MXPA01009719A

MXPA01009719A - Metodo y aparato para determinar la posicion de un telefono celular.

Info

Publication number: MXPA01009719A
Application number: MXPA01009719A
Authority: MX
Inventors: Samir S Soliman
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2002-05-14
Also published as: KR20020005643A; CN1345523A; CA2368193A1; BR0009346A; WO2000059257A1; EP1166588A1; IL145418A0; AU4053000A; JP2002540439A

Abstract

Un metodo y aparato para determinar la posicion (116) de una estacion remota, tal como un telefono celular movil utilizando medidas de retraso relativo y de rango absoluto. Mas particularmente, la presente invencion determina la posicion de una estacion remota (116), utilizando una combinacion de medidas de enlace de avance realizadas en la estacion remota (116) y medidas de enlace inverso realizadas en una o mas estaciones base (106, 108). Estas medidas se utilizan para realizar calculos que producen la posicion de la estacion remota (116). Un aparato para realizar los calculos que puede utilizar una informacion a priori con respecto a la ubicacion exacta de todas las estaciones base que participan en la determinacion de ubicacion movil, asi como calibres de retraso inherentes asociados con las estaciones base.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA DETERMINAR LA POSICIÓN DE UN TELÉFONO CELULAR Campo del Invento Generalmente, la presente invención está relacionada con la determinación de la localización de un teléfono celular utilizando medidas de enlaces de avance e inversos. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método para determinar la posición de un teléfono móvil inalámbrico - utilizado en un sistema de acceso múltiple de división de código - utilizando una combinación de medidas de enlace de avance realizadas en el teléfono móvil, y medidas de enlace inverso realizadas en una o más estaciones base.

Antecedentes del Invento El uso de técnicas de modulación de acceso múltiple de división de código (CDMA) , es una de las varias técnicas utilizadas para comunicaciones inalámbricas en las cuales están presentes un gran número de usuarios de teléfonos inalámbricos . La terminología y métodos estándar para proporcionar comunicaciones móviles CDMA en los Estados Unidos, fueron establecidos por la asociación de la industria de telecomunicaciones en TIA/EIA/IS-95-A titulado "Standar de Compatibilidad de Estación Móvil-Estación Base para Sistema Celular de Modo Doble de Difusión de Espectro de Banda Ancha" referido en forma genérica como IS-95. En la patente Norteamericana No. 4,901,307, titulada "SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE ACCESO MÚLTIPLE DE DIFUCIÓN DE ESPECTRO UTILIZANDO REPETIDORAS SATELITALES O TERRESTRES", y en la patente Norteamericana No. 5,103,459, titulada "SISTEMA Y MÉTODO PARA GENERAR FORMAS DE ONDA DE SEÑAL EN UN SISTEMA DE TELÉFONO CELULAR CDMA", se describe una descripción detallada del uso actual de un sistema de comunicación inalámbrico CDMA. Estas patentes están asignadas al cesionario de la presente invención e incorporadas a la misma como referencia. En ambas de estas patentes, se describe una técnica de acceso múltiple en la cual se utiliza un gran número de teléfonos móviles - también referidos como estaciones remotas, en donde cada estación remota tiene un transceptor - y se comunican con otras estaciones remotas u otros tipos de estaciones a través de repetidoras satelitales o estaciones base terrestres utilizando señales de comunicación de difusión de espectro CDMA. Una estación base terrestre, también referida como una estación base, comúnmente recibe señales de comunicación procedentes de una estación remota a través de un enlace inalámbrico inverso, y transmite señales de comunicación a una estación remota a través de un enlace inalámbrico de avance. El área en la cual una comunicación puede ser trasmitida en forma exitosa por una estación base y recibida por una estación remota, es denominada como una célula. Un problema con las estaciones remotas inalámbricas es que la ubicación de la estación remota no es conocida cuando se están enviando y recibiendo señales desde una estación base. Si un usuario de la estación base realiza una llamada de emergencia al 911, la asistencia puede no ser enviada al usuario a menos que el usuario conozca la ubicación exacta desde la cual esta llamando. Debido a este problema, han tenido gran prioridad las tecnologías de localización. Además, las fuerzas reguladoras y los deseos de los portadores de servicios telefónicos de aumentar las ganancias ofreciendo servicios superiores que los de los competidores, han impulsado los desarrollos de tecnología de ubicación. Por ejemplo, en junio de 1996, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) enviaron un apoyo para mejorar el servicio de emergencia 911, designado como E-911, y dictaron que la ubicación del transceptor celular será enviada de regreso a un punto designado de respuesta de seguridad pública. Para cumplir con el mandato de la FCC, por lo menos 77,000 sitios en los Estados Unidos serán equipados con tecnología de ubicación automática para el año 2005. Normalmente se conocen algunas técnicas para proporcionar algún grado de capacidad de localización automática. En la técnica descrita en la patente Norteamericana número 5,646,632, titulada "Métodos y Aparatos para que un Dispositivo de Comunicación Portátil Identifique su Propia Localización" inventado por K.H. y asociados y asignada a Lucent Technologies, involucra la medición de los retrasos relativos de señales de comunicación enviadas desde por lo menos tres estaciones base y recibidas por una estación remota. Estas señales se utilizan para determinar una diferencia de rango entre las diferentes estaciones base y la estación remota. Desafortunadamente, normalmente también se requiere un incremento en la potencia de transmisión en el enlace inverso debido al hecho de que en un sistema inalámbrico tipico, cada teléfono trasmite a la minima potencia requerida para enviar una comunicación a una sola estación base de recepción. Para que tres estaciones base reciban la señal, la potencia de trasmisión de las estaciones remotas necesita incrementarse a un nivel favorable. Además, las técnicas de extrapolación utilizadas requieren comunicación con por lo menos tres estaciones base, requiriendo que la concentración de los sitios de la célula sean incrementados, o tal y como se menciono anteriormente, la potencia de transmisión de cada estación remota sea incrementada. El tipo de tecnología de localización tiene inconvenientes significativos. El incrementar el número de estaciones base es extremadamente costoso. De manera alternativa, al incrementar la potencia de transmisión de la estación remota incrementa la probabilidad de interferencia entre estaciones remotas, y puede requerir que se agregue un hardware adicional a la estación remota. Por último, estas técnicas conocidas no parecen ofrecer la precisión requerida por el mandato de la FCC. Lo que se necesita es un método de aparato que pueda determinar la localización de una estación remota tomando medidas de los enlaces de avance e inversos conectándose a una estación remota con un número minimo de estaciones base. La presente invención debe ser compatible por lo menos con los sistemas de comunicación CDMA modulados, y preferentemente también ser compatible con otras técnicas de comunicación utilizados en sistemas grandes de comunicación móvil, tales como acceso múltiple de división de tiempo (TDMA) , acceso múltiple de división de frecuencia (FDAM), y técnicas de modulación de amplitud (AM) .

Sumario del Invento De manera amplia, la presente invención determina la posición de una estación remota, tal como un teléfono celular móvil, utilizando una combinación de medidas de enlace de avance elaboradas en la estación remota y medidas de enlace inverso elaboradas en una o más estaciones base. Las medidas de enlace de avance se toman a partir de señales trasmitidas desde dos o más estaciones base y recibidas por la estación remota. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método, para cuyo articulo de manufactura utilizado para determinar la posición de una estación remota utilizando una combinación de medidas, tales como el retraso relativo desde dos o más estaciones base y el retraso de viaje redondo de una comunicación realizada entre la estación remota y una o más estaciones base. Estas medidas se utilizan para llevar a cabo cálculos que producen la posición de la estación remota. El aparato que lleva a cabo los cálculos puede utilizar una información a pri ori con respecto a la ubicación exacta de todas las estaciones base que participan en la determinación de la localización móvil, asi como calibraciones de retraso inherentes asociadas con las estaciones base. Una modalidad de la presente invención, proporciona un método para determinar la posición de una estación remota utilizando una combinación de medidas de enlace de avance elaboradas en la estación remota, con medidas de enlace inverso elaboradas en una o más estaciones base. En las medidas de enlace de avance se toman a partir de señales estas medidas incluyen por lo menos un retraso de viaje redondo para una comunicación realizada entre la estación remota y una estación base, y medidas de retraso relativo tomadas eenn la estación remota. Los resultados de medición se reciben en una estación de procesamiento central - también referida como una estación base "primaria", en donde una estación base primaria es la estación base que maneja principalmente la comunicación iniciada por la estación remota. La estación de procesamiento central lleva cálculos para determinar la posición de la estación remota, y puede utilizar una información a pri ori con respecto a la ubicación exacta de todas las estaciones base participantes, asi como calibraciones de retraso, si existen, asociadas con dichas estaciones base. En otra modalidad, la presente invención puede ser implementada como un aparato utilizado para determinar la posición de una estación remota utilizando la combinación de medidas de enlace de avance y de enlace inverso. El aparato puede incluir procesadores, controladores, almacén de datos, receptores, trasmisores y una variedad de diferentes hardware que dependen de la configuración de cada modalidad. En otra modalidad, la presente invención puede comprender un articulo de manufactura, tal como un medio de soporte de señal digital, representando en forma tangible instrucciones legibles en máquina ejecutables por un aparato de procesamiento digital y utilizadas para determinar la posición de la estación remota utilizando la combinación de medidas de enlaces de avance e inversos . La presente invención abastece a sus usuarios con numerosas ventajas. Una ventaja, es que se reduce el número de estaciones base requeridas para localizar la estación remota. Otra ventaja es que si se utilizan tres o más estaciones base para localizar la estación remota, la localización puede ser determinada con mayor certeza que la localización proporcionada utilizando los métodos de la técnica anterior. Aún otra ventaja, es que utilizando las medidas de retraso de viaje redondo en la determinación de la localización de la estación remota, se mejora, algunas veces en forma dramática, la dilución geométrica de precisión para un grupo determinado de estaciones base. Tal como se mencionará más adelante, una buena dilución geométrica de precisión, significa que el efecto de cualquier error de medición en la posición, es pequeño y a menudo insignificante. Por último, la presente invención proporciona además un número de otras ventajas y beneficios que se deben volver aún más aparentes para los expertos en la materia, después de revisar las siguientes descripciones detalladas de la presente invención.

Breve Descripción de los Dibujos La naturaleza, objetos y ventajas de la presente invención, serán más aparentes para los expertos en la materia después de considerar la siguiente descripción detallada en relación con los dibujos que la acompañan, en los cuales los números de referencia similares designan partes similares, y en donde: La Figura 1, es un diagrama de bloque de componentes accesorios e interconexiones de un sistema de telecomunicaciones que incorpora enlaces inalámbricos de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La Figura 2, es una ilustración de un articulo de manufactura de acuerdo con la presente invención; La Figura 3, muestra un diagrama de bloque que ilustra los pasos generales de operación utilizados para controlar las características de operación de un aparato, tal como el que se muestra en la figura 1 de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 4, es un diagrama de bloque que define de manera adicional el paso 308 del método, mostrado en la figura 3; y Las Figuras de la 5 a la 14, ilustran características de desempeño de acuerdo con una modalidad de la presente invención, e incluyen comparaciones con la técnica anterior conocida.

Descripción Detallada del Invento Las figuras de la 1 a la 4 ilustran ejemplos de varios aparatos, artículos de manufactura y aspectos del método de la presente invención. Las Figuras de la 5 a la 14 ilustran características de desempeño de una modalidad de la presente invención y compara estas características con otros métodos conocidos. Para facilitar la explicación, aunque sin pretender limitarse, estos ejemplos se describen en el contexto de un sistema de telecomunicación digital que incorpora enlaces inalámbricos, un ejemplo de los cuales se describirá más adelante. La figura 1, ilustra un tipo de sistema de telecomunicaciones 100 que incluyen enlaces inalámbricos, tal como se utilizan en la presente invención. Básicamente, una comunicación, normalmente una llamada de teléfono o una transferencia de datos tal como FAX, se envia desde un teléfono a través de un enlace de una compañía telefónica 104 hasta un controlador de la estación base (MSC) 102. El MSC 102 generalmente comprende accesorios conocidos en la técnica y utilizados para llevar a cabo funciones de conmutación. Estas funciones de conmutación se utilizan para coordinar la transferencia de una o más comunicaciones a una estación remota 116. El enlace 114 puede componer cualquier tipo de enlace de comunicación conocido en la técnica, para transportar una señal de información, tal como un enlace inalámbrico, un cable de fibra óptica o un cable de cobre o aluminio. El MSC puede incluir un subsistema transceptor referido como una estación base o BS. La BS -tal como BS 106 ó 108- proporciona un enlace de radio entre una unidad remota 116 y el MSC 102. La BS también proporciona un protocolo de generación de señal, tal como CDMA ó TDMA, o cualesquiera de los tipos antes mencionados, mientras que un MSC proporciona funciones de conmutación para coordinar la recepción y continuar con la transferencia de una comunicación hasta una estación remota 116. Tal como se utiliza en la presente solicitud, una estación remota 116 refiere a todos los tipos de unidades de telecomunicación, referidos de manera general como teléfonos, que utilizan un enlace inalámbrico como un medio principal para transferir una comunicación, tal como una unidad celular, móvil, portátil, inalámbrica, de circuito local o suscriptora. De tal manera, que la estación remota comprenda una unidad de transceptor y otro circuito bien conocido en la técnica y utilizado para recibir y transmitir una comunicación. La estación remota puede incluir un procesador -configurado en parte para calcular la información deseada tal como se mencionó en la sección del método que se encuentra más adelante- y almacenamiento, ambos utilizados para medir las características designadas de una comunicación, tal como el retraso relativo de una señal recibida desde una estación base. Esta información, o un valor representativo se pueden transmitir a una estación base. El MSC 102 puede estar acoplado a una estación base, tal como BS 106 ó 108 mediante un enlace 110. El enlace 110 puede ser la misma o una construcción similar al enlace 104. La BS puede incluir un procesador y almacenamiento utilizado para medir las características de comunicación seleccionadas, tal como cualquier retraso (D) entre el tiempo en que una comunicación se envia y se recibe una comunicación de respuesta por parte de la estación remota 116. Cuando una BS es designada, recibe una comunicación que será transmitida, la BS intenta un enlace de radio entre la BS y la unidad remota 116. Sin embargo, cada BS tiene un rango limitado, como se muestra en el área 114 de la BS 106, y el área 112 de la BS 108. Si la unidad remota 116 se localiza dentro de un rango de transmisión de BS 106 y BS 108 tal como se muestra, entonces ambas BS, pueden transmitir señales que son recibidas por la estación remota 116. Si la estación remota 116 se mueve fuera del área 114 y está aún dentro del área 112, entonces BS 106 puede discontinuar la transmisión de una señal proyectada para la estación remota 116. Conforme se mueve la estación remota 116 fuera del área 114 y dentro del área 112, la llamada debe de ser transferida o "conectada" a la BS 108 desde la BS 106. Las conexiones generalmente son divididas en dos categorías conexiones difíciles y conexiones suaves. En una conexión dificil, cuando estación remota abandona una estación base de origen, tal como la BS 106, y entra a una estación base de destino tal como la BS 108, la estación remota rompe su enlace de comunicación con la estación base de origen y posteriormente establece un nuevo enlace de comunicación con la estación base de destino. En una conexión suave, la estación remota completa un enlace de comunicación con la estación base de destino antes de romper su enlace de comunicación con la estación base de origen. Por lo tanto, una conexión suave, la estación remota está en comunicación de manera redundante tanto con la estación base de origen como con la estación base de destino durante algún periodo de tiempo. Es menos probable que las conexiones suaves tengan caida de llamadas que las conexiones difíciles. Además, cuando una estación remota viaja cerca de los limites de cobertura de una estación base, puede realizar solicitudes de conexión repetidas en respuesta a pequeños cambios en el ambiente. Este problema, referido como "ping-ponging", también se disminuye en gran medida por medio de una conexión suave. El proceso para realizar una conexión suave, se describe en detalle en la Patente Norteamericana No. 5,101,501, titulada "MÉTODO Y SISTEMA PARA PROPORCIONAR UNA CONEXIÓN SUAVE EN COMUNICACIONES EN UN SISTEMA DE TELÉFONO CELULAR CDMA", y en la Patente Norteamericana No. 5,267,261, titulada "CONEXIÓN SUAVE ASISTIDA POR ESTACIÓN MÓVIL EN UN SISTEMA DE COMUNICACIONES CELULARES CDMA", las cuales ambas están asignadas al cesionario de la presente invención e incorporadas a la misma como referencia. En el sistema de la patente 261, el proceso de conexión suave se mejora midiendo la fuerza de las señales "piloto" transmitidas por cada estación base en la estación remota. Estas medidas de fuerza piloto ayudan al proceso de conexión suave facilitando la identificación de candidatos viables de conexión de estación base. Una descripción más completa con respecto al procesamiento de señales para transmisión en un sistema de telecomunicaciones, se puede encontrar en el estándar de la Asociación de la Industria Electrónica TIA/EIA/ IS- 95 titulado "Estándar de Compatibilidad de Estación Móvil-Estación Base para Sistemas Celulares de Modo Doble de Difusión de Espectro de Banda Ancha", y en otros estándares de transmisión bien conocidos en la técnica. A pesar de las descripciones especificas anteriores, los expertos en la materia que tienen el beneficio de esta descripción, reconocerán que el aparato mencionado anteriormente puede ser implementado en un sistema de telecomunicaciones de diferente construcción sin apartarse del alcance de la presente invención. Como un ejemplo especifico, una BS puede ser integral a la BS 102, o una red de telefonía pública conmutada, comúnmente referida como una PSTN, puede ser incluida en el sistema. Además de las diferentes modalidades de accesorios descritas anteriormente, un diferente aspecto de la presente invención, se refiere a un método para determinar la posición de una estación remota. Dicho método puede ser implementado, por ejemplo, operando un procesador de señal digital (no mostrado) para ejecutar una secuencia de instrucciones leíbles en máquina. Estas instrucciones pueden ser inherentes al procesador o pueden estar contenidas dentro de una o más unidades de almacenamiento de datos acopladas al procesador. Unidad de Almacenamiento de Datos . La secuencia de instrucciones legibles en máquina puede residir en su totalidad o en parte en varios tipos de unidades de almacenamiento de datos. Como tal, un aspecto de la presente invención se refiere a un articulo de manufactura que comprende un medio de almacenamiento de datos que representa en forma tangible un programa de instrucciones legibles en máquina, ejecutables por un procesador, tal como un procesador de señal digital, para llevar a cabo los pasos del método para determinar la posición de una estación remota utilizando una medida de retraso relativo y una medida RTD, tal como se describirá más adelante, para una comunicación realizada entre la estación remota y dos o más estaciones base. El medio de almacenamiento de datos puede comprender, por ejemplo, unidades de memoria contenidas dentro de la estación base 106. Estas unidades de memoria pueden estar localizadas en su totalidad o en parte dentro del controlador 102 o la estación remota 116, o cualquier otra ubicación dentro de un acceso comunicativo con el sistema de telecomunicaciones 100. De manera alternativa, las instrucciones pueden estar contenidas dentro de otro tipo de medio de almacenamiento de datos, tal como un diskette de almacenamiento magnético 200 (figura 2), o cualquier otro tipo de medio de almacenamiento de datos, tal como un aparato de almacenamiento de acceso directo (DASD), almacenamiento electrónico únicamente de lectura (CD-ROM o WORM) , o aún tarjetas de papel perforadas. Además, las instrucciones legibles en máquina pueden comprender lineas de lenguaje "tipo C" compilado u otra fuente de lenguaje de códigos . Secuencia General de Operación. La figura 3, muestra un método básico 300 para determinar la posición de una estación remota 116 utilizando la presente invención. La figura 4 muestra el paso 308 del método básico 300 con mayor detalle, proporcionando un método para determinar la posición utilizando una medida de retraso relativo y una medida RTD para comunicación intercambiada entre la estación remota 116 y por lo menos dos estaciones base, mostradas como estaciones base 106 y 108 en la figura 1. El método 300, mostrado en la figura 3, comienza en la tarea 302 en donde las medidas de enlace de avance para una comunicación se realizan en el sitio remoto 116 mostrado en la figura 1. Dentro de este contexto y como se mencionó anteriormente, el enlace de avance es el enlace de comunicación inalámbrico entre una BS y la estación remota 116. Estas medidas producen en la tarea 304, los retrasos relativos de señales de comunicación recibidas por la estación remota 116 procedente de 2 o más BS, tales como las estaciones base 106 y 108. Los retrasos relativos corresponden a una diferencia de rango entre varias BS y la estación remota 116. En la tarea 306, por lo menos una medida RTD -tomada para una comunicación entre una estación base de servicio y una estación remota 116 -, se agrega a los retrasos relativos de la tarea 304. Esta medida RTD está disponible en forma inherente en la estación base de servicio, esto es, una estación base en comunicación con la estación remota 116. Cada medida RTD corresponde a un rango absoluto medido entre la estación remota 116 y la estación base de servicio, y se define en una modalidad como RTD=D*C/2. Si la estación remota 116 está en el modo de conexión, están disponibles medidas RTD adicionales para comunicaciones realizadas entre la estación base remota 116 y otras estaciones base. Estas medidas adicionales se pueden utilizar en otras modalidades de la presente invención para calcular la posición de la estación remota 116 y refinar la precisión de ubicación tal como se describirá más adelante. Los cálculos de posición se realizan en una estación base en una modalidad de la presente invención. Sin embargo, en otras modalidades, el cálculo de posición puede elaborarse en cualquier ubicación que tiene acceso al retraso relativo y medidas RTD, tal como el controlador 102 mostrado en la figura 1. Suponiendo que el cálculo de posición ocurra en BS 106, la estación base recibe todas las medidas RTD disponibles procedentes de otras estaciones base, asi como medidas de retraso relativo procedentes de la estación remota 116. En esta modalidad, la estación remota 116 no almacena información de la estación base, tal como la ubicación de una BS, o calibraciones de retraso, y no realiza los cálculos de posición. Normalmente, es el sistema de comunicaciones 100 el que necesita conocer la posición del teléfono (por ejemplo, para llamadas 911), por lo que una estación base realiza la determinación de posición. Si es necesario, la posición calculada puede ser transmitida a la estación remota 116. En otras modalidades, la estación remota 116 puede almacenar parte o toda la información de medición, o puede realizar parte o todos los cálculos requeridos para determinar su ubicación, haciendo de este modo más eficiente la determinación de posición, por lo tanto más rápida. Por ejemplo, la estación remota 116 puede llevar a cabo algún procesamiento con el objeto de promediar y reducir las muchas repeticiones de las medidas de retraso relativo en un valor de retraso relativo representativo para cada estación base. Este "pre-procesamiento" ayuda a reducir cualquier error de medición y permite transmitir la mínima información necesaria a la estación base de servicio. Una alternativa menos deseable, es que la estación remota 116 transmita a la estación base de servicio las medidas de retraso relativo sin procesar repetitivas . Tal como se describe con respecto a las figuras de la 4 a la 14, utilizando una medida RTD se mejora -algunas veces en forma dramática con respecto a los métodos de la técnica anterior- una dilución geométrica de precisión (GDOP) para un grupo de estaciones base. Una buena GDOP minimiza el efecto que puede tener cualquier error de medición en la determinación de ubicación de posición para una estación remota. Esta medida RTD reduce el número minimo de estaciones base requeridas para determinar la ubicación de la estación remota 116, y reduce la ambigüedad inherente en la determinación de la localización utilizando dos o más estaciones base. Por ejemplo, en una modalidad, se requieren dos estaciones base para una ubicación con menor ambigüedad. En otra modalidad, se requieren tres estaciones base para una ubicación libre de ambigüedad o "all-but". Cálculo de GDOP. La ubicación de una estación remota puede ser en cualquier lugar dentro de un área tridimensional definida por las células de las estaciones base, tales como las áreas 114 y 116 para BS 106 y 108, respectivamente, mostradas en la figura 1. Para realizar la determinación de posición 308 tal como se describe en la figura 4, utilizando un grupo minimo de medidas, se asume un escenario bi-dimensional en la tarea 402, en donde las estaciones base y la estación remota están en el mismo plano horizontal.

Este plano tiene una coordenada hacia el este x y una coordenada hacia el norte y. A menos que la estación remota o una estación base esté muy fuera de tierra con respecto a la otra, este escenario bidimensional trabaja muy bien. La medidas de retraso relativo de enlace de avance produce lo que se conoce como pseudo-rangos en la tarea 404. Estos pseudo-rangos se utilizan en forma extensa en métodos del sistema de posicionamiento global (GPS) y son bien conocidos en la técnica. Utilizando pseudo-rangos, la ubicación de una estación remota se fija mediante un vector, el vector definido por las coordenadas x y, y polarización de rango d. Este vector puede ser expresado como ? = [x y d]t, en donde [ ]t indica la transposición de una matriz. Las medidas disponibles en los retrasos relativos producen medidas de pseudo-rango. Suponiendo un ambiente libre de ruido, la relación entre las medidas de pseudo-rango libres de ruido a una es?ma BS y las tres no conocidas del vector definido anteriormente, está determinada por: Donde * , = ( - . + ( - ?/ )2 > i ß i- N y Xi y y*, son las coordenadas de j_ es?ma 33, y N es el número total de BS utilizadas. Una medida RTD asociada con la primera BS, produce un rango real para la primera BS . Suponiendo un ambiente libre de ruido, la relación entre una medida RTD y la ubicación de una estación remota puede ser determinada por: Las derivadas parciales de los cálculos anteriores con respecto a las tres no conocidas - x, y, y d, se determinan en la tarea 406 dPR: = ? - ?¡ dPR¡ _ y - y; dPR, = 1 dx dy " R, dd dRTD x-x. dRTD _ y- v, dRTD = 0 dx v dd En la tarea 408, se arregla una matriz de derivado H, en donde: Una GDOP puede ser obtenida en la tarea 410 a partir de los primeros dos elementos diagonales de una matriz G definida como: G = (HTH) * y GDOP puede ser convertida fácilmente a una desviación estándar de posicionamiento de error aleatoria (STD), si se supone que cualesquiera errores de medición aleatorio son independientes y distribuidos de manera idéntica (iiD) con un error STD de sR . En dicho caso, la STD del error de posicionamiento horizontal es simplemente GDOP sR . En otra modalidad, las medidas de pseudo-rango N pueden ser reemplazadas con las medidas de diferencia de rango N-l y eliminar d del vector no conocido, produciendo resultados de posicionamiento substancialmente similares. Sin embargo, esta substitución hace más complejo el cálculo GDOP debido a que los errores en las medidas de diferencia de rango no son independientes. Por lo tanto, el cálculo de la matriz G involucra una matriz de co-variación de error no diagonal .

Una vez que GDOP ha sido calculado, la posición de la estación remota es determinada en la tarea 412 utilizando algoritmos iterativos de mínimos cuadrados. Esta técnica algorítmica es bien conocida en la técnica. El método termina en la tarea 414.

Mapas de Contorno GDOP - Arreglo de Triángulo Equilátero . Para ayudar a comprender las importantes mejoras de precisión de la presente invención con respecto a la técnica anterior, y para señalar la contribución de utilizar una o más medias RTD, en las figuras de la 6 a la 8 y de la 10 a la 14, se muestran mapas de contorno de GDOP. El primer ejemplo utiliza tres estaciones base arregladas en un triángulo equilátero tal como se muestra en la figura 5. Con propósitos de comparación, el mapa de contorno de la figura 6, representa una solución de la posición de la estación remota utilizando únicamente tres retrasos relativos (pseudo-rangos) tal como se sugirió en la técnica anterior, la Patente Norteamericana No. 5,646,632. El mapa de contorno de la figura 7, representa una solución utilizando retrasos relativos más un RTD, de acuerdo con nuestro método.

Comparando la figura 7 con la figura 6, se muestran mejoras GDOP significativas fuera de un triángulo hipotético (no mostrado), conectando las tres estaciones base y cerca de las estaciones base. Por ejemplo, en 6000N por 6000E, la técnica anterior produce un valor de 6. La presente invención produce un valor de 1.9. Esta mejora es aún más dramática cuando están disponibles únicamente dos estaciones base, tales como BS #1 y #2 de la figura 5. El método de la técnica anterior falla completamente, mientras que la presente invención produce una precisión razonable, en un área grande, con una ligera ambigüedad debido a la simetría relativa a una linea hipotética (no mostrada) conectando las dos estaciones base (linea de base) . Los contornos GDOP para la presente invención, cuando únicamente existen dos estaciones base en comunicación con la estación remota, se muestran en la figura 8. Por ejemplo, la presencia de únicamente dos estaciones base produce aún grandes áreas con un GDOP más pequeño a dos 2.5 en ambos lados de la linea de base. En el ejemplo anterior, en 6000N por 6000E el GDOP incrementa ligeramente - hasta aproximadamente 2.3 - a partir de la resolución de las tres estaciones base de 1.9 mostrada en la figura 7.

Mapas de Contorno GDOP - Arreglo de Triángulo Obtuso La mejoría en GDOP realizada a partir de utilizar una medida RTD en la determinación de ubicación, es aún más pronunciada en una distribución de las estaciones base de triángulo obtuso. Este arreglo se muestra en la figura 9. En la figura 10 se muestran los contornos GDOP de la invención anterior que utiliza únicamente retrasos relativos, en tanto que en la figura 11 se presenta la presente invención que incluye RTD. Comparando las figuras, en la figura 11 se muestra una mejora dramática en GDOP, especialmente debajo del triángulo obtuso, ésto es, en aproximadamente -2000N e inferior. Tal como se observa comparando el cuadro inferior izquierdo de las figuras, en el cálculo de GDOP, el GDOP cayó desde 10 en la figura 10, en donde no se utilizó una medida RTD, hasta aproximadamente 2 en la figura 11, en donde se utilizó una medida RTD. Haciendo énfasis en lo anterior, entre más pequeño es el valor de GDOP, es mayor la precisión en la determinación de la ubicación de una estación remota utilizando técnicas algorítmicas conocidas.

Determinación de Posición de Estación Remota. Tal como se mencionó, la posición de la estación remota se obtiene utilizando algoritmos iterativos de mínimos cuadrados. Sin embargo, la solución de posición resultante también corresponde a los puntos de intersección entre iso-curvas generadas a partir de las medidas disponibles. Tal como se muestra en la figura 12, las intersecciones del método de la técnica anterior utilizando únicamente medidas de retraso relativo (diferencia de rango), se despliegan en el arreglo de triángulo equilátero de las estaciones base. Estas curvas de diferencia de iso-rango son hipérbolas. Se debe observar que fuera del triángulo hipotético (no mostrado) que conecta las estaciones base, y especialmente cerca de los bordes de la figura, la intersección de las hipérbolas es casi tangencial. Esta característica tangencial representa la causa de los valores GDOP inferiores notados en estas áreas de la técnica anterior. Las curvas de diferencia de iso-rango de la presente invención, se muestran en la figura 13. Incluyendo por lo menos una medida RTD entre la estación remota y, en este ejemplo, BS #1 agrega curvas iso-RTD representadas por los circuios centrados en BS #1 y se extienden hacia afuera del mismo. Estos "circuios" agregan intersecciones favorables (casi perpendiculares) con las curvas de diferencia de iso-rango, resultantes en el GDOP inferior.

Ambigüedad de dos Estaciones Se demuestra la ligera ambigüedad inherente en una modalidad de la presente invención, en donde dos estaciones base están en comunicación con la estación remota 116 en lugar de tres estaciones base, utilizando iso-curvas en la figura 14. Esta figura y descripción ofrece únicamente la distinción de estas dos modalidades de la presente invención. En la figura 14, cualquier intersección entre una curva iso-RTD (dos circuios) y una curva de diferencia de iso-rango (las hipérbolas) tienen una intersección "doble" ó "de espejo" que es simétrica con respecto a una linea hipotética (no mostrada) que conecta las dos estaciones base, en este ejemplo BS #1 y BS #2. Esta intersección doble puede originar ambigüedad en la determinación de la ubicación de la estación remota 116. Si es necesario, esta ambigüedad generalmente puede ser resuelta utilizando información de sector de antena. Por ejemplo, si dos posibles soluciones están determinadas por la ubicación de la estación remota 116, puede ser posible eliminar una con base en las características de transmisión de la antena utilizada para dicho sector o área.

OTRAS MODALIDADES Mientras que se ha mostrado lo que se considera como las modalidades preferidas de la presente invención, los expertos en la materia apreciarán que se pueden realizar varios cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la misma, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Un método para determinar la posición de una estación remota inalámbrica utilizando medidas de enlaces de avance e inversos, en donde el método comprende : medir un retraso relativo para comunicaciones recibidas de dicha estación remota de por lo menos dos estaciones base; ejecutar una medida de rango absoluto (RTD) para una comunicación entre dicha estación remota y por lo menos una de dichas dos estaciones base; y determinar la posición de dicha estación remota utilizando dichas medidas RTD y dichas medidas de retraso relativo, en donde dichas medidas RTD y dichas medidas de retraso relativo están comunicadas con dicha ubicación.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicha determinación de posición se realiza en una de por lo menos dos estaciones base.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicha determinación de posición se realiza en dicha estación remota. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho retraso relativo corresponde a una diferencia de rango entre dicha estación remota y una estación base, y en donde dicha estación remota reduce el número de medidas de retraso relativo comunicadas dicha ubicación promediando dichas medidas de retraso relativo para cada estación base. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la posición de dicha estación remota es representada por un vector ?, en donde ?=[x y d]t , y x y y son coordenadas que representan la posición de dicha estación remota, [ ]t representa la transposición de una matriz, y d es un polarización de rango, y en donde dicho cálculo de posición comprende: determinar una medida de pseudo-rango (PR) de dichas medidas de retraso relativo, en donde la relación entre PR a una estación base j_ es?ma y Q es
PR±= R± + d, i = 1,2,...,N en donde Ri= ^¡(? -?¡)2 + y - v,)2 , i = 1,2,...,N, y en donde x y y± son coordenadas de la estación base i , y N es el numero total de estaciones de base; determinar las derivadas parciales de dicho RTD y dicho PR con respecto a los elementos que comprenden ?, comprendiendo dPR. _ x-x,- dPR; dPR¡ dx R, ' dy *, dd dRTD x-x. dRTD .v- , dRTD = 0 dx R, dy ?. dd arreglando una matriz de derivada H que comprende : determinar la posición de dicha estación remota utilizando un algoritmo iterativo de mínimos cuadrados, en donde la solución de posición resultante corresponde a los puntos de intersección entre iso-curvas que corresponden a dicha medida o medidas RTD y dichas medidas de retraso relativo; y determinar una dilución geométrica de precisión (GDOP) a partir de los dos primeros elementos diagonales de una matriz G, donde G = ([H] [H])"
GDOP= /Gp+G22 y utilizar dicho GDOP para determinar una precisión de dicha solución de posición.
6. El método de conformidad con la reivindicación 5, en donde la relación entre dicha medida RTD entre dicha estación remota y una de por lo menos dos estaciones base está determinada por RTD = (x — x Y + fy — y )2 donde i y yi son las coordenadas que localizan una de por lo menos dos estaciones base .
7. Un aparato de comunicación con la capacidad de determinar la posición de una estación remota utilizando medidas de enlaces de avance e inversos, en donde el aparato comprende : una estación remota; incluyendo dicha estación remota : un receptor de la estación remota; una unidad de medida de retraso relativo acoplada a dicho receptor de la estación remota; un transmisor de la estación remota; un procesador de la estación remota acoplado a dicha unidad de medida de retraso relativo de la estación remota y dicho transmisor de la estación remota; almacenamiento de la estación remota acoplado a dicho procesador; una primera estación base que comprende un primer receptor, un primer transmisor y una unidad de determinación de retraso de viaje redondo; por lo menos otra estación base, en donde dicha estación remota está acoplada en forma comunicativa a dicha primera estación base y a por lo menos otra estación base, y en donde cada una de por lo menos otras estaciones base comprenden: otro receptor; y otro transmisor; en donde dicha unidad de medida de retraso relativo de la estación remota está configurada para medir el retraso de una señal de comunicación recibida por dicha estación remota desde la primera y por lo menos una de las otras estaciones base, y en donde una de dichas estaciones base incluye un procesador, el procesador tiene una capacidad de determinar la posición de dicha estación remota utilizando medidas de retraso realizadas por la unidad de determinación de retraso en viaje redondo, y las medidas de retraso relativo realizadas por la unidad de medición de retraso relativo, y comunicadas a dicho procesador.
8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, en donde dicha estación remota reduce el número de medidas de retraso relativo comunicadas a la estación base promediando las medidas de retraso relativo para cada estación base.
9. El aparato de conformidad con la reivindicación 8, en donde la primera estación base es una de por lo menos otras estaciones base. 10. El aparato de conformidad con la reivindicación 8, en donde dichas medias de retraso se utilizan para determinar un rango absoluto (RTD) desde la estación remota hasta una estación base. 11. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, en donde el procesador determina la posición de la estación remota mediante: determinar una medida de pseudo-rango (PR) a partir de las medidas de retraso relativo, en donde la relación entre PR a una estación base i ?m y ? es
PR¡ = R¡ + d, i = 1,2,...JV en donde Ri = ^¡(?-?¡)2 + (y - y¡)2 , > i = 1,2,...,N, y en donde x y y son las coordenadas de la estación base i 1 , y N es el número total de estaciones de base; determinar las derivadas parciales de RTD y PR con respecto los elementos que comprenden ?, que comprende : dRTD x-x. dRTD y - , dRTD = 0 R dy *. dd arreglando una matri z de de rivada que comprende determinar la posición de la estación remota utilizando un algoritmo iterativo de mínimos cuadrados, en donde la solución de posición resultante corresponde a los puntos de intersección entre iso-curvas correspondientes a la medida o medidas RTD y a las medidas de retraso relativo; y determinar una dilución geométrica de precisión (GDOP) a partir de los primeros dos elementos diagonales de una matriz G, en donde G = [H]T[H])_1 y
GDOP = /G +G y utilizando GDOP para determinar una precisión de dicha solución de posición, en donde la posición de dicha estación remota está representada por un vector ?, en donde ? = [x y d]t, y x y y son coordenadas que representan la posición de dicha estación remota, [ ]t representa la transposición de una matriz y d es un polarización de rango .
12. El aparato de conformidad con la reivindicación 11, en donde la relación entre la medida RTD entre dicha estación remota y una de por lo menos dos estaciones base están determinadas por (x- x¡)2 +(v- v/)2 en donde x\ y y son las coordenadas que localizan una de por lo menos dos estaciones base.
13. Un articulo de manufactura que representa en forma tangible un programa de instrucciones ejecutables leíbles en máquina por un aparato de procesamiento digital y utilizadas para determinar la posición de una estación remota inalámbrica utilizando medidas de enlaces de avance e inversos mediante : medir un retraso relativo para las comunicaciones recibidas por la estación remota de por lo menos dos estaciones base; la medición del retraso de viaje redondo para una comunicación entre la estación remota y por lo menos una de dos estaciones base; y la determinación de posición de dicha estación remota utilizando dicho retraso de viaje redondo y las medidas de retraso relativo, en donde las medidas de retraso de viaje redondo y de retraso relativo están comunicadas a dicha ubicación.
14. El articulo de conformidad con la reivindicación 13, en donde dicha determinación de posición se realiza en una de por lo menos dos estaciones base.
15. El articulo de conformidad con la reivindicación 13, en donde la medida de retraso de viaje redondo corresponde a un rango absoluto (RTD) .
16. El articulo de conformidad con la reivindicación 15, en donde el retraso relativo corresponde a una diferencia de rango entre la estación remota y por lo menos dos estaciones base, y en donde la estación remota reduce el número de medidas de retraso relativo comunicadas a dicha ubicación promediando las medidas de retraso relativo para cada estación base.
17. El articulo de conformidad con la reivindicación 15, en donde la posición de la estación remota está representada por un vector ?, en donde ? = [x y d] t, y x y y son coordenadas que representan la posición de la estación remota, [ ]t representa la transposición de una matriz y d es un polarización de rango, y en donde dicho cálculo de posición comprende: determinar una medida de pseudo-rango (PR) a partir de las medidas de retraso relativo, en donde la relación entre PR a una estación base i ( y ? es PR¡= Ri+d, i = 1,2, ...,N en donde Ri = -^(JC- ,)2 +(>-y,)2 , ' = 1,2, ...,N, y en donde x± y yi son las coordenadas de la estación base j_ es?ma ^ y ^ es e-¡_ número total de estaciones base; determinar las derivadas parciales de RTD y PR con respecto a los elementos que comprenden ?, comprendiendo dPR. _ ?-?, dPR. v- v. dPR¡ dx R. dy ; dd dRTD x-x, dRTD y - y? dRTD = 0 R, dy R. dd arreglando una matri z de de rivada que comprende determinar la posición de la estación remota utilizando un algoritmo iterativo de mínimos cuadrados, en donde la solución de posición resultante corresponde a los puntos de intersección entre iso-curvas que corresponden a la medida o medidas RTD y dichas medidas de retraso relativo; y determinar una dilución geométrica de precisión (GDOP) a partir de los primeros dos elementos T 1 diagonales de una matriz G, en donde G = ([H] [H])" y GDOP= /G +~G" y utilizando dicho GDOP para determinar una precisión de la solución de posición.
18. El articulo de conformidad con la reivindicación 17, en donde la relación entre la medida RTD entre la estación remota y por lo menos una de las estaciones base está determinada por RTD = - ,(X - *XÍ)2 +(y-Ví)2 , en donde xi y son las coordenadas que localizan una estación base.
19. Un aparato utilizado en un sistema de comunicaciones inalámbricas para determinar la posición de una estación remota utilizando medidas de enlaces de avance e inversos, en donde el aparato comprende : primeros medios para medir un retraso relativo para comunicaciones recibidas por dicha estación remota desde por lo menos dos estaciones base; segundos medios para medir un rango absoluto (RTD) para una comunicación entre la estación remota y por lo menos una de por los menos dos estaciones base; y medios de procesamiento para determinar la posición de la estación remota utilizando las medidas RTD y de retraso relativo, en donde las medidas RTD y de retraso relativos son comunicadas a dicha ubicación .
20. El aparato de conformidad con la reivindicación 19, en donde el procesador determina la posición de la estación remota mediante: la determinación de una medida de pseudo-rango (PR) a partir de las medidas de retraso relativo, en donde la relación entre PR a una estación base j_ es?ma y ? es PR¡= R¡ d, i = 1,2,...,N en donde Ri = /(j-?-,)2+(y-y;)2 , i = 1,2,... ,N, y en donde Xi y yt son las coordenadas de la estación base j_ es?ma f y ^ es e]_ número total de estaciones base; determinar las derivadas parciales de RTD y PR con respecto los elementos que comprenden ?, comprendiendo: dPR; x-x¡ _ dPR_- __ _ y__ -_ y_¡ dPR; dx Rt ' dd dRTD x-x, . dRTD _ y - y, dRTD = 0 *? dy R} dd arreglando una matriz de derivada que comprende: la determinación de la posición de la estación remota utilizando un algoritmo iterativo de mínimos cuadrados, en donde la solución de posición resultante corresponde a los puntos de intersección entre iso-curvas que corresponden a la medida o medidas RTD y a las medidas de retraso relativo; y la determinación de una dilución geométrica de precisión (GDOP) a partir de los primeros dos elementos diagonales de una matriz G, en donde G = ([H]1 [H])"1 y GDOP= VGu-l-G22 y utilizando dicho GDOP para determinar una precisión de dicha solución de posición, en donde la posición de dicha estación remota está representada por un vector ?, en donde ? = [x y d]t, x y y son coordenadas que representan la posición de la estación remota, [ ]t representa la transposición de una matriz y d es un polarización de rango
21. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, en donde la relación entre la medida RTD y entre la estación remota y por lo menos una de las estaciones base está determinada por RTD = tj(?-?¡)2 + (y - y¡)2 , en donde x y y son las coordenadas que localizan una estación base.
22. El aparato de conformidad con la reivindicación 21, en donde la determinación de posición se realiza en una de por lo menos dos estaciones base, y en donde los primeros y segundos medios para medir son los mismos medios.
23. El aparato de conformidad con la reivindicación 21, que comprende además medios de procesamiento de la estación remota para reducir el número de medidas de retraso relativo comunicadas a dicha ubicación promediando dichas medidas de retraso relativo para cada estación base; y medios de almacenamiento de la estación remota para almacenar las medidas de retraso relativo y que están acoplados a dicho procesador de la estación remota .