Brevet FR2989546A1 — publié le 20131018

Procédé de détermination du temps de propagation d'un signal de communication entre un émetteur terrestre et un récepteur mobile terrestre La présente invention concerne un procédé de détermination du temps de propagation d'un signal de communication entre un émetteur terrestre et un récepteur mobile terrestre. Elle s'applique notamment aux signaux de radiodiffusion, de télévision ou de télécommunication terrestres et 10 en particulier au domaine de la localisation d'un récepteur de téléphonie mobile dans un environnement contraint tel qu'un milieu urbain et à l'intérieur de bâtiments. Les signaux de téléphonie mobile sont notamment utilisés par les 15 opérateurs de télécommunication pour fournir une position approximative d'un téléphone mobile lors d'un appel d'urgence. La communication des signaux est effectuée par l'intermédiaire d'un réseau cellulaire terrestre, par exemple de type LTE (en anglais : Long Term Evolution) qui est un réseau de quatrième génération 4G, s'appuyant sur un maillage géographique dont 20 les mailles constituent des zones de couverture géographique appelées cellules. Chaque cellule correspond à une zone de couverture radioélectrique d'une station de base du réseau cellulaire. Un récepteur mobile communique avec le réseau cellulaire à travers un canal de communication par l'intermédiaire d'une station de base couvrant la cellule dans laquelle le 25 récepteur se trouve. La détermination approximative de la position du récepteur mobile est réalisée par trilatération à partir des mesures des temps de propagation des signaux émis entre plusieurs émetteurs du réseau cellulaire terrestre et le récepteur. Cependant, lorsque le récepteur mobile se trouve dans un 30 environnement contraint, les signaux émis par le réseau cellulaire peuvent ne pas parvenir directement au récepteur. L'absence fréquente de signal direct, le plus souvent bloqué ou atténué par un élément de l'environnement du récepteur, tel que par exemple des parois de bâtiments d'un milieu urbain, induit une mesure d'un temps de propagation surestimé par rapport au temps 35 de propagation d'un trajet direct. En effet, la mesure est réalisée sur un signal ayant subi des trajets multiples, c'est-à-dire ayant subi une ou plusieurs réflexions, avant de parvenir au récepteur et qui a parcouru une distance plus grande que celle d'un signal direct. Ce phénomène de réflexions des signaux, appelés signaux multi-trajets, se traduit par une estimation erronée de la position du récepteur, l'erreur de position pouvant être de plusieurs centaines de mètres. Il existe des méthodes permettant d'atténuer ce problème. Ces méthodes consistent généralement à estimer l'erreur due à l'absence de signal direct de façon à réduire cette erreur. Cependant ces méthodes sont souvent complexes et peu efficaces car elles sont basées sur l'utilisation de modèles de propagation des signaux très approximatifs et peu fiables. En effet, il est compliqué de modéliser l'erreur due à l'absence de signal direct car cette erreur dépend fortement de l'environnement et sa correction est donc difficile. Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes et de proposer un procédé de détermination du temps de propagation d'un signal de communication entre un émetteur terrestre et un récepteur mobile terrestre qui soit simple à mettre en oeuvre, efficace, fiable et robuste, et qui permette de s'affranchir de l'utilisation d'un modèle de propagation externe. Pour cela, l'invention concerne un procédé de détermination du temps de propagation d'un signal de communication entre un émetteur terrestre et un récepteur mobile terrestre, le procédé consistant à émettre un signal de communication à partir de l'émetteur terrestre, à réaliser N mesures du temps de propagation du signal de communication terrestre correspondant à N positions différentes de réception du signal de communication, où N est un nombre entier supérieur à un, à déterminer la valeur minimum des mesures réalisées pour les N positions différentes de réception et à retenir cette valeur minimum comme la valeur la plus proche du temps de propagation correspondant à un trajet direct entre l'émetteur et le récepteur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les N positions différentes de réception correspondent aux positions de N antennes différentes du récepteur mobile et les N mesures du temps de propagation du signal de communication sont réalisées simultanément à partir de la réception du signal de communication par les N antennes du récepteur mobile. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les N positions 5 différentes de réception correspondent à N positions différentes du récepteur mobile et les N mesures du temps de propagation du signal de communication sont réalisées à partir de la réception du signal de communication par une seule antenne, à différents instants de mesure successifs, pendant une durée d'une fenêtre temporelle correspondant à la 10 durée de N mesures successives. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le procédé consiste à réaliser à un premier instant d'une fenêtre temporelle, une première série de N mesures simultanées du temps de propagation du signal 15 de communication par N antennes différentes du récepteur mobile, pour la première série de N mesures à déterminer une première valeur minimum des mesures de la première série, à réaliser à un deuxième instant de la fenêtre temporelle une deuxième série de mesures simultanées du temps de propagation du signal de communication par les N antennes différentes du 20 récepteur mobile, pour la deuxième série de N mesures à déterminer une deuxième valeur minimum des mesures de la deuxième série, et ainsi de suite jusqu'à la fin de la fenêtre temporelle, puis à sélectionner la valeur minimum de tous les minima obtenus pendant la durée de la fenêtre temporelle. 25 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés qui représentent : 30 figure 1 : un schéma illustrant un premier mode de réalisation de l'invention ; figure 2: un schéma illustrant un deuxième mode de réalisation de l'invention ; figure 3: un schéma illustrant un troisième mode de 35 réalisation de l'invention; Dans un réseau cellulaire terrestre, les canaux de propagation des signaux varient fortement d'une première position d'un récepteur à une deuxième position, même si ces deux positions sont très proches l'une de l'autre. Les mesures du temps de propagation des signaux correspondant à deux positions de réception différentes, mêmes très proches, peuvent donc être très différentes d'une mesure à une autre mesure et se rapprocher d'une mesure correspondant à un trajet direct pour certaines de ces positions. L'invention consiste donc à exploiter ces variations des mesures entre deux positions de réception voisines l'une de l'autre pour réduire l'erreur de mesure du temps de propagation due aux trajets multiples. Le temps de propagation d'un signal ayant subi un trajet multiple étant toujours supérieur au temps de propagation d'un signal direct, l'invention consiste alors à déterminer la valeur minimum des mesures réalisées pour différentes positions de réception et à retenir cette valeur minimum comme la valeur la plus proche du temps de propagation 13 correspondant à un trajet direct entre l'émetteur et le récepteur. Selon l'invention, le procédé consiste à réaliser pendant une fenêtre 20 temporelle de durée DT prédéterminée, N mesures du temps de propagation d'un signal de communication entre un émetteur terrestre d'un réseau cellulaire et un récepteur mobile, où N est un nombre entier supérieur à 1, et à déterminer la valeur minimum des N mesures. Cette valeur minimum est alors retenue comme la valeur la plus proche du temps de propagation 25 correspondant à un trajet direct entre l'émetteur et le récepteur. Dans un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 1, les N mesures du temps de propagation du signal de communication 10 sont réalisées simultanément par N antennes A1, A2,...,An, différentes du récepteur mobile 12, les N antennes Al à An étant situées à N positions 30 différentes les unes des autres. Dans ce cas, les N mesures sont réalisées à partir d'un même signal de communication 10 émis par l'émetteur 11 du réseau cellulaire et la durée DT de la fenêtre temporelle correspond à la durée d'une seule mesure. Les différences de mesures obtenues sur chaque antenne Al à An sont alors dues aux positions différentes des N antennes. A 35 titre d'exemple non limitatif, des tests ont été réalisés avec un signal de télévision numérique terrestre en utilisant un récepteur comportant deux antennes différentes. Ces tests ont montré une amélioration comprise entre 10% et 20% de la moyenne et de l'écart type de l'erreur de mesure du temps de propagation par rapport aux mesures ponctuelles réalisées par chacune des deux antennes. Ce premier mode de réalisation de l'invention présente les avantages d'être simple à mettre en oeuvre, d'être fiable et très performant, et de ne nécessiter que de disposer d'un réseau de plusieurs antennes sur le récepteur sans avoir besoin de calibrer ces antennes. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 2, les N mesures du temps de propagation du signal de communication sont réalisées par une seule antenne Al du récepteur 12 à N instants de mesures tl à tn successifs différents. Dans ce cas, la durée DT de la fenêtre temporelle correspond à la durée tn-tl de N mesures successives. Les différences de mesures obtenues par l'antenne sont alors dues aux N positions différentes du récepteur aux N instants de mesure différents. Des tests ont été réalisés avec un signal de télévision numérique terrestre en utilisant un récepteur comportant une antenne et pour une fenêtre temporelle de 5 secondes. Ces tests ont montré une amélioration comprise entre 20% et 50% de la moyenne et de l'écart type de l'erreur de mesure du temps de propagation par rapport aux mesures ponctuelles réalisées sur une fenêtre temporelle correspondant à une seule mesure. Quantitativement, les performances obtenues sur la mesure du temps de propagation sont une erreur moyenne comprise entre 0 et 15 mètres et un écart type de l'erreur égal environ à 15 mètres. Ce deuxième mode de réalisation de l'invention présente les avantages d'être simple à mettre en oeuvre, d'être fiable et très performant. Le seul inconvénient est qu'il réduit le rythme de mise à disposition des mesures en fonction de la taille de la fenêtre temporelle utilisée. Par exemple, pour une fenêtre temporelle de 5 secondes, les mesures ne sont disponibles que toutes les 5 secondes. Avantageusement, pour une meilleure réduction de l'erreur de mesure, selon un troisième mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 3, les deux modes de détermination du temps de propagation d'un signal de communication terrestre peuvent être combinés. Dans ce cas, une première série de N mesures du temps de propagation du signal de communication sont réalisées simultanément par N antennes différentes A1, A2,...,An, du récepteur mobile pendant la durée d'une seule mesure et une première valeur minimum des mesures de la première série est sélectionnée, puis une deuxième série de N mesures du temps de propagation du signal de communication sont réalisées simultanément par les N antennes du récepteur mobile pendant la durée d'une seule mesure et une deuxième valeur minimum des mesures de la deuxième série est sélectionnée, et ainsi de suite pendant une durée DT de la fenêtre temporelle correspondant à la durée tn'-t1 de N' mesures successives réalisées à N' instants de mesures par chacune des N antennes, où N' est un nombre entier supérieur à 1 qui peut être égal ou différent de N, puis la valeur minimum de tous les minima sélectionnés à l'issue de chaque série de mesures est retenue comme la valeur la plus proche du temps de propagation 13 correspondant à un trajet direct entre l'émetteur 11 et le récepteur 12. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.