Procedimiento mejorado para la estimación TDOA y el FDOA en un sistema de localización inalámbrico.

Un procedimiento usado en la localización de un transmisor móvil,

que comprende:

a. proporcionar un conjunto de valores de correlación cruzada, en el que cada valor de correlación cruzada seasocia con una estimación de la diferencia en el tiempo de llegada, TDOA, y/o diferencia en la frecuencia dellegada, FDOA, correspondiente y se produce mediante correlación cruzada de una señal de referencia conuna señal cooperante, comprendiendo la señal de referencia una copia de una señal transmitida por eltransmisor móvil según se recibe en una primera antena y comprendiendo la señal cooperante una copia dela señal transmitida por el transmisor móvil según se recibe en una segunda antena;

caracterizado porque el procedimiento comprende además:

b. la determinación del intervalo de estimaciones TDOA y/o FDOA más probable;

c. la búsqueda de valores de correlación cruzada sólo dentro del intervalo de estimaciones TDOA y/o FDOAmás probable determinado para identificar un valor de correlación cruzada óptimo y

d. el empleo del valor TDOA y/o FDOA correspondiente al valor de correlación cruzada óptimo en el cálculode la localización del transmisor móvil.

Procedimiento mejorado para la estimación TDOA y el FDOA en un Sistema de Localización Inalámbrico

La presente invención se refiere a procedimientos y aparatos usados en la localización de transmisores inalámbricos, tales como los usados en sistemas celulares analógicos o digitales, sistemas de comunicaciones personales (PCS) , radios móviles especializadas mejoradas (ESMR) y otros tipos de sistemas de comunicaciones inalámbricos.

Un trabajo pionero en relación a los Sistemas de Localización Inalámbricos se describe en la Patente de Estados Unidos Nº 5.327.144, del 5 de julio de 1994, “Cellular Telephone Location System”, que desvela un sistema para la localización de teléfonos celulares usando novedosas técnicas de diferencia en el tiempo de llegada (TDOA) . Se desvelan mejoras adicionales al sistema desvelado en la patente 5.327.144 en la Patente de Estados Unidos Nº 5.608.410, del 4 de marzo de 1997, “System for Locating a Source of Bursty Transmissions”. En particular, la Patente de Estados Unidos Nº 5.608.410 desvela un sistema para la localización del transmisor en el que se usa un algoritmo de estimación de probabilidad máxima para generar una matriz de valores de la diferencia en el tiempo de llegada y de la diferencia en la frecuencia de llegada. Todos los datos en la matriz se examinan para determinar el pico absoluto y se realiza una interpolación fina para resolver mejor posibles estimaciones. TruePosition ha continuado desarrollando mejoras significativas a los conceptos inventivos originales y ha desarrollado técnicas para mejorar adicionalmente la precisión de los sistemas de localización inalámbricos en tanto que se reduce significativamente el coste de estos sistemas. Las patentes relativas a dichas mejoras incluyen: Patente de Estados Unidos Nº 6.091.362, 18 de julio de 2000, “Bandwidth Synthesis for Wireless Location System”; Patente de Estados Unidos Nº 6.097.336, 1 de agosto de 2000, “Method for Improving the Accuracy of a Wireless Location System”; Patente de Estados Unidos Nº 6.115.599, 5 de septiembre de 2000, “Directed Retr y Method for Use in a Wireless Location System”; Patente de Estados Unidos Nº 6.172.644 B1, 9 de enero de 2001, “Emergency Location Method for a Wireless Location System”; y Patente de Estados Unidos Nº 6.184.829 B1, 6 de febrero de 2001, “Calibration for Wireless Location System”.

Durante los últimos pocos años, la industria celular ha aumentado el número de protocolos de interfaz por aire disponibles para su uso con teléfonos inalámbricos, aumentado el número de bandas de frecuencia en las que pueden operar los teléfonos inalámbricos o móviles y ha expandido el número de expresiones que se refieren o se relacionan con los teléfonos móviles para incluir “servicios de comunicaciones personales”, “inalámbricos” y otros. Los protocolos de interfaz por aire incluyen ahora AMPS, N-AMPS, TDMA, CDMA, GSM, TACS, ESMR, GPRS, EDGE y otros. Los cambios en la terminología y el aumento en el número de interfaces por aire no cambian los principios básicos y las invenciones descubiertas y mejoradas por los inventores. Sin embargo, adaptándose a la terminología actual de la industria, los inventores llaman ahora al sistema descrito en el presente documento un Sistema de Localización Inalámbrico.

Los inventores han realizado extensos experimentos con la tecnología del Sistema de Localización Inalámbrico para demostrar tanto la viabilidad como el valor de la tecnología. Por ejemplo, se han realizado varios experimentos durante varios meses de 1995 y 1996 en las ciudades de Filadelfia y Baltimore para verificar la capacidad del sistema para mitigar el multitrayecto en entornos urbanos grandes. A continuación, en 1996 los inventores construyeron un sistema en Houston para ensayar la efectividad de la tecnología en esta área y su capacidad para una interfaz directa con los sistemas E9-1-1. A continuación, en 1997, el sistema se ensayó en un área de 906 kilómetros cuadrados (350 millas cuadradas) en Nueva Jersey y se usó para localizar llamadas reales al 9-1-1 de gente real en problemas. Desde ese momento, los ensayos del sistema se han expandido para incluir 125 emplazamientos celulares cubriendo un área de más de 5180 kilómetros cuadrados (2000 millas cuadradas) . Durante todos estos ensayos, las técnicas expuestas y desveladas en el presente documento se probaron respecto a su efectividad y se desarrollaron adicionalmente y el sistema se ha demostrado que supera las limitaciones de otros enfoques que se han propuesto para la localización de teléfonos inalámbricos. En realidad, desde diciembre de 1998, ningún otro Sistema de Localización Inalámbrico se ha instalado en ningún otro lugar del mundo que sea capaz de localizar a comunicantes con el 9-1-1 reales. La innovación del Sistema de Localización Inalámbrico desvelado en el presente documento ha sido reconocida por la industria inalámbrica mediante una extensa cantidad de cobertura de los medios dada a las capacidades del sistema, así como mediante premios. Por ejemplo, el prestigioso Wireless Appy Award adjudicado al sistema por la Cellular Telephone Industr y Association en octubre de 1977 y la Christopher Columbus Fellowship Foundation y Discover Magazine encontraron el Sistema de Localización Inalámbrico como una de las 4 innovaciones más importantes de 1998 entre 4000 nominaciones remitidas.

El valor y la importancia del Sistema de Localización Inalámbrico han sido reconocidos por la industria de comunicaciones inalámbrica. En junio de 1996, la Federal Communications Commission editó los requisitos para el despliegue por parte de la industria de comunicaciones de sistemas de localización para su uso en la localización de comunicantes inalámbricos al 9-1-1, con el plazo de octubre de 2001. La localización de comunicantes inalámbricos al E9-1-1 reducirá el tiempo de respuesta, salvará vidas y ahorrará costes enormes debido al uso reducido de recursos en la respuesta a emergencias. Además, numerosos informes y estudios han llegado a la conclusión de que varias aplicaciones inalámbricas, tal como facturación sensible a la localización, gestión de flotas y otros, tendrán un gran valor comercial en los próximos años.

Antecedentes sobre los sistemas de comunicaciones inalámbricos

Hay muchos tipos diferentes de protocolos de interfaz por aire usados para sistemas de comunicaciones inalámbricos. Estos protocolos se usan en diferentes bandas de frecuencia, tanto en los Estados Unidos como internacionalmente. La banda de frecuencia no impacta en la eficacia del Sistema de Localización Inalámbrico para la localización de teléfonos inalámbricos.

Todos los protocolos de interfaz por aire usan dos tipos de “canales”. El primer tipo incluye canales de control que se usan para transmitir información acerca del teléfono o transmisor inalámbrico, para el inicio o finalización de llamadas o para transferir datos en ráfagas. Por ejemplo, algunos tipos de servicios de mensajes cortos transfieren datos a través del canal de control. En diferentes interfaces por aire, los canales de control son conocidos por una tecnología diferente, pero el uso de los canales de control en cada interfaz por aire es similar. Los canales de control en general tienen información de identificación sobre el teléfono o transmisor inalámbrico contenida en la transmisión. Los canales de control incluyen también varios protocolos de transferencia de datos que no son específicos de voz, éstos incluyen el Servicio General de Paquetes de Radio (GPRS) , tasa de Datos Mejorada para la Evolución de GSM (EDGE) y GPRS Mejorado (EGPRS) .

El segundo tipo incluye canales de voz que se usan típicamente para transmitir comunicaciones de voz a través de la interfaz por aire. Estos canales se usan sólo después de que se haya establecido una llamada usando los canales de control. Los canales de voz usarán típicamente recursos dedicados dentro del sistema de comunicaciones inalámbrico mientras que los canales de control usarán recursos compartidos. Esta distinción hará en general más efectivo en coste el uso de los canales de control para finalidades de localización inalámbrica que el uso de canales de voz, aunque hay algunas aplicaciones para las que se desea la localización regular sobre el canal de voz. Los canales de voz en general no tienen información de identificación sobre el teléfono o transmisor inalámbrico en la transmisión. Se explican a continuación algunas de las diferencias en los protocolos de interfaz por aire.

1. Un procedimiento usado en la localización de un transmisor móvil, que comprende:

a. proporcionar un conjunto de valores de correlación cruzada, en el que cada valor de correlación cruzada se asocia con una estimación de la diferencia en el tiempo de llegada, TDOA, y/o diferencia en la frecuencia de llegada, FDOA, correspondiente y se produce mediante correlación cruzada de una señal de referencia con una señal cooperante, comprendiendo la señal de referencia una copia de una señal transmitida por el transmisor móvil según se recibe en una primera antena y comprendiendo la señal cooperante una copia de la señal transmitida por el transmisor móvil según se recibe en una segunda antena; caracterizado porque el procedimiento comprende además:

b. la determinación del intervalo de estimaciones TDOA y/o FDOA más probable;

c. la búsqueda de valores de correlación cruzada sólo dentro del intervalo de estimaciones TDOA y/o FDOA más probable determinado para identificar un valor de correlación cruzada óptimo y

d. el empleo del valor TDOA y/o FDOA correspondiente al valor de correlación cruzada óptimo en el cálculo de la localización del transmisor móvil.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la etapa c. comprende la búsqueda de ambas diferencias de frecuencia de las estimaciones FDOA y TDOA simultáneamente para identificar un valor de correlación cruzada óptimo para TDOA y en el que la etapa d. comprende el empleo del valor TDOA correspondiente al valor de correlación cruzada óptimo en el cálculo de la localización del transmisor móvil.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 en el que el intervalo de estimaciones FDOA más probable se limita a valores de frecuencia asociados con un transmisor móvil fijo o casi fijo.

4. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el intervalo de estimaciones TDOA más probable se limita a valores de tiempo asociados con la distancia entre la primera antena en la que se recibió la señal de referencia y la segunda antena en la que se recibió la señal cooperante, más un valor de error predeterminado.

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el valor de correlación cruzada es el pico de magnitud más alta de la correlación cruzada en el dominio del tiempo y/o proceso de espectro cruzado en el dominio de la frecuencia equivalente.

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el valor de correlación cruzada óptimo es el punto más cercano en el tiempo cuando la magnitud de correlación cruzada en el dominio del tiempo y/o proceso de espectro cruzado en el dominio de la frecuencia equivalente no es menor que una proporción predeterminada del pico de magnitud más alto de la correlación cruzada en el dominio del tiempo y/o proceso de espectro cruzado en el dominio de la frecuencia equivalentes.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el valor de correlación cruzada óptimo es el punto más cercano en el tiempo cuando la magnitud de correlación cruzada en el dominio del tiempo y/o proceso de espectro cruzado en el dominio de la frecuencia equivalente es menor que una proporción predeterminada del nivel de ruido promedio.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la correlación cruzada comprende la correlación cruzada en el dominio del tiempo.

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 u 8, en el que la correlación cruzada comprende una correlación cruzada en el dominio de la frecuencia.

10. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el intervalo de estimaciones TDOA o FDOA más probables se basa en una estimación aproximada de la localización del transmisor móvil.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 en el que la estimación aproximada se basa al menos en parte en la distancia entre la primera y la segunda antenas.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 en el que la estimación aproximada se basa adicionalmente en un valor de error predeterminado.

13. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12 en el que la estimación aproximada se basa en un área en la que el transmisor móvil se sabe a priori que está localizado.

14. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 en el que la estimación aproximada se basa en un área dentro de una distancia predeterminada de la primera antena o un área dentro de una distancia predeterminada de la segunda antena.

15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 en el que la distancia predeterminada se determina usando una medición del retardo de ida y vuelta.

16. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 o 15 en el que la distancia predeterminada se determina mediante la medición de la potencia recibida del transmisor móvil en la primera y segunda antenas.

17. Un sistema de localización inalámbrico (WLS) para la localización de un transmisor, que comprende:

a. medios para proporcionar un conjunto de valores de correlación cruzada, en el que cada valor de correlación cruzada se asocia con una estimación de la diferencia en el tiempo de llegada, TDOA, y/o diferencia en la frecuencia de llegada, FDOA, correspondiente y se produce mediante correlación cruzada de una señal de referencia con una señal cooperante, comprendiendo la señal de referencia una copia de una

señal transmitida por el transmisor móvil según se recibe en una primera antena y comprendiendo la señal cooperante una copia de la señal transmitida por el transmisor móvil según se recibe en una segunda antena; caracterizado porque el sistema comprende además:

b. medios para la determinación de un intervalo de estimaciones TDOA y/o FDOA más probable;

c. medios para la búsqueda de valores de correlación cruzada sólo dentro del intervalo de estimaciones 15 TDOA y/o FDOA más probable determinado para identificar un valor de correlación cruzada óptimo y

d. medios para el empleo del valor TDOA y/o FDOA correspondiente al valor de correlación cruzada óptimo en el cálculo de la localización del transmisor móvil.