Procedimiento de estimación de la distancia entre dos equipos de radio.

Procedimiento de estimación de la distancia entre un primer y un segundo equipo de radio,

que comprende:

- una fase (1) de estimación, aplicada por el primer equipo (A), de un primer tiempo de vuelo entre los dos equipos(A, Z) correspondiente a la duración de la transmisión de señales para ir de un equipo al otro siguiendo un trayectode propagación, denominado "trayecto más fuerte", que toma una parte principal de la energía de las señales,

- una fase (2) de estimación de una diferencia de tiempos de vuelo que comprende el envío de una trama de sondeode canal de un equipo al otro (E21) y, a partir de las señales de radio recibidas correspondientes a dicha trama desondeo de canal, la estimación de una diferencia (DTOF) de tiempos de vuelo entre el trayecto de propagación másfuerte y un primer trayecto de propagación (E22),

- una fase (3) de cálculo de la distancia entre los dos equipos (A, Z) que comprende la determinación de un segundotiempo (TOF2) de vuelo mediante la resta de la diferencia (DTOF) de tiempos de vuelo estimada del primer tiempo(TOF1) de vuelo estimado (E30) y el cálculo de la distancia (D) entre los dos equipos a partir del segundo tiempo(TOF2) de vuelo determinado de este modo (E31);

caracterizado por el hecho de que es el primer equipo (A), denominado iniciador, el que envía hacia el segundoequipo (Z), denominado solicitado, dicha trama de sondeo de canal (E21), siendo el segundo equipo (Z) solicitado elque realiza la estimación de la diferencia de tiempos de vuelo (E22).

Procedimiento de estimación de la distancia entre dos equipos de radio La invención se refiere a un procedimiento de estimación de la distancia entre dos equipos de radio.

La posición de un equipo de radio es una información que resulta necesario conocer en el marco de numerosas aplicaciones. A modo de ejemplos ilustrativos, pueden citarse los servicios de tipo “push” que proporcionan a los terminales móviles de usuario información contextual en función de su posición, los servicios de guía de la persona en un lugar como un museo, o incluso el enrutamiento de los paquetes de datos a través de una red mallada o una red a medida.

Entre las diferentes técnicas de posicionamiento existentes, las hay que se basan en un cálculo cooperativo de distancia entre equipos de radio (“ranging” en inglés) mediante la simple medición del tiempo de vuelo de la señal de radio. Conociendo la velocidad de propagación de la onda electromagnética, la medición del tiempo de vuelo entre dos equipos de radio permite remontar a la distancia en línea recta, o en línea directa, que separa los dos equipos. De entrada, cabe precisar que por “tiempo de vuelo entre dos equipos” se pretende designar la duración de transmisión de la onda electromagnética para ir de uno de los equipos al otro (en un único sentido) . Las técnicas de cálculo cooperativo de distancia se basan, la mayoría de las veces, en el siguiente método de estimación:

a) un primer equipo envía a un segundo equipo una petición de medición de un plazo Tex de intercambio entre los dos equipos y activa un contador de tiempo,

b) tras la recepción de la petición, el segundo equipo deja expirar una duración Tw de temporización, conocida por 25 los dos equipos, luego responde al primer equipo mediante un acuse ACK de recibo (“acknowledgement”, en inglés) ,

c) con el acuse ACK de recibo, el primer equipo detiene el contador de tiempo, a fin de medir la duración Tex del intercambio, luego calcula el tiempo TOF de vuelo (“Time Of Flight”, por sus siglas en inglés) del primer equipo hacia el segundo, restando la duración Tw de temporización de la duración Tex del intercambio medido y dividiendo el resultado de esta resta entre dos,

d) conociendo el tiempo TOF de vuelo y la velocidad de propagación de la onda V electromagnética, el primer equipo calcula la distancia en línea D recta entre los dos equipos, dividiendo la duración Tex de intercambio entre la velocidad V, realizándose la hipótesis de que las señales de radio (ida y vuelta) del intercambio, cuya duración Tex se ha medido, han tomado unos trayectos de propagación en línea directa.

De este modo, la estimación del tiempo TOF de vuelo entre el primer y el segundo equipo es el resultado de una medición de la duración de un intercambio, es decir, de una ida y vuelta entre los dos equipos. Una medición de ida y vuelta de este tipo es necesaria en el caso en el que los dos equipos sean asincrónicos, es decir, que no estén sincronizados con un reloj común y, por lo tanto, no compartan la misma referencia de tiempo. En el caso en el que los dos equipos estuviesen sincronizados, bastaría con medir la duración de una transmisión de un equipo al otro, en un único sentido.

El método de estimación del tiempo TOF de vuelo, tal y como se ha explicado anteriormente, proporciona buenos 45 resultados cuando los dos equipos están distanciados el uno del otro. De hecho, en este caso, la hipótesis según la cual las señales del intercambio cuya duración Tex se mide, siguen unos trayectos de propagación, de ida y vuelta, en líneas directas es una aproximación aceptable, que permite estimar la distancia en línea D recta entre los dos equipos con una buena precisión. En cambio, cuando los dos equipos están relativamente cerca el uno del otro y en un entorno que favorece los trayectos de propagación múltiples, como es el caso por ejemplo dentro de un edificio, la medición de la duración Tex de intercambio entre los dos equipos corre el peligro de verse considerablemente afectada por unos trayectos de propagación múltiples. De ello se deduce que la hipótesis según la cual las señales del intercambio cuya duración Tex se mide, toman unos trayectos de propagación (ida y vuelta) en líneas directas, resulta una aproximación tosca, que contamina la estimación de la distancia en línea D recta entre los dos equipos con un error significativo. De hecho, la duración Tex de intercambio se mide para trayectos de propagación de ida y

vuelta tomados cada uno, por una parte principal de la energía de la señal (señal de ida que transporta la petición y señal de vuelta que transporta el acuse de recibo) . Por razones de concisión, en adelante se denominará “trayecto más fuerte”, a un trayecto de propagación que toma la parte principal de la energía de la señal. Los equipos están sincronizados en el trayecto más fuerte. Ahora bien, en caso de propagación de la señal según varios trayectos, el trayecto más fuerte no se corresponde necesariamente con el trayecto de propagación en línea directa entre los dos equipos. De hecho, una parte secundaria de la energía de la señal, más débil, puede tomar un trayecto de propagación más corto, en línea recta o muy cerca de la línea recta. El equipo receptor recibe esta parte secundaria de la señal antes que el trayecto más fuerte. El trayecto de propagación que toma la parte de energía de la señal recibida en primer lugar se denominará, en adelante, “primer trayecto de propagación” o “trayecto más corto”. En definitiva, en el caso en el que los equipos están cerca y en un entorno que podría causar trayectos de propagación 65 múltiples, el desfase que puede haber entre el instante de llegada de la parte de la señal que ha tomado el trayecto más fuerte y el instante de llegada de la parte de la señal que ha tomado el primer trayecto podría contaminar la estimación de la distancia en línea D recta entre los dos equipos con un error significativo.

Para corregir este error, el documento WO 2006/072697 propone un procedimiento de medición de la distancia entre un primer y un segundo equipo de radio que se desarrolla en dos fases. Durante la primera fase, las etapas a) a d)

descritas anteriormente se ejecutan de forma que el primer equipo estima un primer tiempo TOF1 de vuelo. Durante la segunda fase, el segundo equipo envía al primero una trama de sondeo de canal. Ésta se adapta para que el primer equipo detecte, a partir de las diferentes señales de radio recibidas correspondientes a la trama de sondeo, el trayecto más fuerte y el primer trayecto. De este modo, el primer equipo puede estimar una diferencia ΔTOF de tiempos de vuelo entre estos dos trayectos y calcular un segundo tiempo TOF2 de vuelo o tiempo de vuelo corregido, restando la diferencia ΔTOF de tiempos de vuelo determinada del primer tiempo TOF1 de vuelo medida.

Este procedimiento de estimación de la distancia entre dos equipos de radio puede utilizarse en una red a medida de nodos para permitir en particular la localización de un nuevo nodo Z que llega a la red. Sin embargo, la aplicación de este procedimiento es muy costosa en consumo de energía para el nodo Z que hay que localizar. De hecho, para ello se necesitan tres medidas distintas, iniciadas respectivamente por tres nodos diferentes, en este caso denominados como A, B y C. El nodo Z, por consiguiente, debe emitir tres tramas de sondeo con destino a estos tres nodos A, B y Z, respectivamente. Ahora bien, la emisión de estas tramas de sondeo consume energía.

La presente invención tiene por objeto paliar este inconveniente.

A tal efecto, la invención se refiere a un procedimiento de estimación de la distancia entre un primer y un segundo equipo de radio, que comprende:

- una fase de estimación, aplicada por el primer equipo, de un primer tiempo de vuelo entre los dos equipos

correspondiente a la duración de la transmisión de las señales para ir de un equipo al otro, siguiendo un trayecto de propagación, denominado “trayecto más fuerte”, que toma una parte principal de la energía de las señales,

- una fase de estimación de una diferencia de tiempos de vuelo que comprende el envío de una trama de sondeo de canal de un equipo a otro y, a partir de las señales de radio recibidas correspondientes a dicha trama de sondeo de canal, la estimación de una diferencia de tiempos de vuelo entre el trayecto de propagación más fuerte y un primer trayecto de propagación,

- una fase de cálculo de la distancia entre los dos equipos que comprende la determinación de un segundo tiempo

de vuelo mediante... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de estimación de la distancia entre un primer y un segundo equipo de radio, que comprende:

- una fase (1) de estimación, aplicada por el primer equipo (A) , de un primer tiempo de vuelo entre los dos equipos (A, Z) correspondiente a la duración de la transmisión de señales para ir de un equipo al otro siguiendo un trayecto de propagación, denominado “trayecto más fuerte”, que toma una parte principal de la energía de las señales,

- una fase (2) de estimación de una diferencia de tiempos de vuelo que comprende el envío de una trama de sondeo

de canal de un equipo al otro (E21) y, a partir de las señales de radio recibidas correspondientes a dicha trama de sondeo de canal, la estimación de una diferencia (ΔTOF) de tiempos de vuelo entre el trayecto de propagación más fuerte y un primer trayecto de propagación (E22) ,

- una fase (3) de cálculo de la distancia entre los dos equipos (A, Z) que comprende la determinación de un segundo

tiempo (TOF2) de vuelo mediante la resta de la diferencia (ΔTOF) de tiempos de vuelo estimada del primer tiempo (TOF1) de vuelo estimado (E30) y el cálculo de la distancia (D) entre los dos equipos a partir del segundo tiempo (TOF2) de vuelo determinado de este modo (E31) ;

caracterizado por el hecho de que es el primer equipo (A) , denominado iniciador, el que envía hacia el segundo 20 equipo (Z) , denominado solicitado, dicha trama de sondeo de canal (E21) , siendo el segundo equipo (Z) solicitado el que realiza la estimación de la diferencia de tiempos de vuelo (E22) .

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer equipo (A) iniciador transmite al segundo equipo (Z) solicitado el valor del primer tiempo (TOF1) de vuelo estimado (E21) y es el segundo equipo (Z) solicitado el que estima el segundo tiempo (TOF2) de vuelo (E30) y deduce de éste la distancia (D) entre los dos equipos (E31) .

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que el segundo equipo (Z) solicitado transmite al primer equipo (A) iniciador el valor de la distancia (D) estimada entre los dos equipos (A, Z) . 30

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el segundo equipo (Z) solicitado envía un acuse de recibo en respuesta a una petición del primer equipo (A) iniciador (E12) durante la fase (1) de estimación del primer tiempo de vuelo, el primer equipo iniciador deja expirar una duración T entre el instante de llegada del acuse de recibo y el instante de emisión de la trama de sondeo de canal (E20) , dicha duración T

comprende un tiempo de guarda adaptado para permitir al primer equipo iniciador estimar el primer tiempo (TOF1) de vuelo, seguido de un tiempo de pausa adaptado para respetar las condiciones de un acceso compartido al canal y que se adapta para que la duración total de la fase (1) de estimación del primer tiempo de vuelo y de la fase (2) de estimación de una diferencia de tiempos de vuelo sea inferior al tiempo de coherencia del canal.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que durante la fase (1) de estimación del primer tiempo de vuelo, el segundo equipo (Z) solicitado deja expirar una duración (Tw) de temporización (E11) , conocida por los dos equipos, entre el momento en el que éste recibe una petición del primer equipo iniciador y el momento en el que emite un acuse de recibo como respuesta, y el primer equipo (A) iniciador mide la duración del intercambio entre los dos equipos (E15) , resta dicha duración de temporización de la duración del intercambio 45 medida y divide el resultado de la resta entre dos a fin de estimar el primer tiempo (TOF1) de vuelo (E16) .

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la fase (1) de cálculo de un primer tiempo de vuelo comprende varias estimaciones del primer tiempo (TOF1) de vuelo y, a partir de las diferentes estimaciones del primer tiempo de vuelo, el primer equipo iniciador calcula un primer tiempo de vuelo medio.

7. Procedimiento de localización de un equipo (Z) que hay que localizar, mediante un conjunto de al menos otros tres equipos (A, B, C) en el que cada uno de los otros tres equipos (A, B, C) de dicho conjunto aplica aquellas etapas realizadas por el primer equipo iniciador en el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 6, mientras que el equipo (Z) que hay que localizar aplica aquellas etapas realizadas por el segundo equipo solicitado en el procedimiento, de 55 acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5.

8. Equipo (A) , denominado “iniciador”, adaptado para iniciar una estimación de la distancia entre dicho equipo (A) iniciador y otro equipo (Z) , denominado “solicitado” que comprende:

- unos medios (40) para enviar hacia el equipo (Z) solicitado una petición con la finalidad de medir una duración de intercambio entre los dos equipos (A, Z) ,

- unos medios (41) para recibir un acuse de recibo en respuesta a la petición,

- unos medios para calcular, a partir de la duración de intercambio medida, un primer tiempo de vuelo entre los dos equipos (A, Z) , correspondiente a la duración de transmisión de señales para ir de un equipo al otro, siguiendo un trayecto de propagación, denominado “trayecto más fuerte”, que toma una parte principal de la energía de las señales, y

- unos medios (42, 44, 45) para medir la duración del intercambio entre los dos equipos (A, Z) , 5

- unos medios (43) para enviar hacia el equipo (Z) solicitado de una trama de sondeo de canal, que tiene por objeto permitir una estimación de una diferencia (ΔTOF) de tiempos de vuelo entre el trayecto de propagación más fuerte y un primer trayecto de propagación.

9. Equipo (A) iniciador, de acuerdo con la reivindicación 8, en el que los medios para enviar una trama de sondeo hacia el equipo (Z) solicitado se adaptan para enviar una trama de sondeo que contenga el primer tiempo de vuelo calculado.

10. Equipo (Z) , denominado “solicitado”, que comprende un dispositivo de estimación de la distancia entre un primer

equipo (A) , denominado “iniciador”, y el segundo equipo (Z) solicitado, que comprende unos medios (51) para, a la recepción de una petición con la finalidad de medir una duración de intercambio entre los dos equipos (A, Z) , emitir un acuse de recibo, unos medios (52, 53) para recibir una trama de sondeo de canal y para, a partir de las señales de radio recibidas correspondientes a dicha trama de sondeo de canal, estimar una diferencia (ΔTOF) de tiempos de vuelo entre el tiempo de vuelo de señales que siguen el trayecto de propagación más fuerte, que toma una parte principal de la energía de las señales recibidas, y el tiempo de vuelo que toman unas señales que siguen un primer trayecto de propagación.

11. Equipo (Z) , de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además unos medios (50) para recibir el valor de un primer tiempo de vuelo estimado y unos medios (54) de cálculo de la distancia entre los dos equipos (A, Z)

dispuestos para determinar un segundo tiempo de vuelo mediante la resta de la diferencia (ΔTOF) de tiempos de vuelo estimada del primer tiempo de vuelo estimado y para calcular dicha distancia a partir del segundo tiempo de vuelo determinado.

12. Sistema que comprende un equipo (Z) solicitado, de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 y 11, y al menos 30 otro equipo (A) iniciador, de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 y 9.

13. Programa de ordenador para un equipo denominado “iniciador”, adaptado para iniciar un cálculo de la distancia entre dicho equipo iniciador y otro equipo, denominado “solicitado”, que comprende unas instrucciones de código para controlar la ejecución de aquellas etapas del procedimiento, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,

que realiza el primer equipo (A) iniciador.

14. Programa de ordenador para un equipo, denominado “solicitado”, de estimación de la distancia entre un equipo, denominado “iniciador”, y dicho equipo solicitado, que comprende unas instrucciones de código para controlar la ejecución de aquellas etapas del procedimiento, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, que realiza el

segundo equipo (Z) solicitado.