ES2282822T3 - Determinacion de posiciones de terminales moviles con la ayuda de datos de asistencia transmitidos bajo peticion. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de determinación de la posición de un terminal móvil (UE), que comprende una etapa de adquisición o captación, por parte de dicho terminal (UE), de códigos pseudo-aleatorios, que modulan señales recibidas de satélites (SN) a la vista, pertenecientes a una constelación (CS) de satélites de localización y referidos a un tiempo de referencia, por comparación con copias o reproducciones de señales resultantes de hipótesis, y una etapa de determinación de la posición de dicho terminal (UE) a partir de dichos códigos captados y de datos de navegación contenidos en dichas señales, caracterizado por que, en la etapa de captación, i) se transmiten a dicho terminal datos de asistencia representativos de un tiempo de referencia aproximativo y de su posición aproximativa, ii) se determinan posiciones estimativas de dicha constelación (CS) de satélites (SN), distancias estimativas entre dicho terminal (UE) y cada uno de dichos satélites (SN) a la vista, y efectos Doppler asociados, en función de pares de hipótesis que atañen a dicho tiempo de referencia aproximativo y a dicha posición aproximativa, iii) se determina, para cada par de hipótesis referentes al tiempo de referencia aproximativo y a la posición aproximativa recibidos, una copia o reproducción compuesta de señal correspondiente a dichas posiciones y distancias estimativas, y a dichos efectos Doppler asociados, a lo largo de un intervalo de tiempo escogido, reproducción compuesta que resulta de la suma de reproducciones de las señales de satélites a la vista, y iv) se selecciona el par de hipótesis correspondiente a la reproducción de señal que presenta una correlación máxima con la señal recibida durante dicho intervalo de tiempo, de manera que se determinan dichos códigos pseudo-aleatorios que modulan dichas señales recibidas.
Description
Determinación de posiciones de terminales
móviles con la ayuda de datos de asistencia transmitidos bajo
petición.
petición.
La invención se refiere a la determinación de la
posición o ubicación de terminales móviles por satélites.
Se entiende aquí por "terminal móvil" tanto
los dispositivos (o receptores) dedicados exclusivamente a la
localización por satélites, como los terminales de comunicación
equipados con un dispositivo de localización por satélites, como,
por ejemplo, teléfonos móviles, o asistentes o agendas personales
numéricas (o PDA), eventualmente del tipo capaz de comunicarse.
Como conoce el experto de la técnica, la
localización por satélites consiste en un encadenamiento de dos
etapas. La primera etapa, denominada de adquisición o captación,
consiste en determinar, en el terminal móvil de que se trate, los
códigos pseudo-aleatorios que modulan las señales
procedentes de satélites, denominados "a la vista", que
pertenecen a una constelación de satélites de localización y
referidos a un cierto tiempo de referencia, generalmente denominado
"tiempo del sistema". Se trata, de hecho, de "comparar"
las señales recibidas de los satélites a la vista con copias o
reproducciones de las señales que se obtienen como resultado de
hipótesis sobre el tiempo del sistema y sobre la frecuencia de la
cadencia de los satélites, con el fin de deducir de ello los
códigos pseudo-aleatorios que modulan dichas señales
recibidas o, en otras palabras, de sincronizar el reloj de cadencia
del terminal y su frecuencia con el reloj y la frecuencia de cada
satélite a la vista. Para llevar esto a cabo, se efectúan
habitualmente mediciones de correlación que descansan sobre pares de
hipótesis temporal y de frecuencia.
Se entiende aquí por "constelación de
satélites de localización" una red de localización del tipo de
RNSS (o sea, Servicio vía Satélite de Navegación por Radio
-"Radio Navigation Satellite Service"), como, por ejemplo, la
red de GPS ó la red GLONASS, o incluso la futura red GALILEO.
La segunda etapa consiste en determinar la
posición o ubicación del terminal a partir de los códigos captados
y de datos de navegación contenidos, en particular, dentro de las
señales que se reciben. Esta segunda etapa puede ser, más
precisamente, subdividida en tres sub-etapas: una
sub-etapa de determinación, a partir de los códigos
pseudo-aleatorios captados, de los tiempos de
propagación de las señales entre cada uno de los satélites a la
vista y el terminal, una sub-etapa de determinación,
a partir de los datos de navegación contenidos en las señales y de
los tiempos de propagación, de pseudo-distancias
entre el terminal y cada uno de los satélites a la vista, y una
sub-etapa de determinación de la posición del
terminal a partir de las pseudo-distancias (al
menos por una confrontación cuadrilateral y, más generalmente, por
una resolución numérica del tipo del método de los mínimos
cuadrados con cuatro incógnitas y al menos cuatro medidas). Son
necesarias cuatro medidas para resolver las cuatro incógnitas. En
ciertas condiciones, se utilizan sólo tres medidas al fijar una
incógnita, típicamente la altitud (Z) del receptor, o bien es
posible efectuar hibridaciones con medidas exteriores.
La precisión de cada tiempo de propagación, y,
por tanto, de cada pseudo-distancia, determina
directamente la precisión de la posición. Ahora bien, la precisión
de cada tiempo de propagación depende de la calidad de la captación
de los códigos pseudo-aleatorios de la señal
recibida correspondiente, la cual depende de la calidad de dicha
señal recibida. En consecuencia, cuando una al menos de las señales
recibidas de un satélite a la vista es de mala calidad, lo que es
relativamente frecuente, sobre todo en los entornos accidentados o
con obstáculos, la posición determinada está generalmente afectada
de errores. Es posible incluso encontrarse momentáneamente en la
imposibilidad de determinar la posición del terminal, incluso en el
caso de que las señales procedentes de los otros satélites a la
vista sean de buena calidad.
La invención tiene, por tanto, como propósito
mejorar la situación.
Esta propone, a este efecto, un procedimiento
dedicado a la determinación de la posición de un terminal móvil y
que comprende, como el procedimiento de la técnica anterior, una
etapa de adquisición o captación de códigos de
pseudo-aleatorios, seguida de una etapa de
determinación de la posición del terminal a partir de los códigos
pseudo-aleatorios captados y de los datos de
navegación contenidos en las señales recibidas.
El procedimiento de acuerdo con la invención
está definido en la reivindicación 1. En la etapa de captación:
\bullet se transmite al terminal, de
preferencia, con la petición por parte de éste, datos de asistencia
representativos del tiempo de referencia aproximativo de la
constelación y de su posición aproximativa,
\bullet a continuación, se determinan
posiciones estimativas de la constelación, distancias estimativas
entre el terminal y cada uno de los satélites a la vista, y efectos
Doppler asociados, en función de pares de hipótesis apoyadas en el
tiempo de referencia aproximativo y la posición aproximativa
recibidos,
\bullet a continuación, se determina para cada
par de hipótesis una copia o reproducción de señal, correspondiente
a las posiciones y distancias estimativas, y a los efectos Doppler
asociados, a lo largo de un intervalo de tiempo escogido, y
\newpage
\bullet se selecciona el par de hipótesis que
corresponde a la reproducción de señal que presenta una correlación
máxima con la señal recibida durante el intervalo de tiempo
escogido, con el fin de determinar los códigos
pseudo-aleatorios que modulan cada una de las
señales recibidas.
En otras palabras, se realiza una búsqueda de
"posición geográfica/tiempo del sistema", llevando a cabo una
correlación de la señal con la señal compuesta igual a la suma de
las reproducciones afectadas por el retardo y por el efecto Doppler
correspondiente a una malla que define la posición del receptor (y,
por tanto, de su usuario) y el tiempo del sistema.
De esta forma, contrariamente al procedimiento
anterior, la determinación de los códigos
pseudo-aleatorios, asociados a cada una de las
señales procedentes de los satélites a la vista, se efectúa después
de una fase común de acumulación en el curso de una duración
(intervalo) escogida de la potencia de todas las señales recibidas.
Esto permite mejorar notablemente el umbral de detección, pues toda
la potencia disponible es acumulada en el momento de la
búsqueda.
El procedimiento de acuerdo con la invención
puede comportar otras características que se podrán tomar
separadamente o en combinación, y, en particular:
- los datos de asistencia son transmitidos al
terminal a través de la red de comunicaciones de la que depende,
- los datos de asistencia pueden comportar datos
de "aumento o ampliación", tales como efemérides, provenientes
de un sistema denominado "de ampliación", del tipo SBAS (esto
es, Sistema de Ampliación Basado en Satélite -"Satellite Based
Augmentation System"),
- cuando el terminal móvil es un terminal de
comunicación que pertenece a una red de comunicaciones celular,
cada una de cuyas celdas está gestionada por una estación de base,
la posición aproximativa es, de preferencia, representativa de la
celda en la que está situado cuando requiere dichos datos de
asistencia. En este caso, resulta ventajoso suministrar al terminal
ayudas en frecuencia y en tiempo gracias a la estación de base, de
tal modo que las ayudas en frecuencia hacen referencia a una
suspensión de su oscilador local gracias al oscilador de la
estación de base. A este efecto, es posible, por ejemplo, subordinar
o hacer depender el reloj de cadencia del terminal, que se utiliza
para determinar su posición, del reloj de cadencia de la estación
de base que gestiona la celda dentro de la cual está situado,
- la selección de una copia o reproducción de
señal puede consistir en determinar, para cada reproducción de
señal, una función representativa de su energía de correlación con
la señal recibida, acumulada en el tiempo a lo largo del intervalo
de tiempo elegido, y en retener a continuación la reproducción de
señal que representa la energía más fuerte,
- los datos de asistencia pueden comprender
datos de navegación complementarios, escogidos de entre las
efemérides de los satélites a la vista, primeras correcciones
temporales de los satélites a la vista, representativas de la
separación o desfase temporal entre el tiempo de referencia y su
reloj de cadencia, segundas correlaciones temporales,
representativas de las perturbaciones inducidas por la ionosfera en
la propagación de las señales transmitidas por los satélites a la
vista, así como datos representativos de un modelo de tridimensional
(3D) de la celda dentro de la cual está situado el terminal
solicitante,
- puede procederse, en cada terminal, a la
transmisión a un servidor de datos de información (servidor de
asistencia) representativos de su posición, de tal manera que se
memorice esta posición en correspondencia con el identificador de
la celda en la que se encuentra situado. En este caso, es posible,
igualmente, memorizar datos auxiliares, representativos de la
calidad de los datos de información transmitidos, en correspondencia
con el identificador de la celda. Puede generarse, de esta forma,
un modelo tridimensional de la red de comunicaciones a partir de
los identificadores de celda y de los datos de información y/o datos
auxiliares correspondientes. En otras palabras, en el caso de un
modo de funcionamiento del tipo "asistido por MS"
("MS-assisted") o "basado en MS"
("MS-based"), el terminal reenvía hacia el
servidor de asistencia su posición, así como en número de su celda.
El servidor puede, por tanto, tener al día un registro histórico de
las posiciones (x, y, z) de todos los móviles que han realizado una
localización dentro de la celda. Resulta de ello un modelo numérico
en 3D de terreno, así como una información sobre la cobertura de la
celda. Los lugares donde no se haya realizado ningún punto pondrán
en evidencia un problema de cobertura. De la misma manera, al
transmitir las condiciones de recepción, puede mejorarse el grado
de detalla de la cartografía,
- pueden efectuarse mediciones representativas
de la dinámica del terminal móvil, por ejemplo, con la ayuda de
dispositivos micro-inerciales (del tipo MEMS
-"Micro-Electromechanics"), y estimar a
continuación, a partir de estas mediciones y de los datos de
asistencia, una velocidad, una aceleración y una variación de la
aceleración con respecto a cada satélite a la vista, para después
deducir de éstas una fase inducida y, por fin, determinar la
reproducción de señal teniendo en cuenta la fase inducida.
La invención trata igualmente de un terminal
móvil que comprende medios de adquisición o captación de códigos
pseudo-aleatorios que modulan señales recibidas de
satélites a la vista, que pertenecen a una constelación de
satélites de localización, y referidos a un cierto tiempo de
referencia, por "comparación" con reproducciones de señales
resultantes de hipótesis, así como medios de cálculo que se encargan
de determina la posición del terminal a partir de los códigos
captados y de los datos de navegación contenidos en las señales
recibidas.
Este terminal móvil se define en la
reivindicación 15. Sus medios de captación están encargados, cuando
reciben datos de asistencia representativos de un tiempo de
referencia aproximativo y de la posición aproximativa de dicho
terminal, de preferencia, consecutivamente a una solicitud, de
determinar posiciones estimativas de la constelación de satélites,
distancias estimativas entre el terminal y cada uno de los satélites
a la vista, así como efectos Doppler asociados, en función de pares
de hipótesis que se apoyan en el tiempo de referencia aproximativo
y en la posición aproximativa, de determinar, a continuación, para
cada par de hipótesis, una réplica de señal correspondiente a las
posiciones y distancias estimativas y a los efectos Doppler
asociados, a lo largo de un intervalo de tiempo escogido, y, por
fin, de seleccionar el par de hipótesis que corresponde a la
reproducción de la señal compuesta (suma de las reproducciones
afectadas por el efecto Doppler y por el desfase temporal
correspondiente a las hipótesis) que presenta la correlación máxima,
a lo largo del intervalo de tiempo escogido, con la señal recibida,
con el fin de llevar a cabo la captación de la señal (sincronización
con las señales de los diferentes satélites, o, aquí, localización
previa del terminal (o receptor)).
El terminal móvil de acuerdo con la invención
puede comportar otras características que se podrán tomar por
separado o en combinación, y en particular:
- medios de recepción dispuestos para recibir
tramas de SABS de un sistema de aumento o ampliación, del tipo de
SABS, acoplado o conectado al sistema de navegación por
satélites,
- puede haberse dispuesto de tal forma que
comunique al seno de una red de comunicaciones celular, de manera
que la posición aproximativa recibida es, entonces, representativa
de la celda dentro de la cual se encuentra situado en el momento en
que solicita los datos de asistencia. En este caso, el terminal
puede haberse dispuesto de tal manera que se sirve de ayudas en
frecuencia y en tiempo suministradas por la estación de base de la
red celular con la que está momentáneamente vinculado. Por ejemplo,
el reloj de cadencia de los medios de captación se subordina o hace
depender, preferentemente, del reloj de cadencia de la estación de
base que gestiona la celda dentro de la que está situado,
- medios de captación, encargados de
correlacionar una copia o reproducción particular con la señal
recibida durante el intervalo de tiempo escogido, por ejemplo, con
la ayuda de una función representativa de una energía de
correlación, al objeto de identificar un código de extensión,
- puede estar configurado de manera que
transmita a un servidor (de asistencia) datos de información
representativos de su posición, con el fin de que estos puedan ser
almacenados en una base de datos, en correspondencia con el
identificador de la celda en la que se encuentra situado,
- puede comprender un dispositivo de medición de
micro-inercia, materializado, de preferencia, en
forma de un micro-sistema electromecánico (o MEMS
-"Micro-Electromechanic System") y adecuado
para suministrar mediciones representativas de la dinámica de dicho
terminal. En este caso, los medios de adquisición se han concebido
para estimar, a partir de las mediciones y de los datos de
asistencia, una velocidad, una aceleración y una variación de la
aceleración con respecto a cada satélite a la vista, y deducir de
éstas una fase inducida, para determinar, continuación, la copia o
reproducción de señal, teniendo en cuenta la fase inducida.
La invención trata, además, de un servidor de
asistencia acoplado o conectado a una red de comunicaciones celular
y dispuesto de manera que transmita a terminales móviles del tipo de
los presentados aquí anteriormente, cuando estos realizan la
petición, datos de asistencia, preferentemente a través de su red de
comunicaciones móvil.
Este servidor puede, por ejemplo, transmitir a
los terminales que lo solicitan, datos de asistencia que comprenden
datos de navegación complementarios, escogidos dentro de un grupo
que comprende al menos efemérides de los satélites a la vista,
primeras correcciones temporales de los satélites a la vista,
representativas del error de reloj de los satélites con respecto a
la hora de la constelación de satélites de localización, segundas
correcciones temporales, representativas de las perturbaciones
inducidas por la ionosfera en la propagación de las señales
transmitidas por los satélites a la vista, así como datos
representativos de un modelo tridimensional de la celda en la que
se encuentra situado el terminal solicitante.
El servidor puede, igualmente, comprender medios
de tratamiento que se encargan, cuando reciben datos de información
representativos de la posición de un terminal, de almacenarlos en
una base de datos en correspondencia con el identificador de la
celda de la red de comunicaciones celular dentro de la cual está
situado este terminal. En este caso, los medios de tratamiento
pueden haberse dispuesto, igualmente, para determinar datos
auxiliares representativos de la calidad de los datos de
información recibidos, para memorizarlos a continuación en
correspondencia con el identificador de celda.
Por otra parte, los medios de tratamiento pueden
estar encargados de generar, y después memorizar en la base de
datos, un modelo tridimensional de la red de comunicaciones a partir
de los identificadores de celdas y de los datos de información y/o
datos auxiliares correspondientes. Pueden estar igualmente
encargados de extraer de la base de datos una porción del modelo
tridimensional de la red de comunicaciones, representativa del
modelo tridimensional de la celda en la que está situado el terminal
solicitante, de tal modo que se le transmita esta porción de modelo
en 3D que representa el terreno de la celda en la que se encuentra.
La retícula (posición geográfica/tiempo del sistema) queda así
enriquecida. Además, esto puede permitir determinar la posición del
terminal móvil con solamente tres satélites a la vista (ya no hay,
entonces, más que tres incógnitas independientes, puesto que la
altitud Z es conocida para todo par (X, Y)).
Como variante, los medios de tratamiento pueden
haberse dispuesto solamente para extraer de una base de datos, en
la que son almacenadas porciones de un modelo tridimensional de red
de comunicaciones en correspondencia con identificadores de celdas,
la porción de modelo que es almacenada en correspondencia con el
identificador de la celda en la que se encuentra situado un
terminal solicitante, de manera que se le transmita esta porción
extraída.
La invención está particularmente bien adaptada,
por su puesto de forma no limitativa, a las señales de banda L
moduladas en fase y de acceso múltiple, en particular, de acuerdo
con la técnica denominada W-CDMA. Por otra parte,
la invención está particularmente bien adaptada, por su puesto de
forma no limitativa, a las redes de localización por satélites del
tipo de GNSS, y, más particularmente, a las de tipo de GPS y a los
sistemas de aumento o ampliación de tipo de SBAS.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán de manifiesto por el examen de la descripción detalla
que se da a continuación y de los dibujos que se acompañan, en los
cuales:
- la Figura 1 ilustra de forma esquemática un
ejemplo de realización de una instalación de telecomunicaciones que
permite la puesta en práctica de un procedimiento de acuerdo con la
invención, y
- la Figura 2 ilustra de forma esquemática un
ejemplo de realización de un terminal de comunicación móvil de
acuerdo con la invención.
Los dibujos adjuntos podrán no sólo servir para
completar la invención, sino también para contribuir a su
definición, llegado el caso.
La invención concierne a la determinación de
posiciones de terminales móviles en el seno de una instalación de
telecomunicaciones.
Se entiende aquí por "instalación de
telecomunicaciones" una instalación que comporta al menos una red
de comunicaciones que se comunica con terminales móviles y un
sistema denominado "de asistencia" (o de ayuda), encargado de
difundir datos de asistencia y, en particular, datos de navegación
complementarios concernientes a un sistema de localización, como,
por ejemplo, una red de localización por satélites.
Por otra parte, se entiende aquí por "terminal
móvil" (UE) todo tipo de terminal capaz de recibir al menos
señales que contienen datos de navegación de la red de localización
por satélites, así como datos de asistencia del sistema de
asistencia. Podrá tratarse, por lo tanto, de simples dispositivos
portátiles de localización por satélites, ya sea portátiles, ya sea
dispuestos a bordo de un vehículo terrestre, marino o aéreo, y que
implementen al menos una aplicación ligada a la localización, ya sea
de teléfonos móviles, ya sea de asistentes o agendas personales
numéricas (o PDA), o computadoras portátiles equipadas con tal
dispositivo de localización por satélites y que implementen
igualmente al menos una aplicación ligada a la localización.
En lo que sigue se considerará, a título de
ejemplo, como se ilustra en la Figura 1, que la instalación
comprende no sólo al menos una red de comunicaciones (radio) móvil
(materializada aquí por una de sus estaciones de base BTS), sino
igualmente una red de localización por satélites (materializada por
su constelación CS de satélites SN). Esta red de comunicaciones
móvil es aquí de tipo celular, como, por ejemplo, las redes de tipo
de GSM/GPRS y UMTS (y todas sus equivalentes).
Por supuesto, la instalación podrá ser de tipo
híbrido. Se entiende aquí por instalación híbrida una instalación
de comunicaciones por satélites que comporta una o varias estaciones
emisoras, uno o varios satélites de telecomunicación y una
multiplicidad de receptores implantados en lugares escogidos de la
red.
La red de localización por satélites es del tipo
de RNSS (o sea, Sistema de Satélites de Navegación por Radio
-"Radio Navigation Satellite System"). Se trata, por ejemplo,
de la red de GPS. Aunque podrá tratarse de cualquier otro tipo de
red de RNSS, como, por ejemplo, la red GLONASS o la futura red
GALILEO, o bien de una combinación de al menos dos de las tres
redes anteriormente citadas. Esta red de localización por satélites
CS puede, como es aquí el caso, estar acoplada o conectada a un
sistema de ampliación, como, por ejemplo, un sistema SABS (esto es,
Sistema de Ampliación Basado en Satélite -"Satellite Based
Augmentation System"), encargado de difundir, con la ayuda de
satélites geoestacionarios SG, tramas que contienen, en particular,
datos de navegación concernientes a la constelación GS y generados
por al menos una estación ubicada en tierra (no representada).
Aunque puede contemplarse cualquier otro tipo de sistema de
ampliación, ya sea local o accesible a través de la red
Internet.
La red de comunicaciones celular comprende un
servidor de asistencia SE que está aquí unido o enlazado con la
estación de base por razones de simplificación. Este servidor de
asistencia SE comprende, aquí, un receptor de navegación R, capaz
de recibir las señales de GPS de la constelación CS (o, más
generalmente, las señales de RNSS). Este receptor de RNSS, R, puede
igualmente ser capaz de recibir las señales del sistema de
ampliación SBAS.
\newpage
Se considera, por otra parte, en lo que sigue, a
título de ejemplo ilustrativo, que los terminales móviles son
teléfonos móviles de UE que pueden comunicarse con la red celular y,
en particular, con sus estaciones de base BTS, gracias a un
emisor/receptor ER, y que pueden comunicarse con la red de
localización por satélites CS y el sistema de ampliación (SG)
gracias a un dispositivo de localización por satélites DPS, por
ejemplo, de tipo de GPS, que en lo sucesivo se denomina dispositivo
DPS.
Al ser la configuración de la instalación y su
modo de funcionamiento global enteramente convencionales, no serán
descritos con más detalle. La invención trata, en efecto, más
particularmente, del procedimiento de adquisición o captación
puesto en práctica por los terminales móviles en cooperación con el
servidor de asistencia SE y, eventualmente, con la (o las) estación
(estaciones) de tierra del sistema de ampliación. En otras palabras,
la invención no trata ni del funcionamiento del sistema de
navegación por satélites CS, ni del de un sistema de ampliación,
por ejemplo, de tipo de SABS, los cuales permanecen inalterados en
relación con los de la técnica anterior.
Los mensajes de SABS contienen datos destinados
a corregir los datos de navegación suministrados por los satélites
de localización SN de la constelación CS, al objeto de mejorar la
calidad (precisión, integridad, continuidad y disponibilidad) de la
localización determinada por un dispositivo DPS en el seno de un
teléfono móvil UE.
Más precisamente, estos datos de SBAS permiten
generalmente corregir errores de sincronización temporal entre
satélites de navegación SN y/o errores de efemérides y/o errores de
propagación. Pueden contener igualmente informaciones relativas a
la integridad de los datos de navegación y correcciones
ionosféricas.
El receptor de RNSS R del servidor de asistencia
SE está, por tanto, aquí, no sólo encargado de recuperar los datos
(o señales de GPS) procedentes de la constelación CS, sino
igualmente las señales (o mensajes) de SBAS emitidas por el
satélite geoestacionario SG del sistema de ampliación, con el fin de
que dicho servidor de asistencia SE enriquezca los datos de
asistencia de los mensajes de asistencia destinados a los terminales
móviles UE, con los datos que éstas contienen.
Los datos de asistencias son enriquecidos
gracias a los datos del sistema SBAS de una de las siguientes
maneras:
- el modelo de navegación (Efemérides) es
modificado de tal manera que tiene en cuenta las correcciones de
SBAS (correcciones rápidas, o "Fast Corrections", correcciones
a largo plazo, o "Long Term Corrections", correcciones
características de la ionosfera, o "Ionosphere Corrections",
correcciones de reloj, o "Clock Corrections");
- el servidor difunde hacia el móvil
correcciones diferenciales locales calculadas a partir de datos de
SBAS. El servidor puede, además, llevar a efecto una lógica de
elección entre:
- -
- correcciones diferenciales locales establecidas gracias a un receptor de referencia cuando el móvil al que están destinadas estas correcciones se encuentra próximo al receptor de referencia,
- -
- correcciones diferenciales locales establecidas gracias a las correcciones difundidas por los sistemas SBAS (WAAS, EGNOS, MSAS, etc....) cuando un elemento muestra que estas correcciones aportan más precisión que las establecidas por un receptor de referencia, sobre todo si el Móvil se encuentra lejos del receptor de referencia.
Se recuerda igualmente que los satélites de
localización SN de la constelación CS poseen relojes de cadencia
que están sincronizados entre sí, de tal manera que la constelación
CS dispone de un tiempo de referencia, denominado igualmente tiempo
del sistema (o aquí, tiempo de GPS).
Por otra parte, cada satélite de localización SN
se ha dispuesto de tal manera que emite espectros extendidos (o
"spread spectrum") bajo la forma de señales en banda L
moduladas en fase y de acceso múltiple, las cuales están
referenciadas con respecto al tiempo de GPS. Por ejemplo, las
señales son moduladas y codificadas de acuerdo con la técnica
denominada de W-CDMA. Al ser este tipo de modulación
bien conocido por el experto de la técnica, no se describirá en
detalle. Se recuerda simplemente que la portadora en banda L (u
otra) es modulada por extensión de espectro (BPSK) con la ayuda de
un código binario resultante de la suma (en módulo 2) de un código
pseudo-aleatorio (escogido de entre una lista de
códigos de extensión ortogonales entre sí, como, por ejemplo, los
códigos de Gold (o "Gold codes")).
Más precisamente, en el caso de un sistema GPS
(Sistema de Localización Global -"Global Positioning System"),
cada satélite de localización SN emite señales dentro de la banda L1
(1.575,42 MHz), moduladas por dos códigos
pseudo-aleatorios, denominados códigos C/A (o código
de adquisición aproximado -"coarse acquisition code") y
códigos P (igualmente denominados códigos Y cuando están cifrados),
así como, generalmente, señales dentro de la banda L2 (1.277,6
MHz), moduladas por un código pseudo-aleatorio
Y.
Estas señales moduladas contienen igualmente
datos de navegación, como, por ejemplo, el tiempo de GPS de la
constelación CS, sus instantes de emisión y las efemérides del
satélite de localización SN que las ha emitido.
El propósito de un dispositivo DPS es, por
tanto, sincronizarse en primer lugar con las señales que recibe de
los satélites de localización SN a la vista, a fin de poder
determinar el tiempo de propagación de cada señal recibida entre el
satélite SN considerado y el teléfono móvil UE al que equipa, a
continuación, los datos de navegación contenidos en estas señales
así como los datos de navegación complementarios contenidos en las
tramas difundidas por el sistema de ampliación (SG), y, por último,
la posición de dicho teléfono móvil UE.
Para llevar esto a cabo, y como se ha indicado
en la parte introductoria, el dispositivo DPS lleva a efecto dos
grandes etapas: una etapa de adquisición o captación de los cogidos
pseudo-aleatorios y una etapa de la posición. La
invención se refiere principalmente a la etapa de captación.
Al no haberse variado la etapa de determinación
con respecto a la que se lleva a efecto en los dispositivos DPS de
la técnica anterior, tan sólo se evocarán más adelante sus
principales sub-etapas.
Como se ha ilustrado mejor en la Figura 2, cada
dispositivo DPS comprende una tarjeta CR ("carte") dedicada a
la recepción de las señales (en banda L en el caso de un sistema
GPS) que contienen las informaciones de navegación, generalmente en
forma de datos, transmitidas por la constelación CS, y,
eventualmente, tramas de SBAS que contienen datos de navegación
complementarios que provienen del sistema de ampliación (SG), así
como a la captación de códigos pseudo-aleatorios.
Esta tarjeta CR está, por ejemplo, acuñada o emplazada en las
frecuencias de emisión L1 y L2 de los satélites de localización SN.
La frecuencia de emisión del satélite geoestacionario SG del
sistema de ampliación es, habitualmente, L1. La tarjeta CR se ha
dispuesto, por otra parte, de manera que recibe los mensajes de
asistencia procedentes de la red de telefonía móvil.
La tarjeta CR está, por lo tanto, encargada de
poner en práctica la etapa de captación de acuerdo con la invención.
Para llevar esto a cabo, comprende, en primer lugar, un módulo de
interrogación M, a cargo, cuando lo estima necesario, de dirigir al
servidor de asistencia SE un mensaje solicitándole transmitir a su
teléfono móvil UE datos de asistencia representativos al menos del
tiempo de referencia (o tiempo de GPS, o incluso tiempo del
sistema) aproximativo de la constelación CS (informaciones de
sincronización de la constelación CS) y de su posición aproximativa
(localización previa bajo la forma de la posición de la celda en la
que se encuentra, u otra en tanto en cuanto ésta haya sido emitida
expedida desde la red de asistencia).
Como se verá más adelante, estos datos de
asistencia pueden ser, igualmente, datos de navegación
complementarios que serán utilizados a la hora de realizar la etapa
de determinación de la posición, como, por ejemplo, números de PRN
a la vista, efemérides de los satélites, correcciones ionosféricas,
correcciones de reloj, y un modelo numérico del terreno de la
celda, por ejemplo, tridimensional (3D).
Los mensajes que requieren la asistencia del
sistema de asistencia son transmitidos al servidor de asistencia SE
por el módulo de emisión/recepción MER de la tarjeta CR del terminal
UE, de la misma manera que los datos de comunicación
convencionales. Contienen, por supuesto, el identificador del
teléfono móvil UE de que se trata. Por otra parte, al estar aquí el
dispositivo DPS implantado en un teléfono móvil UE que pertenece a
una red celular, se supone que está situado, en el momento en que
genera su solicitud, dentro de una de las celdas de la red. En
consecuencia, el módulo de interrogación MI puede integrar en su
mensaje de solicitud de asistencia (incluso si estas informaciones
permanecen habitualmente en situación interna dentro de la red) la
posición de la celda (o su identificador) en la cual está situado su
dispositivo DPS, y que ha obtenido del módulo de gestión MG del
teléfono móvil UE.
Por otra parte, resulta particularmente
ventajoso subordinar o hacer depender el reloj de cadencia del
dispositivo DPS del teléfono móvil UE del reloj de cadencia de la
estación de base BTS que gestiona la celda dentro de la cual está
situado. El reloj de la estación de base BTS es, en efecto, mucho
más preciso que el del teléfono móvil UE.
Preferiblemente, el servidor de asistencia SE
comprende una base de datos BD que contiene el tiempo de GPS
aproximativo de la constelación CS y las posiciones de un punto de
referencia, por ejemplo, el centro, de cada celda de la red
celular. En el caso contrario, el servidor de asistencia SE ha de
interrogar su red celular para que esta le transmita la posición de
la celda en cuestión. Por otra parte, cuando el mensaje de solicitud
de asistencia requiere igualmente datos de navegación
complementarios concernientes a ciertos satélites de localización,
el servidor de asistencia SE escucha, por la intermediación de su
receptor de RNSS R, las señales y los mensajes de navegación
expedidos, en particular, desde la constelación de navegación
CS.
Una vez en posesión de los datos de asistencia,
el servidor de asistencia SE se los comunica al terminal solicitante
UE, a través de la red celular.
La tarjeta CR recibe estos datos de asistencia y
los comunica a un modelo de tratamiento MT que ésta comprende y que
está encargado de constituir pares de hipótesis acerca del tiempo de
GPS efectivo y de su posición efectiva, a partir del tiempo de GPS
aproximativo recibido y de su posición aproximativa recibida.
Después, una vez constituidos los pares de
hipótesis, el módulo de tratamiento MT determina para cada par de
hipótesis posiciones absolutas estimativas de los satélites SN de la
constelación CS.
Determina, a continuación, siempre para cada par
de hipótesis, las distancias estimativas entre el teléfono móvil UE
y cada uno de los satélites de localización SN a la vista, a partir
de las posiciones estimativas de la constelación a la vista.
A continuación, determina, igualmente para cada
par de hipótesis, los efectos Doppler asociados a cada uno de los
satélites de localización SN a la vista, teniendo en cuenta sus
posiciones aproximativas y las distancias que los separan del
teléfono móvil UE.
Una vez en posesión de los valores estimados de
las posiciones, las distancias y los efectos Doppler para cada par
de hipótesis, el módulo de tratamiento MT puede determinar entonces,
para cada par de hipótesis, una copia o reproducción de señal S,
correspondiente a la suma (o acumulación) de las señales en la banda
L que deberían ser recibidas, con procedencia de los satélites SN a
la vista, durante el intervalo temporal escogido, teniendo en
cuenta el par de hipótesis considerado. La siguiente relación es un
ejemplo de reproducción de señal en el caso de pares de hipótesis
posición/tiempo:
S_{k,n}(t) =
\sum\limits^{N_{SAT}}_{i = 1}C_{i}(t - \tau_{i,k,n})e^{2_{\pi i
f_{i,k,n^{t}}}}
El par de índices (k, n) representa aquí el par
de hipótesis posición geográfica/tiempo, i es el índice que designa
un satélite SN a la vista, N_{SAT} es el número de satélites SN a
la vista, C_{i} designa el código de extensión del satélite i,
T_{i,k,n} es el retardo temporal entre el tiempo de GPS de emisión
y el tiempo de recepción recibidos del satélite i, y f_{i,k,n} es
la frecuencia recibida de cadencia del reloj del satélite SN a la
vista de índice i, corregida gracias a la hipótesis de tiempo de
constelación/posición aproximativa del terminal UE.
Esta acumulación de la señal recibida a lo largo
de un intervalo de tiempo escogido se hace aquí posible por el
hecho de que los satélites SN de la constelación CS están
sincronizados.
El módulo de tratamiento MT selecciona a
continuación el par de hipótesis que corresponden a la reproducción
de señal que presenta una correlación máxima con la señal recibida
(o acumulada) durante el intervalo de tiempo.
Para llevar esto a cabo, éste determina, de
preferencia, para cada reproducción de señal y, por tanto, para
cada par de hipótesis, una función representativa de su energía de
correlación, con la suma de las señales efectivamente recibidas a
lo largo del intervalo escogido. Se saca de esta forma partido,
ventajosamente, de la acumulación de las señales a lo largo del
intervalo de tiempo escogido. La estimación de una función de
correlación se ve, en efecto, facilitada en gran medida cuando la
señal tiene poco ruido.
A continuación, el módulo de tratamiento MT
retiene la reproducción de señal que presenta la energía (de
correlación) más fuerte.
Esta reproducción de señal retenida corresponde
a un par de hipótesis que es, por tanto, seleccionado. En otras
palabras, al final de este tratamiento, el módulo de tratamiento MT
dispone del tiempo de GPS y de la posición del teléfono móvil UE
que son los más probables. Puede, por lo tanto, sincronizarse con
cada señal recibida de un satélite SN a la vista, con el fin de
determinar los códigos pseudo-aleatorios utilizados
para modularlo.
Una vez determinados los códigos
pseudo-aleatorios, y, por tanto, una vez que se ha
llevado a cabo la sincronización con los códigos
pseudo-aleatorios, el módulo de tratamiento MT ha de
realizar una estimación fina de las sincronizaciones, para después,
eventualmente, desmodular.
Es preferible, no obstante, contemplar un
tratamiento adicional previo a la desmodulación. En efecto, el
sistema de ampliación del tipo de SBAS y la red de localización por
satélites del tipo de GPS se sirven de una técnica de extensión del
espectro que se fundamenta sobre secuencias periódicas de códigos de
extensión, como, por ejemplo, los códigos de Gold. Ahora bien, la
duración de estas secuencias es, en general, veinte veces más corta
que la duración convenida para un bit de información de la señal. En
consecuencia, la fase de sincronización con los códigos
pseudo-aleatorios debe estar seguida,
preferiblemente, de una etapa de sincronización de bits.
La sincronización de bits puede consistir, por
ejemplo, en "desextender" o deshacer la extensión (o
"despreading") de la señal a la cadencia de la secuencia de
códigos, es decir, 1 kHz, después de haber efectuado la
sincronización de códigos pseudo-aleatorios. Se
procede, a continuación, a una detección de frecuencia al aplicar
una transformada de Fourier rápida (o FFT -"Fast Fourier
Transform") a la señal con su extensión desecha o invertida. Esto
permite, en efecto, estimar el efecto Doppler residual con una
incertidumbre inferior a aproximadamente 25 Hz. Para llevar esto a
cabo, puede realizarse, por ejemplo, una FFT sobre 1.024 muestras,
correspondientes a aproximadamente un segundo (1 s). A
continuación, se procede a la corrección de la frecuencia detectada.
Por último, utilizando un operador específico, se determina la
transición de bit considerando que la secuencia de códigos está
sincronizada sobre el bit y que cada bit está constituido por veinte
(20) códigos pseudo-aleatorios completos, lo que
corresponde a 20 \times 1 ms.
El operador específico utilizado puede ser, por
ejemplo, del tipo siguiente:
S(n) =
\sum\limits^{N bit}_{i=1} \left|\sum\limits^{20}_{k = 1} S_{k +
20\text{*}i+n} - \sum\limits^{20}_{k = 1} S_{k +
20\text{*}(i-1)+n}
\right|^{2}
donde S representa una muestra de
señal con su extensión desecha, a 1
kHz.
Por ejemplo, la señal S se calcula sobre un
cierto número de bits (Nbit) igual a 50 (50) para una duración de
señal de un segundo.
El máximo de S(n), cuando n varía entre 0
y 19, da la transición de bit.
Este tipo de sincronización de bits resulta
particularmente ventajoso puesto que es poco consumidor de tiempo
de cálculo. Además, permite descorrelacionar o deshacer la
correlación entre los diferentes problemas de estimación inducidos
por el tratamiento de las señales de GPS.
Una vez que se ha efectuado la sincronización de
bits, puede comenzar la etapa de determinación de la posición.
El dispositivo DPS comprende, a este efecto, un
primer módulo de cálculo MC1, encargado de determinar, para cada
señal desmodulada, su tiempo de propagación entre el satélite SN a
la vista, que la ha emitido, y el teléfono móvil UR (o, más
precisamente, su dispositivo de DPS). Para llevar esto a cabo,
utiliza la fecha de emisión de la señal, integrada dentro de dicha
señal por el satélite que la ha emitido, y la fecha de recepción
asociada a la señal por el módulo de emisión/recepción MER del
dispositivo de DPS en el momento de su recepción.
Estos tiempos de propagación alimentan un
segundo módulo de cálculo MC2, encargado de determinar, a partir,
por una parte, de los datos de navegación contenidos en cada señal y
de los datos de navegación complementarios contenidos en los
mensajes de SBAS tradicionales y/o de asistencia recibidos del
sistema de asistencia (servidor SE), y, por otra parte, del tiempo
de propagación asociado, la pseudo-distancia entre
el teléfono móvil UE y el satélite SN a la vista,
correspondiente.
Los datos de asistencia, que pueden remplazar o
completar los datos extraídos de los mensajes (o señales)
procedentes de los satélites de SN y que pueden ser transmitidos a
un dispositivo DPS por el sistema de asistencia (servidor de
asistencia SE), son, por ejemplo, las efemérides de los satélites de
localización SN a la vista del teléfono móvil UE de que se trate,
y/o correcciones temporales de los satélites de localización SN a la
vista del teléfono móvil UE de que se trate, representativas de la
separación o desfase temporal entre el tiempo de GPS y el reloj de
cadencia del dispositivo DPS del teléfono móvil UE en cuestión, y/o
segundas correcciones temporales representativas de las
perturbaciones inducidas por la ionosfera en la propagación de las
señales transmitidas por los satélites de localización SN a la
vista del teléfono móvil UE de que se trate, y/o datos
representativos de un modelo tridimensional (3D) de la celda en la
que se encuentra situado el terminal solicitante.
Estos datos de navegación complementarios, y, en
particular, los datos de corrección, son utilizados por el segundo
módulo de cálculo MC2 para corregir los datos de navegación
transmitidos dentro de las señales en banda L por los satélites SN
a la vista. Permiten mejorar la sensibilidad de los tratamientos y,
en consecuencia, mejorar la precisión de los cálculos.
Pero ciertos de estos datos de navegación, como,
por ejemplo, los datos del modelo 3D, pueden servir igualmente en
la fase siguiente de determinación de la posición.
Las pseudo-distancias asociadas
a cada satélite SN a la vista, determinadas por el segundo módulo de
cálculo MC2, alimentan un tercer módulo de cálculo MC3, encargado
de determinar la posición del teléfono móvil UE. Más precisamente,
el tercer módulo de cálculo MC3 determina la posición al menos por
una confrontación cuadrilateral y, más generalmente, por una
resolución numérica del tipo del método de los mínimos cuadrados con
cuatro incógnitas y al menos cuatro medidas, a partir de las
pseudo-distancias (en general, en número de cuatro
(4)), de ciertos datos de navegación corregidos y/o de ciertos
datos de asistencia, como, por ejemplo, los datos del modelo 3D de
la celda en la cual se encuentra situado su teléfono móvil UE.
Este modelo 3D puede ser particularmente útil
cuando el tercer módulo de cálculo MC3 no dispone más que de tres
pseudo-distancias para determinar la posición del
teléfono móvil UE. Este caso puede presentarse, en particular, en
los entornos accidentados en los que el teléfono móvil UE no ve más
que tres satélites SN.
La salida del tercer módulo de cálculo MC3
alimenta en posiciones el módulo de gestión MG del teléfono móvil
UE. El dispositivo DPS de acuerdo con la invención, y, en
particular, su módulo de interrogación MI, su módulo de tratamiento
MT, y sus módulos de cálculo MC1, MC2 y MC3, pueden ser realizados
en forma de circuitos electrónicos, módulos logiciales o de
programación (o informáticos), o una combinación de circuitos y
logiciales.
Es importante apreciar que el modelo 3D de una
celda de una red celular (que puede ser transmitido por el sistema
de asistencia (servidor de asistencia SE) a un terminal móvil UE
bajo la forma de datos de navegación complementarios) puede ser
elaborado a partir de los cálculos de posición llevados a cabo por
los diferentes terminales móviles UE que pertenecen a dicha red
celular.
Es posible, en efecto, contemplar que cada
dispositivo DPS se haya dispuesto de manera que transmita al
servidor de asistencia SE del sistema de asistencia las
pseudo-distancias determinadas por su segundo módulo
de cálculo MC2 (en un modo de funcionamiento del tipo "asistido
por MS" -"MS-assisted"), o bien las
posiciones determinadas por su tercer módulo de cálculo MC3 (en un
modo de funcionamiento del tipo "basado en MS"
-"MS-based"), acompañadas del identificador de
la celda en la que está implantado.
El servidor de asistencia SE comprende entonces
un módulo de tratamiento PM que se encarga, cuando recibe datos de
información representativos de la posición de un terminal móvil UE
(pseudo-distancias o posiciones), de almacenarlos
en su base de datos BD, en correspondencia con el identificador de
la celda de la red celular dentro de la cual se encuentra situado
este terminal móvil UE.
En este caso, el módulo de tratamiento PM se ha
dispuesto, de preferencia, de manera que determine datos auxiliares
representativos de la calidad de los datos de información recibidos
y, a continuación, los memorice en correspondencia con el
identificador de celda. Se entiende aquí por "calidad" un
parámetro físico tal como, por ejemplo, la intensidad o el nivel de
la señal (GSM) recibida. Estos datos auxiliares pueden, en
particular, ser utilizados en el operador de la red de telefonía
móvil.
Igualmente, resulta particularmente ventajoso
que el módulo de tratamiento PM se haya dispuesto de manera que
elabore progresivamente un modelo tridimensional (3D) de la red
celular a partir de los identificadores de celda y de los datos de
información y/o datos auxiliares correspondientes. Más precisamente,
el módulo de tratamiento PM puede determinar la zona cubierta por
cada celda de la red, ya que dispone de las posiciones en las que
los teléfonos móviles UE están en condiciones de comunicarse. Por
supuesto, el modelo 3D de la red se encuentra almacenado en la base
de datos BD del servidor de asistencia SE. Puede ser puesto al día
de forma continua o de forma periódica, o incluso por orden, según
las necesidades.
Como se ha indicado anteriormente, una porción
de este modelo 3D de la red, que representa una celda, puede ser
transmitido a continuación al terminal móvil UE que lo requiera, en
forma de datos de navegación complementarios.
Gracias a estas informaciones acerca de la red,
obtenidas de forma pasiva, sin que sea necesario efectuar campañas
de mediciones, el operador de la red dispone de informaciones
preciosas en tres dimensiones (3D), que le permitirán mejorar la
cobertura geográfica de su red o proceder a una intervención de
mantenimiento o de reparación. Pueden, en efecto, determinarse así
las zonas de sombra, o las zonas en las que se ha producido un
problema técnico (zonas de sombras del sistema RNSS o zonas de
sombras de la red de comunicaciones móvil). Esto puede igualmente
hacer posible determinar las zonas de sombras del sistema de aumento
o ampliación.
Puede contemplarse igualmente una elaboración
del modelo 3D de la red celular a petición de su operador. En este
caso, se transmite a los dispositivos DPS, de preferencia a través
del sistema de asistencia (SE), un mensaje que solicita de su parte
la transmisión de las pseudo-distancias o posiciones
que ellos determinan, a lo largo de una duración escogida.
En una variante, puede contemplarse que éste no
sea el servidor de asistencia SE que determina el modelo 3D de la
red celular. Es, en efecto, posible configurar los teléfonos móviles
a fin de que transmitan a la red celular (y no al servidor de
asistencia SE) los datos de informaciones representativas de las
pseudo-distancias o posiciones calculadas por su
dispositivo DPS. En este caso, el modelo 3D de la red es transmitido
al sistema de asistencia SE por la red celular con el fin de que
sea almacenado en su base de datos BD después de ser transmitido en
forma de datos de navegación complementarios a los dispositivos
DPS.
El dispositivo DPS de acuerdo con la invención
puede haberse dispuesto, igualmente, de manera que tenga en cuenta
la dinámica del terminal móvil UE dentro del cual está
implantado.
En efecto, la sincronización sobre la señal
recibida de un satélite SN atañe no solamente al retardo entre la
señal recibida (y, más precisamente, a la extensión de códigos) y a
la reproducción elaborada en el dispositivo DPS, sino igualmente a
la separación en frecuencia entre la frecuencia del dispositivo DPS
y la frecuencia de la señal recibida.
En particular, la incertidumbre en frecuencia es
inducida por la incertidumbre relativa al oscilador local, el
efecto Doppler debido al movimiento del satélite y el efecto Doppler
debido al movimiento del terminal móvil UE.
Puede demostrarse que la duración del intervalo
temporal asignado a la detección del máximo de correlación influye
directamente en los rendimientos. Cuando más larga sea esta duración
(denominada "duración de integración coherente"), mejor será
el rechazo de ruido. En consecuencia, la relación entre señal y
ruido tras la correlación es inversamente proporcional a la
duración de integración coherente. En otras palabras, la mejora de
la sensibilidad del dispositivo DPS pasa por el aumento de esta
duración de integración coherente.
Por otra parte, el paso de transformación en
discreto, o discretización, (\deltaf) del dominio de frecuencia
es tanto más pequeño cuanto más grande es la duración de integración
coherente (Ti) (se tiene, típicamente, la relación \deltaf =
1/2Ti). Esto permite minimizar las pérdidas durante la integración
coherente.
Se deriva de estas consideraciones que, cuando
se ensaya una hipótesis de frecuencia o una hipótesis de posición
geográfica, el dispositivo DPS es tanto más sensible a un cambio de
frecuencia, durante la fase de integración, cuanto más pequeño es
el paso de transformación en discreto. Ahora bien, la dinámica de un
terminal móvil UE es de tal naturaleza que hace variar la fase de
la señal recibida y, por tanto, induce cambios en la frecuencia. En
consecuencia, la mejora de la sensibilidad de un dispositivo DPS
pasa por la toma en consideración de la dinámica del terminal móvil
UE dentro del cual está implantado.
Este fenómeno es tanto más molesto cuanto peores
sean las condiciones de recepción.
Para intentar remediar esto, se ha propuesto
limitar la duración de la integración coherente con el fin de que
el paso de transformación en discreto no sea demasiado pequeño.
Típicamente, se limita la anchura del paso de transformación en
discreto a aproximadamente 500 Hz, lo que corresponde a una duración
de integración coherente del orden de 1 ms. De esta forma,
efectuando una acumulación coherente de energía del tipo de la
anteriormente descrita, a lo largo de una duración de 20 ms que
descansa en veinte duraciones de integración coherente de 1 ms cada
una, la pérdida es de aproximadamente 6,5 dB con respecto a una
única duración de integración coherente de 20 ms.
Otro aspecto de la invención tiene, por tanto,
como finalidad mejorar la situación estimando directamente la
dinámica del terminal móvil UE durante la integración, en lugar de
limitar artificialmente la duración de integración coherente.
La invención propone, a este efecto, implantar
en el terminal móvil UE, y, de preferencia, en su dispositivo de
localización por satélites, DPS, un dispositivo de medición DM
encargado de medir su movimiento, su velocidad y su aceleración a
lo largo de la duración de integración coherente.
Este dispositivo de medición DM se dispone, más
preferiblemente, con la forma de un microsistema electromecánico (o
MEMS, por "Micro Electro Mechanical System") de
micro-inercia. Puede considerarse cualquier tipo de
MEMS de micro-inercia y, en particular, los que
utilizan una barra en voladizo, o bien una o varias láminas
suspendidas, o, incluso, una estructura en forma de H parcialmente
suspendida.
A partir de las medidas suministradas por el
dispositivo de medición DM y de los datos de asistencia previamente
citados, y, en particular, las posiciones de satélites y la
localización previa del terminal móvil UE, el módulo de tratamiento
MT del dispositivo DPS puede estimar la velocidad, la aceleración
\gamma y la variación de la aceleración d\gamma/dt (o
"sacudida" -"jerk") con respecto a cada satélite SN a la
vista, y deducir de ello la fase inducida que debe tomarse en
consideración en el cálculo de la reproducción de señal en el
momento de la integración coherente (acumulación).
La reproducción de la señal puede entonces
determinarse con la ayuda de una relación obtenida de la relación
siguiente, que corresponde al caso de pares de hipótesis de la malla
barrida (posición/tiempo del sistema):
S =
\int\limits^{Ti}_{0}S_{r}(t)r(t-\tau)e^{2\pi
j\left(w_{0}t \ + \ \tfrac{1}{2}w_{0}\tfrac{\gamma}{c}t^{2} \
+ \
\tfrac{1}{3}w_{0}\tfrac{dr}{dt}t^{3}\right)}
Donde w_{0} es el paso de transformación en
discreto, o discretización, ensayado.
De resultas de ello, el tiempo de integración
coherente puede ser aumentado y es posible aprovechar una señal
piloto (o "tono piloto" -"pilot tone") comprendida en él
durante la fase de captación. El tono piloto es una señal sin
datos, como, por ejemplo, una modulación de fase de portadora pura
extendida. Además, las medidas suministradas por el dispositivo de
medición DM se refieren a parámetros que varían muy rápidamente en
el tiempo y están, por tanto, particularmente bien adaptados a las
cortas duraciones de integración.
La invención ofrece igualmente un procedimiento
dedicado a la determinación de la posición de un terminal móvil UE
y que comprende, como el procedimiento de la técnica anterior, una
etapa de captación de códigos pseudo-aleatorios,
seguida de una etapa de determinación de la posición del terminal
móvil UE a partir de los códigos pseudo-aleatorios
captados y de los datos de navegación contenidos en las señales
recibidas (leídos dentro de las señales de navegación recibidas o
dentro de los mensajes de asistencia).
Esto puede llevarse a la práctica, en
particular, con la ayuda de la instalación y de los terminales
móviles UE presentados aquí en lo anterior. Al ser las funciones y
sub-funciones principales y opcionales aseguradas
por las etapas de este procedimiento sensiblemente idénticas a las
aseguradas por los diferentes medios que constituyen la instalación
y los terminales móviles UE, sólo se resumirán aquí, en lo que
sigue, las etapas que ponen en práctica las funciones principales
del procedimiento de acuerdo con la invención.
Este procedimiento consiste:
\bullet en transmitir al terminal móvil UE, de
preferencia, al solicitarlo éste, datos de asistencia
representativos del tiempo de referencia (tiempo de GPS)
aproximativo de la constelación CS y de su posición aproximativa,
así como, eventualmente, efemérides, correcciones ionosféricas y
análogos,
\bullet determinar, a continuación, posiciones
estimativas de la constelación CS, distancias estimativas entre el
terminal móvil UE y cada uno de los satélites SN a la vista, y
efectos Doppler asociados, en función de pares de hipótesis
referidas al tiempo de referencia aproximativo y la posición
aproximativa recibidos,
\bullet determinar, a continuación, para cada
par de hipótesis, una copia o reproducción de señal correspondiente
a las posiciones y distancias estimativas, así como a los efectos
Doppler asociados, a lo largo de un intervalo de tiempo escogido,
y
\bullet seleccionar el par de hipótesis que
corresponde a la reproducción de señal que presenta una correlación
máxima con la señal recibida durante el intervalo de tiempo
escogido, con el fin de determinar los códigos
pseudo-aleatorios que modulan cada una de las
señales recibidas.
La invención no se limita a los modos de
realización de terminal móvil, de servidor de asistencia y de
procedimiento descritos aquí en lo anterior únicamente a modo de
ejemplo, sino que engloba todas las variantes que pueda considerar
el experto de la técnica en el marco de las reivindicaciones que
siguen.
Así pues, se ha descrito en lo anterior una
instalación en la que la red de telecomunicaciones es una red
celular del tipo de GSM/GPRS o UMTS. Pero la invención se refiere
igualmente a las redes de radio de telecomunicaciones del tipo
híbrido vía satélite con receptores terrestres.
Otra implementación encaminada al
enriquecimiento de los datos de asistencia mediante el envío de
informaciones tridimensionales de la celda en la que se encuentra
el móvil, consiste en:
- que el servidor de datos de asistencia difunda
al móvil una densidad de probabilidad de enmascaramiento de las
señales procedentes de la constelación de satélites de navegación en
función de la elevación & azimut desde el punto de vista del
móvil,
- que el móvil se sirva de estas informaciones
para
- ya sea iniciar su búsqueda de satélite
comenzando por los satélites que tienen la probabilidad más baja
posible de ser bloqueados,
- ya sea mejorar un algoritmo de trayecto
múltiple, o multi-trayecto, deduciendo una
probabilidad de reflexión por observación de la densidad de
probabilidad de bloqueo.
La ventaja de este tipo de implementación reside
en una economía de la cantidad de datos transmitidos del servidor
hacia el móvil.
La Figura 3 proporciona una ilustración del
método. El MS se encuentra en el centro de la celda. Un edificio
enmascara u oculta una parte de la visibilidad según una máscara de
elevación-azimut. Este enmascaramiento es
transmitido hacia el MS entre datos de asistencia, bajo la forma de
una densidad de probabilidad de enmascaramiento en una dirección
dada.
Claims (38)
1. Un procedimiento de determinación de la
posición de un terminal móvil (UE), que comprende una etapa de
adquisición o captación, por parte de dicho terminal (UE), de
códigos pseudo-aleatorios, que modulan señales
recibidas de satélites (SN) a la vista, pertenecientes a una
constelación (CS) de satélites de localización y referidos a un
tiempo de referencia, por comparación con copias o reproducciones de
señales resultantes de hipótesis, y una etapa de determinación de
la posición de dicho terminal (UE) a partir de dichos códigos
captados y de datos de navegación contenidos en dichas señales,
caracterizado porque, en la etapa de captación, i) se
transmiten a dicho terminal datos de asistencia representativos de
un tiempo de referencia aproximativo y de su posición aproximativa,
ii) se determinan posiciones estimativas de dicha constelación (CS)
de satélites (SN), distancias estimativas entre dicho terminal (UE)
y cada uno de dichos satélites (SN) a la vista, y efectos Doppler
asociados, en función de pares de hipótesis que atañen a dicho
tiempo de referencia aproximativo y a dicha posición aproximativa,
iii) se determina, para cada par de hipótesis referentes al tiempo
de referencia aproximativo y a la posición aproximativa recibidos,
una copia o reproducción compuesta de señal correspondiente a
dichas posiciones y distancias estimativas, y a dichos efectos
Doppler asociados, a lo largo de un intervalo de tiempo escogido,
reproducción compuesta que resulta de la suma de reproducciones de
las señales de satélites a la vista, y iv) se selecciona el par de
hipótesis correspondiente a la reproducción de señal que presenta
una correlación máxima con la señal recibida durante dicho intervalo
de tiempo, de manera que se determinan dichos códigos
pseudo-aleatorios que modulan dichas señales
recibidas.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos datos de
asistencia provienen de un servidor de asistencia (SE) unido a una
red de comunicaciones celular de la que depende dicho terminal
(UE).
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque dichos datos de
asistencia son transmitidos a dicho terminal (UE) a través de dicha
red de comunicaciones celular.
4. Un procedimiento de acuerdo con una de
las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque dicha
posición aproximativa es representativa de la celda en la que está
situado dicho terminal (UE) cuando éste solicita dichos datos de
asistencia.
5. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque se subordina o hace
depender el reloj de cadencia de adquisición de dicho terminal (UE)
del reloj de cadencia de la estación de base (BTS) que gestiona la
celda en la que éste está situado.
6. Un procedimiento de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha
selección de una reproducción de señal consiste en determinar, para
cada reproducción de señal, una función representativa de su
energía de correlación con dicha señal recibida durante el intervalo
de tiempo, y en retener, a continuación, la reproducción de señal
cuya energía es la más fuerte.
7. Un procedimiento de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dichos
datos de asistencia comprenden datos de navegación complementarios,
escogidos dentro de un grupo que comprende al menos efemérides de
satélites (SN) a la vista, primeras correcciones temporales de
dichos satélites a la vista, representativas de la separación o
desfase temporal entre dicho tiempo de referencia y su reloj de
cadencia, y segundas correcciones temporales, representativas de
perturbaciones inducidas por la ionosfera en la propagación de las
señales transmitidas por dichos satélites (SN) a la vista.
8. Un procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dichos datos de
asistencia comprenden datos de navegación complementarios que
provienen de un sistema de aumento o ampliación (SG), acoplado o
conectado al sistema de navegación por satélites (CS).
9. Un procedimiento de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos
datos de asistencia comprenden datos representativos de un modelo
tridimensional de la celda en la que se encuentra situado dicho
terminal (UE) solicitante.
10. Un procedimiento de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se
almacenan datos de información representativos de la posición del
terminal (UE), de manera que se memoriza dicha posición en
correspondencia con un identificador de la celda en la que éste se
encuentra situado.
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque se memoriza, además,
dicha posición en correspondencia con datos auxiliares
representativos de la calidad de dichos datos de información
transmitidos.
12. Un procedimiento de acuerdo con la
combinación de la reivindicación 4 con una de las reivindicaciones
10 y 11, caracterizado porque se genera un modelo
tridimensional de dicha red de comunicaciones a partir de dichos
identificadores de celdas y de dichos datos de información y/o datos
auxiliares correspondientes, y se memoriza, además, dicho modelo
tridimensional de la red de comunicaciones.
\newpage
13. Un procedimiento de acuerdo con la
combinación de las reivindicaciones 9 y 12, caracterizado
porque dicho modelo tridimensional de celda transmitido a dicho
terminal (UE) es una porción del modelo tridimensional de la red de
comunicaciones.
14. Un procedimiento de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se
efectúan mediciones representativas de la dinámica de dicho
terminal móvil (UE), y porque se estiman, a partir de dichas
mediciones y de dichos datos de asistencia una velocidad, una
aceleración y una variación de la aceleración en relación con cada
satélite (SN) a la vista, y se deduce de éstos, a continuación, una
fase inducida y se determina dicha reproducción de señal teniendo
en cuenta dicha fase inducida.
15. Un terminal móvil (UE) que comprende
medios (CR) de adquisición o captación de códigos
pseudo-aleatorios, que modulan señales recibidas de
satélites (SN) a la vista que pertenecen a una constelación (CS) de
satélites de localización y relacionados con un tiempo de
referencia, por comparación con copias o reproducciones de señales
resultantes de hipótesis, y medios de cálculo
(MC1-MC3), adecuados para determinar la posición de
dicho terminal (UE) a partir de dichos códigos captados y de datos
de navegación contenidos en dichas señales recibidas,
caracterizado porque dichos medios de captación (CR) están
dispuestos para, con la recepción de datos de asistencia
representativos de un tiempo de referencia aproximativo y de la
posición aproximativa de dicho terminal (UE), determinar posiciones
estimativas de dicha constelación de satélites (SN), distancias
estimativas entre dicho terminal (UE) y cada uno de dichos satélites
a la vista (SN), y efectos Doppler asociados, en función de pares
de hipótesis con respecto a dicho tiempo de referencia aproximativo
y dicha posición aproximativa, para determinar, a continuación,
para cada par de hipótesis, una copia o reproducción compuesta de
señal correspondiente a dichas posiciones y distancias estimativas
y a dichos efectos Doppler asociados, a lo largo de un intervalo de
tiempo escogido, reproducción compuesta que se obtiene de la suma de
reproducciones de las señales de satélites a la vista, y para
seleccionar el par de hipótesis correspondientes a la reproducción
de señal que presenta una correlación máxima con la señal recibida
durante dicho intervalo de tiempo, de manera que se determinen
dichos códigos pseudo-aleatorios que modulan dichas
señales
recibidas.
recibidas.
16. Un terminal de acuerdo con la
reivindicación 15, caracterizado porque está dispuesto para
comunicarse en el seno de una red de comunicaciones celular, cada
una de cuyas celdas es gestionada por una estación de base (BTS), y
porque dicha posición aproximativa es representativa de la celda
dentro de la cual está éste situado cuando solicita dichos datos de
asistencia.
17. Un terminal de acuerdo con la
reivindicación 16, caracterizado porque dichos medios de
captación (CR) comprenden un reloj de cadencia que se subordina o
hace depender del reloj de cadencia de la estación de base (BTS)
que gestiona la celda dentro de la cual está situado.
18. Un terminal de acuerdo con una de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque dichos medios
de captación (CR) están dispuestos para seleccionar una reproducción
de señal, al proceder a una determinación, para cada reproducción
de señal, de una función representativa de su energía de correlación
con dicha señal recibida durante el intervalo de tiempo, y retener,
a continuación, la reproducción de señal que presenta la energía
más fuerte.
19. Un terminal de acuerdo con una de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque dichos datos
de asistencia comprenden datos de navegación complementarios,
escogidos dentro de un grupo que comprende al menos efemérides de
los satélites (SN) a la vista, primeras correlaciones temporales de
dichos satélites (SN) a la vista, representativas de la separación
o desfase temporal entre dicho tiempo de referencia y su reloj de
cadencia, y segundas correlaciones temporales, representativas de
perturbaciones inducidas por la ionosfera en la propagación de las
señales transmitidas por dichos satélites (SN) a la vista.
20. Un terminal de acuerdo con una de las
reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque dichos datos
de asistencia comprenden datos representativos de un modelo
tridimensional de la celda en la que se encuentra situado dicho
terminal (UE) solicitante.
21. Un terminal de acuerdo con la
reivindicación 20, caracterizado porque está dispuesto para
determinar dicha posición con la ayuda de dichos datos
representativos de un modelo tridimensional de celda recibido.
22. Un terminal de acuerdo con una de las
reivindicaciones 15 a 21, caracterizado porque dichos datos
de asistencia comprenden datos de navegación complementarios
provenientes de un sistema de aumento o ampliación (SG) acoplado o
conectado a dicho sistema de navegación por satélites (CS).
23. Un terminal de acuerdo con una de las
reivindicaciones 18 a 22, caracterizado porque está dispuesto
para transmitir a un servidor de asistencia (SE) de dicha red de
comunicaciones celular datos de información representativos de su
posición, de tal manera que dichos datos de información puedan ser
almacenados en una base de datos (BD), en correspondencia con un
identificador de la celda en la que se encuentra situado.
24. Un terminal de acuerdo con una de las
reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque comprende un
dispositivo de medición de micro-inercia (DM),
adecuado para suministrar medidas representativas de la dinámica de
dicho terminal, y porque dichos medios de captación (CR) están
dispuestos para estimar, a partir de dichas medidas y de dichos
datos de asistencia, una velocidad, una aceleración y una variación
de la aceleración por lo que respecta a cada satélite (SN) a la
vista, y deducir de éstas una fase inducida, y para determinar, a
continuación, dicha reproducción de señal teniendo en cuenta dicha
fase inducida.
25. Un terminal de acuerdo con la
reivindicación 24, caracterizado porque dicho dispositivo de
medición (DM) se ha dispuesto con la forma de un microsistema
electromecánico de micro-inercia.
26. Un servidor de asistencia (SE) para una
red de comunicaciones celular que se comunica con terminales
móviles (UE), caracterizado porque está dispuesto de manera
que transmite datos de asistencia, a través de dicha red de
comunicaciones, a terminales móviles (UE) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 15 a 25, consecutivamente a la recepción de
solicitudes que emanan de éstos.
27. Un servidor de acuerdo con la
reivindicación 26, caracterizado porque está dispuesto de
manera que transmite a cada terminal (UE) solicitante datos de
asistencia que comprenden datos de navegación complementarios,
escogidos dentro de un grupo que comprende al menos efemérides de
los satélites (SN) a la vista, primeras correcciones temporales de
dichos satélites (SN) a la vista de dicho terminal (UE),
representativas de la separación o desfase temporal entre dicho
tiempo de referencia y el reloj de cadencia de este terminal (UE),
segundas correcciones temporales, representativas de las
perturbaciones inducidas por la ionosfera en la propagación de las
señales transmitidas por dichos satélites (SN) a la vista de dicho
terminal, y datos representativos de un modelo tridimensional de la
celda en la que se encuentra situado dicho terminal (UE)
solicitante.
28. Un servidor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 26 y 27, caracterizado porque comprende
medios de recepción (R), adecuados para recibir mensajes de un
sistema de navegación por satélites (CS), y porque está dispuesto
para transmitir a cada terminal (UE) solicitante datos de asistencia
que comprenden datos de navegación extraídos de los mensajes
procedentes de dicho sistema de navegación por satélites (CS).
29. Un servidor de acuerdo con la
reivindicación 28, caracterizado porque dichos medios de
recepción (R) son adecuados para recibir mensajes de un sistema de
aumento o ampliación, acoplado o conectado a dicho sistema de
navegación por satélites (CS), y porque éste está dispuesto para
transmitir a cada terminal (UE) solicitante datos de asistencia que
comprenden datos de navegación complementarios, extraídos de los
mensajes provenientes de dicho sistema de ampliación y
representativos de dicho sistema de navegación por satélites
(CS).
30. Un servidor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 26 a 29, caracterizado porque comprende
medios de tratamiento (PM) dispuestos para, con la recepción de
datos de información representativos de la posición de un terminal
(UE), almacenar en una base de datos (BD) dichos datos de
información en correspondencia con un identificador de la celda, de
una red de comunicaciones celular, dentro de la que está situado
dicho terminal (UE).
31. Un servidor de acuerdo con la
reivindicación 30, caracterizado porque dichos medios de
tratamiento (PM) están dispuestos para determinar datos auxiliares
representativos de la calidad de dichos datos de información
recibidos, y para memorizar estos datos auxiliares en dicha base de
datos (BD), en correspondencia con dicho identificador de celda y
dichos datos de información representativos de la posición del
terminal (UE).
32. Un servidor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 30 a 31, caracterizado porque dichos medios
de tratamiento (PM) están dispuestos para generar un modelo
tridimensional de dicha red de comunicaciones a partir de dichos
identificadores de celdas y de dichos datos de información y/o datos
auxiliares correspondientes, y para memorizar, a continuación,
dicho modelo tridimensional de la red de comunicaciones en de dicha
base de datos (BD).
33. Un servidor de acuerdo con la
combinación de las reivindicaciones 26 y 32, caracterizado
porque dichos medios de tratamiento (PM) están dispuestos para
extraer de dicha base de datos (BD) una porción de dicho modelo
tridimensional de la red de comunicaciones, representativa de dicho
modelo tridimensional de la celda dentro de la que está situado
dicho terminal (UE) solicitante, a fin de transmitírsela.
34. Un servidor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 26 a 32, caracterizado porque dichos medios
de tratamiento (PM) están dispuestos para extraer de una base de
datos (BD), que almacena porciones de un modelo tridimensional de
dicha red de comunicaciones en correspondencia con identificadores
de celdas, la porción de modelo almacenada en correspondencia con
el identificador de la celda dentro de la que está situado un
terminal (UE) solicitante, de manera que se le trasmita dicha
porción extraída.
35. Uso del procedimiento, del terminal
móvil (UE) y del servidor de asistencia (SE) de acuerdo con una de
las reivindicaciones precedentes, para señales en banda L moduladas
en fase y de acceso múltiple.
36. Uso de acuerdo con la reivindicación 35,
caracterizado porque dicha modulación de fase y de acceso
múltiple se efectúa de acuerdo con la técnica denominada de
W-CDMA.
37. Uso del procedimiento, del terminal
móvil (UE) y del servidor de asistencia (SE) de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 34, en redes de localización por satélites
(SN) del tipo de RNSS.
38. Uso de acuerdo con la reivindicación 24,
caracterizado porque dicha red de localización por satélite
(SN) es del tipo GPS.
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