Brevet FR2879067A1 — publié le 20060609

Localisation d'un terminal mobile par rapport à un bâtiment La présente invention concerne un procédé de localisation d'un terminal mobile par rapport à un bâtiment dans un réseau de radiocommunication cellulaire numérique opérationnel. Plus particulièrement, elle a trait à une localisation d'un terminal mobile à l'intérieur ou à l'extérieur d'un bâtiment, ou à l'intérieur d'un véhicule en mouvement. Dans l'état de la technique, des travaux ont été menés pour modéliser une atténuation de champ entre un terminal mobile et une station de base dans un réseau de radiocommunication cellulaire, lorsque cette atténuation de champ est provoquée par des bâtiments. Dans l'article "INDOOR WIDEBAND RADIO PROPAGATION MEASUREMENT SYSTEM AT 1.3 GHz AND 4.0 GHz" de Dwayne A. Hawbaker et Theodore S. Rappaport, 1990 IEEE, 6 - 9 mai 199C), pages 626 630, des grandeurs d'atténuation de champ en extérieur et intérieur sont déduites de mesures instantanées et précises de puissance du signal entre le terminal mobile et la station de base. Cependant les terminaux mobiles ne transmettent pas de telles grandeurs mesurées aux stations de base. Il existe un besoin de localiser un terminal mobile par rapport à un bâtiment en utilisant seulement des données propres aux réseaux de radiocommunication cellulaires sans modifier le fonctionnement normal des interfaces radio des réseaux. La localisation d'un terminal mobile par rapport à un bâtiment est utile notamment à l'optimisation des ressources radio des réseaux de radiocommunication cellulaires et plus précisément à l'optimisation du positionnement de stations de base à l'intérieur de bâtiments. L'invention a pour objectif de localiser un terminal mobile à l'intérieur ou à l'extérieur d'un bâtiment en utilisant des grandeurs normalisées des interfaces radio de réseaux de radiocommunication cellulaires. Pour atteindre cet objectif, un procédé pour localiser un terminal mobile par rapport à un bâtiment dans un réseau de radiocommunication opérationnel, selon lequel N grandeurs respectives mesurées entre le terminal mobile et N stations de base sont transmises à K instants, depuis le terminal mobile à un dispositif de localisation (DL), N et K étant des nombres entiers prédéterminés, est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes dans le dispositif de localisation: à chacun des K instants, ordonner les N grandeurs afin d'extraire une meilleure grandeur et l'une des N grandeurs, et estimer deux densités de probabilité de ladite une grandeur en fonction de la meilleure grandeur sachant que le terminal mobile est à l'intérieur et à l'extérieur du bâtiment, déterminer un rapport de densités entre le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'intérieur du bâtiment sur le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'extérieur du bâtiment, et comparer le rapport de densités à un premier seuil prédéterminé afin de localiser le terminal mobile à l'intérieur du bâtiment lorsque le rapport est supérieur au premier seuil prédéterminé et à l'extérieur du bâtiment lorsque le rapport est inférieur ou égal au premier seuil prédéterminé. Lorsque le terminal mobile est localisé à l'extérieur d'un bâtiment, un avantage de l'invention est de pouvoir également localiser le terminal mobile à l'intérieur ou à l'extérieur d'un véhicule en mouvement. Pour ce faire, le procédé comprend également X étapes de déterminer des rapports de densités à x instants avec tous les K instants précédant l'instant considéré, X étant un nombre entier prédéterminé, et une étape consistant à déterminer des signes des différences entre les rapports de densités aux X instants et un deuxième seuil, sachant que le terminal mobile n'est pas à l'intérieur du bâtiment pendant les X instants, afin de localiser le terminal mobile à l'intérieur d'un véhicule en mouvement lorsque le nombre de changement de signes des différences est au moins supérieur à un nombre prédéterminé. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour localiser un terminal mobile par rapport à un bâtiment dans un réseau de radiocommunication opérationnel, de manière à mettre en uvre le procédé de l'invention. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen pour ordonner, à chacun des K instants, les N grandeurs afin d'extraire une meilleure grandeur et l'une des N grandeurs, et un moyen pour estimer, à chacun des K instants, deux densités de probabilité de ladite une grandeur en fonction de la meilleure grandeur sachant que le terminal mobile est à l'intérieur et à l'extérieur du bâtiment, un moyen pour déterminer un rapport de densités entre le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'intérieur du bâtiment sur le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'extérieur du bâtiment, et un moyen pour comparer le rapport de densités à un premier seuil prédéterminé afin de localiser le terminal mobile à l'intérieur du bâtiment lorsque le rapport est supérieur au premier seuil prédéterminé et à l'extérieur du bâtiment lorsque le rapport est inférieur ou égal au premier seuil prédéterminé. Enfin, l'invention se rapporte à un programme d'ordinateur apte à être mis en oeuvre dans un dispositif de localisation selon l'invention. Le programme comprend des instructions de programme qui, lorsque le programme est chargé et exécuté sur ledit serveur, réalisent les étapes du procédé de localisation selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention, données à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels: - la figure 1 est un bloc-diagramme schématique d'un système de localisation d'un terminal mobile par rapport à un bâtiment; la figure 2 est un bloc-diagramme schématique d'une variante du système de localisation; et - la figure 3 est un algorithme du procédé de localisation d'un terminal mobile par rapport à un bâtiment selon l'invention. La figure 1 montre des moyens fonctionnels inclus dans un système de localisation d'un terminal mobile pour la mise en oeuvre du procédé de localisation selon l'invention dans un réseau de radiocommunication cellulaire numérique RR. Le système de localisation comprend principalement un dispositif de localisation DL incluant notamment une unité centrale UC, un module de détermination de densité de probabilité MDD, un module de localisation ML et un simulateur SI. Le terminal mobile TM est un terminal radio cellulaire mobile classique et peut être aussi un dispositif ou objet électronique mobile de télécommunications, par exemple un assistant numérique personnel communiquant PDA ou un ordinateur portable. Le terminal mobile TM est adapté au type du réseau RR, par exemple GSM, AMPS, GPRS ou EDGE, ou bien CDMA (Coded Division Multiple Access) selon la troisième génération (3GPP) de réseaux du type UMTS. Comme montré à la figure 1, une station de base donnée Bi est située dans le voisinage de N-1 stations de base voisines Bi avec les indices i,j tels que i,j E {1, N} et j i. Une station de base Bi est dite voisine de la station de base donnée Bi lorsque la station de base voisine Bi est située dans un rayon prédéterminé autour de la station de base donnée Bi, et la station de base donnée Bi reçoit une puissance d'interférence d'un mobile situé à la station Bi telle que le rapport signal à interférence CIR (Carrier-to-Interference Ratio) dans la station donnée Bi est supérieur à un rapport signal à interférence minimal prédéterminé. Le nombre N-1 de stations voisines varie ainsi d'une station à l'autre en dépendance de la topographie du terrain avoisinant la station donnée Bi et peut être de l'ordre de 2 à quelque dizaines environ. Selon l'exemple illustré à la figure 1, la station de base donnée Bi est la station B4 associée à N-1 = 6 stations voisines B1, B2, B3, B5, B6 et B8. Le dispositif de localisation DL est inclus dans la partie fixe du réseau de radiocommunication cellulaire RR par exemple de type UMTS. Il est relié à des interfaces terrestres Iub entre des contrôleurs de station de base RNC (Radio Network Controller) et les stations de base desservies par ces contrôleurs, de manière à prélever des grandeurs précisées ci-après transmises périodiquement dans des canaux de signalisation par les terminaux mobiles ayant des liens actifs avec les stations de base desservies. Selon une variante de l'invention montrée à la figure 2, le dispositif de localisation est relié à un centre de maintenance OMC (Operation and Maintenance Center). Les grandeurs mesurées entre le mobile TM et les stations de base sont remontées au centre de maintenance OMC à travers les contrôleurs de station de base RNC dans le réseau RR. Dans la suite de la description, les N stations de base susceptibles de communiquer avec le terminal mobile TM sont situées à l'extérieur de bâtiments BU. En effet, une communication entre un terminal mobile TE et une station de base située dans un bâtiment BU entraîne la localisation immédiate du terminal mobile TE à l'intérieur du bâtiment. Les stations de base sont considérées comme situées en zones urbaines qui sont très convoitées par les opérateurs de télécommunications et pour lesquelles l'objectif de l'invention doit être atteint. Des grandeurs normalisées nécessaires à la mise en oeuvre du procédé de localisation sont transmises par des équipements du réseau radio RR au dispositif de localisation DL. Les grandeurs transmises proviennent d'échanges de données entre le terminal mobile TM et la station de base donnée Bi et d'échanges de données entre le terminal mobile TM et les N-1 stations de base voisines Bi. Par conséquent, N grandeurs G1 à GN sont transmises. Selon l'exemple illustré à la figure 1, le dispositif de localisation DL reçoit six grandeurs provenant les N-1 = 6 stations de base voisines B1, B2, B3, B5, B6 et B8 et une grandeur provenant de la station de base donnée Bi, soit N = 7 grandeurs. Le procédé de localisation selon l'invention peut être mis en oeuvre avec différents types de grandeurs dépendant généralement des caractéristiques du réseau radio RR. Le plus souvent, les grandeurs transmises du terminal mobile TM au dispositif de localisation DL sont des puissances de réception ou des estimations de la qualité radio de signaux qui sont émis suivant des liaisons descendantes (downlink) respectivement par les N stations de base et reçus par le terminal mobile TM; les puissances de réception ou les estimations de qualité radio mesurés dans le terminal mobile TM sont transmis périodiquement suivant une liaison montante (uplink) vers la station de base donnée Bi. Par exemple, lorsque le réseau de radiocommunication RR est de type GSM, une grandeur transmise est le paramètre normalisé "RXLEV" indiquant le niveau de champ de signal reçu parmi 64 niveaux. Dans un autre exemple, le réseau de radiocommunication RR est de type UMTS et une grandeur transmise est une atténuation (pathloss) déduite d'une puissance reçue mesurée dans le canal balise commun sur la voie descendante CPICH RSCP (Received Signal Code Power on Common Pilot Channel) ou un rapport d'énergie d'un chip mesurée sur une densité spectrale de puissance dans une bande utile CPICH Ec/No. Le procédé de localisation d'un terminal mobile TM comprend principalement sept étapes El à E7, comme montré à la figure 3. Le dispositif de localisation DL reçoit les N grandeurs respectives G1 à GN transmises à K instants périodiques, K étant un nombre entier prédéterminé. Par exemple, pour le GSM K est égal à 120 pour une durée d'observation d'une minute, lorsque la période de remontée de mesure est égale à 0.5 seconde. A chacun des K instants, l'unité centrale UC ordonne les N grandeurs G1 à GN selon un ordre décroissant d'une meilleure grandeur GM à une plus mauvaise grandeur, à l'étape El. Grâce à l'ordination des N grandeurs, l'unité centrale UC extrait la meilleure grandeur GM et l'une Gn des N grandeurs, à l'étape E2. La grandeur extraite Gn est choisie en fonction d'un rang prédéterminé r dans la liste ordonnée des N grandeurs ordonnées, avec r E {1, N}, et est notée Gr. Le rang r est identique et valable pour tous les K instants. Par exemple, le rang r est égal à 3 et le nombre N est au plus égal à 10. L'ordination dépend de la nature des grandeurs. Par exemple lorsque les grandeurs sont des puissances, la grandeur la plus élevée correspond à la meilleure grandeur GM. Dans un autre exemple, lorsque les grandeurs sont des rapports comme des affaiblissements toujours supérieurs à 1, la grandeur la plus faible peut correspondre à la meilleure grandeur GM. Pour chaque instant parmi les K instants, le module de détermination de densité de probabilité MDD estime deux densités de probabilité de la grandeur extraite Gr en fonction de la meilleure grandeur GM sachant que le terminal mobile TM est à l'intérieur et à l'extérieur du bâtiment BU, à l'étape E3. Les densités de probabilité de ladite grandeur Gr sachant que le terminal mobile TM est à l'intérieur (I) ou à l'extérieur du bâtiment BU à un instant k sont notées respectivementP(G; II) et P(G; IE) . L'estimation des deux densités aux K instants dépend de correspondances entre des couples d'une meilleure grandeur et d'une grandeur extraite et des densités de probabilité sachant qu'un terminal mobile est à l'intérieur et à l'extérieur d'un bâtiment, établies par le simulateur SI lors d'une simulation préalable. La simulation est réalisée antérieurement par un logiciel de prédiction de couverture radio ou un logiciel de simulation de réseaux mobiles. A l'étape E4, le module de détermination MDD détermine un rapport de densités A entre le produit des densités de probabilité déterminées à tous les K instants sachant que le terminal mobile TM est à l'intérieur du bâtiment sur le produit des densités de probabilité déterminées à tous les K instants sachant que le terminal mobile TM est à l'extérieur du bâtiment, soit: 2879067 10 êP(Gy1) A = x avec r fixe. UP(GYE) A l'étape E5, le module de localisation ML compare le rapport de densités à un premier seuil prédéterminé Si afin de localiser le terminal mobile TM à l'intérieur du bâtiment lorsque le rapport est supérieur au premier seuil prédéterminé et à l'extérieur du bâtiment lorsque le rapport est inférieur ou égal au premier seuil prédéterminé. En variante, les étapes El à E5 sont exécutées à chacun des k instants pour déterminer un rapport de densités en fonction de K densités de probabilité *II) et K densités de probabilité P(G; E) de ladite grandeur Gr. Dans cette variante, à chacun des K instants le terminal mobile TM est localisé. Selon une variante dont les étapes sont également présentées à la figure 3, un avantage du procédé de localisation selon l'invention est de localiser un terminal mobile TM à l'intérieur ou à l'extérieur d'un véhicule VE en mouvement. Le module de détermination MDD détermine des rapports de densités à x instants avec tous les K instants précédant l'instant considéré, X étant un nombre entier prédéterminé. Par exemple, X est égal à 6 lorsque K est égal à 60 secondes. A l'étape E6, le module de détermination MDD détermine des signes des différences entre les rapports de densités aux X instants et un deuxième seuil S2, lorsque le terminal mobile TM est localisé à l'extérieur du bâtiment pendant les X instants selon les résultats de X étapes précédentes E5. Lorsque le nombre de changement de signes des différences NC est au moins supérieur à un nombre prédéterminé de changement de signe S3, le module de localisation ML localise le terminal mobile TM à l'extérieur d'un bâtiment et à l'intérieur d'un véhicule VE en mouvement, à l'étape E7. Par exemple, le nombre prédéterminé S3 est égal à 2 ou 3 lorsque X est égal à 6 et K à 60. Dans une variante, les premier et deuxième seuils S1 et S2 sont identiques. L'invention décrite ici concerne un procédé et un système de localisation d'un terminal mobile TM par rapport à un bâtiment BU. Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé sont déterminées par les instructions d'un programme de localisation d'un terminal mobile TM incorporé dans un dispositif informatique tel que le dispositif de localisation DL. Le programme comporte des instructions de programme qui, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans le dispositif de localisation dont le fonctionnement est alors commandé par l'exécution du programme, réalisent les étapes du procédé selon l'invention. En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur, notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'informations, adapté à mettre en oeuvre l'invention. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter un procédé selon l'invention. Le support d'informations peut être n'importe quel dispositif ou entité capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type internet. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention. 13 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour localiser un terminal mobile (TM) par rapport à un bâtiment (BU) dans un réseau de radiocommunication opérationnel (RR), selon lequel N grandeurs respectives (G1 à GN) mesurées entre le terminal mobile et N stations de base (Bi) sont transmises à K instants, depuis le terminal mobile à un dispositif de localisation (DL), N et K étant des nombres entiers prédéterminés, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes dans le dispositif de localisation à chacun des K instants, ordonner (El) les N grandeurs afin d'extraire (E2) une meilleure grandeur et l'une des N grandeurs, et estimer (E3) deux densités de probabilité de ladite une grandeur en fonction de la meilleure grandeur sachant que le terminal mobile est à l'intérieur et à l'extérieur du bâtiment (BU), déterminer (E4) un rapport de densités entre le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'intérieur du bâtiment sur le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'extérieur du bâtiment, et comparer (E5) le rapport de densités à un premier seuil prédéterminé afin de localiser le terminal mobile (TM) à l'intérieur du bâtiment lorsque le rapport est supérieur au premier seuil prédéterminé et à l'extérieur du bâtiment (BU) lorsque le rapport est inférieur ou égal au premier seuil prédéterminé. 2 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend X étapes de déterminer des rapports de densités à x instants avec tous les K instants précédant l'instant considéré, X étant un nombre entier prédéterminé, et une étape consistant à déterminer (E6) des signes des différences entre les rapports de densités aux X instants et un deuxième seuil, lorsque le terminal mobile n'est pas à l'intérieur du bâtiment (BU) pendant les X instants, afin de localiser (E7) le terminal mobile (TM) à l'intérieur d'un véhicule en mouvement lorsque le nombre de changement de signes des différences est au moins supérieur à un nombre prédéterminé. 3 - Procédé conforme à la revendication 1 ou 2, selon lequel ladite une grandeur extraite est choisie en fonction d'un rang prédéterminé r dans les N grandeurs ordonnées, et le rang r est identique pour tous les K instants. 4 - Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, selon lequel les étapes de déterminer (E4) un rapport de densités et comparer (E5) le rapport de densités au premier seuil prédéterminé afin de localiser le terminal mobile (TM) sont exécutées à chacun des k instants. - Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, selon lequel l'estimation des densités aux K instants dépend de correspondances entre des couples d'une meilleure grandeur et d'une grandeur extraite et des densités de probabilité sachant qu'un terminal mobile est à l'intérieur et à l'extérieur d'un bâtiment, établies lors d'une simulation préalable. 6 - Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, selon lequel les grandeurs transmises du terminal mobile (TM) au dispositif de localisation (DL) sont des puissances de réception de signaux émis respectivement par les N stations de base, mesurés par le terminal mobile. 7 - Dispositif (DL) pour localiser un terminal mobile (TM) par rapport à un bâtiment (BU) dans un réseau de radiocommunication opérationnel (RR), dans lequel N grandeurs respectives (G1 à GN) mesurées entre le terminal mobile et N stations de base (Bi) sont transmises à K instants, depuis le terminal mobile au dispositif de localisation (DL), N et K étant des nombres entiers prédéterminés, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen (UC) pour ordonner, à chacun des K instants, les N grandeurs afin d'extraire une meilleure grandeur et l'une des N grandeurs, et un moyen (MDD) pour estimer, à chacun des K instants, deux densités de probabilité de ladite une grandeur en fonction de la meilleure grandeur sachant que le terminal mobile est à l'intérieur et à l'extérieur du bâtiment (BU), un moyen (MDD) pour déterminer un rapport de densités entre le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'intérieur du bâtiment sur le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'extérieur du bâtiment, et un moyen (ML) pour comparer le rapport de densités à un premier seuil prédéterminé afin de localiser le terminal mobile (TM) à l'intérieur du bâtiment lorsque le rapport est supérieur au premier seuil prédéterminé et à l'extérieur du bâtiment (BU) lorsque le rapport est inférieur ou égal au premier seuil prédéterminé. 8 - Dispositif conforme à la revendication 7, selon lequel le moyen pour déterminer des rapports de densités (MDD) détermine des rapports de densités à x instants avec tous les K instants précédant l'instant courant, X étant un nombre entier prédéterminé, et le dispositif comprend un moyen (MDD) pour déterminer des signes des différences entre les rapports de densités aux X instants et un deuxième seuil, lorsque le terminal mobile n'est pas à l'intérieur du bâtiment pendant les X instants, afin de localiser le terminal mobile, à l'intérieur d'un véhicule en mouvement lorsque le nombre de changement de signes des différences est au moins supérieur à un nombre prédéterminé. 9 - Programme d'ordinateur apte à être mis en uvre dans un dispositif de localisation (DL) pour localiser un terminal mobile (TM) par rapport à un bâtiment (BU) dans un réseau de radiocommunication opérationnel (RR), N grandeurs respectives (G1 à GN) mesurées entre le terminal mobile et N stations de base (Bi) étant transmises à K instants, depuis le terminal mobile au dispositif de localisation (DL), N et K étant des nombres entiers prédéterminés, ledit programme comprenant des instructions de programme qui, lorsque le programme est chargé et exécuté sur ledit dispositif de localisation (DL) . à chacun des K instants, ordonnent (El) les N grandeurs afin d'extraire (E2) une meilleure grandeur et l'une des N grandeurs, et estimer (E3) deux densités de probabilité de ladite une grandeur en fonction de la meilleure grandeur lorsque le terminal mobile est à l'intérieur et à l'extérieur du bâtiment, déterminent (E4) un rapport de densités entre le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'intérieur du bâtiment sur le produit des densités de probabilité déterminées à tous les instants sachant que le terminal mobile est à l'extérieur du bâtiment, et comparent (E5) le rapport de densités à un premier seuil prédéterminé afin de localiser le terminal mobile (TM) à l'intérieur du bâtiment lorsque le rapport est inférieur au premier seuil prédéterminé et à l'extérieur du bâtiment lorsque le rapport est supérieur ou égal au premier seuil prédéterminé.