Brevet FR2872292A1 — publié le 20051230

PROCEDE DE LOCALISATION D'UNITES MOBILES ET SYSTEME POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE La présente invention concerne la localisation d'unités mobiles. La localisation est un service dont les applications se sont beaucoup développées récemment. C'est le cas par exemple dans le contexte de la téléphonie mobile, où des contraintes de performance, en temps et en précision, sont parfois même rendues impératives dans certains pays. Cela peut par exemple permettre de localiser efficacement un usager effectuant un appel d'urgence depuis son téléphone mobile. Plusieurs systèmes de localisation sont connus actuellement, comme par exemple le GPS ("Global Positioning System"). Dans le système GPS, des signaux émis par des satellites sont captés par un appareil récepteur installé dans une unité mobile. On détermine alors la position de l'unité mobile à partir de mesures sur les signaux reçus. Des mesures successives sont généralement effectuées pour suivre le déplacement de l'unité mobile, par exemple au rythme d'une mesure toutes les 2 secondes environ. Plusieurs types de mesures de localisation sont possibles. Par exemple, la localisation peut consister en une information de longitude et une information de latitude, ce qui permet d'obtenir une idée de la position de l'unité mobile sensiblement horizontale. Il est également possible, notamment avec le système GPS, d'obtenir des mesures tridimensionnelles, c'est-à-dire une information d'altitude en plus des informations de longitude et de latitude. L'exploitation de l'information d'altitude permet une localisation plus rapide et plus fiable que dans le cas à 2 dimensions. En outre, elle permet de se baser sur un nombre plus faible de satellites que dans le cas à 2 dimensions. US 6,552,681 divulgue un procédé permettant de localiser une unité mobile avec une fiabilité comparable à celle d'une localisation à 3 dimensions, même lorsque les mesures de position effectuées ne fournissent des informations fiables que pour la longitude et la latitude. A cet effet, une première estimation de position d'une unité mobile est effectuée, puis une altitude correspondante est retrouvée dans une base de données à partir de la longitude et de la latitude résultant de cette première estimation. Par la suite, une nouvelle estimation de position de l'unité mobile peut être réalisée, en fixant l'altitude à la valeur précédemment obtenue. Cette nouvelle estimation est plus fiable que la première. Ce mécanisme peut être répété jusqu'à obtenir une estimation suffisamment fiable pour atteindre des objectifs de performance visés. Toutefois, la première estimation de position dans US 6,552,681 est généralement très peu pertinente. La conséquence en est qu'un nombre important d'estimations successives, et donc un temps de convergence élevé, est nécessaire pour aboutir à une localisation fiable. US 6,061,018 divulgue par ailleurs la possibilité d'améliorer l'estimation de la position d'une unité mobile en prenant en compte une altitude approximative prédéterminée d'une zone dans laquelle l'unité mobile est en communication. Cette altitude est par exemple une moyenne géographique des altitudes dans cette zone. Bien que cette approche permette d'obtenir une estimation initiale de position un peu plus réaliste dans certains cas, elle reste néanmoins très approximative et ne résout donc que très partiellement les inconvénients susmentionnés. En outre, un tel mécanisme nécessite de prédéfinir une altitude moyenne pour chaque zone du système, puis de renseigner manuellement ces valeurs d'altitude dans le système. Par exemple, si le système en question est un réseau cellulaire, une altitude moyenne doit être calculée préalablement pour chaque cellule, avant d'être saisie dans un centre de gestion et de maintenance du réseau. Cela constitue une opération de paramétrage longue et fastidieuse. Un but de la présente invention est de pallier ces inconvénients, en permettant d'aboutir à une localisation fiable de façon rapide et au prix d'une quantité de calcul limitée. Un autre but de l'invention est de permettre d'aboutir à une localisation fiable et rapide, sans avoir à effectuer de paramétrage manuel préalable. L'invention propose ainsi un procédé de localisation d'unités mobiles aptes à communiquer avec un système de communication dans des zones de communication et à obtenir des informations de localisation depuis un système de localisation. Le procédé comprend les étapes suivantes relativement à une unité mobile: obtenir une information initiale d'altitude relative à la zone de communication dans laquelle ladite unité mobile est située, ladite information initiale d'altitude comprenant une moyenne d'informations d'altitude préalablement obtenues pour des unités mobiles situées dans ladite zone de communication; et effectuer une première estimation d'une position de l'unité mobile à partir d'informations de localisation obtenues par ladite unité mobile depuis le système de localisation, et en tenant compte de ladite information initiale d'altitude obtenue. La prise en compte d'une valeur initiale permet donc d'obtenir tout de suite une estimation relativement fiable de la position de l'unité mobile. Cette valeur initiale est déterminée pour être la plus réaliste possible. Elle comprend à cet effet une moyenne d'informations d'altitude préalablement obtenues pour des unités mobiles situées dans ladite zone de communication. Une telle valeur initiale présente en outre l'avantage de pouvoir être constituée sans qu'une opération manuelle préalable de paramétrage soit nécessaire. En effet, la valeur initiale est par exemple mise à jour à chaque localisation d'une unité mobile dans la zone de communication correspondante. On peut ensuite obtenir une information d'altitude affinée relative à ladite unité mobile à partir de la première estimation d'une position de cette unité mobile. Par exemple, la première estimation d'une position de l'unité mobile comprend au moins des informations de longitude et de latitude, et l'information d'altitude affinée relative à ladite unité mobile est obtenue par la lecture, dans une base de données cartographique, de l'information d'altitude correspondant auxdites informations de longitude et de latitude. Une seconde estimation d'une position de l'unité mobile peut ensuite être effectuée en tenant compte de ladite information d'altitude affinée relative à ladite unité mobile. De même, des estimations successives peuvent être effectuées jusqu'à atteindre une précision de localisation visée. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le système de communication est un système cellulaire et les zones de communication sont 5 des cellules du système de communication. L'invention propose également un système de communication apte à communiquer avec des unités mobiles dans des zones de communication, lesdites unités mobiles étant agencées pour obtenir des informations de localisation depuis un système de localisation. Ce système de communication comprend des moyens pour mettre en oeuvre le procédé susmentionné. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant un système dans lequel l'invention 15 peut être mise en oeuvre; - la figure 2 est un schéma illustrant une architecture simplifiée d'un système dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre; - la figure 3 est un diagramme représentant des étapes de procédé selon un mode de réalisation de l'invention. L'invention sera décrite ci-après dans le cas particulier d'un système de localisation du type GPS, sans toutefois limiter la généralité du propos. La figure 1 illustre un exemple de système de communication dans lequel évolue un terminal mobile 1 à localiser. Le système de communication comprend une pluralité de stations de base 2, 6 ayant chacune une zone de couverture respective ou cellule 3, 7, des terminaux mobiles 1, 8 évoluant dans ces zones de communication. Le terminal mobile 1 incorpore un récepteur GPS qui lui permet de recevoir des informations en provenance d'un ou plusieurs satellites 4 conformément à la technologie GPS. Par ailleurs, le terminal 1 est situé dans une cellule radio couverte par une station de base 2 du système de communication. Les communications impliquant le terminal 1, par exemple des appels de téléphonie ou des transmissions de données, transitent par la station de base 2 avec laquelle le terminal 1 a une interface air active. Le terminal mobile, qui est apte à recevoir des informations de localisation à partir de satellites 4, peut soit estimer sa position de façon autonome à partir de ces informations, soit bénéficier de l'aide du système de communication pour obtenir une estimation de sa position. Le terminal 1 peut transmettre à la station de base 2 sous la couverture radio de laquelle il se situe, les informations de localisation dont il dispose. Le système de communication auquel la station de base 2 appartient est alors capable de o déterminer une position géographique, à partir des informations transmises par le terminal 1 (mesures 1 b). Il est également possible de doter la station de base 2 d'une antenne GPS 5, de façon à ce que la station de base possède elle-même des informations de localisation reçues du ou des satellites 4. Dans ce cas, la station de base 2 peut fournir au terminal 1 des informations complémentaires (assistance la) pour l'aider dans sa mesure de position. Les mesures de position effectuées par le terminal 1 comprennent par exemple une longitude X et une latitude Y, ce qui permet de localiser le terminal dans un espace à deux dimensions. Une information d'altitude peut par ailleurs être transmise depuis la station de base 2 au terminal 1, comme une information d'assistance de localisation la. Une telle information peut être incluse par exemple dans le champ "UE positioning GPS reference UE position" du message "UE positioning GPS assistance data" défini à la section 10.3.7.90 ou bien dans le message "UE positioning GPS acquisition assistance" défini à la section 10.3.7.88 de la spécification technique TS 125 331, V4.1.0, RRC protocol specification , publiée en juin 2001 par le 3GPP ("3rd Generation Partnership Project"). Dans ce cas, le terminal 1 prend en compte cette information d'altitude Z pour améliorer la fiabilité de sa mesure de position. On est ainsi capable de localiser le terminal 1 dans un espace à trois dimensions. La localisation résultant de ce mécanisme, est plus fiable que la localisation qui aurait été obtenue par le terminal seul, c'est-à-dire sans assistance de la station de base 2. Elle peut en outre permettre au récepteur GPS du terminal 1 de se baser sur la réception de signaux provenant d'un nombre réduit de satellites 4, sans impact sur la précision de la localisation finalement réalisée. On décrit ci-après plus en détail un mode de localisation du terminal 1 conforme à l'invention. La localisation du terminal 1 peut être effectuée à l'initiative du terminal lui-même, sur demande du système de communication, ou bien encore lors d'un événement particulier, par exemple un changement de cellule effectué par le terminal 1. La figure 2 montre une architecture simplifiée du système de communication dans lequel le terminal 1 évolue. On retrouve la station de base 2 couvrant une zone de communication correspondant à la cellule 3 dans laquelle le terminal 1 est situé, de même que d'autres terminaux mobiles 9. La station de base fait par ailleurs partie d'un sous-système radio 14 du système de communication, lui-même relié à un réseau coeur CN ( Core Network ) 15 comprenant une pluralité de commutateurs assurant l'acheminement des éléments de communication à l'intérieur du système et vers d'autres systèmes de communication externes (non représentés). Un contrôleur de réseau radio RNC ( Radio Network Controller ) assure le contrôle de la station de base 2 ainsi que de ses échanges d'informations avec les terminaux mobiles situés dans la zone de communication 3. Le RNC 10 est par ailleurs relié au CN 15. Le sous-système radio 14 du système de communication représenté, comprend en outre un centre d'opérations et de maintenance OMC ( Operation and Maintenance Center ) 13 assurant une gestion des équipements radio telle que la station de base 2 et le RNC 10. Enfin, un équipement de localisation SAS ( Stand-Alone SMLC , où SMLC désigne Serving Mobile Location Center ) 11 assure un service de localisation des terminaux situés dans la zone de couverture radio contrôlée par le RNC 10 auquel il est relié. Conformément à ce qui a été indiqué plus haut, on fournit au terminal mobile 1 une information d'altitude initiale que le terminal pourra utiliser dans sa mesure de position lorsqu'une localisation doit être effectuée. L'information d'altitude initiale est obtenue de la façon décrite ci-après. La station de base 2 collecte, pour chaque terminal mobile 9 dans sa zone de couverture, des informations d'altitude correspondantes. Elle en déduit ensuite une altitude moyenne éventuellement pondérée. Cette altitude moyenne correspond ainsi à une altitude de plus forte probabilité dans la cellule 3, puisqu'elle prend en compte la répartition réelle des terminaux mobiles 9 dans cette cellule. Cette valeur d'altitude moyenne peut alors être fournie au terminal mobile 1 comme valeur d'altitude initiale, en vue de permettre à ce terminal 1 d'effectuer une première estimation de sa position relativement fiable. La transmission de cette valeur d'altitude initiale depuis la station de base 2 vers le terminal 1 est représentée sur la figure 3 par une flèche portant l'inscription Z;nit. Par la suite, lorsqu'une localisation du terminal 1 doit être effectuée, ce dernier effectue des mesures à partir des signaux reçus du ou des satellites 4. Ces mesures permettent par exemple d'obtenir une longitude X et une latitude Y. L'obtention de ces informations (X,Y) tient compte de l'information Z;nit transmise, ce qui permet d'améliorer fortement la précision de la fiabilité de cette mesure, par rapport au cas où aucune information d'altitude ne serait prise en compte, ou dans le cas où une valeur d'altitude prédéfinie et très approximative serait utilisée. Le couple (X,Y) est ensuite transmis du terminal 1 au centre de localisation SAS 11. Sur réception de ces informations, le SAS 11 calcule une information d'altitude Z en fonction du couple (X,Y). A cet effet, le SAS 11 interroge une base de données cartographique 12 contenant des triplets longitude-latitudealtitude (X,Y,Z). Cette base de données peut par exemple résulter d'une carte constituée par une instance officielle, comme l'Institut Géographique National en France par exemple. Dans le cas de figure décrit plus haut, l'altitude Z calculée par le SAS 11 est ensuite transmise au terminal mobile 1, par l'intermédiaire de la station de base 2, de façon à pouvoir être prise en compte lors d'une éventuelle estimation de position ultérieure. Cette transmission peut également être réalisée dans le cadre d'un message d'assistance existant, comme dans le cas mentionné plus haut. Le terminal mobile 1 effectue alors avantageusement une nouvelle mesure de position qui permet d'obtenir par exemple une nouvelle information de longitude X' ainsi qu'une nouvelle information de latitude Y', grâce à un algorithme de calcul de position dans lequel un paramètre d'altitude est fixé à la valeur Z précédemment obtenue. Cette nouvelle estimation (X',Y') est ensuite transmise du terminal 1 au SAS 11, qui peut alors lui-même calculer à nouveau une estimation affinée de l'altitude Z' à laquelle le terminal 1 se situe, cette nouvelle estimation Z' étant déduite du couple (X',Y'). On notera qu'en variante, les informations de longitude et de latitude (X, Y) et (X',Y') sont elles-mêmes calculées par le SAS 11 à partir d'informations de localisation transmises par le terminal 1. Dans ce cas, la position du terminal 1 dans un espace à trois dimensions, à savoir (X, Y,Z) ou, par la suite, (X',Y',Z'), est directement calculée par le SAS 11. De façon avantageuse, à chaque nouvelle estimation d'altitude effectuée par le SAS 11, on met à jour la valeur de Z;n;t mémorisée par la station de base 2, de façon à enrichir cette valeur et à la rendre plus réaliste par la multiplicité d'échantillons pris en compte dans la moyenne globale. Dans la description qui précède, on a considéré un exemple particulier permettant d'aboutir à une estimation de la position du terminal mobile 1, en se basant sur des mesures conformes au système GPS, et en se basant sur un centre de localisation faisant partie d'un système de communication, à savoir le SAS 11. On notera que d'autres modes de réalisation sont également possibles dans le cadre de la présente invention. Certains de ces modes de réalisation sont mentionnés ci-après. Par exemple, le SAS 11 peut intégrer directement certaines informations permettant de déduire d'un couple longitude-latitude, une information d'altitude correspondante. Par exemple, la base de données cartographique 12 peut être une partie intégrante du SAS 11. En variante, le SAS 11 est agencé pour recevoir des informations en provenance du ou des satellites 4 conformément au système GPS. Il reçoit alors des informations de localisation lui permettant d'obtenir directement une valeur d'altitude Z correspondant à chaque couple (X,Y). En variante, le terminal mobile 1, après avoir estimé un premier couple de coordonnées (X,Y) peut directement interroger une base de données cartographique, soit stockée localement dans le terminal, soit accessible à distance depuis le terminal, afin d'obtenir une information d'altitude Z correspondante. Dans ce cas de figure, on peut alors se passer du centre de localisation SAS 11 du système de communication. Dans un mode de réalisation avantageux, la valeur d'altitude initiale fournie au terminal mobile 1, à savoir Z;n;t, peut comprendre d'autres valeurs, en plus de l'altitude moyenne résultant des altitudes précédemment estimées de terminaux mobiles 9 situés dans la même cellule 3 que le terminal 1. Par exemple, une altitude moyenne géographique correspondant à la zone géographique couverte par la cellule 3 peut être utilisée. Une telle altitude moyenne géographique est par exemple mémorisée dans I'OMC 13 en correspondance avec la station de base 2. En outre, d'autres informations peuvent être utilisées dans le cadre de la valeur Z;n;t pour améliorer la première estimation de position du terminal 1. Z;n;t peut ainsi consister en une combinaison de ces différentes valeurs. Le fait de fournir au terminal mobile 1 à localiser une information initiale d'altitude Z;n;t déterminée de façon à être la plus réaliste possible, permet d'obtenir une première estimation de la position du terminal 1 déjà pertinente en elle-même. Par la suite, il est possible d'affiner la première estimation en calculant une information d'altitude relative au terminal mobile 1 lui-même. On comprend donc que la localisation du terminal 1 ainsi effectuée est rapide, puisqu'un nombre limité d'estimations de la position selon le procédé décrit plus haut suffit à obtenir une information de localisation fiable et conforme aux critères de performance visés, notamment en termes de précision et de temps de calcul de la position. L'utilisation d'une altitude moyenne obtenue après détermination d'une altitude pour chaque terminal mobile localisé à l'intérieur d'une zone donnée est particulièrement pertinente, car elle donne une indication d'altitude qui tient compte de la répartition statistique des terminaux à l'intérieur de cette zone. En outre, une telle information Z;n;t peut être enrichie au cours du temps, à chaque localisation d'un terminal mobile à l'intérieur de la zone considérée. L'utilisation d'une telle information d'altitude initiale permet de réduire sensiblement le nombre d'estimations de la position du terminal à effectuer selon les mécanismes décrits plus hauts, et donc la quantité de calcul et le temps de convergence pour aboutir à une estimation fiable et conforme aux objectifs de performance visés. En outre, le mode de constitution de la valeur Z;n;t, mise à jour après chaque localisation d'un terminal mobile à l'intérieur de la zone considérée, est particulièrement souple et évite une étape fastidieuse de paramétrage manuel préalable à toute localisation. REVENDICATIONS 1. Procédé de localisation d'unités mobiles aptes à communiquer avec un système de communication dans des zones de communication (3, 7) et à obtenir des informations de localisation depuis un système de localisation (4), le procédé comprenant les étapes suivantes relativement à une unité mobile (1) : obtenir une information initiale d'altitude (Z;n; t) relative à la zone de communication (3) dans laquelle ladite unité mobile est située, ladite information initiale d'altitude comprenant une moyenne d'informations d'altitude préalablement obtenues pour des unités mobiles (9) situées dans ladite zone de communication; et - effectuer une première estimation (X,Y) d'une position de l'unité mobile à partir d'informations de localisation obtenues par ladite unité mobile depuis le système de localisation, et en tenant compte de ladite information initiale d'altitude obtenue. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on obtient en outre une information d'altitude affinée (Z) relative à ladite unité mobile (1) à partir de ladite première estimation (X,Y) d'une position de l'unité mobile. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite première estimation (X,Y) d'une position de l'unité mobile (1) comprend au moins des informations de longitude (X) et de latitude (Y), et dans lequel l'information d'altitude affinée (Z) relative à ladite unité mobile est obtenue par la lecture, dans une base de données cartographique, d'une information d'altitude correspondant auxdites informations de longitude et de latitude. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel on met à jour l'information initiale d'altitude (Z;n;t) relative à la zone de communication (3) dans laquelle ladite unité mobile (1) est située à partir de l'information d'altitude affinée (Z) relative à ladite unité mobile. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel on effectue une seconde estimation (X',Y') d'une position de l'unité mobile (1) en tenant compte de ladite information d'altitude affinée (Z) relative à ladite unité mobile. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite information initiale d'altitude (Z;n;t) relative à la zone de communication (3) dans laquelle ladite unité mobile (1) est située comprend en outre une information d'altitude moyenne prédéterminée dans ladite zone de communication. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de communication est un système cellulaire et les zones de communication (3, 7) sont des cellules couvertes par des stations de base (2, 6) respectives du système de communication. 8. Système de communication apte à communiquer avec des unités mobiles (1, 8, 9) dans des zones de communication (3, 7), lesdites unités mobiles étant agencées pour obtenir des informations de localisation depuis un système de localisation (4), le système de communication comprenant des moyens pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.