BR9917225B1

BR9917225B1 - Processo e sistema para localizar geograficamente uma unidade de assinante móvel em um sistema de comunicação cdma

Info

Publication number: BR9917225B1
Application number: BRPI9917225-9A
Authority: BR
Inventors: David K Mesecher
Original assignee: Interdigital Tech Corp
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2014-09-23
Also published as: CN1338193A; NO20014539D0; ATE413782T1; CA2489816C; BR9917225A; US6748008B2; US6603800B1; EP1513366B1; HK1041757B; NO326457B1; KR100454309B1; ES2316914T3; DE69922054T2; CN1189056C; ATE282935T1; EP1988736A3; DE69939884D1; US6798824B2; EP1163819B1; EP1163819A1

Description

"PROCESSO E SISTEMA PARA LOCALIZAR GEOGRAFICAMENTE

UMA UNIDADE DE ASSINANTE MÓVEL EM UM SISTEMA DE COMUNICAçãO CDMA" Campo da Invenção A presente invenção diz respeito, em termo geral, u sistemas de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) de espectro de espalhamento. Mais partioularmeme, a presente invenção diz respeito a um sistema e processo que determina a localização geográfica de uma unidade de assinante dentro de um sistema dc comunicação CDMA.

Descrição da Técnica Anterior Sistemas sem fio capazes de localização de um assinante são atualmente conhecidos na técnica. Uma técnica sem fio utiliza o sistema dc posicionamento global (GPS). No GPS, o aparelho de comunicação recebe dados transmitidos continuamente a partir de 24 satélites NAVSTAR. Cada satélite transmite dados indicando a identidade do satélite, a localização do satélite c a hora na qual a mensagem foi enviada. O aparelho compara a hora em que cada sinal foi recebido com a hora que foi enviado para determinar a distância para cada satélite. Fazendo-se emprego das distâncias determinadas entre os satélites e o aparelho juntamente com a localização de cada satélite, o aparelho pode triangular a sua localização e fornecer a informação para uma estação base de comunicação. Entretanto, a incorporação de um GPS dentro dc uma unidade dc assinante aumenta o seu eusto.

Outra técnica de localização de assinante é descrita na patente US5732354. Um telefone móvel usando acesso múltiplo de divisão de tempo (TDMA) como a interface aérea é localizado dentro de uma pluralidade de estações base. O telefone móvel mede a intensidade do sinal recebido a partir de cada uma das estações base e transmite cada intensidade para cada estação base respectiva. Em um centro de comutação móvel, as intensidades do sinal recebido a partir daquelas estações base são comparadas c então processadas.

O resultado limita a distância entre o telefone móvel e cada estação base. A partir dessas distâncias, a localização do telefone móvel é calculada.

Os sistemas de comunicação sem fio utilizando técnicas de modulação de espectro de espalhamento estão crescendo em popularidade.

Em sistemas de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), os dados são transmitidos usando uma largura de banda ampla (espectro de espalhamento) pela modulação de dados com uma seqüência de códigos de chip pseudo- randômica. A vantagem obtida é que os sistemas CDMA são mais resistentes à distorção de sinal e frequências de interferência no caminho de transmissão do que os sistemas de comunicação que utilizam as técnicas de acesso múltiplo por divisão de tempo mais comum (TDMA) ou de acesso múltiplo por divisão de freqüência (FDMA). EP-A2-0865223 é um esquema de estimativa de posição para um sistema celular móvel. Uma primeira e uma segunda seqüências de sinal são trocadas entre a estação móvel e a estação base. Estes sinais podem ser sinais CDMA. Uma diferença de fase entre as primeira e segunda seqüências é usada para determinar uma distância entre a estação móvel e a estação base.

Utilizando múltiplas estações base, a posição é estimada usando triangulação.

Patente US5600706 é um sistema de posição que utiliza uma determinação de faixa em um sistema CDMA. O sistema usa sinais pilotos e a diferença de tempo de chegada (TDOA) e tempo de chegada absoluto (TOA) na determinação de posição. WO98/18018 descreve a localização de um terminal móvel usando duas antenas de um arranjo em um sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de tempo. Uma diferença de fase nos sinais recebidos por duas antenas é usada para determinar um ângulo da linha de centro das antenas até o terminal móvel. A força do sinal recebido é usada para estimar a distância do terminal. A localização do terminal é determinada usando-se o ângulo e a distância determinados. W097/47148 descreve a determinação de uma posição de um terminal móvel dentro de um sistema celular. Um sinal c transmitido cm um nível de potência baixo. O nível de potência é temporariamente aumentado. O sinal transmitido no nível de potência aumentado é usado para fa/er a medição de posição do terminal.

Patente US5736964 divulga um sistema CDMA para localizar uma unidade de comunicação. Uma estação base transmite uma solicitação de localização à unidade. A unidade transmite o tempo dc recepção da mensagem para a estação base. Um grupo dc estações base também determina um tempo recebido de uma sequência de símbolos nas transmissões de unidade. Usando as medições de tempo, a localização da unidade é determinada.

Patente US5506864 descreve um sistema para determinar uma distância entre uma estação base e uma unidade remota em um sistema CDMA. A estação base transmite um sinal CDMA de base para a unidade remota. A unidade remota transmite um sinal CDMA remoto para a estação base. O sinal CDMA remoto tem sua temporização sincronizada com o sinal CDMA de base recebido. A estação base determina a distância à unidade remota pela comparação das sequências dc códigos dc chips do sinal CDMA dc base transmitido c do sinal CDMA remoto recebido.

Existe uma necessidade de se criar um sistema de localização de unidade de assinante móvel precisa que utiliza dados já disponíveis em um sistema de comunicação CDMA existente.

Sumário da Invenção Uma unidade de assinante é geograficamente localizada usando uma pluralidade dc estações base em um sistema dc comunicação CDMA sem fio. Cada estação base transmite um primeiro sinal de espectro espalhado tendo um primeiro código. Para cada primeiro sinal recebido, a unidade de assinante transmite um segundo sinal de espectro espalhado tendo um segundo código. O segundo sinal dc espectro espalhado c sincronizado no tempo com seu primeiro sinal recebido. Uma resposta de impulso de cada primeiro sinal recebido é analisada para determinar um primeiro componente recebido. Em cada estação base, uma resposta de impulso daquele segundo sinal recebido pela estação base é analisada para determinar um primeiro componente recebido. Uma distância entre cada estação base c a unidade de assinante é determinada. A determinação da distância é baseada em parte na diferença de temporizaçâo entre o sinal recebido e o sinal transmitido e o primeiro componente recebido determinado para os segundos sinais. A localização da unidade dc assinante é baseada em parte nas distâncias determinadas, uma localização fixa de cada estação base uma estimativa de probabilidade máxima.

Breve Descrição dos Desenhos Figura 1 é uma ilustração de um sistema CDMA simplificado da técnica anterior;

Figura 2 é uma ilustração de um sistema CDMA da técnica anterior;

Figura 3 é um diagrama em blocos de componentes principais dentro de um sistema CDMA da técnica anterior;

Figura 4 é um diagrama em blocos dc componentes dentro de um sistema CDMA da técnica anterior;

Figura 5 é uma ilustração de um sinal piloto global e um sinal piloto designado sendo comunicados entre uma estação base c uma unidade de assinante;

Figura 6 é um diagrama em blocos de um sistema usando pelo menos três estações base;

Figura 7 é uma ilustração da localização de uma unidade de assinante usando o sistema da Figura 6: Figura 8 é um diagrama em blocos ilustrando os componentes utilizados cm uma unidade dc assinante;

Figura 9 é uma ilustração da localização de uma unidade de assinante usando um sistema com duas estações base;

Figura 10 é uma ilustração da localização de uma unidade de assinante usando um sistema com mais de duas estações base;

Figura 11 é uma ilustração detalhada de um sistema tendo uma estação base com múltiplas antenas;

Figura 12 é uma ilustração de um sistema tendo uma estação base com múltiplas antenas;

Figura 13 é um diagrama em blocos de componentes utilizados no sistema da Figura 11;

Figura 14 é uma ilustração de múltiplos caminhos;

Figura 15 é um gráfico de uma resposta a impulso típica dos componentes de múltiplos caminhos;

Figura 16 é um diagrama em blocos de componentes dentro de um sistema corrigindo os múltiplos caminhos. A invenção será descrita com referência às figuras dos desenhos onde referências numéricas semelhantes representam elementos semelhantes em toda parte. As Figuras 6-12 ilustram sistemas que podem ser utilizados para implementar uma modalidade da invenção descrita em conexão com as Figuras 14-16.

Ilustrado na Figura 1 encontra-se um sistema de comunicação CDMA simplificado. Um sinal de dados com uma largura de banda determinada é misturado com um código de espalhamento gerado por um gerador de seqüência de códigos de chip pseudo-randômico produzindo um sinal de espectro de espalhamento digital. Mediante a recepção, os dados são reproduzidos após a correlação com a mesma seqüência de código de chip pseudo randômico utilizada para transmitir os dados. Todo outro sinal dentro da largura de banda de transmissão aparece como ruído para o sinal sendo desespalhado.

Para sincronização temporal com um receptor, um sinal piloto não modulado é necessário para cada transmissor. O sinal piloto permite que os respectivos receptores sincronizem com um determinado transmissor, permitindo o desespalhamento de um sinal de tráfego no receptor.

Em um sistema CDMA típico, as estações base enviam sinais piloto globais para todas as unidades de assinante dentro de sua faixa de comunicação para sincronizar as transmissões em uma direção de avanço.

Adicionalmente, em alguns sistemas CDMA, por exemplo, um sistema B- CDMA™, cada unidade dc assinante envia um sinal piloto designado singular para sincronizar transmissões em uma direção invertida.

A Figura 2 ilustra um sistema de comunicação CDMA 30. O sistema dc comunicação 30 compreende uma pluralidade dc estações base 36i, 36;...36„. Cada estação base 36i, 36;.36„ está em comunicação sem fio com uma pluralidade de unidades de assinante 40|, 40;..... 40„ que podem ser fixas ou móveis. Cada unidade de assinante 40|, 40;, .... 40„ se comunica com a estação base mais próxima 36, ou a estação base 36| que fornece o sinal de comunicação mais forte. Cada estação base 36,, 36;, .... 36„ está em comunicação com outros componentes dentro do sistema de comunicação 30 como ilustrado na Figura 3.

Uma permuta local 32 está no centro do referido sistema de comunicação 30 e se comunica com uma pluralidade de unidades de interface de rede (NIU) 34h 34,, .... 34,,. Cada NIU está cm comunicação com uma pluralidade de estações transportadoras de rádio (RCS) 38,, 38;.38„ ou as estações base 36,, 36,. .... 36„. Cada (RCS} 38,, 38;, .... 38, ou estação base 36., 36,... 36,, se comunica com uma pluralidade de unidades de assinante 40., 40,,.... 40n dentro de sua faixa de comunicação.

Figura 4 mostra um diagrama em blocos das partes pertinentes dum sistema dc comunicação CDMA de espectro de espalhamento existente.

Cada estação base independente 36,, 36,, .... 36,, gera um sinal piloto global singular utilizando um meio de geração de código de chip piloto global 42i e o meio de processamento de espectro de espalhamento 44,. O meio de geração de código de chip piloto global 42i gera uma seqüência de código de chip pseudo randômico. A seqüência de código de chip pseudo randômico singular é utilizada para espalhar a largura de banda de sinais resultantes tais como 15 MHZ como utilizado na interface aérea B-CDMA™. O meio de processamento de espectro de espalhamento modula a seqüência de código de chip piloto global até a freqüência central desejada. O sinal piloto global é transmitido para todas as unidades de assinante 40i pelo transmissor da estação base 461.

Um receptor 481 numa unidade de assinante 40i recebe sinais disponíveis a partir de uma pluralidade de estações base 36χ, 362, 36n.

Como ilustrado na Figura 5, o piloto global 50i percorre da estação base 36χ para a unidade do assinante 40i e pode ser representado como: Equação (1) O tempo que o sinal leva para percorrer da estação base 36χ para a unidade do assinante 40,, τ,, é igual à distância entre a estação base 36χ e a unidade do assinante 40i, di, dividida pela velocidade da luz, c.

Com referência novamente à Figura 4, um meio de recuperação de código de chip piloto global 54χ dentro da unidade do assinante 40i pode receber seqüências de código de chip piloto global de uma pluralidade de estações base 36i, 362, 36n. A unidade do assinante 40i gera uma réplica de uma seqüência de código de chip piloto global e sincroniza a temporização da réplica gerada com o piloto global recebido 50χ. A unidade de assinante 40i também possui um processador 82χ para realizar as muitas funções de análise da unidade do assinante 40χ. A unidade do assinante 40i gera um sinal piloto designado 52i utilizando os meios de geração de código de chip piloto designado 56i e o meio de processamento de espectro de espalhamento 581. O meio de geração de código de chip piloto designado 56χ gera uma seqüência de código de chip pseudo randômico com sua temporização sincronizada com a seqüência de código de chip piloto global recuperada. Como resultado disso, a seqüência de código de chip piloto designada é retardada por Ti com relação à estação base 36i, 362, 36n. O meio de processamento de espectro de espalhamento 58i gera o sinal piloto designado 52i pela modulação da seqüência de código de chip piloto designada até uma freqüência central desejada. O sinal piloto designado 52i é transmitido para todas as estações base 36χ, 362,..., 36n dentro da faixa para receber o sinal piloto designado 52χ. A estação base 36i recebe o sinal piloto designado 52i com o receptor da estação base 62χ. O piloto designado recebido 52i percorre a mesma distância di que o sinal piloto global 50i, como ilustrado na Figura 5.

De acordo, o sinal piloto designado recebido será retardado por Ti com relação à unidade móvel 40i e por 2τ, com relação ao piloto global 50i gerado na estação base 36χ.

Visto que a seqüência de código de chip do piloto designado 52i recebido a partir da estação base 36i será retardado por 2τ com relação à seqüência de código de chip do sinal piloto global 50i gerado na estação base 36i, o retardo de propagação de ida e volta, 2τ,, pode ser determinado pela comparação da temporização das duas seqüências de código de chip.

Utilizando o retardo de propagação de ida e volta, 2xi, a distância di entre a estação base 36i e a unidade do assinante 40i pode ser determinada por: 2t · dt =c· Equação (2) Se uma seqüência de espalhamento possuindo uma taxa de formação de chips de pelo menos 80 ns for utilizada e o sistema de comunicação possuir a capacidade de rastrear 1/16 de um chip, a distância di pode ser medida em 2 metros.

Figura 6 ilustra um diagrama em blocos de um sistema para implementar a presente invenção. Nenhum hardware adicional é necessário na unidade do assinante 40χ. As únicas mudanças são implementadas por software dentro do processador da unidade de assinante 82i e os processadores 661, 662, 66n, 68, 70χ, 702, 70n localizados dentro da estação base 36χ, NIU 34i ou a Permuta Local 32i, Delegacias 74i, 742,74n e um Despachante de Ambulância 76. A unidade do assinante 40i recebe um sinal da estação base 36i indicando que uma chamada de emergência (911) foi iniciada e solicitando o início do protocolo de localização de assinante. Depois da recepção, a unidade do assinante 40i sincronizará seqüencialmente sua seqüência de código de chip de transmissão para pelo menos três seqüências de código de chip das estações base. Para permitir a recepção por partes das estações base 362, 363,..., 36n fora da faixa de comunicação normal da unidade do assinante, essas transmissões serão enviadas a um nível de energia mais alto do que o normal temporariamente eliminando quaisquer algoritmos de controle de energia adaptativos.

Um processador 661 dentro de cada estação base 36χ, 362, ..., 36n é acoplado ao meio de recuperação de código de chip piloto designado 64i e o gerador de código de chip piloto global 42,. O processador 661 compara as duas seqüências de código de chip para determinar o retardo de propagação de ida e volta Τι, τ2, ..., τη e a distância respectiva di, d2, ..., dn entre a unidade do assinante 40i e a respectiva estação base 36i, 362,..., 36n.

Dentro de qualquer um de NIU 34, ou a permuta local 32, um processador 68 recebe as distâncias di, d2,..., dn dos processadores 661, 662,..., 66n dentro de todas as estações base 36i, 362,..., 36n. O processador 68 utiliza distâncias di, d2, ..., dn para determinar a localização da unidade de assinante 40i como se segue.

Pela utilização da longitude e latitude conhecidas das três estações base 36i, 362, ..., 36n, e as distâncias di, d2, d3, a localização da unidade de assinante 40i é determinada. Como ilustrado na Figura 7 pela utilização de três distâncias di, d2, d3, três círculos 783, 782, 783 com raios 80i, 802, 803 são construídos. Cada círculo 78i, 782, 783 é centralizado em tomo de uma respectiva estação base 36χ, 362, 363. A interseção dos três círculos 78i, 782, 783 é na localização da unidade de assinante 40i.

Utilizando as coordenadas Cartesianas, a longitude e latitude correspondentes a cada estação base 36i, 362,36n é representada como Xn, Yn onde Xn é a longitude e Yn é a latitude. Se X, Y representam a localização da unidade de assinante 40i, utilizando a fórmula de distância as seguintes equações resultam: (X1 - X)2 + (Yj - Y)2 = d2 Equação (3) (X2 - X? + (Y2 - Y? = d22 Equação (4) (X3 - X)2 + (Y3 - Y)2 = d32 Equação (5) Na prática devido a pequenos erros em cálculos as distâncias di, d2, d3, Equações 3, 4 e 5 não podem ser solucionados utilizando-se álgebra convencional. Para compensar pelos erros, uma estimativa de probabilidade máxima é utilizada para determinar a localização e é bem conhecida dos versados na técnica. Para se obter uma precisão aumentada, as estações base adicionais 364, 365, ..., 36n podem ser utilizadas para se calcular as distâncias adicionais para a inclusão na análise de estimativa. A localização da unidade do assinante é enviada através do sistema de comunicação 30 para pelo menos um delegacia 743, 742, ..., 74n e um despachante de ambulância 76. Um processador 70i dentro de cada delegacia 743, 742, ..., 74n e o despachante de ambulância 76 recebe a localização de todas as chamadas de emergência (911) que se originam no sistema e exibe a localização em um monitor de computador convencional 72χ. O monitor compreende uma listagem de todas as chamadas de emergência (911) para os endereços em um mapa geográfico.

Uma abordagem alternativa reduz o número de processadores pela transmissão de dados brutos através do sistema de comunicação 30 e processando os dados brutos em um único local. A Figura 8 é outra modalidade de um sistema de localização.

Pelo menos duas estações base 36χ, 362, ..., 36n possuem sua temporização interna sincronizada uma com a outra e transmitem seus sinais piloto globais respectivos 52i, 522,..., 52n com as seqüências de código de chip sincronizadas no tempo. A unidade de assinante 40i recebe os pilotos globais 52i, 522, ..., 52n, entretanto, os pilotos globais recebidos 52i, 522, ..., 52n não encontram- se sincronizados. O piloto global 52i proveniente de uma primeira estação base 36i percorrerá uma distância di e é retardado por Χχ. O piloto global 522 proveniente de uma segunda estação base 362 percorre uma distância d2eé retardado por τ2. A unidade do assinante 40 χ recupera cada seqüência de código de chip piloto global da estação base com seu meio de recuperação de código de chip piloto global 54χ. Um processador 82χ dentro da unidade do assinante 40, é acoplado a cada meio de recuperação de código de chip piloto global 54χ, 542, ..., 54n. O processador 82ia compara as seqüências de código de chip de cada par de seqüências de código de chip piloto e calcula as diferenças de tempo Ati, At2,..., Atn entre as seqüências como se segue.

Dentro da unidade do assinante 401? as seqüências de código de chip utilizadas por cada estação base 361? 362, ..., 36n são armazenadas.

Após a sincronização com o piloto da primeira estação base 36χ, o processador 82χ irá armazenar onde a sincronização de seqüência foi obtida.

Esse processo é repetido para as outras estações base 362, 363, ..., 36n. O processo de sincronização pode ser realizado seqüencialmente (sincronizando a seqüência de código de chip da primeira estação base, então a segunda, etc.) ou em paralelo (sincronizando todas as estações base ao mesmo tempo).

Pela utilização da diferença de tempo relativa entre x,, x2,..., xn cada seqüência de código de chip da estação base e sabendo-se que o piloto de cada estação base foi enviado ao mesmo tempo, com as duas estações base as diferenças de tempo são calculadas como se segue: Equação (6) Equação (7) As diferenças de tempo At,, At2,At„ são transmitidas a pelo menos uma das estações base 36|.

Pelo menos uma estação base 36| recupera os dados de diferença de tempo dos sinais recebidos utilizando o meio de recuperação de diferença de tempo 84,. Os dados de diferença de tempo são enviados com os dados de distância d| através do sistema de comunicações para um processador 68. O processador 68 determina a localização da unidade de assinante 40, utilizando os dados de diferença de tempo Δΐι, At2.At„ e os dados de distância di, d2..... d„ como se segue.

Utilizando-sc aquela informação proveniente dc apenas duas estações base 36i, 36;, como ilustrado na Figura 9, o processador utiliza as distâncias d,. d2 para criar dois círculos 78,, 782. Utilizando a diferença de tempo, Ati. uma hipérbolc 86] pode scr construída como se segue.

Todos os pontos ao longo da hipérbolc 86| recebem os sinais piloto globais 52,. 522 a partir das estações base sincronizadas 36). 362 com a mesma diferença de tempo Δΐ[. A diferença de tempo Δΐι pode ser convertida em uma diferença de distância Adi substituindo-se Δΐι por t| e Ad por d, na Equaçao 1. Utilizando a formula de distancia e X. Y como a localização da unidade de assinante 40,. a seaumte equaçao resulta: Equação (8) Pela utiliz.açao da Equaçao 8 com as Equações 3 e 4 em uma estimativa de probabilidade máxima, a localização da unidade do assinante 40] pode ser determinada. A localização da unidade do assinante é subsequentemente enviada para o departamento policial mais próximo 74,, 742... 74„ e o despachante de ambulância 76 na área celular.

Para se obter uma precisão aperfeiçoada, estações base adicionais 36|. 362, .... 36„ são utilizadas. A Figura 10 ilustra a invenção utilizada com três estações base 36χ, 362, 363. As distâncias di, d2, d3 são utilizadas para criar três círculos 78χ, 782, 783. Utilizando-se as diferenças de tempo Ati, At2, duas hipérboles que intersectam 861, 8o62 são construídas.

Com a estimativa de probabilidade máxima, a localização das unidades de assinante calculadas com duas hipérboles 861, 862, e três círculos 78i, 782, 783 resultam em uma precisão maior.

Como ilustrado na Figura 8, a unidade de assinante 40i precisa processar cada seqüência de código de chip piloto global para determinar as diferenças de tempo At1? At2, ..., Atn. Uma abordagem alternativa remove o processamento da unidade assinante 40i.

Com referência à Figura 6, a unidade móvel 40i sincronizará o piloto designado para uma das seqüências de código de chip piloto global da estação base, tal como a estação base mais próxima 363 com um retardo de x,. O piloto designado 50i é transmitido para todas as estações base 36χ, 362, ..., 36n. O piloto designado 50i será recebido em cada estação base com um retardo respectivo, Χχ + x3 + Χχ + τ2, x3 + τ3. Cada estação base 36i, 362,..., 36n enviará a seqüência de código de chip retardada juntamente com a distância calculada para um processador 68 localizado em um NIU 34i ou permuta local 32.a O processador 68 calculará as diferenças de tempo At,, At2, ..., Atn comparando as seqüências de código de chip piloto designadas recebidas.

Visto que todas as seqüências de código de chip piloto designadas recebidas são retardadas por Χχ, o retardo x3 cancelará as diferenças de tempo resultantes Ati, At2, ..., Atn. De acordo, a unidade de assinante 40i pode ser localizada utilizando-se as hipérboles 861, 862, como descrito anteriormente.

Figuras 11, 12 e 13 exibem uma estação base 363 com múltiplas antenas 881, 882, ..., 88n. Duas das antenas 881, 882 se encontram ao longo de uma linha central 92 em uma distância conhecida, 1, distanciada como ilustrado na Figura 11. Ambas as antenas 881, 882 recebem o sinal piloto designado 90i, 902 da unidade de assinante 40χ. Entretanto, a antena 882 mais distante da unidade de assinante 40i recebe o sinal através de uma distância ligeiramente maior di’ e com um retardo ligeiro com relação à antena mais próxima 88χ. Este retardo resulta numa diferença de fase de transportador φ, entre os sinais recebidos em cada antena, como ilustrado na Figura 13. Um processador 66 utilizando a diferença de fase de transportador recebida e a seqüência de código de chip recuperada por cada meio de recuperação de código de chip piloto designado 96χ, 962, 96n pode determinar a localização da unidade de assinante 40ia como se segue.

Como ilustrado na Figura 12, a unidade de assinante 40i está localizada a uma distância di em ângulo α da linha central 92 das antenas 88i, 882. Como observado em escala na dita Figura 12, ambos os sinais piloto designados recebidos 90i, 902 parecem ser coincidentes. Entretanto, como ilustrado na Figura 11, os ditos sinais piloto designados recebidos 90i, 902 são ligeiramente separados. O sinal piloto designado recebido 90i retomando para a primeira antena 881 percorre uma distância di. O sinal piloto designado recebido 902 retomando para a segunda antena 882 percorre uma distância ligeiramente maior di’. Como exibido na Figura 11, a diferença entre as duas distâncias di, di’ é uma distância m.

Visto que as distâncias di, di’ entre as antenas 88i, 882 e a unidade de assinante 40i são muito maiores do que a distância 1 entre as antenas 88i, 882 ambos os sinais piloto designados recebidos 90i, 902 seguem aproximadamente caminhos paralelos. Pela constmção de um triângulo reto utilizando um ponto 94 que é a distância di da unidade de assinante 40i como ilustrado na Figura 11, o ângulo oc pode ser determinado pela seguinte relação geométrica: α = COS1 (m/1). Equação (9) A distância m pode ser determinada pela utilização da diferença de fase do transportador, φ, entre os dois sinais recebidos 90i, 902 como se segue: Equação (10) A distância m é igual à diferença de fase entre os dois sinais, φ , em radianos multiplicados pelo comprimento de onda do sinal, λ, dividido por 2π. O comprimento de onda, λ, pode ser derivado da freqüência conhecida f do sinal piloto designado como se segue: λ = c/f Equação (11) O processador 68 também compara as seqüências de códigos de chip do meio de geração de piloto global 42i com a seqüência de códigos de chip piloto designada recuperada para determinar a distância di tal como ilustrado na Figura 6. Utilizando-se ambos o ângulo α e a distância di, o processador 66χ localiza a unidade de assinante 40i utilizando simples geometria. Existem muitas técnicas bem conhecidas dos versados na técnica para eliminar a ambigüidade entre as localizações acima e abaixo das antenas 88i, 882. Uma das ditas técnicas é a utilização da setorização de emprego de antenas. Subseqüentemente, a localização da unidade de assinante é enviada para as delegacias 74χ, 742, ..., 74n e o despachante de ambulância 76.

Antenas adicionais podem ser utilizadas para aperfeiçoar a precisão do sistema.

Uma alternativa seria o uso de mais de uma estação base 36i, 362, 36n. Um processador 68 localizado dentro de uma NIU 34χ ou a permuta local 32 coleta a informação de distância e ângulo para mais de uma estação base 36i, 362, ..., 36n. Utilizando-se a técnica de estimativa de probabilidade máxima, o processador 68 determina uma localização mais precisa da unidade do assinante 40χ. A Figura 14 ilustra os múltiplos caminhos. Um sinal tal como um sinal piloto global é transmitido de uma estação base 36χ. O sinal segue uma multiplicidade de caminhos 98χ, 982, ..., 98n entre a estação base 36χ e a unidade de assinante 40i. A Figura 15 é um gráfico ilustrando a resposta a impulso 100 dos componentes de múltiplos caminhos recebidos. Já que cada componente de múltiplos caminhos recebidos percorre um único caminho, o mesmo chega num receptor com um retardo de propagação determinado pelo comprimento do caminho 98i, 982,98n. A resposta a impulso 100 ilustra a magnitude do sinal coletivo de todos os componentes de múltiplos caminhos recebidos em cada retardo de propagação.

As técnicas de localização de unidade de assinante descritas antes assumem que a unidade de assinante 40χ sincroniza com o componente de múltiplos caminhos da linha de visão 98χ percorrendo a distância di. No entanto, se unidade de assinante sincroniza com um componente de múltiplos caminhos de não linha de visão 98i, 982, ..., 98n, o cálculo da distância será errado devido ao retardo MDi como ilustrado na Figura 15. A Figura 16 é um sistema que corrige os erros resultantes dos múltiplos caminhos. O piloto global 50i é enviado da estação base 36i para a unidade de assinante 40i. A unidade de assinante 40i coleta todos aqueles componentes de múltiplos caminhos usando um receptor 102i de múltiplos caminhos tal como descrito no pedido de patente U.S. No. 08/669.769, Lomp et al. Um processador 82χ no interior da unidade de assinante 40χ analisa a resposta a impulso 100 do sinal piloto global recebido 50i.

Visto que tal componente de múltiplos caminhos da linha de visão 981 percorre a distância mais curta di, o primeiro componente recebido 98i é o componente de linha de visão. Se o componente de linha de visão não é recebido, o primeiro componente recebido 981 será o mais próximo, e, deste modo, será a melhor estimativa disponível para o componente de linha de visão. O processador 82χ compara a seqüência de códigos de chip do primeiro componente recebido 98χ com a seqüência de códigos de chip utilizada para sincronizar a seqüência de códigos de chip piloto designada. Tal comparação determina o retardo devido àqueles múltiplos caminhos, MDi. O retardo dos múltiplos caminhos, MDi, é transmitido para a estação base 36χ.

Um processador 661 e um receptor de múltiplos caminhos 104i dentro da dita estação base 36χ realizam a mesma análise naquele sinal piloto designado recebido. Como resultado disso, o retardo de múltiplos caminhos, MD2, do sinal piloto designado é determinado. Adicionalmente, o meio de recuperação de retardo de múltiplos caminhos 106i recupera o retardo de múltiplos caminhos do sinal piloto global transmitido MDi para uso pelo processador 661. O processador 661 compara a seqüência de códigos de chip piloto global gerada com a seqüência de códigos de chip piloto designada recuperada para determinar o retardo de propagação de ida e volta 2xi. Para se corrigir os múltiplos caminhos, o processador 661 subtrai ambos o retardo de múltiplos caminhos de sinal piloto global MDi e o retardo de múltiplos caminhos de sinais piloto designados MD2 do retardo de propagação de ida e volta calculado, 2xi. O retardo de propagação de ida e volta corrigido é usado para determinar a localização da unidade de assinante em uma das técnicas como descritas anteriormente.

Apesar de a invenção ter sido descrita em parte pela criação de referência em detalhes a determinadas modalidades específicas, tais detalhes são destinados a serem instrutivos, em vez de restritivos. Será apreciado pelos versados na técnica que muitas variações podem ser realizadas na estrutura e no modo de operação dentro do escopo das reivindicações.

Claims

1. Processo para localizar geograficamente uma unidade de assinante (401) móvel em um sistema de comunicação CDMA sem lio usando uma pluralidade de estações base (36). cada estação base (36) transmitindo um primeiro sinal de espectro espalhado tendo um primeiro código, para cada primeiro sinal recebido, a unidade de assinante (4Q|) transmite um segundo sinal de espectro espalhado tendo um segundo código para a referida estação base (36) daquele primeiro sinal recebido sincronizado cm tempo com aquele primeiro sinal recebido, processo este sendo caracterizado pelo fato de: para cada primeiro sinal recebido naquela unidade de assinante (40,). analisar uma resposta a impulso de componentes de múltiplos caminhos daquele primeiro sinal rcecbido. para determinar um primeiro componente recebido; em cada estação base (36). analisar uma resposta a impulso de componentes de múltiplos caminhos daquele segundo sinal recebido da estação base, para determinar um primeiro componente recebido; para cada estação base (36), determinar uma distância entre tal estação base (36) e a unidade de assinante (4(>i) com base, em parte, em uma diferença de temporização entre o segundo código do segundo sinal recebido e o primeiro código daquele primeiro sinal transmitido da estação base e o dito primeiro componente recebido determinado para aquele segundo sinal recebido da estação base; c determinar a localização de tal unidade de assinante (40,) com base. em parte, nas distâncias determinadas, em uma localização fixa de cada estação base (36) e em uma estimativa de probabilidade máxima.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de ditas estações base (36) serem sincronizadas no tempo uma com a outra; dita unidade de assinante (40,) determinar uma diferença de tempo de recepção entre os primeiros sinais recebidos c transmitir uma representação da diferença de tempo; e tal estimativa de probabilidade máxima usar a diferença de tempo determinada para determinar a localização da unidade de assinante.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ditas estações base (36) serem sincronizadas no tempo uma com a outra; uma diferença de tempo de recepção entre cada segundo sinal recebido da estação base ser determinada; e a estimativa de probabilidade máxima usar a diferença de tempo determinada para determinar a localização da unidade de assinante.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por utilizar uma fórmula para uma hipérbole associada com cada diferença de tempo e uma fórmula para um círculo associada com cada distância determinada na estimativa de probabilidade máxima.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de tal transmissão de cada segundo sinal ser sincronizada no tempo com o primeiro componente recebido determinado de seu primeiro sinal recebido.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de tal unidade de assinante (40i) transmitir, para cada estação base (36), uma representação de uma diferença de tempo entre o primeiro componente recebido e um tempo de sincronização daquele segundo sinal transmitido daquela estação base (36).

7. Sistema para localizar geograficamente uma unidade de assinante (40i) móvel em um sistema de comunicação CDMA sem fio usando uma pluralidade de estações base (36), cada estação base (36) transmitindo um primeiro sinal de espectro espalhado tendo um primeiro código, para cada primeiro sinal recebido, a unidade de assinante (40i) transmite um segundo sinal de espectro espalhado tendo um segundo código para a referida estação base (36) daquele primeiro sinal recebido sincronizado em tempo com aquele primeiro sinal recebido, sistema este sendo caracterizado pelo fato de: a unidade de assinante (40i) compreender meio (82χ), para cada primeiro sinal recebido, para analisar uma resposta a impulso de componentes de múltiplos caminhos daquele primeiro sinal recebido, para determinar um primeiro componente recebido; cada estação base (36) compreender meio (66) para analisar uma resposta a impulso de componentes de múltiplos caminhos daquele segundo sinal recebido da dita estação base, para determinar um primeiro componente recebido, meio para determinar uma distância entre aquela estação base (36) e a referida unidade de assinante (40i) com base, em parte, em uma diferença de temporização entre o segundo código do segundo sinal recebido e o primeiro código daquele primeiro sinal transmitido da estação base e o referido primeiro componente recebido determinado para aquele segundo sinal recebido da dita estação base; e meios (66, 68, 70) para determinar a localização da unidade de assinante com base, em parte, nas distâncias determinadas, em uma localização fixa de cada estação base (36) e em uma estimativa de probabilidade máxima.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ditas estações base (36) serem sincronizadas no tempo uma com a outra; dita unidade de assinante (40i) ter meio (82i) para determinar uma diferença de tempo de recepção entre os ditos primeiros sinais recebidos; e meio (60i) para transmitir uma representação da diferença de tempo; e, aquela estimativa de probabilidade máxima usar a diferença de tempo determinada para determinar a localização da unidade de assinante.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ditas estações base (36) serem sincronizadas no tempo uma com a outra; o referido sistema compreender ainda meios (66, 68, 70) para determinar uma diferença de tempo de recepção entre cada segundo sinal recebido da estação base; e, aquela estimativa de probabilidade máxima usar a diferença de tempo determinada para determinar a localização da unidade de assinante.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por utilizar uma fórmula para uma hipérbole associada com cada diferença de tempo e uma fórmula para um círculo associada com cada distância determinada na estimativa de probabilidade máxima.

11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de a transmissão de cada segundo sinal ser sincronizada no tempo com o primeiro componente recebido determinado de seu primeiro sinal recebido.

12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de a unidade de assinante (40χ) compreender meio (60i) para transmitir, para cada estação base, uma representação de uma diferença de tempo entre o componente de linha de visão mais próximo e um tempo de sincronização do segundo sinal transmitido daquela estação base (36).