Con el objetivo de salvar las deficiencias de los sistemas de localización GNSS en entornos de interior y aprovechando el gran despliegue de las redes inalámbricas,

se propone un procedimiento para la determinación de la posición de un dispositivo móvil, en dos o tres dimensiones, perteneciente a una red inalámbrica, haciendo uso del retardo temporal de propagación medido en ese instante y del conocimiento de las posiciones de ciertos elementos de la red (balizas). Entre sus principales características, destaca la mitigación estadística del error debido al efecto de la falta de visión directa entre dispositivos y la aplicación de una función de regresión creciente para estimar la distancia entre ellos a partir del retardo de propagación, la cual es independiente del entorno donde se aplique e independiza al sistema del tiempo de procesamiento de la señal en el dispositivo.

Procedimiento para la determinación de la posición de un dispositivo móvil a partir del retardo temporal de propagación de las señales en una red inalámbrica mitigando la falta de visión directa entre dispositivos y sin necesidad de calibración in situ.

Sector de la técnica

La invención se engloba dentro del sector de las radiocomunicaciones y más específicamente dentro del sector de la radio navegación, es decir, dentro de las tecnologías de localización que hacen uso de mediciones tomadas sobre las señales radioeléctricas que se transmiten en una red inalámbrica.

Estado de la técnica

Actualmente existen numerosos sistemas de localización, algunos de los cuales como los sistemas GNSS (Global Navigation Satellite System) basados en satélites tienen una gran precisión y automatismo, y aún cuando su funcionamiento es complicado, su manejo es sencillo, habiendo desplazado a otros sistemas de radionavegación como LORAN, DECCA, OMEGA, etc. Pocos reparos se pueden poner los sistemas GNSS, salvo que el mismo está basado en satélites, y las señales provenientes de estos últimos llegan muy debilitadas a la superficie terrestre, por lo que se hace necesario que los receptores GNSS tengan visión directa con varios satélites. Estas condiciones de propagación se pueden conseguir únicamente en lugares abiertos (entornos de exteriores), obteniendo una elevada precisión en la localización del dispositivo móvil. Sin embargo, en entornos de interior o zonas urbanas densas, donde una línea de visión directa entre dispositivo móvil y satélite no está garantizada, o la señal de los satélites no llega al receptor, la precisión que pueden obtener los sistemas GNSS se ve ampliamente mermada, llegando incluso a inutilizar tales sistemas en dichos entornos.

Para solventar las deficiencias de los sistemas de localización GNSS se han desarrollado otras técnicas similares que hacen uso de las redes inalámbricas convencionales desplegadas en entornos urbanos o de interior. Estas técnicas de localización utilizan ciertos parámetros de las señales radioeléctricas, base del funcionamiento de la red inalámbrica en cuestión. Así por ejemplo, para localizar a un dispositivo móvil se puede utilizar el nivel de potencia recibido, el retardo temporal de propagación (EP0800319, E93108932) o el ángulo de llegada (E91810392) de dichas señales. Todas ellas intentan, en la medida de lo posible, mitigar la principal fuente de error con la que nos encontramos a la hora de desarrollar técnicas de localización en entornos de interior derivada de la falta de visión directa entre dispositivos y del multicamino.

Hasta la fecha, se han desarrollado varios métodos de localización en redes inalámbricas haciendo uso de valores del retardo temporal. Por un lado se encuentran los métodos que necesitan que los dispositivos involucrados en el proceso de localización tengan sus relojes sincronizados para poder medir el retardo temporal de propagación de las señales y así estimar la distancia entre los pares de dispositivos. Otros métodos están basados en una realización previa de una campaña de mediciones mediante la cual se obtiene una base de datos que relaciona retardos temporales de propagación con posiciones, para más tarde realizar el proceso de localización comparando los retardos obtenidos en cada instante, con los valores almacenados en dicha base de datos. A diferencia de estos métodos, la invención que proponemos resuelve el problema técnico de corregir el efecto de la falta de visión directa entre los dispositivos de una red inalámbrica para obtener su localización utilizando únicamente los valores del retardo temporal de propagación en cada instante de tiempo entre los dispositivos a localizar y los nodos baliza, cuya posición asumiremos conocida; sin necesidad de sincronización en el tiempo y sin más requerimiento que la calibración de los dispositivos hardware (HW) a usar, ya que el comportamiento de dispositivos provenientes de diferentes estándares o fabricantes puede ser diferente.

Descripción general de la invención

En lo que sigue, la invención que proponemos, se refiere a un procedimiento para la determinación de la posición de un dispositivo móvil perteneciente a una red inalámbrica, haciendo uso del retardo temporal de propagación obtenido en cada instante de tiempo, y del conocimiento de las posiciones de ciertos elementos de la red inalámbrica que llamaremos nodos baliza. La invención propuesta resuelve el problema técnico de la falta de visión directa entre dispositivos, problema común en entornos de interior, corrigiéndolo de forma estadística. Además, la invención, para relacionar el retardo temporal de propagación con la distancia entre dispositivos, no necesita de una etapa de calibración del entorno, sino que una vez calibrados los dispositivos HW a usar, resuelve este problema mediante el uso de una función de regresión creciente. De esta manera, se resuelve también el problema técnico de la necesidad de conocer el tiempo de procesamiento de la señal en cada uno de los dispositivos para poder estimar la distancia entre el dispositivo móvil y los nodos baliza.

Descripción detallada de la invención

La presente invención utiliza la medición del retardo temporal de propagación, RTP, para localizar a un dispositivo móvil, de forma similar a como lo hacen en WO5000773D3. Cuando se requiere medir el RTP, en principio, es necesario que los relojes de los dispositivos a localizar y los nodos baliza estén sincronizados, aunque para evitar este problema de sincronización, el retardo de propagación se puede obtener de la misma forma que funcionan los sistemas de localización radar, mediante la medición temporal precisa del tiempo de vuelo de una señal de ida y vuelta entre un dispositivo origen y un dispositivo destino.

Cualquier sistema de medida de tiempos preciso puede ser utilizado para obtener el RTP de una señal radioeléctrica, en P0175324 proponen un sistema para medir cortos intervalos de tiempo. Por ejemplo, volviendo al sistema de localización radar, se puede utilizar un contador cuya entrada sea la señal de reloj del dispositivo origen, cuyo disparador de inicio de cuenta sea el instante de salida de la señal a enviar y cuyo disparador de fin de cuenta sea el instante de llegada de la señal de respuesta proveniente del dispositivo destino. A su vez, en las redes donde los dispositivos de red no estén sincronizados, caso muy común en redes inalámbricas, cualquier protocolo de comunicación entre dispositivos que genere una señal de respuesta inmediata ante una señal de petición, simulando el funcionamiento del radar, y que garantice un tiempo de procesamiento constante en el nodo destino, puede ser utilizado para obtener el RTP. En lo que sigue, por dispositivo origen se entiende aquél que envía la señal de estímulo y por dispositivo destino aquél que envía la respuesta al estímulo, del mismo modo que funciona el sistema de localización radar.

La principal fuente de error en un sistema de localización basado en el retardo temporal de propagación, radica en la falta de visión directa (NLOS, Non Line-Of-Sight) entre emisor y receptor, muy común en entornos urbanos y de interior. Uno de los problemas técnicos que resuelve la invención que proponemos, es el de poder estimar distancias con alta precisión mediante mediciones del retardo de propagación incluso en entornos de propagación con NLOS. El NLOS, por su naturaleza, introducirá siempre un sesgo positivo en el retardo de propagación de una señal. Por lo tanto, el perfil RTP puede estar alterado por señales que no hayan seguido el camino directo entre origen y destino, bien porque este esté obstruido, bien porque no exista o bien, directamente, porque el propio dispositivo de red no haya seleccionado la señal que proviene del camino de visión directa (LOS, Line-Of-Sight). En la invención proponemos el uso de una técnica de corrección del RTP que corrige el efecto de las señales que no hayan seguido el camino directo entre origen y destino. De esta forma el RTP corregido (RTPL) sería similar al que se obtendría si una línea de visión directa entre origen y destino hubiera existido en el momento de obtener el RTP.

En un escenario LOS, a partir de múltiples medidas entre el dispositivo origen y cada dispositivo destino en cada instante, y utilizando un estimador estadístico del perfil de retardos observado, se obtiene una estimación del RTPL (RTPLE) entre el origen y cada destino. Como ejemplos de estimador estadístico del perfil de retardos observado entre origen y destino...

1. Procedimiento de localización de nodos o dispositivos en redes inalámbricas a partir del retardo temporal de propagación de las señales intercambiadas entre el nodo a localizar y el resto de nodos de la red que comprende las siguientes etapas:

a. Corrección, sobre los valores del retardo temporal de propagación, de los errores causados por la falta de visión directa en la comunicación entre pares de nodos inalámbricos utilizando el comportamiento estadístico de dichos errores.

b. Utilización de un estimador estadístico para obtener un valor representativo del retardo temporal de propagación que caracteriza la distancia entre el par de nodos.

c. Estimación de la distancia entre pares de nodos inalámbricos a partir del retardo temporal de propagación utilizando una función de regresión creciente que relaciona retardo temporal con distancia.

d. Estimación de la posición del nodo inalámbrico a localizar utilizando las estimaciones de distancia previas y las posiciones conocidas de los nodos baliza a través del proceso de trilateración que linealiza el sistema de ecuaciones conducentes a la solución, mediante el uso de los ejes radicales de las parejas de circunferencias (en el caso de localizar en 2D) o esferas (en el caso de localizar en 3D).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la corrección u omisión de los retardos temporales de propagación obtenidos en base a la comparación entre su desviación estadística y un determinado umbral cuyo valor es fijado a priori en función del nivel de significación que se desee usar.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la obtención de la proporción, e identificación, de los retardos temporales de propagación que provienen de la falta de visión directa entre pares de nodos frente a los que no, a partir de la desviación de los retardos y de los parámetros que caracterizan el error provocado por la falta de visión directa.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por la corrección de los retardos temporales de propagación que provienen de la falta de visión directa entre pares de nodos en base a la distribución del error provocado por la falta de visión directa. Para ello, los retardos se agrupan según la distribución del error en segmentos equiprobables en base a su valor, y se les resta el valor esperado en cada segmento.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la estimación de los parámetros que caracterizan la función de regresión creciente que relaciona el retardo temporal de propagación y la distancia entre un par de nodos en un entorno donde ambos nodos están en línea de visión directa.

6. Un programa implementado sobre cualquier dispositivo físico adaptado para ejecutar el método de cualquier reivindicación anterior.