qui exigent que leurs clients restent hors de certains pays ou que des adolescents restent hors de certaines zones.

Le moment de la journée peut être un facteur de l'interdiction d'une zone.

Dans une autre application, au niveau de certaines limites des sites cellulaires, il y a différents opérateurs du système avec différents types de systèmes. Dans certaines positions, un opérateur peut avoir l'ensemble "A" de fréquences et dans une autre position, l'opérateur peut avoir l'ensemble "B" de fréquences. I1 est donc souhaitable d'effectuer une commutation poussée au niveau des limites sans chevaucher de façon souhaitable des zones de transition. En utilisant des estimations de position, une commutation poussée (un changement de fréquence porteuse) peut être effectuée à l'instant et à la position appropriés. Les informations de vitesse et de direction peuvent également être incluses dans la décision de commutation.

Bien que l'invention ait été décrite conjointement avec les modes de réalisation spécifiques de celle-ci, il est évident que de nombreux changements, modifications et variations apparaîtront clairement aux spécialistes de la technique à la lumière de la description précédente. Par exemple, bien que les dispositif de recherche 240 et 280 de l'unité d'abonné 200 et le dispositif de recherche 340 et le processeur 350 ainsi que d'autres circuits, de la station de base 301 aient été décrits sur la base de rapports de circuits fonctionnels/logiques spécifiques, un spécialiste de la technique comprendra qu ' ils peuvent être réalisés de nombreuses autres façons, par exemple grâce à des processeurs programmés et configurés de façon appropriée, des ASIC (circuits intégrés à applications spécifiques) et des DSP (processeurs de signaux numériques). En outre, l'invention ne se limite pas à déterminer la position par l'intermédiaire d'informations de tranche dans un système AMRC IS-95, mais s'applique à n'importe quel système AMRC ou à d'autres systèmes de communication. En outre, alors que de nombreuses applications destinées à la localisation ont été décrites, on envisage que la présente invention ne se limite à aucune application de localisation spécifique.

Par conséquent, on envisage que la présente invention ne se limite pas à la description précédente de modes de réalisation mais qu'elle englobe tous ces changements, modifications et variations selon l'esprit et la portée des revendications jointes et de leurs équivalents.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé permettant d'estimer la position d'une unité d'abonné dans un système de communication, le procédé comprenant les étapes consistant à

recevoir un signal d'une unité d'abonné au niveau d'une première station de base, le signal étant formé par l'intermédiaire d'une séquence de symboles de dispersion

déterminer un premier instant de réception du signal fondé sur la séquence de symboles de dispersion au niveau de la première station de base

déterminer un premier angle d'arrivée du signal au niveau de la première station de base ; et

déterminer la position d'une unité d'abonné à partir du premier instant de réception, du premier angle d'arrivée et d'autres informations prédéterminées concernant la première station de base.

2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes consistant à

déterminer un deuxième instant de réception du signal fondé sur la séquence de symboles de dispersion au niveau d'une deuxième station de base

déterminer un deuxième angle d'arrivée du signal au niveau de la deuxième station de base ; et

déterminer la position de l'unité d'abonné à partir du deuxième instant de réception et du deuxième angle d'arrivée.

3. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre le fait de diriger une zone nulle d'une antenne directionnelle en fonction du premier angle d'arrivée.

4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le signal reçu présente un premier rayon et un deuxième rayon et comprenant en outre l'étape de réglage d'un décalage de temps dans un récepteur du premier site de base en réponse au premier rayon du signal reçu.

5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre l'étape de réglage d'un groupement d'antennes en réponse au premier rayon du signal reçu.

6. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes consistant à

tenter de recevoir le signal au niveau d'une deuxième station de base

déterminer que le signal n'a pas été reçu au niveau de la deuxième station de base ; et

augmenter la puissance de transmission du signal en réponse à la détermination du fait que le signal n'a pas été reçu au niveau de la deuxième station de base

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la puissance de transmission est augmentée d'une réponse retardée à une demande d'accès d'une unité d'abonné.

8. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape de réglage le premier angle d'arrivée en fonction des informations provenant d'une base de données géographique afin de déterminer un premier angle d'arrivée réglé.

9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les informations prédéterminées comprennent une base de données des routes.

10. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape d'étalonnage de la position déterminée en comparant la position déterminée à une mesure d'étalonnage d'une unité d'abonné en une position déterminée par un récepteur de système de positionnement mondial (GPS).

11. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape de détermination d'une estimation de hauteur de l'unité d'abonné en fonction du signal reçu par une antenne orientable à faisceaux verticaux.

12. Système de communication ayant une pluralité de stations de base et servant à localiser une unité de communication, le système de communication comprenant

un dispositif de commande réagissant à une première et une deuxième stations de base, chacune des première et deuxième stations de base comprenant un récepteur servant à recevoir un signal de l'unité de communication, le signal étant formé par l'intermédiaire d'une modulation par une séquence de symboles de dispersion et un détecteur servant à déterminer un instant de réception du signal sur la base de la séquence ; et

un processeur de position réagissant au dispositif de commande et servant à demander aux première et deuxième stations de base de déterminer des premier et deuxième instants de réception du signal en fonction de la séquence de symboles de dispersion et à déterminer une position de l'unité de communication à partir des premier et deuxième instants de réception et d'autres informations concernant les première et deuxième stations de base.

13. Procédé permettant de déterminer la position d'une unité d'abonné en communication dans un système de communication sans fil ayant une pluralité de stations de base, comprenant les étapes consistant à

recevoir dans une unité d'abonné un premier signal d'une première station de base de la pluralité de stations de base et un deuxième signal d'une deuxième station de base de la pluralité de stations de base, les premier et deuxième signaux étant formés sur la base d'une première séquence de symboles et une deuxième séquence de symboles, respectivement

déterminer un premier instant de réception fondé sur la première séquence et un deuxième instant de réception fondé sur la deuxième séquence ; et

déterminer la position de l'unité d'abonné à partir des premier et deuxième instants de réception et d'autres informations concernant les première et deuxième stations de base.

14. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre l'étape de détermination d'un angle d'arrivée de l'un des premier et deuxième signaux.

15. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à effectuer une deuxième mesure de position en utilisant un deuxième système de communication, dans lequel le système de communication comprend un système AMRC et le deuxième système de communication comprend un système cellulaire analogique.

16. Système de communication sans fil, comprenant

une première station de base en communication sans fil avec une unité d'abonné, la première station de base recevant un signal de l'unité d'abonné, le signal étant formé par l'intermédiaire d'une modulation par une séquence de symboles de dispersion

une deuxième station de base en communication sans fil avec l'unité d'abonné

un détecteur de premier instant d'arrivée déterminant un premier instant de réception du signal fondé sur la séquence de symboles de dispersion au niveau de la première station de base

un détecteur de deuxième instant d'arrivée déterminant un deuxième instant de réception du signal fondé sur la séquence de symboles de dispersion au niveau de la deuxième station de base

un détecteur d'angle d'arrivée déterminant un premier angle d'arrivée du signal au niveau de la première station de base ; et

un unité d'estimation de position déterminant une position estimée de l'unité d'abonné à partir du premier instant de réception, du premier angle d'arrivée et d'autres informations prédéterminées concernant la première station de base.