Brevet FR2880229A1 — publié le 20060630

PROCEDE DE LOCALISATION D'UNE STATION MOBILE DANS UN RESEAU DE COMMUNICATIONS MOBILES La présente invention concerne d'une manière générale les systèmes de communications mobiles. D'une manière générale, les systèmes de communications mobiles font l'objet de normalisation, et pour une description de ces systèmes on pourra se référer aux normes correspondantes, publiées par les organismes de normalisation correspondants. L'architecture générale d'un tel système est rappelée brièvement en relation avec la figure 1. Un tel système comporte un réseau de communications mobiles, ou PLMN (pour Public Land Mobile Network ) communiquant avec des stations mobiles (ou MS, pour Mobile Station ) et avec des réseaux extérieurs (non illustrés spécifiquement). Le réseau PLMN comporte lui-même un réseau d'accès radio noté RAN (pour Radio Access Network ) chargé principalement de la transmission et de la gestion des ressources radio sur l'interface radio entre le réseau et les stations mobiles, et un réseau coeur noté CN (pour Core Network ) chargé principalement de l'acheminement et de la gestion des communications de ou vers les terminaux mobiles. Par exemple, comme illustré sur la figure 1, dans un système de type GSM ( Global System for Mobile communications ), le réseau d'accès radio (ou RAN), appelé aussi BSS ( Base Station Subsystem ), est formé de stations de base ou BTS ( Base Transceiver Station ) et de contrôleurs de stations de base ou BSC ( Base Station Controller ). La présente invention concerne plus particulièrement les services de localisation pouvant être mis en oeuvre dans ces systèmes, et plus particulièrement encore le support de tels services par ces systèmes. Différentes méthodes de localisation ou positionnement sont connues, notamment des méthodes utilisant les signaux radio transmis dans ces systèmes, 30 telles que notamment: - des méthodes basées sur la mesure du temps de propagation, encore appelées méthodes basées sur l'avance temporelle (ou TA, pour Timing Advance ), 105444/MA/MRD L:\Salle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc - des méthodes basées sur la mesure du temps d'arrivée (ou TOA, pour Time-Of-Arrival ), - des méthodes basées sur la différence de temps d'arrivée observée (ou OTD, pour Observed Time Difference ). Dans les méthodes basées sur la mesure du temps de propagation, le réseau mesure le temps de propagation, à partir d'une mesure du temps de réception par une station de base d'un signal émis par une station mobile, sachant que ce temps de réception par la station de base correspond au temps d'émission de ce signal par la station mobile augmenté du temps de propagation, et que le temps d'émission par la station mobile est luimême fixé à partir du temps de réception par la station mobile d'un signal émis par la station de base, ce temps de réception par la station mobile correspondant lui-même au temps d'émission de ce signal par la station de base augmenté du temps de propagation. Dans les systèmes de type TDMA ( Time Division Multiple Access ), tels que notamment le système GSM, le temps de propagation est aussi appelé avance temporelle (ou TA, pour Timing Advance ), par référence à la technique dite d'avance temporelle, selon laquelle la transmission de signaux par les stations mobiles est avancée pour faire en sorte que les signaux transmis par différentes stations mobiles soient reçus par une station de base dans les différents intervalles de temps qui leur ont été alloués, indépendamment de leur temps de propagation. Une telle mesure du temps de propagation permet ainsi de déterminer la position possible d'une station mobile sur un cercle ayant pour rayon ce temps de propagation et pour centre la station de base considérée. Une position plus précise de la station mobile peut ensuite être obtenue par intersection de ce cercle avec au moins un autre cercle obtenu pour au moins une autre station de base. De telles méthodes basées sur la mesure du temps de propagation ou sur l'avance temporelle ont notamment pour inconvénient de nécessiter une adaptation des stations mobiles, notamment pour leur permettre de fonctionner de la manière rappelée ci-dessus, pour la mesure par le réseau du temps de propagation. Dans les méthodes basées sur la mesure du temps d'arrivée (ou TOA), un même signal envoyé par une station mobile est reçu dans le réseau par au moins deux récepteurs différents qui mesurent chacun le temps d'arrivée de ce signal. Ces récepteurs correspondent généralement à des unités de mesure de localisation (ou 105444/MA/MRD L:\Salle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc LMU, pour Location Measurement Unit ). A partir des différents temps d'arrivée ainsi mesurés, le réseau détermine une différence de temps d'arrivée, à partir de laquelle une différence de temps de propagation peut être obtenue, en tenant compte d'un éventuel décalage temporel entre ces récepteurs. Une telle mesure de différence de temps de propagation permet de déterminer la position possible de la station mobile sur une hyperbole ayant pour foyers les deux récepteurs considérés, et définie comme le lieu des points pour lesquels la différence de temps de propagation est constante et égale à la valeur ainsi obtenue. Une position plus précise de la station mobile peut ensuite être obtenue par intersection de cette hyperbole avec au moins une autre hyperbole obtenue en considérant au moins un autre récepteur. De telles méthodes basées sur le temps d'arrivée ont notamment pour inconvénient d'être complexes et coûteuses, notamment car elles nécessitent l'installation de récepteurs correspondants (ou LMUs) dans le réseau; en outre, dans le cas de systèmes multi-standard, ces récepteurs doivent être adaptés à chaque nouvelle technologie introduite dans le réseau. Dans les méthodes basées sur la différence de temps observée (ou OTD), la station mobile mesure la différence de temps d'arrivée, ou différence de temps observée par la station mobile, pour un signal prédéterminé (ou canal de contrôle transmis sur une voie balise) transmis par au moins deux stations de base différentes. La différence de temps de propagation est obtenue, à partir de cette différence de temps observée, en tenant compte d'un éventuel décalage temporel entre ces stations de base. Une telle mesure de différence de temps de propagation permet ainsi de déterminer la position possible de la station mobile sur une hyperbole ayant pour foyers les deux stations de base considérées, et définie comme le lieu des points pour lesquels la différence de temps de propagation est constante et égale à la valeur ainsi obtenue. Une position plus précise de la station mobile peut ensuite être obtenue par intersection de cette hyperbole avec au moins une autre hyperbole, obtenue en considérant au moins une autre station de base. De telles méthodes basées sur la différence de temps observée ont notamment pour inconvénient d'être complexes et de ne pas être utilisables pour tous les services de localisation; notamment elles ne permettent pas d'effectuer de manière simple une poursuite (ou tracking ) d'une station mobile par le réseau, notamment car elles nécessitent une 105444/MA/MRD L:\Solle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc assistance de la station mobile (notamment pour effectuer les mesures nécessaires et transmettre au réseau les résultats de ces mesures). La présente invention a notamment pour but d'éviter tout ou partie de ces inconvénients. Plus généralement un des buts de la présente invention est d'améliorer 5 le support de services de localisation dans ces systèmes. Un des objets de la présente invention est un procédé de localisation d'une station mobile dans un réseau de communications mobiles, caractérisé en ce que, ledit réseau ayant une architecture de station de base distribuée incluant une pluralité de terminaisons radio distribuées connectées à une station de traitement centrale, ledit procédé comporte: une étape dans laquelle il est déterminé une première différence de temps de propagation (t',-t'2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à la station de traitement centrale, via différentes terminaisons radio, une étape dans laquelle il est déterminé une deuxième différence de temps de propagation (t,- t2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à différentes terminaisons radio, cette deuxième différence de temps de propagation étant déterminée à partir de la première différence de temps de propagation (t',-t'2), et d'une troisième différence de temps de propagation (t - t27) correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal pour aller de différentes terminaisons radio à la station de traitement centrale, - une étape dans laquelle ladite deuxième différence de temps de propagation (t,- t2) est utilisée pour la localisation de la station mobile. La présente invention a également pour objet un élément de réseau, tel que notamment une station de traitement centrale, comportant des moyens pour mettre en oeuvre un procédé suivant l'invention. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les 30 figures ci-annexées dans lesquelles: - la figure 1 est destinée à rappeler l'architecture générale d'un système cellulaire de radiocommunications mobiles, 105444/MA/MRD L:\solle\F105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc - la figure 2 est destinée à illustrer un exemple de procédé suivant la présente invention, - la figure 3 est destinée à illustrer un exemple de réalisation d'une des étapes d'un procédé suivant la présente invention. On décrit maintenant, en relation avec la figure 2, un exemple de procédé suivant la présente invention. La présente invention permet de localiser une station mobile MS, dans un réseau à architecture de station de base distribuée, incluant une pluralité de terminaisons radio distribuées, telles que les terminaisons radio notées RH,, RH2 (où RH est utilisé pour Radio Head ), connectées à une station de traitement centrale notée BBP (où BBP est utilisé pour Base Band Processor ). Une telle architecture est connue et ne sera donc pas redécrite ici de manière détaillée. On rappelle simplement qu'une telle architecture permet de centraliser des fonctions de traitement dans l'unité de traitement centrale, ce qui permet de simplifier et alléger les terminaisons radio, et donc de déployer des stations de base de manière plus simple et plus économique. Généralement, au moins les fonctions de traitement en bande de base sont centralisées dans la station de traitement centrale; c'est pourquoi la station de traitement centrale est ici noté BBP (où BBP est utilisé pour Base Band Processor ). Les terminaisons radio sont généralement connectées à la station de traitement centrale via un réseau de transport à large bande tel que notamment un réseau de transport à fibres optiques. Une telle architecture peut en outre utiliser n'importe quelle technologie, telle que par exemple GSM, GPRS, UMTS, WLAN, ...etc. Un procédé de localisation suivant l'invention comporte: - une étape dans laquelle on détermine une différence de temps de propagation telle que t',- t'2, correspondant à la différence entre le temps t', mis par un signal transmis par la station mobile MS pour arriver à la station de traitement centrale BBP via la terminaison radio RH,, et le temps t'2 mis par le même signal pour arriver à la station de traitement centrale BBP via la terminaison radio RH2, - une étape dans laquelle on détermine une différence de temps de propagation telle que t, t2 (correspondant à la différence entre le temps t, mis par un signal transmis par la station mobile MS pour arriver à la terminaison radio RH,, et le temps t2 mis par le même signal pour arriver à la terminaison radio RH2), à 105444/MA/MRD L:\Salle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc partir de la différence de temps de propagation t', t'2 déterminée dans l'étape précédente, et en tenant compte d'une différence de temps de propagation telle que t t72, correspondant à la différence entre le temps t mis par un signal pour aller de la terminaison radio RH, à la station de traitement centrale BBP, et le temps t22 mis par ce signal pour aller de la terminaison radio RH2 à la station de traitement centrale BBP. En d'autres termes - la différence de temps de propagation t', t'2 peut être mesurée par la station de traitement centrale BBP (pour cela, la station de traitement centrale peut par exemple effectuer une corrélation de signaux reçus via les terminaisons radio RH, et RH2 (un pic de corrélation étant alors obtenu pour la différence de temps de propagation t', t'2) - la différence de temps de propagation 111 t22 peut être considérée comme connue (différents exemples pour obtenir une telle différence de temps de propagation seront décrits plus loin; en outre cette différence de temps de propagation peut être constante ou non, notamment suivant le type de réseau de transport utilisé pour relier les terminaisons radio à la station de traitement centrale), - la différence de temps de propagation t,- t2 peut alors être obtenue par la relation: (t,- t2) = (t'1-t'2) -( t11- t22). La connaissance de la différence de temps de propagation t,-t2 permet de déterminer la position possible de la station mobile sur une hyperbole ayant pour foyers les deux terminaisons radio RH, et RH2 considérés, et définie comme le lieu des points pour lesquels la différence de temps de propagation est constante et égale à la valeur t,- t2 ainsi obtenue. Si nécessaire, une position plus précise de la station mobile peut ensuite être obtenue, par exemple par intersection de cette hyperbole avec au moins une autre hyperbole obtenue en considérant deux autres terminaisons radio (dont l'une au moins est différente des terminaison radio RH1, RH2 considérés précédemment), ou encore par combinaison avec une information d'avance temporelle pouvant être disponible par ailleurs, selon des techniques connues telles que rappelées précédemment. En d'autres termes, un procédé suivant l'invention comporte: 105444/MA/MRD L:\Salle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc - une étape dans laquelle il est déterminé une première différence de temps de propagation (t',-t'2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à la station de traitement centrale, via différentes terminaisons radio, - une étape dans laquelle il est déterminé une deuxième différence de temps de propagation (t,- t2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à différentes terminaisons radio, cette deuxième différence de temps de propagation étant déterminée à partir de la première différence de temps de propagation (t'1-t'2), et d'une troisième différence de temps de propagation (t71- t22) correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal pour aller de différentes terminaisons radio à la station de traitement centrale, - une étape dans laquelle ladite deuxième différence de temps de propagation (t1- t2) est utilisée pour la localisation de la station mobile. On décrit maintenant différentes manières pour obtenir la différence de temps de propagation t11- t22. Un premier exemple est décrit en relation avec la figure 3. Suivant cet exemple, les différentes terminaisons radio telles que RH, et RH2 reçoivent en outre un même signal transmis par un satellite dans un système de positionnement par satellite, tel que notamment le GPS ( Global Positioning System ), ce satellite étant pour cette raison noté GPS . Sur la base des signaux correspondants re-transmis par les terminaisons radio telles que RH, et RH2 à la station de traitement centrale BBP, la station de traitement centrale BBP peut alors: déterminer une différence de temps de propagation telle que T'1 T'2, correspondant à la différence entre le temps T', mis par le signal transmis par le satellite GPS pour arriver à la station de traitement centrale BBP via la terminaison radio RH,, et le temps T'2 mis par le même signal pour arriver à la station de traitement centrale BBP via la terminaison radio RH2, - déterminer une différence de temps de propagation telle que T1 T2, correspondant à la différence entre le temps T, mis par le signal transmis par le satellite GPS pour arriver à la terminaison radio RH,, et le temps T2 mis par le même signal pour arriver à la terminaison radio RH2. 105444/MA/MRD L:\Salle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc La station de traitement centrale BBP peut alors déterminer la différence de temps de propagation telle que t t22, correspondant à la différence entre le temps t mis par un signal pour aller de la terminaison radio RH, à la station de traitement centrale BBP, et le temps tZ2 mis par ce signal pour aller de la terminaison radio RH2 à la station de traitement centrale BBP, par la relation: (t - t22)= (T',- T'2) -( T,- T2)É En d'autres termes: la différence de temps de propagation T', T'2 peut être mesurée par la station de traitement centrale BBP: pour cela, la station de traitement centrale peut par exemple effectuer une corrélation de signaux reçus via les terminaisons radio RH, et RH2 (un pic de corrélation étant alors obtenu pour la différence de temps de propagation T', T'2), - la différence de temps de propagation T, T2 peut être calculée par la station de traitement centrale BBP: pour cela, la station de traitement centrale BBP peut par exemple calculer chacun des temps de propagation T, et T2 connaissant la position de chacune des terminaisons radio RH, et RH2 et connaissant par ailleurs la position du satellite GPS considéré (cette position étant transmise dans le signal GPS lui-même), - la différence de temps de propagation t - t22 peut alors être obtenue par 20 la relation: (tll- t22)= (T',- T'2) -( Tl- T2). En d'autres termes, suivant un autre aspect de la présente invention, la présente invention a également pour objet un procédé pour déterminer une différence de temps de propagation dite troisième différence de temps de propagation (t - t22), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal pour aller de différentes terminaisons radio à la station de traitement centrale, ce procédé comportant: - une étape dans laquelle on détermine une quatrième différence de temps de propagation (T',- T'2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à la station de traitement centrale via différentes terminaisons radio, - une étape dans laquelle on détermine une cinquième différence de temps de propagation (T, - T2), correspondant à une différence de temps de propagation 105444/MA/MRD L:\Salle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à différentes terminaison radio, - une étape dans laquelle on détermine ladite troisième différence de temps de propagation (t,t- t22) , à partir desdites quatrième et cinquième différence de 5 temps de propagation. Suivant un autre exemple, chaque terminaison radio pourrait être équipée d'une fonction écho, telle que la station de traitement centrale BBP peut mesurer la différence entre le temps d'émission d'un signal et et la réception de ce signal tel que retourné par cette terminaison radio. D'autres exemples sont bien entendu possibles. Outre le procédé décrit ci-dessus, un autre objet de la présente invention est un élément de réseau, tel que notamment une station de traitement centrale, comportant des moyens pour mettre en oeuvre un tel procédé. Notamment, un des objets de la présente invention est un élement de réseau 15 (tel que notamment une station de traitement centrale), comportant: des moyens pour déterminer une première différence de temps de propagation (t',-t'2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à la station de traitement centrale, via différentes terminaisons radio, - des moyens pour déterminer une deuxième différence de temps de propagation (t1- t2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à différentes terminaisons radio, cette deuxième différence de temps de propagation étant déterminée à partir de la première différence de temps de propagation (t'1-t'2), et d'une troisième différence de temps de propagation (t11- t22) correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal pour aller de différentes terminaisons radio à la station de traitement centrale. Suiaant un autre aspect de l'invention, un élement de réseau (tel que notamment une station de traitement centrale), comporte: - des moyens pour déterminer une quatrième différence de temps de propagation (T'1-T'2) , correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à la station de traitement centrale via différentes terminaisons radio, 105444/MA/MRD L:\Salle\F 105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc - des moyens pour déterminer une cinquième différence de temps de propagation (T,- T2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à différentes terminaison radio, - des moyens pour déterminer ladite troisième différence de temps de propagation (t - t22) , à partir desdites quatrième et cinquième différence de temps de propagation. Ces différents moyens peuvent opérer suivant le procédé décrit precedemment; leur réalisation particulière ne presentant pas de difficulté particulière pour l'homme du métier, de tels moyens ne nécessitent pas d'être décrits ici de manière plus détaillée que par leur fonction. 105444/MA/MRD L:\Solle\F 105444\PREMDEP\FIT\proietbr.doc REVENDICATIONS 1. Procédé de localisation d'une station mobile (MS) dans un réseau de communications mobiles, caractérisé en ce que, ledit réseau ayant une architecture de station de base distribuée incluant une pluralité de terminaisons radio distribuées (RH1, RH2) connectées à une station de traitement centrale (BBP), ledit procédé comporte: - une étape dans laquelle il est déterminé une première différence de temps de propagation (t',-t'7), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à la station de traitement centrale, via différentes terminaisons radio, - une étape dans laquelle il est déterminé une deuxième différence de temps de propagation (t,- t2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à différentes terminaisons radio, cette deuxième différence de temps de propagation étant déterminée à partir de la première différence de temps de propagation (t',-t'2), et d'une troisième différence de temps de propagation (t - t?2) correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal pour aller de différentes terminaisons radio à la station de traitement centrale, - une étape dans laquelle ladite deuxième différence de temps de propagation (t1- t2) est utilisée pour la localisation de la station mobile. 2. Procédé selon la revendication 1, comportant: - une étape dans laquelle on détermine une quatrième différence de temps de propagation (T'1- T'2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à la station de traitement centrale via différentes terminaisons radio, - une étape dans laquelle on détermine une cinquième différence de temps de propagation (T1- T2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à différentes terminaison radio, - une étape dans laquelle on détermine ladite troisième différence de temps de propagation (t - t22) , à partir desdites quatrième et cinquième différence de temps de propagation. 105444/MA/MRD L:\Salle\F105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc 3. Elément de réseau pour réseau de communications mobiles ayant une architecture de stations de base distribuée incluant une pluralité de terminaisons radio distiribuées (RH1, RH2) connectées à une station de traitement centrale (BBP), ledit élément de réseau comportant: - des moyens pour déterminer une première différence de temps de propagation (t',-t'2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à la station de traitement centrale, via différentes terminaisons radio, - des moyens pour déterminer une deuxième différence de temps de propagation (t,- t2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par la station mobile pour arriver à différentes terminaisons radio, sur la base de la première différence de temps de propagation (t',- t'2), et en tenant compte d'une troisième différence de temps de propagation (t - t22) correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal pour aller de différentes terminaisons radio à la station de traitement centrale. 4. Element de réseau selon la revendication 3, comportant: - des moyens pour déterminer une quatrième différence de temps de propagation (T',T'2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à la station de traitement centrale via différentes terminaisons radio, - des moyens pour déterminer une cinquième différence de temps de propagation (T,- T2), correspondant à une différence de temps de propagation mis par un signal transmis par un système de positionnement par satellite pour arriver à différentes terminaison radio, - des moyens pour déterminer ladite troisième différence de temps de propagation (t t22) , à partir desdites quatrième et cinquième différence de temps de propagation. 105444/MA/MRD L:\Solle\F105444\PREMDEP\FIT\projetbr.doc