Procedimiento para estimar la distancia de un receptor con respecto a un transmisor de radio, procedimientos relativos para calcular la posición de un terminal móvil, terminal móvil y dispositivo de localización.

Procedimiento para estimar la distancia (d) de un receptor de radio (102) con respecto a un transmisor de radio (101),

que comprende las etapas siguientes:

- recibir (602) unas señales de radio (103, 701) irradiadas por dicho transmisor (101), comprendiendo dichas señales de radio (103, 107) unas componentes de las cuales se extraen por lo menos tres tonos (1, 2, 3, 4), presentando cada uno una frecuencia diferente;

- medir (606) una primera diferencia de fase (Dj21) entre los primeros dos tonos (1, 2) de dichos por lo menos tres tonos, cuyas frecuencias (f1, f2) presentan una primera separación, y medir una segunda diferencia de fase (Dj43) entre los segundos dos tonos (3, 4) de dichos por lo menos tres tonos, cuyas frecuencias (f3, f4) presentan una segunda separación, siendo una de entre dicha primera separación o segunda separación mayor que la otra;

- estimar (607, 611, 613) dicha distancia (d) basándose en dicha primera diferencia de fase (Dj21) y dicha segunda diferencia de fase (Dj43).

Procedimiento para estimar la distancia de un receptor con respecto a un transmisor de radio, procedimientos relativos para calcular la posición de un terminal móvil, terminal móvil y dispositivo de localización

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para estimar la distancia de un receptor de radio con respecto a un transmisor de radio. La presente invención también se refiere a procedimientos relativos para calcular la posición de un terminal móvil de radio, a un terminal móvil y a un dispositivo para localizar un terminal móvil.

La invención se aplica preferente y ventajosamente a receptores y transmisores que pertenecen a una red con una modulación de OFDM ("multiplexación por división de frecuencia ortogonal"), tal como, por ejemplo, terminales móviles conformes con la norma de evolución a largo plazo (LTE).

Técnica anterior

Tal como se conoce, la posición de un terminal móvil puede obtenerse a través de técnicas de trilateración o multilateralización, que se basan en el conocimiento de la distancia relativa entre el terminal móvil y una pluralidad de puntos que presentan coordenadas conocidas, por ejemplo satélites geoestacionarios o estaciones base de radio terrestres.

Conocer la posición del terminal móvil permite acceder a servicios de emergencia, a servicios basados en la posición del terminal móvil (conocidos como LBS, "servicios basados en la ubicación"), tal como, por ejemplo, gestionar una flota de vehículos, a servicios cuyo coste depende de la posición del usuario (la denominada "facturación basada en la ubicación"), a servicios de monitorización o seguridad (por ejemplo, para rastrear la posición de un vehículo

robado), y también a otros servicios.

Se conocen procedimientos para localizar terminales móviles que se basan en sistemas de satélite (por ejemplo, sistema de posicionamiento global, o GPS) y ofrecen una buena precisión en la localización del terminal móvil, pero no pueden garantizar un servicio dentro de edificios cerrados o áreas con obstáculos naturales o artificiales (por ejemplo, los denominados "cañones urbanos" entre edificios altos), que impiden la recepción de señales de satélite. Además, los sistemas de localización por satélite requieren tiempos relativamente largos para establecer las sincronizaciones necesarias antes de que puedan proporcionar estimaciones de posición.

También se conocen procedimientos de localización que se basan en sistemas que dependen de una red celular terrestre; estos procedimientos ofrecen tiempos de respuesta cortos y una cobertura interior, pero son generalmente menos precisos que los sistemas de satélite e inadecuados para muchas aplicaciones.

Un ejemplo de un procedimiento para localizar un terminal móvil se conoce por la solicitud de patente W27/677 y por la solicitud US28/29189A1 correspondiente. Describe un dispositivo y un procedimiento para determinar la posición de una baliza de radio en movimiento. En particular, la baliza de radio transmite señales de radio que presentan "múltiples frecuencias", que se reciben por una pluralidad de estaciones base de radio. Según el procedimiento del documento W27/677, se evalúan las diferencias de fase entre dos "frecuencias" de la señal enviada a cada estación base. Las distancias relativas entre la baliza de radio y cada estación base se calculan mediante un servidor de cálculo de ubicación, que tiene en cuenta las diferencias de fase evaluadas y el tiempo de llegada de la señal en cada estación base. Por tanto, la posición de la baliza de radio se calcula mediante trilateración.

Sin embargo, el procedimiento conocido por el documento W27/677 presenta unos cuantos inconvenientes. En primer lugar, para una evaluación correcta de las distancias relativas, las estaciones base deben presentar un sincronismo de reloj para poder evaluar de manera precisa las diferencias entre los tiempos requeridos por las señales para cubrir las respectivas trayectorias hasta las estaciones base.

Además, el procedimiento conocido del documento W27/677 permite estimar las distancias relativas sólo si el terminal móvil, es decir la baliza de radio, transmite una señal que se recibe correctamente por al menos tres estaciones base. Estos requisitos resultan ser desventajosos para aplicaciones en el campo de la telefonía celular, en el que el terminal móvil irradia normalmente una señal destinada a una estación base de radio específica.

Además, las estaciones base de radio deben poder comunicarse con un servidor adaptado para calcular la ubicación del terminal móvil. Esto requiere conexiones dedicadas o la ocupación de banda que podría utilizarse de otro modo.

Resumiendo, el procedimiento conocido por el documento W27/677 no es ni eficaz ni práctico para calcular las distancias relativas entre un terminal móvil y una pluralidad de estaciones base. Además, esta solución conocida no permite que un terminal móvil calcule su propia ubicación sin hacer uso de una comunicación costosa con un servidor de cálculo de ubicación conectado a las estaciones base. Finalmente, el procedimiento conocido por el

documento W27/677 es sensible al ruido en la señal que se transmite, por ejemplo debido a reflexiones de señal, que pueden provocar errores en las distancias relativas estimadas.

Objetivos y sumario de la invención

La presente invención presenta el objetivo de proporcionar un procedimiento para estimar la distancia de un receptor con respecto a un transmisor de radio, que supere algunos inconvenientes de la técnica anterior.

En particular, un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento que permita estimar la distancia de un receptor con respecto a un transmisor de una manera rápida e inmediata, sin la necesidad de ninguna comunicación adicional con otros dispositivos remotos. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento que permita estimar dicha distancia con un nivel alto de precisión.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un procedimiento que permita corregir cualquier error provocado por un ruido de señal, por ejemplo ruido debido a reflexiones de señal en múltiples trayectorias de

propagación.

Estos y otros objetivos de la presente invención se alcanzan mediante un procedimiento para estimar la distancia de un receptor con respecto a un transmisor de radio, a través de procedimientos relacionados para localizar un terminal móvil, y a través de un terminal móvil y un dispositivo de localización que incorpora las características expuestas las reivindicaciones adjuntas, que están previstas como parte integral de la presente descripción.

La ¡dea general en la que se basa la presente invención es utilizar un receptor de radio que recibe señales de radio irradiadas por un transmisor, y calcular la distancia relativa entre los mismos basándose en las señales recibidas. Las señales comprenden componentes de las que el receptor extrae por lo menos tres tonos, presentando cada uno una frecuencia diferente. El receptor mide una primera diferencia de fase entre un primer par de tonos, y una segunda diferencia de fase entre un segundo par de tonos, diferente del primero, en particular de tal manera que la separación de frecuencia de uno cualquiera de los pares de tonos primero y segundo es mayor que la otra. Entonces, se estima la distancia entre el receptor y el transmisor basándose en las diferencias de fase medidas a nivel del receptor.

Al hacer esto, la distancia puede estimarse de una manera rápida e inmediata; además, es el propio receptor el que realiza las mediciones requeridas para la estimación, de modo que no son necesarias comunicaciones adicionales con el transmisor o con otros dispositivos remotos. Ventajosamente, no es necesario que el receptor emita ninguna

señal de radio.

De esta manera, también es posible estimar la distancia entre el receptor y el transmisor con mejor precisión, debido a que la separación de frecuencia aumentada entre los tonos aumenta la resolución espacial que corresponde a variaciones espaciales en la diferencia de fase. Se deduce que, con la misma incertidumbre de la medición de diferencia de fase tomada a nivel del receptor, la distancia estimada es más precisa a medida que aumenta la separación. Preferentemente, la distancia entre el receptor y el transmisor se estima realizando una comparación entre una primera estimación de distancia basándose en la primera diferencia de fase y por lo menos una segunda estimación de distancia basándose en la segunda diferencia de fase. Por tanto, la estimación de distancia obtenida de tonos que presentan una menor separación de frecuencia permite... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para estimar la distancia (d) de un receptor de radio (12) con respecto a un transmisor de radio (11), que comprende las etapas siguientes:

- recibir (62) unas señales de radio (13, 71) irradiadas por dicho transmisor (11), comprendiendo dichas señales de radio (13, 17) unas componentes de las cuales se extraen por lo menos tres tonos (1, 2, 3, 4), presentando cada uno una frecuencia diferente;

- medir (66) una primera diferencia de fase (A<p2i) entre los primeros dos tonos (1, 2) de dichos por lo menos tres tonos, cuyas frecuencias (fi, f2) presentan una primera separación, y medir una segunda diferencia de fase (Acp43) entre los segundos dos tonos (3, 4) de dichos por lo menos tres tonos, cuyas frecuencias (f3, f4) presentan una segunda separación, siendo una de entre dicha primera separación o segunda separación mayor que la otra;

- estimar (67, 611, 613) dicha distancia (d) basándose en dicha primera diferencia de fase (Acp2i) y dicha segunda diferencia de fase (A<p43).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha distancia (d) se estima comparando (613, dmf) una primera estimación (67, dm1) de dicha distancia (d) basándose en dicha primera diferencia de fase (Acp2i) con por lo menos una segunda estimación (611, dm2) de dicha distancia (d) basándose en dicha segunda diferencia de fase

(Acp43).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que dichas señales de radio (13, 71) corresponden a una señal de OFDM que comprende una pluralidad de subportadoras de las cuales pueden extraerse una pluralidad de tonos correspondientes.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dichas subportadoras están separadas en frecuencia del mismo modo, y en el que la menor de entre dicha primera separación y segunda separación es igual a la separación entre dicha pluralidad de subportadoras.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos dos tonos (3, 4), cuyas frecuencias (f3, f4) presentan dicha separación mayor se seleccionan dependiendo de una incertidumbre (r(A<p2i)) asociada con dicha diferencia de fase (A<p2i) medida entre dichos dos tonos (1, 2), cuyas frecuencias (fi, f2) presentan dicha separación menor.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que proporciona además una corrección de la estimación de dicha distancia (d), que tiene en cuenta la diferencia entre una distancia estimada (dmf) y la longitud de la trayectoria de propagación directa (d) de dichas señales de radio (13), basándose en las características de la función de transferencia del canal de radio.

7. Terminal móvil, que comprende por lo menos una antena para recibir señales de radio, unos medios para extraer tonos de dichas señales de radio recibidas, unos medios para medir diferencias de fase entre dichos tonos, caracterizado por que comprende unos medios adaptados para implementar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Procedimiento para calcular la posición de un terminal móvil (1) que recibe unas señales de radio desde una pluralidad de estaciones base (11, 12, 13), cuyas posiciones geográficas son conocidas, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

- recibir unas señales en dicho terminal móvil (1) desde por lo menos tres de dichas estaciones base (11, 12, 13);

- estimar las distancias relativas (da,mf, db,mf, dc,mf) entre dicho terminal móvil (1) y cada una de entre dichas por lo menos tres estaciones base (11, 12, 13), utilizando el procedimiento para estimar la distancia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6;

- calcular la posición de dicho terminal móvil (1) mediante multilateralización con respecto a dichas por lo menos tres estaciones base (11, 12, 13).

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que dicho terminal móvil (1) actúa como dicho receptor de radio (12) y cada una de dichas estaciones base (11, 12, 13) actúa como dicho transmisor de radio (11) en dicho procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

1. Procedimiento según la reivindicación 8 o 9, en el que cuando se calcula dicha posición, un peso se asocia con cada una de dichas distancias relativas estimadas (da,mf, db.mf, dC|rrf), siendo dicho peso una función de por lo menos uno de entre los siguientes parámetros: atenuación de señal, distorsión de señal, retardo de por lo menos una subportadora de la señal.

11. Terminal móvil, que comprende por lo menos una antena para recibir señales de radio desde por lo menos tres estaciones base (11, 12, 13), unos medios para extraer tonos de dichas señales de radio recibidas, unos medios para medir diferencias de fase entre dichos tonos, caracterizado por que comprende unos medios adaptados para implementar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 1.

12. Procedimiento para calcular la posición de un terminal móvil (1) que pertenece a una red móvil de radio que comprende una pluralidad de estaciones base (11, 12, 13), comprendiendo el procedimiento las etapas

siguientes:

- recibir unas señales de radio transmitidas por dicho terminal móvil (1) a por lo menos tres de dichas estaciones base (11, 12, 13);

- estimar las distancias relativas (da,mf, db.mf, dc,mf) entre dicho terminal móvil (1) y cada una de entre dichas por lo menos tres estaciones base (11, 12, 13) utilizando el procedimiento para estimar la distancia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6;

- calcular la posición de dicho terminal móvil (1) mediante multilateralización con respecto a dichas por lo menos tres estaciones base (11, 12, 13).

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que dicho terminal móvil (1) actúa como dicho transmisor de radio (11) y cada una de dichas estaciones base (11, 12, 13) actúa como dicho receptor de radio (12) en dicho procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

14. Dispositivo para localizar terminales móviles, en el que dicho dispositivo está funcionalmente conectado con por lo menos tres estaciones base (11, 12, 13) de una red móvil de radio, caracterizado por que comprende unos medios adaptados para implementar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13.