SISTEMA DE MARCA DE AGUA DE FRECUENCIAS DE UN REPETIDOR DE ENLACE DIRECTO.

Un repetidor (16) para amplificar una señal de enlace directo desde una estación base (10) a una estación móvil (22),

en el que la estación móvil (22) tiene un bucle de seguimiento de la frecuencia, comprendiendo el repetidor: un amplificador (33) para amplificar la señal de enlace directo desde la estación base a la estación móvil; y caracterizado por un modulador (34) de frecuencia rápida que modula la frecuencia de la señal (31) de enlace directo con una marca de agua de frecuencia rápida identificativa según pasa por el repetidor, en el que dicha marca de agua tiene una frecuencia tal que el bucle de seguimiento de la frecuencia sustancialmente no detecta dicha marca de agua en dicha estación móvil

Referencia cruzada a una solicitud relacionada

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 5

Campo de la invención

La presente invención versa acerca de sistemas de ubicación de la posición que utilizan señales inalámbricas para determinación la ubicación de un dispositivo electrónico móvil.

Descripción de la técnica relacionada

Las tecnologías existentes de la ubicación de la posición basadas en GPS usan una red de satélites en órbita terrestre 10 que transmiten señales en un momento conocido. Un receptor de GPS en el suelo mide el momento de llegada de las señales desde cada satélite que puede “ver” en el cielo. El momento de llegada de la señal junto con la ubicación exacta de los satélites y el momento exacto en que la señal fue transmitida desde cada satélite se usa para triangular la posición del receptor de GPS. Un receptor de GPS requiere cuatro satélites para efectuar una triangulación, y la precisión resultante de la ubicación de la posición se incrementa a medida que aumenta el número de satélites que 15 pueden ser detectados.

Surge un problema de la determinación de la ubicación de la posición basada en GPS si solo pueden encontrarse tres satélites (o menos), y en tal caso (y en ausencia de otra información auxiliar) no es posible ubicar con precisión el receptor de GPS. Por ejemplo, si la visión del cielo que tiene el receptor de GPS está obstruida (por ejemplo, muy en el interior de un edificio de hormigón), puede no ser posible obtener suficientes mediciones de GPS para determinar la 20 ubicación del receptor.

Para un receptor de comunicaciones inalámbricas (es decir, una estación móvil), puede usarse la red inalámbrica existente de estaciones base para fines de la ubicación de la posición de forma similar a la red de satélites de GPS para un receptor de GPS. En teoría, pueden usarse la ubicación exacta de cada estación base, el momento exacto en que transmite cada estación base y el momento de la llegada de la señal de la estación base a una estación móvil (por 25 ejemplo, un teléfono móvil) para trilaterar la posición de la estación móvil. Esta técnica se denomina Trilateración Avanzada de Enlace Directo (AFLT).

El procedimiento de AFLT puede usarse por sí solo con fines de ubicación de la posición; de manera alternativa, para mejorar la precisión de un sistema de GPS, la red existente de estaciones base de comunicaciones inalámbricas puede ser tratada como una red secundaria de “satélites” para fines de ubicación de la posición en una estación móvil con 30 funcionalidad de GPS (es decir, un dispositivo que incluya tanto receptores de GPS como de comunicaciones inalámbricas). La técnica de AFLT, combinada con algoritmos de GPS, se denomina GPS híbrido o Asistido (A-GPS).

La AFLT es un procedimiento para determinar la posición de una estación móvil usando una pluralidad de estaciones base de una red de comunicaciones inalámbricas, cada una de las cuales emite una señal piloto única. El procedimiento AFLT incluye la toma de una pluralidad de mediciones de datos de las señales piloto procedentes de cada una de la 35 pluralidad de estaciones base, incluyendo la toma de mediciones en las señales piloto presentes en los conjuntos piloto activo, candidato y vecino, en la actual realización. Cada una de las mediciones de datos incluye una estimación del primer momento de llegada para cada señal piloto. En algunas realizaciones, las mediciones de datos incluyen, además, una estimación de la RMSE, el tiempo de medición para cada momento de llegada y una medición de la energía (por ejemplo, Ec/Io) para todas trayectorias resolubles de la señal piloto. 40

Las mediciones de datos obtenidos por medio del algoritmo de AFLT pueden usarse por sí solos para determinar la posición de la estación móvil; de forma alternativa, pueden usarse conjuntamente uno o más de las mediciones representativas por AFLT con mediciones representativas por GPS para determinar la posición de la estación móvil. En algunas realizaciones la estación móvil comprende un teléfono móvil y el procedimiento comprende además la conexión inalámbrica del teléfono móvil con una de las estaciones base celulares antes de la toma de datos; la estación base 45 proporciona al teléfono móvil una lista de búsqueda de células de todas las estaciones base celulares en la zona desde la que pueden tomarse las mediciones de datos. En las realizaciones que incluyen un sistema GPS, una estación base puede proporcionar también una lista de búsqueda por GPS, que puede usarse para reducir el tiempo necesario para que la estación móvil lleve a cabo la búsqueda por GPS y reduzca así el tiempo de determinación de la posición geográfica. 50

En la práctica, se ha demostrado que la AFLT (incluyendo el A-GPS) tiene únicamente un éxito limitado con fines de ubicación de la posición, en parte porque los repetidores empleados en las redes inalámbricas causan una ambigüedad en cuanto al punto de transmisión de la señal piloto. En otras palabras, en la actualidad una estación móvil no puede distinguir si la señal recibida se transmitió desde la Estación Base de Transmisión (BTS) donante o desde el repetidor. Dado que el punto de transmisión de la señal piloto es desconocido (por ejemplo, si procede directamente de una BTS 55 donante o pasa por un repetidor), no puede usarse la medición por AFLT para determinar la posición con precisión. Además, el repetidor también tendrá retardos internos, típicamente en un intervalo de cientos de nanosegundos hasta decenas de microsegundos, lo que, potencialmente, da como resultado un error en la ubicación de la posición en el intervalo entre aproximadamente 24,4 metros (para 100 nanosegundos) hasta aproximadamente 2,44 kilómetros (para 10 microsegundos).

En una realización convencional, una solución al problema de los repetidores es excluir todas las mediciones por AFLT en las zonas en que haya presentes repetidores. Sin embargo, esta solución impide por completo la ubicación de la 5 posición por AFLT y que se use porción alguna de AFLT de un A-GPS en muchos emplazamientos, reduciéndose así la disponibilidad y el rendimiento de la ubicación de la posición y aumentando las ventanas de búsqueda por GPS, lo que da como resultado tiempos para la estabilización de las mediciones más largos.

Se ha sugerido la introducción de una firma en el enlace inverso, tal como se describe en la patente estadounidense nº 6.501.955 para contribuir a la determinación de la posición. Desgraciadamente, se espera que la firma del EI suponga 10 únicamente una ayuda limitada en la mitigación de los efectos de los repetidores para la ubicación de la posición, porque la estación móvil usa las mediciones de AFLT del enlace directo para la ubicación de la posición. Dado que no hay ninguna garantía de que el enlace directo de vuelta a la estación móvil siga la misma trayectoria que el enlace inverso desde la estación móvil (es decir, pasando por el mismo repetidor), se espera que la firma del enlace inverso sea subóptimo de cara a la información de identificación del repetidor con fines de la ubicación de la posición. También 15 se ha sugerido la introducción de una firma en la señal del ED, tal como se describe en la patente estadounidense nº 6.501.955; sin embargo no se ha desarrollado aún ninguna solución práctica.

El documento US 6 501 955 da a conocer un sistema de repetidores de señales de RF añadido a una red de comunicaciones inalámbricas que aumenta las velocidades de datos de los usuarios en la periferia de la zona de cobertura móvil aumentando la señal de la conexión descendente (de la estación base al usuario móvil) y la señal del 20 enlace ascendente (del usuario móvil a la estación base). El sistema de repetidores de señales de RF incluye un medio de marcación de las señales que añade una firma electrónica única a la señal repetida, de modo que pueden corregirse los errores en la determinación de la posición debidos a una trayectoria de propagación distinta de la línea de visión. La señal repetida se recibe y se procesa con una unidad de medición de la ubicación para determinar el momento de llegada y extraer la marca de señal de la señal repetida. Acto seguido, la medición del momento de llegada y la marca 25 de la señal recuperada se procesan en un centro de ubicación móvil para determinar la verdadera posición del transmisor.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Se dan a conocer un sistema y un...

1. Un repetidor (16) para amplificar una señal de enlace directo desde una estación base (10) a una estación móvil (22), en el que la estación móvil (22) tiene un bucle de seguimiento de la frecuencia, comprendiendo el repetidor:

un amplificador (33) para amplificar la señal de enlace directo desde la estación base a la estación móvil; y 5 caracterizado por

un modulador (34) de frecuencia rápida que modula la frecuencia de la señal (31) de enlace directo con una marca de agua de frecuencia rápida identificativa según pasa por el repetidor, en el que dicha marca de agua tiene una frecuencia tal que el bucle de seguimiento de la frecuencia sustancialmente no detecta dicha marca de agua en dicha estación móvil. 10

2. El repetidor (16) de la reivindicación 1 en el que dicha marca de agua comprende una forma de onda que es no periódica.

3. El repetidor (16) de la reivindicación 2 en el que dicha forma de onda no periódica comprende una forma de onda codificada por BPSK, QPSK u OQPSK que tiene una duración de bit de 2T, siendo T sustancialmente menor que la constante de tiempo del bucle de seguimiento de la frecuencia de la estación móvil. 15

4. El repetidor (16) de la reivindicación 3 en el que dicha forma de onda no periódica tiene una amplitud menor o igual a aproximadamente 50 Hz.

5. El repetidor (16) de la reivindicación 3 en el que T es menor que aproximadamente 1/60 de la constante de tiempo del bucle de seguimiento de la frecuencia.

6. El repetidor (16) de la reivindicación 3 en el que dicha forma de onda no periódica de la marca de agua identifica de 20 forma única al repetidor al tener una secuencia de bits única.

7. El repetidor (16) de la reivindicación 1 en el que dicha marca de agua es sustancialmente periódica con un periodo de 2T, siendo T sustancialmente menor que la constante de tiempo del bucle de seguimiento de la frecuencia de la estación móvil.

8. El repetidor (16) de la reivindicación 7 en el que T es menor que aproximadamente 1/60 de la constante de tiempo del 25 bucle de seguimiento de la frecuencia.

9. El repetidor (16) de la reivindicación 7 en el que la amplitud de la marca de agua de frecuencia rápida es menor o igual a aproximadamente 50 Hz.

10. El repetidor (16) de la reivindicación 7 en el que dicha forma de onda periódica comprende una forma de onda cuadrada periódica. 30

11. El repetidor (16) de la reivindicación 10 en el que dicha forma de onda cuadrada periódica tiene una amplitud menor o igual a aproximadamente 50 Hz.

12. El repetidor (16) de la reivindicación 11 en el que dicha amplitud es de aproximadamente 50 Hz.

13. El repetidor (16) de la reivindicación 7 en el que dicha forma de onda de la marca de agua identifica al repetidor al tener un valor de T único. 35

14. Una estación móvil (22) para recibir una pluralidad de señales piloto de enlace directo e identificar la presencia de una forma de onda de marca de agua de frecuencia rápida para determinar si se repite cualquiera de dichas señales de enlace directo, comprendiendo dicha estación móvil:

un receptor (61) para recibir señales de enlace directo;

un bucle (62) de seguimiento de frecuencias para permitir la demodulación precisa de las señales de enlace directo; 40

un buscador (64) de AFLT para detectar pilotos y para llevar a cabo mediciones de fase de los pilotos, incluyendo la medición de los tiempos de llegada de dicha pluralidad de señales piloto de enlace directo; y caracterizado por

un sistema (72) de identificación del repetidor configurado para detectar e identificar la marca de agua e identificar con ello una señal de enlace directo repetida, en el que dicho sistema de identificación del repetidor busca la marca de agua en la señal de enlace directo para recuperar la forma de onda de la marca de agua que identifica al repetidor de forma 45 única, teniendo la forma de onda de la marca de agua una frecuencia tal que el bucle de seguimiento de la frecuencia sustancialmente no detecta dicha marca de agua.

15. La estación móvil (22) de la reivindicación 14 en la que dicho sistema de identificación del repetidor comprende:

medios para acumular una serie de muestras de señales piloto;

medios para recuperar formas de onda de marcas de agua de dichas muestras de señales piloto, si las hay, calculando los productos vectoriales de sumas consecutivas de las muestras de señales piloto; y

medios para llevar a cabo una correlación de frecuencias en dichas formas de onda de la marca de agua para determinar su frecuencia que identifica al repetidor de manera única. 5

16. La estación móvil (22) de la reivindicación 14 en la que dicho sistema (72) de identificación del repetidor comprende un medio para demodular una forma de onda de una marca de agua modulada por BPSK.

17. La estación móvil (22) de la reivindicación 14 en la que dicho medio de demodulación comprende un demodulador basado en un filtro adaptado.

18. La estación móvil (22) de la reivindicación 14 que comprende además un receptor (74) de GPS para recibir señales 10 de GPS.

19. La estación móvil (22) de la reivindicación 18 en la que dicho sistema de identificación del repetidor comprende además medios para saltarse la búsqueda de la marca de agua en la señal de enlace directo si dicho receptor de GPS produce un número suficiente de mediciones para determinar con precisión la ubicación de la posición de la estación móvil. 15

20. Un procedimiento para determinar la información de la ubicación de la posición de una estación móvil (22) a partir del enlace directo de una pluralidad de señales piloto, comprendiendo el procedimiento:

llevar a cabo una búsqueda por AFLT en la estación móvil para detectar pilotos y medir un primer tiempo de llegada de dicha pluralidad de señales piloto;

seleccionar una primera señal piloto localizada durante dicha búsqueda por AFLT; y caracterizado por: 20

someter dicha primera señal piloto a análisis en busca del repetidor llevando a cabo una búsqueda por AFLT del repetidor en dicha primera señal piloto, incluyendo la búsqueda de una forma de onda de una marca de agua de frecuencia rápida que identifica una señal repetida, teniendo dicha forma de onda de la marca de agua un frecuencia tal que el bucle de seguimiento de la frecuencia en dicha estación móvil sustancialmente no detecta dicha marca de agua en dicha estación móvil; 25

repetir dichas etapas de realización y de análisis en busca del repetidor para una pluralidad de otras señales piloto seleccionadas hasta que se obtiene un número suficiente de señales piloto con información del repetidor para determinar una ubicación de la posición de la estación móvil; y

proporcionar mediciones de fase de los pilotos e información de repetidor para las señales piloto obtenidas en dicha búsqueda por AFLT a uno de un sistema de determinación de la posición de una estación móvil y una entidad de 30 determinación de la posición en la red para determinar la posición de dicha estación móvil.

21. El procedimiento de la Reivindicación 20 que comprende además la recuperación de información del repetidor a partir de la señal piloto, en una estación móvil, llevar a cabo una búsqueda de identificación del repetidor en la estación móvil en una primera señal piloto, incluyendo la búsqueda de una forma de onda de una marca de agua de frecuencia rápida que identifica la señal repetida en un enlace directo de dicha primera señal piloto, teniendo dicha forma de onda 35 de la marca de agua un frecuencia tal que un bucle de seguimiento de la frecuencia en dicha estación móvil sustancialmente no detecta dicha marca de agua en dicha estación móvil.

22. El procedimiento de las reivindicaciones 20 o 21 en el que dicha información del repetidor identifica si la señal es sometida con éxito o no a análisis en busca del repetidor, y, en caso afirmativo, si la señal está repetida o no, de tal modo que dicho uno de un sistema de determinación de la posición de la estación móvil y una entidad de determinación 40 de la posición en la red determine la posición de la estación móvil excluyendo las mediciones de las señales piloto repetidas y de las señales piloto que no fueron sometidas con éxito a análisis en busca del repetidor.

23. El procedimiento de la reivindicación 22 que comprende además la identificación de una ID del repetidor a partir de dicha forma de onda de la marca de agua.

24. El procedimiento de la reivindicación 23 en el que la etapa de proporcionar información del repetidor incluye 45 proporcionar la información de si la señal piloto se ha sometido con éxito a análisis en busca del repetidor, y, en caso afirmativo, de si la señal está repetida o no, y, en caso afirmativo, proporcionar también dicha ID del repetidor para las señales piloto que se ha identificado que están repetidas, de tal modo que dicho uno de un sistema de determinación de la posición de la estación móvil y una entidad de determinación de la posición en la red pueda incluir las mediciones de las señales piloto repetidas en el cálculo de la posición. 50

25. El procedimiento de la reivindicación 23 en el que dicha identificación del repetidor o dicha búsqueda por AFLT del repetidor comprende:

acumular muestras de señales piloto procedentes de un buscador de pilotos o de un buscador de AFLT;

recuperar la forma de onda de la marca de agua de frecuencia calculando productos vectoriales de sumas de muestras de señales piloto consecutivas; y 5

llevar a cabo una correlación de frecuencias para determinar la frecuencia de la forma de onda de la marca de agua que corresponde a dicha ID del repetidor.

26. El procedimiento de la reivindicación 23 en el que dicha identificación del repetidor o dicha búsqueda por AFLT del repetidor comprende una demodulación basada en un filtro adaptado para decodificar una marca de agua de frecuencia rápida codificada mediante BPSK. 10

27. El procedimiento de las reivindicaciones 20 o 21 que comprende además llevar a cabo una búsqueda por GPS antes de la etapa de llevar a cabo una búsqueda de identificación del repetidor o una búsqueda por AFLT del repetidor.

28. El procedimiento de la reivindicación 27 en el que, si dicha búsqueda por GPS produce un número suficiente de mediciones para determinar con precisión la ubicación de la posición de la estación móvil, se salta la etapa de llevar a cabo una búsqueda de identificación del repetidor o una búsqueda por AFLT del repetidor. 15